Optički komunikacijski pojas, ultra tanki optički rezonator

Optički komunikacijski pojas, ultra tanki optički rezonator
Optički rezonatori mogu lokalizirati specifične valne duljine svjetlosnih valova u ograničenom prostoru i imati važnu primjenu u interakciji svjetla,optička komunikacija, optičko senzor i optička integracija. Veličina rezonatora uglavnom ovisi o karakteristikama materijala i radnoj valnoj duljini, na primjer, silicijski rezonatori koji djeluju u bliskom infracrvenom pojasu obično zahtijevaju optičke strukture stotina nanometara i više. Posljednjih godina, ultra tanki planarni optički rezonatori privukli su veliku pažnju zbog svoje potencijalne primjene u strukturnoj boji, holografskom snimanju, regulaciji laganog polja i optoelektronskim uređajima. Kako smanjiti debljinu ravninskih rezonatora jedan je od teških problema s kojima se suočavaju istraživači.
Razlikuju se od tradicionalnih poluvodičkih materijala, 3D topoloških izolatora (poput bizmuta telurida, antimonovog telurida, bizmuta selenida itd.) Novi su informacijski materijali s topološki zaštićenim metalnim površinskim stanjima i stanja izolatora. Površinsko stanje zaštićeno je simetrijom vremenske inverzije, a njegovi elektroni nisu raštrkani ne-magnetskim nečistoćama, što ima važne izglede za primjenu u kvantnom računarstvu i spinonskim uređajima niske snage. Istodobno, topološki izolacijski materijali također pokazuju izvrsna optička svojstva, kao što su indeks visokog loma, velika nelinearnaoptičkikoeficijent, širok raspon radnog spektra, prilagodljivost, jednostavna integracija itd., Koji pruža novu platformu za realizaciju regulacije svjetlosti ioptoelektronski uređaji.
Istraživački tim u Kini predložio je metodu za izradu ultra tankih optičkih rezonatora korištenjem nanofilma velikog rastućeg bizmuta telurida nanofilma. Optička šupljina pokazuje očite karakteristike apsorpcije rezonancije u bliskom infracrvenom opsegu. Bismuth Telluride ima vrlo visok indeks loma veći od 6 u optičkom opsegu komunikacije (viši od indeksa loma tradicionalnih materijala visokog indeksa refrakcije, poput silicija i germanija), tako da debljina optičke šupljine može dostići jednu dvadesetu valnu duljinu rezonancije. Istodobno, optički rezonator talože se na jednodimenzionalni fotonski kristal, a novi elektromagnetski inducirani transparentni učinak primjećen je u optičkom komunikacijskom pojasu, što je posljedica spajanja rezonatora s TAMM plazmonom i njegovom destruktivnom smetnjom. Spektralni odgovor ovog učinka ovisi o debljini optičkog rezonatora i snažan je za promjenu indeksa refrakcije okoline. Ovaj rad otvara novi način za realizaciju ultra tanke optičke šupljine, regulacije spektra topološkog izolatora i optoelektronskih uređaja.
Kao što je prikazano na Sl. 1A i 1B, optički rezonator uglavnom se sastoji od topološkog izolatora bizmuta telurida i srebrnih nanofilma. Nanofilmi bizmuta telurida pripremljeni magnetronskim raspršivanjem imaju veliko područje i dobru ravnu. Kada je debljina filmova o bizmutu i srebrnim filmovima 42 nm, odnosno 30 nm, optička šupljina pokazuje snažnu apsorpciju rezonancije u pojasu od 1100 ~ 1800 nm (Slika 1C). Kada su istraživači integrirali ovu optičku šupljinu u fotonski kristal napravljen od naizmjeničnih slojeva TA2O5 (182 nm) i SIO2 (260 nm) (slika 1E), u blizini izvornog rezonantnog apsorpcijskog vrha (~ 1550 nm) pojavila se različita dolina apsorpcije (Slika 1F), koji je sličan efektu elektromagnetskog učinka.

Materijal bizmuta telurida karakterizirao je prijenosna elektronska mikroskopija i elipsometrija. Fi. 2A-2C prikazuje prijenosne elektronske mikrografije (slike visoke rezolucije) i odabrane uzorke difrakcije elektrona nanofilma bizmuta talurida. Na slici se može vidjeti da su pripremljeni nanofilmi bizmuta talurida polikristalni materijali, a glavna orijentacija rasta je (015) kristalna ravnina. Slika 2D-2F prikazuje složeni indeks loma bizmuta talurida izmjeren elipsometrom i ugrađeni indeks refrakcije površinskog stanja i stanja. Rezultati pokazuju da je koeficijent izumiranja površinskog stanja veći od indeksa loma u rasponu od 230 ~ 1930 nm, što pokazuje karakteristike slične metalu. Indeks refrakcije tijela je veći od 6 kada je valna duljina veća od 1385 nm, što je mnogo veće od onog silicija, germanija i drugih tradicionalnih indeksnih materijala visokog refrakktivnog u ovom opsegu, koji postavlja temelj za pripremu ultra-tonskih optičkih rezonatora. Istraživači ističu da je ovo prvo prijavljeno spoznaje topološkog izolatorskog planarne optičke šupljine debljine samo desetaka nanometara u optičkom komunikacijskom opsegu. Nakon toga, apsorpcijski spektar i rezonantna valna duljina ultra tanke optičke šupljine izmjereni su debljinom bizmuta telurida. Konačno, istražuje se učinak debljine srebrnog filma na elektromagnetski inducirani spektar prozirnosti u nanokaviznosti/fotonskog kristala bizmuta telurida

Pripremanjem velikog područja topoloških izolatora bizmuta Tellurida i iskorištavanjem ultra-visokih indeksa refrakcije materijala bizmuta telurida u bliskom infracrvenom pojasu, dobiva se ravninska optička šupljina debljine samo desetaka nanometara. Ultra tana optička šupljina može ostvariti učinkovitu rezonantnu apsorpciju svjetla u bliskom infracrvenom opsegu i ima važnu vrijednost primjene u razvoju optoelektronskih uređaja u optičkom komunikacijskom pojasu. Debljina optičke šupljine bizmuta talurida linearna je do rezonantne valne duljine, a manja je od one slične silicij i germanijske optičke šupljine. Istodobno, optička šupljina bizmuta Tellurida integrirana je s fotonskim kristalom kako bi se postigao anomalni optički učinak sličan elektromagnetski induciranoj prozirnosti atomskog sustava, što pruža novu metodu za regulaciju spektra mikrostrukture. Ova studija igra određenu ulogu u promicanju istraživanja topoloških izolacijskih materijala u regulaciji svjetlosti i optičkim funkcionalnim uređajima.