Banda de comunicació òptica, ressonador òptic ultra prim

Banda de comunicació òptica, ressonador òptic ultra prim
Els ressonadors òptics poden localitzar longituds d'ona específiques d'ones de llum en un espai limitat i tenen aplicacions importants en la interacció llum-matèria,comunicació òptica, detecció òptica i integració òptica. La mida del ressonador depèn principalment de les característiques del material i de la longitud d'ona de funcionament, per exemple, els ressonadors de silici que operen a la banda d'infrarojos propers solen requerir estructures òptiques de centenars de nanòmetres i superiors. En els darrers anys, els ressonadors òptics planars ultra prims han cridat molta atenció a causa de les seves aplicacions potencials en color estructural, imatges hologràfiques, regulació del camp de llum i dispositius optoelectrònics. Com reduir el gruix dels ressonadors planars és un dels problemes difícils als quals s'enfronten els investigadors.
A diferència dels materials semiconductors tradicionals, els aïllants topològics 3D (com el telurur de bismut, el telurur d'antimoni, el seleniur de bismut, etc.) són nous materials d'informació amb estats de superfície metàl·lica i estats aïllants topològicament protegits. L'estat superficial està protegit per la simetria de la inversió del temps, i els seus electrons no estan dispersos per impureses no magnètiques, la qual cosa té perspectives d'aplicació importants en la computació quàntica de baixa potència i en els dispositius espintrònics. Al mateix temps, els materials aïllants topològics també mostren excel·lents propietats òptiques, com ara un alt índex de refracció, grans no lineals.òpticacoeficient, ampli rang d'espectre de treball, sintonització, fàcil integració, etc., que proporciona una nova plataforma per a la realització de la regulació de la llum idispositius optoelectrònics.
Un equip d'investigació a la Xina ha proposat un mètode per a la fabricació de ressonadors òptics ultra prims mitjançant nanofilms aïllants topològics de telurur de bismut que creixen una gran àrea. La cavitat òptica mostra característiques òbvies d'absorció de ressonància en la banda infraroja propera. El telurur de bismut té un índex de refracció molt alt de més de 6 a la banda de comunicació òptica (superior a l'índex de refracció dels materials tradicionals d'índex de refracció elevat com el silici i el germani), de manera que el gruix de la cavitat òptica pot arribar a la vintena part de la ressonància. longitud d'ona. Al mateix temps, el ressonador òptic es diposita sobre un cristall fotònic unidimensional i s'observa un nou efecte de transparència induït electromagnèticament a la banda de comunicació òptica, que es deu a l'acoblament del ressonador amb el plasmó Tamm i la seva interferència destructiva. . La resposta espectral d'aquest efecte depèn del gruix del ressonador òptic i és robusta al canvi de l'índex de refracció ambiental. Aquest treball obre una nova via per a la realització de cavitat òptica ultrafina, regulació de l'espectre de material aïllant topològic i dispositius optoelectrònics.
Com es mostra a la FIG. 1a i 1b, el ressonador òptic es compon principalment d'un aïllant topològic de telurur de bismut i nanofilms de plata. Els nanofilms de telurur de bismut preparats per polverització de magnetró tenen una gran superfície i una bona planitud. Quan el gruix de les pel·lícules de telurur de bismut i plata és de 42 nm i 30 nm, respectivament, la cavitat òptica presenta una forta absorció de ressonància a la banda de 1100 ~ 1800 nm (figura 1c). Quan els investigadors van integrar aquesta cavitat òptica en un cristall fotònic format per piles alternes de capes de Ta2O5 (182 nm) i SiO2 (260 nm) (figura 1e), va aparèixer una vall d'absorció diferent (figura 1f) a prop del pic d'absorció de ressonància original (~ 1550 nm), que és similar a l'efecte de transparència induït electromagnèticament produït pels sistemes atòmics.

El material de telurur de bismut es va caracteritzar per microscòpia electrònica de transmissió i ellipsometria. FIG. Les figures 2a-2c mostren micrografies d'electrons de transmissió (imatges d'alta resolució) i patrons de difracció d'electrons seleccionats de nanofilms de telurur de bismut. A la figura es pot veure que els nanofilms de telurur de bismut preparats són materials policristalins i l'orientació principal de creixement és el pla cristal·lí (015). La figura 2d-2f mostra l'índex de refracció complex del telurur de bismut mesurat per el·lipsòmetre i l'estat de la superfície ajustada i l'índex de refracció complex d'estat. Els resultats mostren que el coeficient d'extinció de l'estat superficial és superior a l'índex de refracció en el rang de 230 ~ 1930 nm, mostrant característiques semblants al metall. L'índex de refracció del cos és superior a 6 quan la longitud d'ona és superior a 1385 nm, que és molt superior a la del silici, el germani i altres materials tradicionals d'índex de refracció alt en aquesta banda, que posa les bases per a la preparació d'ultra -ressonadors òptics prims. Els investigadors assenyalen que aquesta és la primera realització informada d'una cavitat òptica plana aïllant topològic amb un gruix de només desenes de nanòmetres a la banda de comunicació òptica. Posteriorment, es van mesurar l'espectre d'absorció i la longitud d'ona de ressonància de la cavitat òptica ultrafina amb el gruix del telurur de bismut. Finalment, s'investiga l'efecte del gruix de la pel·lícula de plata sobre els espectres de transparència induïts electromagnèticament en les estructures de nanocavitat/cristall fotònic de telurur de bismut.

Preparant pel·lícules primes planes de gran àrea d'aïllants topològics de telurur de bismut i aprofitant l'índex de refracció ultra alt dels materials de telurur de bismut en banda d'infrarojos propers, s'obté una cavitat òptica plana amb un gruix de només desenes de nanòmetres. La cavitat òptica ultrafina pot aconseguir una absorció eficient de llum ressonant a la banda d'infrarojos propers i té un valor d'aplicació important en el desenvolupament de dispositius optoelectrònics a la banda de comunicació òptica. El gruix de la cavitat òptica del telurur de bismut és lineal a la longitud d'ona ressonant i és més petit que el de la cavitat òptica de silici i germani similar. Al mateix temps, la cavitat òptica del telurur de bismut s'integra amb el cristall fotònic per aconseguir l'efecte òptic anòmal similar a la transparència induïda electromagnèticament del sistema atòmic, que proporciona un nou mètode per a la regulació de l'espectre de la microestructura. Aquest estudi té un cert paper en la promoció de la investigació de materials aïllants topològics en la regulació de la llum i els dispositius òptics funcionals.