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:
Исчезнувший сигнал: как солнечная активность заглушила радиоголос Земли
Исследователи из НИУ ВШЭ и ИКИ РАН проанализировали данные спутника ERG (Arase) за семь лет и впервые подробно описали новое радиоизлучение Земли — гектометровый континуум, открытый в 2017 году. Выяснилось, что это излучение возникает спустя несколько часов после заката и исчезает через 1–3 часа после восхода Солнца. Чаще всего его фиксировали в летние месяцы, реже — весной и осенью. Однако к середине 2022 года, когда Солнце вошло в фазу повышенной активности, излучение полностью исчезло, но ученые предполагают, что сигнал может вернуться. Исследованиео публиковано в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.
Физики из ВШЭ рассказали, как управлять вихрями в двумерной турбулентности
Как поведение турбулентных потоков меняется под действием внешнего воздействия, выяснили исследователи Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау РАН и факультета физики НИУ ВШЭ. Они показали, что даже небольшое подкручивание извне может стабилизировать систему, продлевая жизнь крупных вихрей. Такие результаты помогут точнее моделировать атмосферные и океанические потоки. Работа опубликована в журнале Physics of Fluids.
Всероссийский лекторий РНФ стартовал в НИУ ВШЭ
С 20 по 24 октября Российский научный фонд проводит ежегодный всероссийский лекторий, в рамках которого его грантополучатели выступают с открытыми лекциями в научных и образовательных организациях по всей стране. Первое мероприятие лектория состоялось в Высшей школе экономики и было посвящено грантовой поддержке университетов: междисциплинарным исследованиям и кооперации с индустриальными партнерами.
Российские ученые изучили различия в объеме поражений мозга после инсульта у детей разного возраста
Команда российских ученых и медиков при участии Софьи Куликовой из НИУ ВШЭ в Перми сравнила объем и характер поражений мозга у детей, перенесших инсульт в первые четыре недели жизни и в возрасте до двух лет. Выяснилось, что чем младше ребенок, тем обширнее зоны поражения мозга, особенно в лобных и теменных долях, отвечающих за движение, речь и мышление. Исследование, опубликованное в журнале Neuroscience and Behavioral Physiology, помогает понять, как возраст влияет на характер и масштаб поражений, и закладывает основу для разработки персонализированных программ реабилитации после инсульта в раннем детстве.
«Практическое руководство по построению бизнеса и ведению переговоров в Китае»
Школа международного сотрудничества НИУ ВШЭ реализовала интенсивную программу повышения квалификации «Восточная перспектива: конкурентные стратегии бизнеса и сегментация рынка в Китае». Ее слушателями в рамках корпоративного проекта обучения SKA (Skills, Knowledges, Attitudes) стали сотрудники Группы «Илим» — крупнейшей целлюлозно-бумажной компании России.
«Искусственный интеллект» — лидер по итогам приема на онлайн-программы НИУ ВШЭ
Онлайн-магистратура «Искусственный интеллект» факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ показала рекордные результаты. В этом году на нее подали документы 987 абитуриентов — это абсолютный максимум среди всех магистерских программ Вышки. К обучению приступил 351 первокурсник, что обеспечило программе лидирующую позицию по общему объему приема среди онлайн-магистратур университета.
«Поворот прочь от стереотипов»: в Москве прошла конференция «Исследуя сообщество глухих»
В московском Доме культуры «ГЭС-2» 17–19 октября прошла Третьяежегодная междисциплинарная конференция «Исследуя сообщество глухих — 2025: на периферии внимания», организованная при участии Международной лаборатории исследований социальной интеграции НИУ ВШЭ. На открытии мероприятия выступила проректор НИУ ВШЭ Ирина Мартусевич.
Магистратура объединяет: вышел сборник исследований студентов ВШЭ, Университета Кампинаса и Университета Цинхуа
Студенты магистерской программы ИСИЭЗ ВШЭ «Управление в сфере науки, технологий и инноваций» совместно с Университетом Кампинаса (Бразилия) и Университетом Цинхуа (Китай) выпустили сборник исследований “Being Innovative or Being on the Safe Side — Managing the Risk of Failure”. Авторы проанализировали восприятие рисков и готовность к инновациям в организациях с учетом культурного контекста.
Банковские кризисы снижают биоразнообразие
Экономисты из Высшей школы экономики, МГИМО и Университета Боккони выяснили, что финансовые кризисы заметно ухудшают биоразнообразие и состояние окружающей среды. Это работает и в обратную сторону: чем сильнее в мире сокращается разнообразие видов живых существ, тем выше вероятность новых кризисов. Исследование охватило состояние популяций тысяч видов за последние 50 лет. Статья опубликована в международном журнале Economics Letters.
Исследователи ВШЭ оценили потери креативных индустрий от генеративного ИИ
15 октября на форуме IPQuorum.Музыка первый проректор Вышки Леонид Гохберг и эксперт Центра отраслевых и корпоративных проектов ИСИЭЗ ВШЭ Даниил Кудрин представили результаты первого в России исследования, посвященного экономическим последствиям использования генеративного искусственного интеллекта в творческих профессиях. Анализ показал, что совокупные потери авторов к 2030 году могут достигнуть 1 трлн рублей.