Оптична смуга комунікації, ультра тонкий оптичний резонатор

Оптична смуга комунікації, ультра тонкий оптичний резонатор
Оптичні резонатори можуть локалізувати конкретні довжини хвиль легких хвиль у обмеженому просторі та мати важливі застосування у взаємодії світла,оптичне спілкування, оптичне зондування та оптична інтеграція. Розмір резонатора в основному залежить від характеристик матеріалу та діючої довжини хвилі, наприклад, кремнієві резонатори, що працюють у майже інфрачервоній смузі, зазвичай потребують оптичних структур сотень нанометрів і вище. Останніми роками ультра тонкі плоскі оптичні резонатори привернули велику увагу завдяки їх потенційним застосуванню в структурному кольорі, голографічному візуалізації, регуляції світлого поля та оптоелектронними пристроями. Як зменшити товщину планарних резонаторів - одна з важких проблем, з якими стикається дослідники.
Відмінні від традиційних напівпровідникових матеріалів, 3D топологічних ізоляторів (таких як телурид вісмуту, телурид сурми, селенід тощо) - це нові інформаційні матеріали з топологічно захищеними станами поверхні металу та станами ізолятора. Стан поверхні захищений симетрією інверсії часу, і її електрони не розсіюються немагнітними домішками, що має важливі перспективи застосування в квантових обчислювальних обчислювальних пристроях та спінтронічних пристроях. У той же час, топологічні матеріали ізолятора також демонструють чудові оптичні властивості, такі як високий показник заломлення, великі нелінійніоптичнийКоефіцієнт, широкий діапазон робочих спектрів, настройність, проста інтеграція тощо, що забезпечує нову платформу для реалізації регулювання світла таОптоелектронні пристрої.
Дослідницька група в Китаї запропонувала метод виготовлення надтонких оптичних резонаторів, використовуючи велику площу, що вирощує нанофільмами топологічного ізолятора Вісмута Теллуриду. Оптична порожнина демонструє очевидні резонансні характеристики поглинання в майже інфрачервоній смузі. Вісмут Теллурид має дуже високий показник заломлення понад 6 в оптичній смузі зв'язку (вище, ніж показник заломлення традиційних матеріалів з високим вмістом заломлення, таких як кремнію та германій), так що товщина оптичної порожнини може досягати на двадцятих двадцяти резонансної довжини хвилі. У той же час, оптичний резонатор осідає на одновимірному фотонному кристалі, а новий електромагнітний ефект прозорості спостерігається в оптичній смузі зв'язку, що пояснюється з'єднанням резонатора з плазмоном Тамма та його руйнівним втручанням. Спектральна реакція цього ефекту залежить від товщини оптичного резонатора і є надійною до зміни індексу заломлення навколишнього середовища. Ця робота відкриває новий спосіб реалізації ультратонної оптичної порожнини, регуляції спектру матеріалу топологічного ізолятора та оптоелектронних пристроїв.
Як показано на фіг. 1a та 1b, оптичний резонатор в основному складається з топологічного ізолятора з бісмутом Теллурид та нанофільмами срібла. Нанофільми Вісмута Теллурид, підготовлені за допомогою розпилення магнетрона, мають велику площу та хорошу площину. Коли товщина плівок теллуриду та срібла вісмуту становить 42 нм і 30 нм, відповідно, оптична порожнина виявляє сильне резонансне поглинання в смузі 1100 ~ 1800 нм (мал. 1С). Коли дослідники інтегрували цю оптичну порожнину на фотонний кристал, виготовлений із змінних шарів TA2O5 (182 нм) та SIO2 (260 нм) (рис. 1Е), чітка долина поглинання (мал. 1F) з'явилася поблизу оригінального резонансного піку поглинання (~ 1550 нм), що є подібним до електромагнотних систем.

Матеріал теллуриду вісмуту характеризувався електронною мікроскопією пропускання та еліпсометрії. Рис. 2A-2C показує мікрофотографії електронів передачі (зображення високої роздільної здатності) та вибрані шаблони дифракції електронів нанофільмів вісмуту Теллуриду. З фігури видно, що підготовлені нанофільмами з теллуриду вісмуту є полікристалічними матеріалами, а основна орієнтація на росту - (015) кристалічна площина. На малюнку 2D-2F показаний складний показник заломлення теллуриду, виміряний еліпсометром та встановленим поверхневим станом та індексом заломлення стану. Результати показують, що коефіцієнт вимирання стану поверхні більший, ніж показник заломлення в діапазоні 230 ~ 1930 нм, що демонструє металеві характеристики. Індекс заломлення тіла більше 6, коли довжина хвилі перевищує 1385 нм, що набагато вище, ніж у кремнію, германію та інших традиційних матеріалів з високим рефракцією в цій смузі, яка закладає основу для підготовки ультратонких оптичних резонансів. Дослідники зазначають, що це перше повідомлене усвідомлення топологічної ізоляторної плоскої оптичної порожнини товщиною лише десятків нанометрів у оптичній смузі комунікації. Згодом спектр поглинання та резонансна довжина хвилі ультратонкої оптичної порожнини вимірювали товщиною теллуриду вісмуту. Нарешті, досліджується вплив товщини срібної плівки на електромагнітично індуковані спектри прозорості у наноокавіозі/фотонних кристалі

Готуючи велику площу плоску тонкі плівки топологічних ізоляторів вісмуту Теллуриду, і скориставшись ультра-високим показником заломлення матеріалів, що належать до інфрачервоної смуги, отримується плоска оптична порожнина з товщиною лише десятків нанометрів. Ультратончена оптична порожнина може реалізувати ефективне резонансне поглинання світла в майже інфрачервоній смузі та має важливе значення застосування в розробці оптоелектронних пристроїв в оптичній смузі зв'язку. Товщина оптичної порожнини вісмуту Теллуриду лінійна для резонансної довжини хвилі і менша, ніж у подібної оптичної порожнини кремнію та германію. У той же час оптична порожнина Вісмута Теллурида інтегрується з фотонним кристалом для досягнення аномального оптичного ефекту, подібного до електромагнітично прозорості атомної системи, що забезпечує новий метод регуляції спектру мікроструктури. Це дослідження відіграє певну роль у просуванні досліджень матеріалів топологічного ізолятора в регуляції світла та оптичних функціональних пристроїв.