Optinen tiedonsiirtokaista, ultraohut optinen resonaattori

Optinen tiedonsiirtokaista, ultraohut optinen resonaattori
Optiset resonaattorit voivat lokalisoida tiettyjä valoaaltojen aallonpituuksia rajoitettuun tilaan, ja niillä on tärkeitä sovelluksia valon ja aineen vuorovaikutuksessa,optinen viestintä, optinen tunnistus ja optinen integrointi. Resonaattorin koko riippuu pääasiassa materiaalin ominaisuuksista ja toiminta-aallonpituudesta, esimerkiksi lähi-infrapunakaistalla toimivat piiresonaattorit vaativat yleensä satojen nanometrien ja sitä suurempia optisia rakenteita. Viime vuosina ultraohuet tasomaiset optiset resonaattorit ovat herättäneet paljon huomiota niiden mahdollisten sovellusten vuoksi rakenneväreissä, holografisessa kuvantamisessa, valokentän säätelyssä ja optoelektronisissa laitteissa. Tasomaisten resonaattorien paksuuden pienentäminen on yksi tutkijoiden vaikeista ongelmista.
Perinteisistä puolijohdemateriaaleista poiketen 3D-topologiset eristeet (kuten vismuttitelluridi, antimonitelluridi, vismuttiselenidi jne.) ovat uusia informaatiomateriaaleja, joilla on topologisesti suojatut metallipinnan tilat ja eristetilat. Pintatilaa suojaa ajan inversion symmetria, eivätkä sen elektronit sirota ei-magneettisilla epäpuhtauksilla, millä on tärkeitä sovellusmahdollisuuksia pienitehoisissa kvanttilaskennassa ja spintroniisissa laitteissa. Samaan aikaan topologisilla eristemateriaalilla on myös erinomaiset optiset ominaisuudet, kuten korkea taitekerroin, suuri epälineaarinenoptinenkerroin, laaja työspektrialue, viritettävyys, helppo integrointi jne., joka tarjoaa uuden alustan valon säätelyn jaoptoelektroniset laitteet.
Kiinalainen tutkimusryhmä on ehdottanut menetelmää ultraohuiden optisten resonaattoreiden valmistamiseksi käyttämällä laajalla alueella kasvavia vismuttitelluriditopologisia eristeen nanofilmejä. Optisessa ontelossa on ilmeiset resonanssiabsorptio-ominaisuudet lähi-infrapunakaistalla. Vismuttitelluridilla on erittäin korkea taitekerroin, yli 6 optisella tiedonsiirtokaistalla (korkeampi kuin perinteisten korkean taitekertoimen materiaalien, kuten piin ja germaniumin taitekerroin), joten optisen ontelon paksuus voi saavuttaa yhden kahdeskymmenesosan resonanssista aallonpituus. Samalla optinen resonaattori kerrostuu yksiulotteiselle fotonikiteelle ja optisella viestintäkaistalla havaitaan uusi sähkömagneettisesti indusoitunut läpinäkyvyysvaikutus, joka johtuu resonaattorin kytkennästä Tammi-plasmoniin ja sen tuhoavasta häiriöstä. . Tämän vaikutuksen spektrivaste riippuu optisen resonaattorin paksuudesta ja on kestävä ympäristön taitekertoimen muutokselle. Tämä työ avaa uuden tien ultraohuiden optisten onteloiden, topologisen eristemateriaalin spektrin säätelyn ja optoelektronisten laitteiden toteuttamiseen.
Kuten kuviossa 1 on esitetty. Kuvissa 1a ja 1b optinen resonaattori koostuu pääasiassa vismuttitelluriditopologisesta eristeestä ja hopeannofilmeistä. Magnetronisputteroinnilla valmistetuilla vismuttiteluridin nanofilmeillä on suuri pinta-ala ja hyvä tasaisuus. Kun vismuttitelluridikalvon ja hopeakalvon paksuus on 42 nm ja hopeakalvon paksuus 30 nm, optisessa ontelossa on voimakas resonanssiabsorptio 1100-1800 nm:n kaistalla (kuva 1c). Kun tutkijat integroivat tämän optisen ontelon fotonikiteeseen, joka oli valmistettu vuorottelevista Ta2O5 (182 nm) ja SiO2 (260 nm) kerroksista (kuva 1e), selkeä absorptiolaakso (kuva 1f) ilmestyi alkuperäisen resonanssin absorptiohuipun lähelle (~ 1550 nm), mikä on samanlainen kuin tuotettu sähkömagneettisesti indusoitu läpinäkyvyysvaikutus atomijärjestelmien kautta.

Vismuttitelluridimateriaali karakterisoitiin transmissioelektronimikroskoopilla ja ellipsometrialla. KUVA. Kuvissa 2a-2c esitetään transmissioelektronimikroskooppikuvat (korkean resoluution kuvat) ja valitut elektronidiffraktiokuvioita vismuttiteluridin nanofilmeistä. Kuvasta voidaan nähdä, että valmistetut vismuttitelluridin nanofilmit ovat monikiteisiä materiaaleja ja pääkasvuorientaatio on (015) kidetaso. Kuvassa 2d-2f on esitetty ellipsometrillä mitattu vismuttitelluridin kompleksinen taitekerroin sekä sovitetun pinnan tila ja tilan kompleksinen taitekerroin. Tulokset osoittavat, että pintatilan ekstinktiokerroin on suurempi kuin taitekerroin alueella 230-1930 nm, mikä osoittaa metallimaisia ​​ominaisuuksia. Rungon taitekerroin on yli 6, kun aallonpituus on suurempi kuin 1385 nm, mikä on paljon korkeampi kuin piin, germaniumin ja muiden perinteisten korkean taitekerroin omaavien materiaalien tässä vyöhykkeessä, mikä luo perustan ultravalmistelulle. -ohuet optiset resonaattorit. Tutkijat huomauttavat, että tämä on ensimmäinen raportoitu topologisen eristeen tasomaisen optisen ontelon toteutus, jonka paksuus on vain kymmeniä nanometrejä optisella viestintäkaistalla. Tämän jälkeen ultraohuen optisen ontelon absorptiospektri ja resonanssiaallonpituus mitattiin vismuttitelluridin paksuudella. Lopuksi tutkitaan hopeakalvon paksuuden vaikutusta sähkömagneettisesti indusoituihin läpinäkyvyysspektreihin vismuttitelluridin nanoonkaloissa / fotonisissa kiderakenteissa

Valmistamalla laaja-alaisia ​​litteitä ohuita kalvoja vismuttitelluriditopologisista eristeistä ja hyödyntämällä vismuttitelluridimateriaalien ultrakorkeaa taitekerrointa lähi-infrapunakaistalla, saadaan tasomainen optinen onkalo, jonka paksuus on vain kymmeniä nanometrejä. Ultraohut optinen ontelo voi toteuttaa tehokkaan resonanssivalon absorption lähi-infrapunakaistalla, ja sillä on tärkeä sovellusarvo optoelektronisten laitteiden kehittämisessä optisella viestintäkaistalla. Vismuttitelluridin optisen ontelon paksuus on lineaarinen resonanssiaallonpituuteen nähden ja on pienempi kuin vastaavan pii- ja germanium-optisen ontelon paksuus. Samanaikaisesti vismuttitelluridin optinen ontelo on integroitu fotonikiteen kanssa saavuttamaan poikkeava optinen vaikutus, joka on samanlainen kuin atomijärjestelmän sähkömagneettisesti indusoitu läpinäkyvyys, mikä tarjoaa uuden menetelmän mikrorakenteen spektrin säätelyyn. Tällä tutkimuksella on tietty rooli topologisten eristemateriaalien tutkimuksen edistämisessä valonsäätö- ja optisissa toiminnallisissa laitteissa.