Banda de comunicación óptica, resonador óptico ultra delgado

Banda de comunicación óptica, resonador óptico ultra delgado
Los resonadores ópticos pueden localizar longitudes de onda específicas de ondas de luz en un espacio limitado y tener aplicaciones importantes en la interacción de la luminosidad,comunicación óptica, detección óptica e integración óptica. El tamaño del resonador depende principalmente de las características del material y de la longitud de onda de funcionamiento, por ejemplo, los resonadores de silicio que operan en la banda infrarroja cercana generalmente requieren estructuras ópticas de cientos de nanómetros y superiores. En los últimos años, los resonadores ópticos planos ultra delgados han atraído mucha atención debido a sus posibles aplicaciones en color estructural, imágenes holográficas, regulación de campo de luz y dispositivos optoelectrónicos. Cómo reducir el grosor de los resonadores planos es uno de los problemas difíciles que enfrentan los investigadores.
A diferencia de los materiales semiconductores tradicionales, los aislantes topológicos 3D (como el telururo de bismuto, el telururo de antimonio, el selenuro de bismuto, etc.) son materiales de información nuevos con estados de superficie metálicos topológicamente protegidos y estados aislantes. El estado de la superficie está protegido por la simetría de la inversión del tiempo, y sus electrones no están dispersos por impurezas no magnéticas, lo que tiene importantes perspectivas de aplicación en la computación cuántica de baja potencia y los dispositivos espintrónicos. Al mismo tiempo, los materiales de aislantes topológicos también muestran excelentes propiedades ópticas, como el alto índice de refracción, no lineal grandeópticocoeficiente, amplio rango de espectro de trabajo, sintonizabilidad, fácil integración, etc., que proporciona una nueva plataforma para la realización de la regulación de la luz ydispositivos optoelectrónicos.
Un equipo de investigación en China ha propuesto un método para la fabricación de resonadores ópticos ultra delgados mediante el uso de nanofilmas de aislantes topológicos de bismuto de gran área. La cavidad óptica muestra características obvias de absorción de resonancia en una banda infrarroja cercana. El telururo de bismuto tiene un índice de refracción muy alto de más de 6 en la banda de comunicación óptica (más alto que el índice de refracción de los materiales tradicionales del índice de refracción como el silicio y el germanio), de modo que el grosor de la cavidad óptica puede alcanzar una vigencia de la longitud de onda de resonancia. Al mismo tiempo, el resonador óptico se deposita en un cristal fotónico unidimensional, y se observa un nuevo efecto de transparencia inducido electromagnéticamente en la banda de comunicación óptica, que se debe al acoplamiento del resonador con el plasmón tamm y su interferencia destructiva. La respuesta espectral de este efecto depende del grosor del resonador óptico y es robusta al cambio del índice de refracción ambiental. Este trabajo abre una nueva forma para la realización de la cavidad óptica ultrafina, la regulación del espectro del material topológico y los dispositivos optoelectrónicos.
Como se muestra en la Fig. 1a y 1b, el resonador óptico se compone principalmente de un aislador topológico de telururo de bismuto y nanofilms de plata. Las nanofilms de bismuto telururo preparadas por la pulverización de magnetrón tienen un área grande y una buena planitud. Cuando el grosor de las películas de telururo y plata bismuto es de 42 nm y 30 nm, respectivamente, la cavidad óptica exhibe una fuerte absorción de resonancia en la banda de 1100 ~ 1800 nm (Figura 1C). Cuando los investigadores integraron esta cavidad óptica en un cristal fotónico hecho de pilas alternas de capas Ta2O5 (182 nm) y SiO2 (260 nm) (Figura 1E), un valle de absorción distinto (Figura 1F) apareció cerca del pico de absorción resonante original (~ 1550 nm), que es similar a la efectividad transparnomética de la transparencia de la transparencia producida por la transparencia eléctrica producida producida producida.

El material del telururo de bismuto se caracterizó por microscopía electrónica de transmisión y elipsometría. HIGO. 2A-2C muestra micrografías electrónicas de transmisión (imágenes de alta resolución) y patrones de difracción de electrones seleccionados de nanofilms de telururo de bismuto. Se puede ver a partir de la figura que las nanofilms de telururo de bismuto preparado son materiales policristalinos, y la orientación principal del crecimiento es (015) plano de cristal. La Figura 2D-2F muestra el índice de refracción complejo del telururo de bismuto medido por elipsómetro y el índice de refracción de estado de superficie ajustado y complejo de estado. Los resultados muestran que el coeficiente de extinción del estado de la superficie es mayor que el índice de refracción en el rango de 230 ~ 1930 nm, que muestra características similares a metales. El índice de refracción del cuerpo es más de 6 cuando la longitud de onda es superior a 1385 nm, que es mucho más alta que el de silicio, germanio y otros materiales de índice rico tradicional de alta refracción en esta banda, lo que sienta una base para la preparación de resonadores ópticos ultrafinados. Los investigadores señalan que esta es la primera realización reportada de una cavidad óptica plana aislante topológica con un grosor de solo decenas de nanómetros en la banda de comunicación óptica. Posteriormente, el espectro de absorción y la longitud de onda de resonancia de la cavidad óptica ultra delgada se midieron con el grosor del telururo de bismuto. Finalmente, se investiga el efecto del grosor de la película de plata sobre los espectros de transparencia inducidos electromagnéticamente en las estructuras de nanocavidad de nanocavidad/fotónica de bismuto

Al preparar películas finas de gran área de aislantes topológicos de bismuto telururo, y aprovechando el índice de refracción ultra alto de materiales telururo de bismuto en una banda infrarroja cercana, se obtiene una cavidad óptica plana con un grosor de decenas de nanómetros. La cavidad óptica ultra delgada puede realizar una absorción de luz resonante eficiente en la banda infrarroja cercana, y tiene un valor de aplicación importante en el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos en la banda de comunicación óptica. El grosor de la cavidad óptica del bismuto telururo es lineal a la longitud de onda resonante, y es más pequeño que el de la cavidad óptica de silicio y germanio similar. Al mismo tiempo, la cavidad óptica del telururo de bismuto se integra con el cristal fotónico para lograr el efecto óptico anómalo similar a la transparencia inducida electromagnéticamente del sistema atómico, que proporciona un nuevo método para la regulación del espectro de la microestructura. Este estudio juega un cierto papel en la promoción de la investigación de materiales aislantes topológicos en la regulación de la luz y los dispositivos funcionales ópticos.