Optik aloqa tasmasi, ultra yupqa optik rezonator

Optik aloqa tasmasi, ultra yupqa optik rezonator
Optik rezonatorlar yorug'lik to'lqinlarining ma'lum to'lqin uzunliklarini cheklangan makonda lokalizatsiya qilishi va yorug'lik-materiya o'zaro ta'sirida muhim qo'llanmalarga ega bo'lishi mumkin,optik aloqa, optik sezish va optik integratsiya. Rezonatorning o'lchami asosan material xususiyatlariga va ishchi to'lqin uzunligiga bog'liq, masalan, yaqin infraqizil diapazonda ishlaydigan kremniy rezonatorlari odatda yuzlab nanometr va undan yuqori optik tuzilmalarni talab qiladi. So'nggi yillarda ultra yupqa planar optik rezonatorlar strukturaviy ranglar, golografik tasvirlar, yorug'lik maydonini boshqarish va optoelektron qurilmalarda qo'llanilishi mumkinligi sababli katta e'tiborni tortdi. Planar rezonatorlarning qalinligini qanday kamaytirish tadqiqotchilar duch keladigan qiyin muammolardan biridir.
An'anaviy yarimo'tkazgich materiallaridan farqli o'laroq, 3D topologik izolyatorlar (masalan, vismut telluridi, surma telluridi, vismut selenid va boshqalar) topologik jihatdan himoyalangan metall sirt holatlari va izolyator holatlariga ega yangi axborot materiallari hisoblanadi. Sirt holati vaqt inversiyasi simmetriyasi bilan himoyalangan va uning elektronlari magnit bo'lmagan aralashmalar bilan tarqalmagan, bu esa kam quvvatli kvant hisoblash va spintronik qurilmalarda muhim qo'llanilish istiqbollariga ega. Shu bilan birga, topologik izolyator materiallari yuqori sinish ko'rsatkichi, katta chiziqli bo'lmaganlik kabi ajoyib optik xususiyatlarni ham namoyish etadi.optikkoeffitsient, keng ishchi spektr diapazoni, sozlanishi, oson integratsiya va boshqalar, bu yorug'likni tartibga solishni amalga oshirish uchun yangi platforma yaratadi vaoptoelektron qurilmalar.
Xitoydagi tadqiqot guruhi katta maydonni o'stiruvchi vismut tellurid topologik izolyator nanofilmlaridan foydalangan holda ultra yupqa optik rezonatorlarni ishlab chiqarish usulini taklif qildi. Optik bo'shliq yaqin infraqizil diapazonda aniq rezonans yutilish xususiyatlarini ko'rsatadi. Vismut tellurid optik aloqa diapazonida 6 dan ortiq juda yuqori sinish ko'rsatkichiga ega (kremniy va germaniy kabi an'anaviy yuqori sinish ko'rsatkichli materiallarning sinish ko'rsatkichidan yuqori), shuning uchun optik bo'shliq qalinligi rezonans to'lqin uzunligining yigirma biriga yetishi mumkin. Shu bilan birga, optik rezonator bir o'lchovli fotonik kristallga yotqiziladi va optik aloqa diapazonida yangi elektromagnit induktsiyalangan shaffoflik effekti kuzatiladi, bu rezonatorning Tamm plazmoni bilan bog'lanishi va uning halokatli aralashuvi bilan bog'liq. Bu effektning spektral javobi optik rezonatorning qalinligiga bog'liq va atrof-muhit sinish ko'rsatkichining o'zgarishiga chidamli. Ushbu ish ultra yupqa optik bo'shliq, topologik izolyator material spektrini boshqarish va optoelektron qurilmalarni amalga oshirish uchun yangi yo'l ochadi.
1a va 1b-rasmlarda ko'rsatilganidek, optik rezonator asosan vismut tellurid topologik izolyatori va kumush nanofilmlaridan iborat. Magnetron purkash orqali tayyorlangan vismut tellurid nanofilmlari katta maydonga va yaxshi tekislikka ega. Vismut tellurid va kumush plyonkalarining qalinligi mos ravishda 42 nm va 30 nm bo'lganda, optik bo'shliq 1100 ~ 1800 nm diapazonida kuchli rezonans yutilishiga ega (1c-rasm). Tadqiqotchilar ushbu optik bo'shliqni Ta2O5 (182 nm) va SiO2 (260 nm) qatlamlarining o'zgaruvchan to'plamlaridan tashkil topgan fotonik kristallga integratsiyalashganda (1e-rasm), asl rezonans yutilish cho'qqisi (~1550 nm) yaqinida aniq yutilish vodiysi (1f-rasm) paydo bo'ldi, bu atom tizimlari tomonidan ishlab chiqarilgan elektromagnit induktsiyalangan shaffoflik effektiga o'xshaydi.

Vismut tellurid materiali transmissiya elektron mikroskopiyasi va ellipsometriya yordamida tavsiflangan. 2a-2c-rasmda vismut tellurid nanofilmlarining transmissiya elektron mikrograflari (yuqori aniqlikdagi tasvirlar) va tanlangan elektron difraktsiya naqshlari ko'rsatilgan. Rasmdan ko'rinib turibdiki, tayyorlangan vismut tellurid nanofilmlari polikristal materiallar bo'lib, asosiy o'sish yo'nalishi (015) kristall tekisligidir. 2d-2f-rasmda ellipsometr va moslashtirilgan sirt holati va kompleks holat sinish indeksi bilan o'lchangan vismut telluridining kompleks sinish indeksi ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, sirt holatining yo'qolish koeffitsienti 230 ~ 1930 nm oralig'ida sinish indeksidan kattaroq bo'lib, metallga o'xshash xususiyatlarni ko'rsatadi. To'lqin uzunligi 1385 nm dan katta bo'lganda tananing sinish ko'rsatkichi 6 dan yuqori bo'ladi, bu kremniy, germaniy va boshqa an'anaviy yuqori sinish ko'rsatkichiga ega materiallarga qaraganda ancha yuqori, bu esa ultra yupqa optik rezonatorlarni tayyorlash uchun asos yaratadi. Tadqiqotchilarning ta'kidlashicha, bu optik aloqa diapazonida qalinligi atigi o'nlab nanometr bo'lgan topologik izolyatorli tekis optik bo'shliqning birinchi marta amalga oshirilishidir. Keyinchalik, vismut telluridining qalinligi bilan ultra yupqa optik bo'shliqning yutilish spektri va rezonans to'lqin uzunligi o'lchandi. Nihoyat, kumush plyonka qalinligining vismut tellurid nanokavitasi/fotonik kristall tuzilmalarida elektromagnit induktsiyalangan shaffoflik spektrlariga ta'siri o'rganildi.

Vismut tellurid topologik izolyatorlarining katta maydonli yassi yupqa plyonkalarini tayyorlash va yaqin infraqizil diapazonda vismut tellurid materiallarining ultra yuqori sinish ko'rsatkichidan foydalanish orqali qalinligi atigi o'nlab nanometr bo'lgan tekis optik bo'shliq olinadi. Ultra yupqa optik bo'shliq yaqin infraqizil diapazonda samarali rezonansli yorug'lik yutilishini amalga oshirishi mumkin va optik aloqa diapazonida optoelektron qurilmalarni ishlab chiqishda muhim qo'llanilish qiymatiga ega. Vismut tellurid optik bo'shlig'ining qalinligi rezonansli to'lqin uzunligiga nisbatan chiziqli va shunga o'xshash kremniy va germaniy optik bo'shlig'idan kichikroq. Shu bilan birga, vismut tellurid optik bo'shlig'i atom tizimining elektromagnit induktsiyalangan shaffofligiga o'xshash anomal optik effektga erishish uchun fotonik kristall bilan birlashtiriladi, bu esa mikrotuzilmaning spektrini boshqarish uchun yangi usulni taqdim etadi. Ushbu tadqiqot yorug'likni boshqarish va optik funktsional qurilmalarda topologik izolyator materiallarini tadqiq qilishni rivojlantirishda ma'lum rol o'ynaydi.