レーザーの 2 つの基本概念、1 つは誘導放出、もう 1 つは共振器です。本稿では、VCSEL型レーザの共振器であるDBR(Distributed Bragg Reflector)の基本原理を紹介します。 2 つの基本的な物理知識: 反射相転移と薄膜干渉がそれぞれ紹介されます。
VCSEL レーザー内の DBR の位置を以下に示します。
反射相転移
光が光学的に疎な媒質 n1 から光学的に密な媒質 n2 (屈折率 n2 > n1) に伝送されるとき、反射光は界面で 180 度の相転移を起こします。ただし、光密度の高い媒体が疎光性の媒体に伝達される場合、相転移は起こりません。
工学的な観点から見ると、光も電磁波であり、光の反射は、インピーダンスが変化したときの電気信号の反射に似ています。電気信号が高インピーダンスの伝送線路から低インピーダンスの伝送線路に入ると逆相反射（180度の位相転移）が生じ、また、電気信号が低インピーダンスの伝送線路から高インピーダンスの伝送線路に入ると逆相反射（180度の位相転移）が生じます。 、正の位相反射が生成されます (位相転移はありません)。光伝送媒体の屈折率は、電気信号伝送のインピーダンスに似ています。
詳しい説明はこの記事の範囲外です。
薄膜干渉
光が薄膜を通過する際、上下面で2回反射しますが、薄膜の厚さは2回の反射の光路差に影響します。薄膜の厚さを波長の（1/4+N）倍に制御すると、2回の反射の光路差は（1/2+2N）となり、光路差は180度に相当します。相転移が起こり、反射の 1 つが 180 度の相転移を起こします。すると最終的に２回の反射光の位相が揃い、重なりが強調される、つまり全体の反射係数が増加する。実際、DBR は 2 つの屈折率媒体が交互に重なった層です。光がDBRを通過すると、各層が特定の反射システムを増加させ、DBRの反射係数が非常に高いレベルに達することがあります。
フィルム干渉メカニズム図:
注 1: わかりやすく示すために 3 本の光は別々に描かれていますが、実際には重なっています。
図 2: 青色の最初の反射光 (180 度の位相転移) と黄色の 2 回目の反射光 (光路差による 180 度の位相差) は最終的に同位相となり、重ね合わせが強調されます。
DBR 構造は、複数の反射層を通じて反射率を増幅できます。ただし、DBR は干渉原理を利用して動作するため、特定の波長範囲の光に対して高い反射率を示し、非常に低い損失を実現できます。また、他の種類の反射板 (金属表面など) とは反射特性が異なります。
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