ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్, అతి సన్నని ఆప్టికల్ రెసొనేటర్

ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్, అతి సన్నని ఆప్టికల్ రెసొనేటర్
ఆప్టికల్ రెసోనేటర్లు కాంతి తరంగాల నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాలను పరిమిత ప్రదేశంలో కేంద్రీకరించగలవు మరియు కాంతి-పదార్థ పరస్పర చర్యలో ముఖ్యమైన అనువర్తనాలను కలిగి ఉంటాయి.ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ఆప్టికల్ సెన్సింగ్ మరియు ఆప్టికల్ ఇంటిగ్రేషన్ వంటి రంగాలలో రెసొనేటర్ల పరిమాణం ప్రధానంగా పదార్థ లక్షణాలు మరియు పనిచేసే తరంగదైర్ఘ్యంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, నియర్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్‌లో పనిచేసే సిలికాన్ రెసొనేటర్లకు సాధారణంగా వందల నానోమీటర్లు మరియు అంతకంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉన్న ఆప్టికల్ నిర్మాణాలు అవసరం. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, స్ట్రక్చరల్ కలర్, హోలోగ్రాఫిక్ ఇమేజింగ్, లైట్ ఫీల్డ్ రెగ్యులేషన్ మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో వాటికున్న అనువర్తనాల కారణంగా అతి సన్నని ప్లానార్ ఆప్టికల్ రెసొనేటర్లు చాలా దృష్టిని ఆకర్షించాయి. ప్లానార్ రెసొనేటర్ల మందాన్ని ఎలా తగ్గించాలనేది పరిశోధకులు ఎదుర్కొంటున్న కష్టమైన సమస్యలలో ఒకటి.
సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ పదార్థాలకు భిన్నంగా, 3D టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్లు (బిస్మత్ టెల్లూరైడ్, యాంటిమోనీ టెల్లూరైడ్, బిస్మత్ సెలెనైడ్ మొదలైనవి) అనేవి టోపోలాజికల్‌గా రక్షించబడిన లోహ ఉపరితల స్థితులు మరియు ఇన్సులేటర్ స్థితులను కలిగి ఉన్న కొత్త సమాచార పదార్థాలు. ఉపరితల స్థితి కాల విలోమ సౌష్టవం ద్వారా రక్షించబడుతుంది, మరియు దాని ఎలక్ట్రాన్లు అయస్కాంతేతర మలినాల ద్వారా చెదరవు. ఇది తక్కువ-శక్తి క్వాంటం కంప్యూటింగ్ మరియు స్పిన్‌ట్రానిక్ పరికరాలలో ముఖ్యమైన అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉంది. అదే సమయంలో, టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ పదార్థాలు అధిక వక్రీభవన సూచిక, పెద్ద నాన్-లీనియర్ వంటి అద్భుతమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కూడా ప్రదర్శిస్తాయి.ఆప్టికల్గుణకం, విస్తృత పని స్పెక్ట్రమ్ పరిధి, ట్యూనబిలిటీ, సులభమైన ఏకీకరణ మొదలైనవి, కాంతి నియంత్రణ మరియు దాని సాకారం కోసం ఒక కొత్త వేదికను అందిస్తాయి.ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు.
చైనాలోని ఒక పరిశోధన బృందం, పెద్ద విస్తీర్ణంలో పెరిగే బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ నానోఫిల్మ్‌లను ఉపయోగించి అతి పలుచని ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ల తయారీకి ఒక పద్ధతిని ప్రతిపాదించింది. ఈ ఆప్టికల్ కావిటీ సమీప పరారుణ బ్యాండ్‌లో స్పష్టమైన రెసొనెన్స్ శోషణ లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తుంది. ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌లో బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ 6 కంటే ఎక్కువ చాలా అధిక వక్రీభవన సూచికను కలిగి ఉంటుంది (ఇది సిలికాన్ మరియు జెర్మేనియం వంటి సాంప్రదాయ అధిక వక్రీభవన సూచిక పదార్థాల వక్రీభవన సూచిక కంటే ఎక్కువ), అందువల్ల ఆప్టికల్ కావిటీ మందం రెసొనెన్స్ తరంగదైర్ఘ్యంలో ఇరవయ్యో వంతుకు చేరుకోగలదు. అదే సమయంలో, ఈ ఆప్టికల్ రెసొనేటర్‌ను ఒక ఏకమితీయ ఫోటోనిక్ క్రిస్టల్‌పై నిక్షేపించినప్పుడు, ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌లో ఒక నూతన విద్యుదయస్కాంత ప్రేరిత పారదర్శకత ప్రభావం గమనించబడింది. ఇది రెసొనేటర్ మరియు టామ్ ప్లాస్మాన్‌ల కలయిక మరియు వాటి వినాశకరమైన వ్యతికరణం కారణంగా ఏర్పడుతుంది. ఈ ప్రభావం యొక్క స్పెక్ట్రల్ ప్రతిస్పందన ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ మందంపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు పరిసర వక్రీభవన సూచిక మార్పుకు దృఢంగా ఉంటుంది. ఈ పరిశోధన అతి సన్నని ఆప్టికల్ కావిటీ, టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ మెటీరియల్ స్పెక్ట్రమ్ రెగ్యులేషన్ మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల రూపకల్పనకు ఒక కొత్త మార్గాన్ని తెరుస్తుంది.
పటం 1a మరియు 1b లలో చూపిన విధంగా, ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ ప్రధానంగా బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ మరియు సిల్వర్ నానోఫిల్మ్‌లతో కూడి ఉంటుంది. మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టరింగ్ ద్వారా తయారు చేయబడిన బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ నానోఫిల్మ్‌లు పెద్ద వైశాల్యం మరియు మంచి సమతలాన్ని కలిగి ఉంటాయి. బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ మరియు సిల్వర్ ఫిల్మ్‌ల మందం వరుసగా 42 nm మరియు 30 nm ఉన్నప్పుడు, ఆప్టికల్ కావిటీ 1100~1800 nm బ్యాండ్‌లో బలమైన రెసొనెన్స్ శోషణను ప్రదర్శిస్తుంది (పటం 1c). పరిశోధకులు ఈ ఆప్టికల్ కావిటీని, Ta2O5 (182 nm) మరియు SiO2 (260 nm) పొరలను ఒకదాని తర్వాత ఒకటిగా పేర్చి తయారు చేసిన ఫోటోనిక్ క్రిస్టల్‌పై అమర్చినప్పుడు (పటం 1e), అసలు రెసొనెంట్ శోషణ శిఖరం (~1550 nm) దగ్గర ఒక స్పష్టమైన శోషణ లోయ (పటం 1f) కనిపించింది. ఇది పరమాణు వ్యవస్థల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుదయస్కాంత ప్రేరిత పారదర్శకత ప్రభావాన్ని పోలి ఉంటుంది.

బిస్మత్ టెల్యురైడ్ పదార్థాన్ని ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ మరియు ఎలిప్సోమెట్రీ ద్వారా వర్గీకరించారు. పటం 2a-2c, బిస్మత్ టెల్యురైడ్ నానోఫిల్మ్‌ల యొక్క ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోగ్రాఫ్‌లను (అధిక-రిజల్యూషన్ చిత్రాలు) మరియు ఎంపిక చేసిన ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలను చూపుతుంది. పటం నుండి, తయారు చేయబడిన బిస్మత్ టెల్యురైడ్ నానోఫిల్మ్‌లు బహుస్ఫటిక పదార్థాలని మరియు ప్రధాన పెరుగుదల దిశ (015) స్ఫటిక తలం అని చూడవచ్చు. పటం 2d-2f, ఎలిప్సోమీటర్ ద్వారా కొలవబడిన బిస్మత్ టెల్యురైడ్ యొక్క సంక్లిష్ట వక్రీభవన సూచికను మరియు అమర్చబడిన ఉపరితల స్థితి మరియు స్థితి సంక్లిష్ట వక్రీభవన సూచికను చూపుతుంది. ఫలితాలు 230~1930 nm పరిధిలో ఉపరితల స్థితి యొక్క విలుప్త గుణకం వక్రీభవన సూచిక కంటే ఎక్కువగా ఉందని, ఇది లోహం వంటి లక్షణాలను చూపిస్తుందని తెలియజేస్తున్నాయి. తరంగదైర్ఘ్యం 1385 nm కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ఈ పదార్థం యొక్క వక్రీభవన సూచిక 6 కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఇది ఈ బ్యాండ్‌లోని సిలికాన్, జర్మేనియం మరియు ఇతర సాంప్రదాయ అధిక-వక్రీభవన సూచిక పదార్థాల కంటే చాలా ఎక్కువ. ఇది అతి పలుచని ఆప్టికల్ రెజొనేటర్ల తయారీకి పునాది వేస్తుంది. ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌లో కేవలం పదుల నానోమీటర్ల మందంతో ఒక టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ ప్లానార్ ఆప్టికల్ కావిటీని రూపొందించడం ఇదే మొదటిసారి అని పరిశోధకులు పేర్కొన్నారు. తదనంతరం, బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ మందంతో అతి పలుచని ఆప్టికల్ కావిటీ యొక్క శోషణ స్పెక్ట్రం మరియు రెజొనెన్స్ తరంగదైర్ఘ్యం కొలవబడ్డాయి. చివరగా, బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ నానోకావిటీ/ఫోటోనిక్ క్రిస్టల్ నిర్మాణాలలో విద్యుదయస్కాంత ప్రేరిత పారదర్శకత స్పెక్ట్రాలపై వెండి పొర మందం యొక్క ప్రభావాన్ని పరిశోధించారు.

బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ల యొక్క పెద్ద విస్తీర్ణం గల చదునైన పలుచని పొరలను తయారు చేయడం ద్వారా, మరియు సమీప పరారుణ బ్యాండ్‌లో బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ పదార్థాల యొక్క అత్యధిక వక్రీభవన సూచికను సద్వినియోగం చేసుకోవడం ద్వారా, కేవలం పదుల నానోమీటర్ల మందం గల ఒక సమతల ఆప్టికల్ కావిటీని పొందడం జరిగింది. ఈ అతి పలుచని ఆప్టికల్ కావిటీ సమీప పరారుణ బ్యాండ్‌లో సమర్థవంతమైన రెసొనెంట్ కాంతి శోషణను సాధించగలదు, మరియు ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌లోని ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల అభివృద్ధిలో ముఖ్యమైన అనువర్తన విలువను కలిగి ఉంది. బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ ఆప్టికల్ కావిటీ యొక్క మందం రెసొనెంట్ తరంగదైర్ఘ్యానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది, మరియు ఇది అదే విధమైన సిలికాన్ మరియు జెర్మేనియం ఆప్టికల్ కావిటీల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. అదే సమయంలో, బిస్మత్ టెల్లూరైడ్ ఆప్టికల్ కావిటీని ఫోటోనిక్ క్రిస్టల్‌తో అనుసంధానించడం ద్వారా, పరమాణు వ్యవస్థ యొక్క విద్యుదయస్కాంత ప్రేరిత పారదర్శకతను పోలిన అసాధారణ ఆప్టికల్ ప్రభావాన్ని సాధించడం జరిగింది, ఇది సూక్ష్మ నిర్మాణం యొక్క స్పెక్ట్రమ్ నియంత్రణకు ఒక కొత్త పద్ధతిని అందిస్తుంది. కాంతి నియంత్రణ మరియు ఆప్టికల్ ఫంక్షనల్ పరికరాలలో టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ పదార్థాల పరిశోధనను ప్రోత్సహించడంలో ఈ అధ్యయనం ఒక నిర్దిష్ట పాత్ర పోషిస్తుంది.