Специалисты Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» в Санкт-Петербурге представили инновационные микролазеры диаметром 5–8 микрометров. Устройства функционируют без охлаждения при комнатной температуре и совместимы с современными микросхемами. К разработке присоединились эксперты Научно-технологического центра микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАН, Института физики им. Б.И. Степанова (Беларусь) и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН.
Перспективы применения микроустройств
«Компактность открывает широкие возможности для интеграции в фотонные чипы, сенсоры газов и системы типа “лаборатория на чипе”. Например, микроанализ крови станет доступен в режиме реального времени», — делится Эдуард Ильмирович Моисеев, старший научный сотрудник НИУ ВШЭ. По его словам, технологии микрооптики способны совершить революцию в медицине и IT-сфере.
Сложности миниатюризации лазеров
Создание устройств, сопоставимых по размеру с эритроцитом, потребовало точных расчетов и инженерных решений. В отличие от обычных источников света, лазеры усиливают излучение через резонатор — структуру с многократным отражением света. Чем меньше прибор, тем сложнее сохранить энергию без потерь.
Эффект шепчущей галереи в оптике
Для удержания света в микрообъеме ученые использовали физический феномен, известный как эффект шепчущей галереи. «Звуковые волны в старинных соборах распространялись вдоль стен с минимальным затуханием. Аналогичный принцип позволяет свету циркулировать внутри лазера, минимизируя потери», — поясняет Э.И. Моисеев.
Кристаллы нового поколения
Основой микролазеров стали многослойные кристаллы из соединений индия, галлия, алюминия и азота. Материалы выращивали методом газофазной эпитаксии на кремниевых подложках, что обеспечило атомарную точность структуры. «Каждый слой формировался в контролируемых условиях, исключая дефекты», — подчеркивает исследователь.
Достижения и планы разработчиков
Успешная работа при комнатной температуре стала возможной благодаря ступенчатому буферному слою, который компенсирует напряжение между материалами. Сейчас команда сосредоточена на создании устройств с длиной волны 260–360 нм, расширяя спектр применения. Проект реализуется при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.
