Optiese kommunikasieband, ultra-dun optiese resonator

Optiese kommunikasieband, ultra-dun optiese resonator
Optiese resonators kan spesifieke golflengtes van liggolwe in 'n beperkte ruimte lokaliseer, en het belangrike toepassings in lig-materie interaksie,optiese kommunikasie, optiese waarneming en optiese integrasie. Die grootte van die resonator hang hoofsaaklik af van die materiaalkenmerke en die bedryfsgolflengte, byvoorbeeld silikonresonators wat in die nabye infrarooi band werk, benodig gewoonlik optiese strukture van honderde nanometers en hoër. In onlangse jare het ultra-dun planêre optiese resonators baie aandag getrek weens hul potensiële toepassings in struktuurkleur, holografiese beeldvorming, ligveldregulering en opto-elektroniese toestelle. Hoe om die dikte van planêre resonators te verminder, is een van die moeilike probleme waarmee navorsers te kampe het.
Anders as tradisionele halfgeleiermateriale, is 3D topologiese isolators (soos bismuttelluried, antimoontelluried, bismutselenied, ens.) nuwe inligtingsmateriaal met topologies beskermde metaaloppervlaktoestande en isolatortoestande. Die oppervlaktoestand word beskerm deur die simmetrie van tydinversie, en sy elektrone word nie deur nie-magnetiese onsuiwerhede verstrooi nie, wat belangrike toepassingsvooruitsigte in lae-krag kwantumrekenaars en spintroniese toestelle het. Terselfdertyd toon topologiese isolatormateriale ook uitstekende optiese eienskappe, soos hoë brekingsindeks, groot nie-lineêreoptiesekoëffisiënt, wye werkspektrum, instelbaarheid, maklike integrasie, ens., wat 'n nuwe platform bied vir die verwesenliking van ligregulering enopto-elektroniese toestelle.
'n Navorsingspan in China het 'n metode voorgestel vir die vervaardiging van ultra-dun optiese resonators deur gebruik te maak van 'n groot area groeiende bismuttelluride topologiese isolator nanofilms. Die optiese holte toon duidelike resonansie-absorpsie-eienskappe in naby-infrarooi band. Bismuttelluride het 'n baie hoë brekingsindeks van meer as 6 in die optiese kommunikasieband (hoër as die brekingsindeks van tradisionele hoë brekingsindeks materiale soos silikon en germanium), sodat die optiese holte dikte een-twintigste van die resonansie kan bereik golflengte. Terselfdertyd word die optiese resonator op 'n eendimensionele fotoniese kristal neergesit, en 'n nuwe elektromagneties-geïnduseerde deursigtigheidseffek word in die optiese kommunikasieband waargeneem, wat te wyte is aan die koppeling van die resonator met die Tamm-plasmon en die vernietigende interferensie daarvan. . Die spektrale reaksie van hierdie effek hang af van die dikte van die optiese resonator en is sterk teen die verandering van die omgewingsbrekingsindeks. Hierdie werk maak 'n nuwe manier oop vir die verwesenliking van ultradun optiese holte, topologiese isolatormateriaalspektrumregulering en opto-elektroniese toestelle.
Soos in FIG. 1a en 1b, is die optiese resonator hoofsaaklik saamgestel uit 'n bismut telluride topologiese isolator en silwer nanofilms. Die bismuttelluried-nanofilms wat deur magnetronsputtering voorberei is, het 'n groot area en goeie platheid. Wanneer die dikte van die bismuttelluried- en silwerfilms onderskeidelik 42 nm en 30 nm is, vertoon die optiese holte sterk resonansie-absorpsie in die band van 1100~1800 nm (Figuur 1c). Toe die navorsers hierdie optiese holte geïntegreer het op 'n fotoniese kristal gemaak van afwisselende stapels Ta2O5 (182 nm) en SiO2 (260 nm) lae (Figuur 1e), het 'n duidelike absorpsievallei (Figuur 1f) naby die oorspronklike resonante absorpsiepiek verskyn (~ 1550 nm), wat soortgelyk is aan die elektromagneties-geïnduseerde deursigtigheidseffek wat deur atoomstelsels geproduseer word.

Die bismuttelluriedmateriaal is gekenmerk deur transmissie-elektronmikroskopie en ellipsometrie. FIG. 2a-2c toon transmissie-elektronmikrograwe (hoë-resolusie beelde) en geselekteerde elektrondiffraksiepatrone van bismuttelluried nanofilms. Dit kan uit die figuur gesien word dat die voorbereide bismuttelluried nanofilms polikristallyne materiale is, en die hoofgroeioriëntasie is (015) kristalvlak. Figuur 2d-2f toon die komplekse brekingsindeks van bismuttelluride gemeet deur ellipsometer en die toegeruste oppervlaktoestand en toestand komplekse brekingsindeks. Die resultate toon dat die uitsterwingskoëffisiënt van die oppervlaktoestand groter is as die brekingsindeks in die reeks van 230~1930 nm, wat metaalagtige eienskappe toon. Die brekingsindeks van die liggaam is meer as 6 wanneer die golflengte groter as 1385 nm is, wat baie hoër is as dié van silikon, germanium en ander tradisionele hoë-brekingsindeks materiale in hierdie band, wat 'n grondslag lê vir die voorbereiding van ultra -dun optiese resonators. Die navorsers wys daarop dat dit die eerste gerapporteerde realisering is van 'n topologiese isolator-planêre optiese holte met 'n dikte van slegs tientalle nanometers in die optiese kommunikasieband. Vervolgens is die absorpsiespektrum en resonansiegolflengte van die ultra-dun optiese holte gemeet met die dikte van bismuttelluried. Laastens word die effek van silwerfilmdikte op elektromagneties-geïnduseerde deursigtigheidspektra in bismuttelluried nanokaviteit/fotoniese kristalstrukture ondersoek

Deur groot oppervlakte plat dun films van bismut telluride topologiese isolators voor te berei, en voordeel te trek uit die ultrahoë brekingsindeks van Bismut telluride materiale in naby infrarooi band, word 'n planêre optiese holte met 'n dikte van slegs tientalle nanometer verkry. Die ultra-dun optiese holte kan doeltreffende resonante ligabsorpsie in die nabye infrarooi band realiseer, en het belangrike toepassingswaarde in die ontwikkeling van opto-elektroniese toestelle in die optiese kommunikasieband. Die dikte van die bismuttelluried optiese holte is lineêr tot die resonante golflengte, en is kleiner as dié van soortgelyke silikon en germanium optiese holte. Terselfdertyd word bismuttelluried optiese holte geïntegreer met fotoniese kristal om die anomale optiese effek soortgelyk aan die elektromagneties-geïnduseerde deursigtigheid van atoomstelsel te bereik, wat 'n nuwe metode bied vir die spektrumregulering van mikrostruktuur. Hierdie studie speel 'n sekere rol in die bevordering van die navorsing van topologiese isolatormateriale in ligregulering en optiese funksionele toestelle.