ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન બેન્ડ, અલ્ટ્રા-થિન ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર

ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન બેન્ડ, અલ્ટ્રા-થિન ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર
ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર મર્યાદિત જગ્યામાં પ્રકાશ તરંગોની ચોક્કસ તરંગલંબાઇને સ્થાનીકૃત કરી શકે છે અને પ્રકાશ-દ્રવ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં મહત્વપૂર્ણ એપ્લિકેશન ધરાવે છે,ઓપ્ટિકલ સંચાર, ઓપ્ટિકલ સેન્સિંગ અને ઓપ્ટિકલ એકીકરણ. રેઝોનેટરનું કદ મુખ્યત્વે સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓ અને ઓપરેટિંગ તરંગલંબાઇ પર આધાર રાખે છે, ઉદાહરણ તરીકે, નજીકના ઇન્ફ્રારેડ બેન્ડમાં કાર્યરત સિલિકોન રેઝોનેટરને સામાન્ય રીતે સેંકડો નેનોમીટર અને તેનાથી ઉપરના ઓપ્ટિકલ સ્ટ્રક્ચરની જરૂર પડે છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, અલ્ટ્રા-થિન પ્લાનર ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર્સે માળખાકીય રંગ, હોલોગ્રાફિક ઇમેજિંગ, લાઇટ ફિલ્ડ રેગ્યુલેશન અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં તેમની સંભવિત એપ્લિકેશનોને કારણે ખૂબ ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. પ્લેનર રેઝોનેટરની જાડાઈ કેવી રીતે ઘટાડવી એ સંશોધકો દ્વારા સામનો કરવામાં આવતી મુશ્કેલ સમસ્યાઓમાંની એક છે.
પરંપરાગત સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીઓથી અલગ, 3D ટોપોલોજિકલ ઇન્સ્યુલેટર (જેમ કે બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ, એન્ટિમોની ટેલ્યુરાઇડ, બિસ્મથ સેલેનાઇડ, વગેરે) ટોપોલોજીકલી સુરક્ષિત મેટલ સપાટી સ્થિતિઓ અને ઇન્સ્યુલેટર સ્થિતિઓ સાથે નવી માહિતી સામગ્રી છે. સપાટીની સ્થિતિ સમયના વ્યુત્ક્રમની સમપ્રમાણતા દ્વારા સુરક્ષિત છે, અને તેના ઇલેક્ટ્રોન બિન-ચુંબકીય અશુદ્ધિઓ દ્વારા વિખેરાયેલા નથી, જે ઓછી-પાવર ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ અને સ્પિનટ્રોનિક ઉપકરણોમાં મહત્વપૂર્ણ એપ્લિકેશન સંભાવના ધરાવે છે. તે જ સમયે, ટોપોલોજિકલ ઇન્સ્યુલેટર સામગ્રી પણ ઉત્તમ ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો દર્શાવે છે, જેમ કે ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ, મોટી બિનરેખીયઓપ્ટિકલગુણાંક, વિશાળ કાર્યકારી સ્પેક્ટ્રમ શ્રેણી, ટ્યુનેબિલિટી, સરળ એકીકરણ, વગેરે, જે પ્રકાશ નિયમનની અનુભૂતિ માટે એક નવું પ્લેટફોર્મ પૂરું પાડે છે અનેઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો.
ચીનમાં એક સંશોધન ટીમે વિશાળ વિસ્તાર ઉગાડતા બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ ટોપોલોજિકલ ઇન્સ્યુલેટર નેનોફિલ્મ્સનો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રા-થિન ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર બનાવવાની પદ્ધતિનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો છે. ઓપ્ટિકલ કેવિટી નજીકના ઇન્ફ્રારેડ બેન્ડમાં સ્પષ્ટ રેઝોનન્સ શોષણ લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે. બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન બેન્ડમાં 6 કરતા વધુનો ખૂબ જ ઊંચો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ ધરાવે છે (સિલિકોન અને જર્મેનિયમ જેવા પરંપરાગત ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સામગ્રીના રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ કરતાં વધારે), જેથી ઓપ્ટિકલ કેવિટીની જાડાઈ રેઝોનન્સના વીસમા ભાગ સુધી પહોંચી શકે. તરંગલંબાઇ તે જ સમયે, ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર એક-પરિમાણીય ફોટોનિક ક્રિસ્ટલ પર જમા થાય છે, અને ઓપ્ટિકલ કમ્યુનિકેશન બેન્ડમાં નવી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિકલી પ્રેરિત પારદર્શિતા અસર જોવા મળે છે, જે ટેમ પ્લાઝમોન સાથે રેઝોનેટરના જોડાણ અને તેના વિનાશક દખલને કારણે છે. . આ અસરનો સ્પેક્ટ્રલ પ્રતિભાવ ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટરની જાડાઈ પર આધાર રાખે છે અને એમ્બિયન્ટ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સના ફેરફાર માટે મજબૂત છે. આ કાર્ય અલ્ટ્રાથિન ઓપ્ટિકલ કેવિટી, ટોપોલોજિકલ ઇન્સ્યુલેટર મટીરીયલ સ્પેક્ટ્રમ રેગ્યુલેશન અને ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની અનુભૂતિ માટે એક નવો માર્ગ ખોલે છે.
FIG માં બતાવ્યા પ્રમાણે. 1a અને 1b, ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર મુખ્યત્વે બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ ટોપોલોજીકલ ઇન્સ્યુલેટર અને સિલ્વર નેનોફિલ્મ્સથી બનેલું છે. મેગ્નેટ્રોન સ્પટરિંગ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ નેનોફિલ્મ્સ વિશાળ વિસ્તાર અને સારી સપાટતા ધરાવે છે. જ્યારે બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ અને સિલ્વર ફિલ્મોની જાડાઈ અનુક્રમે 42 nm અને 30 nm હોય છે, ત્યારે ઓપ્ટિકલ કેવિટી 1100~1800 nm (આકૃતિ 1c) ના બેન્ડમાં મજબૂત રેઝોનન્સ શોષણ દર્શાવે છે. જ્યારે સંશોધકોએ આ ઓપ્ટિકલ પોલાણને Ta2O5 (182 nm) અને SiO2 (260 nm) સ્તરો (આકૃતિ 1e) ના વૈકલ્પિક સ્ટેક્સથી બનેલા ફોટોનિક ક્રિસ્ટલ પર એકીકૃત કર્યું, ત્યારે એક અલગ શોષણ વેલી (આકૃતિ 1f) મૂળ રેઝોનન્ટ શોષણની નજીક દેખાઈ. 1550 nm), જે અણુ પ્રણાલીઓ દ્વારા ઉત્પાદિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિકલી પ્રેરિત પારદર્શિતા અસર સમાન છે.

બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ સામગ્રી ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી અને એલિપ્સમેટ્રી દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવી હતી. અંજીર. 2a-2c ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોગ્રાફ્સ (ઉચ્ચ-રીઝોલ્યુશન છબીઓ) અને બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ નેનોફિલ્મ્સની પસંદ કરેલ ઇલેક્ટ્રોન વિવર્તન પેટર્ન દર્શાવે છે. તે આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે કે તૈયાર બિસ્મથ ટેલ્યુરાઈડ નેનોફિલ્મ્સ પોલીક્રિસ્ટલાઈન સામગ્રી છે, અને મુખ્ય વૃદ્ધિ દિશા (015) ક્રિસ્ટલ પ્લેન છે. આકૃતિ 2d-2f એલિપ્સોમીટર દ્વારા માપવામાં આવેલ બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડનું જટિલ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ અને ફીટ કરેલી સપાટીની સ્થિતિ અને રાજ્ય જટિલ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ દર્શાવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે સપાટીની સ્થિતિનો લુપ્તતા ગુણાંક 230~1930 nm ની રેન્જમાં રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ કરતા વધારે છે, જે ધાતુ જેવી લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે. જ્યારે તરંગલંબાઇ 1385 એનએમ કરતા વધારે હોય ત્યારે શરીરનો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ 6 કરતા વધારે હોય છે, જે આ બેન્ડમાં સિલિકોન, જર્મેનિયમ અને અન્ય પરંપરાગત ઉચ્ચ-પ્રત્યાવર્તન ઇન્ડેક્સ સામગ્રી કરતા ઘણો વધારે છે, જે અલ્ટ્રાની તૈયારી માટે પાયો નાખે છે. -પાતળા ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર. સંશોધકો નિર્દેશ કરે છે કે ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન બેન્ડમાં માત્ર દસ નેનોમીટરની જાડાઈ સાથે ટોપોલોજિકલ ઇન્સ્યુલેટર પ્લેનર ઓપ્ટિકલ કેવિટીની આ પ્રથમ નોંધાયેલ અનુભૂતિ છે. ત્યારબાદ, અલ્ટ્રા-થિન ઓપ્ટિકલ કેવિટીના શોષણ સ્પેક્ટ્રમ અને રેઝોનન્સ તરંગલંબાઇને બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડની જાડાઈથી માપવામાં આવી હતી. છેલ્લે, બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ નેનોકેવિટી/ફોટોનિક ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિકલી પ્રેરિત પારદર્શિતા સ્પેક્ટ્રા પર સિલ્વર ફિલ્મની જાડાઈની અસરની તપાસ કરવામાં આવી છે.

બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ ટોપોલોજિકલ ઇન્સ્યુલેટર્સની મોટા વિસ્તારની સપાટ પાતળી ફિલ્મો તૈયાર કરીને અને નજીકના ઇન્ફ્રારેડ બેન્ડમાં બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ સામગ્રીના અતિ-ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સનો લાભ લઈને, માત્ર દસ નેનોમીટરની જાડાઈ સાથે પ્લેનર ઓપ્ટિકલ કેવિટી મેળવવામાં આવે છે. અલ્ટ્રા-થિન ઓપ્ટિકલ કેવિટી નજીકના ઇન્ફ્રારેડ બેન્ડમાં કાર્યક્ષમ પ્રતિધ્વનિ પ્રકાશ શોષણને અનુભવી શકે છે, અને ઓપ્ટિકલ કમ્યુનિકેશન બેન્ડમાં ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના વિકાસમાં મહત્વપૂર્ણ એપ્લિકેશન મૂલ્ય ધરાવે છે. બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ ઓપ્ટિકલ કેવિટીની જાડાઈ રેઝોનન્ટ તરંગલંબાઈની રેખીય છે અને સમાન સિલિકોન અને જર્મેનિયમ ઓપ્ટિકલ કેવિટી કરતાં નાની છે. તે જ સમયે, બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ ઓપ્ટિકલ કેવિટી એટોમિક સિસ્ટમની ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિકલી પ્રેરિત પારદર્શિતા જેવી જ વિસંગત ઓપ્ટિકલ અસર પ્રાપ્ત કરવા માટે ફોટોનિક ક્રિસ્ટલ સાથે સંકલિત છે, જે માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરના સ્પેક્ટ્રમ નિયમન માટે નવી પદ્ધતિ પ્રદાન કરે છે. આ અભ્યાસ પ્રકાશ નિયમન અને ઓપ્ટિકલ કાર્યાત્મક ઉપકરણોમાં ટોપોલોજીકલ ઇન્સ્યુલેટર સામગ્રીના સંશોધનને પ્રોત્સાહન આપવામાં ચોક્કસ ભૂમિકા ભજવે છે.