Ученые из НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге совместно с коллегами разработали микролазеры, излучающие в глубоком ультрафиолетовом диапазоне — 255 нанометров. Устройства работают при комнатной температуре, а диаметр самого миниатюрного из них составляет всего около двух микрометров. Это сопоставимо с размером бактерии, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.

Традиционные источники глубокого ультрафиолета — громоздкие газовые или ртутные лампы. Их использование ограничено не только размерами, но и токсичностью материалов. Создание компактных источников УФ-излучения долгое время оставалось сложной задачей: чем меньше устройство, тем сильнее на его работу влияют малейшие дефекты материала и потери света.

Команда исследователей решила эту проблему, используя сапфировую подложку. Сапфир оказался идеальным материалом: он доступен по цене и совместим со стандартными технологиями микроэлектроники. На основе сапфира были выращены полупроводниковые слои, из которых затем вытравили микродиски диаметром около двух микрометров.

Внутри этих дисков свет удерживается за счет эффекта «шепчущей галереи» — подобно тому, как звук циркулирует вдоль стен круглого зала, свет многократно отражается от краев диска. Это позволяет удерживать излучение внутри крошечного резонатора без использования сложных систем зеркал.

Полученные лазеры уже сейчас показывают характеристики мирового уровня. При комнатной температуре они выдают излучение длиной волны 255 нм, что является одним из лучших показателей для устройств такого размера. Пороговая мощность самого маленького лазера составила около 280 кВт/см².

«Сейчас эти устройства работают за счет оптической накачки от внешнего лазера, однако следующим шагом станет переход к электрической накачке», — комментирует один из авторов исследования, старший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ Эдуард Моисеев. По словам эксперта, такой подход позволит использовать микролазеры в реальных портативных устройствах, избавившись от необходимости применять громоздкое внешнее оборудование.

Разработанные микролазеры открывают новые возможности для создания биохимических сенсоров для обнаружения токсинов, эффективных систем обеззараживания, компонентов фотонных чипов для сверхбыстрой передачи данных и спектроскопических систем анализа газов.