NTU разработал новый микролазер: меньше песчинки, меньше потери света
2025-08-08
Международная научно-исследовательская группа под руководством Нанянгского технологического университета (NTU), Сингапур, успешно разработала ультракомпактный микролазер на микрометровом уровне с более высокой энергоэффективностью и меньшим энергопотреблением. Этот лазер меньше песчинки и благодаря специальной конструкции значительно снижает потери света. По сравнению с существующими микролазерами, его световые потери значительно меньше, а энергозатраты ниже. Лазер работает в терагерцевом диапазоне (30 μm–3 mm), охватывая частоты будущей связи 6G, что открывает перспективы для развития высокоскоростной беспроводной связи. Результаты опубликованы в Nature Photonics.
Члены исследовательской группы: профессор Ван Цичжи (Wang Qijie) из Школы физики и математических наук NTU и доктор Цуй Цзиеюань (Cui Jieyuan) из Школы электротехники и электроники NTU.
Проблема потерь света
Микролазеры имеют широкий спектр применения: компактные оптические устройства, фотокомпьютинг, центры обработки данных, высокоскоростная связь, медицинская визуализация и передовые сенсоры. Однако потери света ограничивают их производительность.
Основные причины:
1.Боковое утекание света из резонатора: часть света выходит из боковых стенок.
2.Излучательные потери: энергия теряется через излучение в фотонных кристаллах.
3.Рассеяние света: дефекты фотонных кристаллов вызывают рассеяние и снижают эффективность.
В ультракомпактных лазерах эти эффекты особенно заметны, иногда лазер не может выдавать достаточную интенсивность света для практического применения.
Трехмерное подавление утечек света
Команда NTU разработала инновационное решение, сочетая структуру плоских зон (flat band) и механизм multi-BIC (несколько связанных состояний):
1.Структура плоских зон: скорость группы света близка к нулю, свет почти не выходит из резонатора.
2.Механизм multi-BIC: интерференция световых волн компенсирует утечки, создавая пространственное трехмерное удержание света (аналогично принципу шумоподавления в наушниках).
3.Создан новый резонатор: в полупроводниковом фотонном кристалле, зажатом между двумя слоями золотой пленки, построена периодическая решетка микропор в форме ромашки. Эта конструкция одновременно подавляет утечки, рассеяние и излучательные потери, получив название «оптимальное трехмерное подавление утечек света».
Иллюстрации:
Левое: чип лазерного резонатора
Среднее: решетка микропор в форме ромашки снижает потери света
Правое: микроструктура под микроскопом
Преимущества технологии и перспективы применения
Минимальный угол расходимости луча, подходит для прецизионной оптики.
Возможность настройки размеров пор и постоянной решетки для расширения диапазона на ближний ИК и видимый спектр.
Применение: носимые устройства, фотокомпьютинг, системы следующего поколения связи и интегрированные фотонные системы.
Мнения исследователей:
Профессор Ван Цичжи: сочетание flat band и BIC эффективно улавливает фотоны, решает проблемы конструкции микролазеров и открывает новые направления применения.
Доктор Цуй Цзиеюань: решены ключевые ограничения микролазеров, технологии могут широко применяться в связи и вычислительных системах следующего поколения.
Оценка эксперта:
Доцент Бо Чжэнь (Bo Zhen), Университет Пенсильвании: инновация является значительным прорывом в топологической фотонике и предлагает компактный, стабильный и масштабируемый источник света для интегрированных фотонных систем.
В настоящее время команда работает над повышением мощности лазера, интеграцией фотонных устройств, уже подала патенты и ищет промышленные партнерства для коммерциализации.
