RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 7, 2026
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Cтатьи, принятые к публикации
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 двухмерных 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.

Ключевые слова: нанолазер, нанофотоника, нанотехнология, лазерная физика, фотонные кристаллы, наноантенна, нанорезонатор, локализация поля на атомном уровне
DOI: 10.3367/UFNr.2026.02.040093
Цитата: Балыкин В И "Диэлектрический нанолазер с локализацией электромагнитного поля на атомном масштабе" УФН, принята к публикации

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., accepted; DOI: 10.3367/UFNe.2026.02.040093

Список литературы (218) ↓ Похожие статьи (20)

  1. EinsteА Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie 5--21
  2. Kopfermann H, Ladenbutg R Nature 122 438 (1928)
  3. Fabrikant V A Trudy VEL 41 236 (1940); Fabrikant V A 133
  4. Lamb W E, 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 Jr W R, Herriott D R Phys. Rev. Lett. 6 106 (1961)
  11. Geusic J E, Marcos H W, Van Uitert L G Appl. Phys. Lett. 4 182 (1964)
  12. BraunsteR Phys. Rev. 99 1892 (1955)
  13. Hall R N Phys. Rev. Lett. 9 366 (1962)
  14. Kroemer H Proc. IEEE 51 1782 (1963)
  15. Alferov Z I Sov. Phys. Semicond. 1 1313 (1968)
  16. Welch D F IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6 1470 (2000)
  17. Ikeda M Appl. Phys. Lett. 47 1027 (1985)
  18. Gomyo A Electron. Lett. 23 85 (1987)
  19. Burnham R D, Scifres D R, Streifer W IEEE J. Quantum Electron. 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. Kazarinov R F, Suris R A Fiz. Tekh. Poluprovodn. 5 797 (1971)
  23. Faist J Science 264 553 (1994)
  24. Smit M K, van der Tol J, Hill M T Laser Photon. Rev. 6 1 (2012)
  25. Leuthold J Opt. Photon. News 24 28 (2013)
  26. Gather M C, Yun S H Nature Photon. 5 406 (2011)
  27. Kim T Science 340 211 (2013)
  28. Iga K IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 6 1201 (2000)
  29. Levi A F J Electron. Lett. 28 1010 (1992)
  30. Painter O Science 284 1819 (2010)
  31. Huang M H Science 292 1897 (2001)
  32. Bergman D J, Stockman M I Phys. Rev. Lett. 90 027402 (2003)
  33. Noginov M A Nature 460 1110 (2009)
  34. Gramotnev D K, Bozhevolnyi S I Nature Photon. 4 83 (2010)
  35. Oulton R F Nature 461 629 (2009)
  36. Richter M Phys. Rev. B 91 035306 (2015)
  37. Asada M JEEE J. Quantum Electron. 1915 (1986)
  38. Chang S W, LT R, Chuang S L Opt. Express 18 15039 (2010)
  39. Kirstaedter N Appl. Phys. Lett. 69 1226 (1996)
  40. Hill M T Opt. Express 17 11107 (2009)
  41. Chen R Nature Photon. 5 170 (2011)
  42. Saxena D Nature Photon. 7 963 (2013)
  43. Ni CY A, Chuang S L Opt. Express 20 16450 (2012)
  44. Hill M T J. Light. Technol. 31 2540 (2013)
  45. Балыкин В И УФН 188 935 (2018); BalykV I Phys. Usp. 61 871 (2018)
  46. Azzam S I Light Sci. Appl. 9 90 (2020)
  47. Hill M T Nature Photon. 1 589 (2007)
  48. Nezhad M P Nature Photon. 4 395 (2010)
  49. Yu K, Lakhani A, Wu M C Opt. Express 18 8790 (2010)
  50. Lu C Y IEEE Photon. Technol. Lett. 23 1031 (2011)
  51. Albrechtsen M Nature Commun. 13 6281 (2022)
  52. Xiong M Opt. Mater. Express 14 397 (2024)
  53. Hu S Science Advances 4 2355 (2018)
  54. KhurgJ B, Noginov M A Laser & Photon. Rev. 15 2000250 (2021)
  55. Fam Le Kien Opt. Commun. 242 445 (2004)
  56. Balyk Phys. Rev. A
  57. Gu Q, Fainman Y Semiconductor Nanolasers (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2017)
  58. Purcell E M Confined Electrons and Photons
  59. Rice P R, Carmichael H J Phys. Rev. A 50 4318 (1994)
  60. Deng H Adv. Opt. Mater. 9 2100415 (2021)
  61. Dimopoulos E Optica 10 973 (2023)
  62. Ota Y Opt. Express 25 19981 (2017)
  63. Jagsch S T 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 1 (2019)
  66. KhurgJ B, Noginov M A Laser & Photon. Rev. 15 2000250 (2021)
  67. Lippi G Chaos, Solitons & Fractals 157 111850 (2022)
  68. Carroll M A Phys. Rev. A 107 063710 (2023)
  69. Saldutti M Laser & Photon. Rev. 18 2300840 (2024)
  70. Romeira B, Fiore A IEEE J. Quantum Electron. 54 1 (2018)
  71. Purcell E E Phys. Rev. 69 674 (1946)
  72. G<$>acute {rm e}<$>rard J M Phys. Rev. Lett. 81 1110 (1998)
  73. Ning C Z IEEE J. Selected Topics in Quantum Electron. 503604 (2013)
  74. M<$>o<$>rk J, Lippi G Appl. Phys. Lett. 112 141103 (2018)
  75. Vyshnevyy A A Phys. Rev. B 220101 (2022)
  76. Carroll M A Phys. Rev. A 107 063710 (2023)
  77. Khajavikhan M Nature 482 16 (2011)
  78. Rieto P Optica 2 66 (2015)
  79. Yokoyama H, Brorson S D J. Appl. Phys. 66 4801 (1989)
  80. Lau E K Opt. Express 17 7790 (2009)
  81. Suhr T Opt. Express 230 (2010)
  82. Liu N Nano Lett. 16 7822 (2016)
  83. Campillo A J Phys. Rev. Lett. 67 437 (1991)
  84. Wei W AIP Adv. 5 87148 (2015)
  85. Brown R H, Twiss R Q Nature 177 27 (1956)
  86. Chow W W Light Sci. Appl. 201 (2014)
  87. Hayenga W Fundamental Properties of Metallic Nanolasers (Orlando: Univ. Central Florida, 2019)
  88. Kreinberg S Light 17030 (2017)
  89. Dimopoulos E Optica 10 973 (2023)
  90. Albrechtsen M Nature Commun. 13 6281 (2022)
  91. Xiong M Opt. Mater. Express 14 397 (2024)
  92. Bj<$>ddot {rm o}<$>rk G Phys. Rev. A 50 1675 (1994)
  93. Takemura N Phys. Rev. A 99 053820 (2019)
  94. Lippi G Chaos, Solitons Fractals 157 111850 (2022)
  95. Yacomotti A M Laser Photon. Rev. 17 2200377 (2022)
  96. Saldutti M Laser Photon. Rev. 18 230084 (2024)
  97. Vahala K J Nature 424 839 (2003)
  98. Noda S Science 314 260 (2006)
  99. Lalanne P, Sauvan C, HugonJ P Laser & Photon. Rev. 2 514 (2008)
  100. Xiong M Opt. Mater. Express 14 397 (2024)
  101. Akahane Y Nature 425 944 (2003)
  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. LS Y Nature 394 251 (1998)
  106. Noda S Science 289 604 (2000)
  107. Zappe H Fundamentals of micro-optics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2010)
  108. Charlton M, Parker G J. Micromechanics and Microengineering 8 172 (1998)
  109. Pisignano D Nanotechnology 15 766 (2004)
  110. Johnson S G Phys. Rev. B 62 8212 (2000)
  111. Notomi H Electron. Lett. 37 293 (2001)
  112. Fan S IEEE J. Lightwave Technology 24 4493 (2006)
  113. Joannopoulos J, Meade R, Winn J Photonic Crystals : Molding the Flow of Light (Princeton, NJ: Princeton Univ. Press, 1995)
  114. Solgaard O Photonic Microsystems (New York: Springer-Verlag, 2009)
  115. Kim G H Opt. Express 12 6624 (2004)
  116. Vuckovic J IEEE J. Quantum Electron. 38 850 (2002)
  117. Lalanne P Opt. Express 12 458 (2004)
  118. Englund D 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 Appl. Phys. Lett. 78 1466 (2001)
  122. Haus H A Waves and Fields in Optoelectronics (London: Prentice-Hall International, 1984)
  123. Peyrade D Appl. Phys. Lett. 81 829 (2002)
  124. Cluzel B Appl. Phys. Lett. 88 051112 (2006)
  125. Sauvan C Opt. Express 13 245 (2005)
  126. Velha P New J. Phys. 8 204 (2006)
  127. Velha P Opt. Express 15 16090 (2007)
  128. Md ZaA R Opt. Express 16 12084 (2008)
  129. Song B S Nature Mater. 4 207 (2005)
  130. Song B S Science 300 1537 (2003)
  131. Song B S Appl. Phys. Lett. 85 4591 (2004)
  132. Noda S Nat. Rev. Electr. Eng. 1 802 (2024)
  133. Mu Y, Savage C M Phys. Rev. A 46 5944 (1992)
  134. Akahane Y Nature 425 944 (2003); Noda S Nature 407 608 (2000)
  135. BalykV Phys. Rev. A 70 011401 (2004)
  136. Балыкин В И УФН 184 656 (2014); BalykV I Phys. Usp. 57 607 (2014)
  137. Jahnke F Nat. Commun. 7 11540 (2016)
  138. Hood C J Phys. Rev. A 64 033804 (2001)
  139. Балыкин В И УФН 179 297 (2009); BalykV I Phys. Usp. 52 275 (2009)
  140. Балыкин В И, Мелентьев П Н УФН 188 143 (2018); BalykV I, Melent'ev 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 Opt. Lett. 29 1209 (2004)
  144. Robinson J T Phys. Rev. Lett. 95 143901 (2005)
  145. Борн М, Вольф Э Основы оптики (М.: Наука, 1973)
  146. Huand S, Weiss S M ACS Photonics 3 1647 (2016)
  147. Sakoda K Opt. Properties of Photonic Crystals (2005)
  148. Hu S, Weiss S M ACS Photonics 3 1647 (2016)
  149. Балыкин В И УФН 188 935 (2018); BalykV I, Phys. Usp. 61 846 (2018)
  150. KhurgJ B Nanophotonics 7 305 (2018)
  151. Gondarenko A Phys. Rev. Lett. 96 143904 (2006)
  152. Gondarenko A, Lipson M Opt. Express 16 17689 (2008)
  153. Choi H Phys. Rev. Lett. 118 223605 (2017)
  154. Wang F Appl. Phys. Lett. 113 241101 (2018)
  155. Hu S Sci. Adv. 2355 (2018)
  156. Zhao Q; Zhao Q
  157. Schuller J A Nat. Mater. 9 193 (2010)
  158. Kuramochi E Opt. Express 18 15859 (2010)
  159. Quan Q, Loncar M Opt. Express 19 18529 (2011)
  160. Hu S Opt. Express 30 7612 (2022)
  161. Albrechtsen M Opt. Express 30 15458 (2022)
  162. Albrechtsen M Nat. Commun. 13 6281 (2022)
  163. Ma R M Fundamental Research 3 537 (2023)
  164. Mao W Z; Mao W Z
  165. Джексон Д Классическая электродинамика (М.: Мир, 1965)
  166. Andersen J, Solodukhov V IEEE Trans. Antennas Propag. 26 598 (1978)
  167. Kreinberg S Light 17030 (2017)
  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 Nat. Phys. 6 279 (2010)
  171. Gies Phys. Rev. A 96 023806 (2017)
  172. Jahnke F Nat. Commun. 7 11540 (2016)
  173. Protsenko I E New J. Phys. 23 1 (2021)
  174. Vyshnevyy A A Phys. Rev. B 105 8 (2022)
  175. Lorke M Phys. Rev. B 87 205310 (2013)
  176. Bundgaard-Nielsen M Phys. Rev. Lett. 130 253801 (2023)
  177. Lorke M Phys. Rev. B 87 205310 (2013)
  178. Moelbjerg A IEEE J. Quant. Electr. 49 945 (2013)
  179. Au<$>grave {rm e}<$>ves A New J. Phys. 13 093020 (2011)
  180. Saldutti M Laser & Photonics Rev. 18 2300840 (2024)
  181. Coldren L A, Corzine S W, Ma<$>check {rm s}<$>anovic M Diode Lasers and Photonic IntegratedCircuits (John Wiley&Sons, Inc.: Hoboken New Jersey, 2012)
  182. M<$>o<$>rk J, Lippi G L Appl. Phys. Lett.
  183. G<$>acute {rm e}<$>rard J M Solid-State Cavity-Quantum Electrodynamics with Self- Assembled Quantum Dots (2003)
  184. Yacomotti A M Laser & Photonics Rev. 17 2200377 (2022)
  185. Yacomotti A M; Yacomotti A M
  186. Xiong M Opt. Mater. Express 14 397 (2024)
  187. Ouyang Y-H Nature 632 287 (2024)
  188. Ахиезер А И, Берестецкий В Б Квантовая электродинамика (М.: Наука, 1969)
  189. Bohm D Quantum Theory (Constable: London, 1954)
  190. Kramers H A Quantum Mechanics (North-Holland: Amsterdam, 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 Progress in Optics 36 1 (1996)
  194. Bialynicki-Birula I Phys. Rev. Lett. 80 5247 (1998)
  195. Roychoudhuri Ch, Kracklauer AF, Creath K The nature of light (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 In Quantum Optics and Laser Experiments 49 (2012)
  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 5 (2002)
  202. Muthukrishnan A, Scully M O, Zubairy M S Optics and Photonics News Trends 3 18 (2003)
  203. Weisskopf V, Wigner E Z. Phys. 63 54 (1930)
  204. Hecht J Appl. Opt. 99 (2010)
  205. Hall R N Phys. Rev. Lett. 9 366 (1962)
  206. Nathan M I Appl. Phys. Lett. 1 62 (1962)
  207. Matsuo S, Kakitsuka T Advances in Optics and Photonics 10 567 (2018)
  208. Miscuglio M APL Materials 7 081112 (2019)
  209. Robertson J IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electron. 26 1 (2020)
  210. Taghinejad M, Cai W ACS Photon 6 1082 (2019)
  211. Ono M Nat. Photon. 14 37 (2020)
  212. Guo Q Nat. Photon. 16 625 (2022)
  213. BazA Appl. Phys. Lett. 104 011102 (2014)
  214. Moille G Laser Photon. Rev. 10 409 (2016)
  215. Colman P Phys. Rev. Lett. 117 233901 (2016)
  216. Saudan Q Opt. Express 30 7457 (2022)
  217. Moille G Phys. Rev. A 94 023814 (2016)
  218. Saldutti M Nanomaterials 11 3030 (2021)
© Успехи физических наук, 1918–2026
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение