ऑप्टिकल संचार बैंड, अल्ट्रा-पतली ऑप्टिकल अनुनादक

ऑप्टिकल संचार बैंड, अल्ट्रा-पतली ऑप्टिकल अनुनादक
ऑप्टिकल रेज़ोनेटर सीमित स्थान में प्रकाश तरंगों की विशिष्ट तरंगदैर्घ्य का स्थानीयकरण कर सकते हैं, तथा प्रकाश-पदार्थ अंतःक्रिया में इनके महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं।ऑप्टिकल संचार, ऑप्टिकल सेंसिंग और ऑप्टिकल इंटीग्रेशन। रेज़ोनेटर का आकार मुख्य रूप से सामग्री की 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-पतले प्लानर ऑप्टिकल रेज़ोनेटर ने संरचनात्मक रंग, होलोग्राफिक इमेजिंग, प्रकाश क्षेत्र विनियमन और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उनके संभावित अनुप्रयोगों के कारण बहुत ध्यान आकर्षित किया है। प्लानर 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, 3D टोपोलॉजिकल इंसुलेटर (जैसे बिस्मथ टेल्यूराइड, एंटीमनी टेल्यूराइड, बिस्मथ सेलेनाइड, आदि) टोपोलॉजिकल रूप से संरक्षित धातु सतह अवस्थाओं और इन्सुलेटर अवस्थाओं के साथ नई सूचना सामग्री हैं। सतह की स्थिति समय व्युत्क्रम की समरूपता द्वारा संरक्षित है, और इसके इलेक्ट्रॉन गैर-चुंबकीय अशुद्धियों द्वारा बिखरे नहीं हैं, जिसमें कम-शक्ति क्वांटम कंप्यूटिंग और स्पिनट्रॉनिक उपकरणों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। साथ ही, टोपोलॉजिकल इंसुलेटर सामग्री भी उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुण दिखाती है, जैसे उच्च अपवर्तक सूचकांक, बड़ी गैर-रैखिकऑप्टिकलगुणांक, विस्तृत कार्यशील स्पेक्ट्रम रेंज, ट्यूनेबिलिटी, आसान एकीकरण, आदि, जो प्रकाश विनियमन की प्राप्ति के लिए एक नया मंच प्रदान करता है औरऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण.
चीन में एक शोध दल ने बड़े क्षेत्र में विकसित होने वाले बिस्मथ टेल्यूराइड टोपोलॉजिकल इंसुलेटर नैनोफिल्म का उपयोग करके अल्ट्रा-पतले 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 टेल्यूराइड में 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 तरंगदैर्ध्य के बीसवें हिस्से तक पहुँच सके। 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 प्लाज़्मोन और इसके विनाशकारी हस्तक्षेप के साथ अनुनाद के युग्मन के कारण होता है। इस प्रभाव की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया ऑप्टिकल रेज़ोनेटर की मोटाई पर निर्भर करती है और परिवेशी अपवर्तक सूचकांक के परिवर्तन के लिए मजबूत होती है। यह कार्य अल्ट्राथिन ऑप्टिकल कैविटी, टोपोलॉजिकल इंसुलेटर सामग्री स्पेक्ट्रम विनियमन और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए एक नया रास्ता खोलता है।
जैसा कि चित्र 1a और 1b में दिखाया गया है, ऑप्टिकल रेज़ोनेटर मुख्य रूप से बिस्मथ टेल्यूराइड टोपोलॉजिकल इंसुलेटर और सिल्वर नैनोफिल्म से बना होता है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग द्वारा तैयार किए गए बिस्मथ टेल्यूराइड नैनोफिल्म में बड़ा क्षेत्र और अच्छी समतलता होती है। जब बिस्मथ टेल्यूराइड और सिल्वर फिल्मों की मोटाई क्रमशः 42 एनएम और 30 एनएम होती है, तो ऑप्टिकल कैविटी 1100~1800 एनएम (चित्र 1c) के बैंड में मजबूत अनुनाद अवशोषण प्रदर्शित करती है। जब शोधकर्ताओं ने इस ऑप्टिकल कैविटी को Ta2O5 (182 एनएम) और SiO2 (260 एनएम) परतों (चित्र 1e) के वैकल्पिक स्टैक से बने फोटोनिक क्रिस्टल पर एकीकृत किया, तो मूल अनुनाद अवशोषण शिखर (~1550 एनएम) के पास एक अलग अवशोषण घाटी (चित्र 1f) दिखाई दी, 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 चिह्नित किया गया था। चित्र 2a-2c ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ़ (उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियाँ) और बिस्मथ टेलुराइड नैनोफिल्म के चयनित इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न दिखाता है। चित्र से यह देखा जा सकता है कि तैयार किए गए बिस्मथ टेलुराइड नैनोफिल्म पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री हैं, और मुख्य विकास अभिविन्यास (015) क्रिस्टल प्लेन है। चित्र 2d-2f एलिप्सोमीटर और फिटेड सतह स्थिति और राज्य जटिल अपवर्तक सूचकांक द्वारा मापा गया बिस्मथ टेलुराइड का जटिल अपवर्तक सूचकांक दिखाता है। परिणाम दिखाते 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। तरंगदैर्घ्य 1385 एनएम से अधिक होने पर शरीर का अपवर्तनांक 6 से अधिक होता है, जो इस बैंड में सिलिकॉन, जर्मेनियम और अन्य पारंपरिक उच्च-अपवर्तनांक सामग्री की तुलना में बहुत अधिक है, जो अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेज़ोनेटर की तैयारी के लिए एक आधार तैयार करता है। शोधकर्ता बताते हैं कि यह ऑप्टिकल संचार बैंड में केवल दसियों नैनोमीटर की मोटाई के साथ एक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर प्लानर ऑप्टिकल गुहा का पहला रिपोर्ट किया गया अहसास है। इसके बाद, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल गुहा के अवशोषण स्पेक्ट्रम और अनुनाद तरंगदैर्ध्य को बिस्मथ टेल्यूराइड की मोटाई के साथ मापा गया। अंत में, बिस्मथ टेल्यूराइड नैनोकैविटी/फोटोनिक क्रिस्टल संरचनाओं में विद्युत चुम्बकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता स्पेक्ट्रा पर सिल्वर फिल्म की मोटाई के प्रभाव की जांच की गई

बिस्मथ टेलुराइड टोपोलॉजिकल इंसुलेटर की बड़े क्षेत्र की सपाट पतली फिल्म तैयार करके, और निकट अवरक्त बैंड में बिस्मथ टेलुराइड सामग्रियों के अल्ट्रा-हाई अपवर्तक सूचकांक का लाभ उठाकर, केवल दसियों नैनोमीटर की मोटाई वाली एक समतल ऑप्टिकल गुहा प्राप्त की जाती है। अल्ट्रा-पतली ऑप्टिकल गुहा निकट अवरक्त बैंड में कुशल अनुनाद 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 अनुनाद तरंगदैर्ध्य के लिए रैखिक है, और समान सिलिकॉन और जर्मेनियम ऑप्टिकल गुहा की तुलना में छोटी है। उसी समय, बिस्मथ टेलुराइड ऑप्टिकल गुहा को फोटोनिक क्रिस्टल के साथ एकीकृत किया जाता है ताकि परमाणु प्रणाली की विद्युत चुम्बकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता के समान विषम ऑप्टिकल प्रभाव प्राप्त किया जा सके, जो माइक्रोस्ट्रक्चर के स्पेक्ट्रम विनियमन के लिए एक नई विधि प्रदान करता है। यह अध्ययन प्रकाश विनियमन और ऑप्टिकल कार्यात्मक उपकरणों में टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर सामग्रियों के अनुसंधान को बढ़ावा देने में एक निश्चित भूमिका निभाता है।