Исследователи из University of Colorado Boulder создали высокоэффективные оптические микрорезонаторы, способные захватывать и усиливать свет с минимальными потерями энергии. Разработка может стать основой для компактных сенсоров, микролазеров и перспективных квантовых фотонных систем.
Микрорезонаторы представляют собой микроскопические структуры, удерживающие свет в ограниченном объёме. По мере циркуляции интенсивность излучения возрастает, что позволяет реализовывать сложные оптические процессы и повышать чувствительность устройств.
Ключевым элементом проекта стала конструкция типа racetrack — удлинённая петля, напоминающая гоночную трассу. В её геометрии использованы так называемые кривые Эйлера, применяемые в дорожном и железнодорожном проектировании для плавного прохождения поворотов. Такой подход позволил существенно снизить потери света при изгибе и увеличить время его циркуляции внутри структуры.
По словам исследователей, именно плавные переходы стали главным фактором повышения эффективности, поскольку резкие повороты приводят к утечке фотонов и снижению интенсивности.
Микрорезонаторы были изготовлены в центре нанофабрикации Colorado Shared Instrumentation in Nanofabrication and Characterization с использованием электронно-лучевой литографии, обеспечивающей субнанометровое разрешение. Такая точность критически важна, поскольку даже микроскопические дефекты могут существенно повлиять на распространение света.
В качестве материала использовалось халькогенидное стекло — класс полупроводниковых стеклообразных материалов с высокой прозрачностью и выраженными нелинейными оптическими свойствами. Эти материалы позволяют передавать интенсивное излучение с минимальными потерями, хотя их обработка остаётся технологически сложной.
После изготовления устройства протестировали с помощью лазерных измерений, анализируя резонансные характеристики. Глубокие и узкие резонансные пики подтвердили высокое качество структуры и низкий уровень потерь.
Результаты показывают, что снижение потерь при изгибе позволяет создавать устройства, сопоставимые по характеристикам с лучшими современными фотонными платформами. При этом исследователи отмечают важность контроля тепловых эффектов, поскольку нагрев может менять оптические свойства материалов.
В перспективе разработка может использоваться для создания интегрированных фотонных систем — от высокочувствительных химических и биологических датчиков до микролазеров и компонентов квантовой метрологии и сетей. Долгосрочная цель проекта — довести технологию до уровня промышленного производства, позволяющего выпускать устройства массовыми партиями.
Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/02/260224015540.htm
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/