Pita komunikasi optik, resonator optik ultra-tipis

Pita komunikasi optik, resonator optik ultra-tipis
Resonator optik bisa melokalisasi dawa gelombang cahya tartamtu ing papan sing winates, lan nduweni aplikasi penting ing interaksi materi cahya,komunikasi optik, penginderaan optik, lan integrasi optik. Ukuran resonator utamane gumantung saka karakteristik materi lan dawa gelombang operasi, contone, resonator silikon sing beroperasi ing pita inframerah cedhak biasane mbutuhake struktur optik atusan nanometer lan luwih. Ing taun-taun pungkasan, resonator optik planar ultra-tipis wis narik kawigaten amarga aplikasi potensial ing warna struktural, pencitraan holografik, regulasi medan cahya lan piranti optoelektronik. Cara nyuda kekandelan resonator planar minangka salah sawijining masalah angel sing diadhepi para peneliti.
Beda karo bahan semikonduktor tradisional, insulator topologi 3D (kayata bismuth telluride, antimon telluride, bismuth selenide, lan liya-liyane) minangka bahan informasi anyar kanthi kahanan permukaan logam sing dilindhungi sacara topologis lan kahanan insulator. Kahanan permukaan dilindhungi dening simetri inversi wektu, lan elektrone ora kasebar dening pengotor non-magnetik, sing nduweni prospek aplikasi penting ing komputasi kuantum daya rendah lan piranti spintronik. Ing wektu sing padha, bahan insulator topologi uga nuduhake sifat optik sing apik banget, kayata indeks bias sing dhuwur, nonlinier sing gedhe.optikkoefisien, rentang spektrum kerja sing amba, tunabilitas, integrasi sing gampang, lan liya-liyane, sing nyedhiyakake platform anyar kanggo realisasi regulasi cahya lanpiranti optoelektronik.
Tim riset ing Tiongkok wis ngusulake metode kanggo nggawe resonator optik ultra-tipis kanthi nggunakake nanofilm insulator topologi bismuth telluride sing tuwuh ing area sing amba. Rongga optik nuduhake karakteristik penyerapan resonansi sing jelas ing pita inframerah cedhak. Bismuth telluride nduweni indeks bias sing dhuwur banget luwih saka 6 ing pita komunikasi optik (luwih dhuwur tinimbang indeks bias bahan indeks bias dhuwur tradisional kayata silikon lan germanium), saengga kekandelan rongga optik bisa tekan seperduapuluh dawa gelombang resonansi. Ing wektu sing padha, resonator optik diendapkan ing kristal fotonik siji dimensi, lan efek transparansi sing diinduksi elektromagnetik anyar diamati ing pita komunikasi optik, sing disebabake dening gandhengan resonator karo plasmon Tamm lan gangguan destruktif. Respon spektral saka efek iki gumantung saka kekandelan resonator optik lan kuwat kanggo owah-owahan indeks bias sekitar. Karya iki mbukak cara anyar kanggo realisasi rongga optik ultra-tipis, regulasi spektrum bahan insulator topologi lan piranti optoelektronik.
Kaya sing dituduhake ing Gambar 1a lan 1b, resonator optik utamane kasusun saka insulator topologi bismuth telluride lan nanofilm perak. Nanofilm bismuth telluride sing disiapake kanthi sputtering magnetron duwe area sing amba lan kerataan sing apik. Nalika kekandelan film bismuth telluride lan perak yaiku 42 nm lan 30 nm, rongga optik nuduhake penyerapan resonansi sing kuwat ing pita 1100 ~ 1800 nm (Gambar 1c). Nalika para peneliti nggabungake rongga optik iki menyang kristal fotonik sing digawe saka tumpukan lapisan Ta2O5 (182 nm) lan SiO2 (260 nm) sing silih ganti (Gambar 1e), lembah penyerapan sing béda (Gambar 1f) katon cedhak puncak penyerapan resonansi asli (~ 1550 nm), sing padha karo efek transparansi sing diinduksi elektromagnetik sing diasilake dening sistem atom.

Materi bismuth telluride dikarakterisasi nganggo mikroskop elektron transmisi lan ellipsometri. Gambar 2a-2c nuduhake mikrograf elektron transmisi (gambar resolusi dhuwur) lan pola difraksi elektron sing dipilih saka nanofilm bismuth telluride. Bisa dideleng saka gambar yen nanofilm bismuth telluride sing wis disiapake minangka bahan polikristalin, lan orientasi pertumbuhan utama yaiku bidang kristal (015). Gambar 2d-2f nuduhake indeks bias kompleks bismuth telluride sing diukur nganggo ellipsometer lan kahanan permukaan sing dipasang lan indeks bias kompleks kahanan. Asil kasebut nuduhake yen koefisien kepunahan kahanan permukaan luwih gedhe tinimbang indeks bias ing kisaran 230 ~ 1930 nm, sing nuduhake karakteristik kaya logam. Indeks bias awak luwih saka 6 nalika dawa gelombang luwih saka 1385 nm, sing luwih dhuwur tinimbang silikon, germanium, lan bahan indeks bias dhuwur tradisional liyane ing pita iki, sing dadi pondasi kanggo nyiapake resonator optik ultra-tipis. Para peneliti nuduhake yen iki minangka realisasi pisanan sing dilapurake saka rongga optik planar insulator topologi kanthi kekandelan mung puluhan nanometer ing pita komunikasi optik. Sabanjure, spektrum panyerepan lan dawa gelombang resonansi rongga optik ultra-tipis diukur nganggo kekandelan bismuth telluride. Pungkasan, efek kekandelan film perak ing spektrum transparansi sing diinduksi elektromagnetik ing struktur nanocavity/kristal fotonik bismuth telluride diselidiki.

Kanthi nyiyapake film tipis datar area gedhe saka insulator topologi bismuth telluride, lan nggunakake indeks bias ultra-dhuwur saka bahan Bismuth telluride ing pita inframerah cedhak, rongga optik planar kanthi kekandelan mung puluhan nanometer dipikolehi. Rongga optik ultra-tipis iki bisa nggayuh panyerepan cahya resonansi sing efisien ing pita inframerah cedhak, lan nduweni nilai aplikasi sing penting ing pangembangan piranti optoelektronik ing pita komunikasi optik. Kekandelan rongga optik bismuth telluride linier karo dawa gelombang resonansi, lan luwih cilik tinimbang rongga optik silikon lan germanium sing padha. Ing wektu sing padha, rongga optik bismuth telluride diintegrasi karo kristal fotonik kanggo entuk efek optik anomali sing padha karo transparansi sing diinduksi elektromagnetik saka sistem atom, sing nyedhiyakake metode anyar kanggo regulasi spektrum mikrostruktur. Panliten iki nduweni peran tartamtu kanggo ningkatake riset bahan insulator topologi ing regulasi cahya lan piranti fungsional optik.