Banda de comunicação óptica, ressonador óptico ultrafino

Banda de comunicação óptica, ressonador óptico ultrafino
Os ressonadores ópticos podem localizar comprimentos de onda específicos de ondas leves em um espaço limitado e ter aplicações importantes na interação da matéria de luz,comunicação óptica, detecção óptica e integração óptica. O tamanho do ressonador depende principalmente das características do material e do comprimento de onda operacional, por exemplo, os ressonadores de silício que operam na banda infravermelha próxima geralmente requerem estruturas ópticas de centenas de nanômetros e acima. Nos últimos anos, os ressonadores ópticos planares ultrafinos atraíram muita atenção devido a suas aplicações potenciais em cores estruturais, imagem holográfica, regulação do campo de luz e dispositivos optoeletrônicos. Como reduzir a espessura dos ressonadores planares é um dos problemas difíceis enfrentados pelos pesquisadores.
Diferentes dos materiais tradicionais de semicondutores, isoladores topológicos 3D (como telurido de bismuto, teluride antimônio, seleneto de bismuto, etc.) são novos materiais de informação com estados de superfície metálica topologicamente protegidos e estados isolantes. O estado da superfície é protegido pela simetria da inversão do tempo, e seus elétrons não são espalhados por impurezas não magnéticas, que possuem importantes perspectivas de aplicação em dispositivos quânticos de baixa potência e dispositivos spintrônicos. Ao mesmo tempo, os materiais isolantes topológicos também mostram excelentes propriedades ópticas, como alto índice de refração, grande não -linearópticocoeficiente, ampla faixa de espectro de trabalho, ajuste, fácil integração etc., que fornece uma nova plataforma para a realização da regulação da luz edispositivos optoeletrônicos.
Uma equipe de pesquisa na China propôs um método para a fabricação de ressonadores ópticos ultrafinos usando nanofilmas de isolantes topológicos de grande área de Bismuth Telluride. A cavidade óptica mostra características óbvias de absorção de ressonância em banda infravermelha próxima. O teluride de bismuto possui um índice de refração muito alto de mais de 6 na banda de comunicação óptica (superior ao índice de refração de materiais de índice de alto refrativo tradicionais, como silício e germânio), de modo que a espessura da cavidade óptica pode atingir um dia do comprimento de onda de ressonância. Ao mesmo tempo, o ressonador óptico é depositado em um cristal fotônico unidimensional, e um novo efeito de transparência induzido eletromagneticamente é observado na banda de comunicação óptica, devido ao acoplamento do ressonador com o plasmon tamm e sua interferência destrutiva. A resposta espectral desse efeito depende da espessura do ressonador óptico e é robusta à mudança do índice de refração ambiental. Este trabalho abre uma nova maneira para a realização da cavidade óptica ultrafina, regulação do espectro do material isolador topológico e dispositivos optoeletrônicos.
Como mostrado na FIG. 1a e 1b, o ressonador óptico é composto principalmente por um isolador topológico de telurido de bismuto e nanofilmes de prata. Os nanofilmas de teluride de bismuto preparados por sputtering de magnetron têm grande área e boa planicidade. Quando a espessura dos filmes de teluride e prata de bismuto é de 42 nm e 30 nm, respectivamente, a cavidade óptica exibe forte absorção de ressonância na banda de 1100 ~ 1800 nm (Figura 1C). Quando os pesquisadores integraram essa cavidade óptica a um cristal fotônico feito de pilhas alternadas de camadas de Ta2O5 (182 nm) e SiO2 (260 nm) (Figura 1E), um vale de absorção distinto (Figura 1F) apareceu próximo ao pico de absorção de ressonância original (~ 1550 NM), que é semelhante ao eletromagnico de eletrona.

O material do telurido de bismuto foi caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão e elipsometria. FIGO. 2A-2C mostra micrografias eletrônicas de transmissão (imagens de alta resolução) e padrões de difração de elétrons selecionados de nanofilmas de telurido de bismuto. Pode -se ver pela figura que os nanofilmes de telurido de bismuto preparados são materiais policristalinos, e a principal orientação de crescimento é (015) o plano de cristal. A Figura 2D-2F mostra o complexo índice de refração do teluride de bismuto medido pelo elipsômetro e o estado de superfície ajustado e o índice de refração complexo de estado. Os resultados mostram que o coeficiente de extinção do estado da superfície é maior que o índice de refração na faixa de 230 ~ 1930 nm, mostrando características do tipo metal. O índice de refração do corpo é superior a 6 quando o comprimento de onda é superior a 1385 nm, o que é muito maior que o de silício, germânio e outros materiais de índice tradicionais de alta refração nessa banda, que estabelecem uma base para a preparação de ressonadores ópticos ultrafinos. Os pesquisadores apontam que essa é a primeira realização relatada de uma cavidade óptica planar isolante topológica com uma espessura de apenas dezenas de nanômetros na banda de comunicação óptica. Posteriormente, o espectro de absorção e o comprimento de onda de ressonância da cavidade óptica ultrafina foram medidos com a espessura do telurido do bismuto. Finalmente, o efeito da espessura do filme de prata nos espectros de transparência induzidos eletromagneticamente na nanocavidade de telurida de bismuto/estruturas cristalinas fotônicas é investigada

Ao preparar filmes finos e finos de grande área de isoladores topológicos de telão de bismuto, e aproveitando o índice de refração ultra-alto de materiais de telurido de bismuto em banda infravermelha próxima, é obtida uma cavidade óptica plana com uma espessura de apenas dezenas de nanômetros. A cavidade óptica ultrafina pode realizar uma absorção de luz ressonante eficiente na banda infravermelha próxima e tem um importante valor de aplicação no desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos na banda de comunicação óptica. A espessura da cavidade óptica do telurido do bismuto é linear para o comprimento de onda ressonante e é menor que a de silício e cavidade óptica de silício e germânio. Ao mesmo tempo, a cavidade óptica do telurido de bismuto é integrada ao cristal fotônico para obter o efeito óptico anômalo semelhante à transparência eletromagneticamente induzida do sistema atômico, que fornece um novo método para a regulação do espectro da microestrutura. Este estudo desempenha um certo papel na promoção da pesquisa de materiais isolantes topológicos na regulação da luz e nos dispositivos funcionais ópticos.