Dos conceptos básicos del láser, uno es la emisión estimulada y el otro es el resonador. En este artículo se presenta el principio básico del DBR (Reflector de Bragg distribuido), que es un resonador en láseres tipo VCSEL. Se introducen respectivamente dos conocimientos básicos de física: transición de fase de reflexión e interferencia de película delgada.
La posición de DBR en el láser VCSEL se muestra a continuación:
Transición de la fase de reflexión
Cuando la luz se transmite desde el medio ópticamente escaso n1 al medio ópticamente denso n2 (índice de refracción n2>n1), la luz reflejada experimentará una transición de fase de 180 grados en la interfaz. Sin embargo, no se produce ninguna transición de fase cuando un medio fotodenso se transmite a un medio fotofóbico.
Desde el punto de vista de la ingeniería, la luz también es una onda electromagnética, y el reflejo de la luz puede ser análogo al reflejo de una señal eléctrica cuando cambia la impedancia. Cuando una señal eléctrica ingresa a una línea de transmisión de baja impedancia desde una línea de transmisión de alta impedancia, produce una reflexión de fase negativa (transición de fase de 180 grados), y cuando ingresa a una línea de transmisión de alta impedancia desde una línea de transmisión de baja impedancia , produce una reflexión de fase positiva (sin transición de fase). El índice de refracción de un medio de transmisión óptica es análogo a la impedancia de la transmisión de una señal eléctrica.
Las explicaciones más profundas están más allá del alcance de este artículo.
Interferencia de película delgada
Cuando la luz pasa a través de una película delgada, se reflejará dos veces en las superficies superior e inferior, y el espesor de la película delgada afectará la diferencia de trayectoria óptica de las dos reflexiones. Si se controla que el espesor de la película delgada sea (1/4+N) veces la longitud de onda, la diferencia de trayectoria óptica de las dos reflexiones es (1/2+2N), y la diferencia de trayectoria óptica corresponde a un ángulo de 180 grados. transición de fase, y una de las reflexiones sufrirá una transición de fase de 180 grados. Luego, la luz reflejada de los dos tiempos finalmente está en fase y se mejora la superposición, es decir, aumenta el coeficiente de reflexión general. De hecho, DBR es una capa alterna de dos medios de índice de refracción. Cuando la luz pasa a través de DBR, cada capa aumentará un determinado sistema de reflexión y el coeficiente de reflexión de DBR puede alcanzar un nivel muy alto.
Diagrama del mecanismo de interferencia de la película:
Nota 1: Para mostrar claramente, los tres haces de luz se dibujan por separado, pero en realidad están apilados juntos;
Figura 2: El primer reflejo de azul (transición de fase de 180 grados) y la segunda luz reflejada de amarillo (diferencia de fase de 180 grados debido a la diferencia de trayectoria óptica) finalmente están en fase y se mejora la superposición.
La estructura DBR puede amplificar la reflectancia a través de múltiples capas de reflexión. Sin embargo, DBR funciona utilizando el principio de interferencia, por lo que DBR tendrá una alta reflectividad para algunos rangos de longitud de onda de luz específicos y puede lograr una pérdida muy baja, y otros tipos de reflectores (como superficies metálicas) tienen características de reflexión diferentes.
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