Optiline sideriba, üliõhuke optiline resonaator

Optiline sideriba, üliõhuke optiline resonaator
Optilised resonaatorid suudavad lokaliseerida valguslainete teatud lainepikkusi piiratud ruumis ja neil on olulised rakendused valguse ja aine interaktsioonis,optiline side, optiline andur ja optiline integratsioon. Resonaatori suurus sõltub peamiselt materjali omadustest ja töölainepikkusest, näiteks lähiinfrapunaribas töötavad räniresonaatorid nõuavad tavaliselt sadade nanomeetrite ja suuremaid optilisi struktuure. Viimastel aastatel on üliõhukesed tasapinnalised optilised resonaatorid pälvinud palju tähelepanu nende potentsiaalsete rakenduste tõttu struktuursete värvide, holograafilise pildistamise, valgusvälja reguleerimise ja optoelektrooniliste seadmete puhul. Tasapinnaliste resonaatorite paksuse vähendamine on üks rasketest probleemidest, millega teadlased silmitsi seisavad.
Erinevalt traditsioonilistest pooljuhtmaterjalidest on 3D topoloogilised isolaatorid (nagu vismuttelluriid, antimontelluriid, vismutseleniid jne) uued infomaterjalid, millel on topoloogiliselt kaitstud metallpinna olekud ja isolaatori olekud. Pinna olekut kaitseb aja inversiooni sümmeetria ja selle elektronid ei ole hajutatud mittemagnetiliste lisandite poolt, millel on olulised rakendusväljavaated väikese võimsusega kvantarvutustes ja spintroonilistes seadmetes. Samal ajal näitavad topoloogilised isolatsioonimaterjalid ka suurepäraseid optilisi omadusi, nagu kõrge murdumisnäitaja, suur mittelineaarneoptilinekoefitsient, lai tööspektri ulatus, häälestatavus, lihtne integreerimine jne, mis loob uue platvormi valguse reguleerimise ja reguleerimise realiseerimiseksoptoelektroonilised seadmed.
Hiina uurimisrühm on välja pakkunud meetodi üliõhukeste optiliste resonaatorite valmistamiseks, kasutades suurel alal kasvavaid vismuttelluriidi topoloogilise isolaatori nanokilesid. Optiline õõnsus näitab ilmseid resonantsi neeldumisomadusi lähi-infrapunaribas. Vismuttelluriidi murdumisnäitaja on optilises sideribas väga kõrge, üle 6 (kõrgem kui traditsiooniliste kõrge murdumisnäitajaga materjalide, nagu räni ja germaaniumi murdumisnäitaja), nii et optilise õõnsuse paksus võib ulatuda kahekümnendikuni resonantsist. lainepikkus. Samal ajal sadestub optiline resonaator ühemõõtmelisele fotoonkristallile ning optilise side ribas täheldatakse uudset elektromagnetiliselt indutseeritud läbipaistvuse efekti, mis on tingitud resonaatori sidestusest Tamme plasmoniga ja selle destruktiivsetest häiretest. . Selle efekti spektraalne reaktsioon sõltub optilise resonaatori paksusest ja on vastupidav ümbritseva keskkonna murdumisnäitaja muutumisele. See töö avab uue võimaluse üliõhukese optilise õõnsuse, topoloogilise isolatsioonimaterjali spektri reguleerimise ja optoelektrooniliste seadmete realiseerimiseks.
Nagu on näidatud joonisel fig. Nagu on näidatud joonistel 1a ja 1b, koosneb optiline resonaator peamiselt vismuttelluriidi topoloogilisest isolaatorist ja hõbedast nanokiledest. Magnetroni pihustamisega valmistatud vismuttelluriidi nanokiledel on suur pindala ja hea tasapinnalisus. Kui vismuttelluriidi ja hõbeda kilede paksus on vastavalt 42 nm ja 30 nm, on optilisel õõnsusel tugev resonantsneeldumine vahemikus 1100–1800 nm (joonis 1c). Kui teadlased integreerisid selle optilise õõnsuse fotoonkristallile, mis oli valmistatud Ta2O5 (182 nm) ja SiO2 (260 nm) kihtidest (joonis 1e), ilmus algse resonantsi neeldumispiigi lähedale selge neeldumisorg (joonis 1f). 1550 nm), mis on sarnane aatomisüsteemide tekitatud elektromagnetiliselt indutseeritud läbipaistvusefektiga.

Vismuttelluriidmaterjali iseloomustati ülekandeelektronmikroskoopia ja ellipsomeetriaga. joonisel fig. Joonistel 2a-2c on kujutatud vismutteluriidi nanokilede transmissioonielektronmikroskoopia (kõrge eraldusvõimega kujutisi) ja valitud elektronide difraktsioonimustreid. Jooniselt on näha, et valmistatud vismuttelluriidi nanokiled on polükristallilised materjalid ja peamine kasvusuund on (015) kristalltasapind. Joonisel 2d-2f on näidatud ellipsomeetriga mõõdetud vismuttelluriidi kompleksne murdumisnäitaja ning sobitatud pinna olek ja oleku kompleksne murdumisnäitaja. Tulemused näitavad, et pinnaseisundi ekstinktsioonikoefitsient on suurem kui murdumisnäitaja vahemikus 230–1930 nm, mis näitab metallisarnaseid omadusi. Keha murdumisnäitaja on suurem kui 6, kui lainepikkus on suurem kui 1385 nm, mis on palju kõrgem kui räni, germaaniumi ja teiste traditsiooniliste kõrge murdumisnäitajaga materjalide puhul selles ribas, mis loob aluse ultravalgustuse valmistamisele. - õhukesed optilised resonaatorid. Teadlased märgivad, et see on esimene teatatud topoloogilise isolaatori tasapinnalise optilise õõnsuse realiseerimine, mille paksus on optilises sideribas vaid kümneid nanomeetreid. Seejärel mõõdeti üliõhukese optilise õõnsuse neeldumisspektrit ja resonantslainepikkust vismuttelluriidi paksusega. Lõpuks uuritakse hõbeda kile paksuse mõju elektromagnetiliselt indutseeritud läbipaistvusspektritele vismuttelluriidi nanoõõnsuse / fotooniliste kristallide struktuurides

Valmistades vismuttelluriid topoloogilistest isolaatoritest suure pindalaga lamedaid õhukesi kilesid ja kasutades ära vismuttelluriidmaterjalide ülikõrget murdumisnäitajat lähi-infrapunaribas, saadakse tasapinnaline optiline õõnsus, mille paksus on vaid kümneid nanomeetreid. Üliõhuke optiline õõnsus suudab realiseerida tõhusa resonantsvalguse neeldumise lähi-infrapunaribas ja sellel on oluline rakendusväärtus optoelektrooniliste seadmete arendamisel optilises sideribas. Vismuttelluriidi optilise õõnsuse paksus on lineaarne resonantslainepikkuse suhtes ja on väiksem kui sarnase räni ja germaaniumi optilise õõnsuse paksus. Samal ajal on vismuttelluriidi optiline õõnsus integreeritud fotoonkristalliga, et saavutada anomaalne optiline efekt, mis sarnaneb aatomisüsteemi elektromagnetiliselt indutseeritud läbipaistvusega, mis annab uue meetodi mikrostruktuuri spektri reguleerimiseks. See uuring mängib teatud rolli topoloogiliste isolaatormaterjalide uurimise edendamisel valgusregulatsioonis ja optilistes funktsionaalsetes seadmetes.