Optik iletişim bandı, ultra ince optik rezonatör

Optik iletişim bandı, ultra ince optik rezonatör
Optik rezonatörler, ışık dalgalarının belirli dalga boylarını sınırlı bir alanda lokalize edebilir ve ışık-madde etkileşiminde önemli uygulamalara sahiptir.optik iletişimOptik algılama ve optik entegrasyon gibi alanlarda kullanılan rezonatörlerin boyutu, esas olarak malzeme özelliklerine ve çalışma dalga boyuna bağlıdır; örneğin, yakın kızılötesi bantta çalışan silikon rezonatörler genellikle yüzlerce nanometre ve üzeri optik yapılar gerektirir. Son yıllarda, ultra ince düzlemsel optik rezonatörler, yapısal renk, holografik görüntüleme, ışık alanı düzenlemesi ve optoelektronik cihazlardaki potansiyel uygulamaları nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Düzlemsel rezonatörlerin kalınlığının nasıl azaltılacağı, araştırmacıların karşılaştığı zor problemlerden biridir.
Geleneksel yarı iletken malzemelerden farklı olarak, 3 boyutlu topolojik yalıtkanlar (bizmut tellür, antimon tellür, bizmut selenit vb.) topolojik olarak korunan metal yüzey durumlarına ve yalıtkan durumlarına sahip yeni bilgi malzemeleridir. Yüzey durumu, zaman ters çevirme simetrisi ile korunur ve elektronları manyetik olmayan safsızlıklar tarafından saçılmaz; bu da düşük güç tüketimli kuantum hesaplama ve spintronik cihazlarda önemli uygulama potansiyeli taşır. Aynı zamanda, topolojik yalıtkan malzemeler yüksek kırılma indisi, büyük doğrusal olmayan özellikler gibi mükemmel optik özellikler de gösterir.optikKatsayı, geniş çalışma spektrum aralığı, ayarlanabilirlik, kolay entegrasyon vb. özellikleriyle ışık düzenlemesinin gerçekleştirilmesi için yeni bir platform sunmaktadır.optoelektronik cihazlar.
Çin'deki bir araştırma ekibi, geniş alanlı bizmut tellür topolojik yalıtkan nanofilmler kullanarak ultra ince optik rezonatörlerin üretimi için bir yöntem önerdi. Optik boşluk, yakın kızılötesi bantta belirgin rezonans soğurma özellikleri göstermektedir. Bizmut tellür, optik iletişim bandında 6'dan yüksek çok yüksek bir kırılma indisine sahiptir (silikon ve germanyum gibi geleneksel yüksek kırılma indisine sahip malzemelerin kırılma indisinden daha yüksek), böylece optik boşluk kalınlığı rezonans dalga boyunun yirmide birine ulaşabilir. Aynı zamanda, optik rezonatör tek boyutlu bir fotonik kristal üzerine yerleştirilir ve optik iletişim bandında yeni bir elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık etkisi gözlemlenir; bu etki, rezonatörün Tamm plazmonu ile eşleşmesi ve yıkıcı girişiminden kaynaklanmaktadır. Bu etkinin spektral tepkisi, optik rezonatörün kalınlığına bağlıdır ve ortam kırılma indisindeki değişime karşı dayanıklıdır. Bu çalışma, ultra ince optik boşlukların, topolojik yalıtkan malzeme spektrum düzenlemesinin ve optoelektronik cihazların gerçekleştirilmesi için yeni bir yol açmaktadır.
Şekil 1a ve 1b'de gösterildiği gibi, optik rezonatör esas olarak bizmut tellür topolojik yalıtkan ve gümüş nanofilmlerden oluşmaktadır. Manyetik püskürtme yöntemiyle hazırlanan bizmut tellür nanofilmler geniş bir alana ve iyi bir düzlüğe sahiptir. Bizmut tellür ve gümüş filmlerin kalınlıkları sırasıyla 42 nm ve 30 nm olduğunda, optik boşluk 1100~1800 nm bandında güçlü bir rezonans soğurması sergiler (Şekil 1c). Araştırmacılar bu optik boşluğu, Ta2O5 (182 nm) ve SiO2 (260 nm) katmanlarının ardışık istiflerinden yapılmış bir fotonik kristale entegre ettiklerinde (Şekil 1e), orijinal rezonans soğurma tepesine (~1550 nm) yakın belirgin bir soğurma çukuru (Şekil 1f) ortaya çıktı; bu, atomik sistemler tarafından üretilen elektromanyetik olarak indüklenen saydamlık etkisine benzerdir.

Bismut tellürit malzemesi, transmisyon elektron mikroskobu ve elipsometri ile karakterize edilmiştir. Şekil 2a-2c, bismut tellürit nanofilmlerinin transmisyon elektron mikrograflarını (yüksek çözünürlüklü görüntüler) ve seçilmiş elektron kırınım desenlerini göstermektedir. Şekilden görülebileceği gibi, hazırlanan bismut tellürit nanofilmleri polikristalin malzemelerdir ve ana büyüme yönelimi (015) kristal düzlemidir. Şekil 2d-2f, elipsometre ile ölçülen bismut tellürün kompleks kırılma indeksini ve uyarlanmış yüzey durumu ve durum kompleks kırılma indeksini göstermektedir. Sonuçlar, yüzey durumunun sönümleme katsayısının 230~1930 nm aralığında kırılma indeksinden daha büyük olduğunu ve metal benzeri özellikler gösterdiğini ortaya koymaktadır. Dalga boyu 1385 nm'den büyük olduğunda cismin kırılma indisi 6'dan fazladır; bu, bu banttaki silikon, germanyum ve diğer geleneksel yüksek kırılma indisine sahip malzemelerden çok daha yüksektir ve ultra ince optik rezonatörlerin hazırlanması için bir temel oluşturmaktadır. Araştırmacılar, bunun optik iletişim bandında yalnızca onlarca nanometre kalınlığında topolojik yalıtkan düzlemsel optik boşluğun ilk kez gerçekleştirildiğini belirtiyorlar. Daha sonra, bizmut tellürün kalınlığına bağlı olarak ultra ince optik boşluğun soğurma spektrumu ve rezonans dalga boyu ölçüldü. Son olarak, bizmut tellür nano boşluk/fotonik kristal yapılarında elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık spektrumları üzerindeki gümüş film kalınlığının etkisi araştırıldı.

Bizmut tellür topolojik yalıtkanların geniş alanlı düz ince filmlerinin hazırlanması ve bizmut tellür malzemelerinin yakın kızılötesi banttaki ultra yüksek kırılma indeksinden yararlanılmasıyla, yalnızca onlarca nanometre kalınlığında düzlemsel bir optik boşluk elde edilmiştir. Ultra ince optik boşluk, yakın kızılötesi bantta verimli rezonans ışık emilimini gerçekleştirebilir ve optik iletişim bandındaki optoelektronik cihazların geliştirilmesinde önemli uygulama değerine sahiptir. Bizmut tellür optik boşluğunun kalınlığı, rezonans dalga boyuna doğrusal olarak bağlıdır ve benzer silikon ve germanyum optik boşluklarından daha küçüktür. Aynı zamanda, bizmut tellür optik boşluğu, atomik sistemin elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflığına benzer anormal optik etkiyi elde etmek için fotonik kristalle entegre edilmiştir; bu da mikro yapının spektrum düzenlemesi için yeni bir yöntem sağlar. Bu çalışma, ışık düzenlemesi ve optik fonksiyonel cihazlarda topolojik yalıtkan malzemelerin araştırılmasına katkıda bulunmada belirli bir rol oynamaktadır.