Новый прорыв в микрооптике
Физики из России разработали уникальные микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров, способные стабильно работать при комнатной температуре без дополнительного охлаждения. Это открытие может совершить революцию в оптоэлектронике, позволяя встраивать лазерные излучатели в миниатюрные устройства, включая микросхемы и медицинские приборы.
Ключевую роль в создании этих микролазеров сыграл эффект шепчущей галереи – явление, известное ещё со времён средневековых соборов, где шёпот у одной стены мог быть услышан на противоположной стороне.
Как работает эффект шепчущей галереи в микролазерах?
От акустики к оптике
Эффект шепчущей галереи, ранее наблюдавшийся в акустике, был адаптирован для управления светом. В микролазерах свет многократно отражается внутри крошечного диска, почти не теряя энергию.
«Представьте, что звук в соборе движется вдоль стен, не рассеиваясь. Точно так же свет в нашем микролазере циркулирует по краям резонатора, усиливаясь с каждым проходом», – объясняет Эдуард Моисеев, старший научный сотрудник НИУ ВШЭ.
Проблема миниатюризации лазеров
Чем меньше лазер, тем сложнее удержать свет внутри резонатора – области, где происходит его усиление. Традиционные полупроводниковые лазеры при уменьшении размеров теряют эффективность из-за утечки излучения.
Решение российских учёных
Буферный слой – ключ к стабильности
Исследователи из НИУ ВШЭ разработали специальный буферный слой из нитрида алюминия (AlN) и нитрида алюминия-галлия (AlGaN). Этот слой:
- Компенсирует механические напряжения между кремниевой подложкой и активными слоями лазера.
- Снижает утечку света, повышая эффективность микроизлучателя.
Преимущества новых микролазеров
- Работа при комнатной температуре – не требуют сложных систем охлаждения.
- Высокая энергоэффективность даже при сверхмалых размерах.
- Совместимость с кремниевой электроникой, что упрощает интеграцию в микросхемы.
Перспективы применения
Микроэлектроника и оптоэлектроника
Такие микролазеры могут использоваться в:
- Оптических чипах для высокоскоростной передачи данных.
- Биомедицинских датчиках, включая миниатюрные лаборатории-на-чипе.
- Квантовых компьютерах в качестве компактных источников света.
«Наши разработки открывают путь к созданию более миниатюрных и энергоэффективных устройств», – отмечает Наталья Крыжановская, заведующая Международной лабораторией квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ.
Заключение
Российские учёные совершили важный шаг в развитии микрооптики, создав самые маленькие в мире лазеры, работающие без охлаждения. Это открытие может привести к прорыву в нанофотонике, медицине и IT-технологиях.
