美国和意大利的科学家们发明了一种只有纳米尺度大小的微缩型激光器，它的光学损失很小，可以用于发展集成光子学线路。
与一般的闪光相比，激光器可以发射出强度非常大的准直单色光。产生足够的受激发射一般需要大量的增益材料。美国加州大学圣芭芭拉分校和意大利帕维亚大学的物理学家们已经设计出这种新的纳米器件，它只需要两个到四个量子点就可以发射出品质非常好的激光束。这个新发明发表在最近一期的《Physical Review Letters》杂志上。
论文作者之一Stefan Strauf说：“传统的量子点激光器需要数千个量子点排成很多层，我们新发明的激光器可以使量子点自动调节它们发射的光子波长，使之与光学腔共振。当增益介质与共振腔发生共振后，就能产生出激光。”
单个量子点有非常确定的跃迁能量，而大量的量子点放在一起显示出的发射能量谱占有很宽的频谱，因为各个量子点的尺寸大小都不一样。大量的量子点因为具有很宽的发射能量谱，可以用来作为大体积激光器中理想的增益材料。但是当激光器小型化之后，因为多个量子点的跃迁能量都不一样，所以很难与光学腔发生共振。
科学家们发现了一种方法解决这个难题，他们把量子点嵌入到光学晶体纳米腔中，它能把光线限制在非常小的体积中。光学晶体可以通过在半导体材料（比如砷化镓）薄膜上钻孔制成，这种特殊的设计可以在纳米腔内产生一个分布非常协调的电磁场，这个电磁场可以 使嵌入其中的量子点产生的电磁场的重叠最优化，并且增强光学腔的性能。Strauf说：“这个最优化过程非常类似于熟练地调节小提琴，使它产生谐音，我们做的只不过是用光代替了声音。”
这个新的设计极大的抑制了各个量子点跃迁能量的不同，使得它们与周围的电子载荷相互作用。因为这种相互作用可以提供额外的能量，所以量子点可以自动调节发射的光线的颜色，与光学腔发生共振。由于这种相互作用非常显著，所以相对于其它任何一种半导体激光器，这种纳米激光器的发射阈值都有百倍的改进。
另外，科学家们还发现这种由几个量子点构成的激光器的光学效率比高密度量子点器件的光学效率还要高。激光器的自发发射耦合因子理论上为1.0，这种新发明的纳米激光器可以达到0.85，而多层量子点激光器只能达到0.1到0.2。
Strauf说：“由于具有低发射阈值和高效率的优点，这种纳米激光器可以用于制造芯片和单分子生物传感器中的集成光子学线路。现在，这种纳米激光器可以只有几个或者甚至是一个量子点组成。”
