Optiskt kommunikationsband, ultratunn optisk resonator

Optiskt kommunikationsband, ultratunn optisk resonator
Optiska resonatorer kan lokalisera specifika våglängder för ljusvågor i ett begränsat utrymme och har viktiga tillämpningar i ljusmaterialinteraktion,optisk kommunikation, optisk avkänning och optisk integration. Storleken på resonatorn beror främst på de materiella egenskaperna och den driftsvåglängden, till exempel, kiselresonatorer som arbetar i det nära infraröda bandet kräver vanligtvis optiska strukturer av hundratals nanometer och högre. Under de senaste åren har ultratunna plana optiska resonatorer väckt mycket uppmärksamhet på grund av deras potentiella tillämpningar i strukturell färg, holografisk avbildning, ljusfältreglering och optoelektroniska enheter. Hur man minskar tjockleken på plana resonatorer är ett av de svåra problemen som forskare står inför.
Till skillnad från traditionella halvledarmaterial är 3D -topologiska isolatorer (såsom Bismuth Telluride, Antimon Telluride, Bismuth Selenide, etc.) nya informationsmaterial med topologiskt skyddade metallytor och isolatorstillstånd. Yttillståndet är skyddat av symmetrin för tidsinversion, och dess elektroner är inte spridda av icke-magnetiska föroreningar, som har viktiga tillämpningsmöjligheter i lågeffektkvantberäkning och spintroniska enheter. Samtidigt visar topologiska isolatormaterial också utmärkta optiska egenskaper, såsom högt brytningsindex, stort olinjäraoptiskKoefficient, brett arbetsspektrumområde, inställbarhet, enkel integration etc., som ger en ny plattform för förverkligandet av lätt reglering ochoptoelektroniska enheter.
Ett forskarteam i Kina har föreslagit en metod för tillverkning av ultratunna optiska resonatorer genom att använda stora områden som växer Bismuth Telluride topologiska isolator nanofilmer. Den optiska kaviteten visar uppenbara resonansabsorptionsegenskaper i nära infraröd band. Bismuth Telluride har ett mycket högt brytningsindex på mer än 6 i det optiska kommunikationsbandet (högre än brytningsindexet för traditionella höga brytningsindexmaterial såsom kisel och germanium), så att den optiska kavitetstjockleken kan nå en tjugonde resonansvåglängden. Samtidigt avsätts den optiska resonatorn på en endimensionell fotonisk kristall, och en ny elektromagnetiskt inducerad transparenseffekt observeras i det optiska kommunikationsbandet, som beror på kopplingen av resonatorn med TAMM-plasmon och dess förstörande störning. Det spektrala svaret för denna effekt beror på tjockleken på den optiska resonatorn och är robust över förändringen av det omgivande brytningsindexet. Detta arbete öppnar upp ett nytt sätt för att förverkliga ultratinoptisk kavitet, topologiskt isolatormaterialspektrumreglering och optoelektroniska enheter.
Som visas i fig. 1A och 1B, den optiska resonatorn består huvudsakligen av en vismut tellurid topologisk isolator och silver nanofilmer. Vismuten telluride nanofilmer framställda av magnetron sputtering har stort område och god planhet. När tjockleken på vismut tellurid- och silverfilmer är 42 nm respektive 30 nm, uppvisar den optiska kaviteten stark resonansabsorption i bandet 1100 ~ 1800 nm (figur 1C). När forskarna integrerade detta optiska kavitet i en fotonisk kristall gjord av växlande staplar av TA2O5 (182 nm) och SiO2 (260 nm) skikt (figur 1E), en distinkt absorptionsdal (figur 1F) verkade nära den ursprungliga resonans absorptionstoppen (~ 1550 nm), vilket liknar den elektromatallektransformade transpatensproduktionen.

Bismutt telluride -materialet kännetecknades av transmissionselektronmikroskopi och ellipsometri. FIKON. 2A-2C visar transmissionselektronmikrografer (högupplösta bilder) och utvalda elektrondiffraktionsmönster för vismut telluride-nanofilmer. Det framgår av figuren att det beredda vismutet tellurid nanofilmer är polykristallina material, och den huvudsakliga tillväxtorienteringen är (015) kristallplan. Figur 2D-2F visar det komplexa brytningsindexet för Bismuth Telluride mätt med ellipsometer och det monterade yttillståndet och tillståndskomplexa brytningsindex. Resultaten visar att utrotningskoefficienten för yttillståndet är större än brytningsindexet i intervallet 230 ~ 1930 nm, vilket visar metallliknande egenskaper. Kroppens brytningsindex är mer än 6 när våglängden är större än 1385 nm, vilket är mycket högre än för kisel, germanium och andra traditionella högrenfractive indexmaterial i detta band, som lägger en grund för beredningen av ultratunna optiska resonatorer. Forskarna påpekar att detta är det första rapporterade förverkligandet av en topologisk isolator plan optisk kavitet med en tjocklek av endast tiotals nanometer i det optiska kommunikationsbandet. Därefter mättes absorptionsspektrumet och resonansvåglängden för den ultratunna optiska kaviteten med tjockleken på vismut tellurid. Slutligen undersöks effekten av silverfilmtjocklek på elektromagnetiskt inducerade transparensspektra i vismut tellurid nanokavitet/fotoniska kristallstrukturer

Genom att förbereda stora tunna filmer av Bismuth Telluride-topologiska isolatorer och dra fördel av det ultrahöga brytningsindexet för Bismuth Telluride-material i nära infraröd band, erhålls en plan optisk kavitet med en tjocklek av endast tiotals nanometer. Det ultratunna optiska hålrummet kan förverkliga effektiv resonansens ljusabsorption i det nära infraröda bandet och har ett viktigt applikationsvärde i utvecklingen av optoelektroniska enheter i det optiska kommunikationsbandet. Tjockleken på den vismut telluridoptiska kaviteten är linjär för resonansvåglängden och är mindre än den för liknande kisel- och germaniumoptisk kavitet. Samtidigt är Bismuth Telluride optisk kavitet integrerad med fotonisk kristall för att uppnå den anomala optiska effekten som liknar den elektromagnetiskt inducerade transparensen i atomsystemet, som ger en ny metod för spektrumreglering av mikrostruktur. Denna studie spelar en viss roll för att främja forskningen av topologiska isolatormaterial i lätt reglering och optiska funktionella enheter.