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chlüsselrolle verteilter Bragg-Reflektoren in der Lasertechnologie aufgeklär
In der modernen optoelektronischen Technologie spielen verteilte Bragg-Reflektoren (DBRs) eine wichtige Rolle. Dieser Reflektor besteht aus mehreren Schichten abwechselnder Materialstrukturen mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Durch diesen Aufbau werden Lichtwellen an den Grenzflächen zwischen den verschiedenen Schichten teilweise reflektiert und gebrochen. Wenn sich die Vakuumwellenlänge der Lichtwellen dem Vierfachen der optischen Dicke nähert, entsteht durch die Wechselwirkung zwischen den Schichten eine konstruktive Interferenz, die dazu führt, dass die Schichten ein hochwertiges Reflexionsverhalten aufweisen.
Der Reflexionsbereich wird als Photonenbandlücke bezeichnet und Licht innerhalb dieses Bereichs ist die Ausbreitung innerhalb der Struktur „verboten“.
Bei der DBR-Reflexionstechnologie wird die Reflektivität näherungsweise durch den Brechungsindex verschiedener Materialien und die Anzahl der Wiederholungen ihrer Schichten bestimmt. Durch die Verbesserung des DBR-Designs können wir nicht nur die Reflektivität erhöhen, sondern auch seine Bandbreite erweitern, sodass er in mehr Anwendungsszenarien eine gute Leistung bringt. Insbesondere bei oberflächenemittierenden Lasern mit vertikaler Kavität (VCSELs) und anderen Arten von Schmalband-Laserdioden ist der Einsatz von DBRs unverzichtbar.
Mit dem Fortschritt in Wissenschaft und Technik erweitert sich auch der Anwendungsbereich der DBR-Technologie, beispielsweise auf Faserlaser und Freie-Elektronen-Laser. Diese technologischen Fortschritte haben die Leistung von Lasern erheblich verbessert, insbesondere im Hinblick auf Strahlqualität und Lichtausbeute.
DBR spielt nicht nur bei Lasern, sondern auch in verschiedenen optischen Hohlräumen eine wichtige Rolle und ist daher eine Schlüsselkomponente der modernen Lasertechnologie.
TE- und TM-Modus-Reflektivität
Das Verhalten von transversal elektrisch (TE) und transversal magnetisch (TM) polarisiertem Licht während seiner Interaktion mit der DBR-Struktur hat einen erheblichen Einfluss auf deren Leistung. Die Reflektivität wird üblicherweise mithilfe der Transfermatrixmethode (TMM) berechnet. Diese zeigt, dass Lichtwellen im TE-Modus im DBR-Stapel stark reflektiert werden, während Lichtwellen im TM-Modus durch die Struktur durchgelassen werden. Dadurch kann DBR auch als Polarisator fungieren und so eine effiziente Lichtwellensteuerung erreichen.
Es ist ersichtlich, dass die Reflexionsspektren von DBR bei TE- und TM-Einfall unterschiedlich sind, was seinen Wert in praktischen Anwendungen, insbesondere bei der Konstruktion optischer Komponenten, weiter unterstreicht.
Bioinspirierte Bragg-Reflektoren
Neuere Forschungen beschäftigen sich auch mit bioinspirierten Bragg-Reflektoren, die sich an Strukturen in der Natur orientieren. Diese eindimensionalen photonischen Kristalle bewirken strukturelle Farbveränderungen durch die Reflexion von Licht. In einigen Fällen können diese Materialien für kostengünstige Gas- und Lösungsmittelsensoren verwendet werden, insbesondere wenn das Material innerhalb der porösen Struktur seine Farbe ändert, wenn es durch eine andere Substanz ersetzt wird, was eine einfache Lösung für die Umweltüberwachung darstellt.
Mit den Fortschritten in der Materialwissenschaft werden diese innovativen Technologien in Zukunft möglicherweise in mehr Bereichen praktisch eingesetzt, wodurch sich ihr Anwendungspotenzial weiter erweitert.
Wenn wir die Struktur und Funktion verteilter Bragg-Reflektoren verstehen, können wir nicht umhin, uns zu fragen: Wie werden diese Reflektoren unsere optischen Anwendungen und unser tägliches Leben in zukünftigen Lasertechnologien verändern?
