ऑप्टिकल संचार बैंड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेज़ोनेटर

ऑप्टिकल संचार बैंड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेज़ोनेटर
ऑप्टिकल रेज़ोनेटर एक सीमित स्थान में प्रकाश तरंगों की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को स्थानीयकृत कर सकते हैं, और प्रकाश-पदार्थ संपर्क में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग कर सकते हैं,ऑप्टिकल संचार, ऑप्टिकल सेंसिंग, और ऑप्टिकल एकीकरण। रेज़ोनेटर का आकार मुख्य रूप से सामग्री विशेषताओं और ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है, उदाहरण के लिए, निकट अवरक्त बैंड में काम करने वाले सिलिकॉन रेज़ोनेटर को आमतौर पर सैकड़ों नैनोमीटर और उससे अधिक की ऑप्टिकल संरचनाओं की आवश्यकता होती है। हाल के वर्षों में, अल्ट्रा-थिन प्लेनर ऑप्टिकल रेज़ोनेटर ने संरचनात्मक रंग, होलोग्राफिक इमेजिंग, प्रकाश क्षेत्र विनियमन और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में अपने संभावित अनुप्रयोगों के कारण बहुत ध्यान आकर्षित किया है। प्लेनर रेज़ोनेटर की मोटाई को कैसे कम किया जाए यह शोधकर्ताओं के सामने आने वाली कठिन समस्याओं में से एक है।
पारंपरिक अर्धचालक सामग्रियों से अलग, 3डी टोपोलॉजिकल इंसुलेटर (जैसे बिस्मथ टेल्यूराइड, एंटीमनी टेल्यूराइड, बिस्मथ सेलेनाइड, आदि) टोपोलॉजिकल रूप से संरक्षित धातु सतह स्थितियों और इंसुलेटर स्थितियों के साथ नई सूचना सामग्री हैं। सतह की स्थिति समय व्युत्क्रमण की समरूपता द्वारा संरक्षित होती है, और इसके इलेक्ट्रॉन गैर-चुंबकीय अशुद्धियों द्वारा बिखरे नहीं होते हैं, जिसमें कम-शक्ति क्वांटम कंप्यूटिंग और स्पिंट्रोनिक उपकरणों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग संभावनाएं होती हैं। साथ ही, टोपोलॉजिकल इंसुलेटर सामग्री उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुण भी दिखाती है, जैसे उच्च अपवर्तक सूचकांक, बड़े नॉनलाइनियरऑप्टिकलगुणांक, विस्तृत कार्य स्पेक्ट्रम रेंज, ट्यूनेबिलिटी, आसान एकीकरण इत्यादि, जो प्रकाश विनियमन की प्राप्ति के लिए एक नया मंच प्रदान करता है औरऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण.
चीन में एक शोध दल ने बड़े क्षेत्र में उगने वाले बिस्मथ टेलुराइड टोपोलॉजिकल इंसुलेटर नैनोफिल्म्स का उपयोग करके अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेज़ोनेटर के निर्माण के लिए एक विधि प्रस्तावित की है। ऑप्टिकल गुहा निकट अवरक्त बैंड में स्पष्ट अनुनाद अवशोषण विशेषताओं को दर्शाता है। बिस्मथ टेलुराइड का ऑप्टिकल संचार बैंड में 6 से अधिक का बहुत उच्च अपवर्तक सूचकांक है (सिलिकॉन और जर्मेनियम जैसे पारंपरिक उच्च अपवर्तक सूचकांक सामग्री के अपवर्तक सूचकांक से अधिक), ताकि ऑप्टिकल गुहा की मोटाई अनुनाद के एक-बीसवें हिस्से तक पहुंच सके तरंग दैर्ध्य. उसी समय, ऑप्टिकल रेज़ोनेटर को एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल पर जमा किया जाता है, और ऑप्टिकल संचार बैंड में एक नया विद्युत चुम्बकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता प्रभाव देखा जाता है, जो टैम प्लास्मोन के साथ रेज़ोनेटर के युग्मन और इसके विनाशकारी हस्तक्षेप के कारण होता है। . इस प्रभाव की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया ऑप्टिकल रेज़ोनेटर की मोटाई पर निर्भर करती है और परिवेश अपवर्तक सूचकांक के परिवर्तन के लिए मजबूत है। यह कार्य अल्ट्राथिन ऑप्टिकल कैविटी, टोपोलॉजिकल इंसुलेटर सामग्री स्पेक्ट्रम विनियमन और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की प्राप्ति के लिए एक नया रास्ता खोलता है।
जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 1ए और 1बी, ऑप्टिकल रेज़ोनेटर मुख्य रूप से एक बिस्मथ टेलुराइड टोपोलॉजिकल इंसुलेटर और सिल्वर नैनोफिल्म्स से बना है। मैग्नेट्रोन स्पटरिंग द्वारा तैयार बिस्मथ टेलुराइड नैनोफिल्म्स का क्षेत्रफल बड़ा और समतलता अच्छी है। जब बिस्मथ टेलुराइड और सिल्वर फिल्मों की मोटाई क्रमशः 42 एनएम और 30 एनएम है, तो ऑप्टिकल गुहा 1100 ~ 1800 एनएम (चित्रा 1 सी) के बैंड में मजबूत अनुनाद अवशोषण प्रदर्शित करता है। जब शोधकर्ताओं ने इस ऑप्टिकल गुहा को Ta2O5 (182 एनएम) और SiO2 (260 एनएम) परतों (चित्र 1e) के वैकल्पिक ढेर से बने एक फोटोनिक क्रिस्टल पर एकीकृत किया, तो मूल अनुनाद अवशोषण शिखर (~) के पास एक अलग अवशोषण घाटी (चित्र 1f) दिखाई दी। 1550 एनएम), जो परमाणु प्रणालियों द्वारा उत्पादित विद्युत चुम्बकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता प्रभाव के समान है।

बिस्मथ टेलुराइड सामग्री को ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और एलिप्सोमेट्री द्वारा चित्रित किया गया था। अंजीर। 2ए-2सी ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ (उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियां) और बिस्मथ टेलुराइड नैनोफिल्म्स के चयनित इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न दिखाता है। यह चित्र से देखा जा सकता है कि तैयार बिस्मथ टेलुराइड नैनोफिल्म्स पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री हैं, और मुख्य विकास अभिविन्यास (015) क्रिस्टल विमान है। चित्र 2d-2f इलिप्सोमीटर द्वारा मापे गए बिस्मथ टेलुराइड के जटिल अपवर्तक सूचकांक और फिट सतह की स्थिति और राज्य के जटिल अपवर्तक सूचकांक को दर्शाता है। नतीजे बताते हैं कि सतह की स्थिति का विलुप्त होने का गुणांक 230 ~ 1930 एनएम की सीमा में अपवर्तक सूचकांक से अधिक है, जो धातु जैसी विशेषताओं को दर्शाता है। जब तरंग दैर्ध्य 1385 एनएम से अधिक होता है, तो शरीर का अपवर्तक सूचकांक 6 से अधिक होता है, जो इस बैंड में सिलिकॉन, जर्मेनियम और अन्य पारंपरिक उच्च-अपवर्तक सूचकांक सामग्री की तुलना में बहुत अधिक है, जो अल्ट्रा की तैयारी के लिए आधार तैयार करता है। -पतले ऑप्टिकल अनुनादक। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह ऑप्टिकल संचार बैंड में केवल दसियों नैनोमीटर की मोटाई के साथ एक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर प्लानर ऑप्टिकल कैविटी की पहली रिपोर्ट है। इसके बाद, अति पतली ऑप्टिकल गुहा के अवशोषण स्पेक्ट्रम और अनुनाद तरंग दैर्ध्य को बिस्मथ टेलुराइड की मोटाई से मापा गया। अंत में, बिस्मथ टेलुराइड नैनोकैविटी/फोटोनिक क्रिस्टल संरचनाओं में विद्युत चुम्बकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता स्पेक्ट्रा पर सिल्वर फिल्म की मोटाई के प्रभाव की जांच की जाती है।

बिस्मथ टेलुराइड टोपोलॉजिकल इंसुलेटर के बड़े क्षेत्र की सपाट पतली फिल्में तैयार करके, और निकट अवरक्त बैंड में बिस्मथ टेलुराइड सामग्री के अल्ट्रा-उच्च अपवर्तक सूचकांक का लाभ उठाकर, केवल दसियों नैनोमीटर की मोटाई के साथ एक समतल ऑप्टिकल गुहा प्राप्त किया जाता है। अति पतली ऑप्टिकल गुहा निकट अवरक्त बैंड में कुशल गुंजयमान प्रकाश अवशोषण का एहसास कर सकती है, और ऑप्टिकल संचार बैंड में ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य है। बिस्मथ टेलुराइड ऑप्टिकल गुहा की मोटाई गुंजयमान तरंग दैर्ध्य के लिए रैखिक है, और समान सिलिकॉन और जर्मेनियम ऑप्टिकल गुहा की तुलना में छोटी है। साथ ही, परमाणु प्रणाली की विद्युतचुंबकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता के समान असामान्य ऑप्टिकल प्रभाव प्राप्त करने के लिए बिस्मथ टेल्यूराइड ऑप्टिकल कैविटी को फोटोनिक क्रिस्टल के साथ एकीकृत किया जाता है, जो माइक्रोस्ट्रक्चर के स्पेक्ट्रम विनियमन के लिए एक नई विधि प्रदान करता है। यह अध्ययन प्रकाश विनियमन और ऑप्टिकल कार्यात्मक उपकरणों में टोपोलॉजिकल इंसुलेटर सामग्री के अनुसंधान को बढ़ावा देने में एक निश्चित भूमिका निभाता है।