Optik aloqa diapazoni, ultra yupqa optik rezonator

Optik aloqa diapazoni, 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 ilovalarga ega bo'lishi mumkin,optik aloqa, optik sezish va optik integratsiya. Rezonatorning o'lchami asosan moddiy xususiyatlarga va ishlaydigan 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 rang, golografik tasvir, yorug'lik maydonini tartibga solish va optoelektronik qurilmalarda potentsial qo'llanilishi tufayli katta e'tiborni tortdi. Planar rezonatorlarning qalinligini qanday kamaytirish tadqiqotchilar oldida turgan qiyin muammolardan biridir.
An'anaviy yarimo'tkazgich materiallaridan farqli o'laroq, 3D topologik izolyatorlar (vismut tellurid, surma tellurid, vismut selenid va boshqalar kabi) topologik himoyalangan metall sirt holatlari va izolyator holatlariga ega bo'lgan yangi axborot materiallaridir. Sirt holati vaqt inversiyasi simmetriyasi bilan himoyalangan va uning elektronlari magnit bo'lmagan aralashmalar bilan tarqalmaydi, bu kam quvvatli kvant hisoblash va spintronik qurilmalarda muhim qo'llash istiqbollariga ega. Shu bilan birga, topologik izolyator materiallari ham yuqori sinishi indeksi, katta chiziqli bo'lmagan kabi mukammal optik xususiyatlarni ko'rsatadi.optikkoeffitsienti, keng ish spektri diapazoni, sozlanishi, oson integratsiyalashuvi va boshqalar, bu yorug'likni tartibga solishni amalga oshirish uchun yangi platformani ta'minlaydi vaoptoelektronik qurilmalar.
Xitoydagi tadqiqot guruhi katta maydonda o'sadigan vismut tellurid topologik izolyatorli nanofilmlardan foydalangan holda ultra yupqa optik rezonatorlarni ishlab chiqarish usulini taklif qildi. Optik bo'shliq infraqizil diapazonda aniq rezonans yutilish xususiyatlarini ko'rsatadi. Vismut telluridi optik aloqa zonasida 6 dan ortiq juda yuqori sinishi indeksiga ega (kremniy va germaniy kabi an'anaviy yuqori sinishi ko'rsatkichli materiallarning sinishi ko'rsatkichidan yuqori), shuning uchun optik bo'shliqning qalinligi rezonansning yigirmadan bir qismiga etishi mumkin. to'lqin uzunligi. Shu bilan birga, optik rezonator bir o'lchovli fotonik kristall ustiga yotqiziladi va optik aloqa zonasida yangi elektromagnit induktsiyalangan shaffoflik effekti kuzatiladi, bu rezonatorning Tamm plazmoni bilan bog'lanishi va uning halokatli aralashuvi bilan bog'liq. . Ushbu effektning spektral reaktsiyasi optik rezonatorning qalinligiga bog'liq va atrof-muhitning sinishi indeksining o'zgarishiga chidamli. Bu ish ultra yupqa optik bo'shliq, topologik izolyator materiallari spektrini tartibga solish va optoelektronik qurilmalarni amalga oshirish uchun yangi yo'l ochadi.
Shaklda ko'rsatilganidek. 1a va 1b, optik rezonator asosan vismut tellurid topologik izolyator va kumush nanofilmlardan iborat. Magnetronli püskürtme bilan tayyorlangan vismut tellurid nanofilmlari katta maydonga va yaxshi tekislikka ega. Vismut telluridi va kumush plyonkalarining qalinligi mos ravishda 42 nm va 30 nm bo'lsa, optik bo'shliq 1100 ~ 1800 nm diapazonda kuchli rezonans yutilishni namoyon qiladi (1c-rasm). Tadqiqotchilar ushbu optik bo'shliqni o'zgaruvchan Ta2O5 (182 nm) va SiO2 (260 nm) qatlamlaridan tashkil topgan fotonik kristallga birlashganda (1e-rasm), asl rezonansli yutilish cho'qqisi (~) yaqinida aniq yutilish vodiysi (1f-rasm) paydo bo'ldi. 1550 nm), bu atom tizimlari tomonidan ishlab chiqarilgan elektromagnit induktsiyalangan shaffoflik effektiga o'xshaydi.

Vismut tellurid materiali transmissiya elektron mikroskopiya va ellipsometriya bilan tavsiflangan. ANJIR. 2a-2c transmissiya elektron mikrografiyalari (yuqori aniqlikdagi tasvirlar) va vismut tellurid nanofilmlarining tanlangan elektron diffraktsiya naqshlarini ko'rsatadi. Rasmdan ko'rinib turibdiki, tayyorlangan vismut tellurid nanofilmlari polikristalli materiallar bo'lib, asosiy o'sish yo'nalishi (015) kristall tekislikdir. 2d-2f-rasmda ellipsometr bilan o'lchangan vismut telluridining kompleks sindirish ko'rsatkichi va o'rnatilgan sirt holati va holat kompleksi sinishi ko'rsatkichi ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, sirt holatining so'nish koeffitsienti 230 ~ 1930 nm oralig'ida sinishi ko'rsatkichidan kattaroq bo'lib, metallga o'xshash xususiyatlarni ko'rsatadi. To'lqin uzunligi 1385 nm dan katta bo'lsa, tananing sinishi indeksi 6 dan ortiq bo'lsa, bu ultratovushni tayyorlash uchun poydevor qo'yadigan ushbu banddagi kremniy, germaniy va boshqa an'anaviy yuqori sinishi indeksli materiallardan ancha yuqori. -ingichka optik rezonatorlar. Tadqiqotchilarning ta'kidlashicha, bu optik aloqa diapazonida qalinligi bor-yo'g'i o'nlab nanometr bo'lgan tekislik optik bo'shlig'ining topologik izolyatorining birinchi xabar qilingan amalga oshirilishidir. Keyinchalik, ultra yupqa optik bo'shliqning yutilish spektri va rezonans to'lqin uzunligi vismut telluridining qalinligi bilan o'lchandi. Nihoyat, kumush plyonka qalinligining vismut telluridi nanokavaligi/fotonik kristall tuzilmalarida elektromagnit induktsiyalangan shaffoflik spektrlariga ta'siri o'rganildi.

Vismut tellurid topologik izolyatorlarining katta maydonli tekis yupqa plyonkalarini tayyorlash va yaqin infraqizil diapazonda vismut telluridi materiallarining ultra yuqori sinishi ko'rsatkichidan foydalanib, qalinligi bor-yo'g'i 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 optoelektronik qurilmalarni ishlab chiqishda muhim ahamiyatga ega. Vismut tellurining optik bo'shlig'ining qalinligi rezonans to'lqin uzunligiga chiziqli va shunga o'xshash kremniy va germaniy optik bo'shlig'idan kichikroqdir. Shu bilan birga, vismut telluridi optik bo'shlig'i atom tizimining elektromagnit induktsiyalangan shaffofligiga o'xshash anomal optik effektga erishish uchun fotonik kristal bilan birlashtiriladi, bu mikrostrukturaning spektral tartibga solinishi uchun yangi usulni ta'minlaydi. Ushbu tadqiqot yorug'likni tartibga solish va optik funktsional qurilmalarda topologik izolyator materiallarini tadqiq qilishni rag'batlantirishda ma'lum rol o'ynaydi.