ოპტიკური საკომუნიკაციო ზოლი, ულტრა თხელი ოპტიკური რეზონატორი

ოპტიკური საკომუნიკაციო ზოლი, ულტრა თხელი ოპტიკური რეზონატორი
ოპტიკურ რეზონატორებს შეუძლიათ სინათლის ტალღების კონკრეტული ტალღების სიგრძის ლოკალიზება შეზღუდულ სივრცეში და მნიშვნელოვანი აპლიკაციები სინათლის მატერიის ურთიერთქმედებაში.ოპტიკური კომუნიკაცია, ოპტიკური ზონდირება და ოპტიკური ინტეგრაცია. რეზონატორის ზომა ძირითადად დამოკიდებულია მასალის მახასიათებლებზე და ოპერაციულ ტალღის სიგრძეზე, მაგალითად, სილიკონის რეზონატორებს, რომლებიც მუშაობენ ახლო ინფრაწითელ ზოლში, ჩვეულებრივ საჭიროებენ ოპტიკურ სტრუქტურებს ასობით ნანომეტრის და ზემოთ. ბოლო წლებში ულტრა თხელმა პლანტურმა ოპტიკურმა რეზონატორებმა დიდი ყურადღება მიიპყრო მათი პოტენციური გამოყენების გამო სტრუქტურულ ფერებში, ჰოლოგრაფიულ გამოსახულებაში, სინათლის ველის რეგულირებასა და ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში. როგორ შევამციროთ პლანშეტური რეზონატორების სისქე მკვლევარების ერთ-ერთი რთული პრობლემაა.
ტრადიციული ნახევარგამტარული მასალებისგან განსხვავებით, 3D ტოპოლოგიური იზოლატორები (როგორიცაა ბისმუტის ტელურიდი, ანტიმონის ტელურიდი, ბისმუტის სელენიდი და ა. ზედაპირის მდგომარეობა დაცულია დროის ინვერსიის სიმეტრიით და მისი ელექტრონები არ არის მიმოფანტული არამაგნიტური მინარევებით, რასაც აქვს მნიშვნელოვანი გამოყენების პერსპექტივები დაბალი სიმძლავრის კვანტურ გამოთვლით და სპინტრონიულ მოწყობილობებში. ამავდროულად, ტოპოლოგიური საიზოლაციო მასალები ასევე აჩვენებენ შესანიშნავ ოპტიკურ თვისებებს, როგორიცაა მაღალი გარდატეხის ინდექსი, დიდი არაწრფივიოპტიკურიკოეფიციენტი, სამუშაო სპექტრის ფართო დიაპაზონი, რეგულირებადობა, მარტივი ინტეგრაცია და ა.შ., რაც უზრუნველყოფს ახალ პლატფორმას სინათლის რეგულირებისა და რეალიზაციისთვის.ოპტოელექტრონული მოწყობილობები.
ჩინეთში მკვლევარმა ჯგუფმა შემოგვთავაზა ულტრა თხელი ოპტიკური რეზონატორების დამზადების მეთოდი დიდი ფართობის მზარდი ბისმუტის ტელურიდის ტოპოლოგიური იზოლატორის ნანოფილების გამოყენებით. ოპტიკური ღრუ აჩვენებს აშკარა რეზონანსული შთანთქმის მახასიათებლებს ახლო ინფრაწითელ ზოლში. ბისმუტის ტელურიდს აქვს ძალიან მაღალი გარდატეხის ინდექსი 6-ზე მეტი ოპტიკურ საკომუნიკაციო ზოლში (უფრო მაღალი ვიდრე ტრადიციული რეფრაქციული ინდექსის მქონე მასალების, როგორიცაა სილიკონი და გერმანიუმი), ასე რომ, ოპტიკური ღრუს სისქემ შეიძლება მიაღწიოს რეზონანსის მეოცე მეოცეედს. ტალღის სიგრძე. ამავდროულად, ოპტიკური რეზონატორი დეპონირდება ერთგანზომილებიან ფოტონიკურ კრისტალზე და შეინიშნება ახალი ელექტრომაგნიტურად გამოწვეული გამჭვირვალობის ეფექტი ოპტიკურ საკომუნიკაციო ზოლში, რაც განპირობებულია რეზონატორის შეერთებით Tamm პლაზმონთან და მისი დესტრუქციული ჩარევით. . ამ ეფექტის სპექტრული რეაქცია დამოკიდებულია ოპტიკური რეზონატორის სისქეზე და მდგრადია გარემოს გარდატეხის ინდექსის ცვლილების მიმართ. ეს ნამუშევარი ხსნის ახალ გზას ულტრათხელი ოპტიკური ღრუს, ტოპოლოგიური იზოლატორის მასალის სპექტრის რეგულირებისა და ოპტოელექტრონული მოწყობილობების რეალიზაციისთვის.
როგორც ნაჩვენებია ნახ. 1a და 1b, ოპტიკური რეზონატორი ძირითადად შედგება ბისმუტის ტელურიდის ტოპოლოგიური იზოლატორისა და ვერცხლის ნანოფილებისგან. ბისმუტის ტელურიდის ნანოფილმებს, რომლებიც მომზადებულია მაგნიტრონის დაფრქვევით, აქვთ დიდი ფართობი და კარგი სიბრტყე. როდესაც ბისმუტის ტელურიდის და ვერცხლის ფენების სისქე არის 42 ნმ და 30 ნმ, ოპტიკური ღრუ ავლენს ძლიერ რეზონანსულ შთანთქმას 1100-1800 ნმ ზოლში (სურათი 1c). როდესაც მკვლევარებმა ეს ოპტიკური ღრუ დააკავშირეს Ta2O5 (182 ნმ) და SiO2 (260 ნმ) ფენების ალტერნატიული წყობისგან შექმნილ ფოტონიკურ კრისტალზე (სურათი 1e), გამოკვეთილი შთანთქმის ველი (სურათი 1f) გამოჩნდა თავდაპირველი რეზონანსული შთანთქმის მწვერვალთან (~). 1550 ნმ), რაც ატომური სისტემების მიერ წარმოებული ელექტრომაგნიტურად გამოწვეული გამჭვირვალობის ეფექტის მსგავსია.

ბისმუტის ტელურიდის მასალა ხასიათდებოდა გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპით და ელიფსომეტრიით. ნახ. 2a-2c გვიჩვენებს გადამცემ ელექტრონულ მიკროგრაფებს (მაღალი გარჩევადობის გამოსახულებები) და ბისმუტის ტელურიდის ნანოფილმების შერჩეული ელექტრონული დიფრაქციული ნიმუშები. ნახატიდან ჩანს, რომ მომზადებული ბისმუტის ტელურიდის ნანოფილები არის პოლიკრისტალური მასალა და ზრდის ძირითადი ორიენტაცია არის (015) ბროლის სიბრტყე. სურათი 2d-2f გვიჩვენებს ბისმუტის ტელურიდის კომპლექსური რეფრაქციული ინდექსის, რომელიც იზომება ელიფსომეტრით და მორგებული ზედაპირის მდგომარეობისა და მდგომარეობის კომპლექსური რეფრაქციული ინდექსით. შედეგები აჩვენებს, რომ ზედაპირის მდგომარეობის ჩაქრობის კოეფიციენტი აღემატება გარდატეხის ინდექსს 230-1930 ნმ დიაპაზონში, რაც აჩვენებს ლითონის მსგავს მახასიათებლებს. სხეულის რეფრაქციული ინდექსი 6-ზე მეტია, როდესაც ტალღის სიგრძე 1385 ნმ-ზე მეტია, რაც ბევრად აღემატება სილიციუმის, გერმანიუმის და სხვა ტრადიციული მაღალი რეფრაქციული ინდექსის მასალების ამ ზოლში, რაც საფუძველს უქმნის ულტრა მომზადების პროცესს. - თხელი ოპტიკური რეზონატორები. მკვლევარები აღნიშნავენ, რომ ეს არის პირველი მოხსენებული რეალიზაცია ტოპოლოგიური იზოლატორის პლანზური ოპტიკური ღრუს შესახებ, რომლის სისქე მხოლოდ ათობით ნანომეტრია ოპტიკურ საკომუნიკაციო ზოლში. შემდგომში, ულტრა თხელი ოპტიკური ღრუს შთანთქმის სპექტრი და რეზონანსული ტალღის სიგრძე გაზომეს ბისმუტის ტელურიდის სისქით. დაბოლოს, გამოკვლეულია ვერცხლის ფირის სისქის ეფექტი ელექტრომაგნიტურად გამოწვეულ გამჭვირვალობის სპექტრებზე ბისმუტის ტელურიდის ნანო ღრუში/ფოტონურ კრისტალურ სტრუქტურებში.

ბისმუტის ტელურიდის ტოპოლოგიური იზოლატორების დიდი ფართობის ბრტყელი თხელი ფენების მომზადებით და ინფრაწითელ ზოლში ბისმუტის ტელურიდის მასალების ულტრა მაღალი რეფრაქციული ინდექსის გამოყენებით, მიიღება პლანშეტური ოპტიკური ღრუ, რომლის სისქე მხოლოდ ათობით ნანომეტრია. ულტრა თხელ ოპტიკურ ღრუს შეუძლია განახორციელოს ეფექტური რეზონანსული სინათლის შთანთქმა ახლო ინფრაწითელ ზოლში და აქვს მნიშვნელოვანი გამოყენების მნიშვნელობა ოპტოელექტრონული მოწყობილობების განვითარებაში ოპტიკურ საკომუნიკაციო ზოლში. ბისმუტის ტელურიდის ოპტიკური ღრუს სისქე წრფივია რეზონანსული ტალღის სიგრძის მიმართ და უფრო მცირეა, ვიდრე მსგავსი სილიციუმის და გერმანიუმის ოპტიკური ღრუს. ამავდროულად, ბისმუტის ტელურიდის ოპტიკური ღრუ ინტეგრირებულია ფოტონიკურ კრისტალთან, რათა მიაღწიოს ანომალიურ ოპტიკურ ეფექტს, რომელიც მსგავსია ატომური სისტემის ელექტრომაგნიტურად გამოწვეული გამჭვირვალობისა, რაც უზრუნველყოფს მიკროსტრუქტურის სპექტრის რეგულირების ახალ მეთოდს. ეს კვლევა გარკვეულ როლს თამაშობს სინათლის რეგულაციისა და ოპტიკურ ფუნქციონალურ მოწყობილობებში ტოპოლოგიური იზოლატორის მასალების კვლევის ხელშეწყობაში.