Optická komunikační pásmo, ultra tenký optický rezonátor

Optická komunikační pásmo, ultra tenký optický rezonátor
Optické rezonátory mohou lokalizovat specifické vlnové délky světelných vln v omezeném prostoru a mít důležité aplikace v interakci s lehkou hmotou,Optická komunikace, optické snímání a optická integrace. Velikost rezonátoru závisí hlavně na charakteristikách materiálu a provozní vlnové délce, například křemíkové rezonátory pracující v blízkém infračerveném pásmu obvykle vyžadují optické struktury stovek nanometrů a vyšší. V posledních letech přitahovaly ultratenké rovinné optické rezonátory velkou pozornost díky jejich potenciálním aplikacím ve strukturální barvě, holografickém zobrazování, regulaci světelného pole a optoelektronických zařízeních. Jak snížit tloušťku rovinných rezonátorů je jedním z obtížných problémů, kterým čelí vědci.
Na rozdíl od tradičních polovodičových materiálů jsou 3D topologické izolátory (jako je bizmuthuthuthlurid, antimony telurid, bizmutový selenid atd.) Nové informační materiály s topologicky chráněnými kovovými povrchovými stavy a stavy izolátoru. Povrchový stav je chráněn symetrií časové inverze a jeho elektrony nejsou rozptýleny nemagnetickými nečistotami, které mají důležité vyhlídky na aplikaci při kvantovém výpočetním a spintronickém zařízení. Současně topologické izolátorové materiály také vykazují vynikající optické vlastnosti, jako je index s vysokým refrakčním, velký nelineárníoptickýKoeficient, rozsah širokého pracovního spektra, laditelnost, snadná integrace atd., Která poskytuje novou platformu pro realizaci regulace světla aoptoelektronická zařízení.
Výzkumný tým v Číně navrhl metodu pro výrobu ultratenkých optických rezonátorů pomocí velké oblasti rostoucího topologického izolátoru bismutů teluridu. Optická dutina ukazuje zřejmé absorpční charakteristiky rezonance v infračerveném pásmu. Tellurid bizmutu má velmi vysoký index lomu ve výši více než 6 v optickém komunikačním pásmu (vyšší než index lomu tradičních materiálů s vysokým refrakčním indexem, jako je křemík a germanium), takže tloušťka optické dutiny může dosáhnout jednoho dvacátého vlnové délky. Současně je optický rezonátor uložen na jednorozměrný fotonický krystal a v optickém komunikačním pásmu je pozorován nový elektromagneticky indukovaný účinek průhlednosti. Spektrální odezva tohoto účinku závisí na tloušťce optického rezonátoru a je robustní ke změně indexu ambientního lomu. Tato práce otevírá nový způsob pro realizaci ultratentové optické dutiny, regulace spektra topologického izolátoru a optoelektronických zařízení.
Jak je znázorněno na obr. 1A a 1B, optický rezonátor je složen hlavně z topologického izolátoru teluridu a stříbrných nanofilmů. Nanofilmy teluridu bizmutů připravené magnetronským rozprašováním mají velkou plochu a dobrou rovinnost. Když je tloušťka bismutového teluridu a stříbrných filmů 42 nm a 30 nm, optická dutina vykazuje silnou absorpci rezonance v pásmu 1100 ~ 1800 nm (obrázek 1C). Když vědci integrovali tuto optickou dutinu do fotonického krystalu vyrobeného ze střídavých hromádek vrstev TA2O5 (182 nm) a SIO2 (260 nm) (obrázek 1E), objevil se odlišné absorpční údolí (obrázek 1F), které se objevilo v blízkosti původního rezonantního absorpčního píku (~ 1550 nm), které je podobné elektromagneticky indukovanému systémům.

Materiál teluridu bizmutu byl charakterizován přenosovou elektronovou mikroskopií a elipsometrií. Obr. 2A-2C ukazuje přenosové elektronové mikrofotografie (obrazy s vysokým rozlišením) a vybrané elektronové difrakční vzorce nanofilmů bizmutů. Z obrázku je vidět, že připravené nanofilmy teluridu bismutu jsou polykrystalické materiály a hlavní orientací růstu je (015) krystalová rovina. Obrázek 2D-2F ukazuje komplexní index refrakčního indexu bismuthového teluridu měřeného elipsometrem a indexem refrakčního stavu namontovaného povrchu a stavového komplexu. Výsledky ukazují, že vyhynucí koeficient stavu povrchu je větší než index lomu v rozmezí 230 ~ 1930 nm, což ukazuje na kovové vlastnosti. Index lomu těla je více než 6, když je vlnová délka větší než 1385 nm, což je mnohem vyšší než u vstupů křemíku, germania a dalších tradičních vysoce refrakčních indexových materiálů v tomto pásmu, což stanoví základ pro přípravu ultratenkých optických rezonátorů. Vědci poukazují na to, že se jedná o první hlášenou realizaci rovinné optické dutiny topologického izolátoru s tloušťkou pouze desítek nanometrů v optickém komunikačním pásmu. Následně byla měřena absorpční spektrum a rezonanční vlnová délka ultratenké optické dutiny s tloušťkou teluridu bizmutu. Konečně je zkoumán vliv tloušťky stříbrného filmu na elektromagneticky indukovaná spektra průhlednosti v nanokavitu/fotonických krystalických strukturách teluridu

Přípravou rozsáhlých plochých tenkých filmů topologických izolátorů bizmtu telturid a využitím ultra vysokého indexu lomu materiálů bizmutů teluridových materiálů v blízkém infračerveném pásmu se získá rovinná optická dutina s tloušťkou pouze desítek nanometrů. Ultra tenká optická dutina může realizovat efektivní rezonanční absorpci světla v blízkém infračerveném pásmu a má důležitou hodnotu aplikace při vývoji optoelektronických zařízení v optické komunikační pásmo. Tloušťka optické dutiny telturidu bizmutu je lineární na rezonanční vlnovou délku a je menší než tloušťka podobné optické dutiny křemíku a germania. Současně je optická dutina teluridu bismuthu integrována s fotonickým krystalem k dosažení anomálního optického účinku podobného elektromagneticky indukované transparentnosti atomového systému, která poskytuje novou metodu pro regulaci spektra mikrostruktury. Tato studie hraje určitou roli při propagaci výzkumu topologických izolátorových materiálů v regulaci světla a optických funkčních zařízeních.