Pita komunikasi optik, résonator optik ultra-ipis

Pita komunikasi optik, résonator optik ultra-ipis
Resonator optik tiasa ngalokalkeun panjang gelombang khusus gelombang cahaya dina rohangan anu terbatas, sareng gaduh aplikasi penting dina interaksi materi cahaya,komunikasi optik, sensing optik, jeung integrasi optik. Ukuran resonator utamana gumantung kana ciri bahan jeung panjang gelombang operasi, contona, resonator silikon beroperasi dina band infra red deukeut biasana merlukeun struktur optik ratusan nanométer ka luhur. Dina taun-taun ayeuna, résonator optik planar ultra-ipis parantos narik perhatian kusabab aplikasi poténsialna dina warna struktural, pencitraan holografik, pangaturan médan cahaya sareng alat optoeléktronik. Kumaha carana ngurangan ketebalan resonator planar mangrupa salah sahiji masalah hese disanghareupan ku peneliti.
Béda tina bahan semikonduktor tradisional, insulator topologis 3D (sapertos bismut telluride, antimony telluride, bismut selenide, jsb.) mangrupikeun bahan inpormasi énggal kalayan kaayaan permukaan logam anu dilindungi topologis sareng nagara insulator. Kaayaan permukaan ditangtayungan ku simétri inversion waktu, sarta éléktron na teu sumebar ku pangotor non-magnét, nu boga prospek aplikasi penting dina komputasi kuantum low-daya sarta alat spintronic. Dina waktu nu sarua, bahan insulator topological ogé némbongkeun sipat optik alus teuing, kayaning indéks réfraktif tinggi, nonlinier badag.optikkoefisien, rentang spéktrum kerja lega, tunability, integrasi gampang, jsb, nu nyadiakeun platform anyar pikeun realisasi régulasi cahaya jeungalat optoeléktronik.
Hiji tim peneliti di Cina geus diusulkeun metoda pikeun fabrikasi resonator optik ultra-ipis ku ngagunakeun wewengkon badag tumuwuh bismut telluride topological insulator nanofilms. Rongga optik nembongkeun ciri nyerep résonansi atra dina pita infra red deukeut. Bismut telluride boga indéks réfraktif pisan luhur leuwih ti 6 dina pita komunikasi optik (leuwih luhur ti indéks réfraktif bahan indéks réfraktif tinggi tradisional kayaning silikon jeung germanium), ku kituna ketebalan rongga optik bisa ngahontal hiji-dua puluh résonansi. panjang gelombang. Dina waktos anu sami, résonator optik disimpen dina kristal fotonik hiji diménsi, sareng pangaruh transparansi anu didorong sacara éléktromagnétik novel dititénan dina pita komunikasi optik, anu disababkeun ku gandeng resonator sareng plasmon Tamm sareng gangguan anu ngancurkeun. . Réspon spéktral éfék ieu gumantung kana ketebalan résonator optik sarta kuat pikeun parobahan indéks réfraktif ambient. Karya ieu muka cara anyar pikeun ngawujudkeun rongga optik ultrathin, régulasi spéktrum bahan insulator topologis sareng alat optoeléktronik.
Ditémbongkeun saperti dina Gbr. 1a jeung 1b, résonator optik utamana diwangun ku insulator topologi bismut telluride jeung nanofilm pérak. The bismut telluride nanofilms disiapkeun ku magnetron sputtering boga aréa badag sarta flatness alus. Nalika ketebalan film bismut telluride sareng pérak masing-masing 42 nm sareng 30 nm, rongga optik nunjukkeun nyerep résonansi anu kuat dina pita 1100 ~ 1800 nm (Gambar 1c). Nalika peneliti ngahijikeun rongga optik ieu kana kristal fotonik anu didamel tina tumpukan bolak-balik lapisan Ta2O5 (182 nm) sareng SiO2 (260 nm) (Gambar 1e), lebak nyerep anu béda (Gambar 1f) muncul caket puncak nyerep résonansi asli (~ 1550 nm), nu sarupa jeung éfék transparansi éléktromagnétik ngainduksi dihasilkeun ku sistem atom.

Bahan telluride bismut dicirikeun ku transmisi mikroskop éléktron sareng ellipsometry. BUAH ARA. 2a-2c nembongkeun transmisi mikrograf éléktron (gambar resolusi luhur) jeung dipilih pola difraksi éléktron nanofilms telluride bismut. Ieu bisa ditempo ti inohong anu nanofilms telluride bismut disusun mangrupakeun bahan polycrystalline, sarta orientasi tumuwuhna utama nyaéta (015) pesawat kristal. Gambar 2d-2f nembongkeun indéks réfraktif kompléks telluride bismut diukur ku ellipsometer jeung kaayaan beungeut dipasang sarta indéks réfraktif kaayaan kompléks. Hasilna nunjukkeun yén koefisien kapunahan kaayaan permukaan langkung ageung tibatan indéks réfraktif dina kisaran 230 ~ 1930 nm, nunjukkeun ciri sapertos logam. Indéks réfraktif awak langkung ti 6 nalika panjang gelombang langkung ageung tibatan 1385 nm, anu langkung luhur tibatan silikon, germanium sareng bahan indéks réfraktif tradisional sanés dina pita ieu, anu nempatkeun pondasi pikeun persiapan ultra -resonators optik ipis. Para panalungtik nunjuk kaluar yén ieu téh realisasi munggaran dilaporkeun ngeunaan hiji insulator topological rongga optik planar kalayan ketebalan ukur puluhan nanométer dina pita komunikasi optik. Salajengna, spéktrum nyerep sareng panjang gelombang résonansi tina rongga optik ultra-ipis diukur kalayan ketebalan telluride bismut. Tungtungna, pangaruh ketebalan pilem pérak dina spéktra transparansi ngainduksi éléktromagnétik dina struktur kristal nanocavity/photonic telluride bismut ditalungtik.

Ku Nyiapkeun wewengkon badag film ipis datar tina insulators topological bismut telluride, sarta ngamangpaatkeun indéks réfraktif ultra-tinggi bahan telluride Bismuth di deukeut band infra red, rongga optik planar kalawan ketebalan ukur puluhan nanométer diala. Rongga optik ultra-ipis bisa ngawujudkeun nyerep lampu resonant efisien dina band infra red deukeut, sarta ngabogaan nilai aplikasi penting dina ngembangkeun alat optoelectronic dina pita komunikasi optik. Ketebalan rongga optik bismut telluride linier jeung panjang gelombang résonansi, sarta leuwih leutik batan rongga optik silikon jeung germanium nu sarupa. Dina waktu nu sarua, bismut telluride Rongga optik ieu terpadu kalayan kristal photonic pikeun ngahontal éfék optik anomali sarupa jeung transparansi electromagnetically ngainduksi tina sistem atom, nu nyadiakeun metoda anyar pikeun pangaturan spéktrum microstructure. Ulikan ieu maénkeun peran anu tangtu dina promosi panalungtikan bahan insulator topologis dina pangaturan cahaya sareng alat fungsional optik.