Optyczny pasmo komunikacji, ultra-cienki rezonator optyczny

Optyczny pasmo komunikacji, ultra-cienki rezonator optyczny
Rezonatory optyczne mogą zlokalizować określone długości fal fal światła w ograniczonej przestrzeni i mieć ważne zastosowania w interakcji światła,Komunikacja optyczna, wykrywanie optyczne i integracja optyczna. Rozmiar rezonatora zależy głównie od charakterystyki materiału i działającej długości fali, na przykład rezonatory krzemu działające w paśmie bliskiej podczerwieni zwykle wymagają struktur optycznych setek nanometrów i więcej. W ostatnich latach ultracienne płaskie rezonatory optyczne przyciągnęły wiele uwagi ze względu na ich potencjalne zastosowania w kolorze strukturalnym, obrazowaniu holograficznym, regulacji pola światła i urządzeniach optoelektronicznych. Jak zmniejszyć grubość płaskich rezonatorów, jest jednym z trudnych problemów badaczy.
Różni się od tradycyjnych materiałów półprzewodników, topologiczne izolatory 3D (takie jak Bizmut Telluride, Antimony Telluride, Bismuth Selenid itp.) Są nowymi materiałami informacyjnymi z topologicznie chronionymi stałami powierzchni metalowej i stanami izolatorów. Stan powierzchniowy jest chroniony przez symetrię inwersji czasu, a jego elektrony nie są rozproszone przez zanieczyszczenia niemagnetyczne, które mają ważne perspektywy zastosowania w urządzeniach obliczeniowych i spintronicznych o niskiej mocy. Jednocześnie materiały izolatora topologicznego wykazują również doskonałe właściwości optyczne, takie jak wysoki współczynnik załamania światła, duże nielinioweoptycznywspółczynnik, szeroki zakres spektrum roboczego, dostrajalność, łatwa integracja itp., Która zapewnia nową platformę do realizacji regulacji światła iUrządzenia optoelektroniczne.
Zespół badawczy w Chinach zaproponował metodę wytwarzania ultratycznych rezonatorów optycznych przy użyciu nanofilmów topologicznych izolatorów Telluride z dużym obszarem. Wnęka optyczna wykazuje oczywiste właściwości absorpcji rezonansu w paśmie w pobliżu podczerwieni. Bismuth Telluride ma bardzo wysoki współczynnik załamania światła ponad 6 w paśmie komunikacyjnym optycznym (wyższy niż współczynnik załamania światła tradycyjnych materiałów o wysokich współczynnikach załamania światła, takich jak krzem i german), dzięki czemu grubość jamy optycznej może osiągnąć jedną dwudziestą długości fali rezonansowej. Jednocześnie rezonator optyczny jest osadzany na jednowymiarowym krysztale fotonicznym, a nowatorski elektromagnetycznie indukowany efekt przezroczystości obserwuje się w optycznym pasma komunikacyjnym, który jest spowodowany połączeniem rezonatora z plazmonem Tamm i jego niszczycielskim interferencją. Odpowiedź spektralna tego efektu zależy od grubości rezonatora optycznego i jest odporna na zmianę wskaźnika załamania otoczenia. Ta praca otwiera nowy sposób na realizację ultraciennej wnęki optycznej, regulacji widma materiału topologicznego i urządzeń optoelektronicznych.
Jak pokazano na ryc. 1a i 1b, rezonator optyczny składa się głównie z izolatora topologicznego bizmutowego Telluride i srebrnych nanofilmów. Nanofilmy Bismuth Telluride przygotowane przez rozpylenie magnetronowe mają duży obszar i dobrą płaskość. Gdy grubość folii Bismuth Telluride i srebrnych wynosi odpowiednio 42 nm i 30 nm, wnęka optyczna wykazuje silną absorpcję rezonansu w paśmie 1100 ~ 1800 nm (ryc. 1C). Kiedy naukowcy zintegrowali tę wnękę optyczną z kryształem fotonicznym wykonanym ze naprzemiennych stosów TA2O5 (182 nm) i SiO2 (260 nm) warstw (ryc. 1E), wyraźna dolina absorpcyjna (ryc. 1F) pojawiła się w pobliżu pierwotnego szczytu absorpcji rezonansu (~ 1550 nm), które jest podobne do elektromagnetycznie indukowanej przez systemy ATOMIC.

Materiał tellurydowy Bismuth charakteryzował się transmisyjną mikroskopią elektronową i elipsometrią. FIGA. 2A-2C pokazuje transmisyjne mikrografy elektronowe (obrazy o wysokiej rozdzielczości) i wybrane wzorce dyfrakcji elektronów nanofilmów Bismuth Telluride. Z figury można zauważyć, że przygotowane nanofilmy Bismuth Telluride to materiały polikrystaliczne, a główną orientacją wzrostu jest (015) płaszczyzna kryształu. Ryc. 2D-2F pokazuje złożony współczynnik załamania światła Bismuth Telluride mierzony elipsometrem oraz dopasowany stan powierzchniowy i złożony współczynnik załamania. Wyniki pokazują, że współczynnik ekstynkcji stanu powierzchniowego jest większy niż współczynnik załamania światła w zakresie 230 ~ 1930 nm, wykazując charakterystykę podobną do metalu. Wskaźnik załamania korpusu jest więcej niż 6, gdy długość fali jest większa niż 1385 nm, co jest znacznie wyższe niż w przypadku krzemu, germanu i innych tradycyjnych wysokowydajnych materiałów indeksowych w tym paśmie, który stanowi podstawę do przygotowania ultraciennych rezonatorów optycznych. Naukowcy zwracają uwagę, że jest to pierwsza zgłoszona realizacja topologicznej izolatorów płaskiej wnęki optycznej o grubości tylko dziesiątek nanometrów w optycznym paśmie komunikacyjnym. Następnie spektrum absorpcji i długość fali rezonansowej ultraciennej wnęki optycznej zmierzono z grubością tellurydu bizmutowego. Wreszcie badany jest wpływ grubości warstwy srebra na elektromagnetycznie indukowane widma przezroczystości w Bismuth Telluride NanoCavity/Photonic Crystal Structures

Przygotowując duże, cienkie folie izolatorów topologicznych Bismuth Telluride i wykorzystując ultra-wysoki współczynnik załamania materiałów Bismuth Telluride w paśmie w bliskiej podczerwieni, uzyskuje się płaską jamę optyczną o grubości tylko dziesiątek nanometrów. Ultracienne wnęka optyczna może zrealizować skuteczne wchłanianie światła rezonansowego w paśmie bliskiej podczerwieni i ma ważną wartość zastosowania w opracowywaniu urządzeń optoelektronicznych w paśmie komunikacyjnym optycznym. Grubość optycznej wnęki Bismuth Telluride jest liniowa do rezonansowej długości fali i jest mniejsza niż w podobnej wnęce krzemowej i germanu. Jednocześnie wnęka optyczna Bismuth Telluride jest zintegrowana z kryształem fotonicznym, aby osiągnąć anomalny efekt optyczny podobny do indukowanej elektromagnetycznie przezroczystości układu atomowego, który zapewnia nową metodę regulacji spektrum mikrostruktury. To badanie odgrywa pewną rolę w promowaniu badań materiałów izolatorowych topologicznych w regulacji światła i optycznych urządzeniach funkcjonalnych.