Университет ИТМО создал микролазер на перовските для управления закрученным светом

Российские исследователи из Университета ИТМО совместно с коллегами из Института автоматизации и процессов управления ДВО РАН представили новую разработку в области микрофотоники. Ученые создали компактный микролазер на основе перовскита, который способен генерировать и контролировать так называемый вихревой свет — излучение, закрученное вокруг собственной оси.

• Разработан микролазер на основе перовскита диаметром в несколько микрон для интеграции в оптические чипы.
• По краям микродисков сформированы наноотверстия в виде зубцов шестеренки для управления светом.
• Создан метод обработки материала сверхкороткими мощными лазерными импульсами.
• Технология позволяет выводить вихревой свет за пределы чипа для квантовых систем и телекоммуникаций.

Особенности вихревого света и материалы Вихревой свет кардинально отличается от привычного лазерного излучения тем, что его волны закручены вокруг оси распространения. Эта уникальная особенность открывает широкие перспективы для эффективного кодирования больших объемов информации в телекоммуникационных сетях. Кроме того, вихревое излучение находит активное применение в высокоточных сенсорных системах и развивающихся квантовых технологиях. Главной сложностью до недавнего времени оставалось создание миниатюрных источников такого света, пригодных для прямой интеграции в современные кремниевые и оптические микрочипы. Решением этой проблемы стали перовскиты — уникальные полупроводниковые материалы, чья кристаллическая структура напоминает природный минерал. Они обладают превосходными люминесцентными свойствами и поддаются тонкой технологической обработке.

Инновационная конструкция и метод обработки Для реализации проекта физики изготовили микродиски микронного размера и модифицировали их структуру. По краям каждого диска они сформировали систему микроскопических отверстий, визуально напоминающих зубья шестеренки. Именно эта геометрическая форма позволяет точно настраивать характеристики испускаемого излучения, задавая направление вращения. Чтобы создавать такие сложные узоры на поверхности перовскита, исследователи применили инновационный метод лазерной абляции. Воздействие сверхкоротких, но мощных импульсов света позволило формировать наноотверстия с высокой точностью без разрушения хрупкой структуры материала. Данная технология открывает путь к созданию настраиваемых фотонных элементов нового поколения.

Практическое применение и перспективы Ключевым достижением научной группы стала возможность не просто генерировать вихревой свет внутри микрочипа, но и эффективно выводить его наружу. Излучение может свободно распространяться в пространстве, передаваясь к другим оптическим компонентам или детекторам. Это делает разработку универсальным инструментом для оптических квантовых процессоров. Работа была поддержана грантом Российского научного фонда, что подчеркивает ее значимость для фундаментальной и прикладной науки. В будущем технология может лечь в основу сверхбыстрых оптических компьютеров и защищенных систем связи нового поколения.