Оптик холбооны зурвас, хэт нимгэн оптик резонатор

Оптик холбооны зурвас, хэт нимгэн оптик резонатор
Оптик резонаторууд нь хязгаарлагдмал орон зайд гэрлийн долгионы тодорхой долгионы уртыг тогтоож чаддаг бөгөөд гэрэл-матери харилцан үйлчлэлд чухал хэрэглээтэй байдаг.оптик холбоо, оптик мэдрэгч болон оптик интеграцчилал. Резонаторын хэмжээ нь голчлон материалын шинж чанар болон ажиллах долгионы уртаас хамаардаг, жишээлбэл, ойрын хэт улаан туяаны зурваст ажилладаг цахиурын резонаторууд нь ихэвчлэн хэдэн зуун нанометр ба түүнээс дээш оптик бүтэц шаарддаг. Сүүлийн жилүүдэд хэт нимгэн хавтгай оптик резонаторууд нь бүтцийн өнгө, голографик дүрслэл, гэрлийн талбайн зохицуулалт болон оптоэлектроник төхөөрөмжүүдэд ашиглах боломжтой тул ихээхэн анхаарал татаж байна. Хавтгай резонаторын зузааныг хэрхэн багасгах нь судлаачдын тулгардаг хэцүү асуудлуудын нэг юм.
Уламжлалт хагас дамжуулагч материалаас ялгаатай нь 3 хэмжээст топологийн тусгаарлагч (висмут теллурид, сурьма теллурид, висмут селенид гэх мэт) нь топологийн хувьд хамгаалагдсан металл гадаргуугийн төлөв байдал болон тусгаарлагчийн төлөв байдалтай шинэ мэдээллийн материал юм. Гадаргуугийн төлөв нь цаг хугацааны урвуу тэгш хэмээр хамгаалагдсан бөгөөд түүний электронууд нь соронзон бус хольцоор тархдаггүй бөгөөд энэ нь бага чадлын квант тооцоолол болон спинтроник төхөөрөмжүүдэд чухал хэрэглээний хэтийн төлөвтэй байдаг. Үүний зэрэгцээ топологийн тусгаарлагч материалууд нь өндөр хугарлын индекс, том шугаман бус зэрэг маш сайн оптик шинж чанарыг харуулдаг.оптиккоэффициент, өргөн хүрээний ажлын спектр, тохируулга хийх чадвар, хялбар нэгтгэх гэх мэт нь гэрлийн зохицуулалтыг хэрэгжүүлэх шинэ платформыг бий болгодогоптоэлектроник төхөөрөмжүүд.
Хятадын нэгэн судалгааны баг висмут теллуридын топологийн тусгаарлагч нано хальс ашиглан хэт нимгэн оптик резонатор үйлдвэрлэх аргыг санал болгов. Оптик хөндий нь ойрын хэт улаан туяаны зурваст резонансын шингээлтийн шинж чанарыг харуулдаг. Висмут теллуридын оптик холбооны зурваст 6-аас дээш хугарлын илтгэгч маш өндөр байдаг (цахиур, германий зэрэг уламжлалт өндөр хугарлын илтгэгч материалын хугарлын илтгэгчээс өндөр) тул оптик хөндийн зузаан нь резонансын долгионы уртын хорин нэгт хүрч чаддаг. Үүний зэрэгцээ оптик резонаторыг нэг хэмжээст фотоник болор дээр байрлуулж, оптик холбооны зурваст цахилгаан соронзон өдөөгдсөн тунгалаг байдлын шинэ нөлөө ажиглагддаг бөгөөд энэ нь резонаторыг Тамм плазмонтой холбож, түүний хор хөнөөлтэй интерференцтэй холбоотой юм. Энэхүү нөлөөллийн спектрийн хариу үйлдэл нь оптик резонаторын зузаанаас хамаардаг бөгөөд орчны хугарлын илтгэгчийн өөрчлөлтөд тэсвэртэй байдаг. Энэхүү ажил нь хэт нимгэн оптик хөндий, топологийн тусгаарлагч материалын спектрийн зохицуулалт, оптоэлектроник төхөөрөмжийг бий болгох шинэ замыг нээж өгч байна.
Зураг 1a ба 1b-д үзүүлсэнчлэн, оптик резонатор нь голчлон висмутын теллуридын топологийн тусгаарлагч болон мөнгөн нано хальснаас бүрдэнэ. Магнетрон цацалтаар бэлтгэсэн висмутын теллуридын нано хальс нь том талбайтай бөгөөд сайн тэгш байдаг. Висмутын теллуридын болон мөнгөн хальсны зузаан нь тус тус 42 нм ба 30 нм байх үед оптик хөндий нь 1100~1800 нм зурвас дээр хүчтэй резонансын шингээлтийг харуулдаг (Зураг 1c). Судлаачид энэхүү оптик хөндийг Ta2O5 (182 нм) ба SiO2 (260 нм) давхаргын ээлжлэн үүссэн фотоник болор дээр нэгтгэхэд (Зураг 1e) анхны резонансын шингээлтийн оргил (~1550 нм)-ийн ойролцоо тодорхой шингээлтийн хөндий (Зураг 1f) гарч ирсэн бөгөөд энэ нь атомын системүүдийн үүсгэсэн цахилгаан соронзон өдөөгдсөн тунгалаг байдлын эффекттэй төстэй юм.

Висмутын теллуридын материалыг дамжуулалтын электрон микроскоп болон эллипсометрийн аргаар тодорхойлсон. Зураг 2a-2c нь дамжуулалтын электрон микрограф (өндөр нягтралтай зураг) болон висмутын теллуридын нано хальсны сонгосон электрон дифракцийн хэв маягийг харуулж байна. Зурагнаас харахад бэлтгэсэн висмутын теллуридын нано хальс нь поликристал материал бөгөөд гол өсөлтийн чиглэл нь (015) талст хавтгай болохыг харж болно. Зураг 2d-2f нь эллипсометр болон суурилуулсан гадаргуугийн төлөв байдал болон төлөвийн цогцолбор хугарлын индексээр хэмжсэн висмутын теллуридын комплекс хугарлын индексийг харуулж байна. Үр дүнгээс харахад гадаргуугийн төлөвийн устах коэффициент нь 230~1930 нм-ийн хүрээнд хугарлын индексээс их байгаа нь металл төст шинж чанарыг харуулж байна. Долгионы урт 1385 нм-ээс их байх үед биеийн хугарлын илтгэгч нь 6-аас их байдаг бөгөөд энэ нь цахиур, германий болон бусад уламжлалт өндөр хугарлын илтгэгчтэй материалаас хамаагүй өндөр бөгөөд энэ нь хэт нимгэн оптик резонатор бэлтгэх үндэс суурийг тавьдаг. Судлаачид энэ нь оптик холбооны зурваст ердөө хэдэн арван нанометр зузаантай топологийн тусгаарлагч хавтгай оптик хөндийг анх удаа хэрэгжүүлсэн болохыг онцолжээ. Үүний дараа хэт нимгэн оптик хөндийн шингээлтийн спектр ба резонансын долгионы уртыг висмут теллуридын зузаанаар хэмжсэн. Эцэст нь мөнгөн хальсны зузаан нь висмут теллуридын нано хөндий/фотоник талст бүтцэд цахилгаан соронзон өдөөгдсөн тунгалаг спектрт хэрхэн нөлөөлж байгааг судалсан.

Висмут теллуридын топологийн тусгаарлагчийн том талбай бүхий хавтгай нимгэн хальсыг бэлтгэж, ойрын хэт улаан туяаны зурваст висмут теллуридын материалын хэт өндөр хугарлын индексийг ашигласнаар ердөө хэдэн арван нанометр зузаантай хавтгай оптик хөндийг гаргаж авдаг. Хэт нимгэн оптик хөндий нь ойрын хэт улаан туяаны зурваст үр ашигтай резонансын гэрлийн шингээлтийг бий болгож чаддаг бөгөөд оптик холбооны зурваст оптоэлектроник төхөөрөмжийг хөгжүүлэхэд чухал хэрэглээний ач холбогдолтой юм. Висмут теллуридын оптик хөндийн зузаан нь резонансын долгионы урттай шугаман бөгөөд ижил төстэй цахиур болон германий оптик хөндийнхөөс бага байна. Үүний зэрэгцээ, висмут теллуридын оптик хөндийг фотоник болортой нэгтгэснээр атомын системийн цахилгаан соронзон өдөөгдсөн тунгалаг байдалтай төстэй аномаль оптик эффектийг бий болгодог бөгөөд энэ нь бичил бүтцийн спектрийн зохицуулалтын шинэ аргыг бий болгодог. Энэхүү судалгаа нь гэрлийн зохицуулалт болон оптик функциональ төхөөрөмжүүдэд топологийн тусгаарлагч материалын судалгааг дэмжихэд тодорхой үүрэг гүйцэтгэдэг.