Banda de comunicación óptica, resonador óptico ultrafino

Banda de comunicación óptica, resonador óptico ultrafino
Os resonadores ópticos poden localizar lonxitudes de onda específicas de ondas luminosas nun espazo limitado e teñen importantes aplicacións na interacción luz-materia.comunicación óptica, detección óptica e integración óptica. O tamaño do resonador depende principalmente das características do material e da lonxitude de onda de funcionamento, por exemplo, os resonadores de silicio que operan na banda do infravermello próximo adoitan necesitar estruturas ópticas de centos de nanómetros ou superiores. Nos últimos anos, os resonadores ópticos planos ultrafinos chamaron moita atención debido ás súas potenciais aplicacións en cor estrutural, imaxe holográfica, regulación do campo luminoso e dispositivos optoelectrónicos. Como reducir o grosor dos resonadores planos é un dos problemas difíciles aos que se enfrontan os investigadores.
A diferenza dos materiais semicondutores tradicionais, os illantes topolóxicos 3D (como o telururo de bismuto, o telururo de antimonio, o seleniuro de bismuto, etc.) son novos materiais de información con estados de superficie metálica e estados illantes topolóxicamente protexidos. O estado da superficie está protexido pola simetría da inversión do tempo, e os seus electróns non están dispersos por impurezas non magnéticas, o que ten importantes perspectivas de aplicación na computación cuántica de baixa potencia e en dispositivos espintrónicos. Ao mesmo tempo, os materiais illantes topolóxicos tamén mostran excelentes propiedades ópticas, como alto índice de refracción, grandesópticacoeficiente, amplo rango de espectro de traballo, sintonización, fácil integración, etc., que proporciona unha nova plataforma para a realización da regulación da luz edispositivos optoelectrónicos.
Un equipo de investigación en China propuxo un método para a fabricación de resonadores ópticos ultrafinos mediante o uso de nanopelículas illantes topolóxicas de telururo de bismuto de gran área. A cavidade óptica mostra características obvias de absorción de resonancia na banda do infravermello próximo. O telururo de bismuto ten un índice de refracción moi alto de máis de 6 na banda de comunicación óptica (maior que o índice de refracción dos materiais tradicionais de alto índice de refracción como o silicio e o xermanio), polo que o grosor da cavidade óptica pode alcanzar a vixésima parte da resonancia. lonxitude de onda. Ao mesmo tempo, o resonador óptico deposítase nun cristal fotónico unidimensional e obsérvase un novo efecto de transparencia inducido electromagnéticamente na banda de comunicación óptica, que se debe ao acoplamento do resonador co plasmón Tamm e á súa interferencia destrutiva. . A resposta espectral deste efecto depende do grosor do resonador óptico e é robusta ao cambio do índice de refracción ambiental. Este traballo abre un novo camiño para a realización de cavidades ópticas ultrafinas, regulación do espectro de materiais illantes topolóxicos e dispositivos optoelectrónicos.
Como se mostra na FIG. 1a e 1b, o resonador óptico está composto principalmente por un illante topolóxico de telururo de bismuto e nanopelículas de prata. As nanopelículas de telururo de bismuto preparadas por pulverización catódica con magnetrón teñen gran área e boa planitude. Cando o espesor das películas de telururo de bismuto e de prata é de 42 nm e 30 nm, respectivamente, a cavidade óptica presenta unha forte absorción de resonancia na banda de 1100 ~ 1800 nm (figura 1c). Cando os investigadores integraron esta cavidade óptica nun cristal fotónico feito de pilas alternas de capas de Ta2O5 (182 nm) e SiO2 (260 nm) (Figura 1e), apareceu un val de absorción distinto (Figura 1f) preto do pico de absorción resonante orixinal (~). 1550 nm), que é semellante ao efecto de transparencia inducido electromagnéticamente producido polos sistemas atómicos.

O material de telururo de bismuto caracterizouse por microscopía electrónica de transmisión e elipsometría. FIG. 2a-2c mostra micrografías electrónicas de transmisión (imaxes de alta resolución) e patróns de difracción de electróns seleccionados de nanopelículas de telururo de bismuto. Pódese ver na figura que as nanopelículas de telururo de bismuto preparadas son materiais policristalinos, e a principal orientación de crecemento é o plano cristalino (015). A figura 2d-2f mostra o índice de refracción complexo do telururo de bismuto medido por elipsometro e o estado da superficie axustada e o índice de refracción complexo do estado. Os resultados mostran que o coeficiente de extinción do estado de superficie é maior que o índice de refracción no intervalo de 230 ~ 1930 nm, mostrando características similares ao metal. O índice de refracción do corpo é superior a 6 cando a lonxitude de onda é superior a 1385 nm, o que é moito maior que o do silicio, o xermanio e outros materiais tradicionais de alto índice de refracción nesta banda, o que senta as bases para a preparación de ultra -resonadores ópticos finos. Os investigadores sinalan que esta é a primeira realización informada dunha cavidade óptica plana illante topolóxica cun grosor de só decenas de nanómetros na banda de comunicación óptica. Posteriormente, mediuse o espectro de absorción e a lonxitude de onda de resonancia da cavidade óptica ultrafina co espesor do telururo de bismuto. Finalmente, investiga o efecto do espesor da película de prata nos espectros de transparencia inducidos electromagnéticamente en estruturas de nanocavidade/cristal fotónico de telururo de bismuto.

Ao preparar películas finas planas de gran área de illantes topolóxicos de telururo de bismuto e aproveitando o índice de refracción ultra alto dos materiais de teluro de bismuto na banda do infravermello próximo, obtense unha cavidade óptica plana cun espesor de só decenas de nanómetros. A cavidade óptica ultrafina pode realizar unha absorción eficiente de luz resonante na banda do infravermello próximo e ten un importante valor de aplicación no desenvolvemento de dispositivos optoelectrónicos na banda de comunicación óptica. O grosor da cavidade óptica de telururo de bismuto é lineal á lonxitude de onda resonante, e é menor que a dunha cavidade óptica de silicio e xermanio semellante. Ao mesmo tempo, a cavidade óptica de telururo de bismuto está integrada con cristal fotónico para lograr un efecto óptico anómalo similar á transparencia inducida electromagnéticamente do sistema atómico, o que proporciona un novo método para a regulación do espectro da microestrutura. Este estudo xoga un certo papel na promoción da investigación de materiais illantes topolóxicos na regulación da luz e en dispositivos funcionais ópticos.