Распределённый брэгговский отражатель
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 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
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 фазе[8][9]:
,
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 равен[10]:
,
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
- ↑ стр. 128 в Optical waves in layered media, P. Yeh, John Wiley & Sons, 1991.
- ↑ H.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.
- ↑ Статья на сайте ЗАО «Концепт Технологии» «Брэгговские волоконные решетки в оптических системах передачи». Дата обращения: 13 октября 2007. Архивировано 13 августа 2007 года.
- ↑ G.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.»
- ↑ О. Е. Наний, Оптические передатчики, Lightwave Russian Edition, No. 2, 2003, стр. 48-51. Дата обращения: 14 октября 2007. Архивировано из оригинала 21 ноября 2008 года.
- ↑ 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.
- ↑ A. Yariv, M. Nakamura, "Periodic structures for integrated optics, " IEEE Quantum Electronics, Vol. 13, No. 4, 1977, pp. 233—253.
- ↑ en:Bragg diffraction
- ↑ стр. 73, C. Wilmsen, H. Temkin, and L.A. Coldren, Vertical-cavity surface-emitting lasers, Cambridge Studies in Modern Optics, 1999.