Rozproszony reflektor Bragga

Rozwiązana w czasie symulacja impulsu odbijającego się od lustra Bragga.

reflektor Bragga ( DBR ) jest reflektorem stosowanym w falowodach , takich jak światłowody . Jest to struktura utworzona z wielu warstw naprzemiennych materiałów o różnym współczynniku załamania światła lub przez okresowe zmiany niektórych cech (takich jak wysokość) falowodu dielektrycznego, powodujące okresowe zmiany efektywnego współczynnika załamania światła w przewodniku. Każda granica warstwy powoduje częściowe odbicie fali optycznej. W przypadku fal, których długość fali próżni jest zbliżona do czterokrotnej grubości optycznej warstw, wiele odbić łączy się z konstruktywną interferencją , a warstwy działają jak wysokiej jakości reflektor. Zakres długości fal, które są odbijane, nazywany jest fotonicznym pasmem zaporowym . W tym zakresie długości fal światło ma „zakaz” propagacji w strukturze.

Odbicie

Obliczony współczynnik odbicia schematycznej struktury DBR

Współczynnik odbicia DBR dla $intensywności$ jest w określony przez

{\ Displaystyle R = \ lewo [{\ ułamek {n_{o}(n_{2})^{2N}-n_{s}(n_{1})^{2N}}{n_{o}(n_{2})^{2N}+n_{ s}(n_{1})^{2N}}}\prawo]^{2},}

gdzie ${\ Displaystyle n_ {o}, \ n_ {1}, \ n_ {2}}$ i ${\ Displaystyle n_ {s} \,}$ są odpowiednimi współczynnikami załamania światła pochodzącego nośnik, dwa naprzemienne materiały i środek końcowy (tj. podłoże lub podłoże); a to liczba powtarzających się par materiału o niskim / wysokim współczynniku załamania $światła$ Ten wzór zakłada, że wszystkie powtarzające się pary mają grubość ćwierćfalową (to znaczy , gdzie ${\ displaystyle nd = \ lambda / 4}$ , gdzie ${\ displaystyle n}$ jest współczynnikiem załamania warstwy, ${\ displaystyle n} \ displaystyle d}$ $fali$ warstwy, a to długość światła).

Szerokość pasma częstotliwości fotonicznego pasma zaporowego można obliczyć za pomocą ${\ displaystyle \ Delta f_ {0}}$

{\ Displaystyle {\ Frac {\ Delta f_ {0}} {f_ {0}}} = {\ Frac {4} \pi }}\arcsin \left({\frac {n_{2}-n_{1}}{n_{2}+n_{1}}}\right),}

gdzie $częstotliwością$ pasma. Ta konfiguracja daje największy możliwy współczynnik $można$ przy tych dwóch wartościach współczynnika załamania światła.

Zwiększenie liczby par w DBR zwiększa współczynnik odbicia lustra, a zwiększenie kontrastu współczynnika załamania światła między materiałami w parach Bragga zwiększa zarówno współczynnik odbicia, jak i szerokość pasma. Częstym wyborem materiałów na stos jest dwutlenek tytanu ( n ≈ 2,5) i krzemionka ( n ≈ 1,5). Podstawienie do powyższego wzoru daje szerokość pasma około 200 nm dla światła o długości fali 630 nm.

Rozproszone reflektory Bragga są kluczowymi komponentami laserów emitujących powierzchniowo pionowe wnęki i innych typów diod laserowych o wąskiej szerokości linii , takich jak lasery z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym (DFB) i lasery z rozproszonym reflektorem Bragga (DBR) . Są również używane do tworzenia rezonatora wnękowego (lub wnęki optycznej ) w laserach światłowodowych i laserach na swobodnych elektronach .

Odbicie w trybie TE i TM

Obliczony współczynnik odbicia światła w trybie TE przy różnych kątach padania i długościach fal. Czerwone regiony odpowiadają R=1, niebieskie regiony odpowiadają R=0, a inne kolory 0 <R <1.

Obliczony współczynnik odbicia światła w trybie TM przy różnych kątach padania i długościach fal. Pomarańczowe regiony odpowiadają R=1, niebieskie regiony odpowiadają R=0, a inne kolory 0 <R <1.

W tej sekcji omówiono oddziaływanie światła spolaryzowanego poprzecznie elektrycznego (TE) i poprzecznie magnetycznego (TM) ze strukturą DBR, na kilku długościach fal i kątach padania. Ten współczynnik odbicia struktury DBR (opisany poniżej) został obliczony przy użyciu metody matrycy transferowej (TMM), w której sam tryb TE jest silnie odbijany przez ten stos, podczas gdy tryby TM są przepuszczane. Pokazuje to również, że DBR działa jako polaryzator .

Dla częstości TE i TM mamy widma odbicia stosu DBR, odpowiadające stosowi 6 warstw dielektryka o kontraście 11,5, między warstwami powietrza i dielektryka. Grubości warstw powietrza i dielektryka wynoszą odpowiednio 0,8 i 0,2 okresu. Długość fali na poniższych rysunkach odpowiada wielokrotnościom okresu komórki.

Ten DBR jest również prostym przykładem kryształu fotonicznego 1D . Ma pełne pasmo wzbronione TE, ale tylko pasmo wzbronione pseudo TM.

Odbłyśniki Bragga inspirowane biologią

Przykład zmiany koloru reflektora Bragga wraz ze zmianą wilgotności i porównaniem do struktury biologicznej.

Inspirowane biologią reflektory Bragga to kryształy fotoniczne 1D inspirowane naturą. Odbicie światła od tak nanostrukturalnej materii powoduje strukturalne zabarwienie . Urządzenia te, zaprojektowane z mezoporowatych tlenków metali lub polimerów, mogą być używane jako tanie czujniki oparów/rozpuszczalników. Na przykład kolor tych wielowarstwowych struktur porowatych będzie się zmieniał, gdy materia wypełniająca pory zostanie zastąpiona inną, np. zastąpienie powietrza wodą.

Zobacz też

Prawo Bragga - Prawo fizyczne dotyczące kątów rozpraszania promieniowania przez ośrodek
Dyfrakcja Bragga - Prawo fizyczne dotyczące kątów rozpraszania promieniowania przez ośrodek
Dyfrakcja – Zjawisko ruchu fal
- Siatka dyfrakcyjna – Element optyczny, który rozszczepia światło na kilka wiązek
Lustro dielektryczne – Lustro wykonane z materiałów dielektrycznych
Interferometr Fabry'ego – Pérota - Urządzenie optyczne z równoległymi lustrami
Fibre Bragg grid – Rodzaj rozproszonego reflektora Bragga zbudowanego w krótkim odcinku światłowodu
Światłowód fotonowo-krystaliczny - Klasa światłowodu oparta na właściwościach kryształów fotonicznych
Laser emitujący powierzchnię z wnęką pionową