光学和光子学

三原子厚度的光波导是有史以来最薄的

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-29 10:54

研究人员已经成功地制造出有史以来最薄的光学器件,其形式为波导,厚度仅为三原子层。该设备可能导致更高密度的光电芯片的发展。 光波导是数据通信技术中的关键组件,但是,尽管在纳米光学和纳米材料方面取得了重要进展,但将其缩小到纳米级已被证明并非易事。实际上,当今商业应用中使用的

  研究人员已经成功地制造出有史以来最薄的光学器件,其形式为波导,厚度仅为三原子层。该设备可能导致更高密度的光电芯片的发展。

  光波导是数据通信技术中的关键组件,但是,尽管在纳米光学和纳米材料方面取得了重要进展,但将其缩小到纳米级已被证明并非易事。实际上,当今商业应用中使用的最薄的波导厚度为数百纳米,研究人员正在实验室中研究低至50 nm的纳米线波导。

三原子厚度的光波导是有史以来最薄的

  “我们现在已经推行了这一限制到只有三个原子厚,说:” Ertugrul的Cubukcu的的加州大学圣地亚哥大学,谁领导这个新的研究工作。“这样的细波导是光波导可以构建多薄的最终极限,它有可能导致光电子芯片上的波导或光学元件的密度更高,就像越来越小的晶体管导致的那样。这些设备在电子芯片上的密度更高。”

  Cubukcu和他的同事的波导只有六埃厚。这使其比典型的光纤薄10 4 倍,比集成光子电路中的片上光波导薄约500倍。

  支持激子的光子晶体

  该器件是一种单层晶体,由单层钨原子夹在硅框架上的两层硫原子之间夹着。研究人员还使用离子蚀刻技术在单层膜上形成了纳米孔阵列,以形成在室温下支撑激子(电子-空穴对)的光子晶体。

  “这些激子产生强烈的光学响应,使晶体的折射率大约是空气的折射率的四倍,” Cubukcu解释说。“当我们通过晶体发送光时,它被捕获在内部,并通过全内反射沿材料平面引导–这是光波导工作原理的基本机制。

  他告诉《物理世界》:“对我们来说,主要挑战是对仅三个原子厚的悬浮材料进行构图。” “尽管我们采用的材料非常坚固,但仍然会受到宏观力量的破坏。令人高兴的是,我们团队中的学生设计了一种方法,可以利用在设备处理的最后阶段就删除的牺牲性光子晶体模板来处理结构。”

  设备引导可见光

  他补充说,波导还可以在电磁光谱的可见光部分传输光,而在如此薄的材料中很难做到这一点。尽管其他研究人员先前已经显示了石墨烯(仅一个原子厚的碳薄片)中的波导,但这是在红外波长下发生的。“我们首次证明了在如此薄的材料中在可见光区域的波导。”

  他说,另一个基本问题是能够探测波导模式。“从本质上讲,波导在材料平面内引导光,但是在最终的薄层中,很难将引导光与在空间中自由传播的光区分开。”

  为了解决这个问题,研究人员说他们使用了周期性的孔阵列,这些孔利用特殊类型的光栅表面波异常(称为共振型伍德氏异常)将少量光散射到材料平面之外。以便可以检测到它。“因此,在无图案波导中引导的光首先耦合到光子晶体区域,然后通过伍德的异常散射出去,”库伯库克解释说。

  可见光最薄的光学谐振器

  他补充说,孔以这种方式允许一些光从平面散射出去,这意味着悬浮的晶体也可以兼作光谐振器。

  该研究的第一作者,团队成员张兴旺说:“这也使该设备成为有史以来最薄的可见光光学谐振器。” “我们的系统不仅共振地增强了光与物质的相互作用,而且还充当了将光耦合到光波导中的二阶光栅耦合器。”

  波导通常用于光子学和光电子工业中。Cubukcu说:“例如,光纤是构成Internet骨干的波导,因此我们可以想象在这种情况下使用我们的设备。” “对于谐振器,传感器可能是一个可能的应用领域。”

转载请注明出处。

1.本站遵循行业规范,任何转载的稿件都会明确标注作者和来源;2.本站的原创文章,请转载时务必注明文章作者和来源,不尊重原创的行为我们将追究责任;3.作者投稿可能会经我们编辑修改或补充。转载请注明seohttp://www.swlxs.com