Брэгговские зеркала

Брэгговские зеркала

Устройство брэгговских зеркал (отражателей)

Тонкие брэгговские зеркала представляют собой структуру, состоящую из чередующейся последовательности оптических материалов с разным показателем преломления. Толщина каждого оптического слоя соответствует четверти центральной длины волны брэгговского зеркала:

t_H = λ/(4n_H) – толщина слоя с большим показателем преломления n_H

t_L = λ/(4n_L) – толщина слоя с меньшим показателем преломления n_L

На границе между слоями с разными показателями преломления падающий пучок отражается. Отраженные части имеют сдвиг по фазе в 180^о   в том случае, если свет перешел из слоя с меньшим показателем преломления в слой с большим коэффициентом. Относительная разность фаз всех отраженных лучей либо нулевая, либо кратна полному обороту в 360^о (тогда наблюдается явление интерференции).

Из-за частичного отражения интенсивность падающего излучения во время перехода через слой падает; в то же время, интенсивность отраженного излучения возрастает, если поглощение среды незначительно.

Рисунок 1. Структура из слоев, толщиной в четверть волны. Incident light – падающий свет. Reflected light (combination of 6 beams) – отраженный свет (комбинация из 6 лучей). Air - воздух. Low/High index – Меньший/больший коэффициент преломления. Substrate – подложка. Transmitted light – вышедшее излучение

Отражательная способность брэгговских зеркал

Отражение R в структуре из слоев, толщиной в четверть длины волны, помещенной в воздух, рассчитывается по следующей формуле:

, где Y рассчитано следующим образом:

• Y – пропускная способность структуры, состоящей из (2p + 1) слоев
• n_H – больший показатель преломления
• n_L – меньший показатель преломления
• n_S – коэффициент преломления подложки (с образцом)
• (2p + 1) – количество слоев в структуре

Аппроксимация

При большом нечетном количестве четвертьволновых пленок поглощением можно пренебречь. В таком случае, расчет отражения R и пропускания T можно оценить по следующим формулам:

Числовые примеры

Отражение брэгговского зеркала представляет собой функцию количества p пар пленок. Показатели преломления: n_H = n_S = 3.5, n_L = 3.0.

Рисунок 2. Отражение брэгговского зеркала. По вертикали – коэффициент отражения, по горизонтали – количество пар пленок Р

Ширина спектра в зоне с большим коэффициентом отражения

Спектральная ширина Δλ в области высокого отражения возрастает пропорционально разности показателей преломления (n_H - n_L). Эту величину в четвертьволновой структуре можно рассчитать через расчетную длину волны λ₀:

Относительная спектральная ширина w = Δλ/λ в зоне высокого отражения представляет собой функцию отношения показателей преломления n_H/n_L :

Рисунок 3. График относительной спектральной ширины. По вертикали – относительная спектральная ширина, по горизонтали – отношение показателей преломления

Брэгговские зеркала, созданные на основе арсенида галлия и арсенида алюминия

При длине волны 1064 нм показатели преломления соединений арсенида галлия (GaAs) и арсенида алюминия (AlAs) соответственно равны 3.49 и 2.95.

На графиках далее представлены спектральные отражения четвертьволновых структур из разного количества пар арсенида галлия и арсенида алюминия с центральной длиной волны 1064 нм.

Рисунок 4. Спектральные отражения четвертьволновых структур из разного количества пар арсенида галлия и арсенида алюминия с центральной длиной волны 1064 нм. По вертикали – отражение (%), по горизонтали – длина волны (нм)

© BATOP GmbH

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции BATOP на территории РФ