Xitoy Milliy tabiiy fanlar fondi (Grant No 12225402, 62321004, 92250302) va boshqa grantlar tomonidan moliyalashtirilgan Pekin universiteti Fizika fakulteti, Kondensatsiyalangan moddalar fizikasi va materiallar fizikasi instituti professori Renmin Ma tadqiqot guruhi nazariyani taklif qildi. dielektrik tizimlarda optik diffraktsiya chegarasini buzish, atom miqyosli optik nano-bo'shliqni tayyorladi va hozirgi kunga qadar rejim hajmidagi eng kichik lazerni amalga oshirdi va dielektrik nano-lazerning ixtirosi o'ziga xos xususiyatni kuchaytirdi. lazer nuri maydonining atom darajasiga qadar shkalasi. Tadqiqot natijalari 2024-yil 17-iyulda (Pekin vaqti bilan) “Atom miqyosidagi maydon lokalizatsiyasiga ega yagona dielektrik nanolaser” sarlavhasi ostida chop etildi.
1960-yilda lazerlar joriy etilganidan buyon yuqori samarali lazerlarga erishish uchun chastota, vaqt, impuls yoki bo'shliq o'lchovlarida optik maydonlarni lokalizatsiya qilish lazer fizikasi va qurilmalarini rivojlantirishning asosiy harakatlantiruvchi kuchi bo'lib kelgan va yangi yuqori samarali. Shunday qilib paydo bo'lgan lazerlar ham zamonaviy fan va texnika taraqqiyotiga katta hissa qo'shdi. Misol uchun, chastota o'lchamidagi ekstremal lokalizatsiya aniq manipulyatsiya va o'lchash uchun ultra barqaror lazerlarni olishi mumkin, bu atom sovutish va tortishish to'lqinlarini aniqlash imkonini beradi (2001, 2017 fizika bo'yicha Nobel mukofoti); vaqt o'lchamida optik maydonning haddan tashqari lokalizatsiyasi mikrokosmosdagi zarrachalarning o'ta tez harakatlarini kuzatish imkoniyatini ta'minlaydigan ultra tez attosekundli lazerlarni (2023 yil fizika bo'yicha Nobel mukofoti) olishi mumkin. To'lqin vektor o'lchamidagi haddan tashqari lokalizatsiya ultra-kollimatsiyalangan lazerlarni olishi mumkin, bu uzoq masofali yulduzlararo fazoda yuqori tezlikdagi optik aloqa uchun qo'llanilishi mumkin; va fazoviy o'lchovda, ekstremal mahalliylashtirilgan yorug'lik maydoni nano o'lchovli lazerlarni olishi mumkin, bu yangi avlod axborot texnologiyalari va kuchli yorug'lik maydonining lokalizatsiyasi ostida yorug'lik-materiyaning o'zaro ta'sirini o'rganish uchun yangi imkoniyatlar yaratishi kutilmoqda.
Maksvell tenglamalariga asoslanib, Ma Renmin guruhi dielektrik tizimlarda optik difraksiya chegarasini buzish nazariyasini taklif qildi va dielektrik kapalak nanoantennasining cho'qqisidagi elektr maydonining o'ziga xosligi impulsning tarqalishidan kelib chiqishini aniqladi: cho'qqi yaqinida, burchak. singulyarlikning impulsi haqiqiy son, radial impuls esa xayoliy sondir va tepaga yaqin joyda ikki impulsning mutlaq qiymati tarqaladi, lekin ikki impulsdan tashkil topgan umumiy impuls impulsning chekli kichik miqdori bo'lib qoladi. cheklangan kichik qiymat bilan aniqlangan moddiy dielektrik doimiy. Bu mexanizm tenglashtirilgan qo'zg'alish rejimining yorug'lik maydonini chegaralash mexanizmiga o'xshaydi (teng bo'lingan qo'zg'alish effektida uning xayoliy ko'ndalang impulsi haqiqiy uzunlamasına impulsning oshishiga olib keladi), lekin ohmik yo'qotishlarsiz. Guruh dielektrik kapalak shaklidagi nanoantennani elektr maydonining cheksiz yagonaligi bilan burchakli optik nanokavalik bilan birlashtiradi va optik diffraktsiya chegarasidan o'tib ketadigan rejim hajmiga ega singularlik nanokavaligini yaratadi va atom xususiyatiga ega bo'lgan yagona dielektrik nanolazerni tayyorlaydi. yarimo'tkazgichli ko'p kvantli quduqli materialda ikki bosqichli o'stirish usuli bilan shkala. Lazerning kirish-chiqish quvvati munosabatlarining tizimli tavsifi, kirish quvvati bilan qo'zg'atuvchi chiziq kengligining o'zgarishi, ikkinchi darajali kogerentlik va lazer chiqishi polarizatsiyasi xususiyatlari singularlik dielektrik nanolaserning qo'zg'alish uchun optik diffraktsiya chegarasidan o'tish xususiyatiga ega ekanligini tasdiqlaydi. Yagona dielektrik nanolazerning qo'zg'alish chegarasi 26 kVt sm{{10}}, qo'zg'alish mahsuloti koeffitsienti 13200, rejim hajmi 0,0005 l3 va uning yorug'lik maydoni nanoantenna markazida juda siqilgan. yarim balandligi kengligi faqat taxminan 1 nm.
Singularity dielektrik nano-lazerlar birinchi marta dielektrik tizimda lazer qo'zg'alishini amalga oshirdi, bu optik diffraktsiya chegarasini buzadi, lazer nurlari maydonining xarakterli shkalasini rentgen nurlari bilan erishilgan shkala bilan taqqoslanadigan atom darajasiga ko'taradi. Ushbu yutuq moddiy va hayot fanlari bo'yicha tadqiqotlar uchun yangi vositalarni taqdim etishi kutilmoqda. Shu bilan birga, mavjud lazerlar bilan solishtirganda, singularlik dielektrik nanolaser nafaqat kam energiya sarflaydi, balki tezroq modulyatsiya tezligi va kuchli yorug'lik-materiya o'zaro ta'sirini amalga oshiradi, bu esa axborot texnologiyalari, sezish va aniqlash sohalarida keng ko'lamli ilovalar yaratishi kutilmoqda. .
