Banda di cumunicazione ottica, risonatore otticu ultra-sottile

Banda di cumunicazione ottica, risonatore otticu ultra-sottile
I risonatori ottici ponu localizà lunghezze d'onda specifiche di l'onde luminose in un spaziu limitatu, è anu applicazioni impurtanti in l'interazione luce-materia,cumunicazione ottica, rilevamentu otticu è integrazione ottica. A dimensione di u risonatore dipende principalmente da e caratteristiche di u materiale è da a lunghezza d'onda operativa, per esempiu, i risonatori di siliciu chì operanu in a banda infrarossa vicina richiedenu di solitu strutture ottiche di centinaie di nanometri è più. In l'ultimi anni, i risonatori ottici planari ultra-sottili anu attiratu molta attenzione per via di e so potenziali applicazioni in u culore strutturale, l'imaghjini olografica, a regulazione di u campu luminosu è i dispositivi optoelettronici. Cumu riduce u spessore di i risonatori planari hè unu di i prublemi difficili affrontati da i circadori.
À u cuntrariu di i materiali semiconduttori tradiziunali, l'isulanti topologichi 3D (cum'è u tellururo di bismutu, u tellururo d'antimoniu, u seleniru di bismutu, ecc.) sò novi materiali d'infurmazione cù stati di superficia metallica è stati isolanti prutetti topologicamente. U statu di a superficia hè prutettu da a simmetria di l'inversione di u tempu, è i so elettroni ùn sò micca spargugliati da impurità non magnetiche, ciò chì hà impurtanti prospettive d'applicazione in l'informatica quantica di bassa putenza è in i dispositivi spintronici. À u listessu tempu, i materiali isolanti topologichi mostranu ancu eccellenti proprietà ottiche, cum'è un altu indice di rifrazione, grandi proprietà non lineari.otticucuefficiente, larga gamma di spettru di travagliu, sintonizzabilità, facile integrazione, ecc., chì furnisce una nova piattaforma per a realizazione di a regulazione di a luce èdispositivi optoelettronici.
Una squadra di ricerca in Cina hà prupostu un metudu per a fabricazione di risonatori ottici ultrasottili utilizendu nanofilm isolanti topologichi di tellururo di bismutu à grande crescita. A cavità ottica mostra caratteristiche evidenti di assorbimentu di risonanza in a banda infrarossa vicina. U tellururo di bismutu hà un indice di rifrazione assai altu di più di 6 in a banda di cumunicazione ottica (più altu di l'indice di rifrazione di i materiali tradiziunali à altu indice di rifrazione cum'è u siliciu è u germaniu), in modu chì u spessore di a cavità ottica pò ghjunghje à un ventesimu di a lunghezza d'onda di risonanza. À u listessu tempu, u risonatore otticu hè depositatu nantu à un cristallu fotonicu unidimensionale, è si osserva un novu effettu di trasparenza induttu elettromagneticamente in a banda di cumunicazione ottica, chì hè duvutu à l'accoppiamentu di u risonatore cù u plasmone Tamm è a so interferenza distruttiva. A risposta spettrale di questu effettu dipende da u spessore di u risonatore otticu è hè robusta à u cambiamentu di l'indice di rifrazione ambientale. Questu travagliu apre una nova via per a realizazione di cavità ottiche ultrasottili, regulazione di u spettru di u materiale isolante topologicu è dispositivi optoelettronici.
Cum'è mostratu in a FIG. 1a è 1b, u risonatore otticu hè cumpostu principalmente da un isolante topologicu di tellururo di bismutu è nanofilm d'argentu. I nanofilm di tellururo di bismutu preparati per sputtering di magnetron anu una grande area è una bona planarità. Quandu u spessore di i filmi di tellururo di bismutu è d'argentu hè rispettivamente di 42 nm è 30 nm, a cavità ottica presenta una forte assorbimentu di risonanza in a banda di 1100 ~ 1800 nm (Figura 1c). Quandu i circadori anu integratu sta cavità ottica nantu à un cristallu fotonicu fattu di pile alternate di strati di Ta2O5 (182 nm) è SiO2 (260 nm) (Figura 1e), una distinta valle di assorbimentu (Figura 1f) hè apparsa vicinu à u piccu di assorbimentu risonante originale (~ 1550 nm), chì hè simile à l'effettu di trasparenza induttu elettromagneticamente pruduttu da i sistemi atomichi.

U materiale di tellururo di bismutu hè statu caratterizatu da a microscopia elettronica à trasmissione è l'ellissometria. A FIG. 2a-2c mostra micrografie elettroniche à trasmissione (imaghjini à alta risoluzione) è mudelli di diffrazione elettronica selezziunati di nanofilm di tellururo di bismutu. Si pò vede da a figura chì i nanofilm di tellururo di bismutu preparati sò materiali policristallini, è l'orientazione di crescita principale hè u pianu cristallinu (015). A Figura 2d-2f mostra l'indice di rifrazione cumplessu di u tellururo di bismutu misuratu da l'ellissometru è u statu superficiale adattatu è l'indice di rifrazione cumplessu di u statu. I risultati mostranu chì u coefficientu di estinzione di u statu superficiale hè più grande di l'indice di rifrazione in l'intervallu di 230 ~ 1930 nm, mustrendu caratteristiche simili à u metallu. L'indice di rifrazione di u corpu hè più di 6 quandu a lunghezza d'onda hè più grande di 1385 nm, chì hè assai più altu di quellu di u siliciu, di u germaniu è di altri materiali tradiziunali à altu indice di rifrazione in questa banda, chì pone e basi per a preparazione di risonatori ottici ultra-sottili. I circadori indicanu chì questa hè a prima realizazione riportata di una cavità ottica planare isolante topologicu cù un spessore di solu decine di nanometri in a banda di cumunicazione ottica. Successivamente, u spettru di assorbimentu è a lunghezza d'onda di risonanza di a cavità ottica ultra-sottile sò stati misurati cù u spessore di u tellururo di bismutu. Infine, hè statu investigatu l'effettu di u spessore di u film d'argentu nantu à i spettri di trasparenza indotti elettromagneticamente in nanocavità/strutture cristalline fotoniche di tellururo di bismutu.

Preparàndu filmi sottili piatti di grande superficia d'isolanti topologichi di tellururo di bismutu, è prufittendu di l'indice di rifrazione ultra-altu di i materiali di tellururo di bismutu in a banda vicinu à l'infrarossu, si ottiene una cavità ottica planare cù un spessore di solu decine di nanometri. A cavità ottica ultra-sottile pò realizà un assorbimentu di luce risonante efficiente in a banda vicinu à l'infrarossu, è hà un valore applicativu impurtante in u sviluppu di dispositivi optoelettronici in a banda di cumunicazione ottica. U spessore di a cavità ottica di tellururo di bismutu hè lineare à a lunghezza d'onda risonante, è hè più chjucu di quellu di cavità ottiche simili di siliciu è germaniu. À u listessu tempu, a cavità ottica di tellururo di bismutu hè integrata cù u cristallu fotonicu per ottene l'effettu otticu anomalu simile à a trasparenza indotta elettromagneticamente di u sistema atomicu, chì furnisce un novu metudu per a regulazione di u spettru di a microstruttura. Stu studiu ghjoca un certu rolu in a prumuzione di a ricerca di materiali isolanti topologichi in a regulazione di a luce è i dispositivi funziunali ottici.