Optical Communication Band, ultra-manipis na optical resonator

Optical Communication Band, ultra-manipis na optical resonator
Ang mga optical resonator ay maaaring mai-localize ang mga tiyak na haba ng haba ng mga light waves sa isang limitadong puwang, at may mahahalagang aplikasyon sa pakikipag-ugnay sa light-matter,Optical na komunikasyon, optical sensing, at optical na pagsasama. Ang laki ng resonator higit sa lahat ay nakasalalay sa mga materyal na katangian at ang haba ng haba, halimbawa, ang mga silikon na resonator na nagpapatakbo sa malapit na infrared band ay karaniwang nangangailangan ng mga optical na istruktura ng daan -daang mga nanometer at sa itaas. Sa mga nagdaang taon, ang mga ultra-manipis na planar optical resonator ay nakakaakit ng maraming pansin dahil sa kanilang mga potensyal na aplikasyon sa istruktura na kulay, holographic imaging, light field regulasyon at optoelectronic na aparato. Paano mabawasan ang kapal ng planar resonator ay isa sa mga mahirap na problema na kinakaharap ng mga mananaliksik.
Naiiba sa tradisyonal na mga materyales na semiconductor, 3D topological insulators (tulad ng bismuth telluride, antimony telluride, bismuth selenide, atbp.) Ay mga bagong materyales na impormasyon na may mga topologically protected metal na estado at estado ng insulator. Ang estado ng ibabaw ay protektado ng simetrya ng pag-iikot ng oras, at ang mga electron nito ay hindi nakakalat ng mga di-magnetic impurities, na may mahalagang mga prospect ng aplikasyon sa mababang-lakas na computing at spintronic na aparato. Kasabay nito, ang mga topological insulator na materyales ay nagpapakita rin ng mahusay na mga optical na katangian, tulad ng mataas na refractive index, malaking nonlinearOpticalkoepisyent, malawak na saklaw ng spectrum ng spectrum, tunility, madaling pagsasama, atbp, na nagbibigay ng isang bagong platform para sa pagsasakatuparan ng light regulasyon atMga aparato ng Optoelectronic.
Ang isang pangkat ng pananaliksik sa Tsina ay nagmungkahi ng isang pamamaraan para sa katha ng ultra-manipis na optical resonator sa pamamagitan ng paggamit ng malaking lugar na lumalagong bismuth telluride topological insulator nanofilms. Ang optical na lukab ay nagpapakita ng malinaw na mga katangian ng pagsipsip ng resonance sa malapit sa infrared band. Ang Bismuth Telluride ay may napakataas na refractive index na higit sa 6 sa optical bandang komunikasyon (mas mataas kaysa sa refractive index ng tradisyonal na mataas na refractive index na mga materyales tulad ng silikon at germanium), upang ang optical na kapal ng lukab ay maaaring maabot ang isang-ikadalawampu ng haba ng haba ng haba. Kasabay nito, ang optical resonator ay idineposito sa isang one-dimensional na photonic crystal, at isang nobelang electromagnetically sapilitan na transparency effect ay sinusunod sa optical communication band, na dahil sa pagkabit ng resonator kasama ang Tamm plasmon at mapanirang pagkagambala nito. Ang parang multo na tugon ng epekto na ito ay nakasalalay sa kapal ng optical resonator at matatag sa pagbabago ng nakapaligid na repraktibo na index. Ang gawaing ito ay magbubukas ng isang bagong paraan para sa pagsasakatuparan ng ultrathin optical cavity, topological insulator material spectrum regulasyon at optoelectronic na aparato.
Tulad ng ipinapakita sa FIG. 1A at 1B, ang optical resonator ay pangunahing binubuo ng isang bismuth telluride topological insulator at pilak nanofilms. Ang bismuth telluride nanofilms na inihanda ng magnetron sputtering ay may malaking lugar at magandang flatness. Kapag ang kapal ng bismuth telluride at pilak na pelikula ay 42 nm at 30 nm, ayon sa pagkakabanggit, ang optical na lukab ay nagpapakita ng malakas na pagsipsip ng resonance sa banda na 1100 ~ 1800 nm (Larawan 1C). Kapag isinama ng mga mananaliksik ang optical na lukab na ito sa isang photonic crystal na gawa sa alternating stacks ng Ta2O5 (182 nm) at SiO2 (260 nm) na mga layer (Larawan 1E), isang natatanging lambak ng pagsipsip (Larawan 1F) ay lumitaw malapit sa orihinal na resonant na pagsipsip ng peak (~ 1550 nm), na katulad ng mga electromagnetically sapilitan na transparency na epekto ng mga sistemang ginawa sa pamamagitan ng mga sistema ng ATOMic.

Ang materyal na bismuth telluride ay nailalarawan sa pamamagitan ng paghahatid ng elektron mikroskopya at ellipsometry. Fig. Ang 2A-2C ay nagpapakita ng paghahatid ng mga mikropono ng elektron (mga imahe na may mataas na resolusyon) at napiling mga pattern ng pagkakaiba-iba ng elektron ng bismuth telluride nanofilms. Makikita ito mula sa figure na ang handa na bismuth telluride nanofilms ay mga materyales na polycrystalline, at ang pangunahing orientation ng paglago ay (015) na eroplano na kristal. Ipinapakita ng Figure 2D-2F ang kumplikadong refractive index ng bismuth telluride na sinusukat ng ellipsometer at ang angkop na estado ng estado at kumplikadong estado ng refractive index. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang koepisyent ng pagkalipol ng estado ng ibabaw ay mas malaki kaysa sa refractive index sa saklaw ng 230 ~ 1930 nm, na nagpapakita ng mga katangian na tulad ng metal. Ang refractive index ng katawan ay higit sa 6 kapag ang haba ng haba ay mas malaki kaysa sa 1385 nm, na kung saan ay mas mataas kaysa sa silikon, germanium at iba pang tradisyonal na high-refractive index na materyales sa banda na ito, na naglalagay ng isang pundasyon para sa paghahanda ng mga ultra-manipis na optical resonator. Itinuturo ng mga mananaliksik na ito ang unang naiulat na pagsasakatuparan ng isang topological insulator planar optical na lukab na may kapal ng mga sampu -sampung lamang ng nanometer sa optical bandang komunikasyon. Kasunod nito, ang pagsipsip ng spectrum at resonance wavelength ng ultra-manipis na optical na lukab ay sinusukat na may kapal ng bismuth telluride. Sa wakas, ang epekto ng kapal ng pelikula ng pilak sa electromagnetically sapilitan na transparency spectra sa bismuth telluride nanocavity/photonic crystal istruktura ay sinisiyasat

Sa pamamagitan ng paghahanda ng mga malalaking lugar na flat manipis na pelikula ng bismuth telluride topological insulators, at sinasamantala ang mga ultra-high refractive index ng mga bismuth telluride na materyales sa malapit sa infrared band, isang planar optical na lukab na may kapal ng mga sampu-sampung lamang ng nanometer ay nakuha. Ang ultra-manipis na optical na lukab ay maaaring mapagtanto ang mahusay na resonant light pagsipsip sa malapit na infrared band, at may mahalagang halaga ng aplikasyon sa pagbuo ng mga optoelectronic na aparato sa optical bandang komunikasyon. Ang kapal ng bismuth telluride optical cavity ay linear sa resonant wavelength, at mas maliit kaysa sa katulad na silikon at germanium optical na lukab. Kasabay nito, ang bismuth telluride optical cavity ay isinama sa photonic crystal upang makamit ang anomalous optical effect na katulad ng electromagnetically sapilitan na transparency ng atomic system, na nagbibigay ng isang bagong pamamaraan para sa regulasyon ng spectrum ng microstructure. Ang pag -aaral na ito ay gumaganap ng isang tiyak na papel sa pagtaguyod ng pananaliksik ng mga topological insulator na materyales sa magaan na regulasyon at optical functional na aparato.