광학 통신 대역, 초박형 광학 공진기

광학 통신 대역, 초박형 광학 공진기
광학 공진기는 제한된 공간에서 특정 광파의 특정 파장을 국소화 할 수 있으며, 빛의 상호 작용에 중요한 응용 분야를 가질 수 있습니다.광학 통신, 광학 감지 및 광학적 통합. 공진기의 크기는 주로 재료 특성 및 작동 파장, 예를 들어, 근적외선 밴드에서 작동하는 실리콘 공진기는 일반적으로 수백 개의 나노 미터 이상의 광학 구조를 필요로한다. 최근 몇 년 동안, 초 얇은 평면 광학 공진기는 구조적 색상, 홀로그램 이미징, 경계 조절 및 광전자 장치의 잠재적 응용으로 인해 많은 관심을 끌었습니다. 평면 공진기의 두께를 줄이는 방법은 연구원들이 직면 한 어려운 문제 중 하나입니다.
전통적인 반도체 재료와는 달리, 3D 토폴로지 절연체 (예 : 비스무트 텔 루리드, 안티몬 텔루 라이드, 비스무트 셀레 나이드 등)는 토폴로지로 보호 된 금속 표면 상태 및 절연체 상태를 가진 새로운 정보 재료입니다. 표면 상태는 시간 반전의 대칭에 의해 보호되며, 그 전자는 비자 성 불순물에 의해 산란되지 않으며, 이는 저전력 양자 컴퓨팅 및 스핀 트로닉 장치에서 중요한 적용 전망을 갖는다. 동시에, 토폴로지 절연체 재료는 또한 높은 굴절률, 대형 비선형과 같은 우수한 광학 특성을 보여줍니다.광학계수, 광범위한 작업 스펙트럼 범위, 조정 가능성, 쉬운 통합 등. 조명 규제를 실현할 수있는 새로운 플랫폼을 제공하고광전자 장치.
중국의 연구팀은 비스무트 텔 루 라이드 토폴로지 절연체 나노 필름을 사용하여 초박형 광학 공진기 제조 방법을 제안했습니다. 광학 공동은 거의 적외선 밴드에서 명백한 공명 흡수 특성을 보여준다. Bismuth Telluride는 광학 통신 대역에서 6 개 이상의 굴절률이 매우 높습니다 (실리콘 및 게르마늄과 같은 전통적인 고 굴절률 재료의 굴절률보다 높음). 따라서 광장 두께가 공명 파장의 10 대에 도달 할 수 있습니다. 동시에, 광학 공진기는 1 차원 광학 결정에 증착되고, 새로운 전자기적으로 유도 된 투명성 효과가 광학 통신 대역에서 관찰되며, 이는 공진기와의 커플 링 및 그 파괴 간섭에 기인한다. 이 효과의 스펙트럼 반응은 광학 공진기의 두께에 따라 달라지며 주변 굴절률의 변화에 ​​강력합니다. 이 연구는 초박형 광장, 토폴로지 절연체 재료 스펙트럼 조절 및 광전자 장치의 실현을위한 새로운 방법을 열어줍니다.
그림과 같이. 1A 및 1B, 광학 공진기는 주로 비스무트 텔루 라이드 토폴로지 절연체 및은 나노 필름으로 구성됩니다. Magnetron Sputtering에 의해 제조 된 Bismuth Telluride Nanofilms는 넓은 면적과 평평성이 좋습니다. 비스무트 텔루 라이드 및은 필름의 두께가 각각 42nm 및 30 nm 일 때, 광장은 1100 ~ 1800 nm의 밴드에서 강한 공명 흡수를 나타낸다 (도 1C). 연구자들은이 광장을 TA2O5 (182 nm) 및 SIO2 (260 nm) 층의 교대 스택으로 만들어진 광학적 결정에 통합했을 때, 뚜렷한 흡수 계곡 (그림 1F)은 원래의 공명 흡수 피크 (~ 1550 nm) 근처에 나타 났으며, 이는 전자 측정 론적 효과와 유사하게 생성 된 원래의 공명 흡수 피크 (~ 1550 nm) 근처에 나타났습니다.

비스무트 텔루 라이드 물질은 투과 전자 현미경 및 엘립 솜 트리에 의해 특징 지어졌다. 무화과. 2A-2C는 전송 전자 현미경 사진 (고해상도 이미지)과 비스무트 텔루 라이드 나노 필름의 선택된 전자 회절 패턴을 보여줍니다. 제조 된 Bismuth Telluride 나노 필름은 다결정 물질이며, 주요 성장 방향은 (015) 결정 평면임을 알 수 있습니다. 도 2D-2F는 타원계와 적합한 표면 상태 및 상태 복합체 굴절률에 의해 측정 된 비스무트 텔 루리드의 복잡한 굴절률을 보여준다. 결과는 표면 상태의 멸종 계수가 230 ~ 1930 nm 범위의 굴절률보다 크며 금속 유사 특성을 보여줍니다. 파장이 1385 nm보다 클 때 신체의 굴절률은 6보다 크며,이 밴드의 실리콘, 게르마늄 및 기타 전통적인 고전적 인덱스 재료보다 훨씬 높으며, 이는 초 미세한 광학 공지기의 준비를위한 기초가됩니다. 연구원들은 이것이 광학 통신 대역에서 수십 개의 나노 미터의 두께가있는 토폴로지 절연체 평면 광 방향의 최초의보고 된 실현이라고 지적했다. 이어서, 비스무트 텔 루리드의 두께로 초박형 광장의 흡수 스펙트럼 및 공명 파장을 측정 하였다. 마지막으로, Bismuth Telluride Nanocavity/Photonic Crystal Structures에서 전자기적으로 유도 된 투명성 스펙트럼에 대한은 필름 두께의 효과가 조사됩니다.

비스무트 텔루 라이드 토폴로지 절연체의 넓은 면적 평면 박막을 제조하고 근거리 적외선 밴드에서 비스무지 텔 루리드 물질의 초고 굴절 지수를 활용함으로써 수십 개의 나노 미터의 두께가있는 평면 광학 공동이 얻어진다. 초박형 광장은 근적외선 대역에서 효율적인 공진 광 흡수를 실현할 수 있으며 광 통신 대역에서 광전자 장치의 개발에 중요한 적용 값을 갖습니다. 비스무트 텔루 루 라이드 광장의 두께는 공진 파장에 선형이며 유사한 실리콘 및 게르마늄 광장의 두께보다 작습니다. 동시에, Bismuth Telluride 광장은 광학 결정과 통합되어 전자기 적으로 유도 된 원자 시스템의 투명성과 유사한 비정상적인 광학 효과를 달성하여 미세 구조의 스펙트럼 조절을위한 새로운 방법을 제공합니다. 이 연구는 광 조절 및 광학 기능 장치에서 토폴로지 절연체 재료의 연구를 촉진하는 데 특정 역할을합니다.