Мы используем файлы cookies для улучшения работы сайта НИУ ВШЭ и большего удобства его использования. Более подробную информацию об использовании файлов cookies можно найти здесь, наши правила обработки персональных данных – здесь. Продолжая пользоваться сайтом, вы подтверждаете, что были проинформированы об использовании файлов cookies сайтом НИУ ВШЭ и согласны с нашими правилами обработки персональных данных. Вы можете отключить файлы cookies в настройках Вашего браузера.

  • A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Ученые разработали эффективные лазеры размером с пылинку

Ученые разработали эффективные лазеры размером с пылинку

© iStock

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.

Спектр фотолюминесценции микролазера. Узкая интенсивная линия на спектре соответствует лазерному излучению, возникающему за счет многократного отражения света внутри микрорезонатора благодаря эффекту шепчущей галереи и оптического усиления квантово-размерной активной области. Вставка справа — численный расчет, показывающий, что свет остается внутри структуры и не уходит в подложку. Наверху — фото трех фотолюминесцирующих микролазеров.
© E. Moissev et al

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:

Географы НИУ ВШЭ, используя GPT, создали базу данных об опасных природных явлениях

Географы Вышки создали новую технологию в ходе исследования «Лучшие практики адаптации к природно-климатическим рискам в России», реализованного в рамках стратегического проекта «ИИ-технологии для человека» в 2024 году. В 2025 году разработка географов Вышки стала финалистом международного конкурса “AI for Good: Innovate for impact”, в июле она будет представлена на международном cаммите ООН.

Нейролингвисты ВШЭ выяснили, какие приложения лучше помогают восстановить речь

Ученые Центра языка и мозга НИУ ВШЭ выявили факторы, которые делают цифровые приложения для реабилитации больных с афазией более эффективными. Обратная связь, разнообразие игровых задач, длительный период реабилитации и постоянный контакт с лечащим врачом оказались наиболее важными для восстановления речевой функции. Статья опубликована в журнале NeuroRehabilitation.

На пути к антихрупкости: устойчивые финансы — основа для развития компании

В Высшей школе экономики состоялась презентация вышедшей в издательстве университета книги «Российские корпорации на пути к антихрупкости. Финансовая архитектура компаний». Авторы исследования представили ключевые результаты и обсудили тенденции развития корпоративного сектора в России и мире.

«Цифровые платформы стали ключевой формой обеспечения экономического и культурного суверенитета»

Научный руководитель НИУ ВШЭ Ярослав Кузьминов выступил на сессии ПМЭФ-2025 «В поисках новых источников роста: возможна ли иная модель глобальной финансовой и торговой архитектуры». Дискуссия была построена вокруг процессов в мировой экономике, связанных с укреплением многополярности и возрастанием роли новых центров мирового роста — государств Глобального Юга и Востока, участники обсуждали потенциал и возможности новой модели международного взаимодействия.

Трендвотчинг: кардинальные инновации в креативных индустриях и творчестве

Быстрое развитие технологий, адаптация бизнес-процессов к новым экономическим реалиям и изменение запросов аудитории требуют от специалистов креативных индустрий быть в курсе актуальных трендов и проявлять гибкость при реализации проектов. В апреле — мае 2025 года Институт развития креативных индустрий (ИРКИ) факультета креативных индустрий НИУ ВШЭ провел исследование трендов в сфере творческих отраслей.

«Для Высшей школы экономики обучение технологиям ИИ — гигиеническое требование»

«Технологии будущего: единое мировое пространство или каждый сам за себя» — такой вопрос был вынесен в название сессии, состоявшейся 19 июня при поддержке Альфа-Банка на ПМЭФ-2025. В дискуссии принял участие ректор НИУ ВШЭ Никита Анисимов, в роли модератора выступила журналист, телеведущая и общественный деятель Ксения Собчак.

НИУ ВШЭ и Минстрой России подписали соглашение о сотрудничестве на ПМЭФ-2025

В рамках Петербургского международного экономического форума — 2025 Высшая школа экономики и Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России) подписали соглашение о сотрудничестве, нацеленное на создание устойчивого партнерства в сфере научных исследований, образования и экспертно-аналитической поддержки.

НИУ ВШЭ и Банк ВТБ будут развивать совместные научно-технологические проекты

В рамках конференции StartUp Village 2025 НИУ ВШЭ и Банк ВТБ заключили соглашение о совместном развитии технологических стартапов, в том числе с использованием нейрокогнитивных технологий. Разработанные проекты могут быть внедрены в продукты банковской группы в перспективе ближайших двух лет.

Ученые НИУ ВШЭ исследуют изменения финансовой архитектуры российских компаний с 2022 года

В издательстве НИУ ВШЭ вышла книга «Российские корпорации на пути к антихрупкости. Финансовая архитектура компаний» под редакцией Ирины Ивашковской, ординарного профессора, руководителя Школы финансов НИУ ВШЭ, Ярослава Кузьминова, научного руководителя НИУ ВШЭ, Ровшана Алиева, президента «Экосистемы МТС». В ней собраны результаты второго этапа масштабного исследования процессов адаптации российского бизнеса к шоковым изменениям, вызванным санкционными ограничениями, и новых практик российских корпораций.

Образование для взрослых: лучшие практики подготовки от ВШЭ представлены на HREXPO

Эксперты Высшей школы экономики в рамках XXV юбилейной Международной конференции и выставки HREXPO PRO ЛЮДЕЙ поделились опытом и взглядами на современные тенденции дополнительного профессионального образования. Их выступления были посвящены подготовке будущих лидеров, готовых к решению сложных задач в стремительно меняющемся мире.