Распределённый брэ́гговский отража́тель — это слоистая структура, в которой показатель преломления материала периодически изменяется в одном пространственном направлении (перпендикулярно слоям).
Общая информация
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 фазыстр. 128 в Optical waves in layered media, P. Yeh, John Wiley & Sons, 1991.. 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 отражателиH.J. Lee, "Techniques for fabricating Bragg reflectors on SiO2-Si3N3--SiO2 rib waveguides on Si, " Applied Optics, Vol. 27, No. 6, 1988, pp. 1199—1202., сенсорыG.J. Veldhuis, J.H. Berends, R.G. Heideman and P.V. Lambeck, "An integrated optical Bragg-reflector used as a chemo-optical sensor, " Pure Appl. Opt. 7 No 1, 1998.D. R. Hjelme, L. Bjerkan, S. Neegard, J. S. Rambech, and J. V. Aarsnes, « Application of Bragg grating sensors in the characterization of scaled marine vehicle models, Applied Optics, Vol. 36, No. 1, 1997, pp. 328—336.» и т. д.) и их привлекательность для использования в качестве зеркал полупроводниковых лазеров Y. Tohmori, Y. Yoshikuni, H. Ishii, F. Kano, T. Tamamura, Y. Kondo, M. Yamamoto, "Broad-range wavelength-tunable superstructure grating (SSG) DBR lasers, " IEEE Quantum Electronics, Vol. 39, No. 10, 2003, pp. 1314—1320.. 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 Электромагнитная волна, распространяясь перпендикулярно слоям РБО, приведённого на Рис. 1, испытывает отражения от границ раздела сред с показателями преломления и . Закон Брэгга определяет условия, при которых волны, отражённые от границ раздела сред данного РБО при перпендикулярно падающей волне, находятся в одинаковой фазеA. Yariv, M. Nakamura, "Periodic structures for integrated optics, " IEEE Quantum Electronics, Vol. 13, No. 4, 1977, pp. 233—253.:en:Bragg diffraction:
,
где — период РБО, целое число, указывающее на порядок дифракции, — длина волны, — 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 и , соответственно, как и . Тогда, коэффициент отражения РБО на длине волны будет равенстр. 73, C. Wilmsen, H. Temkin, and L.A. Coldren, Vertical-cavity surface-emitting lasers, Cambridge Studies in Modern Optics, 1999.:
,
где — число пар четвертьволновых слоев, из которых состоит РБО. Максимум коэффициента отражения РБО в спектре приходится на длину волны , и его спектральная ширина определяется из выражения:
,
где — разница показателей преломления и , — эффективный показатель преломления РБО.
Источники
Категория:Физика твёрдого тела Категория:Оптика