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 belangrike toepassings in lig-materie-interaksie hê,optiese kommunikasie, optiese waarneming en optiese integrasie. Die grootte van die resonator hang hoofsaaklik af van die materiaaleienskappe en die bedryfsgolflengte, byvoorbeeld, silikonresonators wat in die nabye infrarooi band werk, benodig gewoonlik optiese strukture van honderde nanometers en meer. In onlangse jare het ultradun planêre optiese resonators baie aandag getrek as gevolg van hul potensiële toepassings in strukturele kleur, 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 inligtingsmateriale met topologies beskermde metaaloppervlaktoestande en isolatortoestande. Die oppervlaktoestand word beskerm deur die simmetrie van tydinversie, en die 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 'n hoë brekingsindeks, groot nie-lineêre ...optiesekoëffisiënt, wye werkspektrumreeks, afstembaarheid, 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 grootskaalse groeiende bismut-telluried topologiese isolator nanofilms. Die optiese holte toon duidelike resonansie-absorpsie-eienskappe in die nabye infrarooi band. Bismut-telluried het 'n baie hoë brekingsindeks van meer as 6 in die optiese kommunikasieband (hoër as die brekingsindeks van tradisionele hoë brekingsindeksmateriale soos silikon en germanium), sodat die dikte van die optiese holte een-twintigste van die resonansiegolflengte kan bereik. Terselfdertyd word die optiese resonator op 'n eendimensionele fotoniese kristal neergelê, en 'n nuwe elektromagneties geïnduseerde deursigtigheidseffek word waargeneem in die optiese kommunikasieband, wat te wyte is aan die koppeling van die resonator met die Tamm-plasmon en sy destruktiewe interferensie. Die spektrale reaksie van hierdie effek hang af van die dikte van die optiese resonator en is robuust teenoor die verandering van die omgewing se brekingsindeks. Hierdie werk open 'n nuwe manier vir die realisering van ultra-dun optiese holte, topologiese isolatormateriaal spektrumregulering en opto-elektroniese toestelle.
Soos getoon in FIG. 1a en 1b, bestaan ​​die optiese resonator hoofsaaklik uit 'n bismut-telluried topologiese isolator en silwer nanofilms. Die bismut-telluried nanofilms wat deur magnetron-sputtering voorberei is, het 'n groot area en goeie platheid. Wanneer die dikte van die bismut-telluried en silwer films 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 (~1550 nm) verskyn, wat soortgelyk is aan die elektromagneties geïnduseerde deursigtigheidseffek wat deur atoomstelsels geproduseer word.

Die bismut-telluriedmateriaal is gekarakteriseer deur transmissie-elektronmikroskopie en ellipsometrie. FIG. 2a-2c toon transmissie-elektronmikrograwe (hoë-resolusie beelde) en geselekteerde elektrondiffraksiepatrone van bismut-telluried nanofilms. Dit kan uit die figuur gesien word dat die voorbereide bismut-telluried nanofilms polikristallyne materiale is, en die hoofgroei-oriëntasie is die (015) kristalvlak. Figuur 2d-2f toon die komplekse brekingsindeks van bismut-telluried gemeet deur ellipsometer en die gepaste 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 is as 1385 nm, 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 tiene nanometers in die optiese kommunikasieband. Vervolgens is die absorpsiespektrum en resonansiegolflengte van die ultra-dun optiese holte gemeet met die dikte van bismut-telluried. Laastens word die effek van silwerfilmdikte op elektromagneties geïnduseerde deursigtigheidsspektra in bismut-telluried-nanoholte/fotoniese kristalstrukture ondersoek.

Deur groot oppervlakte plat dun films van bismuttelluriede topologiese isolators voor te berei, en voordeel te trek uit die ultra-hoë brekingsindeks van bismuttelluriede materiale in die nabye infrarooi band, word 'n planêre optiese holte met 'n dikte van slegs tiene nanometers verkry. Die ultra-dun optiese holte kan doeltreffende resonante ligabsorpsie in die nabye infrarooi band bewerkstellig, en het belangrike toepassingswaarde in die ontwikkeling van opto-elektroniese toestelle in die optiese kommunikasieband. Die dikte van die bismuttelluriede optiese holte is lineêr tot die resonante golflengte, en is kleiner as dié van soortgelyke silikon en germanium optiese holtes. Terselfdertyd word die bismuttelluriede optiese holte geïntegreer met fotoniese kristal om die anomale optiese effek soortgelyk aan die elektromagneties geïnduseerde deursigtigheid van die 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.