Banda di comunicazione ottica, risonatore ottico ultra-sottile
I risonatori ottici possono localizzare le lunghezze d'onda specifiche delle onde luminose in uno spazio limitato e avere importanti applicazioni nell'interazione della luce della luce,comunicazione ottica, rilevamento ottico e integrazione ottica. La dimensione del risonatore dipende principalmente dalle caratteristiche del materiale e dalla lunghezza d'onda operativa, ad esempio, i risonatori di silicio che operano nella banda a infrarossi vicini di solito richiedono strutture ottiche di centinaia di nanometri e oltre. Negli ultimi anni, i risonatori ottici planari ultrasottili hanno attirato molta attenzione a causa delle loro potenziali applicazioni di colore strutturale, imaging olografico, regolazione del campo di luce e dispositivi optoelettronici. Come ridurre lo spessore dei risonatori planari è uno dei difficili problemi affrontati dai ricercatori.
Diversi dai tradizionali materiali a semiconduttore, gli isolanti topologici 3D (come il bismuto tellurioso, le antimonio di teluride, il selenide bismuto, ecc.) Sono nuovi materiali informatici con stati di superficie metallica topologicamente protetta e stati isolante. Lo stato di superficie è protetto dalla simmetria dell'inversione del tempo e i suoi elettroni non sono sparsi da impurità non magnetiche, che ha importanti prospettive di applicazione nei dispositivi quantici a bassa potenza e nei dispositivi spintronic. Allo stesso tempo, i materiali isolante topologici mostrano anche eccellenti proprietà ottiche, come un indice di rifrazione elevato, grande non lineareotticocoefficiente, ampia gamma di spettro di lavoro, sintonizzabilità, facile integrazione, ecc., che fornisce una nuova piattaforma per la realizzazione della regolazione della luce edispositivi optoelettronici.
Un team di ricerca in Cina ha proposto un metodo per la fabbricazione di risonatori ottici ultra-sottili utilizzando nanofilms topologico di grovini di bismuto di bismuto. La cavità ottica mostra evidenti caratteristiche di assorbimento della risonanza nella banda quasi a infrarossi. Bismuth Telluride ha un indice di rifrazione molto elevato di più di 6 nella banda di comunicazione ottica (superiore all'indice di rifrazione dei tradizionali materiali di indice di rifrazione ad alto. Allo stesso tempo, il risonatore ottico viene depositato su un cristallo fotonico unidimensionale e un nuovo effetto di trasparenza indotto elettromagneticamente si osserva nella banda di comunicazione ottica, dovuta all'accoppiamento del risonatore con il Plasmon Tamm e nella sua interferenza distruttiva. La risposta spettrale di questo effetto dipende dallo spessore del risonatore ottico ed è robusta per il cambiamento dell'indice di rifrazione ambientale. Questo lavoro apre un nuovo modo per la realizzazione della cavità ottica ultratina, della regolazione dello spettro del materiale isolante topologico e dei dispositivi optoelettronici.
Come mostrato in Fig. 1a e 1b, il risonatore ottico è composto principalmente da un isolante topologico di Bismuthuth e nanofilm d'argento. I nanofilm di Bismuth Telluride preparati dallo sputtering di magnetron hanno una grande area e una buona piattalità. Quando lo spessore dei film di Bismuth Telluride e Silver è rispettivamente di 42 nm e 30 nm, la cavità ottica mostra un forte assorbimento di risonanza nella banda di 1100 ~ 1800 nm (Figura 1C). Quando i ricercatori hanno integrato questa cavità ottica su un cristallo fotonico realizzato in pile alternate di strati Ta2O5 (182 nm) e SIO2 (260 nm) (Figura 1E), una valle di assorbimento distinta è apparsa da parte del sistema di transferazione originale.
Il materiale del tellururo di bismuto era caratterizzato dalla microscopia elettronica a trasmissione e dall'elnipometria. FICO. 2A-2C mostra micrografie elettroniche a trasmissione (immagini ad alta risoluzione) e modelli di diffrazione elettronica selezionati di nanofilm di ginishut di Telluride. Dalla figura si può vedere che i nanofilm telluridi di bismuto preparati sono materiali policristallini e l'orientamento principale della crescita è (015) piano cristallino. La Figura 2D-2F mostra l'indice di rifrazione complesso del telluide bismuto misurato da ellipometer e lo stato superficiale montato e l'indice di rifrazione complesso dello stato. I risultati mostrano che il coefficiente di estinzione dello stato superficiale è maggiore dell'indice di rifrazione nell'intervallo di 230 ~ 1930 nm, mostrando caratteristiche simili a metallo. L'indice di rifrazione del corpo è più di 6 quando la lunghezza d'onda è maggiore di 1385 nm, che è molto più alto di quello del silicio, del germanio e di altri tradizionali materiali di indice ad alta refrazione in questa banda, che pone le basi per la preparazione di risonatori ottici ultrasottili. I ricercatori sottolineano che questa è la prima realizzazione segnalata di una cavità ottica planari isolante topologica con uno spessore di solo decine di nanometri nella banda di comunicazione ottica. Successivamente, lo spettro di assorbimento e la lunghezza d'onda di risonanza della cavità ottica ultra-sottile sono stati misurati con lo spessore del bismuto telluride. Infine, viene studiato l'effetto dello spessore del film d'argento sugli spettri di trasparenza indotti elettromagneticamente nelle strutture di nanocavità/cristallina fotonica di nanocavità/fotonica
Preparando i film sottili piatti di vasta area di isolanti topologici del Bismuth e sfruttando l'indice di rifrazione ultra-alta dei materiali di Bismuth-Telluride in una banda a infrarossi, si ottiene una cavità ottica planare con uno spessore di solo decine di nanometri. La cavità ottica ultra-sottile può realizzare un efficiente assorbimento di luce risonante nella banda a infrarossi e ha un importante valore dell'applicazione nello sviluppo di dispositivi optoelettronici nella banda di comunicazione ottica. Lo spessore della cavità ottica di Bismuth Telluride è lineare alla lunghezza d'onda risonante ed è più piccolo di quello della cavità ottica di silicio e germanio simile. Allo stesso tempo, la cavità ottica di Bismuth Telluride è integrata con il cristallo fotonico per ottenere l'effetto ottico anomalo simile alla trasparenza del sistema atomico indotto elettromagneticamente, che fornisce un nuovo metodo per la regolazione dello spettro della microstruttura. Questo studio svolge un certo ruolo nel promuovere la ricerca dei materiali isolante topologici nella regolazione della luce e nei dispositivi funzionali ottici.
Tempo post: settembre 30-2024