Optyske kommunikaasjeband, ultra-tinne optyske resonator

Optyske kommunikaasjeband, ultra-tinne optyske resonator
Optyske resonators kinne spesifike golflingten fan ljochtweagen lokalisearje yn in beheinde romte, en hawwe wichtige tapassingen yn ljocht-materie-ynteraksje,optyske kommunikaasje, optyske deteksje en optyske yntegraasje. De grutte fan 'e resonator hinget benammen ôf fan 'e materiaaleigenskippen en de wurkgolflingte, bygelyks, silisiumresonators dy't wurkje yn 'e tichtby ynfrareade band fereaskje meastentiids optyske struktueren fan hûnderten nanometers en mear. Yn 'e lêste jierren hawwe ultratinne planêre optyske resonators in soad oandacht lutsen fanwegen har potinsjele tapassingen yn strukturele kleur, holografyske ôfbylding, ljochtfjildregeling en opto-elektronyske apparaten. Hoe't de dikte fan planêre resonators ferminderje kin, is ien fan 'e drege problemen dêr't ûndersikers mei te krijen hawwe.
Oars as tradisjonele healgeleidermaterialen binne 3D topologyske isolatoaren (lykas bismuttelluride, antimoantelluride, bismutselenide, ensfh.) nije ynformaasjematerialen mei topologysk beskerme metaaloerflaktestaten en isolatoarenstaten. De oerflaktetastân wurdt beskerme troch de symmetry fan tiidynverzje, en de elektroanen wurde net ferspraat troch net-magnetyske ûnreinheden, wat wichtige tapassingsperspektiven hat yn kwantumkompjûters mei leech fermogen en spintronyske apparaten. Tagelyk litte topologyske isolatoaren ek poerbêste optyske eigenskippen sjen, lykas in hege brekingsyndeks, grutte net-lineaire ...optyskkoëffisjint, breed wurkspektrumberik, ôfstimmberens, maklike yntegraasje, ensfh., dat in nij platfoarm leveret foar it realisearjen fan ljochtregeling enopto-elektronyske apparaten.
In ûndersyksteam yn Sina hat in metoade foarsteld foar it meitsjen fan ultratinne optyske resonators troch gebrûk te meitsjen fan grutskalige nanofilms fan bismuttelluride topologyske isolators. De optyske holte toant dúdlike resonânsje-absorpsje-eigenskippen yn 'e tichtby ynfrareade bân. Bismuttelluride hat in tige hege brekingsyndeks fan mear as 6 yn 'e optyske kommunikaasjebân (heger as de brekingsyndeks fan tradisjonele materialen mei hege brekingsyndeks lykas silisium en germanium), sadat de dikte fan 'e optyske holte ien tweintichste fan 'e resonânsjegolflingte kin berikke. Tagelyk wurdt de optyske resonator ôfset op in iendiminsjonaal fotonysk kristal, en wurdt in nij elektromagnetysk ynducearre transparânsje-effekt waarnommen yn 'e optyske kommunikaasjebân, dat te tankjen is oan 'e koppeling fan 'e resonator mei it Tamm-plasmon en syn destruktive ynterferinsje. De spektrale respons fan dit effekt hinget ôf fan 'e dikte fan 'e optyske resonator en is robúst foar de feroaring fan 'e omjouwingsbrekingsyndeks. Dit wurk iepenet in nije manier foar it realisearjen fan ultratinne optyske holtes, spektrumregeling fan topologysk isolaasjemateriaal en opto-elektronyske apparaten.
Lykas te sjen is yn FIG. 1a en 1b, bestiet de optyske resonator benammen út in bismuttelluride topologyske isolator en sulveren nanofilms. De bismuttelluride nanofilms dy't taret binne troch magnetronsputtering hawwe in grut oerflak en in goede flakheid. As de dikte fan 'e bismuttelluride- en sulverfilms respektivelik 42 nm en 30 nm is, toant de optyske holte sterke resonânsje-absorpsje yn 'e band fan 1100~1800 nm (figuer 1c). Doe't de ûndersikers dizze optyske holte yntegrearren op in fotonysk kristal makke fan ôfwikseljende stapels fan Ta2O5 (182 nm) en SiO2 (260 nm) lagen (figuer 1e), ferskynde in dúdlike absorpsjedelling (figuer 1f) tichtby de orizjinele resonante absorpsjepiek (~1550 nm), wat fergelykber is mei it elektromagnetysk ynducearre transparânsje-effekt produsearre troch atomêre systemen.

It bismuttelluridemateriaal waard karakterisearre troch transmissie-elektronenmikroskopie en ellipsometry. FIG. 2a-2c lit transmissie-elektronenmikrografen (ôfbyldings mei hege resolúsje) en selektearre elektrondiffraksjepatroanen fan bismuttelluride-nanofilms sjen. Ut 'e figuer kin sjoen wurde dat de taret bismuttelluride-nanofilms polykristallijne materialen binne, en de wichtichste groeioriïntaasje is it (015) kristalflak. Figuer 2d-2f lit de komplekse brekingsyndeks fan bismuttelluride sjen, metten mei in ellipsometer, en de oanbrochte oerflaktetastân en steatskomplekse brekingsyndeks. De resultaten litte sjen dat de ekstinsjekoëffisjint fan 'e oerflaktetastân grutter is as de brekingsyndeks yn it berik fan 230~1930 nm, en metaalachtige skaaimerken sjen lit. De brekingsyndeks fan it lichem is mear as 6 as de golflingte grutter is as 1385 nm, wat folle heger is as dy fan silisium, germanium en oare tradisjonele materialen mei in hege brekingsyndeks yn dizze bân, wat in basis leit foar de tarieding fan ultratinne optyske resonators. De ûndersikers wize derop dat dit de earste rapportearre realisaasje is fan in topologyske isolator planêre optyske holte mei in dikte fan mar tsientallen nanometers yn 'e optyske kommunikaasjeband. Dêrnei waarden it absorpsjespektrum en resonânsjegolflingte fan 'e ultratinne optyske holte metten mei de dikte fan bismuttelluride. Uteinlik wurdt it effekt fan sulverfilmdikte op elektromagnetysk ynducearre transparânsjespektra yn bismuttelluride nanocaviteit/fotonyske kristalstrukturen ûndersocht.

Troch it tarieden fan grutte platte tinne films fan bismuttelluride topologyske isolatoaren, en troch gebrûk te meitsjen fan de ultrahege brekingsyndeks fan bismuttelluridematerialen yn 'e tichtby ynfrareadbân, wurdt in planêre optyske holte mei in dikte fan mar tsientallen nanometers krigen. De ultratinne optyske holte kin effisjinte resonante ljochtabsorpsje realisearje yn 'e tichtby ynfrareadbân, en hat wichtige tapassingswearde yn 'e ûntwikkeling fan opto-elektronyske apparaten yn 'e optyske kommunikaasjeband. De dikte fan 'e bismuttelluride optyske holte is lineêr oan 'e resonante golflingte, en is lytser as dy fan ferlykbere silisium- en germanium-optyske holte. Tagelyk wurdt de bismuttelluride optyske holte yntegrearre mei fotonysk kristal om it anomale optyske effekt te berikken dat fergelykber is mei de elektromagnetysk ynducearre transparânsje fan it atoomsysteem, wat in nije metoade leveret foar de spektrumregeling fan mikrostruktuer. Dizze stúdzje spilet in bepaalde rol yn it befoarderjen fan it ûndersyk nei topologyske isolaasjematerialen yn ljochtregeling en optyske funksjonele apparaten.