Распределённый брэгговский отражатель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Распределённый брэ́гговский отража́тель — это слоистая структура, в которой показатель преломления материала периодически изменяется в одном пространственном направлении (перпендикулярно слоям).

Общая информация[править | править вики-текст]

Рис. 1. Схематическое представление распределенного брэгговского отражателя (РБО), полученного чередованием двух материалов с разным показателями преломления n_1 и n_2, а также периодом чередования Λ.

РБО, также известный как одномерный фотонный кристалл, чаще всего представляет собой последовательность двух или более осажденных друг на друга материалов с разными показателями преломления как показано на Рис. 1. Чаще всего, РБО изготовляются при помощи молекулярно-лучевой эпитаксии и химического осаждения материалов из газовой фазы[1]. РБО позволяют отражать световые волны с гораздо более узкой полосой отражения, чем простой торец между полупроводником и воздухом. Именно это и обусловило широкое применение таких отражателей в оптической технике (фильтры, встроенные в оптические волокна отражатели[2][3], сенсоры[4][5] и т. д.) и их привлекательность для использования в качестве зеркал полупроводниковых лазеров [6][7]. Последнее также произошло благодаря большему коэффициенту отражения таких зеркал чем коэффициент отражения зеркал, полученных путём скола торцов лазеров, и что немаловажно, возможности изготовления РБО в рамках стандартного технологического процесса самих лазеров путём молекулярно-лучевой эпитаксии.

Теория[править | править вики-текст]

Электромагнитная волна, распространяясь перпендикулярно слоям РБО, приведённого на Рис. 1, испытывает отражения от границ раздела сред с показателями преломления n_1 и n_2. Закон Брэгга определяет условия, при которых волны, отражённые от границ раздела сред данного РБО при перпендикулярно падающей волне, находятся в одинаковой фазе[8][9]:

\Lambda=\frac{l\lambda_b}{2n_\text{eff}},

где \Lambda — период РБО, l=1,2,3 ... целое число, указывающее на порядок дифракции, \lambda_b — длина волны, n_\text{eff} — эффективный показатель преломления РБО. Чаще всего в волоконной технике используются четвертьволновые распределённые РБО, толщина каждого слоя которых равна четверти длины волны. Так, для РБО, изображённого на Рис. 1, мы можем определить толщины слоев с показателями преломления n_1 и n_2, соответственно, как L_1=\lambda_b/(4n_1) и L_2=\lambda_b/(4n_2). Тогда, коэффициент отражения РБО на длине волны \lambda_b будет равен[10]:

|r|=\left(\frac{1-(n_1/n_2)^{2m}}{1+(n_1/n_2)^{2m}}\right)^2,

где m — число пар четвертьволновых слоев, из которых состоит РБО. Максимум коэффициента отражения РБО в спектре приходится на длину волны \lambda_b, и его спектральная ширина определяется из выражения:

\Delta\lambda=\frac{2\lambda_b\Delta{n}}{\pi{n_\text{eff}}},

где \Delta{n} — разница показателей преломления n_1 и n_2, n_\text{eff}=2\left(1/n_1+1/n_2\right)^{-1} — эффективный показатель преломления РБО.

Источники[править | править вики-текст]