Прощай, зернистость. Металейзер убрал шум из голограмм и готов перевернуть рынок дисплеев

Китайские учёные представили новый тип наноструктурированного лазера — металейзер, который может создавать световые пучки любой формы. Эта технология позволяет формировать спекл-свободные голограммы и, по словам разработчиков, способна изменить подход к лазерным дисплеям.

Полупроводниковые лазеры известны ещё с 1960-х годов и широко применяются благодаря компактности, долговечности и энергоэффективности — от оптической связи до биомедицинской визуализации и дисплеев. Однако при уменьшении таких лазеров до наномасштаба управление формой излучения оставалось ограниченным и требовало дополнительных громоздких компонентов.

Чтобы решить задачу, команда Qinghai Song из Harbin Institute of Technology, Shenzhen создала металейзер на основе нанодисков из нитрида кремния с крошечными отверстиями. Они выстроены в строго повторяющийся порядок, то есть в периодическую решётку. Такое упорядоченное расположение формирует особые «ловушки для света» — связанные состояния в непрерывном спектре (BICs). В них энергия концентрируется в центре диска и не рассеивается наружу, поэтому даже микроскопические дефекты не мешают работе лазера.

Электрическое поле распределяется по краям нанодисков, а в центре отверстия свет усиливается. Это создаёт геометрическую фазу, позволяющую управлять излучением каждого элемента. Поворачивая отверстия, исследователи задают разные профили и получают фокусные точки, линии, кольцевые пучки с ярким ободом и тёмным центром — так называемые «пончики», — а также полноценные голограммы.

В отличие от традиционных лазеров, здесь рассеянные волны слишком слабы, чтобы усиливаться. Поэтому спекловой шум, который обычно портил голограммы, практически исчезает.

По словам Суна, это открывает новые возможности для дисплеев и нанофотонных устройств. Ранее для контроля излучения приходилось использовать громоздкие внешние элементы или сложные метаповерхности, что сильно ограничивало потенциал.

Металейзер же позволяет перейти от фиксированных лазерных профилей — таких как моды Эрмита-Гаусса или Лагерра-Гаусса — к полностью произвольным пучкам. Это даёт возможность подстраивать лазеры под характеристики волокон и волноводов, повышая эффективность оптической связи и обработки данных.

Учёные подчёркивают, что предложенный подход может применяться и в других нанофотонных устройствах, значительно улучшая их характеристики.

Следующая цель команды — создать программируемый металейзер, который сможет динамически менять форму излучения. Подробности опубликованы в журнале Nature .