Российские ученые объединили микродисковый лазер и волновод на одной площадке
Группа российских ученых под руководством профессора из НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Натальи Крыжановской занимается исследованием микродисковых лазеров с активной областью на арсенидных квантовых точках. Впервые исследователям удалось разработать микродисковый лазер, сопряженный с оптическим волноводом, и фотодетектор на одной основе. Такая конструкция позволит реализовать элементарную фотонную схему на одной подложке с источником излучения (микролазером). Это поможет в будущем ускорить передачу данных, уменьшить вес техники без потери качества. Результаты исследования опубликованы в издании «Физика и техника полупроводников».
Все возрастающие требования к скорости и объему передаваемой информации диктуют необходимость усовершенствования существующих способов связи. Фотонные интегральные схемы (ФИС), использующие свет для передачи информации, работают быстрее, меньше нагреваются, более устойчивы к помехам и потребляют меньше энергии по сравнению с аналогами, использующими электроны для передачи информации.
Однако для их успешного применения необходимы эффективные и миниатюрные источники света, такие как микродисковые лазеры на основе арсенида галлия (GaAs). Длина классического лазера Фабри — Перо — около 1 мм, а микродисковый лазер может быть меньше в 1000 раз. В представленной работе размер лазера был уменьшен до 40–30 мкм.
Для успешной реализации оптической связи на ФИС необходим эффективный направленный вывод излучения. Направленного излучения можно добиться с помощью оптической связи микролазеров с волноводом, который расположен очень близко. Авторы статьи спроектировали и изготовили и микролазер, и волновод из одной эпитаксиальной структуры, что позволило дополнительно уменьшить их размер и повысить стабильность работы.
Никита Фоминых
«Создание микродисковых лазеров, сопряженных с волноводом, — сложная задача. Необходимо создать тонкопленочную эпитаксиальную структуру заданного состава. В нашем случае мы использовали газофазную эпитаксию из металл-органических соединений, метод послойного формирования кристаллов разных веществ на поверхности друг друга. Из полученной структуры формировались лазеры и волноводы. Это стало возможно благодаря разработкам Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова РАН. Все эти процессы потребовали использования высокотехнологичного оборудования и работы целой группы опытных, талантливых и квалифицированных специалистов», — рассказал Никита Фоминых, младший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге.
Помимо источников излучения, для функционирования ФИС необходимы и приемники. Эту роль в работе выполняют волноводные фотодетекторы. Таким образом, появляется возможность создать оптопару микролазер — волноводный фотодетектор с согласованной рабочей длиной волны на одной пластине. Размер фотодетектора, который был использован в оптопаре, не превышал 90 мкм, что позволило создать очень компактную и энергоэффективную оптопару.
Наталья Крыжановская
«Микродисковые лазеры — уникальные оптоэлектронные приборы. При размере, сравнимом с диаметром нити паутины, они могут выдавать достаточно большую оптическую мощность. Мы экспериментально показали, что все необходимые для фотонной интегральной схемы оптоэлектронные компоненты — микродисковый лазер, волновод и фотодетектор — могут быть изготовлены из одной эпитаксиальной гетероструктуры, на одной основе», — говорит одна из авторов статьи, заведующая Международной лабораторией квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Наталья Крыжановская.
Вам также может быть интересно:
Ученый НИУ ВШЭ оптимизировал решение задачи по гидродинамике
Доцент департамента прикладной математики МИЭМ НИУ ВШЭ Роман Гайдуков смоделировал движение жидкости вокруг вращающегося диска с малыми неровностями. Разработка делает возможным предсказание поведения потока жидкости без мощных суперкомпьютеров. Результаты опубликованы в журнале Russian Journal of Mathematical Physics.
Сборная Саудовской Аравии, завоевавшая медали на Международной олимпиаде по физике, прошла подготовку в Вышке
На завершившейся недавно в Иране Международной олимпиаде по физике (IPhO 2024) школьники из Саудовской Аравии показали лучший результат в истории страны, завоевав одну серебряную и три бронзовые медали. Заключительную подготовку к соревнованию команда королевства впервые прошла в России — на факультете физики НИУ ВШЭ.
Парные перескоки частиц удержали жидкость Латтинжера от перехода в фазу локализации в беспорядке
Это еще один шаг к созданию квантового компьютера. Ученые из Российского квантового центра, НИУ ВШЭ и МФТИ изучили фазовый переход в одномерных системах с беспорядком в присутствии коррелированного перескока частиц. Работа была опубликована в Physical Review Journals. Она открывает возможности для создания устойчивых одномерных атомных ловушек, квантовых нитей, кристаллов с одномерной проводимостью.
В НИУ ВШЭ научились анализировать качество мобильной связи с помощью физики поверхностей
Ученые МИЭМ ВШЭ разработали новую модель анализа коммуникационных сетей, которая может значительно повысить скорость мобильной связи. Для этого исследователи использовали методы вычислительной физики и модели фазовых переходов. Оказалось, что работа сотовой сети во многом похожа на рост поверхностей в физике. Работа выполнена с использованием суперкомпьютерного комплекса “cHARISMa” НИУ ВШЭ. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Physics.
«Мы можем изменять спины электронов, прикладывая внешнее магнитное поле»
Ученые ВШЭ, МФТИ и Института физики твердого тела РАН совместно с коллегами из Англии, Швейцарии и Китая изучили свойства тонкослойной гетероструктуры «платина — ниобий». Проведенные ими эксперименты и теоретические расчеты подтвердили, что при контакте со сверхпроводником в платине возникает спин, который можно использовать как носитель информации. Платина не обладает собственным магнитным моментом, что в перспективе дает возможность создавать на базе новой структуры еще более миниатюрные чипы, чем в «традиционной» спинтронике. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Микролазеры с квантовыми точками оказались способны работать даже при высоких температурах
Ученые из Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге исследовали, как размер резонатора влияет на температуру работы микродискового лазера с квантовыми точками в режиме двухуровневой генерации. Выяснилось, что микролазеры способны генерировать излучение на нескольких частотах даже при высокой температуре. Это позволит в будущем использовать микролазеры в фотонных интегральных схемах и передавать в два раза больше информации. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials.
Атомные часы, квантовые деньги и разноцветные алмазы: как прошел День света на факультете физики ВШЭ
В конце мая факультет физики Вышки впервые организовал День света для студентов и абитуриентов. Его целью стало погружение школьников и учащихся младших курсов в увлекательный мир науки. Ученые ВШЭ рассказывали о распространении света в галактике, демонстрировали волновую теорию света на потолке лекционного зала и опыты с получением флуоресцеина. А студенты старших курсов представили свои исследовательские работы.
Туннельный контакт помог изучить электронную структуру углеродных нанотрубок
Российские физики показали, что можно использовать туннельный контакт для спектроскопии электронных состояний углеродных нанотрубок. Предложенная технология изготовления туннельного контакта и метод спектроскопии помогут точно определять ширину запрещенной зоны нанотрубок, которая является ключевой характеристикой для разработки любых электронных устройств на их основе. Результаты работы были представлены в журнале Applied Physics Letters.
5 причин учиться на базовой кафедре квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН
Чем молодых физиков привлекает обучение в Вышке? Какие лаборатории ИСАН открыты для будущих профессоров и академиков? Выяснила новостная служба портала.
«Нам удалось быстро включить магистрантов-физиков в реальные научные исследования»
В этом году состоялся первый выпуск магистерской программы «Физика». О том, чего удалось достичь студентам, какими исследованиями они занимались во время учебы и как будет меняться программа в будущем, рассказал ее академический руководитель, директор Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау, член-корреспондент РАН Владимир Лебедев. Подать документы на программу можно до 31 июля.