Pita komunikasi optik, resonator optik ultra-ipis

Pita komunikasi optik, resonator optik ultra-ipis
Resonator optik tiasa melokalisasi panjang gelombang cahaya anu khusus dina rohangan anu terbatas, sareng gaduh aplikasi penting dina interaksi cahaya-materi,komunikasi optik, panginderaan optik, sareng integrasi optik. Ukuran resonator utamina gumantung kana karakteristik bahan sareng panjang gelombang operasi, contona, resonator silikon anu beroperasi dina pita infra red caket biasana meryogikeun struktur optik ratusan nanometer sareng langkung. Dina sababaraha taun ka pengker, resonator optik planar ultra-ipis parantos narik seueur perhatian kusabab aplikasi poténsialna dina warna struktural, pencitraan holografik, pangaturan médan cahaya sareng alat optoelektronik. Kumaha ngirangan ketebalan resonator planar mangrupikeun salah sahiji masalah anu sesah anu disanghareupan ku para panaliti.
Béda ti bahan semikonduktor tradisional, insulator topologis 3D (sapertos bismuth telluride, antimon telluride, bismuth selenide, jsb.) nyaéta bahan informasi anyar kalayan kaayaan permukaan logam anu dijaga sacara topologis sareng kaayaan insulator. Kaayaan permukaan dijaga ku simétri inversi waktos, sareng éléktronna henteu sumebar ku pangotor non-magnét, anu gaduh prospek aplikasi anu penting dina komputasi kuantum daya rendah sareng alat spintronik. Dina waktos anu sami, bahan insulator topologis ogé nunjukkeun sipat optik anu saé, sapertos indéks bias anu luhur, nonlinier anu ageungoptikkoefisien, rentang spéktrum kerja anu lega, tunabilitas, integrasi anu gampang, jsb., anu nyayogikeun platform énggal pikeun ngawujudkeun pangaturan cahaya sarengalat optoelektronik.
Hiji tim panalungtikan di Cina parantos ngusulkeun hiji metode pikeun ngadamel resonator optik ultra-ipis ku cara ngagunakeun nanofilm insulator topologis bismuth telluride anu tumuwuh di daérah anu lega. Rongga optik nunjukkeun karakteristik panyerepan résonansi anu jelas dina pita infra red caket. Bismuth telluride ngagaduhan indéks bias anu luhur pisan langkung ti 6 dina pita komunikasi optik (langkung luhur tibatan indéks bias bahan indéks bias tinggi tradisional sapertos silikon sareng germanium), supados ketebalan rongga optik tiasa ngahontal saperdua puluh panjang gelombang résonansi. Dina waktos anu sami, resonator optik disimpen dina kristal fotonik hiji diménsi, sareng pangaruh transparansi anu diinduksi sacara éléktromagnétik anyar dititénan dina pita komunikasi optik, anu disababkeun ku gandengan resonator sareng plasmon Tamm sareng gangguan anu ngancurkeun. Réspon spéktral tina pangaruh ieu gumantung kana ketebalan resonator optik sareng kuat kana parobahan indéks bias ambient. Karya ieu muka cara anyar pikeun ngawujudkeun rongga optik ultra-ipis, pangaturan spéktrum bahan insulator topologi sareng alat optoéléktronik.
Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 1a sareng 1b, resonator optik utamina diwangun ku insulator topologi bismut telluride sareng nanofilm pérak. Nanofilm bismut telluride anu disiapkeun ku magnetron sputtering gaduh daérah anu lega sareng kerataan anu saé. Nalika ketebalan bismut telluride sareng pilem pérak masing-masing 42 nm sareng 30 nm, rongga optik nunjukkeun panyerepan résonansi anu kuat dina pita 1100 ~ 1800 nm (Gambar 1c). Nalika para panaliti ngahijikeun rongga optik ieu kana kristal fotonik anu didamel tina tumpukan lapisan Ta2O5 (182 nm) sareng SiO2 (260 nm) anu silih genti (Gambar 1e), lebak panyerepan anu béda (Gambar 1f) muncul caket puncak panyerepan résonansi asli (~ 1550 nm), anu sami sareng pangaruh transparansi anu diinduksi sacara éléktromagnétik anu dihasilkeun ku sistem atom.

Bahan bismut telluride dicirikeun ku mikroskop éléktron transmisi sareng ellipsometry. Gambar 2a-2c nunjukkeun mikrograf éléktron transmisi (gambar résolusi luhur) sareng pola difraksi éléktron anu dipilih tina nanofilm bismut telluride. Tiasa katingali tina gambar yén nanofilm bismut telluride anu disiapkeun mangrupikeun bahan polikristalin, sareng orientasi kamekaran utama nyaéta bidang kristal (015). Gambar 2d-2f nunjukkeun indéks bias kompléks bismut telluride anu diukur ku ellipsometry sareng kaayaan permukaan anu dipasang sareng indéks bias kompléks kaayaan. Hasilna nunjukkeun yén koéfisién pamusnahan kaayaan permukaan langkung ageung tibatan indéks bias dina kisaran 230 ~ 1930 nm, nunjukkeun karakteristik sapertos logam. Indéks bias awakna langkung ti 6 nalika panjang gelombang langkung ageung tibatan 1385 nm, anu langkung luhur tibatan silikon, germanium sareng bahan indéks bias tinggi tradisional anu sanés dina pita ieu, anu ngabentuk dasar pikeun persiapan resonator optik ultra-ipis. Para panaliti nunjukkeun yén ieu mangrupikeun réalisasi munggaran anu dilaporkeun ngeunaan rongga optik planar insulator topologis kalayan ketebalan ngan ukur puluhan nanometer dina pita komunikasi optik. Salajengna, spéktrum panyerepan sareng panjang gelombang résonansi tina rongga optik ultra-ipis diukur ku ketebalan bismut telluride. Pamungkas, pangaruh ketebalan pilem pérak kana spéktrum transparansi anu diinduksi sacara éléktromagnétik dina struktur nanokavitas/kristal fotonik bismut telluride ditalungtik.

Ku cara nyiapkeun pilem ipis datar anu lega tina insulator topologi bismut telluride, sareng ngamangpaatkeun indéks bias ultra-luhur tina bahan bismut telluride dina pita infra red caket, rongga optik planar kalayan ketebalan ngan puluhan nanometer diala. Rongga optik ultra-ipis ieu tiasa ngawujudkeun panyerepan cahaya résonansi anu efisien dina pita infra red caket, sareng gaduh nilai aplikasi anu penting dina pamekaran alat optoéléktronik dina pita komunikasi optik. Ketebalan rongga optik bismut telluride linier kana panjang gelombang résonansi, sareng langkung alit tibatan rongga optik silikon sareng germanium anu sami. Dina waktos anu sami, rongga optik bismut telluride diintegrasikeun sareng kristal fotonik pikeun ngahontal pangaruh optik anomali anu sami sareng transparansi anu diinduksi sacara éléktromagnétik tina sistem atom, anu nyayogikeun metode énggal pikeun pangaturan spéktrum mikrostruktur. Panilitian ieu maénkeun peran anu tangtu dina ngamajukeun panilitian bahan insulator topologi dina pangaturan cahaya sareng alat fungsional optik.