Optisk kommunikationsbånd, ultratynd optisk resonator

Optisk kommunikationsbånd, ultratynd optisk resonator
Optiske resonatorer kan lokalisere specifikke bølgelængder af lette bølger i et begrænset rum og have vigtige anvendelser i lysstofinteraktion,Optisk kommunikation, optisk sensing og optisk integration. Størrelsen af ​​resonatoren afhænger hovedsageligt af de materielle egenskaber og den driftsbølgelængde, for eksempel kræver siliciumresonatorer, der opererer i det nær infrarøde bånd, normalt optiske strukturer af hundreder af nanometer og derover. I de senere år har ultratynde plane optiske resonatorer tiltrukket sig meget opmærksomhed på grund af deres potentielle anvendelser i strukturel farve, holografisk billeddannelse, lysfeltregulering og optoelektroniske enheder. Sådan reduceres tykkelsen af ​​plane resonatorer er et af de vanskelige problemer, som forskere står overfor.
Forskellige fra traditionelle halvledermaterialer, 3D -topologiske isolatorer (såsom Bismuth Telluride, Antimon Telluride, Bismuth Selenide osv.) Er nye informationsmateriale med topologisk beskyttede metaloverfladetilstand og isolatorstater. Overfladetilstanden er beskyttet af symmetrien af ​​tidsinversion, og dens elektroner er ikke spredt af ikke-magnetiske urenheder, som har vigtige anvendelsesudsigter i kvantekompetence og spintroniske enheder med lav effekt. På samme tid viser topologiske isolatormaterialer også fremragende optiske egenskaber, såsom højt brydningsindeks, stort ikke -lineærtoptiskKoefficient, bredt arbejdsspektrum, indstillingsevne, let integration osv., Som giver en ny platform til realisering af lysregulering ogOptoelektroniske enheder.
Et forskerteam i Kina har foreslået en metode til fremstilling af ultratynde optiske resonatorer ved hjælp af stort areal voksende vismuth telluride topologiske isolator nanofilms. Det optiske hulrum viser åbenlyse resonansabsorptionsegenskaber i nær infrarødt bånd. Bismuth Telluride har et meget højt brydningsindeks på mere end 6 i det optiske kommunikationsbånd (højere end brydningsindekset for traditionelle høje brydningsindeksmaterialer såsom silicium og germanium), så den optiske hulrumstykkelse kan nå en tyvende af resonansbølgelængden. På samme tid deponeres den optiske resonator på en en-dimensionel fotonisk krystal, og en ny elektromagnetisk induceret gennemsigtighedseffekt observeres i det optiske kommunikationsbånd, hvilket skyldes koblingen af ​​resonatoren med Tamm Plasmon og dens destruktive interferens. Den spektrale respons af denne effekt afhænger af tykkelsen af ​​den optiske resonator og er robust over for ændringen af ​​det omgivende brydningsindeks. Dette arbejde åbner en ny måde til realisering af ultrathin optisk hulrum, topologisk isolatormateriale spektrumregulering og optoelektroniske anordninger.
Som vist i fig. 1A og 1B er den optiske resonator hovedsageligt sammensat af en vismut -telluride -topologisk isolator og sølv nanofilmer. Bismuth Telluride Nanofilms tilberedt af Magnetron Sputtering har stort område og god fladhed. Når tykkelsen af ​​Bismuth Telluride og sølvfilmene er henholdsvis 42 nm og 30 nm, udviser det optiske hulrum en stærk resonansabsorption i båndet på 1100 ~ 1800 nm (figur 1C). Når forskerne integrerede dette optiske hulrum på en fotonisk krystal lavet af skiftende stabler af TA2O5 (182 nm) og SiO2 (260 nm) lag (figur 1E), viste en distinkt absorptionsdal (figur 1F) nær den oprindelige resonantabsorptionstop (~ 1550 nm), hvilket ligner den elektromagnetisk inducerede gennemførende effekt, der produceres af Atomic -systemer.

Bismuth Telluride -materialet var kendetegnet ved transmissionselektronmikroskopi og ellipsometri. Fig. 2A-2C viser transmissionselektronmikrografer (billeder i høj opløsning) og valgte elektrondiffraktionsmønstre af vismut-telluride nanofilms. Det kan ses af figuren, at den forberedte vismut -telluride -nanofilmer er polykrystallinske materialer, og den vigtigste vækstorientering er (015) krystalplan. Figur 2D-2F viser det komplekse brydningsindeks for Bismuth Telluride målt med ellipsometer og den monterede overfladetilstand og statskompleks brydningsindeks. Resultaterne viser, at udryddelseskoefficienten for overfladetilstanden er større end brydningsindekset i området fra 230 ~ 1930 nm, der viser metallignende egenskaber. Brydningsindekset for kroppen er mere end 6, når bølgelængden er større end 1385 nm, hvilket er meget højere end for silicium, germanium og andre traditionelle højbrydningsindeksmaterialer i dette bånd, der lægger et fundament til fremstilling af ultratynde optiske resonatorer. Forskerne påpeger, at dette er den første rapporterede realisering af en topologisk isolator -plan optisk hulrum med en tykkelse på kun titusinder af nanometer i det optiske kommunikationsbånd. Efterfølgende blev absorptionsspektret og resonansbølgelængden af ​​det ultratynde optiske hulrum målt med tykkelsen af ​​vismuthtruride. Endelig undersøges effekten af ​​sølvfilmtykkelse på elektromagnetisk gennemsigtighedsspektre i Bismuth Telluride Nanocavity/Photonic Crystal Structures

Ved at forberede store områder flade tynde film af Bismuth Telluride-topologiske isolatorer og drage fordel af det ultrahøje brydningsindeks for vismut-telluridmaterialer i nær infrarødt bånd opnås et plant optisk hulrum med en tykkelse på kun titusinder af nanometre. Det ultratynde optiske hulrum kan realisere effektiv resonanslysabsorption i det nær infrarøde bånd og har en vigtig applikationsværdi i udviklingen af ​​optoelektroniske enheder i det optiske kommunikationsbånd. Tykkelsen af ​​Bismuth Telluride -optisk hulrum er lineær til den resonante bølgelængde og er mindre end for lignende silicium og germanium optisk hulrum. På samme tid er Bismuth Telluride optisk hulrum integreret med fotonisk krystal for at opnå den anomale optiske virkning svarende til den elektromagnetisk inducerede gennemsigtighed af atomsystemet, som tilvejebringer en ny metode til spektrumregulering af mikrostruktur. Denne undersøgelse spiller en bestemt rolle i fremme af forskning af topologiske isolatormaterialer i let regulering og optiske funktionelle enheder.