Lazerlar aloqa, tibbiy tasvirlash va jarrohlik, maishiy elektronika va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi va odamlarning hayotini tubdan o'zgartiradi. So'nggi yillarda, lazerlar hajmini kichikroq qilish uchun olimlar nafaqat fotonizatsiya va haddan tashqari sharoitlardagi o'zaro ta'sirni o'rganish uchun yangi yo'llarni ochib berishadi, balki engil va materiya o'rtasidagi o'zaro ta'sirni o'rganish uchun yangi yo'llarni ochib beradi, balki engil va materiya o'rtasidagi o'zaro ta'sirni o'rganish uchun yangi yo'llarni ochib beradi. Ushbu maqola yorug'lik avlodi bilan boshlanadi va sizni chuqurlikda Nanolayers dunyosini o'rganishga olib keladi.
Axborot texnologiyalari, tranzistorlar va lazerlar sohasida ikkita asosiy komponentlardir. Transtistchilarning miniatsionlashtirish elektron chiplarning jadal rivojlanishiga yordam berdi va taniqli Muroning qonunchiligini oshirdi - bu har 18 oyda yoki undan ko'proq vaqt davomida ikki baravar ko'payadi. Ushbu tendentsiya eng rivojlangan tranzistorlarning o'lchamini nanometr darajasiga qo'ydi. Hozirgi kunda ushbu qurilmalarni foydali ma'lumotlarni qayta ishlash imkoniyatlarini beradigan va raqamli va aqlli davrning kelishini targ'ib qilish uchun 10 milliarddan ortiq tranzistiklarni birlashtirish mumkin. Shu bilan birga, lazerlarni miniatlashtirish fotonik texnologiyalardagi inqilobni qo'zg'atdi. Yarim asrdan oshgandan keyin miniatyure yarimo'tkazgich lazerlari aloqa, ma'lumotlarni saqlash, tibbiy tasvir, sezgirlashtirish, qo'shimchalar va yoritish va boshqa sohalarda keng qo'llanilgan.
Miqzovchilar tranzistorlarga qaraganda ancha qiyinroq, chunki ular juda turli xil zarrachalar-tortliqlarga suyanadi, chunki ular turli xil mikroskopik zarrachilarga suyanishadi, lazerlar fotonlarga tayanishadi. Ko'rinadigan va yaqin-infraqizil-diapazonlarda to'lqin uzunligi uchta buyrug'i - bu tranzistorlardagi elektronlarning to'lqin uzunliklari to'lqin uzunligidan yuqori. Shifrorlik chegarasi, bu fotonlar siqilishi mumkin bo'lgan minimal rejim hajmi, bu tranzistorda elektronlardan kattaroq kattalik yoki milliard marta, taxminan bir milliardga yaqin yoki milliard marta. Nanoskale Lasers-ni qurishda asosiy vazifa - bu diffraktsiya chegarasi va fotonsning chegarasi hajmini "siqish" ni qanday buzishdir. Ushbu muammoni bartaraf etish nafaqat fotonik texnologiyalar rivojlanishiga sezilarli darajada rivojlantiradi, balki ko'plab yangi dasturiy stsenariylarni keltirib chiqaradi. Tasavvur qiling-a, nanometr shkalasida fotonslar paydo bo'lishi mumkinligini tasavvur qiling. juda yaxshilash.
So'nggi yillarda, sirt plazlari va yakkama-yakka mavqei lokalizatsiya mexanizmlari, lazer rejimi optik difgraksiya chegarasidan oshib ketdi va NanOlazerlarni keltirib chiqardi.
1. Noma'lumni o'rganish uchun yorqin eshikni oching
Tabiatda yorug'lik ikki usul bilan yaratiladi: o'z-o'zidan radiatsiya va rag'batlantiruvchi nurlanish.
O'z-o'zidan paydo bo'lgan nurlanish - bu ajoyib jarayon. Hatto to'liq qorong'ilikda va tashqi fotonlarsiz materiya o'z-o'zidan yorug'lik chiqarishi mumkin. Buning sababi, vakuum haqiqatan ham "bo'sh" emas. Bu vakuum nol darajadagi energiya deb ataladigan mayda energiya tebranishlari bilan to'ldirilgan. Vakuum nol darajadagi energiya fotoni chiqarishni hayajonlantirishi mumkin. Masalan, shamni yoritish shamni hosil qiladi. Yong'inni iste'mol qilish tarixi 1 million yil avvaldan ortig'i orqaga qaytishi mumkin. Olov inson ajdodlari uchun engil va iliqlikni keltirdi va tsivilizatsiya bobini ochdi. Olov va qizg'ish lampalarda ham o'z-o'zidan radiatsiya manbalari. Ular elektronni yuqori energiya holatiga tushirish yoki issiqlik energiyasini ekish uchun, keyin dunyoni yoritish uchun vakuum nol darajadagi energiya harakati ostida fotonlarni chiqaradilar.
Rashuvlangan nurlanish engil va materiya o'rtasidagi chuqur ta'sirni ochib beradi. Tashqi foton bir moddadan hayajonlangan holatda o'tganda, u biron bir foton bilan bir xil bo'lgan yangi fotonni chiqaradigan moddani qo'zg'atadi. Ushbu "nusxa ko'chirilgan" foton yorug'lik nurini yuqori darajadagi va izchil qiladi, bu biz bilan tanish bo'lgan lazer. Garchi lazerning ixtirosi bir asrdan kam bo'lmagan bo'lsa-da, u tezda er uchadigan o'zgarishlarni keltirib chiqardi.
Lazerning ixtirosi noma'lumlarni kashf etish uchun insoniyat uchun yorqin eshigini ochdi. U bizga kuchli vositalarni taqdim etadi va zamonaviy tsivilizatsiyani rivojlantirishga yordam beradi. Axborot va aloqa sohasida lazerlar yuqori tezlikda optik tolali aloqalarni amalga oshirdi va global birlashish mumkin. Tibbiy yordamda lazer jarrohligi yuqori aniqlik va minimal invazivlik bilan tavsiflanadi, bemorlarni xavfsizroq va samaraliroq davolash usullari bilan ta'minlaydi. Sanoat ishlab chiqarishda, lazerni kesish va payvandlash ishlab chiqarish samaradorligi va mahsulot aniqligini oshirishda, odamlarga yanada murakkab mashina va uskunalar yaratishga imkon beradi. Ilmiy izlanishlar, lazerlar tortishish to'lqinlarini aniqlash va kvant axborot texnologiyalari uchun olimlarga koinot sirlarini ochishga yordam beradigan asosiy vositalardir.
Kundalik hayotda Lazerni bosib chiqarish va tibbiy go'zallikdan so'nggi texnologiyalar va zamonaviy texnologiyalardagi lazer qurollari, lazerlar radarlari va lazerli qurollar, lazerlar hamma joyda, dunyoning rivojlanishiga katta ta'sir qiladi. Bu nafaqat hayot tarzimizni o'zgartirdi, balki insonning tabiatni tushunishi va o'zgartirishi uchun insonning qobiliyatini kengaytirdi.
2. Tabiatni tushunish va to'g'rilash uchun kuchli vositalar
Plankning "Plank" ning qora tanli qonuni Eynshteyn 1917 yilda qo'zg'atilgan nurlanish kontseptsiyasini taklif qildi va bu kashfiyot lazerlar ixtirosiga asos yaratdi. 1954 yilda amerikalik olimlar shaharlari va boshqalar birinchi xabarni kuchaytirdi radiatsiya, xususan mikroto'lqinli pechning masshrobini anglab etishadi. Ular ommaviy axborot vositalarida ommaviy axborot vositalaridan foydalanganlar va mikroto'lqinli rezonans bo'shlig'idan 12 sm uzunlikdagi mikroto'lqinli rezonans bo'shlig'ini, taxminan 12,56 sm ni tashkil qiladi. Mikroto'lqinli pechning masdorasi lazerning oldidan qabul qilinadi, ammo lazer yuqori chastotada yuqori chastotada, kamroq hajm, yuqori darajadagi va yuqori miqdordagi ma'lumotlar kabi afzalliklarga ega.
1960 yilda amerikalik olim Mayyan birinchi lazerni ixtiro qildi. U o'rtacha sovg'alar singari ruby tayoqdan foydalangan va novning ikki uchi optik fikr-mulohazalarni taqdim etish uchun reflektorlar sifatida qabul qilish uchun kumush bilan shug'ullanishgan. Flash chiroqning qo'zg'almasligida qurilma 694.3 Nanometrning to'lqin uzunligi bilan lazer ishlab chiqarishni ishlab chiqardi. Shuni ta'kidlash kerakki, mikroto'lqinli pechning o'lchami to'lqin uzunligi kabi kattalik tartibida. Ushbu mutanosib munosabatlarga ko'ra, lazerning o'lchami 700 ga yaqin nanometr bo'lishi kerak. Biroq, birinchi lazerning o'lchami bundan ancha kattaroq edi, 4 dan ortiq kattalikning buyrug'i bilan. Sichqon uzunligi bilan taqqoslanadigan o'lchamdagi lazerni qisqartirish uchun 30 yil davom etdi va yarim asrni to'lqin uzunligi cheklanganini sindirish uchun yarim asr kerak bo'ldi.
Oddiy yorug'lik manbalari bilan taqqoslaganda, mikroto'lqinli pech va lazerlarning radiatsion energiyasi juda tor chastota diapazoniga jamlangan. Shuning uchun, ushbu ikki ixtirolarni qo'zg'atilgan nurlanish orqali chastota bo'shliqida elektromagnit to'lqinlarni mahalliylashtirishga qaratish mumkin. Vaqti-vaqti bilan elektromagnit to'lqinlarni mahalliylashtirish uchun ham qo'zg'atilgan nurlanish ham ishlatilishi mumkin. Ushbu o'lchamlarda elektromagnit to'lqinlarni mahalliylashtirish orqali Lazerning yorug'lik manbalari juda barqaror tez-tez uchib ketish, yuqori yo'nalishlar, yuqori yo'nalishlar va energiyani uzoq masofalarda uzatishga imkon beradi , qurilmani miniatizatsiyasiga erishish va tasvirlashning yuqori aniqligini oling.
Lazer fizikasini o'rganish va lazerli qurilmalarning tezkor rivojlanishiga va lazerni anglash va undan foydalanish uchun tezkor asboblar, masalan, chastota, vaqt, o'sish va bo'sh joyni kuchaytirish, eng muhim vositalarda eng muhim vositani kuchaytirishga intilmoqda .
Chernali bo'shliqda, yuqori sifatli bo'shliqda, fikr-mulohazalarni boshqarish va atrof-muhit izolyatsiyasida, masalan, Bose-Eynshteyin kondensatsiyasi (2001 fizikadagi Nobel mukofoti), bu aniq lazerli spektroskopiya ( Fizika bo'yicha 2005 yildagi Nobel mukofoti) va tortishish to'lqinini aniqlash (Fizika bo'yicha Nobel mukofoti).
Vaqt o'lchovida, saqlash texnologiyasi va yuqori tartibli harmonik avlod texnologiyasi ultratsiyaort lazerini haqiqatga aylantiradi. Atrof-oqibat mahalliylashtirish orqali attosekund lazerlari bitta optik tsikl davom etadigan yorug'lik pulslarini keltirib chiqarishi mumkin. Ushbu yutuq atomlarning ichki qatlamidagi elektronlar harakati kabi ultrafast jarayonlarini kuzatish va fizika bo'yicha 2023 Nobel mukofotiga sazovor bo'lishga imkon beradi.
Moliyali bir martalik lazerlarni ishlab chiqishda katta hajmdagi lazerlarning rivojlanishi Lazer nurini yuqori yo'naltirishga olib kelinadigan darajada yorug'lik maydonini yuqori darajada mahalliylashtirishga erishdi. Olingan yuqori darajada joylashtirilgan lazer ultraaro yulduzlararo yulduzlarning yuqori tezyurar optik aloqalarini rivojlantirishga yordam beradi.
Fazoviy o'lchovda, sirtli va yakkama-yakkalarni lokalizatsiya qilish mexanizmlari Laster rejimining kengayish mexanizmlari Lazer rejimiga optik diffratsiya limiti yoki undan kam miqyosda (bo'sh joy yorug'lik to'lqin uzunligi va n - bu muzlatgichning sinishi indeksi), va shu bilan nanolayerlarni tug'adi. Nanolayerslarning paydo bo'lishi axborot texnologiyalarini innovatsiya qilish va engil va materiya o'rtasidagi o'zaro ta'sirni o'rganish uchun katta ahamiyatga ega.
3. Optik diffraksiyani buzish
Mikro-texnik texnologiyani o'rganish va lazerli asboblarni o'rganish va lazerli asboblarni chuqurroq tushunish bilan, mikrokr-yarim semizuktura lazerlari, shu jumladan mikrokr-disk lazerlarini o'z ichiga olgan mikrokreditivli lazerlarni chuqurroq tushunish bilan 30 yildan ortiq vaqt ichida ishlab chiqilgan , fotonik kristalli nuqsonli lazerlar va nanokire lazerlari. 1992 yilda Qo'shma Shtatlardagi qo'ng'iroq laboratoriyalari mikrokr-diskda bir necha bor fikr yuritishga imkon beradigan mikrokr-disk lazerini muvaffaqiyatli amalga oshirdi. 1999 yilda AQShda Kaliforniya texnologiya instituti birinchi darajali kristalli nuqsonli lazerni cheklovni cheklash uchun ikki o'lchovli fotonika kristallari bilan tanishtirdi. 2001 yilda Kaliforniya universiteti, Berkli universitet boshlang'ich yuzini refboror sifatida ishlatish uchun birinchi marta yarim himoyachi nanowire lazerlarini muvaffaqiyatli amalga oshirdi. Ushbu lazerlar tashqi vakuum to'lqin uzunligi tartibiga, ammo optik difzali chegaralar cheklanganligi sababli, dielektrik rezonatorlarga asoslangan ushbu lazerni yanada qisqartirish qiyin.
Geometriyada o'ng uchburchakning o'ng tomonining uzunligi gipotenuse uzunligidan kam. Mikroskopik miqyosda, diffraktsiya chegarasini buzish, o'ng burchakli tomonning uzunligi gipotenusedan kattaroq bo'lishi kerak. 2009 yilda dunyodagi uchta jamoa birinchi navbatda, optik diffraktsiya chegarasi orqali sindirilgan plazonik nanolayers. Ular orasida Kaliforniya universiteti, Berkeli va Pekin universiteti bir o'lchovli yarim seyoviry-izolyator-izolyator-izolyator-insulikulyatorga asoslangan plazonik Nanolayerni sotdilar; Amerika Qo'shma Shtatlaridagi Gollandiya va Arizona shtati universiteti jamoasi jamoa jamoasi metall yarim qavatli tekis plastinka tuzilishiga asoslangan plazonik Nanolayerni ishlab chiqdi; Norfolk davlat universiteti va Amerika Qo'shma Shtatlarida Purdue universiteti jamoasi mahalliylashtirilgan yallig'langan yallig'langan rezonans asosida metall yadrosida joylashgan metall yadrosida joylashgan asosiy qobiq tuzilishini namoyish etdi.
Boshqacha qilib aytganda, depersiya tenglamasida xayoliy bo'linmalarni joriy etish orqali, olimlar aslida gipotenusdan uzoqroq o'ng tomonga burchakli tomon bilan qurilishgan. Bu, bu maxsus uchburchak, bu bizga og'ir yo'ldoshli mahalliylashtirishga imkon beradi.
10 yildan ortiq rivojlanishdan so'ng, plazmon nanolayers juda oz kichik rejim hajmi, ultrafast modulyatsiya tezligi va energiya sarfi past bo'lgan ajoyib xususiyatlarni namoyish etdi. Biroq, dielektrik materiallar bilan taqqoslaganda garchi engil dalaviy lokalizatsiyaga erishish uchun plazmon effektlari engil elektr toki ulashishi, bu birlashishi, shuningdek, issiqlik avlodga olib keladigan, bu esa qurilma quvvatini oshiradi iste'moli va uning izchilligini cheklaydi.
2024 yilda Pekin universiteti jamoasi yangi yakka yakka yakka tartibda dispersiya tengligini taklif qildi, ular deyarli dielektrik kamonli shielenna nanoantenna xususiyatlarini ochib beradi. Kaminli Nanoantenna, taklif qilingan "Nanoanty" tarkibiga kirgan burchaklardagi Nanokavvityura tarkibiga, optik diffratsiya limitini buzadigan bir burchakli nanolayer birinchi marta dielektrik tizimda sotiladi. Ushbu tarkibiy dizayn yengil maydonni ekstremallarga siqilishga imkon beradi, va nazariy jihatdan ingichka kichik rejim hajmiga etib borishi mumkin, bu optik diffraktsiya chegarasidan kichikroq. Bundan tashqari, NanoVavvenityning murakkab tarkibi, yakkalikni ultra yuqori sifatli omil va optik bo'shliqning sifatli omilini ta'minlaydi (ya'ni, optik bo'shliqda saqlanadigan energiya nisbati) Har bir tsikl uchun yo'qolgan energiyaga 1 milliondan oshishi mumkin.
Pekin universiteti jamoasi Nanolayerlarga asoslangan optik chastotali fazali statsionar steratinani yanada rivojlantirishdi. Ular massivlangan izchil lizing texnikaining kuchli salohiyatini muvaffaqiyatli namoyish etdilar va har bir Nanolayer massivida har bir Nanolayetr massividagi har bir Nanolayerning buralishini nazorat qiladi. Masalan, jamoa ushbu texnologiyani "P" "K", "U", "Xitoy" va "Xitoy" va "Xitoy", "Xitoy" va "Xitoy", "Xitoy" va "Xitoy", "Xitoy" va "Xitoy" kabi naqshlarni namoyish etish uchun ishlatgan , Micro-Nano Engil manbali manbalar va optik aloqa. (Muallif: MA R Renmin, fizika, Pekin universiteti professori)
