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:
В НИУ ВШЭ запущены стратегические технологические проекты
Стратегические технологические проекты Высшей школы экономики реализуются в интересах достижения целевой модели развития университета и предусматривают формирование пула инновационных продуктов и услуг. Они сформированы по трем направлениям: социально-экономическое и научно-технологическое прогнозирование, технологии связи 6G и искусственный интеллект.
Ростех и Вышка стали партнерами в сфере инженерной подготовки и научных исследований
Госкорпорация Ростех и Высшая школа экономики заключили соглашение о стратегическом партнерстве в сфере науки и образования. Документ направлен на проведение совместных исследований, подготовку высококвалифицированных кадров и формирование научно-технического задела в интересах высокотехнологичных отраслей России. Кроме того, совместно с московской школой № 58 будет вестись профориентация школьников по направлениям инженерии, ИТ и кибербезопасности.
В Вышке пройдет Международная школа БРИКС: Новое поколение
Открыта регистрация на Международную школу БРИКС: Новое поколение — один из ведущих международных образовательных проектов, ориентированных на молодых лидеров, интересующихся повесткой глобального развития и сотрудничества в рамках БРИКС.
НИУ ВШЭ укрепляет отношения с Пекинским университетом
21 июля в Высшей школе экономики побывала делегация Пекинского университета в составе сорока человек — студентов, преподавателей, административных сотрудников во главе с исполнительным проректором Пекинского университета, директором Высшей школы Пекинского университета в Шэньчжэне Чжан Цзинем. Руководители двух университетов обсудили направления дальнейшего сотрудничества, а представители трех факультетов НИУ ВШЭ провели рабочие встречи с китайскими студентами.
НИУ ВШЭ объединил ученых на международной школе по ИИ в Шанхае
В начале июля в Шанхае проходил Международный летний институт по исследованиям искусственного интеллекта в образовании, организованный Инобром НИУ ВШЭ совместно с Восточно-китайским педагогическим университетом. Более 50 молодых исследователей и ключевых спикеров из девяти стран — от России и Китая до Канады и Сингапура — собрались, чтобы обменяться последними результатами своей работы и построить новые международные партнерства.
«Мы близки к практическому применению системы бесстимульного картирования головного мозга»
Созданные учеными Вышки совместно с медиками нейроинтерфейсы позволяют установить контакт с головным мозгом и декодировать его сигналы. Их применение создает возможности для стимуляции мозговой активности, восстановления и нормализации мышечного контроля пациентов, перенесших инсульт, инфаркт или страдающих иными неврологическими заболеваниями, а также способствует реабилитации людей с черепно-мозговыми травмами и потерей конечностей. О работе Центра биоэлектрических интерфейсов Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ рассказывает его директор Алексей Осадчий.
Исследователи НИУ ВШЭ представили новую архитектуру нейронных сетей, понимающую симметрии мира
Сотрудники Лаборатории геометрической алгебры и приложений НИУ ВШЭ разработали новую архитектуру нейронных сетей, которая может ускорить и упростить анализ данных в физике, биологии и инженерии. Свое решение ученые представили 16 июля в Ванкувере на ведущей международной конференции по машинному обучению ICML 2025. Текст статьи и исходный код выложены в открытый доступ.
Вышка представила «Умный ортез» на форуме «Надежда на технологии»
С 10 по 11 июля в Москве прошел юбилейный, X Национальный форум «Надежда на технологии». Мероприятие было нацелено на обсуждение инновационных достижений в сфере реабилитационной индустрии. Студенческое конструкторское бюро (СКБ) МИЭМ в сотрудничестве с Институтом когнитивных нейронаук (ИКН) ВШЭ представило «Умный ортез», который был разработан на основе запроса медиков-ортопедов.
Исследователи НИУ ВШЭ выяснили, как часто у россиян с легочной гипертензией встречаются генетические мутации
Команда ученых и медиков впервые в России провела масштабное генетическое исследование пациентов с легочной артериальной гипертензией. Исследователи, включая сотрудников Международной лаборатории биоинформатики факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ, изучили геномы более ста пациентов и обнаружили, что примерно у каждого десятого встречаются опасные мутации в гене BMPR2, отвечающем за рост сосудов. Три мутации были описаны впервые. Исследование опубликовано в журнале Respiratory Research.
Эксперты оценили, как трансформируются образовательные системы стран БРИКС
Экспертный совет БРИКС — Россия, работающий на базе Высшей школы экономики, совместно с Институтом образования ВШЭ подготовил аналитический доклад «Трансформация систем общего образования стран БРИКС». Исследование позволяет проследить, как страны объединения решают общие задачи, включая равный доступ к школьному образованию, внедрение цифровых решений, поддержку инклюзии, языкового многообразия и межкультурного диалога.