Письма в ЖЭТФ, том 109, вып. 1, с. 12 - 18

Спектральные и пространственные характеристики мод

электромагнитного поля в перестраиваемой оптической

микрорезонаторной ячейке для исследования гибридных состояний

“свет-вещество”

Д.С.Довженко⁺, И.С.Васкан^+∗×, К.Е.Мочалов^∗, Ю.П.Ракович^+◦, И.Р.Набиев^+∇1)

⁺Лаборатория нано-биоинженерии и лаборатория гибридных фотонных наноматериалов,

Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ (Московский инженерно-физический институт),

115409 Москва, Россия

^∗Лаборатория молекулярной биофизики, Институт биоорганической химии

им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997 Москва, Россия

^×Московский физико-технический институт (государственный университет), 141700 Долгопрудный, Россия

^◦Center for Materials Physics and University of the Basque Country,

Paseo Manuel de Lardizabal 5, 20018, Donostia - San Sebastián, Spain

^∇Laboratoire de Recherche en Nanosciences, LRN-EA4682, 51 rue Cognacq Jay, Université de Reims Champagne-Ardenne,

51100 Reims, France

Поступила в редакцию 8 ноября 2018 г.

После переработки 12 ноября 2018 г.

Принята к публикации 12 ноября 2018 г.

Исследование резонансного взаимодействия между веществом и локализованным электромагнитным

полем в резонаторе является областью повышенного интереса в современных исследованиях, посколь-

ку с его помощью открываются перспективы управляемого воздействия на фундаментальные свойства

материи. Однако, несмотря на большое количество подобных исследований, до настоящего времени

не разработано универсального подхода, который позволял бы изучать серии различных образцов с

возможностью широкого варьирования основных экспериментальных параметров оптических мод. В

данной работе мы представляем анализ основных оптических параметров разработанной нами ранее

универсальной перестраиваемой микрорезонаторной ячейки: добротности, модового объема и их зави-

симости от используемых зеркал и расстояния между ними. Полученные результаты значительно рас-

ширят диапазон практических применений резонансного взаимодействия света с веществом: усиления

комбинационного рассеяния, резонансного безызлучательного переноса энергии на большие расстояния

и модификации скорости химических реакций.

DOI: 10.1134/S0370274X1901003X

1. Введение. Изучение резонансного взаимодей-

зонаторе, так и от свойств возбужденного состояния

ствия света с веществом в локализованном электро-

в веществе: в зависимости от условий эксперимен-

магнитном поле является интенсивно развивающей-

та поляритоны отличаются энергией, временем жиз-

ся областью исследований. В результате связыва-

ни, вероятностью переноса энергии. Эти свойства мо-

ния возбужденных состояний в веществе с собствен-

гут быть использованы для усиления комбинацион-

ными модами электромагнитного поля образуются

ного рассеяния, резонансного безызлучательного пе-

новые гибридные энергетические состояния, кото-

реноса энергии на большие расстояния, модифика-

рые могут быть описаны с помощью соответствую-

ции скорости химических реакций [1-3]. Наиболее

щих квазичастиц-поляритонов. В частности, резо-

распространенный способ достижения связывания -

нансные уровни энергии фотона и экситона в веще-

помещение ансамбля атомов или молекул в оптиче-

стве расщепляются на два поляритонных уровня, от-

ский микрорезонатор [4]. В такой системе связыва-

личающихся по энергии. Свойства поляритонов су-

ние света с веществом регистрируется по изменени-

щественно отличаются от свойств как фотона в ре-

ям спектрального отклика системы, который опре-

деляется силой связи между молекулами вещества

¹⁾e-mail: igor.nabiev@gmail.com

и модами резонатора. Сила связи в системе харак-

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 1 - 2

2019

Спектральные и пространственные характеристики мод электромагнитного поля в. . .

теризует вероятность переноса энергии между воз-

ности собственных мод, что значительно увеличива-

бужденным состоянием вещества и собственной мо-

ет потери энергии в системе. Для преодоления этих

дой резонатора. Ключевым критерием, определяю-

недостатков нами было разработано универсальное

щим образование связанных состояний, является со-

устройство, основанное на перестраиваемом неустой-

отношение между силой связи и суммарными необ-

чивом микрорезонаторе Фабри-Перо, сочетающим в

ратимыми потерями энергии, обоснованными време-

себе следующие преимущества: универсальность, ма-

нем жизни фотона в пустом микрорезонаторе и вре-

лый модовый объем, а также возможность плавно-

менем жизни возбужденного состояния в веществе.

го изменения добротности и модового объема в про-

В зависимости от силы связи выделяют так называ-

цессе работы с одним образцом. Последнее свойство

емые режимы “слабой” и “сильной” связи. В режиме

особенно важно для получения дисперсионных зави-

слабой связи [5] связывание происходит, однако по-

симостей поляритонных ветвей в исследуемых образ-

тери энергии доминируют. Этот режим может быть

цах и непосредственного измерения силы связи. Осо-

использован для усиления или ослабления спонтан-

бенности конструкции делают это устройство уни-

ного излучения, изменения его спектра и кинетики

версальным инструментом, который позволяет, ва-

[6, 7]. Особый интерес представляет режим сильной

рьируя параметры оптических мод, получать режи-

связи, при котором скорость обмена энергией меж-

мы слабой и сильной связи, отслеживать постепен-

ду светом и веществом превосходит потери энергии

ный переход связанной системы от одного состояния

в системе, что приводит к формированию двух но-

к другому. Это обеспечивает простой поиск опти-

вых гибридных энергетических состояний системы.

мальных условий для взаимодействия света с веще-

Экспериментально это проявляется в расщеплении

ством практически для любых образцов как в види-

резонансных пиков спектров пропускания или излу-

мом, так и в инфракрасном диапазоне длин волн. Та-

чения - Раби-сплиттинге. В этом режиме фундамен-

ким образом, устройство позволяет наблюдать связь

тальные свойства вещества, а именно спектральные

как с электронными, так и с колебательными уров-

и временные характеристики возбужденных состоя-

нями энергии. В данной работе исследуются опти-

ний изменяются, что может быть применено для ре-

ческие характеристики разработанной микрорезона-

шения множества практических задач в фотонике,

торной ячейки, и проводится их сравнение с резуль-

химии и биологическом сенсинге, а также для созда-

татами теоретического моделирования, а также с со-

ния новых когерентных источников света.

ответствующими параметрами существующих опти-

ческих резонаторов. Полученные данные демонстри-

В последние годы достижения в разработке и со-

здании новых микрорезонаторов [8] оказали значи-

руют, что предложенная оптическая конфигурация

позволяет добиваться значительного увеличения си-

тельное влияние на развитие исследований взаимо-

действия света с веществом. Различные виды мик-

лы связи, что является важным шагом на пути к ши-

рокому практическому применению эффектов силь-

рорезонаторов применялись для получения режима

сильной связи, сопровождающегося модификацией

ной связи.

свойств связанного вещества с различными значени-

2. Связь основных характеристик микро-

резонатора с силой связи и режимом силь-

ями Раби-сплиттинга [9]. Однако, несмотря на мно-

гочисленные исследования, до настоящего времени

ной связи. Согласно теоретическому рассмотрению

на основе модели Джейнса-Каммингса, сила связи

не было продемонстрировано комплексного и удобно-

го подхода, позволяющего получать режим сильной

ансамбля двухуровневых систем с локализованным

электромагнитным полем определяется следующим

связи для большого количества различных образ-

цов в широком спектральном диапазоне без необхо-

выражением [10, 11]:

√

димости каждый раз конструировать микрорезона-

√

ωN

Ω = 2g

N = 2F_geomd

(1)

тор под характеристики конкретного образца. Дру-

ε₀ℏV_m

гим важным недостатком применяемых оптических

√

микрорезонаторов является преимущественно невы-

Ω∝

(2)

сокие значения Раби-сплиттинга, характеризующие

где g - коэффициент связи, N - число двухуровне-

силу связи, что также затрудняет практические при-

вых систем в ансамбле, F_geom - параметр, зависящий

ложения эффектов. В основном это связано с относи-

от взаимного положения дипольного момента и его

тельно большим модовым объемом, наблюдаемым в

ориентации относительно распределения моды, d -

оптических микрорезонаторах, по сравнению с плаз-

дипольный момент перехода, ℏ - постоянная Дирака,

монными наночастицами. С другой стороны, плаз-

ω - частота электромагнитного поля, ε₀ - диэлектри-

монные наночастицы имеют низкие значения доброт-

ческая проницаемость вакуума, V_m - модовый объ-

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 1 - 2

2019

Д.С.Довженко, И.С.Васкан, К.Е.Мочалов, Ю.П.Ракович, И.Р.Набиев

ем, C - концентрация двухуровневых систем. Клю-

формулы (3) следует, что при времени жизни фо-

чевой является зависимость величины связи от мо-

тона в резонаторе, значительно превышающем вре-

дового объема, дипольного момента и концентрации

мя жизни возбужденного состояния молекулы, даль-

двухуровневых систем. Таким образом, можно сде-

нейшее увеличение добротности перестает влиять на

лать вывод, что в эксперименте для увеличения силы

выполнение критерия сильной связи. Экстремально

связи ансамбля молекул с модой оптического резона-

высокие значения добротности в таком случае необ-

тора необходимо минимизировать модовый объем, а

ходимы только для работы с охлажденными одиноч-

также увеличить концентрацию молекул в пределах

ными атомами или молекулами. По этой причине

моды.

для получения сильной связи мод резонатора с ан-

Реализация режима сильной связи ансамбля мо-

самблем молекул основной целью становится мини-

лекул в резонаторе определяется выполнением сле-

мизация модового объема. Отметим, что именно на

дующего критерия [12]:

этом принципе основаны впечатляющие результаты,

γ+k

полученные с использованием плазмонных наноча-

2Ω >

(3)

стиц вместо оптических резонаторов [9]. Таким об-

γ = 2πΔν,

(4)

разом, для создания оптического микрорезонатора с

минимальным модовым объемом вместо РБО следу-

k = 2π

(5)

ет использовать металлические зеркала, обеспечива-

где γ и k - обратные времена жизни возбужденного

ющие большую локализацию электромагнитной мо-

состояния молекулы (или другой двухуровневой си-

ды. Для их изготовления применяется напыление на

стемы) и фотона в пустом резонаторе соответствен-

стеклянную подложку слоя алюминия, толщиной по-

но, Δν - ширина на полувысоте линии перехода из

рядка десятков нанометров, и дальнейшее покрытие

возбужденного в основное состояние молекулы, c -

тонким слоем диоксида кремния для защиты от де-

скорость света, L - длина резонатора, Q - доброт-

градации. Контролируемый процесс напыления алю-

ность.

миния позволяет в широких пределах варьировать

Из представленных уравнений следует, что уве-

коэффициенты отражения таких зеркал. В сочета-

личение добротности резонатора значительно снижа-

нии с возможностью точного изменения расстояния

ет потери энергии системы, упрощая достижение ре-

между зеркалами разработанная микрорезонаторная

жима сильной связи. В свою очередь, добротность

ячейка позволяет подробно исследовать зависимость

в случае плоскопараллельного резонатора связана с

образования гибридных состояний “свет-вещество”

коэффициентами отражения его зеркал [13]:

от спектральных и пространственных характеристик

2πnd

√R

1R2

собственных мод электромагнитного поля.

√

(6)

R₁R₂

3. Конструкция микрорезонаторной ячей-

где n - показатель преломления, d - расстояние меж-

ки. Подробно конструкция разработанной нами мик-

ду зеркалами, λ - длина волны резонанса, R₁ и R₂ -

рорезонаторной ячейки была описана ранее в работе

показатели отражения зеркал резонатора.

[17]. Основным элементом ячейки является неустой-

Из приведенных качественных зависимостей сле-

чивый микрорезонатор Фабри-Перо, состоящий из

дует, что правильный выбор конструкции и матери-

перемещаемых относительно друг друга вдоль оси

ала элементов, образующих резонатор, позволяет, с

резонатора плоского и выпуклого металлических

одной стороны, посредством увеличения добротно-

зеркал. Преимущество такой конфигурации заклю-

сти, уменьшить потери энергии в системе, а с другой

чаются в том, что она обязательно обеспечивает

стороны, непосредственно увеличить силу связи пу-

условие плоскопараллельности зеркал в области наи-

тем минимизации модового объема. В ряде работ по

большего сближения их поверхностей. Кроме того,

исследованию сильной связи в качестве элементов,

за счет малых размеров области плоскопараллель-

образующих резонатор, используются распределен-

ности зеркал (диаметр не более двух микрон) обес-

ные брэгговские отражатели (РБО) [14-16], посколь-

печивается существование мод, преимущественно на-

ку их применение позволяет получать коэффициен-

правленных вдоль оси резонатора и минимизация их

ты отражения более 99 %, что значительно повышает

сечения в латеральной плоскости. Указанные обстоя-

добротность. Однако это достигается за счет отраже-

тельства существенно снижают модовый объем резо-

ния света от границ между многочисленными слоями

натора, что важно для повышения силы связи между

брэгговской структуры, что существенно увеличива-

образцом и электромагнитным полем.

ет эффективный модовый объем за счет проникно-

На рисунке 1 представлена схема микрорезона-

вения поля внутрь РБО. Одновременно с этим, из

торной ячейки. В качестве верхнего выпуклого зер-

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 1 - 2

2019

Спектральные и пространственные характеристики мод электромагнитного поля в. . .

ния зеркал при возможности плавного изменения

расстояния между ними на большой ход и с ма-

лым шагом дает возможность широкого варьирова-

ния основных параметров проведения эксперимен-

тов по исследованию резонансного взаимодействия

между ансамблем молекул и локализованным элек-

тромагнитным полем. Основными варьируемыми па-

раметрами являются добротность, модовый объем и

отношение между ними. В частности, возможности

разработанной ячейки позволяют добиться высоких

значений добротности при сохранении минимально-

го модового объема, что может быть использова-

но для увеличения силы связи в экспериментах по

достижению гибридных состояний “свет-вещество”.

Кроме того, широкий диапазон изменения рассто-

яний между зеркалами резонатора позволяет, при

соответствующей адаптации оптических компонен-

тов, использовать ячейку в широкой спектральной

области - от видимого до ближнего инфракрасно-

Рис. 1. Схема микрорезонаторной ячейки. 1 - Плоско-

го (ИК) диапазона оптического спектра. Широкий

выпуклая линза - основа верхнего зеркала; 2 - алюми-

оптический диапазон, в свою очередь, дает возмож-

ниевое покрытие верхнего зеркала; 3 - покровное стек-

ность исследования как электронного, так и коле-

ло - основа нижнего зеркала; 4 - алюминиевое покры-

бательного резонансного взаимодействия вещества

тие нижнего зеркала; 5 - образец; 6 - столик одноос-

и электромагнитного поля. Непосредственно микро-

ного пьезопозиционера;

- широкополосное излучение;

резонаторная ячейка устанавливается на инверти-

8 - блок, содержащий “белый” светодиод и оптический

рованный оптический микроскоп, являющийся ча-

коллиматор; 9 - прошедшее через резонатор излучение;

стью уникальной научной установки (УНУ, “Систе-

10 - объектив инвертированного микроскопа; 11 - оп-

ма Зондово-Оптической 3D Корреляционной Мик-

тическая система сбора излучения; 12 - монохроматор,

роскопии”, http://ckp-rf.ru/usu/486825/) [18]. Осве-

оборудованный ПЗС; 13 - возбуждающее лазерное из-

лучение; 14 - лазер; 15 - юстируемый оптический НЧ-

щение ячейки широкополосным излучением (7) осу-

фильтр

ществляется со стороны верхнего зеркала с помощью

блока, содержащего “белый” светодиод и оптический

коллиматор (8). Соответственно, прошедшее через

кала используется плоско-выпуклая линза (1) с нане-

сенным алюминиевым покрытием с защитным сло-

резонатор и подлежащее спектральному анализу из-

лучение (9) собирается объективом инвертированно-

ем SiO₂ (2). Линза находится в съемной каретке,

го микроскопа (10) и с помощью оптической систе-

что дает возможность легко менять линзы с разны-

ми коэффициентами пропускания/отражения прямо

мы (11), включающей конфокальный модуль, пере-

дается на монохроматор, оборудованный прибором с

в ходе эксперимента. Каретка закреплена в микро-

метрическом позиционере, позволяющем прецизион-

зарядовой связью (ПЗС-матрицей) (12). Для иссле-

дования свойств флуоресценции или комбинационно-

но совмещать область плоскопараллельности зеркал

и исследуемый образец. Основой для нижнего зер-

го рассеяния образцов, находящихся в микрорезона-

торной ячейке, возбуждающее излучение (13) лазера

кала служит стандартное покровное стекло (3), на

(14) заводится со стороны нижнего зеркала при по-

которое также нанесен слой алюминия с защитным

мощи юстируемого оптического фильтра низких час-

покрытием (4). Нижнее зеркало служит подложкой

тот (НЧ-фильтра) (15).

для нанесения исследуемого образца (5) и может лег-

ко меняться в ходе эксперимента, существенно повы-

4. Спектральные и пространственные ха-

шая производительность всей работы. Нижнее зер-

рактеристики мод электромагнитного поля в

кало с образцом закреплено на столике одноосно-

микрорезонаторной ячейке. Одним из ключевых

го пьезопозиционера (6), позволяющего плавно ме-

преимуществ разработанной установки является ее

нять расстояние между зеркалами в диапазоне от

универсальность и возможность работы с зеркала-

100 нм до 10 мкм с шагом в несколько нанометров.

ми, имеющими разные коэффициенты отражения,

Взаимное комбинирование коэффициентов отраже-

что позволяет изменять добротность, модовый объ-

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 1 - 2

2019

Д.С.Довженко, И.С.Васкан, К.Е.Мочалов, Ю.П.Ракович, И.Р.Набиев

Таблица 1. Связь между основными характеристиками микрорезонаторной ячейки

Отражение

Расстояние

Добротность

Модовый

Эффективный

зеркал, %

между

(Q)

объем (Vm),

модовый объем

зеркалами (L), нм

мкм³

(V_eff), (λ/n)³

206

2189

170

5927

94012

398

189

1110

262

5178

2283

2284

41624

ем и соотношение между ними. Для эксперименталь-

ной демонстрации оптических свойств резонаторной

ячейки были изготовлены два типа зеркал, отлича-

ющихся толщиной алюминиевого слоя. Стоит отме-

тить, что при напылении слоя алюминия большей

толщины происходит рост как отражения, так и по-

глощения. Таким образом, при приближении к вы-

соким значениям отражения (на уровне 90 %) су-

щественно падает величина пропускания. Как след-

ствие, измерение спектров пропускания резонатор-

ной ячейки значительно усложняется. Толщина алю-

миниевого слоя зеркал первого типа была подобрана

таким образом, чтобы при пропускании, достаточном

для регистрации спектров пропускания ячейки - не

менее 1 %, зеркала имели максимальное возможное

отражение - 87 %. Отражение второго типа зеркал

было выбрано на уровне 67 % при пропускании по-

рядка 10 %. Толщины алюминиевого слоя в зеркалах

первого и второго типов составили 45 и 35 нм со-

ответственно. Для предотвращения деградации по-

верхности зеркал слой алюминия был покрыт слоем

кремниевого диоксида толщиной 20 нм.

На рисунке 2 представлены измеренные экспе-

риментально и рассчитанные теоретически спектры

пропускания микрорезонатора, состоящего из зеркал

первого типа с отражением 87 % для разных значе-

ний расстояния между зеркалами. Расстояния опре-

делялись с помощью приближения эксперименталь-

ных спектров теоретической моделью, подробно опи-

Рис. 2. (Цветной онлайн) Экспериментальные (черная

санной в [17].

сплошная линия) и теоретические (красная пунктир-

Аналогичные спектры для микрорезонатора с

ная линия) спектры пропускания микрорезонатора с

зеркалами, имеющими коэффициенты отражения

зеркалами с коэффициентами отражения 87 % и рас-

67 %, представлены на рис.3. Видно, что расчетные

стоянием между их поверхностями 206 (a) и 2189 (b) нм

спектры находятся в достаточно хорошем соответ-

ствии с полученными экспериментально. Расхожде-

ние обусловлено спектральной зависимостью коэф-

го объема. Результаты приведены в табл.1. Стоит

фициентов отражения и пропускания зеркал, а так-

отметить, что расчетные величины модового объе-

же выпуклой формой поверхности одного из зеркал.

ма наиболее точны в области относительно низких

С помощью полученных экспериментально спектров

значений, при малом расстоянии между зеркалами,

и параметров теоретической модели, использован-

где кривизна одного из зеркал вносит наименьшие

ной для приближения, были получены значения рас-

отклонения. По мере увеличения расстояния между

стояний между зеркалами, добротностей и модово-

зеркалами и увеличения радиуса моды в латераль-

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 1 - 2

2019

Спектральные и пространственные характеристики мод электромагнитного поля в. . .

Представленные данные демонстрируют, что оп-

тические параметры микрорезонаторной ячейки, в

частности добротность и модовый объем, могут ва-

рьироваться в широких пределах. Добротность меня-

лась от 17 до 170, что позволяет эффективно рабо-

тать с большим количеством молекул, ширина энер-

гетического перехода в которых должна по порядку

величины соответствовать ширине линии резонато-

ра. В противном случае один из каналов потери энер-

гии начинает доминировать и наблюдение гибрид-

ных состояний затрудняется. Однако ключевым па-

раметром резонатора является модовый объем, непо-

средственно влияющий на силу связи. В проведен-

ных экспериментах минимальный модовый объем со-

ставил порядка 5 мкм³, что соответствовало эффек-

тивному значению на уровне 73 в единицах (λ/n)³.

При этом типичные значения эффективного модово-

го объема в оптических микрорезонаторах составля-

ют ∼ 10⁵ [9]. В силу обратной зависимости силы свя-

зи от корня квадратного из модового объема приме-

нение разработанного нами микрорезонатора позво-

лит более чем на порядок увеличить силу связи. Ка-

чественное уменьшение модового объема позволяет

существенно снизить требования, предъявляемые к

концентрации молекул в ансамбле, ориентации и ве-

личине их дипольного момента, а также ширине ли-

нии перехода. В результате значительно упростится

достижение режима сильной связи в широком спек-

тре систем [9].

5. Заключение. Ранее нами была разработа-

на и описана конструкция перестраиваемой оптиче-

ской микрорезонаторной ячейки и выполнены пред-

варительные теоретические расчеты, демонстрирую-

щие потенциальные принципиальные преимущества

предложенной конструкции [17]. В настоящей работе

представлены впервые полученные результаты экс-

периментальных исследований спектральных и про-

странственных характеристик мод электромагнитно-

го поля в разработанной ячейке и проведено их срав-

нение с результатами более точного, чем в работе

[17], теоретического моделирования. Кроме этого, по-

лученные в настоящей работе результаты соотнесены

Рис. 3. (Цветной онлайн) Экспериментальные (черная

с соответствующими параметрами оптических резо-

сплошная линия) и теоретические (красная пунктир-

наторов, традиционно используемых для реализации

ная линия) спектры пропускания микрорезонатора с

режима сильной связи между ансамблем молекул и

зеркалами с коэффициентами отражения 67 % и рас-

локализованным электромагнитным полем.

стоянием между их поверхностями 398 (a), 1110 (b) и

В частности, в настоящей работе измерены спек-

2283 (c) нм

тры пропускания ячейки при разных коэффициентах

отражения зеркал, сделаны аппроксимации и на ос-

ной плоскости реальные экспериментальные величи-

нове полученных данных проанализированы зависи-

ны модового объема будут меньше расчетных, полу-

мости ключевых параметров микрорезонатора, доб-

ченных в приближении плоских зеркал.

ротности и модового объема, от свойств зеркал и

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 1 - 2

2019

Д.С.Довженко, И.С.Васкан, К.Е.Мочалов, Ю.П.Ракович, И.Р.Набиев

расстояния между ними. В результате были проде-

S. Peter, and A.J. Meixner, Proc. SPIE 7185, 718504

монстрированы существенные преимущества разра-

(2009).

ботанной ячейки по сравнению с традиционно приме-

M. Pelton, Nature Photon. 9(7), 427 (2015).

няющимися методами. Показано, что минимизация

S. Noda, M. Fujita, and T. Asano, Nature Photon. 1(8),

расстояния между зеркалами в резонаторе более чем

449 (2007).

на порядок увеличивает силу связи. Как следствие,

D. Dovzhenko, E. Osipov, I. Martynov, P. Linkov, and

существенно ослабляются требования, накладывае-

A. Chistyakov, Physics Procedia 73, 126 (2015).

мые на концентрацию молекул, а также величину и

S. Bar, A. Chizhik, R. Gutbrod, F. Schleifenbaum,

ориентацию дипольного момента молекул в исследу-

A. Chizhik, and A. J. Meixner, Anal. Bioanal. Chem.

396(1), 3 (2010).

емом ансамбле, что может существенно расширить

спектр систем, в которых реализуется режим силь-

D. S. Dovzhenko, S. V. Ryabchuk, Y. P. Rakovich, and

I. R. Nabiev, Nanoscale 10(8), 3589 (2018).

ной связи. Возможность плавного изменения модо-

вого объема и добротности в широком диапазоне от-

10.

E. Jaynes and F. Cummings, Proc. IEEE 51, 89 (1963).

крывает новые возможности для исследования про-

11.

P Torma and W. L. Barnes, Rep. Prog. Phys. 78(1),

межуточной связи при переходе из режима слабой

013901 (2014).

в режим сильной связи. Полученные результаты мо-

12.

G. Khitrova, H. Gibbs, M. Kira, S. Koch, and

гу найти применение в фотонике, химии и биологи-

A. Scherer, Nat. Phys. 2, 81 (2006).

ческом сенсинге, а также для создания новых коге-

13.

N. Ismail, C. C. Kores, D. Geskus, and M. Pollnau, Opt.

Express 24(15) 16366 (2016).

рентных источников света.

Настоящая работа выполнена при поддержке Ми-

14.

R. Tao, M. Arita, S. Kako, K. Kamide, and Y. Arakawa,

Appl. Phys. Lett. 107(10), 101102 (2015).

нистерства науки и высшего образования Российской

15.

H. Fernandez, S. Russo, and W. Barnes, Frontiers in

Федерации, договор # 4.Y26.31.0011.

Optics, JW3A-59 (2017).

16.

S. Schwarz, S. Dufferwiel, F. Withers, A. A. Trichet,

1. A. Shalabney, J. George, H. Hiura, J. A. Hutchison,

F. Li, C. Clark, K. S. Novoselov, J. M. Smith,

C. Genet, P. Hellwig, and T. W. Ebbesen, Angewandte

M. S.

Skolnic,

D.N.

Krizhanovskii,

and

Chemie International Edition 54(27), 7971 (2015).

A. I. Tartakovskii, Nano Lett. 14(12), 7003 (2014).

2. D. M. Coles, N. Somaschi, P. Michetti, C. Clark,

17.

K. E. Mochalov, I. S. Vaskan, D. S. Dovzhenko,

P. G. Lagoudakis, P. G. Savvidis, and D. G. Lidzey,

Y. P. Rakovich, and I. Nabiev, Rev. Sci. Instrum. 89(5),

Nature Materials 13(7), 712 (2014).

053105 (2018).

3. J. A. Hutchison, T. Schwartz, C. Genet, E. Devaux,

18.

K. E. Mochalov, A. A. Chistyakov, D. O. Solovyeva,

and T. W. Ebbesen, Angewandte Chemie International

A. V. Mezin, V.A. Oleinikov, I.S. Vaskan,

Edition 51(7), 1592 (2012).

M. Molinari, I. I. Agapov, I. Nabiev, and A. E. Efimov,

4. F. Schleifenbaum, K. Elgass, M. Steiner, J. Enderlein,

Ultramicroscopy 182, 118 (2017).

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 1 - 2

2019