AMPED (Area-Multiplied Photonic-crystal Enhanced Devices) — перспективна дослідницька програма агентства DARPA, спрямована на створення нового покоління надпотужних напівпровідникових лазерів із високою якістю променя, компактними розмірами та значно вищою ефективністю порівняно із сучасними системами. Програма орієнтована на прорив у галузі високопотужної фотоніки, інтегрованих лазерних систем і лазерної зброї нового покоління. Головною метою AMPED є подолання фундаментальних фізичних обмежень сучасних напівпровідникових лазерів та створення масштабованих chip-scale лазерних пристроїв із безпрецедентною вихідною потужністю.

Повна назва програми

AMPED розшифровується як:

Area-Multiplied Photonic-crystal Enhanced Devices

Українською:

Фотонно-кристалічні пристрої з мультиплікованою площею випромінювання

Програма реалізується під керівництвом Microsystems Technology Office (MTO) агентства DARPA.

Передумови створення програми

У сучасній фотоніці та лазерній техніці існує фундаментальна проблема:

зі збільшенням потужності лазера погіршується якість променя.

Для високопотужних лазерів характерні:

  • поява небажаних мод;
  • деградація когерентності;
  • зростання теплових ефектів;
  • збільшення розбіжності променя;
  • падіння ефективності системи.

Традиційні підходи до масштабування потужності:

  • масиви лазерів;
  • beam combining;
  • волоконні лазери;
  • зовнішні оптичні системи

стають дедалі складнішими, дорожчими та менш ефективними.

DARPA вважає, що сучасна архітектура лазерних систем наближається до межі своїх можливостей, тому потрібен принципово новий підхід.

Основна мета програми

Програма AMPED спрямована на створення:

  • однорежимних (single-mode);
  • diffraction-limited;
  • безперервних (continuous-wave, CW);
  • високоефективних;
  • масштабованих напівпровідникових лазерів

у компактному chip-scale форматі.

DARPA прагне отримати:

  • приріст потужності на порядки;
  • збереження високої якості променя;
  • компактність;
  • промислову масштабованість;
  • сумісність із сучасним напівпровідниковим виробництвом.

Проблема сучасних напівпровідникових лазерів

Сучасні semiconductor lasers мають обмеження через фізику модового розподілу.

Коли активна область лазера збільшується для підвищення потужності:

  • виникають багатомодові режими;
  • знижується когерентність;
  • зростає шум;
  • погіршується фокусування;
  • знижується дальність ефективної передачі енергії.

Це особливо критично для:

  • directed energy systems;
  • LiDAR;
  • космічного зв’язку;
  • лазерного наведення;
  • високоточної фотоніки.

Технологічна основа AMPED

Photonic Crystal Surface-Emitting Lasers

Ключовою базовою технологією програми є:

  • PCSEL — Photonic Crystal Surface-Emitting Lasers.

Це особливий тип лазерів, у яких:

  • використовуються фотонні кристали;
  • контролюється поширення світла;
  • формується високоякісний промінь;
  • досягається висока когерентність.

На відміну від традиційних лазерів:

  • VCSEL;
  • edge-emitting lasers;

PCSEL дозволяють поєднати:

  • велику площу випромінювання;
  • вузький промінь;
  • високу потужність.

Photonic Crystals

Фотонні кристали — це штучні структури з періодичною зміною оптичних властивостей.

Вони дозволяють:

  • керувати модами світла;
  • придушувати небажані режими;
  • стабілізувати випромінювання;
  • формувати високоякісний промінь.

Саме використання photonic-crystal architecture лежить в основі концепції AMPED.

Area-Multiplied Architecture

DARPA прагне реалізувати так звану:

  • area-multiplied architecture,

тобто значне збільшення активної площі лазера без втрати однорежимності.

Це повинно забезпечити:

  • різке зростання потужності;
  • збереження diffraction-limited beam quality;
  • компактність системи.

Основні технічні характеристики

Програма орієнтується на створення лазерів із такими властивостями:

  • single-mode operation;
  • diffraction-limited beam;
  • continuous-wave режим;
  • високий ККД;
  • chip-scale form factor;
  • масштабованість виробництва.

DARPA прямо зазначає, що AMPED має перевершити сучасні PCSEL на порядки.

Архітектура програми

Програма розділена на дві основні фази.

Phase 1 — Technology Feasibility

Перша фаза триває приблизно:

  • 24 місяці.

Основні завдання:

  • створення експериментальних лазерів;
  • перевірка архітектури;
  • дослідження теплового режиму;
  • валідація beam quality;
  • незалежне тестування систем.

Phase 2 — System Enablement

Друга фаза триває:

  • близько 18 місяців.

Мета:

  • інтеграція технології на системному рівні;
  • масштабування потужності;
  • створення придатних до використання модулів;
  • перевірка manufacturability.

Військове значення

AMPED має велике значення для оборонних технологій США.

Directed Energy Weapons

Одним із головних напрямів є:

  • високоефективна лазерна зброя.

Сучасні HEL-системи (High Energy Laser) часто потребують:

  • великих оптичних систем;
  • складного beam combining;
  • масивного охолодження.

AMPED може радикально зменшити:

  • масу;
  • габарити;
  • енергоспоживання лазерної зброї.

Протидія дронам

Компактні потужні лазери можуть використовуватися для:

  • знищення БПЛА;
  • перехоплення малих повітряних цілей;
  • захисту військових баз;
  • корабельних систем ППО.

Космічні системи

AMPED потенційно важливий для:

  • супутникового зв’язку;
  • optical interconnects;
  • космічних LiDAR;
  • лазерної передачі енергії.

Потенційні цивільні застосування

Технології програми можуть використовуватися у:

  • телекомунікаціях;
  • дата-центрах;
  • квантових системах;
  • автономному транспорті;
  • медичній техніці;
  • промислових лазерах;
  • фотонних процесорах;
  • нейроморфних обчисленнях.

Зв’язок з іншими програмами DARPA

AMPED пов’язаний із кількома іншими фотонними програмами DARPA.

LUMOS

Програма:

  • LUMOS — Lasers for Universal Microscale Optical Systems

спрямована на інтеграцію лазерів у фотонні мікросистеми.

MELT

Програма:

  • MELT — Modular Efficient Laser Technology

розвиває масштабовані high-energy laser systems для оборонних потреб.

AMPED розглядається як потенційна технологічна база для майбутніх HEL-платформ.

Наукове значення

Програма стимулює розвиток:

  • фотонних кристалів;
  • інтегрованої фотоніки;
  • квантової оптики;
  • semiconductor fabrication;
  • nanophotonics;
  • beam engineering;
  • coherent light control.

Основні технічні виклики

Тепловідведення

Високопотужні chip-scale лазери генерують значну кількість тепла.

Потрібно вирішити:

  • thermal runaway;
  • локальний перегрів;
  • деградацію матеріалів.

Збереження single-mode operation

При збільшенні площі активної області важко:

  • уникнути багатомодовості;
  • зберегти когерентність;
  • підтримувати стабільність променя.

Manufacturability

DARPA прагне створити технологію, сумісну з:

  • сучасними semiconductor fabs;
  • масовим виробництвом;
  • стандартними fabrication processes.

Організаційна структура програми

Програма керується:

  • Microsystems Technology Office (MTO).

DARPA організувала:

  • AMPED Proposers Day;
  • технічні брифінги;
  • командні сесії для учасників;
  • обговорення архітектурних підходів.

Участь у програмі дозволена переважно:

  • американським компаніям;
  • громадянам США;
  • організаціям із доступом до CUI-інформації.

Поточний стан програми

Станом на 2026 рік:

  • DARPA офіційно запустила програму;
  • опубліковано solicitation DARPA-PS-26-119;
  • стартувала фаза набору виконавців;
  • проводяться технічні консультації та формування команд.

Очікується, що перші демонстраційні зразки AMPED з’являться протягом найближчих кількох років.

Потенційний вплив на майбутнє фотоніки

У разі успіху AMPED може:

  • змінити архітектуру лазерних систем;
  • радикально збільшити потужність semiconductor lasers;
  • прискорити розвиток directed energy weapons;
  • забезпечити прорив у integrated photonics.

Дещо інше: