WSe₂ 코팅 마이크로파이버에서 빛 투과율의 정밀한 전광 제어

요약

텅스텐 디셀레나이드(WSe₂)는 p-n 접합, 트랜지스터, 파이버 레이저, 스핀트로닉스, 태양광 전력 변환 등 다용도 응용으로 큰 관심을 끌고 있습니다. WSe₂의 넓은 흡수 대역폭과 열광학 효과를 활용하여 WSe₂ 코팅 마이크로파이버(MF)에서 빛의 전광 튜닝을 시연했습니다. 투과 광학 파워(TOP)는 외부 입사 펌프 레이저(405, 532, 660nm)로 조절 가능합니다. 405nm 펌프 광 여기에서 감도는 0.30dB/mW입니다. 532nm 펌프 광 여기에서 상승/하강 시간 ~15.3/16.9ms를 달성했습니다. TOP 튜닝 메커니즘을 조사하기 위해 이론적 시뮬레이션을 수행했습니다. 이 소자의 장점은 쉬운 제작, 전광 제어, 높은 감도, 빠른 응답입니다. 제안된 전광 튜닝 소자는 전광 회로, 전광 변조기, 다차원 튜닝 광학 소자 등에 잠재적 응용이 있습니다.

서론

광전자공학, 포토닉스, 마이크로전자공학은 현대 통신 시스템에서 필수적입니다. 마이크로/나노미터 스케일 광학 구성 요소로 구성된 포토닉 소자는 소형 구조, 빠른 응답, 높은 감도 달성을 위해 개발되었습니다[1]. 튜닝 가능한 전광 소자는 광통신 및 신호 처리에 적용될 수 있습니다. 파이버 내 빛-제어-빛이 보고되었으나, 특히 투과 광학 파워(TOP) 감도와 응답 시간 향상이 과제로 남아 있습니다. 성능 개선의 좋은 방법 중 하나는 2차원 전이 금속 칼코겐화물(TMDs)을 사용하는 것으로, 센서[2], 광전자 소자[3], 트랜지스터[4], 포화 흡수체[5], 메모리 소자[6] 등에 광범위하게 사용되어 왔습니다. 그래핀 장식 MF[7], 그래핀 커버 MF[8], 입체 그래핀-MF 구조[9]로 전광 변조가 실현되었습니다. MF 소자 튜닝은 액정[10], 리튬 니오베이트[11], 고분자[12] 등 다양한 소재와 연결하여 달성되었습니다. 상하부가 그래핀으로 덮인 전광 튜닝 마이크로파이버 노트 공진기(MKR)도 실현되었습니다[13]. 매끄럽고 무손실 MF 표면을 다양한 2D 소재로 코팅하면 MF 및 MF 공진기의 빛-제어-빛 기능이 가능해집니다. WS₂ 코팅 MKR의 전광 제어는 보라색 펌프에서 ~0.4dB/mW 전력 변화율과 ~0.1s 응답 시간으로 보고되었습니다[14]. SnS₂ 코팅 MKR의 전광 기능도 실현되었으며, 보라색 빛에 대한 TOP 변화율 ~0.22dB/mW, 응답 시간 ~3.2ms[15]. 환원 그래핀 산화물로 감싼 MF의 TOP은 보라색 펌프로 ~0.21dB/mW 변화율로 조작되었습니다[16]. MoSe₂ 코팅 MF의 전광 특성도 조사되었으며, 보라색 펌프에서 TOP 감도 ~0.165dB/mW, 과도 응답 상승 시간 ~0.6s[17]. TOP 감도와 응답 시간은 MF 소자의 중요한 특성입니다. 전광 튜닝 및 광변조 응용을 위해 TOP 감도와 응답 시간 개선이 필요합니다.

TMDs 소재의 대표적 예인 텅스텐 디셀레나이드(WSe₂)는 전자 및 광전자 분야의 중요한 빌딩 블록으로 주목받고 있습니다. WSe₂는 높은 제백 계수, 초저열전도도, 양극성을 가져 유연 전자공학에 매력적입니다[18,19]. 예를 들어, WSe₂의 양극성을 이용한 p-n 접합 전기적 튜닝이 달성되었습니다[20]. WSe₂ 단일층 트랜지스터에서 강한 엑시톤 충전 효과를 이용한 2차 고조파 생성의 전기적 제어가 보고되었습니다[21]. WSe₂는 가시광 및 근적외선 영역에서 큰 흡수 계수를 가져 태양광 전력 변환에 활용되었습니다[22]. 황화물에 비해 셀레나이드는 주변 조건에서 더 안정적이고 산화에 강합니다[23]. 또한 WSe₂는 500cm²/V·s의 높은 고유 정공 이동도를 제공하여 MoS₂보다 훨씬 높습니다[24]. 이 특성을 이용해 단일층 WSe₂ 기반 고이동도 p- 및 n-형 전계 효과 트랜지스터가 보고되었습니다[25]. 단일층 WSe₂는 강한 광발광을 가진 직접 밴드갭을 보입니다[26]. WSe₂의 비선형 포화 흡수 특성은 파이버 레이저의 포화 흡수체로 적용되었습니다[27]. WSe₂는 WSe₂ 기반 파이버 소자에서 빛의 전광 제어에 큰 잠재력을 보입니다.

광학 MF는 수-10µm 직경의 광학 파이버 테이퍼입니다. MF는 단순 화염 가열 테이퍼 드로잉으로 제조되며, 그 결과 쌍원뿔 테이퍼가 형성되어 유도광과 주변의 상호작용 플랫폼 및 다른 파이버화 구성 요소와의 연결을 제공합니다[28]. MF 프로파일은 제작 공정에서 당김 속도와 시간 제어로 다양한 응용에 맞게 미세 조정 가능합니다. MF는 큰 에버네선트 필드, 구성 가능성, 낮은 광손실, 강한 광구속, 뛰어난 기계적 유연성의 장점이 있습니다[29]. MF의 강한 광구속은 소형 광학 회로와 저임계값 광비선형 효과에 유망한 접근을 제공합니다. MF의 강한 에버네선트 필드를 기반으로 유도광과 주변의 강하고 빠른 상호작용을 얻을 수 있습니다. 이 특성은 MF에 새겨진 파이버 그레이팅[30], 표면 기능화 MF[31], 마하-첸더 간섭계[32,33] 등 다양한 구성의 광학 센싱에 활용되었습니다. MF가 제공하는 강한 빛-물질 상호작용은 전광 변조기, 초고속 파이버 레이저[34,35], 튜닝 및 빛-제어-빛 기능 실현에도 적용되었습니다.

본 논문에서는 WSe₂의 넓은 흡수 대역폭과 열광학 효과를 이용하여 WSe₂ 코팅 MF에서 빛의 전광 튜닝을 달성합니다. 전광 튜닝을 위해 405, 532, 660nm 파장의 외부 펌프 광을 사용하여 MF를 조사합니다. 외부 펌프 광과 WSe₂의 상호작용을 활용하여 유효 굴절률 변화를 실현하고 이에 따른 출력 파워 변화를 유도합니다. 측정된 TOP 감도는 405nm 펌프 광 여기에서 0.30dB/mW입니다. 외부 펌프 레이저 유도 온도 변화와 소자 응답을 조사했습니다. TOP 튜닝 메커니즘을 검증하기 위해 이론적 시뮬레이션을 수행했습니다.

방법

WSe₂ 분산액 농도는 1mg/ml로 액상 박리법으로 얻었습니다. WSe₂ 나노시트의 균일한 분포를 위해 ~30분간 초음파 처리를 수행했습니다. WSe₂ 나노시트 특성화를 위해 라만 및 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 측정했습니다. 488nm 레이저로 여기한 WSe₂ 나노시트 라만 스펙트럼은 그림 1a에 나와 있습니다. WSe₂ 나노시트는 E₂g와 A₁g 모드의 중첩으로 252.2cm⁻¹ 부근에 하나의 강한 진동 모드만 표시합니다. WSe₂ 플레이크가 4층 미만일 때 5-11cm⁻¹에서 추가 라만 피크가 나타납니다[36]. UV-Vis 분광광도계(UV-2600, SHIMADZU)로 측정한 WSe₂ 나노시트 흡수 스펙트럼은 그림 1b에 나와 있습니다. 300-700nm 파장 범위에서 WSe₂ 나노시트는 흡수를 보입니다. 400-700nm에서 흡수는 파장에 따라 감소합니다. 405, 532, 660nm 세 파장에서의 흡수를 비교했습니다(그림 1b).

MF는 '화염 브러싱' 기법으로 제조했습니다. Corning Inc. 표준 단일모드 파이버를 ~0.2mm/초 속도로 화염 가열하며 드로잉하여 MF를 얻었습니다. WSe₂와의 강한 상호작용을 위해 적절한 MF 웨이스트가 필요합니다. 더 작은 MF 웨이스트는 빛과 WSe₂의 상호작용을 강화하지만, 손실이 커서 TOP이 너무 약해 검출되지 않을 수 있습니다. 그림 2a는 균일 웨이스트 영역에서 직경 ~9.5µm의 제작된 MF를 보여줍니다. 그림 2a 인셋은 650nm 레이저를 입력단에 입사한 MF 현미경 이미지입니다. MF 직경은 광학 현미경(Zeiss Axio Scope A1)으로 측정했습니다. 그림 2b와 같이 MF 웨이스트 영역은 길이 ~6mm, 직경 ~9.5µm입니다. MF 총 길이는 ~25mm입니다.

다음 단계는 WSe₂ 나노시트를 MF에 증착하는 것입니다. 증착 전 MF를 유리 분지(20mm×5mm×1mm, 유리와 UV 접착제 Loctite 352로 제작)에 고정했습니다. 이후 피펫으로 WSe₂ 분산액을 MF에 떨어뜨렸습니다. 증착 중 MF의 TOP을 1550nm DFB 레이저로 모니터링했습니다. 그림 3과 같이 증착 전 TOP은 약 -10dBm입니다. 5분 증착 후 TOP이 급격히 -43dBm으로 감소했다가 14분 후 -35dBm으로 증가합니다. TOP이 -37dBm에서 안정화되어 증착 완료를 나타냅니다.

WSe₂ 나노시트로 코팅된 MF의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지는 그림 4에 나와 있습니다. 그림 4a는 직경 ~9.5µm MF에 침전된 WSe₂ 나노시트를 보여주며, 인셋은 확대 이미지입니다. WSe₂ 코팅 MF의 단면도는 그림 4b에 나와 있습니다. 그림 4b 인셋은 증착된 WSe₂ 나노시트 두께가 ~150nm임을 보여줍니다.

WSe₂ 박막의 빛 흡수를 조사하기 위해 COMSOL에서 유한 요소법으로 WSe₂ 코팅 MF 내 빛 유도를 시뮬레이션했습니다. 모델에서 150nm WSe₂ 층이 ~9.5µm MF 주위를 감쌉니다. MF와 WSe₂ 나노시트 굴절률은 각각 1.46, 2.64+0.2i[37]입니다. 계산 창은 20µm×20µm, 메쉬 크기 50nm. 파장은 1550nm로 고정. MF와 WSe₂ 코팅 MF의 모드 필드 분포를 계산했습니다. 그림 5a는 1550nm에서 2D 모드 분포를 보여줍니다. 그림 5a에 해당하는 WSe₂ 층이 있는 MF 모드의 유효 굴절률은 1.4567-2.04×10⁻³i로 WSe₂ 흡수를 나타냅니다. 그림 5a의 흰색 점선을 따른 벌크 MF와 WSe₂ 코팅 MF의 방사 방향 필드 분포를 그림 5b에 플로팅했습니다. 방사 필드 분포는 ~0µm에서 동일한 피크 강도를 가집니다. 그림 5b 확대 이미지에서 WSe₂ 코팅 MF의 필드 분포는 굴절률 불연속으로 급격한 변화를 보입니다.

그림 6과 같이 실험 설정을 사용하여 WSe₂ 코팅 MF의 전광 제어를 특성화했습니다. 1550nm DFB 레이저(SOF-155-D DFB LASER SOURCE, ACCELINK)를 소자 입력에 연결하고 출력을 광파워 미터로 모니터링했습니다. 405, 532, 660nm 레이저를 외부 펌프로 사용했습니다. WSe₂ 코팅 MF를 샘플 위 ~10cm에 배치된 레이저로 조사했습니다. 먼저 이 실험 설정으로 WSe₂ 없는 MF의 TOP을 측정했습니다.

결과 및 논의

그림 7a-c는 405, 532, 660nm 레이저의 다양한 펌프 파워에 대한 상대 파워 변화를 보여줍니다. 그림 7a에서 볼 수 있듯 벌크 MF의 TOP 변화는 405nm 레이저 조사 하에서 0.03dB 미만입니다. 532, 660nm 레이저에서도 유사한 결과가 얻어지며, TOP 변화는 각각 0.02, 0.03dB 미만입니다.

이후 WSe₂ 나노시트로 코팅된 MF의 TOP을 다양한 펌프 파워 하에서 측정했습니다. 실험은 0-13.3mW 범위의 405nm(보라색) 레이저 파워(LSR405NL, Lasever Inc.)로 수행했습니다. 그림 8a는 405nm 레이저 조사 하에서 WSe₂ 나노시트 코팅 MF의 상대 파워 변화를 플로팅했습니다. TOP은 펌프 파워와 함께 증가합니다. 405nm 레이저 펌프 파워가 0에서 13.3mW로 증가할 때 TOP 변화는 4.2dB입니다. 405nm 레이저 파워가 13.3에서 0mW로 감소할 때도 TOP 변화는 4.2dB입니다. 그림 8a의 다양한 펌프 파워 단계에 대한 TOP 평균값을 추출하여 TOP과 405nm 레이저 파워의 관계를 분석했습니다. 펌프 광 파워에 따른 TOP 변화는 그림 8b에 나와 있습니다. 선형 피팅 곡선의 기울기로 펌프 파워에 대한 TOP 변화 감도를 결정합니다. 보라색 파워 증가와 감소 양쪽에서 0.30dB/mW 감도를 얻어 전광 제어의 우수한 반복성과 안정성을 검증했습니다. 532, 660nm 레이저로도 WSe₂ 나노시트 코팅 MF의 전광 제어를 분석했습니다. 그림 8c는 532nm(녹색) 레이저 파워가 0에서 13.3mW로 증가할 때 TOP 변화를 보여줍니다. TOP은 녹색 레이저 파워와 함께 변화합니다. 상대 파워 변화는 펌프 파워 증가(0-13.3mW)와 감소(13.3-0mW) 양쪽에서 3.2dB입니다. 다양한 펌프 광 파워에 따른 TOP 변화는 그림 8d에 플로팅했습니다. 감도는 증가와 감소 과정 모두에서 0.23dB/mW입니다. 660nm(적색) 레이저 펌프에서도 유사한 결과를 얻었습니다. 그림 8e와 같이 적색 레이저 파워가 0에서 17.0mW로 증가할 때 TOP은 2.9dB 증가하며, 감소 과정도 동일합니다. 그림 8f에서 얻은 적색 레이저 조명 하 감도는 증가(0-17.0mW)와 감소(17.0-0mW) 모두 0.16dB/mW입니다. 그림 8b, d, f의 전광 튜닝에서 선형성은 다릅니다. 증가 과정에서 보라색, 녹색, 적색 레이저의 R² 값은 각각 0.907, 0.976, 0.984입니다. 감소 과정에서는 0.915, 0.977, 0.991입니다. 보라색 레이저가 더 나은 감도를 제공하지만 적색 레이저의 선형성이 더 좋습니다. 그러나 MoSe₂ 코팅 MF의 전광 제어에서는 980nm 빛이 405nm 빛보다 더 나은 선형성과 감도를 보입니다[17]. 따라서 다른 소자에서 다른 펌프 레이저 하에서 선형성과 감도 간 일관된 관계는 없습니다. 우리는 선형성과 감도가 2D 소재, 증착 방법, 파이버 구조, 펌프 광 안정성과 관련 있다고 믿습니다.

WSe₂ 코팅 MF의 온도가 레이저 조사 하에서 변화함에 유의해야 합니다. 펌프 파워 변화 시 열전대로 온도를 기록했습니다. 그림 9a는 다양한 보라색 펌프 파워에 따른 온도 변화를 보여줍니다. 온도는 펌프 파워와 함께 증가합니다. 보라색 펌프 파워가 0에서 13.3mW로 증가할 때 온도는 21.6에서 28.1°C로 상승합니다. 보라색 펌프 파워가 13.3에서 0mW로 감소할 때 온도는 28.1에서 22.0°C로 하강합니다. 녹색, 적색 펌프 레이저에서도 온도 변화를 모니터링했습니다. 그림 9b와 같이 0-13.3mW 범위에서 녹색 레이저 파워 증가와 감소는 각각 6.7°C, 6.1°C 온도 변화를 유도합니다. 그림 9c는 적색 레이저 펌프 하 온도 변화를 보여주며 동일한 경향입니다. 적색 펌프 파워가 0-17.0mW 사이에서 변할 때 온도 변화는 7.1°C, 7.0°C입니다. 펌프 파워 함수로서 온도는 그림 10에 플로팅했습니다. 그림 10a에서 온도 변화의 선형 피팅은 증가, 감소 보라색 펌프 파워에 대해 각각 0.46°C/mW, 0.44°C/mW 감도를 줍니다. 그림 10b는 증가, 감소 녹색 펌프 파워에 대해 각각 0.44°C/mW, 0.41°C/mW 온도 감도를 보여줍니다. 적색 펌프 파워 증가, 감소 과정에서는 0.41°C/mW로 측정되었습니다. 결과는 WSe₂가 전광 제어 및 열광학 튜닝을 위한 효율적이고 콤팩트한 히터로 간주될 수 있음을 나타냅니다[38]. 환경 온도가 소자 성능에 미치는 영향을 조사하기 위해 WSe₂ 나노시트 코팅 MF를 세라믹 핫플레이트(CHP-250DF, AS ONE) 위에 놓고 TOP을 측정했습니다. 그림 11a와 같이 챔버 온도를 22-30°C로 변경할 때 TOP 변화는 0.03dB 미만으로, 이 소자가 환경 온도에 둔감함을 검증합니다. 그림 11b와 같이 온도를 70-100°C로 천천히 올릴 때 TOP 변화는 0.55dB 미만으로, 고온에서 전광 튜닝 시 상대적으로 안정적입니다.

WSe₂ 나노시트 코팅 MF의 과도 응답은 그림 12 실험 설정을 사용하여 측정했습니다. 1550nm 레이저를 MF 입력에 연결했습니다. 보라색, 녹색, 적색 레이저 출력을 신호 발생기(AFG 3102, Tektronix)로 변조했습니다. 신호 발생기 출력은 구형파입니다. 포토디텍터(Model 1811, New Focus)와 오실로스코프(DS1052E, RIGOL)로 MF 출력을 모니터링했습니다. 그림 13a-c는 보라색, 녹색, 적색 레이저 조사 하에서 오실로스코프로 모니터링된 응답을 보여줍니다. 그림 13a에서 응답 시간 측정을 위한 보라색 펌프 파워는 16.8, 20.3, 22.8mW입니다. 상승/하강 시간은 보라색 레이저에서 각각 17.9, 18.4ms로 측정되었습니다. 녹색 레이저 조사(그림 13b)에서는 펌프 파워 8.3, 13.7, 20.0mW에서 상승/하강 시간 15.3, 16.9ms. 적색 레이저 조사(그림 13c)에서는 펌프 파워 10.7, 16.8, 20.5mW에서 상승/하강 시간 16.9, 18.3ms입니다.

TOP 튜닝 감도는 보라색, 녹색, 적색 펌프 레이저마다 다릅니다. 이는 그림 1b에서 보듯 짧은 파장에서 흡수가 훨씬 강하기 때문입니다. WSe₂를 포함한 MF의 전광 제어는 열광학 효과와 WSe₂ 내 광생성 캐리어의 결합에 기인합니다. 외부 펌프 광과 WSe₂의 상호작용은 WSe₂의 유효 굴절률 변화를 유도합니다. WSe₂ 나노시트는 펌프 레이저 광을 흡수합니다. WSe₂ 포함 MF의 온도는 펌프 파워와 함께 상승합니다(그림 9, 10). WSe₂의 실수부 굴절률(n_r)은 WSe₂ 포함 MF 온도 상승 시 감소합니다[39]. n_r은 WSe₂ 나노시트 전도도와 관련된 캐리어 농도 증가로도 감소합니다[40]. 결과적으로 WSe₂ 코팅 MF 내 유도 모드의 유효 굴절률(n_eff)이 외부 레이저 조사로 변화합니다. 광생성 캐리어도 WSe₂의 굴절률 변화와 n_eff 변화를 유도합니다[38]. 따라서 TOP은 외부 펌프 레이저로 변경될 수 있습니다. 유한 요소법으로 시뮬레이션을 수행하여 TOP 튜닝 메커니즘을 조사했습니다. 그림 14a와 같이 n_eff 실수부는 n_r과 함께 증가합니다. n_eff 실수부는 n_r이 2.44-2.64로 변할 때 1.4559-1.4567로 증가합니다[41,42]. n_eff 1.4559 모드의 전기장 분포는 그림 14a 인셋에 나와 있습니다. n_r 변화는 다른 모드 전기장 분포를 제공합니다. 전체 단면의 전기장 분포를 적분하여 출력 전기 에너지를 계산했습니다. 그림 14b와 같이 출력 전기 에너지는 n_r이 2.44-2.64로 증가할 때 1.76×10⁷W/m² 비율로 감소합니다. 따라서 출력 파워는 외부 펌프 파워와 함께 증가합니다. 시뮬레이션 결과는 실험 결과와 잘 일치합니다. WSe₂ 층 수의 소자 성능 영향을 조사하기 위해 COMSOL에서 유한 요소법으로 시뮬레이션을 수행했습니다. 4층 WSe₂ 나노시트 두께는 2.8nm, 해당 WSe₂ 굴절률은 3.7+0.2i[43]입니다. n_eff 실수부 대 n_r 선형 피팅은 그림 15a에 나와 있습니다. n_eff 실수부는 n_r이 3.50-3.70로 변할 때 증가합니다. n_eff 1.4550619 모드의 전기장 분포는 그림 15a 인셋에 나와 있으며 원형 대칭입니다. 비교적으로 그림 14a의 모드 전기장 분포는 150nm WSe₂ 나노시트가 빛을 흡수하므로 비대칭입니다. 출력 전기 에너지는 n_r이 3.50-3.70로 증가할 때 1.41×10⁴W/m² 비율로 감소합니다(그림 15b). 150nm WSe₂ 나노시트의 출력 전기 에너지 변화율은 2.8nm WSe₂ 나노시트보다 훨씬 커, 두꺼운 WSe₂ 나노시트가 전광 튜닝에 더 나은 성능을 제공함을 나타냅니다.

3D 유한차분 시간영역(FDTD)(Lumerical FDTD Solution)을 사용하여 WSe₂ 오버레이 MF의 출력 파워를 계산했습니다. 출력 파워 계산용 소자 구성 개략도는 그림 16a에 나와 있습니다. 모델에서 WSe₂ 층 두께, MF 직경, MF 굴절률을 각각 150nm, 9.5µm, 1.46으로 설정했습니다. MF 길이는 정성적 계산을 위해 10µm로 설정. x, y, z 방향 그리드 해상도 10nm. y=0µm에서 x-z 평면 단면 컷의 전기장 분포는 그림 16b에 나와 있습니다. 계산된 투과율은 그림 17에 나와 있습니다. 그림 17a와 같이 MF 투과율은 n_r과 함께 감소하며, 변화 경향은 COMSOL 결과와 일치합니다. 손실은 n_r=2.44, 2.64에서 각각 10.80, 10.94dB/mm입니다. 이후 WSe₂ 나노시트 굴절률을 2.64+0.2i로 고정하고 1530-1570nm 파장 범위에서 MF 투과율을 계산했습니다. 그림 17b와 같이 투과율은 파장과 함께 감소합니다. 파장이 1530-1570nm로 변할 때 손실은 10.58-10.85dB/mm로 변화합니다.

빛-제어-빛 소자의 성능을 다양한 펌프 광 파장에서 TOP 감도와 응답 시간 측면에서 비교했으며, 표 1에 정리했습니다. 여기에서 시연한 전광 제어 구조는 MF, MKR, 측면 연마 파이버(SPF)와 다양한 소재 조합보다 높은 감도를 가집니다. WSe₂ 코팅 MF는 WS₂ 결합 MKR, MoSe₂ 오버레이 MF, 액정 결합 SPF, WS₂ 커버 MF 등 전광 튜닝 구조보다 빠른 응답을 보입니다. MF 오버레이 WSe₂의 더 높은 TOP 감도와 빠른 응답 시간에는 여러 요인이 기여합니다. 첫째, WSe₂는 가시광에서 넓은 흡수 대역폭과 열광학 효과를 제공합니다. 둘째, MF 구조가 빛-물질 상호작용 강화를 위해 최적화되었습니다. 셋째, WSe₂ 나노시트 코팅 방법이 정밀한 나노시트 두께 제어와 균일한 소재 증착을 가능하게 합니다.

결론

외부 펌프 광과 WSe₂의 상호작용을 기반으로 WSe₂ 코팅 MF에서 빛의 전광 튜닝을 제작 및 시연했습니다. 펌프 광(405, 532, 660nm) 외부 조사로 WSe₂의 넓은 흡수 대역폭과 열광학 효과가 유효 굴절률 변화와 이에 따른 출력 파워 변화를 약속합니다. 0.30dB/mW 감도와 15.3ms 하강 시간을 얻을 수 있습니다. TOP 튜닝 메커니즘은 시뮬레이션으로 조사했습니다. 단일층 박막, 현대 나노제작 방법, 최적화된 MF 치수 사용으로 WSe₂ 코팅 MF의 TOP 감도와 응답 시간 등 성능을 추가 개선할 수 있습니다. 이 연구는 WSe₂의 전광 변조기, 다차원 튜닝 광학 소자 등 실용적 응용을 촉진할 것으로 기대됩니다.

데이터 및 재료 가용성

모든 데이터는 제한 없이 완전히 이용 가능합니다.

약어

2D:

2차원

DFB:

분산 피드백 레이저; SEM: 주사 전자 현미경

MF:

마이크로파이버

MKR:

마이크로파이버 노트 공진기

n_eff:

유효 굴절률

n_r:

굴절률

SPF:

측면 연마 파이버

TMDs:

전이 금속 칼코겐화물

TOP:

투과 광학 파워