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ntdecken Sie, wie verteilte Bragg-Reflektoren mithilfe von Schichtstrukturen Sperrzonen für Licht schaffen
In der wachsenden Nachfrage nach optischer Technologie zeigen verteilte Bragg-Reflektoren (DBR) ihre unersetzliche Bedeutung. DBR ist eine Struktur, die aus mehreren Schichten abwechselnder Materialien besteht und häufig in optischen Fasern und Wellenleitern verwendet wird. Diese Strukturen zeichnen sich durch den unterschiedlichen Brechungsindex jeder Schicht aus, der dazu führt, dass Lichtwellen zwischen diesen Schichten reflektiert und gebrochen werden und dadurch eine sogenannte optische Sperrzone entsteht. Dieses Phänomen hat die Aufmerksamkeit vieler wissenschaftlicher Forscher auf sich gezogen.
Der eingeschränkte Lichtbereich bezieht sich auf das Phänomen, dass sich Lichtwellen innerhalb eines bestimmten Bereichs nicht in der Struktur ausbreiten können, wodurch DBR Licht bestimmter Wellenlängen effektiv reflektieren kann.
Struktur und Prinzip
Verteilte Bragg-Reflektoren bestehen aus Schichten verschiedener Materialien mit wechselnden Brechungsindizes. Immer wenn eine Lichtwelle die Grenzfläche dieser Schichten passiert, kommt es zu teilweiser Reflexion und Brechung. Wenn sich die Vakuumwellenlänge von Lichtwellen dem Vierfachen der optischen Dicke nähert, kommt es durch die Wechselwirkung dieser Wellen zu konstruktiver Interferenz, wodurch die Schichtstruktur als hochwertiger Reflektor fungiert. Diese durch den Schichtaufbau geschaffene Lichtausschlusszone ist das Herzstück der DBR-Technologie.
Die Grenze jeder Schicht ist ein Ausgangspunkt für die Reflexion und Brechung von Lichtwellen, wodurch DBR bei bestimmten Wellenlängen ein hohes Reflexionsvermögen erreichen kann.
Eigenschaften der Lichtausschlusszone
Im DBR wird der reflektierte Wellenlängenbereich als photonisches Sperrband bezeichnet. Licht in diesem Bereich muss bestimmten Ausbreitungsregeln folgen, was bedeutet, dass sich Lichtwellen dieser Wellenlängen in dieser Struktur nicht ausbreiten dürfen. Diese Eigenschaft macht verteilte Bragg-Reflektoren in verschiedenen optischen Geräten, einschließlich Lasern und Faserresonatoren, besonders wichtig.
Berechnung des Reflexionsvermögens
Die Berechnung des DBR-Reflexionsvermögens umfasst den Brechungsindex mehrerer Schichten sowie die Dickendaten der Schichten. Im Allgemeinen funktionieren Materialauswahlen wie Titandioxid- und Siliziumkombinationen gut, wodurch ihr Reflexionsvermögen und ihre Lichtreichweite steuerbar sind. Diese reflektierenden Eigenschaften haben auch einen tiefgreifenden Einfluss auf die Verwendung.
Reflexionseigenschaften der TE- und TM-Modi
DBR zeigt spezifische Unterschiede im Reflexionsvermögen für den transversalen elektrischen Modus (TE-Modus) und den transversalen magnetischen Modus (TM-Modus) bei unterschiedlichen Einfallswinkeln und Wellenlängen. Der TE-Modus wird in der Regel von der Struktur stark reflektiert, während der TM-Modus relativ leichter zu durchdringen ist. Solche Eigenschaften belegen nicht nur die Funktion von DBR als Polarisator, sondern fördern auch die Entwicklung optischer Komponenten weiter.
Bio-inspirierter Bragg-Reflektor
Der bioinspirierte Bragg-Reflektor ist ein von der Natur inspirierter 1D-Photonenkristall. Diese Struktur erzeugt nicht nur Strukturfarben, sondern kann auch zur Herstellung kostengünstiger Gas-/Lösungsmittelsensoren verwendet werden. Wenn die Löcher in der Struktur durch andere Substanzen ersetzt werden, ändert sich ihre Farbe, was technisch gesehen eine hochmoderne Anwendung der Materialwissenschaft darstellt.
Diese bioinspirierten Strukturen demonstrieren die Kreativität der Natur und bieten neue Perspektiven für den Fortschritt moderner Technologie.
Schlussfolgerung
Die Erforschung und Anwendung verteilter Bragg-Reflektoren beschränkt sich nicht nur auf das Verständnis ihrer Prinzipien, sondern umfasst auch die Nutzung ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften zur Weiterentwicklung bestehender Technologien. Wie interessant wird die Zukunft sein, wenn die Materialwissenschaft und die optische Technik weiter voranschreiten?
