Band komunikasi optik, resonator optik ultra-tipis

Band komunikasi optik, resonator optik ultra-tipis
Resonator optik dapat melokalisasi panjang gelombang spesifik gelombang cahaya di ruang terbatas, dan memiliki aplikasi penting dalam interaksi materi cahaya,komunikasi optik, penginderaan optik, dan integrasi optik. Ukuran resonator terutama tergantung pada karakteristik material dan panjang gelombang operasi, misalnya, resonator silikon yang beroperasi di pita inframerah dekat biasanya membutuhkan struktur optik ratusan nanometer dan di atasnya. Dalam beberapa tahun terakhir, resonator optik planar yang sangat tipis telah menarik banyak perhatian karena aplikasi potensial mereka dalam warna struktural, pencitraan holografik, regulasi lapangan cahaya dan perangkat optoelektronik. Bagaimana mengurangi ketebalan resonator planar adalah salah satu masalah sulit yang dihadapi oleh para peneliti.
Berbeda dari bahan semikonduktor tradisional, isolator topologi 3D (seperti bismuth telluride, antimon telluride, bismuth selenide, dll.) Adalah bahan informasi baru dengan keadaan permukaan logam yang dilindungi secara topologis dan keadaan isolator. Keadaan permukaan dilindungi oleh simetri inversi waktu, dan elektronnya tidak tersebar oleh pengotor non-magnetik, yang memiliki prospek aplikasi penting dalam komputasi kuantum berdaya rendah dan perangkat spintonik. Pada saat yang sama, bahan isolator topologi juga menunjukkan sifat optik yang sangat baik, seperti indeks bias tinggi, nonlinier besaroptikkoefisien, rentang spektrum kerja lebar, tunabilitas, integrasi mudah, dll., Yang menyediakan platform baru untuk realisasi regulasi cahaya danperangkat optoelektronik.
Sebuah tim peneliti di Tiongkok telah mengusulkan metode untuk pembuatan resonator optik ultra-tipis dengan menggunakan nanofilm isulator topologi Telururide yang menanam area besar. Rongga optik menunjukkan karakteristik penyerapan resonansi yang jelas dalam pita inframerah dekat. Bismuth Telluride memiliki indeks bias yang sangat tinggi lebih dari 6 di pita komunikasi optik (lebih tinggi dari indeks bias bahan indeks bias tradisional tinggi seperti silikon dan germanium), sehingga ketebalan rongga optik dapat mencapai satu ketenangan dari panjang gelombang resonansi. Pada saat yang sama, resonator optik diendapkan pada kristal fotonik satu dimensi, dan efek transparansi yang diinduksi secara elektromagnetik secara elektromagnetik diamati pada pita komunikasi optik, yang disebabkan oleh penggabungan resonator dengan TAMM plasmon dan interferensi destruktifnya. Respons spektral dari efek ini tergantung pada ketebalan resonator optik dan kuat untuk perubahan indeks bias sekitar. Karya ini membuka cara baru untuk realisasi rongga optik ultrathin, regulasi spektrum bahan isolator topologi dan perangkat optoelektronik.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1a dan 1b, resonator optik terutama terdiri dari isolator topologi Telluride Bismuth dan nanofilm perak. Nanofilm Telluride Bismuth yang disiapkan dengan sputtering magnetron memiliki area yang luas dan kerataan yang baik. Ketika ketebalan bismuth telluride dan film perak masing -masing adalah 42 nm dan 30 nm, rongga optik menunjukkan penyerapan resonansi yang kuat dalam pita 1100 ~ 1800 nm (Gambar 1C). Ketika para peneliti mengintegrasikan rongga optik ini ke kristal fotonik yang terbuat dari tumpukan bergantian lapisan TA2O5 (182 nm) dan SiO2 (260 nm) (Gambar 1E), lembah penyerapan yang berbeda (Gambar 1F) muncul di dekat puncak penyerapan resonansi yang diinduksi (~ 1550 nM), yang mirip dengan elektrparopsi yang diinduksi secara elektrparasi (~ 1550 nm), yang mirip dengan elektrparopsi yang diinduksi secara elektrparopisi (~ 1550 nM), yang mirip dengan elektrparopsi yang diinduksi secara elektrparopom (~ 1550 nm) secara elektrparopik (~ 1550 nm) mirip dengan elektrpareporikal (~ 1550 nm) yang mirip elektrparopik (~ 1550 nm)

Bahan Telluride Bismuth ditandai dengan transmisi mikroskop elektron dan ellipsometry. ARA. 2A-2C menunjukkan mikrograf elektron transmisi (gambar resolusi tinggi) dan pola difraksi elektron yang dipilih dari nanofilm bismuth telluride. Dapat dilihat dari gambar bahwa nanofilm Telluride Bismuth yang disiapkan adalah bahan polikristalin, dan orientasi pertumbuhan utama adalah (015) bidang kristal. Gambar 2D-2F menunjukkan indeks bias kompleks bismuth telluride yang diukur dengan ellipsometer dan keadaan permukaan yang dipasang dan indeks bias negara yang kompleks. Hasilnya menunjukkan bahwa koefisien kepunahan dari keadaan permukaan lebih besar dari indeks bias dalam kisaran 230 ~ 1930 nm, menunjukkan karakteristik seperti logam. Indeks bias tubuh lebih dari 6 ketika panjang gelombang lebih besar dari 1385 nm, yang jauh lebih tinggi daripada silikon, germanium dan bahan indeks tradisional tinggi lainnya dalam pita ini, yang meletakkan dasar untuk persiapan resonator optik ultra-tipis. Para peneliti menunjukkan bahwa ini adalah realisasi pertama yang dilaporkan dari rongga optik planar isolator topologi dengan ketebalan hanya puluhan nanometer di pita komunikasi optik. Selanjutnya, spektrum penyerapan dan panjang gelombang resonansi dari rongga optik ultra-tipis diukur dengan ketebalan bismuth telluride. Akhirnya, efek ketebalan film perak pada spektrum transparansi yang diinduksi secara elektromagnetik dalam nanokavitas bismuth nanocavity/kristal fotonik diselidiki

Dengan menyiapkan film-film tipis yang datar dari isolator topologi bismuth Telluride, dan mengambil keuntungan dari indeks bias ultra-tinggi dari bahan Telluride bismuth di dekat pita inframerah, rongga optik planar dengan ketebalan hanya puluhan nanometer yang diperoleh. Rongga optik yang sangat tipis dapat mewujudkan penyerapan cahaya resonansi yang efisien di pita inframerah dekat, dan memiliki nilai aplikasi penting dalam pengembangan perangkat optoelektronik di pita komunikasi optik. Ketebalan rongga optik Telluride bismuth linier terhadap panjang gelombang resonansi, dan lebih kecil dari rongga optik silikon dan germanium yang serupa. Pada saat yang sama, rongga optik bismuth telluride diintegrasikan dengan kristal fotonik untuk mencapai efek optik anomali yang mirip dengan transparansi sistem atom yang diinduksi secara elektromagnetik, yang menyediakan metode baru untuk regulasi spektrum struktur mikro. Studi ini memainkan peran tertentu dalam mempromosikan penelitian bahan isolator topologi dalam regulasi cahaya dan perangkat fungsional optik.