광통신 대역, 초박형 광공진기

광통신 대역, 초박형 광공진기
광학 공진기는 제한된 공간에서 광파의 특정 파장을 위치화할 수 있으며 광물질 상호 작용에 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다.광통신, 광학 감지 및 광학 통합. 공진기의 크기는 주로 재료 특성과 작동 파장에 따라 달라집니다. 예를 들어 근적외선 대역에서 작동하는 실리콘 공진기는 일반적으로 수백 나노미터 이상의 광학 구조가 필요합니다. 최근 몇 년 동안 초박형 평면 광학 공진기는 구조적 색상, 홀로그램 이미징, 광장 조절 및 광전자 장치에서의 잠재적 응용으로 인해 많은 주목을 받았습니다. 평면 공진기의 두께를 줄이는 방법은 연구자들이 직면한 어려운 문제 중 하나입니다.
기존의 반도체 재료와 달리 3D 위상 절연체(예: 텔루르화 안티몬, 텔루르화 안티몬, 셀렌화 비스무트 등)는 금속 표면 상태와 절연체 상태가 위상적으로 보호되는 새로운 정보 재료입니다. 표면 상태는 시간 반전의 대칭으로 보호되며 전자는 비자성 불순물에 의해 흩어지지 않습니다. 이는 저전력 양자 컴퓨팅 및 스핀트로닉 장치에 중요한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 동시에 토폴로지 절연체 재료는 높은 굴절률, 큰 비선형과 같은 우수한 광학 특성을 나타냅니다.광학계수, 넓은 작업 스펙트럼 범위, 조정 가능성, 손쉬운 통합 등을 통해 조명 조절 및 구현을 위한 새로운 플랫폼을 제공합니다.광전자 장치.
중국 연구팀이 대면적 성장 비스무트 텔루라이드 토폴로지 절연체 나노필름을 이용해 초박형 광공진기 제작 방법을 제안했다. 광학 공동은 근적외선 대역에서 뚜렷한 공명 흡수 특성을 나타냅니다. 텔루르화비스무스는 광통신 대역에서 6이상의 매우 높은 굴절률(실리콘, 게르마늄 등 기존 고굴절률 물질의 굴절률보다 높음)을 갖고 있어 광공동 두께가 공진의 1/20에 도달할 수 있다. 파장. 동시에, 광공진기는 1차원 광결정 위에 증착되고, 광통신 대역에서 새로운 전자기 유도 투명 효과가 관찰되는데, 이는 공진기와 Tamm 플라즈몬의 결합 및 상쇄간섭으로 ​​인해 발생한다. . 이 효과의 스펙트럼 응답은 광학 공진기의 두께에 따라 달라지며 주변 굴절률의 변화에 ​​강합니다. 이 연구는 초박형 광학 공동, 토폴로지 절연체 재료 스펙트럼 조절 및 광전자 장치의 실현을 위한 새로운 길을 열었습니다.
도 1에 도시된 바와 같이. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 광 공진기는 주로 비스무스 텔루라이드 토폴로지 절연체와 은 나노필름으로 구성된다. 마그네트론 스퍼터링으로 제조된 비스무트 텔루라이드 나노필름은 넓은 면적과 우수한 평탄도를 갖습니다. 텔루르화 비스무스 필름과 은 필름의 두께가 각각 42nm와 30nm인 경우 광학 공동은 1100~1800nm ​​대역에서 강한 공명 흡수를 나타냅니다(그림 1c). 연구원들이 Ta2O5(182 nm) 및 SiO2(260 nm) 층의 교대 스택으로 만들어진 광결정에 이 광학 공동을 통합했을 때(그림 1e), 원래의 공명 흡수 피크 근처에 뚜렷한 흡수 계곡(그림 1f)이 나타났습니다. 1550 nm) 이는 원자 시스템에서 생성되는 전자기 유도 투명도 효과와 유사합니다.

텔루르화 비스무트 물질은 투과전자현미경과 엘립소메트리에 의해 특성화되었습니다. 무화과. 도 2a-2c는 투과전자현미경 사진(고해상도 이미지)과 텔루르화 비스무스 나노필름의 선택된 전자 회절 패턴을 보여줍니다. 그림에서 볼 수 있듯이 제조된 비스무트 텔루라이드 나노필름은 다결정 소재이며, 주요 성장 방향은 (015) 결정면이다. 그림 2d-2f는 타원계로 측정한 비스무트 텔루라이드의 복소 굴절률과 피팅된 표면 상태 및 상태 복소 굴절률을 보여줍니다. 그 결과 230~1930nm 범위에서는 표면상태의 소광계수가 굴절률보다 커 금속과 유사한 특성을 나타냄을 알 수 있다. 파장이 1385 nm보다 클 때 신체의 굴절률은 6보다 크며, 이는 이 대역의 실리콘, 게르마늄 및 기타 기존 고굴절률 물질보다 훨씬 높으며, 이는 초고화질 제조의 기반을 마련합니다. -얇은 광학 공진기. 연구진은 이것이 광통신 대역에서 두께가 수십 나노미터에 불과한 위상학적 절연체 평면 광학 공동의 최초 보고된 실현이라고 지적합니다. 이어서, 비스무트 텔루라이드의 두께를 이용하여 초박형 광학 공동의 흡수 스펙트럼과 공명 파장을 측정하였다. 마지막으로 텔루르화 비스무트 나노공동/광결정 구조에서 전자기적으로 유도된 투명도 스펙트럼에 대한 은막 두께의 영향을 조사했습니다.

텔루르화 비스무스 토폴로지 절연체의 대면적 편평박막을 제조하고, 근적외선 대역에서 텔루르화 비스무트 물질의 초고굴절률을 활용하여 두께가 수십 나노미터에 불과한 평면형 광학 공동을 얻습니다. 초박형 광학 공동은 근적외선 대역에서 효율적인 공명 광 흡수를 실현할 수 있으며, 광통신 대역의 광전자 장치 개발에 중요한 응용 가치를 갖습니다. 텔루르화 비스무트 광학 공동의 두께는 공진 파장에 대해 선형이며 유사한 실리콘 및 게르마늄 광학 공동의 두께보다 작습니다. 동시에, 텔루르화 비스무트 광학 공동은 광결정과 통합되어 원자 시스템의 전자기 유도 투명도와 유사한 변칙적 광학 효과를 달성하며, 이는 미세 구조의 스펙트럼 조절을 위한 새로운 방법을 제공합니다. 본 연구는 광 조절 및 광학 기능 장치에서 위상학적 절연체 재료의 연구를 촉진하는 데 일정한 역할을 합니다.