Οπτική μπάντα επικοινωνίας, εξαιρετικά λεπτός οπτικός συντονιστής

Οπτική μπάντα επικοινωνίας, εξαιρετικά λεπτός οπτικός συντονιστής
Οι οπτικοί συντονιστές μπορούν να εντοπίσουν συγκεκριμένα μήκη κύματος των φωτεινών κυμάτων σε περιορισμένο χώρο και να έχουν σημαντικές εφαρμογές στην αλληλεπίδραση φωτός-matter,οπτική επικοινωνία, οπτική ανίχνευση και οπτική ολοκλήρωση. Το μέγεθος του συντονιστή εξαρτάται κυρίως από τα χαρακτηριστικά του υλικού και από το μήκος κύματος λειτουργίας, για παράδειγμα, οι συντονιστές πυριτίου που λειτουργούν στην εγγύς υπέρυθρη ζώνη απαιτούν συνήθως οπτικές δομές εκατοντάδων νανομέτρων και άνω. Τα τελευταία χρόνια, οι εξαιρετικά λεπτές οπτικές συντονιστές έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή λόγω των πιθανών εφαρμογών τους σε διαρθρωτικά χρώματα, ολογραφική απεικόνιση, ρύθμιση ελαφρού πεδίου και οπτοηλεκτρονικές συσκευές. Πώς να μειώσετε το πάχος των επίπεδων συντονιστών είναι ένα από τα δύσκολα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι ερευνητές.
Διαφορετικά από τα παραδοσιακά υλικά ημιαγωγών, οι 3D τοπολογικοί μονωτήρες (όπως το βισμουθέδαλο, το αντιμόνιο Telluride, το σεληνίδιο του βισμούθιου κ.λπ.) είναι νέα ενημερωτικά υλικά με τοπολογικά προστατευμένες μεταλλικές επιφανειακές καταστάσεις και καταστάσεις μονωτικών. Η επιφανειακή κατάσταση προστατεύεται από τη συμμετρία της αναστροφής του χρόνου και τα ηλεκτρόνια της δεν διασκορπίζονται από μη μαγνητικές ακαθαρσίες, οι οποίες έχουν σημαντικές προοπτικές εφαρμογής σε κβαντικές υπολογιστικές και σποτς συσκευές χαμηλής ισχύος. Ταυτόχρονα, τα τοπολογικά υλικά μονωτικών παρουσιάζουν επίσης εξαιρετικές οπτικές ιδιότητες, όπως ο υψηλός δείκτης διάθλασης, ο μεγάλος μη γραμμικόςοπτικόςΕύρος συντελεστή, ευρύ φάσμα λειτουργίας, δυνατότητα τωνείας, εύκολη ολοκλήρωση κ.λπ., η οποία παρέχει μια νέα πλατφόρμα για την υλοποίηση της ρύθμισης του φωτός καιοπτοηλεκτρονικές συσκευές.
Μια ερευνητική ομάδα στην Κίνα πρότεινε μια μέθοδο για την κατασκευή εξαιρετικά λεπτών οπτικών συντονιστών με τη χρήση μεγάλων περιοχών καλλιέργειας τοπολογικού μονωτή Bismuride Nanofilms. Η οπτική κοιλότητα δείχνει προφανή χαρακτηριστικά απορρόφησης συντονισμού σε κοντινή υπέρυθρη ζώνη. Το Bismuth Telluride έχει πολύ υψηλό δείκτη διάθλασης άνω των 6 στη ζώνη οπτικής επικοινωνίας (υψηλότερος από τον δείκτη διάθλασης των παραδοσιακών υλικών υψηλής διαθλαστικής ευρετηρίου όπως το πυρίτιο και το γερμανικό), έτσι ώστε το πάχος της οπτικής κοιλότητας να μπορεί να φτάσει το ένα εικοστό του μήκους κύματος συντονισμού. Ταυτόχρονα, ο οπτικός συντονιστής εναποτίθεται σε ένα μονοδιάστατο φωτονικό κρύσταλλο και παρατηρείται μια νέα ηλεκτρομαγνητικά επαγόμενη επίδραση διαφάνειας στη ζώνη οπτικής επικοινωνίας, η οποία οφείλεται στη σύζευξη του συντονιστή με το πλασμόνιο και την καταστροφική του παρεμβολή. Η φασματική απόκριση αυτού του αποτελέσματος εξαρτάται από το πάχος του οπτικού συντονιστή και είναι ισχυρή στην αλλαγή του δείκτη διάθλασης περιβάλλοντος. Αυτό το έργο ανοίγει έναν νέο τρόπο για την υλοποίηση της εξαιρετικά οπτικής κοιλότητας, της ρύθμισης του φάσματος του υλικού τοπολογικού μονωτή και των οπτοηλεκτρονικών συσκευών.
Όπως φαίνεται στο ΣΧ. 1Α και 1Β, ο οπτικός συντονιστής αποτελείται κυρίως από ένα τοπολογικό μονωτικό βισμούθιο και νανοφίλια αργύρου. Τα νανοφίλια Bismuth Telluride που παρασκευάζονται από ψεκασμό με μαγνητρόνη έχουν μεγάλη περιοχή και καλή επίπεδη επίπεδη. Όταν το πάχος των μεμβρανών του βισμούθου και των ασημένιων μεμβρανών είναι 42 nm και 30 nm, αντίστοιχα, η οπτική κοιλότητα παρουσιάζει ισχυρή απορρόφηση συντονισμού στη ζώνη 1100 ~ 1800 nm (Εικόνα 1C). Όταν οι ερευνητές ενσωμάτωσαν αυτή την οπτική κοιλότητα σε φωτονικό κρύσταλλο από εναλλασσόμενες στοίβες TA2O5 (182 nm) και SiO2 (260 nm) στρώματα (Εικόνα 1Ε), μια ξεχωριστή κοιλάδα απορρόφησης (Εικόνα 1F) εμφανίστηκε κοντά στην αρχική κορυφή συντονισμού (~ 1550 nm).

Το υλικό του βισμούθου Telluride χαρακτηρίστηκε από ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης και ελλειψομετρία. ΣΥΚΟ. Το 2A-2C παρουσιάζει ηλεκτρονικές μικρογραφίες μετάδοσης (εικόνες υψηλής ανάλυσης) και επιλεγμένα πρότυπα περίθλασης ηλεκτρονίων των νανοφίλμων Telluride του βισμούθιου. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι τα παρασκευασμένα νανοφίλια Telluride του βισμούθιου είναι πολυκρυσταλλικά υλικά και ο κύριος προσανατολισμός ανάπτυξης είναι (015) κρυστάλλινο επίπεδο. Το Σχήμα 2D-2F δείχνει τον σύνθετο δείκτη διάθλασης του βισμούθου Telluride που μετρήθηκε με ελλειψόμετρο και τον εντοπισμένο δείκτη διάθλασης επιφανειακής κατάστασης και κατάστασης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο συντελεστής εξαφάνισης της επιφανειακής κατάστασης είναι μεγαλύτερος από τον δείκτη διάθλασης στην περιοχή των 230 ~ 1930 nm, που δείχνει τα χαρακτηριστικά που μοιάζουν με μέταλλο. Ο δείκτης διάθλασης του σώματος είναι μεγαλύτερος από 6 όταν το μήκος κύματος είναι μεγαλύτερο από 1385 nm, το οποίο είναι πολύ υψηλότερο από αυτό του πυριτίου, του γερμανίου και άλλων παραδοσιακών υλικών υψηλής αποπροσανατολισμού σε αυτή τη ζώνη, τα οποία θέτουν θεμέλιο για την παρασκευή εξαιρετικά λεπτών οπτικών συντονισμών. Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι αυτή είναι η πρώτη αναφερθείσα πραγματοποίηση μιας τοπολογικής επίπεδης οπτικής κοιλότητας με πάχος μόνο δεκάδων νανομέτρων στη ζώνη οπτικής επικοινωνίας. Στη συνέχεια, το φάσμα απορρόφησης και το μήκος κύματος συντονισμού της εξαιρετικά λεπτής οπτικής κοιλότητας μετρήθηκαν με το πάχος του βισμούθου Telluride. Τέλος, διερευνάται η επίδραση του ασημένιου φιλμ σε ηλεκτρομαγνητικά επαγόμενα φάσματα διαφάνειας σε νανοσυμβανισμοί βισμούθου/φωτονικές κρυσταλλικές δομές

Παρασκευάζοντας μεγάλες περιοχές επίπεδες λεπτές μεμβράνες από τοπολογικούς μονωτήρα βισμούθιου και εκμεταλλευόμενοι τον εξαιρετικά υψηλό δείκτη διάθλασης των υλικών Telluride της βισμούθου σε κοντινή υπέρυθρη ζώνη, λαμβάνεται μια επίπεδη οπτική κοιλότητα με πάχος μόνο δεκάδων νανομέτρων. Η εξαιρετικά λεπτή οπτική κοιλότητα μπορεί να συνειδητοποιήσει την αποτελεσματική απορρόφηση του φωτός στην κοντινή υπέρυθρη ζώνη και έχει σημαντική αξία εφαρμογής στην ανάπτυξη οπτοηλεκτρονικών συσκευών στη ζώνη οπτικής επικοινωνίας. Το πάχος της οπτικής κοιλότητας του βισμούθου Telluride είναι γραμμικό για το μήκος κύματος συντονισμού και είναι μικρότερο από αυτό του παρόμοιου πυριτίου και της οπτικής κοιλότητας του γερμανίου. Ταυτόχρονα, η οπτική κοιλότητα του Bismuth Telluride ενσωματώνεται στο φωτονικό κρύσταλλο για να επιτευχθεί το ανώμαλο οπτικό αποτέλεσμα παρόμοιο με την ηλεκτρομαγνητικά επαγόμενη διαφάνεια του ατομικού συστήματος, η οποία παρέχει μια νέα μέθοδο για τη ρύθμιση του φάσματος της μικροδομής. Αυτή η μελέτη διαδραματίζει έναν ορισμένο ρόλο στην προώθηση της έρευνας των τοπολογικών υλικών μονωτικών στη ρύθμιση του φωτός και στις οπτικές λειτουργικές συσκευές.