Ученые НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге разработали уникальные микролазеры диаметром всего 5-8 микрометров. Эти миниатюрные устройства способны работать при комнатной температуре без дополнительного охлаждения и могут быть интегрированы непосредственно в микросхемы.

Новая технология основана на использовании эффекта шепчущей галереи, который позволяет удерживать свет внутри микроскопического резонатора. Ученые применили специальные буферные слои из соединений индия, галлия, азота и алюминия, выращенные на кремниевой подложке, что значительно снизило энергетические потери и механические напряжения в структуре.

Разработка открывает новые возможности для создания компактных оптических чипов, высокочувствительных сенсоров и устройств квантовой связи. В отличие от существующих аналогов, эти микролазеры сочетают исключительно малые размеры с высокой эффективностью и стабильностью работы, сообщает пресс-служба НИУ ВШЭ.

«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.

«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.