Optiline kommunikatsiooniriba, ülikerge optiline resonaator

Optiline kommunikatsiooniriba, ülikerge optiline resonaator
Optilised resonaatorid võivad lokaliseerida valgulainete spetsiifilisi lainepikkusi piiratud ruumis ja omada olulisi rakendusi valguse interaktsioonis,optiline suhtlus, optiline tundmine ja optiline integreerimine. Resonaatori suurus sõltub peamiselt materjali omadustest ja töölainepikkusest, näiteks lähis infrapunaribas töötavad räniresonaatorid vajavad tavaliselt sadade nanomeetrite optilisi struktuure ja kõrgemad. Viimastel aastatel on ülikerge tasapinnalised optilised resonaatorid pälvinud palju tähelepanu, kuna nende potentsiaalsed rakendused struktuurilise värvi, holograafilise pildistamise, valguvälja reguleerimise ja optoelektrooniliste seadmete osas. Kuidas vähendada tasapinnaliste resonaatorite paksust, on üks raskeid probleeme, millega teadlased silmitsi seisavad.
Erinevad traditsioonilistest pooljuhtmaterjalidest, 3D topoloogilised isolaatorid (näiteks vismut telluriid, antimon telluride, vismilise seleniid jne) on uued infomaterjalid topoloogiliselt kaitstud metalli pinna olekutega ja isolaatori olekutega. Pinna olekut on kaitstud aja ümberpööramise sümmeetriaga ja selle elektronid ei hajuta mittemagnetiliste lisandite abil, millel on olulised rakenduse väljavaated vähese energiatarbega kvantarvutuse ja spintronici seadmetes. Samal ajal on topoloogiliste isolaatori materjalidel ka suurepärased optilised omadused, näiteks kõrge murdumisnäitaja, suur mittelineaarneoptilinekoefitsient, lai töötav spektri vahemik, häälestatavus, lihtne integreerimine jne, mis pakub uut platvormi valguse reguleerimise jaoptoelektroonilised seadmed.
Hiinas asuv uurimisrühm on pakkunud välja meetodi ülikergete optiliste resonaatorite valmistamiseks, kasutades suure pindala kasvavat vismut telluride topoloogilisi isolaatori nanofilme. Optiline õõnsus näitab ilmselgeid resonantsi neeldumisomadusi peaaegu infrapunaribas. Vismut-telluride murdumisnäitaja on optilises sideribas väga kui 6 (kõrgem kui traditsiooniliste kõrge murdumisnäitaja materjalide, näiteks räni ja germaaniumi murdumisnäitaja), nii et optiline õõnsus võib ulatuda resonantsi lainepikkusest. Samal ajal ladestub optiline resonaator ühemõõtmelisele fotoonilisele kristallile ja optilises kommunikatsiooniribas täheldatakse uudset elektromagnetiliselt indutseeritud läbipaistvuse efekti, mis on tingitud resonaatori sidumisest Tammi plasmoniga ja selle hävitava sekkumisega. Selle efekti spektriline vastus sõltub optilise resonaatori paksusest ja on vastupidav ümbritseva ümbritseva murdumisnäitaja muutmisel. See töö avab uue viisi ülikerge optilise õõnsuse, topoloogilise isolaatori materjali spektri reguleerimise ja optoelektrooniliste seadmete realiseerimiseks.
Nagu näidatud joonisel fig. 1a ja 1b, koosneb optiline resonaator peamiselt vismut telluride topoloogilisest isolaatorist ja hõbedast nanofilmidest. Magnetroni pritsimisega valmistatud vismut telluride nanofilmidel on suur ala ja hea tasasus. Kui vismut telluriidi ja hõbedate kilede paksus on vastavalt 42 nm ja 30 nm, on optilise õõnsusel tugev resonantsi imendumine ribades 1100 ~ 1800 nm (joonis 1C). Kui teadlased integreerisid selle optilise õõnsuse TA2O5 (182 nm) ja SiO2 (260 nm) kihtide (joonis 1E) vahelduvatest virnadest (joonis 1E), ilmub eristuv neeldumisor (joonis 1F), mis ilmus algse resveebi neeldumispiigi (~ 1550 nm) läheduses, mis sarnaneb elektromagniliselt intomyecy'ga.

Bismut Telluride materjali iseloomustas ülekandeelektronmikroskoopia ja ellipsomeetria. Joonis fig. 2A-2C näitab vismut telluride nanofilmide ülekandeelektronmikrograafide (suure eraldusvõimega pilte) ja valitud elektronide difraktsioonimustreid. Jooniselt on näha, et ettevalmistatud vismut telluriidi nanofilmid on polükristallilised materjalid ja peamine kasvu orientatsioon on (015) kristalltasapind. Joonis 2D-2F näitab vismut-telluriidi keerulist murdumisnäitajat, mida mõõdetakse ellipomeetri ja paigaldatud pinna olekuga ning oleku keeruka murdumisnäitaja abil. Tulemused näitavad, et pinna oleku väljasuremiskoefitsient on suurem kui murdumisnäitaja vahemikus 230 ~ 1930 nm, näidates metallisarnaseid omadusi. Keha murdumisnäitaja on rohkem kui 6, kui lainepikkus on suurem kui 1385 nm, mis on palju suurem kui räni, germaanium ja muudes traditsioonilistes kõrge refraktiivsete indeksimaterjalides selles ribas, mis loob aluse ülikergete optiliste resonaatorite valmistamiseks. Teadlased märgivad, et see on esimene teatatud topoloogilise isolaatori tasapinnalise optilise õõnsuse mõistmine, paksusega ainult kümnete nanomeetritega optilises kommunikatsiooniribas. Seejärel mõõdeti ülikerge optilise õõnsuse neeldumisspekter ja resonantslainepikkus vismutluriidi paksusega. Lõpuks uuritakse hõbeda kile paksuse mõju elektromagnetiliselt indutseeritud läbipaistvusspektritele vismutis telluriidi nanokatvuse/fotooniliste kristallstruktuuride korral

Valmistades vismut-telluride topoloogiliste isolaatorite lamedaid õhukesi kileid ja kasutades eeliseid vismut telluride materjalide ülikõrgust indeksit infrapunaribas, saadakse tasapinnaline optiline õõnsus, mille paksus on vaid kümned nanomeetrid. Ülimalt õhuke optiline õõnsus võib realiseerida tõhusat resonantsvalguse neeldumist läh infrapunaribal ja sellel on oluline rakenduslik väärtus optoelektrooniliste seadmete väljatöötamisel optilise kommunikatsiooniribaga. Bismut Telluride optilise õõnsuse paksus on resonantslainepikkusele lineaarne ja on väiksem kui sarnase räni ja germaaniumi optiline õõnsus. Samal ajal integreeritakse vismut telluride optiline õõnsus fotoonilise kristalliga, et saavutada anomaalne optiline efekt, mis sarnaneb aatomisüsteemi elektromagnetiliselt indutseeritud läbipaistvusega, mis pakub uut meetodit mikrostruktuuri spektri reguleerimiseks. Selles uuringus on teatav roll topoloogiliste isolaatori materjalide uurimisel valguse reguleerimisel ja optiliste funktsionaalsete seadmetes.