Banda de comunicación óptica, resonador óptico ultrafino.

Banda de comunicación óptica, resonador óptico ultrafino.
Los resonadores ópticos pueden localizar longitudes de onda específicas de ondas de luz en un espacio limitado y tienen aplicaciones importantes en la interacción luz-materia.comunicación óptica, detección óptica e integración óptica. El tamaño del resonador depende principalmente de las características del material y de la longitud de onda operativa; por ejemplo, los resonadores de silicio que operan en la banda infrarroja cercana generalmente requieren estructuras ópticas de cientos de nanómetros o más. En los últimos años, los resonadores ópticos planos ultrafinos han atraído mucha atención debido a sus posibles aplicaciones en color estructural, imágenes holográficas, regulación de campos luminosos y dispositivos optoelectrónicos. Cómo reducir el grosor de los resonadores planos es uno de los difíciles problemas a los que se enfrentan los investigadores.
A diferencia de los materiales semiconductores tradicionales, los aislantes topológicos 3D (como el telururo de bismuto, el telururo de antimonio, el seleniuro de bismuto, etc.) son nuevos materiales de información con estados de superficie metálica y estados aislantes topológicamente protegidos. El estado de la superficie está protegido por la simetría de la inversión del tiempo y sus electrones no son dispersados ​​por impurezas no magnéticas, lo que tiene importantes perspectivas de aplicación en la computación cuántica de baja potencia y en los dispositivos espintrónicos. Al mismo tiempo, los materiales aislantes topológicos también muestran excelentes propiedades ópticas, como un alto índice de refracción, grandes dimensiones no lineales.ópticocoeficiente, amplio rango de espectro de trabajo, sintonizabilidad, fácil integración, etc., que proporciona una nueva plataforma para la realización de regulación de luz ydispositivos optoelectrónicos.
Un equipo de investigación en China ha propuesto un método para la fabricación de resonadores ópticos ultrafinos mediante el uso de nanopelículas aislantes topológicas de telururo de bismuto de gran área de crecimiento. La cavidad óptica muestra características obvias de absorción de resonancia en la banda del infrarrojo cercano. 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 de alto índice de refracción como el silicio y el germanio), de modo que el espesor de la cavidad óptica puede alcanzar una vigésima parte de la resonancia. longitud de onda. Al mismo tiempo, el resonador óptico se deposita sobre un cristal fotónico unidimensional y se observa un novedoso efecto de transparencia inducido electromagnéticamente en la banda de comunicación óptica, que se debe al acoplamiento del resonador con el plasmón de Tamm y su interferencia destructiva. . La respuesta espectral de este efecto depende del espesor del resonador óptico y es robusta al cambio del índice de refracción ambiental. Este trabajo abre una nueva vía para la realización de cavidades ópticas ultrafinas, regulación del espectro de materiales aislantes topológicos y dispositivos optoelectrónicos.
Como se muestra en la FIG. 1a y 1b, el resonador óptico está compuesto principalmente por un aislante topológico de telururo de bismuto y nanopelículas de plata. Las nanopelículas de telururo de bismuto preparadas mediante pulverización catódica con magnetrón tienen un área grande y buena planitud. Cuando el espesor de las películas de telururo de bismuto y plata 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 de Ta2O5 (182 nm) y SiO2 (260 nm) (Figura 1e), apareció un valle de absorción distinto (Figura 1f) cerca del pico de absorción resonante original (~ 1550 nm), que es similar al efecto de transparencia inducido electromagnéticamente producido por los sistemas atómicos.

El material de telururo de bismuto se caracterizó mediante microscopía electrónica de transmisión y elipsometría. HIGO. 2a-2c muestran micrografías electrónicas de transmisión (imágenes de alta resolución) y patrones de difracción de electrones seleccionados de nanopelículas de telururo de bismuto. Se puede ver en la figura que las nanopelículas de telururo de bismuto preparadas son materiales policristalinos y la principal orientación de crecimiento es el plano cristalino (015). La Figura 2d-2f muestra el índice de refracción complejo del telururo de bismuto medido con un elipsómetro y el estado de la superficie ajustado y el índice de refracción complejo del estado. Los resultados muestran que el coeficiente de extinción del estado superficial es mayor que el índice de refracción en el rango de 230~1930 nm, mostrando características similares a las del metal. El índice de refracción del cuerpo es superior a 6 cuando la longitud de onda es superior a 1385 nm, que es mucho mayor que el del silicio, el germanio y otros materiales tradicionales de alto índice de refracción en esta banda, lo que sienta las bases para la preparación de ultra -resonadores ópticos delgados. Los investigadores señalan que esta es la primera realización reportada de una cavidad óptica plana aislante topológica con un espesor de sólo decenas de nanómetros en la banda de comunicación óptica. Posteriormente, se midieron el espectro de absorción y la longitud de onda de resonancia de la cavidad óptica ultrafina con el espesor del telururo de bismuto. Finalmente, se investiga el efecto del espesor de la película de plata sobre los espectros de transparencia inducidos electromagnéticamente en estructuras de nanocavidades/cristales fotónicos de telururo de bismuto.

Al preparar películas delgadas y planas de gran área de aislantes topológicos de telururo de bismuto y aprovechar el índice de refracción ultraalto de los materiales de telururo de bismuto en la banda infrarroja cercana, se obtiene una cavidad óptica plana con un espesor de solo decenas de nanómetros. La cavidad óptica ultrafina puede lograr una absorción eficiente de luz resonante en la banda del infrarrojo cercano y tiene un valor de aplicación importante en el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos en la banda de comunicación óptica. El espesor de la cavidad óptica de telururo de bismuto es lineal a la longitud de onda resonante y es más pequeño que el de una cavidad óptica similar de silicio y germanio. Al mismo tiempo, la cavidad óptica de telururo de bismuto está integrada con un cristal fotónico para lograr un efecto óptico anómalo similar a la transparencia inducida electromagnéticamente del sistema atómico, lo 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 regulación de luz y dispositivos ópticos funcionales.