Международная лаборатория квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге занимается разработкой полупроводниковых микролазеров, которые могут стать основой для будущих оптических компьютеров и высокоскоростных систем передачи данных. Как рассказала руководитель лаборатории, доктор физико-математических наук Наталья Крыжановская, основная задача исследователей – создание лазеров как эффективных носителей информации.
Лаборатория, созданная в январе 2020 года, специализируется на изучении инновационных полупроводниковых материалов с прямыми межзонными переходами. В отличие от кремния, который плохо излучает свет, ученые используют соединения элементов III-V группы периодической таблицы: галлий, индий, алюминий и другие.
«Мы начинаем с атомарной точности, – объясняет Крыжановская. – В модели будущей структуры учитывается распределение компонентов и толщина слоев вплоть до одной атомарной ячейки. Этот подход обеспечивает контроль свойств материала на наноуровне».
Особенность разработок лаборатории – использование микрорезонаторов с модами шепчущей галереи. Это оптический аналог акустического эффекта, открытого в соборе Святого Павла в Лондоне, где шепот слышен на другой стороне круглой галереи.
«В оптическом диапазоне короткие электромагнитные волны распространяются вдоль стенок кольцевого или дискового резонатора, – говорит ученый. – Это позволяет уменьшить размеры устройств до размеров, сопоставимых с длиной волны излучения».
Микролазеры лаборатории охватывают широкий спектральный диапазон – от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного излучения. Они уже нашли применение в нескольких областях:
- Высокоскоростная передача данных – замена медных проводов на оптоволоконные линии связи в интегральных схемах.
- Биосенсоры – обнаружение минимальных концентраций биологических молекул.
- Квантовые вычисления – участие в проекте «Квантовый акселератор» «Росатома».
- Носимые устройства и системы управления автономными роботами.
«Основная задача нашей лаборатории заключается в создании лазеров, способных эффективно и быстро обрабатывать оптические сигналы, – подчеркивает Крыжановская. – Мы планируем встраивать наши устройства непосредственно в фотонные интегральные схемы, обеспечивая высокую стабильность и надежность обработки сигналов».
Ученые отмечают, что их технология позволяет выводить лазерное излучение прямо на плату, минуя необходимость использования зеркал или сложных переходников. Это открывает перспективы для развития оптических компьютеров и высокочувствительных датчиков нового поколения.
Источник: НИУ ВШЭ