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:
ВШЭ ищет новые идеи для ИИ-агентов: стартовал конкурс инициатив
Высшая школа экономики приглашает исследователей и преподавателей представить концепции новых цифровых продуктов на базе искусственного интеллекта. Лучшие проекты получат экспертную и технологическую поддержку. Заявки принимаются до 19 декабря.
В Вышке создан Институт робототехнических систем
Решение об этом принял Ученый совет НИУ ВШЭ. У нового института будет мощная фундаментальная база, он будет сотрудничать с другими профильными подразделениями, вовлекать студентов и аспирантов в исследования и разработки. К каким практическим результатам приведет работа института и как планируется организовать взаимодействие с его индустриальным партнером, «Вышке.Главное» рассказал первый проректор НИУ ВШЭ, директор Института статистических исследований и экономики знаний Леонид Гохберг.
Подведены итоги Конкурса инноваций в образовании — 2025
22 ноября в конгресс-холле Альфа-Банка состоялась церемония награждения финалистов, победителей в номинациях и абсолютного победителя Конкурса инноваций в образовании (КИвО-2025). Он проводится 12-й раз, и сегодня это хорошо известный в образовательном сообществе флагманский проект Высшей школы экономики, объединяющий формальное образование, EdTech и частные инициативы.
От импортозамещения к прорыву: как Россия движется к технологическому суверенитету
Доля импорта в затратах на производство и реализацию продукции в России сократилась почти в два раза с 2021 по 2024 год. Об этом свидетельствуют данные исследования НИУ ВШЭ, представленные на круглом столе, посвященном технологическому суверенитету. Эксперты также обсудили, как перейти от импортозамещения в промышленности к прорыву на глобальных рынках. Мероприятие прошло в рамках Дискуссионного экспертного форума НИУ ВШЭ.
Вышка Онлайн представила документальный фильм о влиянии ИИ на нашу жизнь
27 ноября на всех онлайн-площадках Вышки Онлайн состоялась премьера документального фильма «После промпта» от онлайн-кампуса НИУ ВШЭ. Его авторы исследуют, как искусственный интеллект меняет работу, карьерные траектории и профессиональное развитие специалистов. Это первый видеопроект, полностью реализованный командой онлайн-кампуса НИУ ВШЭ совместно с приглашенным режиссером Ольгой Науменко.
«Показать науку через игру»: в Вышке состоялся фестиваль «Республика ученых»
В середине ноября в атриуме корпуса университета на Покровском бульваре при поддержке Центра академического развития студентов прошел Фестиваль науки НИУ ВШЭ «Республика ученых». Событие помогло студентам познакомиться с различными объединениями исследователей Вышки. В этом году в празднике приняли участие Центр научной интеграции и Центр академического письма, а также студенческие организации, которые представили свою деятельность через интерактивные форматы.
В Национальном форуме ДПО приняли участие свыше 3 тысяч человек
В Высшей школе экономики 20–21 ноября состоялся Национальный форум ДПО. В его работе приняли участие представители вузов, государства, бизнеса, ведущие эксперты в сфере образования и HR. Мероприятия, проходившие в комплексе НИУ ВШЭ в Москве на Покровском бульваре, посетили более 800 человек, а общее число офлайн- и онлайн–участников превысило 3 тысячи.
Ученые обнаружили один из самых долгих случаев ковида
Международная группа исследователей при участии ученых из НИУ ВШЭ изучила необычный образец вируса SARS-CoV-2 у ВИЧ-положительной пациентки. Генетический анализ позволил выявить множественные мутации и установить, что вирус эволюционировал в организме на протяжении 2 лет. Это подтверждает теорию о том, что вирус способен годами оставаться в организме отдельных людей, постепенно накапливать мутации и затем выплескиваться в популяцию. Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Cellular and Infection Microbiology.
Восьмой международный онлайн-семинар U4U объединил экспертов из 14 стран
Онлайн-кампус НИУ ВШЭ провел двухдневный международный семинар U4U (Universities for Universities), который традиционно служит площадкой для обмена опытом между университетами в области онлайн-обучения. В этом году событие вышло на глобальный уровень и расширило географию. К обсуждению ключевых вызовов и стратегий развития онлайн-образования присоединились международные эксперты и представители университетов со всего мира. Встреча состоялась в онлайн-формате в середине ноября.
Технологический прорыв: исследования Института ИИ и цифровых наук отмечены на AI Journey 2025
Ученые Института искусственного интеллекта и цифровых наук факультета компьютерных наук ВШЭ в рамках Международной конференции AI Journey 2025 представили передовые ИИ-исследования с высоким уровнем научной новизны и практической применимости. Научное решение заведующего Научно-учебной лабораторией матричных и тензорных методов в машинном обучении Максима Рахубы получило премию «Лидеры ИИ — 2025». Заведующий Центром глубинного обучения и байесовских методов Айбек Аланов — среди финалистов премии.


