Ученые разработали эффективные лазеры размером с пылинку
Исследователи НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге нашли способ создать эффективные микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров. Они работают при комнатной температуре, не требуют охлаждения и могут встраиваться в микросхемы. Ученые использовали эффект шепчущей галереи для удержания света и буферные слои для снижения утечек энергии и напряжений. Подход перспективен для интеграции лазеров в чипы, сенсоры и квантовые технологии. Исследование опубликовано в «Письмах в Журнал технической физики».
Устройства вокруг нас становятся все компактнее и при этом не теряют функциональности. Смартфоны решают задачи, для которых раньше требовался компьютер, а небольшие камеры снимают почти как профессиональные. Миниатюризация коснулась и лазеров — источников направленного светового излучения, которые встраивают в оптические чипы, сенсоры, медицинские приборы и системы связи.
Но уменьшить лазер, сохранив его оптические свойства, эффективность и надежность, непросто. Разработка лазера размером 5–8 микрометров (примерно как диаметр эритроцита) требует сложных расчетов, а его производство — высокой точности. Главная трудность — в устройстве самого лазера. В отличие от обычных источников света, лазеры усиливают излучение внутри резонатора — структуры, где свет многократно отражается и усиливается. И чем компактнее лазер, тем сложнее удержать внутри него свет так, чтобы он многократно отражался, усиливался и не терял энергию — именно это важно для его стабильной работы.
Другая сложность — дефекты в материале. В лазерах используются кристаллы, способные усиливать свет. Но при их выращивании часто возникают микроскопические дефекты, которые снижают эффективность генерации света. Чтобы свести такие нарушения к минимуму, ученые тщательно подбирают условия синтеза и заранее моделируют свойства кристаллов в разных режимах. При этом решение одной проблемы нередко вызывает появление других, и разработка лазеров превращается в постоянный поиск баланса.
Ученые НИУ ВШЭ создали микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров, работающие при комнатной температуре. Они использовали кристаллическую структуру из соединений индия, галлия, азота и алюминия, выращенную на кремниевой подложке. Для удержания света в крошечном пространстве ученые применили эффект шепчущей галереи.
Эдуард Моисеев
«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», — объясняет старший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Эдуард Моисеев.
Однако даже при таких условиях световые волны могут частично уходить в подложку и теряться. Чтобы этого избежать, исследователи добавили ступенчатый буферный слой. Он компенсирует механические напряжения между кремнием и нитридными слоями, а также снижает утечку излучения, позволяя лазеру стабильно работать даже при небольших размерах.

Наталья Крыжановская
«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», — объясняет заведующая Международной лабораторией квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Наталья Крыжановская.
Статья подготовлена в ходе проведения исследования в рамках проекта «Международное академическое сотрудничество» НИУ ВШЭ.
Вам также может быть интересно:
Вышка стала соорганизатором Международного диктанта по финансовой безопасности
С 1 по 30 сентября пройдет Международный диктант по финансовой безопасности. Масштабный онлайн-проект разработан с целью повышения осведомленности людей разного возраста о проблемах в сфере экономической стабильности. Тема этого года — «Новые технологии на страже финансовой безопасности: от личной защиты до суверенитета государства». В новом сезоне НИУ ВШЭ вошел в состав организаторов.
Эпоха ИИ: университеты и бигтехи обсудили трансформацию системы образования
В рамках круглого стола, организованного «Яндекс Образованием», эксперты из ведущих университетов и технологических компаний обсудили будущее системы образования и подготовки IT-специалистов в условиях развития технологий искусственного интеллекта. Высшую школу экономики представляла проректор университета Елена Одоевская.
Ученый в цифровую эпоху: как определить свой профессиональный путь в новом мире
Центр научной интеграции НИУ ВШЭ запускает программу «Современный ученый: инструменты развития научной карьеры», ориентированную на развитие профессиональных компетенций молодых исследователей. В течение 6 недель слушатели в синхронном онлайн-формате изучат 5 тематических блоков. Обучение начнется 22 сентября. На программу могут поступить все желающие, имеющие или получающие высшее или среднее специальное образование.
Ученые ВШЭ выяснили, почему люди доверяют науке
Исследователи ИСИЭЗ НИУ ВШЭ проанализировали степень доверия научному знанию в российском обществе и выявили факторы, которые влияют на восприятие. Оказалось, что доверие к науке больше зависит от повседневного опыта, социальных ожиданий и представлений о пользе, а не от объективных знаний. Статья опубликована в журнале «Мир России».
НИУ ВШЭ и Центр им. Дмитрия Рогачева подписали соглашение о научно-практическом сотрудничестве
Высшая школа экономики и Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева подписали соглашение о научно-практическом сотрудничестве. Подписи под документом поставили ректор НИУ ВШЭ Никита Анисимов и генеральный директор центра Николай Грачев.
Вышка доверит ИИ рутинную работу по созданию программ ДПО
НИУ ВШЭ совместно с EdTech-компанией CDO Global запускает AI-конструкторы для оптимизации разработки курсов дополнительного профессионального образования (ДПО). Новый сервис позволит автоматизировать подготовку учебных материалов и оценочных средств, значительно сократив время и ресурсы, затрачиваемые преподавателями и методистами.
На портале Вышки доступны обновленные «Цифры и факты» и дашборды
Дирекция по аналитике и управлению данными совместно с отделом визуальных коммуникаций разработали новую страницу «Цифры и факты о НИУ ВШЭ» на портале Вышки. Также всем сотрудникам университета доступен дашборд с показателями обновленной программы «Приоритет-2030».
Исследователи изучили, как в малых российских университетах заботятся о студентах
Исследователи из Института образования НИУ ВШЭ провели социологическое исследование в четырех малых неселективных университетах и на основе 135 интервью показали, что в таких вузах забота о студентах имеет двойственную природу. Она объединяет искреннюю помощь с постоянным надзором, напоминая родительскую опеку. Это первое детальное описание того, как формальные и неформальные практики заботы переплетаются в постсоветском образовательном контексте. Исследование опубликовано в British Journal of Sociology of Education.
На Международной летней школе в КНР Вышка поделилась опытом изучения городских стратегий
На фоне усиления глобальной геополитической и технологической конкуренции ведущие китайские вузы Чжэцзянский университет международных исследований и Пекинский университет организовали совместную Международную летнюю школу. Центральной ее темой стало изучение глобальных региональных и городских стратегий развития. Факультет городского и регионального развития НИУ ВШЭ принял участие в работе школы.
ВШЭ и Московский аналитический центр объединят усилия в сфере ИИ
НИУ ВШЭ подписал соглашение о сотрудничестве с ГБУ «Московский аналитический центр». Документ закрепил намерение сторон развивать совместные исследования и внедрять технологии искусственного интеллекта в управление городским хозяйством.