Optické komunikačné pásmo, ultra tenký optický rezonátor

Optické komunikačné pásmo, ultra tenký optický rezonátor
Optické rezonátory môžu lokalizovať špecifické vlnové dĺžky svetelných vĺn v obmedzenom priestore a majú dôležité aplikácie v interakcii s ľahkým látkam,optická komunikácia, optické snímanie a optická integrácia. Veľkosť rezonátora závisí hlavne od charakteristík materiálu a prevádzkovej vlnovej dĺžky, napríklad kremíkové rezonátory pôsobiace v blízkom infračervenom pásme zvyčajne vyžadujú optické štruktúry stoviek nanometrov a viac. V posledných rokoch pritiahli ultratenné planárne optické rezonátory veľkú pozornosť kvôli svojim potenciálnym aplikáciám v štrukturálnej farbe, holografickom zobrazovaní, regulácii ľahkého poľa a optoelektronickými zariadeniami. Ako znížiť hrúbku planárnych rezonátorov je jedným z ťažkých problémov, ktorým vedci čelia.
Na rozdiel od tradičných polovodičových materiálov, 3D topologické izolátory (ako je bizmut teluride, antimónový telurid, bizmut selenid atď.) Sú nové informačné materiály s topologicky chránenými stavmi povrchu kovu a stavmi izolátora. Povrchový stav je chránený symetriou časovej inverzie a jeho elektróny nie sú rozptýlené nemagnetickými nečistotami, ktoré majú dôležité vyhliadky na aplikáciu v kvantových výpočtoch s nízkym výkonom a spintronic. Topologické izolátorové materiály zároveň vykazujú vynikajúce optické vlastnosti, ako je napríklad vysoký index lomu, veľký nelineárnyoptickýkoeficient, rozsah širokého pracovného spektra, laditeľnosť, ľahká integrácia atď., Ktorý poskytuje novú platformu na realizáciu regulácie svetla aoptoelektronické zariadenia.
Výskumný tím v Číne navrhol metódu výroby ultra tenkých optických rezonátorov pomocou nanofilmov topologického izolátora Bismut Telluride. Optická dutina vykazuje zjavné charakteristiky absorpcie rezonancie v blízkosti infračerveného pásma. Bizmut Telluride má v optickom komunikačnom pásme veľmi vysoký index lomu (vyšší ako index lomu tradičných materiálov s vysokým indexom lomu, ako sú kremík a germánium), takže optická hrúbka dutiny môže dosiahnuť jednu dvadsať rezonančnú vlnovú dĺžku. Súčasne je optický rezonátor nanesený na jednorozmerný fotonický kryštál a v optickom komunikačnom pásme sa pozoruje nový elektromagneticky indukovaný transparentný efekt, ktorý je spôsobený spájaním rezonátora s plazmónom TAMM a jeho deštruktívnou interferenciou. Spektrálna reakcia tohto účinku závisí od hrúbky optického rezonátora a je odolná voči zmene indexu lomu okolitého lomu. Táto práca otvára nový spôsob realizácie ultraktickej optickej dutiny, regulácie spektra materiálu topologického izolátora a optoelektronických zariadení.
Ako je znázornené na obr. 1A a 1B, optický rezonátor sa skladá hlavne z topologického izolátora bizmutu a nanofilmov strieborných. Nanofilmy Bismuth Telluridy pripravené na prasknutie magnetrónom majú veľkú plochu a dobrú rovinnosť. Keď je hrúbka filmov Bismuth Tellurid a strieborné 42 nm a 30 nm, optická dutina vykazuje silnú absorpciu rezonancie v pásme 1100 ~ 1800 nm (obrázok 1C). Keď vedci integrovali túto optickú dutinu do fotonického kryštálu vyrobeného zo striedavých stohov TA2O5 (182 nm) a SIO2 (260 nm) (obrázok 1E), zreteľné absorpčné údolie (obrázok 1F) sa objavil v blízkosti pôvodného resonantného absorpčného vrcholu (~ 1550 nm), čo je podobne ako elektromagneticky indukovaný transparencový účinok.

Materiál Telluridu bizmutu bol charakterizovaný transmisnou elektrónovou mikroskopiou a elipsometriou. Obr. 2A-2C zobrazuje mikrografy prenosových elektrónov (obrázky s vysokým rozlíšením) a vybrané vzorce elektrónovej difrakcie nanofilmov bizmutu. Z obrázku je zrejmé, že pripravené nanofilmy Bizmut Tellurid sú polykryštalické materiály a hlavnou orientáciou rastu je (015) kryštálová rovina. Obrázok 2D-2F zobrazuje komplexný index lomu bizmutu teluride meraný pomocou elipsometu a namontovaného povrchového stavu a stavového komplexného indexu lomu. Výsledky ukazujú, že extinkčný koeficient povrchového stavu je väčší ako index lomu v rozsahu 230 až 1930 nm, čo ukazuje kovové charakteristiky. Index lomu tela je viac ako 6, keď je vlnová dĺžka vyššia ako 1385 nm, čo je oveľa vyšší ako inkaso kremíka, germánium a ďalšie tradičné indexové materiály s vysokou refrakciou v tomto pásme, ktoré kladú základ pre prípravu ultratenných optických rezonátorov. Vedci poukazujú na to, že ide o prvú hlásenú realizáciu planárnej optickej dutiny topologického izolátora s hrúbkou iba desiatok nanometrov v optickom komunikačnom pásme. Následne sa merali absorpčné spektrum a rezonančná vlnová dĺžka ultratenzívnej optickej dutiny s hrúbkou bizmutského teluridu. Nakoniec sa skúma účinok hrúbky filmu striebra na elektromagneticky indukované transparentné spektrá v bizmutských teluride nanokavitách/fotonických kryštálových štruktúrach

Pri príprave plochých tenkých filmov s bizmutom topologických izolátorov a využitím indexu veľmi vysokého lomu bizmutovaných materiálov teluridov v blízkom infračervenom pásme sa získa planárna optická dutina s hrúbkou iba desiatok nanometre. Ultratenká optická dutina si môže uvedomiť účinnú rezonančnú absorpciu svetla v blízkom infračervenom pásme a má dôležitú hodnotu aplikácie pri vývoji optoelektronických zariadení v optickom komunikačnom pásme. Hrúbka optickej dutiny bizmutu Telluride je lineárna pre rezonančnú vlnovú dĺžku a je menšia ako hrúbka podobnej optickej dutiny kremíka a germánia. Súčasne je optická dutina Bismuth Telluride integrovaná s fotonickým kryštálom, aby sa dosiahol anomálny optický účinok podobný elektromagneticky indukovanej transparentnosti atómového systému, ktorý poskytuje novú metódu pre reguláciu mikroštruktúry spektra. Táto štúdia zohráva určitú úlohu pri podpore výskumu topologických izolátorských materiálov v regulácii svetla a optických funkčných zariadeniach.