Pekinas Universitātes Fizikas skolas Kondensēto vielu fizikas un materiālu fizikas institūta profesora Renmina Ma pētniecības grupa, ko finansē Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds (grantu Nr. 12225402, 62321004, 92250302) un citas stipendijas, ierosināja teoriju. par optiskās difrakcijas robežas pārkāpšanu dielektriskās sistēmās, sagatavoja atomu mēroga optisko nano-dobumu un realizēja līdz šim mazāko lāzeru režīma tilpumā, un singularitātes dielektriskā nanolāzera izgudrojums nospiež raksturlielumu. lāzera gaismas lauka mērogs līdz atomu līmenim. Pētījuma rezultāti tika publicēti 2024. gada 17. jūlijā (pēc Pekinas laika) ar nosaukumu "Singular dielektrisks nanolaser with atomic-scale field localization".
Kopš lāzeru ieviešanas 1960. gadā optisko lauku lokalizācija frekvences, laika, impulsa vai telpas dimensijās, lai sasniegtu augstākas veiktspējas lāzerus, ir bijis galvenais dzinējspēks lāzera fizikas un ierīču attīstībā, kā arī jaunās augstas veiktspējas jomā. šādi radītie lāzeri ir arī lielā mērā veicinājuši mūsdienu zinātnes un tehnoloģiju attīstību. Piemēram, ekstrēma lokalizācija frekvences dimensijā var iegūt īpaši stabilus lāzerus precīzai manipulācijai un mērījumiem, padarot iespējamu atomu dzesēšanu un gravitācijas viļņu noteikšanu (2001., 2017. gada Nobela prēmija fizikā); laika dimensijā, ekstrēmā optiskā lauka lokalizācijā var iegūt īpaši ātrus attosekundes lāzerus (2023. gada Nobela prēmija fizikā), kas nodrošina iespēju novērot īpaši ātras daļiņu kustības mikrokosmosā. Ekstrēmā lokalizācija viļņu vektora dimensijā var iegūt īpaši kolimētus lāzerus, kurus var izmantot liela attāluma starpzvaigžņu telpas ātrgaitas optiskajai komunikācijai; un telpiskajā dimensijā ekstrēms lokalizēts gaismas lauks var iegūt nanomēroga lāzerus, kas, domājams, radīs jaunas iespējas jaunās paaudzes informācijas tehnoloģijām un gaismas vielu mijiedarbības izpētei spēcīga gaismas lauka lokalizācijas apstākļos.
Pamatojoties uz Maksvela vienādojumiem, Ma Renmina grupa ierosināja teoriju, kā izlauzties cauri optiskās difrakcijas robežai dielektriskās sistēmās, un atklāja, ka elektriskā lauka singularitāte dielektriskā tauriņa nanoantenas virsotnē rodas impulsa izkliedes rezultātā: virsotnes tuvumā leņķiskais punkts. singularitātes impulss ir reāls skaitlis, un radiālais impulss ir iedomāts skaitlis, un virsotnes tuvumā abu impulsu absolūtā vērtība izkliedējas, bet kopējais impulss, kas sastāv no diviem impulsiem, paliek ierobežots neliels impulsa daudzums, ko nosaka materiāla dielektriskā konstante, ko nosaka ierobežota maza vērtība. Šis mehānisms ir līdzīgs līdzsvarotā ierosmes režīma gaismas lauka ierobežošanas mehānismam (līdzsvarotā ierosmes efektā tā iedomātais šķērsvirziena impulss izraisa reālā gareniskā impulsa palielināšanos), bet bez omiskiem zudumiem. Grupa apvieno dielektrisku tauriņa formas nanoantenu ar bezgalīgu elektriskā lauka singularitāti ar stūrainu optisko nanodobumu, lai izveidotu singularitātes nanodobumu ar režīma tilpumu, kas pārkāpj optiskās difrakcijas robežu, un sagatavo singularitātes dielektrisku nanolāzeru ar atomu līmeņa funkciju. mērogs pusvadītāju daudzkvantu iedobes pastiprinājuma materiālā, izmantojot divpakāpju kodināšanas-augšanas metodi. Lāzera ieejas un izejas jaudas attiecību sistemātiskais raksturojums, ierosmes līnijas platuma variācijas ar ieejas jaudu, otrās kārtas koherence un lāzera izejas polarizācijas īpašības apstiprina, ka singularitātes dielektriskajam nanolāzeram ir īpašība pārkāpt ierosmes optiskās difrakcijas robežu. Singularitātes dielektriskā nanolāzera ierosmes slieksnis ir 26 kW cm{{10}}, ierosmes reizinājuma koeficients ir 13200, režīma tilpums ir 0,0005 λ3, un tā gaismas lauks ir ārkārtīgi saspiests nanoantenas centrā. ar pusaugstuma platumu tikai aptuveni 1 nm.
Singularitātes dielektriskie nanolāzeri pirmo reizi ir realizējuši lāzera ierosmi dielektriskā sistēmā, kas pārkāpj optiskās difrakcijas robežu, pavirzot lāzera gaismas lauka raksturīgo skalu līdz atomu līmenim, kas ir salīdzināms ar rentgenstaru sasniegto mērogu. Paredzams, ka šis sasniegums nodrošinās jaunus instrumentus pētniecībai materiālu un dzīvības zinātņu jomā. Tikmēr, salīdzinot ar esošajiem lāzeriem, singularitātes dielektriskais nanolāzers ne tikai patērē mazāk enerģijas, bet arī realizē ātrāku modulācijas ātrumu un spēcīgāku gaismas un vielas mijiedarbību, kas, domājams, radīs plašu pielietojumu klāstu informācijas tehnoloģiju, sensoru un noteikšanas jomās. .
