Студенты магистратуры передовой инженерной школы Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники разрабатывают компактный источник зеленого света на основе ниобата лития. Устройство по сути представляет собой миниатюрный лазер, который можно будет использовать для мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы.
«Наша цель — создать компактный, энергоэффективный и стабильный источник зеленого света, который можно реализовать не в виде громоздкой лазерной системы, а в виде миниатюрной фотонной схемы на кристалле. Создание таких источников зеленого излучения значительно сложнее, чем источников красного или синего света. При этом компактные лазеры видимого диапазона востребованы во многих областях: в оптических сенсорах, дисплейных технологиях, биомедицинской диагностике и квантовых устройствах», — рассказал руководитель проекта Аян Мырзахметов.
Проект ориентирован прежде всего на применение в медицине, в частности в кардиологии. Такие источники могут стать основой для новых биофотонных методов мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы. Проектом студентов заинтересовался НИИ кардиологии Томского НИМЦ.
«Интерес к биомедицинскому применению возник при изучении принципов работы носимых устройств, например смарт-часов. В них обычно используется светодиод, изучающий зеленый свет, поскольку он хорошо поглощается кровью и по изменению отраженного сигнала можно оценивать пульс и ряд других параметров. В научной литературе также рассматриваются подходы, в которых вместо светодиодов применяются лазерные источники, а анализ ведется не только по изменению амплитуды, но и по фазовым характеристикам сигнала. Такие методы потенциально позволяют уточнить и увеличить количество измеряемых параметров», — отметил Аян Мырзахметов.
Студенты уже провели комплекс технологических исследований, связанных с изготовлением волноводных структур на тонкопленочном ниобате лития. Также ими разработана структура фотонной интегральной схемы для генерации зеленого излучения.
Сейчас проект находится на стадии отработки технологии изготовления. Основная цель на 2026 год — получить работоспособный макет интегрально-оптического преобразователя. Защита результатов состоится уже летом.
Руководитель проекта пояснил, что идея возникла на стыке его профессиональной подготовки и интереса к биомедицинским технологиям. На кафедре электронных приборов, где он учился, исторически ведутся исследования оптических свойств ниобата лития. Этот материал известен своими нелинейными характеристиками, благодаря которым в нем может реализовываться эффект генерации второй гармоники: излучение одной частоты, проходя через нелинейную среду, порождает излучение с удвоенной частотой и вдвое меньшей длиной волны. Именно этот принцип лежит в основе работы многих зеленых лазеров. Чтобы реализовать такой эффект в компактном формате, необходимы тонкопленочный ниобат лития и фотонная интегральная схема, обеспечивающая эффективное преобразование излучения.
С 2025 года проект «Передовые инженерные школы» реализуется в рамках нацпроекта «Молодежь и дети».
