Jalur komunikasi optik, resonator optik ultra nipis

Jalur komunikasi optik, resonator optik ultra nipis
Resonator optik boleh menyetempatkan panjang gelombang tertentu bagi gelombang cahaya dalam ruang terhad dan mempunyai aplikasi penting dalam interaksi jirim cahaya.komunikasi optik, penderiaan optik dan integrasi optik. Saiz resonator bergantung terutamanya pada ciri-ciri bahan dan panjang gelombang operasi, contohnya, resonator silikon yang beroperasi dalam jalur inframerah dekat biasanya memerlukan struktur optik beratus-ratus nanometer dan ke atas. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, resonator optik satah ultra nipis telah menarik banyak perhatian kerana potensi aplikasinya dalam warna struktur, pengimejan holografik, pengawalaturan medan cahaya dan peranti optoelektronik. Cara mengurangkan ketebalan resonator satah adalah salah satu masalah sukar yang dihadapi oleh penyelidik.
Berbeza dengan bahan semikonduktor tradisional, penebat topologi 3D (seperti bismut telluride, antimoni telluride, bismut selenide, dll.) adalah bahan maklumat baharu dengan keadaan permukaan logam dan keadaan penebat yang dilindungi secara topologi. Keadaan permukaan dilindungi oleh simetri penyongsangan masa, dan elektronnya tidak berselerak oleh bendasing bukan magnet, yang mempunyai prospek aplikasi penting dalam pengkomputeran kuantum berkuasa rendah dan peranti spintronik. Pada masa yang sama, bahan penebat topologi juga menunjukkan sifat optik yang sangat baik, seperti indeks biasan yang tinggi, tak linear yang besaroptikpekali, julat spektrum kerja yang luas, kebolehtalaan, penyepaduan mudah, dan sebagainya, yang menyediakan platform baharu untuk merealisasikan pengawalaturan cahaya danperanti optoelektronik.
Sebuah pasukan penyelidikan di China telah mencadangkan satu kaedah untuk fabrikasi resonator optik ultra-nipis dengan menggunakan nanofilm penebat topologi bismut telluride yang berkembang luas. Rongga optik menunjukkan ciri-ciri penyerapan resonans yang jelas dalam jalur inframerah dekat. Bismut telluride mempunyai indeks biasan yang sangat tinggi iaitu lebih daripada 6 dalam jalur komunikasi optik (lebih tinggi daripada indeks biasan bahan indeks biasan tinggi tradisional seperti silikon dan germanium), supaya ketebalan rongga optik boleh mencapai satu perdua puluh panjang gelombang resonans. Pada masa yang sama, resonator optik dimendapkan pada kristal fotonik satu dimensi, dan kesan ketelusan yang disebabkan oleh elektromagnetik yang baharu diperhatikan dalam jalur komunikasi optik, yang disebabkan oleh gandingan resonator dengan plasmon Tamm dan gangguan pemusnahnya. Tindak balas spektrum kesan ini bergantung pada ketebalan resonator optik dan kukuh terhadap perubahan indeks biasan ambien. Kerja ini membuka cara baharu untuk merealisasikan rongga optik ultra-nipis, pengawalaturan spektrum bahan penebat topologi dan peranti optoelektronik.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1a dan 1b, resonator optik terutamanya terdiri daripada penebat topologi bismut telluride dan nanofilem perak. Nanofilem bismut telluride yang disediakan melalui percikan magnetron mempunyai luas dan kerataan yang baik. Apabila ketebalan filem bismut telluride dan perak masing-masing ialah 42 nm dan 30 nm, rongga optik menunjukkan penyerapan resonans yang kuat dalam jalur 1100~1800 nm (Rajah 1c). Apabila penyelidik mengintegrasikan rongga optik ini ke dalam kristal fotonik yang diperbuat daripada susunan berselang-seli lapisan Ta2O5 (182 nm) dan SiO2 (260 nm) (Rajah 1e), lembah penyerapan yang berbeza (Rajah 1f) muncul berhampiran puncak penyerapan resonan asal (~1550 nm), yang serupa dengan kesan ketelusan yang disebabkan oleh elektromagnet yang dihasilkan oleh sistem atom.

Bahan bismut telurida dicirikan oleh mikroskopi elektron penghantaran dan elipsometri. Rajah 2a-2c menunjukkan mikrograf elektron penghantaran (imej resolusi tinggi) dan corak pembelauan elektron terpilih bagi nanofilem bismut telurida. Dapat dilihat daripada rajah bahawa nanofilem bismut telurida yang disediakan adalah bahan polikristalin, dan orientasi pertumbuhan utama ialah satah kristal (015). Rajah 2d-2f menunjukkan indeks biasan kompleks bismut telurida yang diukur oleh elipsometer dan keadaan permukaan yang dipadankan dan indeks biasan kompleks keadaan. Keputusan menunjukkan bahawa pekali kepupusan keadaan permukaan adalah lebih besar daripada indeks biasan dalam julat 230~1930 nm, menunjukkan ciri-ciri seperti logam. Indeks biasan jasad adalah lebih daripada 6 apabila panjang gelombang lebih besar daripada 1385 nm, yang jauh lebih tinggi daripada silikon, germanium dan bahan indeks biasan tinggi tradisional lain dalam jalur ini, yang meletakkan asas untuk penyediaan resonator optik ultra nipis. Para penyelidik menunjukkan bahawa ini merupakan kesedaran pertama yang dilaporkan bagi rongga optik planar penebat topologi dengan ketebalan hanya puluhan nanometer dalam jalur komunikasi optik. Seterusnya, spektrum penyerapan dan panjang gelombang resonans rongga optik ultra nipis diukur dengan ketebalan bismut telluride. Akhir sekali, kesan ketebalan filem perak pada spektrum ketelusan yang teraruh secara elektromagnet dalam struktur nanokaviti/hablur fotonik bismut telluride dikaji.

Dengan menyediakan filem nipis rata yang luas bagi penebat topologi bismut telluride, dan memanfaatkan indeks biasan ultra tinggi bahan bismut telluride dalam jalur inframerah dekat, rongga optik satah dengan ketebalan hanya puluhan nanometer diperoleh. Rongga optik ultra nipis ini dapat merealisasikan penyerapan cahaya resonan yang cekap dalam jalur inframerah dekat, dan mempunyai nilai aplikasi yang penting dalam pembangunan peranti optoelektronik dalam jalur komunikasi optik. Ketebalan rongga optik bismut telluride adalah linear kepada panjang gelombang resonan, dan lebih kecil daripada rongga optik silikon dan germanium yang serupa. Pada masa yang sama, rongga optik bismut telluride disepadukan dengan kristal fotonik untuk mencapai kesan optik anomali yang serupa dengan ketelusan sistem atom yang disebabkan secara elektromagnet, yang menyediakan kaedah baharu untuk pengawalaturan spektrum mikrostruktur. Kajian ini memainkan peranan tertentu dalam mempromosikan penyelidikan bahan penebat topologi dalam pengawalaturan cahaya dan peranti berfungsi optik.