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 iletişim, optik algılama ve optik entegrasyon. Rezonatörün boyutu temel 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 uygulamalarından dolayı büyük ilgi gördü. Düzlemsel rezonatörlerin kalınlığının nasıl azaltılacağı araştırmacıların karşılaştığı zor sorunlardan biridir.
Geleneksel yarı iletken malzemelerden farklı olarak, 3 boyutlu topolojik yalıtkanlar (bizmut tellür, antimon tellür, bizmut selenit vb.), topolojik olarak korunan metal yüzey durumları ve yalıtkan durumlarına sahip yeni bilgi malzemeleridir. Yüzey durumu, zamanın ters çevrilmesinin simetrisi tarafından korunur ve elektronları, düşük güçlü kuantum hesaplama ve spintronik cihazlarda önemli uygulama beklentilerine sahip olan manyetik olmayan safsızlıklar tarafından dağılmaz. Aynı zamanda topolojik yalıtkan malzemeler aynı zamanda yüksek kırılma indisi, büyük doğrusal olmayan özellikler gibi mükemmel optik özellikler de gösterir.optikışık düzenlemesinin gerçekleştirilmesi için yeni bir platform sağlayan katsayı, geniş çalışma spektrumu aralığı, ayarlanabilirlik, kolay entegrasyon vb.optoelektronik cihazlar.
Çin'deki bir araştırma ekibi, geniş alanda büyüyen bizmut tellür topolojik yalıtkan nanofilmleri kullanarak ultra ince optik rezonatörlerin üretimi için bir yöntem önerdi. Optik boşluk, yakın kızılötesi bantta belirgin rezonans soğurma özellikleri gösterir. Bizmut tellür, optik iletişim bandında 6'dan fazla çok yüksek bir kırılma indeksine sahiptir (silikon ve germanyum gibi geleneksel yüksek kırılma indeksi malzemelerinin kırılma indeksinden daha yüksek), böylece optik boşluk kalınlığı rezonansın yirmide birine ulaşabilir dalga boyu. Aynı zamanda, optik rezonatör tek boyutlu bir fotonik kristal üzerinde biriktirilir ve rezonatörün Tamm plazmonu ile birleşmesi ve onun yıkıcı girişimi nedeniyle optik iletişim bandında yeni bir elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık etkisi gözlemlenir. . Bu etkinin spektral tepkisi optik rezonatörün kalınlığına bağlıdır ve ortamın kırılma indeksindeki değişime karşı dayanıklıdır. Bu çalışma, ultra ince optik boşluğun, topolojik yalıtkan malzeme spektrum düzenlemesinin ve optoelektronik cihazların gerçekleştirilmesi için yeni bir yol açıyor.
Şekil 2'de gösterildiği gibi. Şekil 1a ve 1b'de, optik rezonatör esas olarak bizmut tellür topolojik yalıtkan ve gümüş nanofilmlerden oluşur. Magnetron püskürtmeyle hazırlanan bizmut tellür nanofilmleri geniş alana ve iyi düzlüğe sahiptir. Bizmut tellür ve gümüş filmlerin kalınlığı sırasıyla 42 nm ve 30 nm olduğunda, optik boşluk 1100 ~ 1800 nm bandında güçlü rezonans emilimi sergiler (Şekil 1c). Araştırmacılar bu optik boşluğu Ta2O5 (182 nm) ve SiO2 (260 nm) katmanlarının (Şekil 1e) alternatif yığınlarından oluşan bir fotonik kristal üzerine entegre ettiğinde, orijinal rezonans soğurma zirvesinin yakınında ayrı bir soğurma vadisi (Şekil 1f) ortaya çıktı (~ 1550 nm), atomik sistemler tarafından üretilen elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık etkisine benzer.

Bizmut tellür malzemesi transmisyon elektron mikroskobu ve elipsometri ile karakterize edildi. İNCİR. Şekil 2a-2c, bizmut tellür nanofilmlerinin transmisyon elektron mikrograflarını (yüksek çözünürlüklü görüntüler) ve seçilmiş elektron kırınım modellerini göstermektedir. Hazırlanan bizmut tellür nanofilmlerinin çok kristalli malzemeler olduğu ve ana büyüme yöneliminin (015) kristal düzlemi olduğu şekilden görülebilmektedir. Şekil 2d-2f, elipsometre ile ölçülen bizmut tellürürün karmaşık kırılma indeksini ve uygun yüzey durumunu ve durum kompleksi kırılma indeksini göstermektedir. Sonuçlar, yüzey durumunun sönme katsayısının, metal benzeri özellikler gösteren 230~1930 nm aralığında kırılma indeksinden daha büyük olduğunu göstermektedir. Dalga boyu 1385 nm'den büyük olduğunda vücudun kırılma indisi 6'dan fazladır; bu, bu banttaki silikon, germanyum ve diğer geleneksel yüksek kırılma indisine sahip malzemelerden çok daha yüksektir ve bu da ultra'nın hazırlanmasına temel oluşturur. -ince optik rezonatörler. Araştırmacılar bunun, optik iletişim bandında yalnızca onlarca nanometre kalınlığa sahip bir topolojik yalıtkan düzlemsel optik boşluğun rapor edilen ilk gerçekleştirilmesi olduğuna dikkat çekiyor. Daha sonra, ultra-ince optik boşluğun absorpsiyon spektrumu ve rezonans dalga boyu, bizmut tellür kalınlığı ile ölçülmüştür. Son olarak bizmut tellür nano boşluk/fotonik kristal yapılarında gümüş film kalınlığının elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık spektrumları üzerindeki etkisi araştırılmıştır.

Bizmut tellür topolojik yalıtkanların geniş alanlı düz ince filmlerini hazırlayarak ve yakın kızılötesi bantta Bizmut tellür malzemelerinin ultra yüksek kırılma indeksinden yararlanarak, yalnızca onlarca nanometre kalınlığa sahip düzlemsel bir optik boşluk elde edilir. Ultra ince optik boşluk, yakın kızılötesi bantta verimli rezonans ışık emilimini gerçekleştirebilir ve optik iletişim bandında optoelektronik cihazların geliştirilmesinde önemli uygulama değerine sahiptir. Bizmut tellür optik boşluğunun kalınlığı rezonans dalga boyuna göre doğrusaldır ve benzer silikon ve germanyum optik boşluğunun kalınlığından daha küçüktür. Aynı zamanda, bizmut tellür optik boşluğu, atomik sistemin elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflığına benzer anormal optik etkiyi elde etmek için fotonik kristal ile entegre edilmiştir; bu, mikro yapının spektrum düzenlemesi için yeni bir yöntem sağlar. Bu çalışma, ışık düzenlemesi ve optik fonksiyonel cihazlarda topolojik yalıtkan malzemelerin araştırılmasının desteklenmesinde belirli bir rol oynamaktadır.