Международная команда исследователей при участии НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге создала микролазеры, излучающие в диапазоне глубокого ультрафиолета — 255 нанометров. Устройства работают при комнатной температуре, а диаметр самого маленького из них — около двух микрометров, что сопоставимо с размером бактерии. Глубокий ультрафиолет (длина волны менее 300 нм) не виден глазу, но из-за высокой энергии фотонов хорошо поглощается веществом и запускает фотохимические реакции, поэтому используется для анализа газов, обнаружения биомолекул, обеззараживания и передачи данных. Результаты опубликованы в журнале Optics & Laser Technology.
Привычные источники такого излучения — ртутные лампы и газовые лазеры — токсичны и громоздки, что ограничивает их интеграцию в компактные устройства. Однако создать миниатюрный лазер сложно: дефекты материала, потери излучения и неточности формы сильнее сказываются на работе маленького устройства. Учёные из НИУ ВШЭ, ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Института физики НАН Беларуси и Цилуского технологического университета (Китай) решили эту проблему, использовав сапфировые подложки — доступный и технологичный материал, совместимый с методами микроэлектроники.
Исследователи вырастили на сапфире тонкие полупроводниковые слои и сформировали из них микродиски диаметром около 2 мкм. Свет удерживается в них за счёт эффекта шепчущей галереи — многократно отражаясь от границы диска и «бегая» по его краю, что позволяет обойтись без сложной системы зеркал. Активная область содержит три квантовые ямы. Для самого маленького устройства пороговая плотность мощности составила около 280 кВт/см², что соответствует лучшим мировым показателям для столь коротких длин волн.
В перспективе авторы планируют перейти от оптической накачки к электрической, что позволит использовать микролазеры в реальных портативных устройствах без громоздких внешних источников света. Для этого предстоит снизить электрическое сопротивление слоёв и обеспечить эффективную доставку зарядов в активную область. Такие лазеры могут применяться в спектроскопических системах, биохимических и газовых сенсорах, устройствах UV-C-связи и фотонных чипах, где нужен компактный источник глубокого ультрафиолета.
