Новости

Dec 30, 2023

Нелинейное управление переключаемой длиной волны

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10715 (2022) Цитировать эту статью

941 Доступов

3 цитаты

Подробности о метриках

На основе теории матрицы переноса я реализовал почти идеальное селективное по длине волны поглощение волн ближнего ИК-диапазона в одномерном дефектном фотонном кристалле \((AB)^ND(BA)^M\), содержащем диоксид ванадия ( Слой фазового перехода VO\(_2\)) как дефект. Во-первых, изучается влияние чисел периода N и M на спектр поглощения для достижения идеального пика поглощения. Показано, что оптимальные числа периода структуры для максимизации пика поглощения составляют N = 7 и M = 16. Наши результаты также свидетельствуют о том, что узкополосное, практически идеальное поглощение достигается за счет симметрии структуры относительно VO. \(_2\). При этом величина поглощения рассматриваемой структуры примерно в 50 раз больше, чем у отдельно стоящего ВО\(_2\). Кроме того, значение пика поглощения и резонансную длину волны можно плавно регулировать, пока VO\(_2\) переходит из полупроводниковой в металлическую фазу при температуре 340 К. Кроме того, обсуждается, как различные параметры, такие как поляризация и угол падения, влияют на спектры поглощения. Наконец, помимо линейного случая, графически продемонстрированы спектры нелинейного поглощения структуры. Существующая система может применяться при разработке практических настраиваемых оптических устройств, таких как ИК-датчики, ограничители и переключатели.

Поскольку поиск активных оптических систем вызывает растущий интерес, вещества с особыми и пригодными для использования характеристиками динамического управления стали иметь первостепенное значение для обеспечения новых разработок в практических приложениях, включая микрофлюидные датчики, устройства оптического переключения, тепловые излучатели, фильтры и модуляторы1,2,3, 4,5,6,7,8,9. Особый растущий интерес вызывает изучение поведения поглощения как в научном, так и в инженерном сообществе из-за их беспрецедентного потенциала для реализации настраиваемых интегрированных устройств10,11,12. Кроме того, поиск подходящих оптических материалов с параметрами, контролируемыми извне, является основной задачей современных технологий, поскольку множество применений затруднено из-за отсутствия возможности регулировки. Таким образом, возможность настройки взаимодействия электромагнитного излучения с веществом весьма желательна для многих приложений, которые полагаются на правильное изменение их характеристик с помощью определенных внешних факторов. Динамический контроль может быть достигнут путем правильной интеграции преобладающих конструкций с активными средами, такими как жидкие кристаллы, графен и материалы фазового перехода (ПТМ)13,14,15,16,17,18. Насколько нам известно, ПТМ могут выиграть в этом соревновании благодаря возможности широко настраиваемых возможностей хранения данных, датчиков, термохромных приложений, оптических переключателей, поляризаторов и поглотителей, поскольку они обратимо переключаются между двумя разными состояниями в ответ на внешние стимулы, применяя электрическое, оптическое или тепловое возбуждение19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29. Среди функциональных ПТМ диоксид ванадия (VO\(_2\)) как материал перехода полупроводник-металл (SMT) первого рода привлек значительное внимание благодаря своим замечательным электрическим и оптическим свойствам. VO\(_2\), впервые открытый Мореном30, испытывает SMT при критической температуре Т = 340 К, ниже которой он является полупроводником или изотропным металлом, в противном случае, под действием различных воздействий, таких как температура, напряжение и магнитное поле. или электрическое поле31,32,33. VO\(_2\) является многообещающим выбором для применения в термочувствительных устройствах, поскольку его обратимый переход из полупроводникового состояния в металлическое приводит к значительному изменению его проводимости и оптической константы при нарастании теплового процесса34. СМТ VO\(_2\) сопровождается резким увеличением поглощения инфракрасного (ИК) излучения35. В частности, изменение температуры существенно влияет на передачу и отражение ИК-излучения, в то время как пропускание видимого света практически не меняется в течение переходного процесса36. Затем, основываясь на этих свойствах, VO\(_2\) широко использовался при разработке активных и настраиваемых фотонных устройств, таких как селективные поглотители и тепловые излучатели4,37,38,39.