Физики Питерской Вышки – победители «молодежных» конкурсов 2022 года Президентской программы РНФ

Сотрудники Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ – Санкт-Петербург получили гранты Российского научного фонда на проведение исследований по двум проектам.

@iStock

В рамках конкурса молодежных научных групп грант получил проект «Температурно-стабильные быстродействующие микролазеры с квантовыми точками InGaAs на подложках кремния». Руководитель – Константин Александрович Иванов, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ – Санкт-Петербург. Грант предоставлен на три года. 

Константин Иванов

Цель проекта, которым мне выпало руководить, — создание микролазера с модами шепчущей галереи, который будет работать при повышенных температурах. 

Когда мы имеем дело с конструированием лазера, мы вынуждены учитывать одновременно огромное количество факторов, влияющих на его производительность. Сейчас уже никого не удивишь, что в объекте, характерный размер которого примерно совпадает с толщиной человеческого волоса, одновременно происходят десятки конкурирующих между собой процессов, которые нам нужно как-то оседлать. Первый шаг – сделать полупроводниковую наноструктуру, которая излучает на нужной длине волны. Но если мы потом просто вырежем из неё резонатор и подведем к нему провода, окажется, что из-за большого тока структура греется, ведь она очень маленькая, а охладить ее совсем непросто. Характеристики лазера меняются, на выходе получается пустышка.

В нашем проекте мы будем исследовать, какие физические процессы влияют на производительность лазера при повышении температуры. Делать это мы будем и теоретически, и экспериментально. 

В результате мы надеемся получить новые модели процессов, происходящих в полупроводниковых микролазерах. Это позволит создать модель очень компактного и энергоэффективного прибора, одно из применений которого – передача информации в оптических линиях связи с очень высокой скоростью.

В рамках конкурса инициативных проектов грант также получил Иван Сергеевич Махов, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ – Санкт-Петербург. Его проект посвящен методам управления длиной волны генерации и спектрального кодирования излучения инжекционных микролазеров с квантовыми точками. Грант предоставлен на два года.

Иван Махов

В рамках моего проекта я буду исследовать особенности реализации управляемой многочастотной лазерной генерации в микролазерах. Это нужно, чтобы повысить скорость передачи данных посредством повышения пропускной способности оптических линий связи. Решение этой задачи актуально для применения в фотонных интегральных схемах, сочетающих как элементы кремниевой транзисторной логики, так и устройства микрооптики (волноводы, фильтры, устройства ввода-вывода и др.), предназначенных для обработки и обмена большими объемами данных. 

Объект наших исследований –  микролазеры, резонатор которых поддерживает распространение высокодобротных мод шепчущей галереи, а активная область представляет собой массив самоорганизованных квантовых точек, использование которых позволяет создавать лазеры сверхмалого диаметра (~ единиц микрометров) с низкими рабочими токами и, соответственно, низким энергопотреблением. Мы предлагаем несколькими способами повысить пропускную способность оптических линий связи за счет спектрального кодирования, т.е. независимой модуляции интенсивности двух или более спектрально разделенных каналов. Первый связан с вовлечением в лазерную генерацию как основного, так и возбужденных состояний квантовых точек, а второй – с переключением генерации между различными модами шепчущей галереи за счет неоднородного возбуждения неравновесных носителей заряда в активной области микролазеров.

Реализация проекта позволит получить новые фундаментальные знания по физике микролазеров с квантово-размерной активной областью. Результаты также будут иметь высокую практическую значимость, поскольку определяют возможности применения существующих микролазеров в системах оптической связи и обработки информации, устанавливая рабочие характеристики таких систем.

О конкурсе 

Президентская программа исследовательских проектов была разработана Фондом в 2017 году. За время реализации программы Фондом поддержано более 5 тысяч проектов.

Конкурс инициативных проектов направлен на поддержку молодых людей в возрасте до 33 лет, защитивших кандидатские диссертации. Размер гранта составляет от 1,5 (если исследователь собирается выполнять работу в своем регионе) до 2 миллионов рублей (если планирует переехать в другой регион) ежегодно. Гранты предоставляются сроком на 2 года. 

Конкурс молодежных научных групп связан с поддержкой нового поколения научных лидеров. В рамках этого конкурса гранты РНФ сроком на три года с возможностью продления еще на два года выделяются на проведение фундаментальных и поисковых научных исследований молодежными научными коллективами под руководством кандидатов или докторов наук в возрасте до 35 лет. Размер гранта – до 6 миллионов рублей ежегодно, За эти средства молодые исследователи должны не только предложить интересную идею, но и собрать вокруг себя молодежную научную группу с тем, чтобы реализовать этот проект в качестве руководителей. В конкурсе приняли участие более 1,4 тысяч заявок, поддержку экспертного совета нашли 403 проекта.