Optikai kommunikációs sáv, ultravékony optikai rezonátor

Optikai kommunikációs sáv, ultravékony optikai rezonátor
Az optikai rezonátorok meghatározott hullámhosszúságú fényhullámokat képesek lokalizálni korlátozott térben, és fontos alkalmazások lehetnek a fény-anyag kölcsönhatásban,optikai kommunikáció, optikai érzékelés és optikai integráció. A rezonátor mérete elsősorban az anyagjellemzőktől és a működési hullámhossztól függ, például a közeli infravörös sávban működő szilíciumrezonátorok általában több száz nanométeres és annál nagyobb optikai struktúrákat igényelnek. Az elmúlt években az ultravékony sík optikai rezonátorok nagy figyelmet kaptak a szerkezeti színekben, a holografikus képalkotásban, a fénytér szabályozásában és az optoelektronikai eszközökben való lehetséges alkalmazásuk miatt. A síkrezonátorok vastagságának csökkentése a kutatók egyik nehéz problémája.
A hagyományos félvezető anyagoktól eltérően a 3D topológiai szigetelők (például bizmut-tellurid, antimon-tellurid, bizmut-szelenid stb.) új információs anyagok topológiailag védett fémfelületi állapotokkal és szigetelő állapotokkal. A felület állapotát az időinverzió szimmetriája védi, és elektronjait nem szórják szét nem mágneses szennyeződések, aminek fontos alkalmazási lehetőségei vannak a kis teljesítményű kvantumszámítási és spintronikus eszközökben. Ugyanakkor a topológiai szigetelőanyagok kiváló optikai tulajdonságokat is mutatnak, például magas törésmutatót, nagy nemlineáristoptikaiegyüttható, széles munkaspektrum tartomány, hangolhatóság, könnyű integráció stb., ami új platformot ad a fényszabályozás megvalósításához, ill.optoelektronikai eszközök.
Egy kínai kutatócsoport egy módszert javasolt ultravékony optikai rezonátorok előállítására nagy területen növekvő bizmut-tellurid topológiai szigetelő nanofilmek felhasználásával. Az optikai üreg nyilvánvaló rezonancia-abszorpciós jellemzőket mutat a közeli infravörös sávban. A bizmuttellurid törésmutatója nagyon magas, több mint 6 az optikai kommunikációs sávban (nagyobb, mint a hagyományos, nagy törésmutatójú anyagok, például a szilícium és a germánium törésmutatója), így az optikai üreg vastagsága elérheti a rezonancia egy huszadát hullámhossz. Ugyanakkor az optikai rezonátor egydimenziós fotonikus kristályra kerül, és az optikai kommunikációs sávban egy újszerű elektromágneses indukált transzparenciahatás figyelhető meg, amely a rezonátor Tamm plazmonhoz való csatolásának és destruktív interferenciájának köszönhető. . Ennek a hatásnak a spektrális válasza az optikai rezonátor vastagságától függ, és robusztus a környezeti törésmutató változására. Ez a munka új utat nyit az ultravékony optikai üreg, a topológiai szigetelőanyag spektrumszabályozás és az optoelektronikai eszközök megvalósítása előtt.
ábrán látható módon. Az 1a. és 1b. ábrákon az optikai rezonátor főként bizmut-tellurid topológiai szigetelőből és ezüst nanofilmekből áll. A magnetronos porlasztással előállított bizmut-tellurid nanofilmek nagy területtel és jó lapossággal rendelkeznek. Ha a bizmut-tellurid és az ezüstfilmek vastagsága 42 nm, illetve 30 nm, az optikai üreg erős rezonancia-abszorpciót mutat az 1100-1800 nm-es sávban (1c. ábra). Amikor a kutatók ezt az optikai üreget egy váltakozó Ta2O5 (182 nm) és SiO2 (260 nm) rétegekből álló fotonikus kristályba integrálták (1e. ábra), az eredeti rezonanciaabszorpciós csúcs közelében egy jól látható abszorpciós völgy (1f. ábra) jelent meg (~ 1550 nm), ami hasonló az atomi rendszerek által keltett elektromágneses transzparencia hatáshoz.

A bizmuttellurid anyagot transzmissziós elektronmikroszkóppal és ellipszometriával jellemeztük. FÜGE. A 2a-2c. ábrákon transzmissziós elektronmikroszkópos felvételek (nagy felbontású képek) és bizmuttellurid nanofilmek kiválasztott elektrondiffrakciós mintázata látható. Az ábrán látható, hogy az elkészített bizmut-tellurid nanofilmek polikristályos anyagok, és a fő növekedési orientáció a (015) kristálysík. A 2d-2f. ábra a bizmuttellurid ellipszométerrel mért komplex törésmutatóját, valamint az illesztett felület állapotát és állapotú komplex törésmutatóját mutatja. Az eredmények azt mutatják, hogy a felületi állapot extinkciós együtthatója nagyobb, mint a törésmutató a 230-1930 nm tartományban, ami fémszerű jellemzőket mutat. A test törésmutatója 6-nál nagyobb, ha a hullámhossz meghaladja az 1385 nm-t, ami jóval magasabb, mint a szilícium, germánium és más hagyományos nagy törésmutatójú anyagoké ebben a sávban, ami megalapozza az ultra-előkészítést. - vékony optikai rezonátorok. A kutatók rámutatnak, hogy ez az első bejelentett topológiai szigetelő sík optikai üregének megvalósítása, amelynek vastagsága mindössze tíz nanométer az optikai kommunikációs sávban. Ezt követően az ultravékony optikai üreg abszorpciós spektrumát és rezonancia hullámhosszát a bizmuttellurid vastagságával mértük. Végül megvizsgáljuk az ezüstréteg vastagságának hatását az elektromágnesesen indukált transzparencia spektrumokra bizmuttellurid nanoüreges/fotonikus kristályszerkezetekben.

A bizmuttellurid topológiai szigetelők nagy felületű lapos vékony filmjeinek elkészítésével és a bizmuttellurid anyagok ultramagas törésmutatójának kihasználásával a közeli infravörös sávban egy sík optikai üreget kapunk, amelynek vastagsága mindössze tíz nanométer. Az ultravékony optikai üreg hatékony rezonáns fényelnyelést valósíthat meg a közeli infravörös sávban, és fontos alkalmazási értéke van az optikai kommunikációs sávban lévő optoelektronikai eszközök fejlesztésében. A bizmuttellurid optikai üreg vastagsága lineáris a rezonancia hullámhosszához képest, és kisebb, mint a hasonló szilícium és germánium optikai üreg vastagsága. Ugyanakkor a bizmuttellurid optikai üreg fotonikus kristállyal van integrálva az atomrendszer elektromágnesesen indukált transzparenciájához hasonló anomális optikai hatás elérése érdekében, amely új módszert biztosít a mikrostruktúra spektrumszabályozására. Ez a tanulmány bizonyos szerepet játszik a topológiai szigetelőanyagok kutatásának elősegítésében a fényszabályozásban és az optikai funkcionális eszközökben.