Sammanfogning av BIC:er i den finita storleksstrukturen. a Beräknad Hz-fältfördelning vid a = 573 nm i den ändliga domänen med N = 15. N är antalet lufthål längs den vertikala (eller horisontella) riktningen. b Topologiska laddningsfördelningar i FT(Hz) vid före sammanslagning (vänster), försammanslagning (mitten), och sammanslagning (höger). FT betecknar den rumsliga Fourier-transformationen. Den vita cirkeln på 7° indikerar det första fältets minimum. c Schematiska illustrationer av strålningsförlusten i de tre fall som motsvarar b. d Beräknad strålningsfaktor, definieras som |FT(Hz)/Q | , för a = 568, 573, 576, och 578 nm. Det största mörka området erhålls vid försammanslagning av a = 573 nm. e Värdena på den inversa strålningsfaktorn plottade som en funktion av gitterkonstanten för N = 15 (svart) och N = 21 (lila). Den vertikala röda streckade linjen indikerar sammanslagningspunkten i den oändliga storleksdomänen. f Radiativ Q-faktor för N = 15 som funktion av gitterkonstanten, beräknas av FDTD-simuleringen. Kredit:DOI:10.1038/s41467-021-24502-0
Fysiker vid The Australian National University (ANU) har utvecklat extremt kraftfulla mikroskopiska lasrar som är ännu mindre än våglängden på ljuset de producerar.
Så kallade 'nanolasers' har ett stort utbud av medicinska, kirurgisk, industriell och militär användning, täcker allt från hårborttagning till laserskrivare och nattlig övervakning.
Enligt ledande forskare professor Yuri Kivshar, nanolasrarna som utvecklats av hans team lovar att vara ännu kraftfullare än befintliga lasrar, så att de kan vara användbara i mindre skala enheter.
"De kan också integreras på ett chip, " han sa.
"Till exempel, de kan monteras direkt på spetsen av en optisk fiber för att göra dem ljusare eller arbeta på en speciell plats inuti en människokropp.
"Denna teknik använder laserljus istället för elektronik, ett tillvägagångssätt som kallas fotonik. Det är spännande att se hur detta kan förverkligas i vardagliga praktiska enheter, som mobiltelefoner."
Professor Kivshars team använde ett smart trick för att modifiera konventionella lasrar, som traditionellt består av någon form av ljusförstärkningsanordning placerad mellan två speglar. När ljuset studsar fram och tillbaka mellan de två speglarna blir det ljusare och ljusare.
Istället för speglar, forskargruppen skapade en enhet som fungerar som "inifrån och ut" brusreducerande hörlurar och som fångar energi och hindrar den från att fly. Den fångade ljusenergin byggs upp till en stark, välformad laser.
Det här tricket övervinner en välkänd utmaning med nanolasrar – energiläckage.
För att tillverka lasern, teamet samarbetade med professor Hong-Gyu Park och hans grupp vid Korea University.
Forskarna säger att enhetens effektivitet var hög - det krävdes bara en liten mängd energi för att börja lysa lasern - med en tröskel som är cirka 50 gånger lägre än någon tidigare rapporterad nanolaser och smal stråle.
Professor Kivshar sa att den nya lasern bygger på en kvantmekanisk upptäckt som gjordes för nästan 100 år sedan.
"Denna matematiska lösning publicerades av Wigner och von Neumann 1929, i en tidning som verkade väldigt märklig på den tiden – det förklarades inte på många år, " sa professor Kivshar.
"Nu driver denna 100 år gamla upptäckt morgondagens teknik."
Forskningen redovisas i Naturkommunikation .
