Optik iletişim bandı, ultra ince optik rezonatör

Optik iletişim bandı, ultra ince optik rezonatör
Optik rezonatörler, sınırlı bir alanda ışık dalgalarının belirli dalga boylarını lokalize edebilir ve ışık-madde etkileşiminde önemli uygulamalara sahiptir.optik iletişim, optik algılama ve optik entegrasyon. Rezonatörün 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 düzenleme ve optoelektronik cihazlardaki potansiyel uygulamaları nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Düzlemsel rezonatörlerin kalınlığının nasıl azaltılacağı, araştırmacıların karşılaştığı zorlu sorunlardan biridir.
Geleneksel yarı iletken malzemelerden farklı olarak, 3B topolojik yalıtkanlar (bizmut tellür, antimon tellür, bizmut selenid vb.), topolojik olarak korunan metal yüzey durumları ve yalıtkan durumları olan yeni bilgi malzemeleridir. Yüzey durumu, zaman inversiyonunun simetrisiyle korunur ve elektronları manyetik olmayan safsızlıklar tarafından dağıtılmaz; bu da düşük güçlü kuantum hesaplama ve spintronik cihazlarda önemli uygulama olanakları sunar. Aynı zamanda, topolojik yalıtkan malzemeler yüksek kırılma indisi, büyük doğrusal olmayanoptikkatsayısı, geniş çalışma spektrumu aralığı, ayarlanabilirlik, kolay entegrasyon vb. gibi özellikler, ışık düzenlemesinin veoptoelektronik cihazlar.
Çin'deki bir araştırma ekibi, geniş alanda büyüyen bizmut tellür topolojik yalıtkan nanofilmler kullanarak ultra ince optik rezonatörlerin üretimi için bir yöntem önerdi. Optik boşluk, yakın kızılötesi bantta belirgin rezonans emilim özellikleri göstermektedir. Bizmut tellür, optik iletişim bandında 6'dan fazla olan çok yüksek bir kırılma indisine sahiptir (silisyum ve germanyum gibi geleneksel yüksek kırılma indisli 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 biriktirilir ve optik iletişim bandında, rezonatörün Tamm plazmonu ve onun yıkıcı girişimiyle birleşmesinden kaynaklanan yeni bir elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık etkisi gözlemlenir. Bu etkinin spektral tepkisi, optik rezonatörün kalınlığına bağlıdır ve ortam kırılma indisindeki değişime karşı dayanıklıdır. Bu çalışma, ultra ince optik boşluk, topolojik yalıtkan malzeme spektrum düzenlemesi ve optoelektronik cihazların gerçekleştirilmesi için yeni bir yol açmaktadır.
Şekil 1a ve 1b'de gösterildiği gibi, optik rezonatör esas olarak bir bizmut tellür topolojik yalıtkan ve gümüş nanofilmlerden oluşur. Magnetron püskürtme ile hazırlanan bizmut tellür nanofilmler geniş bir alana ve iyi bir düzlüğe sahiptir. Bizmut tellür ve gümüş filmlerin kalınlığı 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 dönüşümlü yığınlarından oluşan bir fotonik kristal üzerine entegre ettiklerinde (Şekil 1e), orijinal rezonans soğurma tepe noktasının (~1550 nm) yakınında, atomik sistemler tarafından üretilen elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık etkisine benzer belirgin bir soğurma vadisi (Şekil 1f) ortaya çıktı.

Bizmut tellür malzemesi, transmisyon elektron mikroskobu ve elipsometri ile karakterize edildi. ŞEKİL 2a-2c, bizmut tellür nanofilmlerinin transmisyon elektron mikroskobu görüntülerini (yüksek çözünürlüklü görüntüler) ve seçilmiş elektron kırınım desenlerini göstermektedir. Şekilden, hazırlanan bizmut tellür nanofilmlerinin polikristalin malzemeler olduğu ve ana büyüme yönünün (015) kristal düzlemi olduğu görülebilir. Şekil 2d-2f, bizmut tellür malzemesinin elipsometre ile ölçülen kompleks kırılma indisini ve uydurulmuş yüzey durumu ve durum kompleks kırılma indisini göstermektedir. Sonuçlar, yüzey durumunun sönüm katsayısının 230-1930 nm aralığında kırılma indisinden büyük olduğunu ve metal benzeri özellikler gösterdiğini göstermektedir. Dalga boyu 1385 nm'den büyük olduğunda cismin kırılma indisi 6'dan fazladır; bu, bu banttaki silisyum, germanyum ve diğer geleneksel yüksek kırılma indisli malzemelerinkinden çok daha yüksektir ve bu da ultra ince optik rezonatörlerin hazırlanması için bir temel oluşturur. Araştırmacılar, bunun optik iletişim bandında yalnızca onlarca nanometre kalınlığında bir topolojik yalıtkan düzlemsel optik boşluğun ilk kez bildirilen uygulaması olduğunu belirtmektedir. Ardından, ultra ince optik boşluğun emilim spektrumu ve rezonans dalga boyu, bizmut tellür kalınlığıyla ölçülmüştür. Son olarak, gümüş film kalınlığının bizmut tellür nanokavite/fotonik kristal yapılarda elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık spektrumları üzerindeki etkisi araştırılmıştır.

Bizmut tellür topolojik yalıtkanlardan geniş alanlı düz ince filmler hazırlanarak ve yakın kızılötesi bantta Bizmut tellür malzemelerinin ultra yüksek kırılma indisinden yararlanılarak, yalnızca onlarca nanometre kalınlığında düzlemsel bir optik boşluk elde edilir. Ultra ince optik boşluk, yakın kızılötesi bantta verimli rezonans ışığı emilimi sağlayabilir ve optik iletişim bandında optoelektronik cihazların geliştirilmesinde önemli bir uygulama değerine sahiptir. Bizmut tellür optik boşluğunun kalınlığı, rezonans dalga boyuna doğrusaldır 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 ve bu da mikro yapının spektrum düzenlenmesi için yeni bir yöntem sağlar. Bu çalışma, ışık düzenleme ve optik fonksiyonel cihazlarda topolojik yalıtkan malzemeler araştırmalarının teşvik edilmesinde belirli bir rol oynamaktadır.