Optični komunikacijski pas, ultra tanki optični resonator

Optični komunikacijski pas, ultra tanki optični resonator
Optični resonatorji lahko v omejenem prostoru lokalizirajo posebne valovne dolžine svetlobnih valov in imajo pomembne aplikacije pri interakciji med svetlobo,optična komunikacija, optično zaznavanje in optična integracija. Velikost resonatorja je v glavnem odvisna od značilnosti materiala in na primer delovne valovne dolžine, na primer silikonski resonatorji, ki delujejo v bližnjem infrardečem pasu, običajno zahtevajo optične strukture na stotine nanometrov in več. V zadnjih letih so ultra tanki ravninski optični resonatorji pritegnili veliko pozornosti zaradi njihove potencialne uporabe v strukturni barvi, holografskem slikanju, regulaciji lahkega polja in optoelektronskih naprav. Kako zmanjšati debelino ravninskih resonatorjev je ena izmed težkih težav, s katerimi se soočajo raziskovalci.
Različni od tradicionalnih polprevodniških materialov, 3D topoloških izolatorjev (na primer bizmutski tellurid, antimonimon tellurid, bizmut selenid itd.) So novi informacijski materiali z topološko zaščitenimi kovinskimi površinskimi stanji in izolatornimi stanji. Površinsko stanje je zaščiteno s simetrijo časovne inverzije, njegove elektrone pa ne razpršijo nemagnetne nečistoče, kar ima pomembne možnosti uporabe v kvantnih računalniških in spintronskih napravah z nizko močjo. Hkrati topološki izolatorski materiali kažejo tudi odlične optične lastnosti, kot so indeks visoke loma, velik nelinearnioptičnokoeficient, širok razpon delovnega spektra, prilagodljivost, enostavna integracija itd., Ki zagotavlja novo platformo za uresničitev regulacije svetlobe inOptoelektronske naprave.
Raziskovalna skupina na Kitajskem je predlagala metodo za izdelavo ultra tankih optičnih resonatorjev z uporabo velikega območja, ki goji topološki izolator nanofilmi bizmut telluride. Optična votlina kaže očitne značilnosti absorpcije resonance v skoraj infrardečem pasu. Bizmuth Telluride ima v optičnem komunikacijskem pasu zelo visok indeks loma več kot 6 (višji od refrakcijskega indeksa tradicionalnih visoko refrakcijskih indeksnih materialov, kot sta silicij in germanium), tako da lahko debelina optične votline doseže ena dvajseta od resonančne valovne dolžine. Obenem se optični resonator odloži na enodimenzionalni fotonski kristal, v optičnem komunikacijskem pasu pa opazimo nov elektromagnetno inducirani učinek prosojnosti, kar je posledica spajanja resonatorja z Tamm plazmonom in njenim uničevalnim vmesnikom. Spektralni odziv tega učinka je odvisen od debeline optičnega resonatorja in je močan za spremembo indeksa loma okolja. To delo odpira nov način za realizacijo ultratinske optične votline, topološko regulacijo spektra materiala in optoelektronske naprave.
Kot je prikazano na sliki. 1A in 1B, optični resonator je sestavljen predvsem iz bizmutskega telurida topološkega izolatorja in srebrnih nanofilmov. Nanofilmi Bismuth Telluride, ki jih pripravi magnetron brizganje, imajo veliko območje in dobro ravnost. Kadar je debelina bizmutskega telurida in srebrnega filma 42 nm oziroma 30 nm, ima optična votlina močno absorpcijo resonance v pasu 1100 ~ 1800 nm (slika 1C). Ko so raziskovalci to optično votlino integrirali na fotonski kristal iz izmeničnih sklopov TA2O5 (182 nm) in SiO2 (260 nm) plasti (slika 1E), se je različna absorpcijska dolina (slika 1F) pojavila v bližini prvotnega resonančnega absorpcijskega PEAK (~ 1550 NM), ki je podobno kot elektromagnetično.

Za material Bismuth Telluride je bila značilna prenosna elektronska mikroskopija in elipsometrija. Fig. 2A-2c prikazuje mikrografije prenosa (slike z visoko ločljivostjo) in izbrane elektronske difrakcijske vzorce nanofilmov Bismuth telurida. Iz slike je razvidno, da so pripravljeni nanofilmi bizmut telluride polikristalni materiali, glavna rastna orientacija pa je (015) kristalna ravnina. Slika 2D-2F prikazuje kompleksen indeks loma bizmuta telurida, merjeno z elipsometrom, in vgrajenega površinskega stanja in stanja kompleksnega refrakcijskega indeksa. Rezultati kažejo, da je koeficient izumrtja površinskega stanja večji od indeksa loma v območju 230 do 1930 nm, ki prikazuje kovinske značilnosti. Indeks loma telesa je več kot 6, ko je valovna dolžina večja od 1385 nm, kar je veliko več kot pri siliciju, germaniju in drugih tradicionalnih visokozvezdnih indeksnih materialih v tem pasu, ki postavlja temelje za pripravo ultra tankih optičnih resonatorjev. Raziskovalci poudarjajo, da je to prva poročanja o realizaciji topološke izolatorske ravninske optične votline z debelino le desetine nanometrov v pasu optičnega komunikacije. Nato smo izmerili absorpcijski spekter in resonančna valovna dolžina ultra tanke optične votline z debelino bizmutskega telurida. Nazadnje se raziskuje učinek debeline srebrnega filma na elektromagnetno inducirane transparentne spektre v strukturi nanokavita/fotonskih kristalnih struktur Bismuthut telluride

S pripravo velikih površin ravnih tankih filmov bizmut telluride topoloških izolatorjev in izkoriščanjem ultra visokega indeksa loma bizmutskih materialov v bližnjem infrardečem pasu dobimo ravninsko optično votlino z debelino le desetine nanometrov. Ultra tanko optično votlino lahko uresniči učinkovito resonančno absorpcijo svetlobe v bližnjem infrardečem pasu in ima pomembno vrednost uporabe pri razvoju optoelektronskih naprav v optičnem komunikacijskem pasu. Debelina optične votline Bismuth Telluride je linearna do resonančne valovne dolžine in je manjša kot pri podobni optični votlini iz silicija in germanija. Obenem je optična votlina Bismuth Telluride integrirana s fotonskim kristalom, da se doseže anomalen optični učinek, podoben elektromagnetno inducirani prosojnosti atomskega sistema, ki zagotavlja novo metodo za regulacijo spektra mikrostrukture. Ta študija ima določeno vlogo pri spodbujanju raziskav topoloških gradiv izolatorja pri regulaciji svetlobe in optičnih funkcionalnih napravah.