Российские ученые из ИТМО (института точной механики и оптики) заявили, что оптические микроскопы могут значительно увеличить свой потенциал благодаря открытию нового метода генерации высоких гармоник лазерного излучения. Физики сообщили, что этого удалось добиться с помощью крошечных цилиндров, толщина которых составляет всего в 1/50 человеческого волоса.

Исследователь нелинейной физики Анастасия Залогина возглавила успешную работу по преобразованию лазерного света в высокие гармоники с помощью крошечных твердых цилиндров. Новая технология открывает грандиозные перспективы для оптической микроскопии. Национальный исследовательский университет ИТМО

Такие цилиндры, изготовленные из арсенида галлия, способны принимать всплески мощного инфракрасного лазерного излучения и преобразовывать его в гармоники высшего порядка. При этом длина волны становится в семь раз короче и направляется в визуальную и ультрафиолетовую части спектра. Результат: чрезвычайно яркое, регулируемое лазерное излучение вплоть до рентгеновского диапазона в чрезвычайно коротких аттосекундных всплесках (аттосекунда - это одна миллиардная часть миллиардной доли секунды).

До появления новой технологии для генерации высоких гармоник такого рода обычно использовались относительно большие объемы газа или плазмы. Цилиндры команды ANU предлагают твердотельный, сверхминиатюрный способ достижения этого эффекта. При этом должно соблюдаться условие, что вы сможете достаточно точно нацелить невидимый инфракрасный лазер точно в центр трубки шириной около одной тысячной миллиметра.

Использование таких волн открывает потенциальный способ преодолеть барьер разрешающей способности, который сейчас не позволяет оптическим микроскопам достигать максимальной кратности увеличения более чем в 1 000 раз. И хотя оптика позволяет добиться большего увеличения, длина волны видимого света не позволяет различить все, что меньше 20 нанометров.

Научный коллектив Лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ИТМО, Санкт-Петербург, Россия"Крошечные источники высоких гармоник должны вывести оптическую микроскопию на совершенно новый уровень", - рассказывает в пресс-релизе руководитель научной работы Анастасия Залогина, доктор наук, недавно защитившая диссертацию в Национальном исследовательском университете ИТМО г. Санкт-Петербург. "С помощью таких источников света мы сможем увидеть в оптический микроскоп гораздо более тонкие вещи, например, отдельные вирусы, или наблюдать в реальном времени за производством полупроводниковых чипов в нанометровом масштабе для компьютеров и смартфонов. Мы также сможем отслеживать динамику движения электронного облака атомов и молекул в реальном времени".

До сих пор единственным способом взглянуть на вещи в таком масштабе был черно-белый мир электронной микроскопии.

"Генерация высоких гармоник имеет многообещающие перспективы в исследовании области нелинейной оптики и фотоники, а также применения в биовизуализации благодаря большей глубине проникновения и уменьшению фотообесцвечивания", - продолжает Анастасия. "Освоение генерации высоких гармоник позволит связать квантовую оптику и физику сильного лазерного поля. Квантовая теория экстремальной нелинейной оптики предполагает, что неклассические источники света, основанные на генерируемых гармониках, могут быть ценными для квантовой связи, информации и вычислений".

Результаты данного эксперимента были представлены в научном издании ACS Publications.

Источник: ANU, журнал ACS Publications, Лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники
1. (http://perolab.ifmo.ru/ru/96391/person/224081/)
2. (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c01122)
3. (https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=CLEO_QELS-2020-FTh1C.5)
4. (https://science.anu.edu.au/news-events/news/how-single-cylinder-unleashes-extreme-physics)