RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 9, 2026
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2026

 / 

август

←  →

Обзоры актуальных проблем


Диэлектрический нанолазер с локализацией электромагнитного поля на атомном масштабе

† 
Институт спектроскопии РАН, ул. Физическая 5, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация

Полупроводниковые нанолазеры представляют собой современный рубеж исследований в области пересечения нанотехнологии, нанофотоники и лазерной физики. В обзоре мы рассматриваем некоторые из наиболее захватывающих результатов, достигнутых в последнее время в этой области. Мы сосредоточимся на наноразмерных лазерах, изготовленных на основе двумерных фотонных кристаллов, будут рассмотрены особенности этих нанолазеров. Из-за малых размеров и сильной локализации поля в этих нанолазерах некоторые привычные концепции в физике полупроводниковых лазеров необходимо пересмотреть, чтобы определить их обоснованность и/или применимость на наномасштабе. Мы пытаемся ответить на вопрос о том, насколько маленьким может быть лазер и существует ли предельный размер для лазера.

Текст pdf (3,2 Мб)
Адрес для корреспонденции:
Ключевые слова: нанолазер, нанофотоника, нанотехнология, лазерная физика, фотонные кристаллы, наноантенна, нанорезонатор, локализация поля на атомном уровне
PACS: 42.55.Px, 42.55.Tv, 42.60.Da (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2026.02.040093
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2026/8/a/
Цитата: Балыкин В И "Диэлектрический нанолазер с локализацией электромагнитного поля на атомном масштабе" УФН 196 787–828 (2026)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

поступила: 10 октября 2025, доработана: 26 декабря 2025, 6 февраля 2026

English citation: Balykin V I “Dielectric nanolaser with atomic-scale electromagnetic field localization” Phys. Usp. 69 (8) (2026); DOI: 10.3367/UFNe.2026.02.040093

Список литературы (228) ↓ Похожие статьи (20)

  1. Einstein А "Strahlungs-Emission und Absorption nach der Quantentheorie" Verhandlungen Deutsche Phys. Gesellschaft 18 318 (1916); Einstein A "On the quantum theory of radiation" Laser Theory (Ed. F A Barnes) (New York: IEEE Press, 1972) p. 5-21
  2. Kopfermann H, Ladenburg R Nature 122 438 (1928)
  3. Фабрикант В А Труды Всесоюз. электротехнического ин-та 41 236 (1940); Пер. на англ. яз., Фабрикант В А Избранные публикации. Selected Works (Сост. Л М Биберман, пер. на англ. яз. Е Г Стрельченко) (М.: Изд. дом МЭИ, 2007) с. 133
  4. Lamb W E (Jr.), Retherford R C Phys. Rev. 79 549 (1950)
  5. Purcell E M, Pound R V Phys. Rev. 81 279 (1951)
  6. Gordon J P, Zeiger H J, Townes C H Phys. Rev. 95 282 (1954)
  7. Schawlow A L, Townes C H Phys. Rev. 112 1940 (1958)
  8. Javan A Phys. Rev. Lett. 3 87 (1959)
  9. Maiman T H Nature 187 493 (1960)
  10. Javan A, Bennett W R (Jr.), Herriott D R Phys. Rev. Lett. 6 106 (1961)
  11. Geusic J E, Marcos H M, Van Uitert L G Appl. Phys. Lett. 4 182 (1964)
  12. Braunstein R Phys. Rev. 99 1892 (1955)
  13. Hall R N et al Phys. Rev. Lett. 9 366 (1962)
  14. Kroemer H Proc. IEEE 51 1782 (1963)
  15. Алферов Ж И и др ФТП 1 1579 (1967); Alferov Zh I et al Sov. Phys. Semicond. 1 1313 (1968)
  16. Welch D F IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6 1470 (2000)
  17. Ikeda M et al Appl. Phys. Lett. 47 1027 (1985)
  18. Gomyo A et al Electron. Lett. 23 85 (1987)
  19. Burnham R D, Scifres D R, Streifer W IEEE J. Quantum Electron. 11 439 (1975)
  20. Suematsu Y IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6 1436 (2000)
  21. Coldren L A IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6 988 (2000)
  22. Казаринов Р Ф, Сурис Р А ФТП 5 797 (1971); Kazarinov R F, Suris R A Sov. Phys. Semicond. 5 707 (1971)
  23. Faist J et al Science 264 553 (1994)
  24. Smit M, van der Tol J, Hill M Laser Photon. Rev. 6 1 (2012)
  25. Leuthold J et al Opt. Photon. News 24 28 (2013)
  26. Gather M C, Yun S H Nature Photon. 5 406 (2011)
  27. Kim T et al Science 340 211 (2013)
  28. Iga K IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6 1201 (2000)
  29. Levi A F J et al Electron. Lett. 28 1010 (1992)
  30. Painter O et al Science 284 1819 (1999)
  31. Huang M H et al Science 292 1897 (2001)
  32. Bergman D J, Stockman M I Phys. Rev. Lett. 90 027402 (2003)
  33. Noginov M A et al Nature 460 1110 (2009)
  34. Gramotnev D K, Bozhevolnyi S I Nature Photon. 4 83 (2010)
  35. Oulton R F et al Nature 461 629 (2009)
  36. Richter M et al Phys. Rev. B 91 035306 (2015)
  37. Asada M et al JEEE J. Quantum Electron. 22 1915 (1986)
  38. Chang S-W, Lin T-R, Chuang S L Opt. Express 18 15039 (2010)
  39. Kirstaedter N et al Appl. Phys. Lett. 69 1226 (1996)
  40. Hill M T et al Opt. Express 17 11107 (2009)
  41. Chen R et al Nature Photon. 5 170 (2011)
  42. Saxena D et al Nature Photon. 7 963 (2013)
  43. Ni C-Y A, Chuang S L Opt. Express 20 16450 (2012)
  44. Hill M T J. Lightwave Technol. 31 2540 (2013)
  45. Балыкин В И УФН 188 935 (2018); Balykin V I Phys. Usp. 61 846 (2018)
  46. Azzam S I et al Light Sci. Appl. 9 90 (2020)
  47. Hill M T et al Nature Photon. 1 589 (2007)
  48. Nezhad M P et al Nature Photon. 4 395 (2010)
  49. Yu K, Lakhani A, Wu M C Opt. Express 18 8790 (2010)
  50. Lu C Y et al IEEE Photon. Technol. Lett. 23 1031 (2011)
  51. Albrechtsen M et al Nature Commun. 13 6281 (2022)
  52. Hill M T, Gather M C Nature Photon. 8 908 (2014)
  53. Hu S et al Sci. Adv. 4 eaat2355 (2018)
  54. Khurgin J B, Noginov M A Laser Photon. Rev. 15 2000250 (2021)
  55. Kien F L et al Opt. Commun. 242 445 (2004)
  56. Balykin V I et al Phys. Rev. A 70 011401 (2004)
  57. Gu Q, Fainman Y Semiconductor Nanolasers (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2017)
  58. Purcell E M Confined Electrons and Photons: New Physics and Applications (NATO ASI Ser. B, Vol. 340, Eds E Burstein, C Weisbuch) (New York: Plenum Press, 1995) p. 839
  59. Rice P R, Carmichael H J Phys. Rev. A 50 4318 (1994)
  60. Deng H et al Adv. Opt. Mater. 9 2100415 (2021)
  61. Dimopoulos E et al Optica 10 973 (2023)
  62. Ota Y et al Opt. Express 25 19981 (2017)
  63. Jagsch S T et al Nature Commun. 9 564 (2018)
  64. Ораевский А Н УФН 164 415 (1994); Oraevskii A N Phys. Usp. 37 393 (1994)
  65. Ning C-Z Adv. Photon. 1 014002 (2019)
  66. Wenzel H et al Appl. Sci. 11 6004 (2021)
  67. Lippi G et al Chaos Solitons Fractals 157 111850 (2022)
  68. Chao P et al Nature Rev. Phys. 4 543 (2022)
  69. Nezhad M P et al Nature Photon. 4 395 (2010)
  70. Romeira B, Fiore A IEEE J. Quantum Electron. 54 2000412 (2018)
  71. Purcell E E Phys. Rev. 69 674 (1946)
  72. Gérard J M et al Phys. Rev. Lett. 81 1110 (1998)
  73. Ning C Z IEEE J. Select. Top. Quantum Electron. 19 503604 (2013)
  74. Spillane S M, Kippenberg T J, Vahala K J Nature 415 621 (2002)
  75. Vyshnevyy A A Phys. Rev. B 220101 (2022)
  76. Carroll M A et al Phys. Rev. A 107 063710 (2023)
  77. Khajavikhan M et al Nature 482 204 (2012)
  78. Rieto P et al Optica 2 66 (2015)
  79. Yokoyama H, Brorson S D J. Appl. Phys. 66 4801 (1989)
  80. Lau E K et al Opt. Express 17 7790 (2009)
  81. Suhr T et al Opt. Express 18 11230 (2010)
  82. Liu N et al Nano Lett. 16 7822 (2016)
  83. Campillo A J et al Phys. Rev. Lett. 67 437 (1991)
  84. Wei W et al AIP Adv. 5 87148 (2015)
  85. Brown R H, Twiss R Q Nature 177 27 (1956)
  86. Chow W W et al Light Sci. Appl. 3 e201 (2014)
  87. Hayenga W Fundamental Properties of Metallic Nanolasers (Orlando, FL: Univ. of Central Florida, 2019)
  88. Kreinberg S et al Light Sci. Appl. 6 e17030 (2017)
  89. Eaton S W et al Nature Rev. Mater. 1 16028 (2016)
  90. Климов В В УФН 193 279 (2023); Klimov V V Phys. Usp. 66 263 (2023)
  91. Khurgin J B eLight 5 31 (2025)
  92. Björk G, Karlsson A, Yamamoto Y Phys. Rev. A 50 1675 (1994)
  93. Takemura N et al Phys. Rev. A 99 053820 (2019)
  94. Svelto O Principles of Lasers (New York: Plenum Press, 1982)
  95. Ellis T, Eslami S, Palomba S Nanophotonics 13 2707 (2024)
  96. Mørk J et al IEEE J. Select. Top. Quantum Electron. 31 3483900 (2025)
  97. Vahala K J Nature 424 839 (2003)
  98. Noda S Science 314 260 (2006)
  99. Lalanne P, Sauvan C, Hugonin J P Laser Photon. Rev. 2 514 (2008)
  100. Zhou T et al Nature Commun. 11 977 (2020)
  101. Nomura M et al Opt. Express 17 15975 (2009)
  102. Notomi M Rep. Prog. Phys. 73 096501 (2010)
  103. Yablonovitch E Phys. Rev. Lett. 58 2059 (1987)
  104. John S Phys. Rev. Lett. 58 2486 (1987)
  105. Lin S Y et al Nature 394 251 (1998)
  106. Noda S et al Science 289 604 (2000)
  107. Zappe H Fundamentals of Micro-Optics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2010)
  108. Charlton M, Parker G J. Micromech. Microeng. 8 172 (1998)
  109. Pisignano D et al Nanotechnology 15 766 (2004)
  110. Johnson S G et al Phys. Rev. B 62 8212 (2000)
  111. Notomi H et al Electron. Lett. 37 293 (2001)
  112. Fan S et al IEEE J. Lightwave Technol. 24 4493 (2006)
  113. Joannopoulos J D, Meade R D, Winn J N Photonic Crystals: Molding the Flow of Light (Princeton, NJ: Princeton Univ. Press, 1995)
  114. Solgaard O Photonic Microsystems. Micro and Nanotechnology Applied to Optical Devices and Systems (New York: Springer-Verlag, 2009)
  115. Kim G H et al Opt. Express 12 6624 (2004)
  116. Vuckovic J et al IEEE J. Quantum Electron. 38 850 (2002)
  117. Lalanne P et al Opt. Express 12 458 (2004)
  118. Englund D et al Opt. Express 13 5961 (2005)
  119. Benisty H Nature Phys. 1 9 (2005)
  120. Srinivasan K, Painter O Opt. Express 10 670 (2002)
  121. Palamaru M, Lalanne P et al Appl. Phys. Lett. 78 1466 (2001)
  122. Haus H A Waves and Fields in Optoelectronics (London: Prentice-Hall Intern., 1984)
  123. Peyrade D et al Appl. Phys. Lett. 81 829 (2002)
  124. Cluzel B et al Appl. Phys. Lett. 88 051112 (2006)
  125. Sauvan C et al Opt. Express 13 245 (2005)
  126. Velha P et al New J. Phys. 8 204 (2006)
  127. Velha P Opt. Express 15 16090 (2007)
  128. Md Zain A R et al Opt. Express 16 12084 (2008)
  129. Song B S et al Nature Mater. 4 207 (2005)
  130. Song B S et al Science 300 1537 (2003)
  131. Song B S et al Appl. Phys. Lett. 85 4591 (2004)
  132. Noda S et al Nature Rev. Electr. Eng. 1 802 (2024)
  133. Mu Y, Savage C M Phys. Rev. A 46 5944 (1992)
  134. Akahane Y et al Nature 425 944 (2003); Noda S, Chutinan A, Imada M Nature 407 608 (2000)
  135. Le Kien F, Balykin V I, Hakuta K Phys. Rev. A 70 063403 (2004)
  136. Балыкин В И УФН 184 656 (2014); Balykin V I Phys. Usp. 57 607 (2014)
  137. Jahnke F et al Nature Commun. 7 11540 (2016)
  138. Hood C J, Kimble H J, Ye J Phys. Rev. A 64 033804 (2001)
  139. Балыкин В И УФН 179 297 (2009); Balykin V I Phys. Usp. 52 275 (2009)
  140. Балыкин В И, Мелентьев П Н УФН 188 143 (2018); Balykin V I, Melentiev P N Phys. Usp. 61 133 (2018)
  141. Ремнев М А, Климов В В УФН 188 169 (2018); Remnev M A, Klimov V V Phys. Usp. 61 157 (2018)
  142. Dehmelt H Rev. Mod. Phys. 62 525 (1990)
  143. Almeida V R et al Opt. Lett. 29 1209 (2004)
  144. Robinson J T et al Phys. Rev. Lett. 95 143901 (2005)
  145. Борн М, Вольф Э Основы оптики (М.: Наука, 1973); Пер. с англ. яз., Born M, Wolf E Principles of Optics (Oxford: Pergamon Press, 1968)
  146. Huand S, Weiss S M ACS Photon. 3 1647 (2016)
  147. Sakoda K Optical Properties of Photonic Crystals (Springer Ser. in Optical Sciences, Vol. 80) (Berlin: Springer-Verlag, 2005)
  148. Hu S, Weiss S M ACS Photon. 3 1647 (2016)
  149. Климов В В УФН 178 875 (2008); Klimov V V Phys. Usp. 51 839 (2008)
  150. Khurgin J B Nanophotonics 7 305 (2018)
  151. Gondarenko A et al Phys. Rev. Lett. 96 143904 (2006)
  152. Gondarenko A, Lipson M Opt. Express 16 17689 (2008)
  153. Choi H, Heuck M, Englund D Phys. Rev. Lett. 118 223605 (2017)
  154. Wang F et al Appl. Phys. Lett. 113 241101 (2018)
  155. Isiklar G et al Opt. Express 30 47304 (2022)
  156. Zhao Q, Zhang L, Miller O D arXiv:2008.13241v1
  157. Schuller J A et al Nature Mater. 9 193 (2010)
  158. Kuramochi E et al Opt. Express 18 15859 (2010)
  159. Quan Q, Loncar M Opt. Express 19 18529 (2011)
  160. Hu S et al Opt. Express 30 7612 (2022)
  161. Albrechtsen M et al Opt. Express 30 15458 (2022)
  162. Xiong M et al Opt. Mater. Express 14 397 (2024)
  163. Ma R-M et al Fundam. Res. 3 537 (2023)
  164. Mao W-Z, Luan H-Y, Ma R-M arXiv:2504.07518
  165. Джексон Д Классическая электродинамика (М.: Мир, 1965); Пер. с англ. яз., Jackson J D Classical Electrodynamics (New York: J. Willey, 1962)
  166. Andersen J, Solodukhov V IEEE Trans. Antennas Propag. 26 598 (1978)
  167. Numai T Fundamentals of Semiconductor Lasers (Springer Ser. in Optical Sciences, Vol. 93) (New York: Springer, 2004)
  168. Yamamoto Y, Imoto N IEEE J. Quantum Electron. 22 2032 (1986)
  169. Mork J, Yvind K Optica 7 1641 (2020)
  170. Nomura M et al Nature Phys. 6 279 (2010)
  171. Gies G et al Phys. Rev. A 96 023806 (2017)
  172. Lou B et al Phys. Rev. Lett. 126 136101 (2021)
  173. Protsenko I E et al New J. Phys. 23 063010 (2021)
  174. Vyshnevyy A A Phys. Rev. B 105 085116 (2022)
  175. Ohtsubo J Semiconductor Lasers. Stability, Instability and Chaos 2nd ed. (Berlin: Springer-Verlag, 2008)
  176. Bundgaard-Nielsen M et al Phys. Rev. Lett. 130 253801 (2023)
  177. Lorke M et al Phys. Rev. B 87 205310 (2013)
  178. Moelbjerg A et al IEEE J. Quantum Electron. 49 945 (2013)
  179. Auèves A et al New J. Phys. 13 093020 (2011)
  180. Saldutti M et al Laser Photon. Rev. 18 2300840 (2024)
  181. Coldren L A, Corzine S W, Mašanović M Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits (Hoboken, NJ: John Wiley and Sons, 2012)
  182. Mørk J, Lippi G L Appl. Phys. Lett. 112 141103 (2018)
  183. Gérard J-M Single Quantum Dots. Fundamentals, Applications and New Concepts (Topics in Applied Physics, Vol. 90, Ed. P Michler) (Berlin: Springer, 2003) p. 269
  184. Yacomotti A M et al Laser Photon. Rev. 17 2200377 (2022)
  185. Xiong M et al arXiv:2412.02844
  186. Yu Y et al Appl. Phys. Lett. 105 061117 (2014)
  187. Ouyang Y-H et al Nature 632 287 (2024)
  188. Ахиезер А И, Берестецкий В Б Квантовая электродинамика (М.: Наука, 1969); Пер. на англ. яз., Akhiezer A I, Berestetskii V B Quantum Electrodynamics (New York: Interscience Publ., 1965)
  189. Bohm D Quantum Theory (London: Constable, 1954)
  190. Kramers H A Quantum Mechanics (Amsterdam: North-Holland, 1958)
  191. Newton T D, Wigner E P Rev. Mod. Phys. 21 400 (1949)
  192. Landau L, Peierls R Z. Phys. 62 188 (1930)
  193. Bialynicki-Birula I Prog. Opt. 36 245 (1996)
  194. Bialynicki-Birula I Phys. Rev. Lett. 80 5247 (1998)
  195. Roychoudhuri Ch, Kracklauer AF, Creath K The Nature of Light: What is a Photon? (Boca Raton, FL: CRC Press, 2017)
  196. Mandel L, Wolf E Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1995)
  197. Keller O Phys. Rep. 411 1 (2005)
  198. Saari P Quantum Optics and Laser Experiments (Ed. S Lyagushyn) (Rijeka, Croatia: InTech, 2012) p. 49
  199. Fermi E Rev. Mod. Phys. 4 87 (1932)
  200. Power E A, Thirunamachandran T Phys. Rev. A 56 3395 (1997)
  201. Keller O Single Mol. 3 (1) 5 (2002)
  202. Muthukrishnan A, Scully M O, Zubairy M S Opt. Photon. News Trends 3 18 (2003)
  203. Weisskopf V, Wigner E Z. Phys. 63 54 (1930)
  204. Hecht J Appl. Opt. 49 F99 (2010)
  205. Dupuis R D Opt. Photon. News 15 (4) 30 (2004)
  206. Nathan M I et al Appl. Phys. Lett. 1 62 (1962)
  207. Matsuo S, Kakitsuka T Adv. Opt. Photon. 10 567 (2018)
  208. Miscuglio M et al APL Mater. 7 081112 (2019)
  209. Robertson J et al IEEE J. Select. Top. Quantum Electron. 26 1 (2020)
  210. Taghinejad M, Cai W ACS Photon. 6 1082 (2019)
  211. Ono M et al Nature Photon. 14 37 (2020)
  212. Guo Q et al Nature Photon. 16 625 (2022)
  213. Bazin A et al Appl. Phys. Lett. 104 011102 (2014)
  214. Moille G et al Laser Photon. Rev. 10 409 (2016)
  215. Colman P et al Phys. Rev. Lett. 117 233901 (2016)
  216. Saudan Q et al Opt. Express 30 7457 (2022)
  217. Moille G et al Phys. Rev. A 94 023814 (2016)
  218. Saldutti M et al Nanomaterials 11 3030 (2021)
  219. Мейман Т Г Лазерная одиссея (Предисл. К Мейман, написанное специально для русск. изд.; пер. с англ. М Н Сапожникова) (М.: Печатные Традиции, 2010); Пер. с англ. яз., Maiman T H The Laser Odyssey (Blaine, WA: Laser Press, 2000)
  220. Maiman T H "50 лет лазерной эры" УФН 181 2 (2011); Maiman T H "50 years of the laser era" Phys. Usp. 54 1 (2011)
  221. Крохин О Н "Лазер - источник когерентного света" УФН 181 3 (2011); Krokhin O N "Laser: a source of coherent light" Phys. Usp. 54 3 (2011)
  222. Щербаков И А "К истории создания лазера" УФН 181 71 (2011); Shcherbakov I A "Development history of the laser" Phys. Usp. 54 65 (2011)
  223. Белоусова И М "Лазер в СССР: первые шаги" УФН 181 79 (2011); Belousova I M "The laser inthe USSR: the first steps" Phys. Usp. 54 73 (2011)
  224. Леонтович А М, Чижикова З А "О создании первого лазера на рубине в Москве" УФН 181 82 (2011); Leontovich A M, Chizhikova Z A "On the creation of the first ruby laser in Moscow" Phys. Usp. 54 77 (2011)
  225. Масалов А В "Отделение оптики ФИАНа: первые работы по созданию лазеров" УФН 181 93 (2011); Masalov A V "Optical Department of the Lebedev Physical Institute: early work on lasers" Phys. Usp. 54 87 (2011)
  226. Попов Ю М "История создания инжекционного лазера" УФН 181 102 (2011); Popov Yu M "The early history ofthe injection laser" Phys. Usp. 54 96 (2011)
  227. Зворыкин В Д "Роль Н.Г. Басова в создании эксимерных лазеров: полувековая история от запуска первого Xe2-лазера в ФИАНе до современных лазерных систем" УФН 193 1103 (2023); Zvorykin V D "N G Basov's role in the development of excimer lasers: a half-century history from the launch of the first Xe2 laser at the Lebedev Physical Institute to modern laser systems" Phys. Usp. 66 1037 (2023)
  228. Щербаков И А "К 60-летию Нобелевской премии за открытие лазерно-мазерного принципа" УФН 194 899 (2024); Shcherbakov I A "On the 60th anniversary of Nobel Prize for discovery of laser-maser principle" Phys. Usp. 67 845 (2024)
© Успехи физических наук, 1918–2026
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение