Физики Новосибирского государственного университета создали лазер на основе цилиндрического микрорезонатора диаметром с человеческий волос. Устройство работает в телекоммуникационных диапазонах C и L, а его узкий спектр позволяет детектировать единичные молекулы, включая маркеры раковых клеток.
В основе устройства лежит микрорезонатор из теллуритового стекла, легированный ионами эрбия. Его геометрическая форма близка к цилиндру, а диаметр сопоставим с толщиной человеческого волоса. Принцип работы основан на явлении, известном как «шепчущая галерея»: в акустике этот термин описывает распространение волн вдоль изогнутой поверхности, а в оптике — движение света по спирали внутри резонатора с многократным отражением от стенок. Такая схема позволяет минимизировать потери энергии.
В ходе экспериментов ученые использовали в качестве источника накачки широкополосный лазерный диод с длиной волны 976 нанометров. Это оборудование отличается доступностью и не требует точной подстройки параметров, что упрощает практическое применение. Излучение подавалось в резонатор через коническое оптическое волокно, толщина которого составляет несколько микрон — в десятки раз тоньше человеческого волоса.
Созданный лазер работает в спектральных диапазонах C и L (приблизительно 1530–1610 нанометров), которые стандартно используются в волоконно-оптических телекоммуникационных системах. Одной из главных особенностей разработки стала цилиндрическая форма резонатора. В отличие от более распространенных сферических, кольцевых или тороидальных конфигураций, цилиндрическая геометрия предоставляет дополнительные возможности для перестройки длины волны генерации и переключения между режимами.
Специалисты отмечают, что в ходе экспериментов удалось добиться узкой спектральной линии излучения. Это свойство открывает перспективы для использования устройства не только в системах связи и спутниковой навигации, но и в высокочувствительной сенсорике. Узкий спектр позволяет детектировать крайне малые концентрации веществ, вплоть до единичных молекул.