Bande de communication optique, résonateur optique ultra-mince
Les résonateurs optiques peuvent localiser des longueurs d'onde spécifiques d'ondes légères dans un espace limité et avoir des applications importantes dans l'interaction de la lumière,communication optique, détection optique et intégration optique. La taille du résonateur dépend principalement des caractéristiques du matériau et de la longueur d'onde de fonctionnement, par exemple, les résonateurs de silicium opérant dans la bande infrarouge proche nécessitent généralement des structures optiques de centaines de nanomètres et au-dessus. Ces dernières années, les résonateurs optiques plans ultra-minces ont attiré beaucoup d'attention en raison de leurs applications potentielles de couleur structurelle, d'imagerie holographique, de régulation du champ lumineux et de dispositifs optoélectroniques. Comment réduire l'épaisseur des résonateurs planaires est l'un des problèmes difficiles rencontrés par les chercheurs.
Différentes des matériaux semi-conducteurs traditionnels, des isolateurs topologiques 3D (tels que Bismuth Telluride, Antimony Telluride, Bismuth Selénide, etc.) sont de nouveaux matériaux d'information avec des états de surface métallique topologiquement protégés et des états d'isolant. L'état de surface est protégé par la symétrie de l'inversion temporelle, et ses électrons ne sont pas dispersés par des impuretés non magnétiques, qui possèdent des perspectives d'application importantes dans l'informatique quantique à faible puissance et les dispositifs spintroniques. Dans le même temps, les matériaux d'isolant topologique présentent également d'excellentes propriétés optiques, comme un indice de réfraction élevé, grand non linéaireoptiquecoefficient, gamme de spectre de travail large, accordabilité, intégration facile, etc., qui fournit une nouvelle plate-forme pour la réalisation de la régulation de la lumière etdispositifs optoélectroniques.
Une équipe de recherche en Chine a proposé une méthode pour la fabrication de résonateurs optiques ultra-minces en utilisant des nanofilms d'isolant topologique de bismuth à grande surface. La cavité optique montre des caractéristiques d'absorption de résonance évidentes dans la bande proche infrarouge. Bismuth telluride a un indice de réfraction très élevé de plus de 6 dans la bande de communication optique (supérieur à l'indice de réfraction des matériaux traditionnels d'indice de réfraction élevés tels que le silicium et le germanium), de sorte que l'épaisseur de la cavité optique peut atteindre un twnastième de la longueur d'onde de résonance. Dans le même temps, le résonateur optique est déposé sur un cristal photonique unidimensionnel, et un nouvel effet de transparence induit par électromagnétiquement est observé dans la bande de communication optique, qui est due au couplage du résonateur avec le plasmon TAMM et son interférence destructrice. La réponse spectrale de cet effet dépend de l'épaisseur du résonateur optique et est robuste au changement de l'indice de réfraction ambiant. Ce travail ouvre une nouvelle façon pour la réalisation de la cavité optique ultra-surrelle, de la régulation du spectre des matériaux d'isolant topologique et des dispositifs optoélectroniques.
Comme le montre la Fig. 1a et 1b, le résonateur optique est principalement composé d'un isolant topologique Telluride de bismuth et de nanofilms d'argent. Les nanofilms Telluride de bismuth préparés par pulvérisation de magnétron ont une grande surface et une bonne planéité. Lorsque l'épaisseur des films Bismuth Telluride et Silver est respectivement de 42 nm et 30 nm, la cavité optique présente une forte absorption de résonance dans la bande de 1100 à 1800 nm (figure 1C). Lorsque les chercheurs ont intégré cette cavité optique sur un cristal photonique composé de piles alternées de couches TA2O5 (182 nm) et SiO2 (260 nm) (figure 1E), une vallée d'absorption distincte (figure 1F) est apparue près du pic d'absorption par résonance d'origine (~ 1550 nm), qui est similaire à l'effet transparence par électromagnétiquement produit par les systèmes ATOMIC par électromagnétiquement.
Le matériau de Telluride Bismuth a été caractérisé par la microscopie électronique à transmission et l'ellipsométrie. FIGUE. Le 2A-2C montre des micrographies électroniques de transmission (images à haute résolution) et des modèles de diffraction électronique sélectionnés des nanofilms de Telluride de bismuth. On peut voir à partir de la figure que les nanofilms de Telluride de bismuth préparé sont des matériaux polycristallins, et la principale orientation de croissance est le plan de cristal (015). La figure 2D-2F montre l'indice de réfraction complexe du Telluride de bismuth mesuré par l'ellipsomètre et l'état de surface ajusté et l'indice de réfraction du complexe d'état. Les résultats montrent que le coefficient d'extinction de l'état de surface est supérieur à l'indice de réfraction dans la plage de 230 à 1930 nm, montrant des caractéristiques de type métal. L'indice de réfraction du corps est supérieur à 6 lorsque la longueur d'onde est supérieure à 1385 nm, ce qui est beaucoup plus élevé que celui du silicium, du germanium et d'autres matériaux traditionnels d'index à haute réfraction dans cette bande, qui jette une base pour la préparation de résonateurs optiques ultra-minces. Les chercheurs soulignent qu'il s'agit de la première réalisation rapportée d'une cavité optique plane d'isolant topologique avec une épaisseur de seulement des dizaines de nanomètres dans la bande de communication optique. Par la suite, le spectre d'absorption et la longueur d'onde de résonance de la cavité optique ultra-mince ont été mesurés avec l'épaisseur du telluride de bismuth. Enfin, l'effet de l'épaisseur du film argenté sur les spectres de transparence induits par électromagnétiquement dans les structures de nanocavité de bismuth telluride / cristal photonique est étudiée
En préparant des films minces plats à grande surface d'isolateurs topologiques de Bismuth Telluride et en tirant parti de l'indice de réfraction ultra-élevé des matériaux de Telluride de bismuth dans une bande presque infrarouge, une cavité optique plane avec une épaisseur de seulement des dizaines de nanomètres est obtenue. La cavité optique ultra-mince peut réaliser une absorption de lumière résonnante efficace dans la bande presque infrarouge et a une valeur d'application importante dans le développement de dispositifs optoélectroniques dans la bande de communication optique. L'épaisseur de la cavité optique du Telluride de bismuth est linéaire à la longueur d'onde résonnante, et est plus petite que celle de la cavité optique de silicium et de germanium similaire. Dans le même temps, la cavité optique de bismuth telluride est intégrée au cristal photonique pour atteindre l'effet optique anormal similaire à la transparence induite par électromagnétiquement du système atomique, qui fournit une nouvelle méthode pour la régulation du spectre de la microstructure. Cette étude joue un certain rôle dans la promotion de la recherche sur les matériaux d'isolant topologique dans la régulation de la lumière et les dispositifs fonctionnels optiques.
Heure du poste: sept-30-2024