Bandă de comunicare optică, rezonator optic ultra-subțire

Bandă de comunicare optică, rezonator optic ultra-subțire
Resonatorii optici pot localiza lungimi de undă specifice ale undelor de lumină într-un spațiu limitat și au aplicații importante în interacțiunea de materie ușoară,Comunicare optică, Sensing optic și integrare optică. Mărimea rezonatorului depinde în principal de caracteristicile materialului și de lungimea de undă de funcționare, de exemplu, rezonatorii de siliciu care operează în banda aproape infraroșu necesită de obicei structuri optice de sute de nanometri și mai sus. În ultimii ani, rezonatorii optici pllani ultra-subțiri au atras multă atenție datorită aplicațiilor lor potențiale în culoarea structurală, imagistica holografică, reglarea câmpului ușor și dispozitivele optoelectronice. Cum să reducem grosimea rezonatorilor pllani este una dintre problemele dificile cu care se confruntă cercetătorii.
Spre deosebire de materialele semiconductoare tradiționale, izolatorii topologici 3D (cum ar fi bismutul de bismut, teluriul de antimoniu, selenida de bismut etc.) sunt noi materiale informaționale cu stări de suprafață metalice protejate topologic și stări izolatoare. Starea de suprafață este protejată de simetria inversării timpului, iar electronii săi nu sunt împrăștiați de impurități non-magnetice, ceea ce are perspective importante de aplicare în calcularea cuantică cu putere redusă și dispozitivele spintronice. În același timp, materialele izolatoare topologice prezintă, de asemenea, proprietăți optice excelente, cum ar fi un indice de refracție ridicat, neliniabil mareopticCoeficient, gamă de spectru de lucru larg, tunabilitate, integrare ușoară etc., care oferă o nouă platformă pentru realizarea reglementării luminii șiDispozitive optoelectronice.
O echipă de cercetare din China a propus o metodă pentru fabricarea rezonatorilor optici ultra-subțiri prin utilizarea nanofilmilor de izolatori topologici cu bismut în creștere mare. Cavitatea optică prezintă caracteristici evidente de absorbție a rezonanței în banda aproape infraroșu. Bismuth Telluride are un indice de refracție foarte ridicat de mai mult de 6 în banda de comunicare optică (mai mare decât indicele de refracție al materialelor tradiționale de indicție de refracție ridicată, cum ar fi siliciu și germaniu), astfel încât grosimea cavității optice să ajungă la o douăzeci de lungimi de undă de rezonanță. În același timp, rezonatorul optic este depus pe un cristal fotonic unidimensional și se observă un nou efect de transparență indus electromagnetic în banda de comunicare optică, care se datorează cuplării rezonatorului cu plasmonul TAMM și interferența sa distructivă. Răspunsul spectral al acestui efect depinde de grosimea rezonatorului optic și este robust la schimbarea indicelui de refracție ambientală. Această lucrare deschide o nouă modalitate pentru realizarea cavității optice ultratine, a reglării spectrului materialului izolator topologic și a dispozitivelor optoelectronice.
Așa cum se arată în Fig. 1a și 1b, rezonatorul optic este compus în principal dintr -un izolator topologic de bismut și nanofilme de argint. Nanofilmele de bismut de bismut preparate prin sputtering de magnetron au o suprafață mare și o bună planeitate. Când grosimea filmelor bismutului și a filmelor de argint este de 42 nm și, respectiv, 30 nm, cavitatea optică prezintă o absorbție puternică a rezonanței în banda de 1100 ~ 1800 nm (Figura 1C). Când cercetătorii au integrat această cavitate optică pe un cristal fotonic realizat din stive alternative de straturi TA2O5 (182 nm) și SiO2 (260 nm) (Figura 1E), a apărut o vale de absorbție distinctă (Figura 1F) în apropierea vârfului de absorbție rezonant inițial (~ 1550 nm), care este similar cu efectul de transparență indus de electromagagic.

Materialul Bismuth Telluride a fost caracterizat prin microscopie electronică de transmisie și elipsometrie. SMOCHIN. 2A-2C prezintă micrografe electronice de transmisie (imagini de înaltă rezoluție) și modele de difracție electronică selectate ale nanofilmelor de bismut. Din figura se poate observa că nanofilmele de bismut preparate sunt materiale policristaline, iar principala orientare a creșterii este (015) planul de cristal. Figura 2D-2F prezintă indicele de refracție complex al teluridei de bismut măsurat de elipsometru și starea de suprafață montată și indicele de refracție complex de stare. Rezultatele arată că coeficientul de extincție al stării de suprafață este mai mare decât indicele de refracție în intervalul 230 ~ 1930 nm, care arată caracteristici asemănătoare metalului. Indicele de refracție al corpului este mai mare de 6 atunci când lungimea de undă este mai mare de 1385 nm, ceea ce este mult mai mare decât cel al siliciului, germaniului și al altor materiale tradiționale cu indice de refractivare ridicată în această bandă, care pune bazele pentru prepararea rezonatorilor optici ultra-sub-subțiri. Cercetătorii subliniază că aceasta este prima realizare raportată a unei cavități optice plane izolatoare topologice, cu o grosime de doar zeci de nanometri în banda de comunicare optică. Ulterior, spectrul de absorbție și lungimea de undă de rezonanță a cavității optice ultra-subțire au fost măsurate cu grosimea teluridei de bismut. În cele din urmă, efectul grosimii filmului de argint asupra spectrelor de transparență induse electromagnetic în nanocavitatea bismutului/structurilor cristaline fotonice este investigat

Prin pregătirea filmelor subțiri plate cu suprafață mare de izolatori topologici bismuth Telluride și profitând de indicele de refracție ultra-înalt al materialelor de bismut de bismut în banda aproape infraroșu, se obține o cavitate optică plană cu o grosime de doar zeci de nanometri. Cavitatea optică ultra-subțire poate realiza o absorbție eficientă a luminii rezonante în banda aproape infraroșu și are o valoare importantă a aplicației în dezvoltarea dispozitivelor optoelectronice în banda de comunicare optică. Grosimea cavității optice a bismutului Telluride este liniară cu lungimea de undă rezonantă și este mai mică decât cea a cavității optice de siliciu și germaniu similar. În același timp, cavitatea optică a bismutului este integrată cu cristalul fotonic pentru a obține efectul optic anomal similar cu transparența indusă de electromagnetic a sistemului atomic, care oferă o nouă metodă pentru reglarea spectrului microstructurii. Acest studiu joacă un anumit rol în promovarea cercetării materialelor izolatoare topologice în reglarea luminii și dispozitivele funcționale optice.