Ученые из НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге разработали микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров. Эти устройства работают при комнатной температуре и могут встраиваться в микросхемы, открывая новые возможности для оптических вычислений, сенсоров и квантовых технологий.
Исследователи НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге разработали микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров, которые работают при комнатной температуре и не требуют охлаждения. Эти миниатюрные устройства можно встраивать в микросхемы, что открывает новые возможности для оптических чипов, сенсоров и квантовых технологий. Ученые использовали эффект шепчущей галереи, чтобы удерживать свет внутри резонатора, а также применили буферные слои для снижения энергетических потерь и механических напряжений.
«Это явление известно в акустике: в некоторых храмах и соборах можно прошептать слова у одной стены, и звук будет отчетливо слышен у противоположной стены, несмотря на то что в обычных условиях звук не распространился бы на такое расстояние. Аналогичный эффект позволяет свету многократно отражаться внутри дискового микролазера, благодаря чему потери минимизируются».
Эдуард Моисеев, старший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге
Современные технологии стремятся к миниатюризации без потери функциональности. Лазеры, как ключевые элементы многих устройств, также становятся меньше, но их уменьшение сопряжено с серьезными трудностями. Главная проблема — удержание света в крошечном резонаторе, где он должен многократно отражаться и усиливаться без значительных потерь энергии. Кроме того, при создании таких лазеров важно минимизировать дефекты в кристаллической структуре, которые снижают эффективность генерации света.
Ученые НИУ ВШЭ преодолели эти сложности, используя кристаллы на основе соединений индия, галлия, азота и алюминия, выращенные на кремниевой подложке. Эффект шепчущей галереи позволил эффективно удерживать свет в микроскопическом резонаторе, а специальные буферные слои помогли избежать энергетических утечек и деформаций.
«Наши микролазеры стабильно работают при комнатной температуре, без систем охлаждения, что делает их удобными для реального использования. В будущем такие устройства позволят создавать более компактные и энергоэффективные оптоэлектронные приборы».
Наталья Крыжановская, заведующая Международной лабораторией квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге
Этот подход делает микролазеры перспективными для интеграции в современные электронные и оптические системы, включая высокоточные датчики и квантовые компьютеры.