Оптикалық байланыс диапазоны, ультра жұқа оптикалық резонатор

Оптикалық байланыс диапазоны, ультра жұқа оптикалық резонатор
Оптикалық резонаторлар шектеулі кеңістікте жарық толқындарының белгілі бір толқын ұзындығын локализациялай алады және жарық-материя әрекеттесуінде маңызды қолданбаларға ие,оптикалық байланыс, оптикалық зондтау және оптикалық интеграция. Резонатордың өлшемі негізінен материал сипаттамаларына және жұмыс толқын ұзындығына байланысты, мысалы, жақын инфрақызыл диапазонда жұмыс істейтін кремний резонаторлары әдетте жүздеген нанометр және одан жоғары оптикалық құрылымдарды қажет етеді. Соңғы жылдары ультра жұқа жазық оптикалық резонаторлар құрылымдық түсте, голографиялық бейнелеуде, жарық өрісін реттеуде және оптоэлектрондық құрылғыларда әлеуетті қолдануларына байланысты көп назар аударды. Жазық резонаторлардың қалыңдығын қалай азайту - зерттеушілердің алдында тұрған күрделі мәселелердің бірі.
Дәстүрлі жартылай өткізгіш материалдардан айырмашылығы, 3D топологиялық оқшаулағыштар (мысалы, висмут теллуриді, сурьма теллуриді, висмут селениді және т.б.) топологиялық қорғалған металл бетінің күйлері мен оқшаулағыш күйлері бар жаңа ақпараттық материалдар болып табылады. Беттік күй уақыттың инверсиясының симметриясымен қорғалған, ал оның электрондары магниттік емес қоспалармен шашырап кетпейді, бұл төмен қуатты кванттық есептеулерде және спинтрондық құрылғыларда қолданудың маңызды перспективаларына ие. Сонымен қатар топологиялық оқшаулағыш материалдар жоғары сыну көрсеткіші, үлкен сызықты емес сияқты тамаша оптикалық қасиеттерді көрсетеді.оптикалықкоэффициенті, кең жұмыс спектрінің диапазоны, реттелуі, жеңіл интеграциялануы және т.б., бұл жарықты реттеуді жүзеге асыру үшін жаңа платформа жәнеоптоэлектронды құрылғылар.
Қытайдағы зерттеу тобы үлкен аумақта өсетін висмут теллуридті топологиялық оқшаулағыш нанофильмдерді қолдану арқылы ультра жұқа оптикалық резонаторларды жасау әдісін ұсынды. Оптикалық қуыс жақын инфрақызыл диапазондағы айқын резонанстық жұтылу сипаттамаларын көрсетеді. Висмут теллуридінің оптикалық байланыс жолағында өте жоғары сыну көрсеткіші 6-дан жоғары (кремний және германий сияқты дәстүрлі жоғары сыну көрсеткіші бар материалдардың сыну көрсеткішінен жоғары), сондықтан оптикалық қуыстың қалыңдығы резонанстың жиырмадан біріне жетуі мүмкін. толқын ұзындығы. Бұл ретте оптикалық резонатор бір өлшемді фотонды кристалда тұндырылып, оптикалық байланыс жолағында жаңа электромагниттік индукцияланған мөлдірлік әсері байқалады, бұл резонатордың Тамм плазмонымен байланысы және оның деструктивті кедергілерімен байланысты. . Бұл әсердің спектрлік реакциясы оптикалық резонатордың қалыңдығына байланысты және қоршаған ортаның сыну көрсеткішінің өзгеруіне төзімді. Бұл жұмыс ультра жұқа оптикалық қуысты, топологиялық оқшаулағыш материал спектрін реттеуді және оптоэлектронды құрылғыларды жүзеге асырудың жаңа жолын ашады.
Суретте көрсетілгендей. 1a және 1b, оптикалық резонатор негізінен висмут теллуридті топологиялық изолятордан және күміс нанофильмдерден тұрады. Магнетронды шашырату арқылы дайындалған висмут теллуридті нанофильмдер үлкен аумаққа және жақсы тегістікке ие. Висмут теллуридінің және күміс қабықшаларының қалыңдығы сәйкесінше 42 нм және 30 нм болғанда, оптикалық қуыс 1100~1800 нм жолағында күшті резонанстық жұтылуды көрсетеді (1в-сурет). Зерттеушілер бұл оптикалық қуысты Ta2O5 (182 нм) және SiO2 (260 нм) қабаттарының ауыспалы дестелерінен жасалған фотонды кристалға біріктірген кезде (1e-сурет), бастапқы резонанстық абсорбция шыңының жанында айқын сіңіру алқабы (1f-сурет) пайда болды. 1550 нм), бұл атомдық жүйелер шығаратын электромагниттік индукцияланған мөлдірлік әсеріне ұқсас.

Висмут теллурид материалы трансмиссиялық электронды микроскопиямен және эллипсометриямен сипатталды. ІНЖІР. 2a-2c трансмиссиялық электронды микрографтарды (жоғары ажыратымдылықтағы суреттер) және висмут теллурид нанофильмдерінің таңдалған электронды дифракция үлгілерін көрсетеді. Суреттен дайындалған висмут теллурид нанофильмдері поликристалды материалдар, ал негізгі өсу бағыты (015) кристалдық жазықтық екенін көруге болады. 2d-2f суретте эллипсометрмен өлшенген висмут теллуридінің күрделі сыну көрсеткіші және орнатылған беттің күйі мен күйдің кешенді сыну көрсеткіші көрсетілген. Нәтижелер беттік күйдің өшу коэффициенті 230~1930 нм диапазонында сыну көрсеткішінен жоғары екенін, металға ұқсас сипаттамаларды көрсететінін көрсетеді. Толқын ұзындығы 1385 нм-ден жоғары болғанда дененің сыну көрсеткіші 6-дан асады, бұл осы жолақтағы кремний, германий және басқа да дәстүрлі жоғары сыну көрсеткіші бар материалдардан әлдеқайда жоғары, бұл ультра рефракцияны дайындауға негіз қалады. -жұқа оптикалық резонаторлар. Зерттеушілер бұл оптикалық байланыс диапазонында қалыңдығы тек ондаған нанометр болатын топологиялық изолятордың жазық оптикалық қуысының бірінші рет хабарланғанын атап өтті. Кейіннен висмут теллуридінің қалыңдығымен ультра жұқа оптикалық қуыстың абсорбциялық спектрі мен резонанстық толқын ұзындығы өлшенді. Соңында күміс қабықша қалыңдығының висмут теллуридінің наноқуыстылығы/фотоникалық кристалдық құрылымдарындағы электромагниттік индукцияланған мөлдірлік спектрлеріне әсері зерттелді.

Висмут теллуридті топологиялық изоляторлардың үлкен аумақты жалпақ жұқа қабықшаларын дайындау және жақын инфрақызыл диапазондағы висмут теллуридті материалдарының ультра жоғары сыну көрсеткішін пайдалану арқылы қалыңдығы небәрі ондаған нанометр болатын жазық оптикалық қуыс алынады. Ультра жұқа оптикалық қуыс жақын инфрақызыл диапазонда тиімді резонанстық жарықты сіңіруді жүзеге асыра алады және оптикалық байланыс диапазонында оптоэлектрондық құрылғыларды әзірлеуде маңызды қолданбалы мәнге ие. Висмут теллуридінің оптикалық қуысының қалыңдығы резонанстық толқын ұзындығына сызықты және ұқсас кремний мен германий оптикалық қуыстарынан кішірек. Бұл ретте висмут теллуридінің оптикалық қуысы атомдық жүйенің электромагниттік индукцияланған мөлдірлігіне ұқсас аномальды оптикалық әсерге жету үшін фотонды кристалмен біріктірілген, бұл микроқұрылымды спектрлік реттеудің жаңа әдісін ұсынады. Бұл зерттеу жарықты реттеуде және оптикалық функционалдық құрылғыларда топологиялық оқшаулағыш материалдарын зерттеуді алға жылжытуда белгілі бір рөл атқарады.