Banda de comunicación óptica, resonador óptico ultra-fino

Banda de comunicación óptica, resonador óptico ultra-fino
Os resoadores ópticos poden localizar lonxitudes de onda específicas de ondas lixeiras nun espazo limitado e ter importantes aplicacións na interacción de materia lixeira,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 infravermella próxima normalmente requiren estruturas ópticas de centos de nanómetros e superiores. Nos últimos anos, os resonadores ópticos planos ultra-finos chamaron moita atención debido ás súas posibles aplicacións en cor estrutural, imaxes holográficas, regulación de campo lixeiro e dispositivos optoelectrónicos. Como reducir o grosor dos resoadores planos é un dos problemas difíciles aos que se enfrontan os investigadores.
Diferentes dos materiais de semiconductores tradicionais, os illantes topolóxicos 3D (como o tellururo de bismuto, o tellururo de antimonio, a selenida do bismuto, etc.) son novos materiais de información con estados de superficie metálica protexidos topoloxicamente e estados illantes. O estado superficial está protexido pola simetría da inversión do tempo e os seus electróns non están espallados por impurezas non magnéticas, que ten importantes perspectivas de aplicación en dispositivos de computación cuántica de baixo consumo e spintrónicos. Ao mesmo tempo, os materiais illantes topolóxicos tamén mostran excelentes propiedades ópticas, como un alto índice de refracción, gran non linealópticocoeficiente, amplo rango de espectro de traballo, sintonización, integración fácil, 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 ultra-finos empregando nanofilmas illantes topolóxicos de tellururo de gran área. A cavidade óptica mostra características de absorción de resonancia evidentes en banda case infravermella. Bismuth Telluride ten un índice de refracción moi elevado de máis de 6 na banda de comunicación óptica (superior ao índice de refracción de materiais tradicionais de alto índice de refracción como o silicio e o xermanio), de xeito que o grosor da cavidade óptica pode alcanzar a vinte e vinte da lonxitude de onda de resonancia. Ao mesmo tempo, o resonador óptico deposítase nun cristal fotónico unidimensional e obsérvase un efecto de transparencia inducido electromagnéticamente electromagnéticamente na banda de comunicación óptica, que se debe ao acoplamiento do resonador co plasmón Tamm e ás súas interferencias destrutivas. A resposta espectral deste efecto depende do grosor do resonador óptico e é robusto ao cambio do índice de refracción ambiente. Este traballo abre un novo xeito de realizar a cavidade óptica ultratina, a regulación do espectro de material illante topolóxico e os dispositivos optoelectrónicos.
Como se mostra na fig. 1a e 1b, o resonador óptico está composto principalmente por un illante topolóxico de tellururo de bismuto e nanofilmas de prata. Os nanofilmas de tellururo de bismuto preparados por magnetron sputtering teñen unha gran área e boa plana. Cando o grosor das películas de Bismuth Telluride e Silver 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 TA2O5 (182 nm) e SIO2 (260 nm) (Figura 1E), un val de absorción distinta (Figura 1F) apareceu preto do pico de absorción de resonancia orixinal (~ 1550 NM), que é similar ao efecto electróxico electomageticamente producido por un efecto de transparencia. ~ 1550 NM).

O material de tellururo 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 nanofilmas de tellururo de bismuto. Pódese ver na figura que os nanofilms de tellururo de bismuto preparados son materiais policristalinos e a principal orientación ao crecemento é (015) plano de cristal. A figura 2D-2F mostra o complexo índice de refracción de tellururo de bismuto medido por elipsómetro e o índice de refracción complexo de estado superficial e estado encaixado. Os resultados mostran que o coeficiente de extinción do estado superficial é maior que o índice de refracción no rango 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 moi superior á do silicio, o xermanio e outros materiais tradicionais de índice de alto refractivo nesta banda, que senta unha base para a preparación de resonadores ópticos ultra-finos. Os investigadores sinalan que esta é a primeira realización informada dunha cavidade óptica plana de illante topolóxico cun grosor de só decenas de nanómetros na banda de comunicación óptica. Posteriormente, medíronse o espectro de absorción e a lonxitude de onda de resonancia da cavidade óptica ultra-fina co grosor do tellururo de bismuto. Finalmente, investígase o efecto do grosor da película de prata sobre espectros de transparencia inducida por electromagnéticamente nas estruturas de cristal de tellururo de bismuto/estruturas de cristal fotónico

Ao preparar películas finas de gran área de illantes topolóxicos de tellururo de bismuto e aproveitando o índice de refracción ultra-alta de materiais de tellururo de bismuto en banda case infravermella, obtense unha cavidade óptica plana cun grosor de só decenas de nanómetros. A cavidade óptica ultra-delgada pode realizar unha absorción de luz resonante eficiente na banda de infravermellos próximos e ten un valor importante da aplicación no desenvolvemento de dispositivos optoelectrónicos na banda de comunicación óptica. O grosor da cavidade óptica do tellururo de bismuto é lineal para a lonxitude de onda resoante e é menor que a dunha cavidade óptica de silicio e xermanio similar. Ao mesmo tempo, a cavidade óptica de tellururo de bismuto está integrada con cristal fotónico para conseguir o efecto óptico anómalo similar á transparencia inducida electromagnéticamente do sistema atómico, 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 nos dispositivos funcionais ópticos.