Deux concepts de base du laser, l'un est l'émission stimulée, l'autre est le résonateur. Dans cet article, le principe de base du DBR (Distributed Bragg Reflector), qui est un résonateur dans les lasers de type VCSEL, est présenté. Deux connaissances de base en physique : la transition de phase par réflexion et l'interférence en couche mince sont introduites respectivement.
La position du DBR dans le laser VCSEL est indiquée ci-dessous :
Transition de phase de réflexion
Lorsque la lumière est transmise du milieu optiquement clairsemé n1 au milieu optiquement dense n2 (indice de réfraction n2>n1), la lumière réfléchie subira une transition de phase de 180 degrés à l'interface. Cependant, aucune transition de phase ne se produit lorsqu'un milieu photodense est transmis à un milieu photophobe.
D'un point de vue technique, la lumière est également une onde électromagnétique, et la réflexion de la lumière peut être analogue à la réflexion d'un signal électrique lorsque l'impédance change. Lorsqu'un signal électrique entre dans une ligne de transmission à faible impédance à partir d'une ligne de transmission à haute impédance, il produit une réflexion de phase négative (transition de phase de 180 degrés), et lorsqu'il entre dans une ligne de transmission à haute impédance à partir d'une ligne de transmission à faible impédance , il produit une réflexion de phase positive (pas de transition de phase). L'indice de réfraction d'un support de transmission optique est analogue à l'impédance d'une transmission de signal électrique.
Des explications plus approfondies dépassent le cadre de cet article.
Interférence de couche mince
Lorsque la lumière traverse un film mince, elle sera réfléchie deux fois sur les surfaces supérieure et inférieure, et l'épaisseur du film mince affectera la différence de chemin optique des deux réflexions. Si l'épaisseur du film mince est contrôlée à (1/4+N) fois la longueur d'onde, la différence de chemin optique des deux réflexions est de (1/2+2N) et la différence de chemin optique correspond à un angle de 180 degrés. transition de phase, et l’une des réflexions subira une transition de phase à 180 degrés. Ensuite, la lumière réfléchie des deux temps est finalement en phase et la superposition est améliorée, c'est-à-dire que le coefficient de réflexion global est augmenté. En fait, le DBR est une couche alternée de deux milieux d’indice de réfraction. Lorsque la lumière traverse le DBR, chaque couche augmente un certain système de réflexion et le coefficient de réflexion du DBR peut atteindre un niveau très élevé.
Schéma du mécanisme d'interférence du film :
Remarque 1 : Afin de montrer clairement, les trois faisceaux de lumière sont dessinés séparément, mais ils sont en fait empilés ensemble ;
Figure 2 : La première réflexion du bleu (transition de phase de 180 degrés) et la deuxième lumière réfléchie du jaune (différence de phase de 180 degrés due à la différence de chemin optique) sont enfin en phase et la superposition est améliorée.
La structure DBR peut amplifier la réflectance à travers plusieurs couches de réflexion. Cependant, le DBR fonctionne en utilisant le principe d'interférence, de sorte que le DBR aura une réflectivité élevée pour certaines plages de longueurs d'onde spécifiques de la lumière et peut atteindre une très faible perte, et d'autres types de réflecteurs (tels que les surfaces métalliques) ont des caractéristiques de réflexion différentes.
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