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Héroes ocultos de los láseres: ¿Por qué los reflectores Bragg distribuidos son tan importantes para los láseres?
Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas, la tecnología láser está recibiendo cada vez más atención. Hay muchos componentes clave detrás de esto, uno de los cuales es el reflector Bragg distribuido (DBR). Esta estructura única se utiliza ampliamente en guías de ondas ópticas, especialmente en la construcción de fibras ópticas y diversos dispositivos láser. Entonces, ¿cómo juegan los reflectores Bragg distribuidos papeles tan cruciales en la tecnología láser?
Los reflectores Bragg distribuidos controlan eficazmente la transmisión y la reflexión de las ondas de luz a través de su estructura de material alterno multicapa, mejorando así el rendimiento de los dispositivos ópticos.
DBR es una estructura compuesta por múltiples capas de materiales con diferentes índices de refracción que se alternan entre sí. La alternancia de estos materiales está diseñada para que las ondas de luz se reflejen y refracten parcialmente en cada límite de capa. Cuando la longitud de onda de vacío de las ondas de luz se acerca a cuatro veces el espesor óptico de la capa, la interacción entre las ondas de luz produce una interferencia constructiva, lo que permite que las capas actúen como reflectores de alta calidad.
El rango de longitud de onda que un DBR puede reflejar se llama banda de detención de fotones. En este rango de longitud de onda, la propagación de la luz está "prohibida", lo que hace que el DBR sea un factor importante que debe considerarse al diseñar láseres y otros dispositivos ópticos.
Cálculo de la reflectividad
La fórmula para calcular la reflectividad de un reflector Bragg distribuido muestra que la reflectividad depende de varios factores, como el índice de refracción de las capas constituyentes y el número de capas repetidas. En concreto, a medida que aumenta el número de capas repetidas, la reflectividad aumentará en consecuencia, y aumentar el contraste del índice de refracción entre materiales también puede mejorar eficazmente la reflectividad y el ancho de banda. Esta propiedad hace que el DBR desempeñe un papel clave en varios diodos láser, como los láseres emisores de superficie de cavidad vertical.
Al elegir los materiales adecuados, como el dióxido de titanio y el silicio, es posible proporcionar una solución reflectante eficiente para los láseres.
Además, la aplicación de la estructura DBR en la cavidad óptica y el láser de fibra la convierte en un elemento importante en el desarrollo del láser. Con el avance continuo de la tecnología, los investigadores están trabajando para mejorar aún más el rendimiento del DBR para satisfacer las mayores demandas de láser.
Reflectividad de los modos TE y TM
Al estudiar la interacción entre la luz polarizada transversal eléctrica (TE) y transversal magnética (TM) y la estructura DBR, se encontró que las ondas de luz del modo TE se reflejan en gran medida en la estructura DBR, mientras que las ondas de luz del modo TM son relativamente fáciles pasar a través de ella. Esta característica hace que el DBR tenga un gran potencial para controlar la luz polarizada.
El DBR no sólo es un reflector eficaz, sino que también puede actuar como polarizador para lograr un control selectivo de las ondas de luz.
Esta característica aporta nuevas ideas para el desarrollo de la tecnología láser, especialmente en aplicaciones de alta precisión, donde este control puede mejorar el rendimiento general del sistema óptico.
Reflectores Bragg de inspiración biológica
Además de la estructura DBR tradicional, los reflectores Bragg de inspiración biológica también han atraído una gran atención en los últimos años. Inspirados en la naturaleza, estos reflectores utilizan nanoestructuras para reflejar la luz y pueden usarse para mostrar colores estructurales. Estas estructuras multicapa cambian de color al cambiar el material de relleno y pueden utilizarse como sensores de gases o solventes de bajo costo.
Los diseños bioinspirados abren nuevas direcciones para el desarrollo de sensores y demuestran las infinitas posibilidades de inteligencia que se encuentran en la naturaleza.
Conclusión
Tanto en aplicaciones científicas y tecnológicas cotidianas como en investigaciones científicas de alta precisión, los reflectores Bragg distribuidos han demostrado una influencia que no se puede subestimar. Con investigación y desarrollo continuos, ¿cómo las futuras aplicaciones de DBR transformarán nuestro mundo tecnológico?
