Band cyfathrebu optegol, atseinydd optegol ultra-denau

Band cyfathrebu optegol, atseinydd optegol ultra-denau
Gall atseinyddion optegol leoleiddio tonfeddi penodol tonnau golau mewn gofod cyfyngedig, ac mae ganddynt gymwysiadau pwysig mewn rhyngweithio golau-mater,cyfathrebu optegol, synhwyro optegol, ac integreiddio optegol. Mae maint y resonator yn dibynnu'n bennaf ar nodweddion y deunydd a'r donfedd weithredu, er enghraifft, mae resonatoriaid silicon sy'n gweithredu yn y band is-goch agos fel arfer angen strwythurau optegol o gannoedd o nanometrau ac uwch. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae resonatoriaid optegol planar ultra-denau wedi denu llawer o sylw oherwydd eu cymwysiadau posibl mewn lliw strwythurol, delweddu holograffig, rheoleiddio maes golau a dyfeisiau optoelectroneg. Sut i leihau trwch resonatoriaid planar yw un o'r problemau anodd y mae ymchwilwyr yn eu hwynebu.
Yn wahanol i ddeunyddiau lled-ddargludyddion traddodiadol, mae inswleidyddion topolegol 3D (megis tellurid bismuth, tellurid antimoni, selenid bismuth, ac ati) yn ddeunyddiau gwybodaeth newydd gyda chyflyrau arwyneb metel a chyflyrau inswleiddio sydd wedi'u hamddiffyn yn dopolegol. Mae'r cyflwr arwyneb wedi'i amddiffyn gan gymesuredd gwrthdroad amser, ac nid yw ei electronau'n cael eu gwasgaru gan amhureddau anmagnetig, sydd â rhagolygon cymhwysiad pwysig mewn cyfrifiadura cwantwm pŵer isel a dyfeisiau sbintronig. Ar yr un pryd, mae deunyddiau inswleidyddion topolegol hefyd yn dangos priodweddau optegol rhagorol, megis mynegai plygiannol uchel, anlinellol mawr.optegolcyfernod, ystod sbectrwm gweithio eang, tiwnadwyedd, integreiddio hawdd, ac ati, sy'n darparu llwyfan newydd ar gyfer gwireddu rheoleiddio golau adyfeisiau optoelectronig.
Mae tîm ymchwil yn Tsieina wedi cynnig dull ar gyfer cynhyrchu atseinyddion optegol ultra-denau trwy ddefnyddio nano-ffilmiau inswleiddiwr topolegol bismuth tellurid sy'n tyfu arwynebedd mawr. Mae'r ceudod optegol yn dangos nodweddion amsugno atseiniant amlwg yn y band is-goch agos. Mae gan bismuth tellurid fynegai plygiannol uchel iawn o fwy na 6 yn y band cyfathrebu optegol (yn uwch na mynegai plygiannol deunyddiau mynegai plygiannol uchel traddodiadol fel silicon a germaniwm), fel y gall trwch y ceudod optegol gyrraedd un rhan o ugeinfed o donfedd y atseiniant. Ar yr un pryd, mae'r atseinydd optegol wedi'i ddyddodi ar grisial ffotonig un dimensiwn, a gwelir effaith dryloywder newydd a achosir gan electromagnetig yn y band cyfathrebu optegol, sydd oherwydd cyplu'r atseinydd â'r plasmon Tamm a'i ymyrraeth ddinistriol. Mae ymateb sbectrol yr effaith hon yn dibynnu ar drwch yr atseinydd optegol ac mae'n gadarn i newid y mynegai plygiannol amgylchynol. Mae'r gwaith hwn yn agor ffordd newydd ar gyfer gwireddu ceudod optegol ultra-denau, rheoleiddio sbectrwm deunydd inswleiddiwr topolegol a dyfeisiau optoelectroneg.
Fel y dangosir yn FFIG. 1a ac 1b, mae'r atseinydd optegol yn cynnwys yn bennaf inswleiddiwr topolegol telwrid bismuth a nanofilmiau arian. Mae gan y nanofilmiau telwrid bismuth a baratowyd trwy chwistrellu magnetron arwynebedd mawr a gwastadrwydd da. Pan fo trwch y ffilmiau telwrid bismuth ac arian yn 42 nm a 30 nm, yn y drefn honno, mae'r ceudod optegol yn arddangos amsugno atseiniant cryf yn y band o 1100 ~ 1800 nm (Ffigur 1c). Pan integreiddiodd yr ymchwilwyr y ceudod optegol hwn ar grisial ffotonig wedi'i wneud o bentyrrau bob yn ail o haenau Ta2O5 (182 nm) a SiO2 (260 nm) (Ffigur 1e), ymddangosodd dyffryn amsugno amlwg (Ffigur 1f) ger y brig amsugno atseiniant gwreiddiol (~ 1550 nm), sy'n debyg i'r effaith tryloywder a achosir gan electromagnetig a gynhyrchir gan systemau atomig.

Nodweddwyd y deunydd tellurid bismuth gan ficrosgopeg electron trawsyrru ac elipsometreg. Mae FFIG. 2a-2c yn dangos micrograffau electron trawsyrru (delweddau cydraniad uchel) a phatrymau diffractiad electron dethol o nanofilmiau tellurid bismuth. Gellir gweld o'r ffigur bod y nanofilmiau tellurid bismuth a baratowyd yn ddeunyddiau polygrisialog, a'r prif gyfeiriadedd twf yw plân crisial (015). Mae Ffigur 2d-2f yn dangos mynegai plygiannol cymhleth tellurid bismuth wedi'i fesur gan elipsomedr a'r cyflwr arwyneb ffitio a'r mynegai plygiannol cymhleth cyflwr. Mae'r canlyniadau'n dangos bod cyfernod difodiant y cyflwr arwyneb yn fwy na'r mynegai plygiannol yn yr ystod o 230 ~ 1930 nm, gan ddangos nodweddion tebyg i fetel. Mae mynegai plygiannol y corff yn fwy na 6 pan fo'r donfedd yn fwy na 1385 nm, sy'n llawer uwch na silicon, germaniwm a deunyddiau mynegai plygiannol uchel traddodiadol eraill yn y band hwn, sy'n gosod sylfaen ar gyfer paratoi atseinyddion optegol ultra-denau. Mae'r ymchwilwyr yn tynnu sylw mai dyma'r gwireddiad cyntaf a adroddwyd o geudod optegol planar inswleiddiwr topolegol gyda thrwch o ddegau o nanometrau yn unig yn y band cyfathrebu optegol. Wedi hynny, mesurwyd y sbectrwm amsugno a thonfedd cyseiniant y ceudod optegol ultra-denau gyda thrwch telwrid bismuth. Yn olaf, ymchwilir i effaith trwch ffilm arian ar sbectrwm tryloywder a achosir gan electromagnetig mewn nanoceudod/strwythurau crisial ffotonig telwrid bismuth.

Drwy baratoi ffilmiau tenau gwastad arwynebedd mawr o inswleidyddion topolegol bismuth tellurid, a manteisio ar fynegai plygiannol uwch-uchel deunyddiau bismuth tellurid yn y band is-goch agos, ceir ceudod optegol planar gyda thrwch o ddegau o nanometrau yn unig. Gall y ceudod optegol uwch-denau wireddu amsugno golau atseiniol effeithlon yn y band is-goch agos, ac mae ganddo werth cymhwysiad pwysig wrth ddatblygu dyfeisiau optoelectronig yn y band cyfathrebu optegol. Mae trwch ceudod optegol bismuth tellurid yn llinol i'r donfedd atseiniol, ac mae'n llai na thrwch ceudod optegol silicon a germaniwm tebyg. Ar yr un pryd, mae ceudod optegol bismuth tellurid wedi'i integreiddio â grisial ffotonig i gyflawni'r effaith optegol annormal sy'n debyg i dryloywder a achosir gan electromagnetig y system atomig, sy'n darparu dull newydd ar gyfer rheoleiddio sbectrwm microstrwythur. Mae'r astudiaeth hon yn chwarae rhan benodol wrth hyrwyddo ymchwil deunyddiau inswleiddwyr topolegol mewn rheoleiddio golau a dyfeisiau swyddogaethol optegol.