Jalur komunikasi optik, resonator optik ultra nipis

Jalur komunikasi optik, resonator optik ultra nipis
Resonator optik boleh menyetempatkan panjang gelombang tertentu gelombang cahaya dalam ruang yang terhad, dan mempunyai aplikasi penting dalam interaksi jirim cahaya,komunikasi optik, penderiaan optik dan penyepaduan optik. Saiz resonator bergantung terutamanya pada ciri bahan dan panjang gelombang operasi, contohnya, resonator silikon yang beroperasi dalam jalur inframerah berhampiran biasanya memerlukan struktur optik ratusan nanometer dan ke atas. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, resonator optik planar ultra-nipis telah menarik banyak perhatian kerana potensi aplikasinya dalam warna struktur, pengimejan holografik, peraturan medan cahaya dan peranti optoelektronik. Bagaimana untuk mengurangkan ketebalan resonator planar adalah salah satu masalah sukar yang dihadapi oleh penyelidik.
Berbeza daripada bahan semikonduktor tradisional, penebat topologi 3D (seperti telluride bismut, telluride antimoni, bismut selenide, dsb.) ialah bahan maklumat baharu dengan keadaan permukaan logam yang dilindungi secara topologi dan keadaan penebat. Keadaan permukaan dilindungi oleh simetri penyongsangan masa, dan elektronnya tidak diserakkan oleh kekotoran bukan magnet, yang mempunyai prospek aplikasi penting dalam pengkomputeran kuantum kuasa rendah dan peranti spintronik. Pada masa yang sama, bahan penebat topologi juga menunjukkan sifat optik yang sangat baik, seperti indeks biasan yang tinggi, bukan linear yang besar.optikpekali, julat spektrum kerja yang luas, kebolehtalakan, penyepaduan mudah, dsb., yang menyediakan platform baharu untuk merealisasikan peraturan cahaya danperanti optoelektronik.
Pasukan penyelidik di China telah mencadangkan satu kaedah untuk fabrikasi resonator optik ultra nipis dengan menggunakan nanofilm penebat topologi bismut telluride kawasan besar yang tumbuh. Rongga optik menunjukkan ciri-ciri penyerapan resonans yang jelas dalam jalur inframerah berhampiran. 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 resonans panjang gelombang. Pada masa yang sama, resonator optik didepositkan pada kristal fotonik satu dimensi, dan kesan ketelusan teraruh elektromagnet novel diperhatikan dalam jalur komunikasi optik, yang disebabkan oleh gandingan resonator dengan plasmon Tamm dan gangguan yang merosakkannya. . Tindak balas spektrum kesan ini bergantung pada ketebalan resonator optik dan teguh kepada perubahan indeks biasan ambien. Kerja ini membuka cara baharu untuk merealisasikan rongga optik ultranipis, peraturan spektrum bahan penebat topologi dan peranti optoelektronik.
Seperti yang ditunjukkan dalam FIG. 1a dan 1b, resonator optik terutamanya terdiri daripada penebat topologi bismut telluride dan nanofilem perak. Nanofilm bismut telluride yang disediakan oleh magnetron sputtering mempunyai kawasan yang besar dan kerataan yang baik. Apabila ketebalan filem telluride bismut dan perak masing-masing ialah 42 nm dan 30 nm, rongga optik mempamerkan penyerapan resonans yang kuat dalam jalur 1100~1800 nm (Rajah 1c). Apabila penyelidik menyepadukan rongga optik ini pada 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 resonans asal (~ 1550 nm), yang serupa dengan kesan ketelusan teraruh elektromagnet yang dihasilkan oleh sistem atom.

Bahan telluride bismut dicirikan oleh mikroskop elektron penghantaran dan elipsometri. Gbr. 2a-2c menunjukkan mikrograf elektron penghantaran (imej beresolusi tinggi) dan corak pembelauan elektron terpilih bagi nanofilm bismut telluride. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa nanofilm bismut telluride yang disediakan adalah bahan polihabluran, dan orientasi pertumbuhan utama ialah satah kristal (015). Rajah 2d-2f menunjukkan indeks biasan kompleks telluride bismut yang diukur dengan ellipsometer dan keadaan permukaan yang dipasang 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 badan 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 ultra -resonator optik nipis. Para penyelidik menunjukkan bahawa ini adalah realisasi pertama yang dilaporkan mengenai rongga optik satah penebat topologi dengan ketebalan hanya berpuluh-puluh nanometer dalam jalur komunikasi optik. Selepas itu, spektrum penyerapan dan panjang gelombang resonans rongga optik ultra-nipis diukur dengan ketebalan telluride bismut. Akhir sekali, kesan ketebalan filem perak pada spektrum ketelusan teraruh elektromagnet dalam struktur kristal nanokaviti telurida bismut/fotonik disiasat.

Dengan menyediakan kawasan besar filem nipis rata penebat topologi bismut telluride, dan mengambil kesempatan daripada indeks biasan ultra tinggi bahan telluride Bismut dalam jalur inframerah berhampiran, rongga optik planar dengan ketebalan hanya berpuluh-puluh nanometer diperolehi. Rongga optik ultra nipis boleh merealisasikan penyerapan cahaya resonan yang cekap dalam jalur inframerah dekat, dan mempunyai nilai aplikasi penting dalam pembangunan peranti optoelektronik dalam jalur komunikasi optik. Ketebalan rongga optik telluride bismut adalah linear dengan 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 yang disebabkan oleh elektromagnet sistem atom, yang menyediakan kaedah baharu untuk pengawalseliaan spektrum mikrostruktur. Kajian ini memainkan peranan tertentu dalam mempromosikan penyelidikan bahan penebat topologi dalam pengawalan cahaya dan peranti berfungsi optik.