ოპტიკური საკომუნიკაციო დიაპაზონი, ულტრა თხელი ოპტიკური რეზონატორი

ოპტიკური საკომუნიკაციო დიაპაზონი, ულტრა თხელი ოპტიკური რეზონატორი
ოპტიკურ რეზონატორებს შეუძლიათ სინათლის ტალღების კონკრეტული ტალღის სიგრძეების ლოკალიზება შეზღუდულ სივრცეში და მნიშვნელოვანი გამოყენება აქვთ სინათლე-მატერიის ურთიერთქმედებაში.ოპტიკური კომუნიკაცია, ოპტიკური ზონდირება და ოპტიკური ინტეგრაცია. რეზონატორის ზომა ძირითადად დამოკიდებულია მასალის მახასიათებლებსა და სამუშაო ტალღის სიგრძეზე, მაგალითად, ახლო ინფრაწითელ დიაპაზონში მომუშავე სილიციუმის რეზონატორებს, როგორც წესი, სჭირდებათ ასობით ნანომეტრის და მეტი ზომის ოპტიკური სტრუქტურები. ბოლო წლებში ულტრათხელმა ბრტყელმა ოპტიკურმა რეზონატორებმა დიდი ყურადღება მიიპყრო სტრუქტურულ ფერში, ჰოლოგრაფიულ გამოსახულებაში, სინათლის ველის რეგულირებასა და ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში მათი პოტენციური გამოყენების გამო. ბრტყელი რეზონატორების სისქის შემცირების ერთ-ერთი რთული პრობლემაა, რომლის წინაშეც მკვლევრები დგანან.
ტრადიციული ნახევარგამტარული მასალებისგან განსხვავებით, 3D ტოპოლოგიური იზოლატორები (როგორიცაა ბისმუტის ტელურიდი, სტიბიუმის ტელურიდი, ბისმუტის სელენიდი და ა.შ.) წარმოადგენს ახალ ინფორმაციულ მასალებს ტოპოლოგიურად დაცული ლითონის ზედაპირის მდგომარეობებით და იზოლატორის მდგომარეობებით. ზედაპირის მდგომარეობა დაცულია დროის ინვერსიის სიმეტრიით და მისი ელექტრონები არ იფანტება არამაგნიტური მინარევებით, რასაც მნიშვნელოვანი გამოყენების პერსპექტივები აქვს დაბალი სიმძლავრის კვანტურ გამოთვლებსა და სპინტრონულ მოწყობილობებში. ამავდროულად, ტოპოლოგიური იზოლატორის მასალები ასევე ავლენენ შესანიშნავ ოპტიკურ თვისებებს, როგორიცაა მაღალი გარდატეხის ინდექსი, დიდი არაწრფივი...ოპტიკურიკოეფიციენტი, ფართო სამუშაო სპექტრის დიაპაზონი, რეგულირება, მარტივი ინტეგრაცია და ა.შ., რაც უზრუნველყოფს ახალ პლატფორმას სინათლის რეგულირებისა დაოპტოელექტრონული მოწყობილობები.
ჩინეთში კვლევითმა ჯგუფმა შემოგვთავაზა ულტრათხელი ოპტიკური რეზონატორების დამზადების მეთოდი, რომელიც გამოიყენება დიდი ფართობის მქონე ბისმუტის ტელურიდის ტოპოლოგიური იზოლატორის ნანოფილმების გამოყენებით. ოპტიკური ღრუ აშკარად ავლენს რეზონანსის შთანთქმის მახასიათებლებს ახლო ინფრაწითელ დიაპაზონში. ბისმუტის ტელურიდს აქვს ძალიან მაღალი, 6-ზე მეტი გარდატეხის ინდექსი ოპტიკური საკომუნიკაციო დიაპაზონში (უფრო მაღალია, ვიდრე ტრადიციული მაღალი გარდატეხის ინდექსის მასალების, როგორიცაა სილიციუმი და გერმანიუმი, გარდატეხის ინდექსი), ისე, რომ ოპტიკური ღრუს სისქემ შეიძლება მიაღწიოს რეზონანსული ტალღის სიგრძის ერთ მეოცე ნაწილს. ამავდროულად, ოპტიკური რეზონატორი დალექილია ერთგანზომილებიან ფოტონურ კრისტალზე და ოპტიკურ საკომუნიკაციო დიაპაზონში შეინიშნება ელექტრომაგნიტურად გამოწვეული გამჭვირვალობის ახალი ეფექტი, რაც განპირობებულია რეზონატორის ტამის პლაზმონთან შეერთებით და მისი დესტრუქციული ინტერფერენციით. ამ ეფექტის სპექტრული რეაქცია დამოკიდებულია ოპტიკური რეზონატორის სისქეზე და მდგრადია გარემოს გარდატეხის ინდექსის ცვლილების მიმართ. ეს ნაშრომი ხსნის ახალ გზას ულტრათხელი ოპტიკური ღრუს, ტოპოლოგიური იზოლატორის მასალის სპექტრის რეგულირებისა და ოპტოელექტრონული მოწყობილობების რეალიზაციისთვის.
როგორც ნაჩვენებია ნახ. 1ა და 1ბ-ზე, ოპტიკური რეზონატორი ძირითადად შედგება ბისმუტის ტელურიდის ტოპოლოგიური იზოლატორისა და ვერცხლის ნანოფილმებისგან. მაგნიტრონული გაფრქვევით მომზადებულ ბისმუტის ტელურიდის ნანოფილმებს აქვთ დიდი ფართობი და კარგი სიბრტყე. როდესაც ბისმუტის ტელურიდისა და ვერცხლის ფირების სისქე შესაბამისად 42 ნმ და 30 ნმ-ია, ოპტიკური ღრუ ავლენს ძლიერ რეზონანსულ შთანთქმას 1100~1800 ნმ დიაპაზონში (ნახ. 1გ). როდესაც მკვლევარებმა ეს ოპტიკური ღრუ ინტეგრირეს ფოტონურ კრისტალზე, რომელიც დამზადებულია Ta2O5 (182 ნმ) და SiO2 (260 ნმ) ფენების მონაცვლეობითი დასტებისგან (ნახ. 1ე), ორიგინალური რეზონანსული შთანთქმის პიკის (~1550 ნმ) მახლობლად გაჩნდა მკაფიო შთანთქმის ველი (ნახ. 1ვ), რომელიც მსგავსია ატომური სისტემების მიერ წარმოქმნილი ელექტრომაგნიტურად ინდუცირებული გამჭვირვალობის ეფექტისა.

ბისმუტის ტელურიდის მასალა დახასიათდა გამტარი ელექტრონული მიკროსკოპიითა და ელიფსომეტრიით. ნახ. 2a-2c გვიჩვენებს გამტარი ელექტრონული მიკროგრაფიებს (მაღალი გარჩევადობის გამოსახულებები) და ბისმუტის ტელურიდის ნანოფილმების შერჩეულ ელექტრონულ დიფრაქციულ ნიმუშებს. ნახაზიდან ჩანს, რომ მომზადებული ბისმუტის ტელურიდის ნანოფილმები პოლიკრისტალური მასალებია და ზრდის ძირითადი ორიენტაციაა (015) ბროლის სიბრტყე. ნახაზი 2d-2f გვიჩვენებს ბისმუტის ტელურიდის კომპლექსურ რეფრაქციულ ინდექსს, რომელიც იზომება ელიფსომეტრით და მორგებულ ზედაპირის მდგომარეობას და მდგომარეობის კომპლექსურ რეფრაქციულ ინდექსს. შედეგები აჩვენებს, რომ ზედაპირის მდგომარეობის ჩაქრობის კოეფიციენტი აღემატება რეფრაქციულ ინდექსს 230~1930 ნმ დიაპაზონში, რაც აჩვენებს ლითონის მსგავს მახასიათებლებს. სხეულის გარდატეხის ინდექსი 6-ზე მეტია, როდესაც ტალღის სიგრძე 1385 ნმ-ზე მეტია, რაც გაცილებით მაღალია, ვიდრე სილიციუმის, გერმანიუმის და სხვა ტრადიციული მაღალი გარდატეხის ინდექსის მქონე მასალების შემთხვევაში ამ დიაპაზონში, რაც საფუძველს უყრის ულტრათხელი ოპტიკური რეზონატორების მომზადებას. მკვლევარები აღნიშნავენ, რომ ეს არის ტოპოლოგიური იზოლატორის ბრტყელი ოპტიკური ღრუს პირველი რეალიზაცია, რომლის სისქე ოპტიკური საკომუნიკაციო დიაპაზონში მხოლოდ ათობით ნანომეტრია. შემდგომში, ულტრათხელი ოპტიკური ღრუს შთანთქმის სპექტრი და რეზონანსული ტალღის სიგრძე გაიზომა ბისმუტის ტელურიდის სისქით. და ბოლოს, გამოკვლეულია ვერცხლის ფენის სისქის გავლენა ელექტრომაგნიტურად ინდუცირებულ გამჭვირვალობის სპექტრებზე ბისმუტის ტელურიდის ნანოღრუშის/ფოტონური კრისტალური სტრუქტურების მიხედვით.

ბისმუტის ტელურიდის ტოპოლოგიური იზოლატორების დიდი ფართობის ბრტყელი თხელი ფენების მომზადებით და ბისმუტის ტელურიდის მასალების ულტრამაღალი გარდატეხის ინდექსის გამოყენებით ახლო ინფრაწითელ დიაპაზონში, მიიღება ბრტყელი ოპტიკური ღრუ, რომლის სისქე მხოლოდ ათობით ნანომეტრია. ულტრათხელ ოპტიკურ ღრუს შეუძლია ეფექტურად განახორციელოს რეზონანსული სინათლის შთანთქმა ახლო ინფრაწითელ დიაპაზონში და მნიშვნელოვანი გამოყენებადი ღირებულება აქვს ოპტოელექტრონული მოწყობილობების შემუშავებაში ოპტიკური საკომუნიკაციო დიაპაზონში. ბისმუტის ტელურიდის ოპტიკური ღრუს სისქე ხაზოვანია რეზონანსული ტალღის სიგრძის მიმართ და უფრო მცირეა, ვიდრე მსგავსი სილიციუმის და გერმანიუმის ოპტიკური ღრუებისა. ამავდროულად, ბისმუტის ტელურიდის ოპტიკური ღრუ ინტეგრირებულია ფოტონურ კრისტალთან, რათა მიღწეული იქნას ანომალიური ოპტიკური ეფექტი, რომელიც მსგავსია ატომური სისტემის ელექტრომაგნიტურად ინდუცირებული გამჭვირვალობისა, რაც უზრუნველყოფს მიკროსტრუქტურის სპექტრის რეგულირების ახალ მეთოდს. ეს კვლევა გარკვეულ როლს ასრულებს სინათლის რეგულირებისა და ოპტიკურ-ფუნქციური მოწყობილობების ტოპოლოგიური იზოლატორის მასალების კვლევის ხელშეწყობაში.