Optiskā sakaru josla, īpaši plāns optiskais rezonators

Optiskā sakaru josla, īpaši plāns optiskais rezonators
Optiskie rezonatori var lokalizēt noteiktus gaismas viļņu garumus ierobežotā telpā, un tiem ir svarīgi pielietojumi gaismas un vielas mijiedarbībā,optiskā komunikācija, optiskā sensora un optiskā integrācija. Rezonatora izmērs galvenokārt ir atkarīgs no materiāla īpašībām un darbības viļņa garuma, piemēram, silīcija rezonatoriem, kas darbojas tuvajā infrasarkanajā joslā, parasti ir nepieciešamas simtiem nanometru un lielākas optiskās struktūras. Pēdējos gados īpaši plānie planārie optiskie rezonatori ir piesaistījuši lielu uzmanību, pateicoties to potenciālajam pielietojumam strukturālajā krāsā, hologrāfiskajā attēlveidošanā, gaismas lauka regulēšanā un optoelektroniskajās ierīcēs. Plakano rezonatoru biezuma samazināšana ir viena no sarežģītajām problēmām, ar ko saskaras pētnieki.
Atšķirībā no tradicionālajiem pusvadītāju materiāliem 3D topoloģiskie izolatori (piemēram, bismuta telurīds, antimona telurīds, bismuta selenīds u.c.) ir jauni informācijas materiāli ar topoloģiski aizsargātiem metāla virsmas stāvokļiem un izolatora stāvokļiem. Virsmas stāvokli aizsargā laika inversijas simetrija, un tā elektroni nav izkliedēti ar nemagnētiskiem piemaisījumiem, kam ir svarīgas pielietojuma perspektīvas mazjaudas kvantu skaitļošanas un spintroniskās ierīcēs. Tajā pašā laikā topoloģiskajiem izolatora materiāliem ir arī lieliskas optiskās īpašības, piemēram, augsts refrakcijas indekss, liels nelineārs.optiskaiskoeficients, plašs darba spektra diapazons, noskaņojamība, viegla integrācija utt., kas nodrošina jaunu platformu gaismas regulēšanas unoptoelektroniskās ierīces.
Pētnieku grupa Ķīnā ir ierosinājusi metodi īpaši plānu optisko rezonatoru izgatavošanai, izmantojot lielā platībā augošas bismuta telurīda topoloģiskās izolatora nanofilmas. Optiskajam dobumam ir acīmredzamas rezonanses absorbcijas īpašības tuvajā infrasarkanajā joslā. Bismuta telurīdam ir ļoti augsts refrakcijas indekss, kas pārsniedz 6 optiskās komunikācijas joslā (augstāks nekā tradicionālo augstas refrakcijas indeksa materiālu, piemēram, silīcija un germānija) refrakcijas indekss, tāpēc optiskā dobuma biezums var sasniegt vienu divdesmito daļu no rezonanses. viļņa garums. Tajā pašā laikā optiskais rezonators tiek nogulsnēts uz viendimensijas fotoniskā kristāla, un optiskās komunikācijas joslā tiek novērots jauns elektromagnētiski inducēts caurspīdīguma efekts, kas ir saistīts ar rezonatora savienojumu ar Tamma plazmonu un tā destruktīvajiem traucējumiem. . Šī efekta spektrālā reakcija ir atkarīga no optiskā rezonatora biezuma un ir izturīga pret apkārtējā refrakcijas indeksa izmaiņām. Šis darbs paver jaunu ceļu īpaši plānas optiskās dobuma, topoloģiskā izolatora materiāla spektra regulēšanas un optoelektronisko ierīču realizācijai.
Kā parādīts attēlā. 1a un 1b, optiskais rezonators galvenokārt sastāv no bismuta telurīda topoloģiskā izolatora un sudraba nanoplēvēm. Bismuta telurīda nanoplēvēm, kas sagatavotas ar magnetronu izsmidzināšanu, ir liels laukums un labs plakanums. Ja bismuta telurīda un sudraba plēvju biezums ir attiecīgi 42 nm un 30 nm, optiskajā dobumā ir spēcīga rezonanses absorbcija 1100–1800 nm diapazonā (1.c attēls). Kad pētnieki integrēja šo optisko dobumu fotoniskā kristālā, kas izgatavots no mainīgiem Ta2O5 (182 nm) un SiO2 (260 nm) slāņiem (1.e attēls), netālu no sākotnējās rezonanses absorbcijas maksimuma parādījās atšķirīga absorbcijas ieleja (1.f attēls). 1550 nm), kas ir līdzīgs elektromagnētiski inducētajam caurspīdīguma efektam, ko rada atomu sistēmas.

Bismuta telurīda materiālu raksturoja ar transmisijas elektronu mikroskopiju un elipsometriju. Zīm. 2a-2c attēlo transmisijas elektronu mikrogrāfiju (augstas izšķirtspējas attēlus) un izvēlētos bismuta telurīda nanofilmu elektronu difrakcijas modeļus. No attēla var redzēt, ka sagatavotās bismuta telurīda nanoplēves ir polikristāliski materiāli, un galvenā augšanas orientācija ir (015) kristāla plakne. Attēlā 2d-2f parādīts bismuta telurīda kompleksais refrakcijas indekss, ko mēra ar elipsometru, un pielāgotās virsmas stāvoklis un stāvokļa kompleksais refrakcijas indekss. Rezultāti liecina, ka virsmas stāvokļa ekstinkcijas koeficients ir lielāks par refrakcijas indeksu diapazonā no 230 ~ 1930 nm, parādot metālam līdzīgas īpašības. Ķermeņa refrakcijas indekss ir lielāks par 6, ja viļņa garums ir lielāks par 1385 nm, kas ir daudz augstāks nekā silīcija, germānija un citu tradicionālo materiālu ar augstu refrakcijas indeksu šajā joslā, kas ir pamats ultrasagatavošanai. -plāni optiskie rezonatori. Pētnieki norāda, ka šī ir pirmā ziņotā topoloģiskā izolatora plakanā optiskā dobuma realizācija, kuras biezums ir tikai desmitiem nanometru optiskās komunikācijas joslā. Pēc tam īpaši plānā optiskā dobuma absorbcijas spektrs un rezonanses viļņa garums tika mērīts ar bismuta telurīda biezumu. Visbeidzot, tiek pētīta sudraba plēves biezuma ietekme uz elektromagnētiski inducētiem caurspīdīguma spektriem bismuta telurīda nanodobumu / fotonisko kristālu struktūrās

Sagatavojot lielas platības plakanas plānas bismuta telurīda topoloģisko izolatoru plēves un izmantojot bismuta telurīda materiālu īpaši augsto refrakcijas indeksu tuvajā infrasarkanajā joslā, tiek iegūts plakans optiskais dobums, kura biezums ir tikai desmitiem nanometru. Īpaši plāns optiskais dobums var realizēt efektīvu rezonanses gaismas absorbciju tuvajā infrasarkanajā joslā, un tam ir svarīga pielietojuma vērtība optoelektronisko ierīču izstrādē optiskās komunikācijas joslā. Bismuta telurīda optiskā dobuma biezums ir lineārs rezonanses viļņa garumam un ir mazāks nekā līdzīga silīcija un germānija optiskā dobuma biezums. Tajā pašā laikā bismuta telūrīda optiskais dobums ir integrēts ar fotonisko kristālu, lai panāktu anomālu optisko efektu, kas ir līdzīgs atomu sistēmas elektromagnētiski inducētajai caurspīdīgumam, kas nodrošina jaunu metodi mikrostruktūras spektra regulēšanai. Šim pētījumam ir zināma loma topoloģisko izolatoru materiālu izpētes veicināšanā gaismas regulēšanas un optiskās funkcionālās ierīcēs.