利用碲化铋拓扑绝缘体纳米薄膜,实现近红外微纳结构光学共振腔

MEMS 2024-04-21 00:02

光学共振腔在光调控、光-物质相互作用、光通信、光子集成等方面具有重要应用。如何实现超薄光学共振腔一直是研究者关注的热点和难点问题。光学共振腔的尺寸主要取决于材料光学性质和工作波长。作为新兴信息材料,三维拓扑绝缘体 (TI)材料不仅拥有良好的电学特性,而且展现出优异的光学特性,例如:高折射率、高非线性光学系数、宽工作谱范围、易集成及可调谐等,在集成光电子、光子器件等方面具有重要应用前景。

据麦姆斯咨询报道,近日,西北工业大学赵建林教授、陆华教授团队开展了拓扑绝缘体材料光学共振及其耦合特性研究,利用制备的碲化铋(Bi₂Te₃)拓扑绝缘体纳米薄膜,获得了近红外波段超薄光学共振腔,并将其与光子晶体相集成,实现了光通信波段类电磁诱导透明效应的产生。

这项研究成果以“λ/20-Thick cavity for mimicking electromagnetically induced transparency at telecommunication wavelengths”为题发表在国际光学领域顶级期刊Advanced Photonics上。

Bi₂Te₃拓扑绝缘体在光通信波段具有大于6的超高折射率,其远高于硅、锗等传统材料折射率(硅、锗的折射率分别约为3.47、4.27 @ 1550 nm),研究团队提出了利用Bi₂Te₃拓扑绝缘体实现超薄光学共振腔的新思路。他们采用磁控溅射技术制备出大面积、平坦的Bi₂Te₃薄膜,并将其与金属薄膜有机结合,实现了超薄光学共振腔(波长的二十分之一)和高效的近红外共振光吸收,如图1所示。

图1 超薄光学共振腔及其与光子晶体相集成的结构和光谱响应

研究人员将Bi₂Te₃超薄光学腔与一维光子晶体相集成,观测到了反常的类电磁诱导透明效应,并揭示了该效应的产生机理,如图2和图3所示。相关结果为超薄光学腔、微结构光谱调控及光电功能器件的实现开辟了新途径。

图2 Bi₂Te₃拓扑绝缘体的材料特性和光学常数

图3 与 拓扑绝缘体厚度有关的纳米空腔共振和诱导透明度

这项研究第一作者为西北工业大学陆华教授,通讯作者为西北工业大学赵建林教授、陆华教授。陆华教授近年来围绕微纳光子学等领域开展了大量前沿研究工作,目前已在Light Sci. Appl.、Adv. Photon.、Laser Photon. Rev.等主流光学期刊上发表第一/通讯作者论文50余篇(SCI他引近3000次),近四年连续入选爱思唯尔中国高被引学者。这项工作为其近期的代表性成果之一。

论文链接:

http://dx.doi.org/10.1117/1.AP.6.3.036001

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