Optični komunikacijski pas, ultra tanek optični resonator

Optični komunikacijski pas, ultra tanek optični resonator
Optični resonatorji lahko lokalizirajo določene valovne dolžine svetlobnih valov v omejenem prostoru in imajo pomembne aplikacije pri interakciji svetlobe in snovi,optična komunikacija, optično zaznavanje in optično integracijo. Velikost resonatorja je v glavnem odvisna od značilnosti materiala in delovne valovne dolžine, na primer silicijevi resonatorji, ki delujejo v bližnjem infrardečem pasu, običajno zahtevajo optične strukture več sto nanometrov in več. V zadnjih letih so ultra tanki planarni optični resonatorji pritegnili veliko pozornosti zaradi svoje potencialne uporabe v strukturnih barvah, holografskem slikanju, regulaciji svetlobnega polja in optoelektronskih napravah. Kako zmanjšati debelino planarnih resonatorjev je eden od težkih problemov, s katerimi se srečujejo raziskovalci.
Za razliko od tradicionalnih polprevodniških materialov so 3D topološki izolatorji (kot so bizmutov telurid, antimonov telurid, bizmutov selenid itd.) novi informacijski materiali s topološko zaščitenimi kovinskimi površinskimi stanji in stanji izolatorja. Površinsko stanje je zaščiteno s simetrijo časovne inverzije, njegovi elektroni pa niso razpršeni zaradi nemagnetnih nečistoč, kar ima pomembne možnosti uporabe v kvantnem računanju z nizko porabo energije in napravah spintronic. Hkrati topološki izolacijski materiali kažejo tudi odlične optične lastnosti, kot so visok lomni količnik, velike nelinearneoptičnikoeficient, širok razpon delovnega spektra, nastavljivost, enostavna integracija itd., kar zagotavlja novo platformo za uresničitev regulacije svetlobe inoptoelektronske naprave.
Raziskovalna skupina na Kitajskem je predlagala metodo za izdelavo ultratankih optičnih resonatorjev z uporabo nanofilmov topološkega izolatorja bizmutovega telurida, ki rastejo na velikih površinah. Optična votlina kaže očitne značilnosti resonančne absorpcije v bližnjem infrardečem pasu. Bizmutov telurid ima zelo visok lomni količnik več kot 6 v pasu optične komunikacije (višji od lomnega količnika tradicionalnih materialov z visokim lomnim količnikom, kot sta silicij in germanij), tako da lahko debelina optične votline doseže eno dvajsetino resonance. valovna dolžina. Istočasno se optični resonator nanese na enodimenzionalni fotonski kristal in v pasu optične komunikacije opazimo nov elektromagnetno induciran učinek prosojnosti, ki je posledica sklopitve resonatorja s Tammovim plazmonom in njegove destruktivne interference. . Spektralni odziv tega učinka je odvisen od debeline optičnega resonatorja in je odporen na spremembo lomnega količnika okolja. To delo odpira nov način za realizacijo ultratanke optične votline, regulacije spektra topološkega izolatorskega materiala in optoelektronskih naprav.
Kot je prikazano na sl. 1a in 1b je optični resonator v glavnem sestavljen iz topološkega izolatorja bizmutovega telurida in srebrovih nanofilmov. Nanofilmi bizmutovega telurida, pripravljeni z magnetronskim razprševanjem, imajo veliko površino in dobro ravnost. Ko je debelina filmov bizmutovega telurida in srebra 42 nm oziroma 30 nm, kaže optična votlina močno resonančno absorpcijo v pasu 1100–1800 nm (slika 1c). Ko so raziskovalci integrirali to optično votlino na fotonski kristal, sestavljen iz izmeničnih nizov plasti Ta2O5 (182 nm) in SiO2 (260 nm) (slika 1e), se je blizu prvotnega resonančnega absorpcijskega vrha (~) pojavila izrazita absorpcijska dolina (slika 1f). 1550 nm), kar je podobno elektromagnetno induciranemu učinku prosojnosti, ki ga proizvajajo atomski sistemi.

Material bizmutovega telurida je bil karakteriziran s transmisijsko elektronsko mikroskopijo in elipsometrijo. FIG. 2a-2c prikazuje transmisijske elektronske mikrografije (slike visoke ločljivosti) in izbrane vzorce elektronske difrakcije nanofilmov bizmutovega telurida. Iz slike je razvidno, da so pripravljeni nanofilmi bizmutovega telurida polikristalni materiali, glavna orientacija rasti pa je (015) kristalna ravnina. Slika 2d-2f prikazuje kompleksni lomni količnik bizmutovega telurida, izmerjen z elipsometrom, ter stanje vgrajene površine in stanje kompleksnega lomnega količnika. Rezultati kažejo, da je ekstinkcijski koeficient površinskega stanja večji od lomnega količnika v območju 230~1930 nm, kar kaže lastnosti, podobne kovinam. Indeks loma telesa je večji od 6, ko je valovna dolžina večja od 1385 nm, kar je veliko višje kot pri siliciju, germaniju in drugih tradicionalnih materialih z visokim lomnim količnikom v tem pasu, kar je temelj za pripravo ultra -tanki optični resonatorji. Raziskovalci poudarjajo, da je to prva poročana realizacija topološke izolatorske planarne optične votline z debelino le desetine nanometrov v pasu optične komunikacije. Nato sta bila izmerjena absorpcijski spekter in resonančna valovna dolžina ultratanke optične votline z debelino bizmutovega telurida. Končno je raziskan učinek debeline srebrovega filma na spektre elektromagnetno inducirane prosojnosti v nanokavitetnih/fotonskih kristalnih strukturah bizmutovega telurida

S pripravo ploščatih tankih filmov velike površine topoloških izolatorjev bizmutovega telurida in izkoriščanjem ultravisokega lomnega količnika materialov bizmutovega telurida v bližnjem infrardečem pasu dobimo planarno optično votlino z debelino le desetine nanometrov. Ultratanka optična votlina lahko realizira učinkovito resonančno absorpcijo svetlobe v bližnjem infrardečem pasu in ima pomembno uporabno vrednost pri razvoju optoelektronskih naprav v pasu optične komunikacije. Debelina optične votline iz bizmutovega telurida je linearna glede na resonančno valovno dolžino in je manjša kot pri podobni optični votlini iz silicija in germanija. Hkrati je optična votlina bizmutovega telurida integrirana s fotonskim kristalom, da se doseže nenormalni optični učinek, podoben elektromagnetno inducirani preglednosti atomskega sistema, ki zagotavlja novo metodo za regulacijo spektra mikrostrukture. Ta študija ima določeno vlogo pri spodbujanju raziskav topoloških izolatorskih materialov pri regulaciji svetlobe in optičnih funkcionalnih napravah.