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Gli eroi nascosti dei laser: perché i riflettori di Bragg distribuiti sono così importanti per i laser?
Con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia moderne, la tecnologia laser sta ricevendo sempre più attenzione. Dietro questo si nascondono molti componenti chiave, uno dei quali è il riflettore di Bragg distribuito (DBR). Questa struttura unica è ampiamente utilizzata nelle guide d'onda ottiche, in particolare nella costruzione di fibre ottiche e vari dispositivi laser. Allora come mai i riflettori di Bragg distribuiti svolgono così tanti ruoli vitali nella tecnologia laser?
I riflettori Bragg distribuiti controllano efficacemente la trasmissione e la riflessione delle onde luminose attraverso la loro struttura di materiale alternato multistrato, migliorando così le prestazioni delle apparecchiature ottiche.
DBR è una struttura costituita da più strati alternati di materiali con diversi indici di rifrazione. Il design alternato di questi materiali fa sì che le onde luminose vengano parzialmente riflesse e rifratte al confine di ogni strato. Quando la lunghezza d'onda del vuoto delle onde luminose si avvicina a quattro volte lo spessore ottico degli strati, l'interazione tra le onde luminose crea un'interferenza costruttiva, consentendo agli strati di agire come riflettori di alta qualità.
L'intervallo di lunghezze d'onda che DBR può riflettere è chiamato banda di arresto dei fotoni. In questo intervallo di lunghezze d'onda, la propagazione della luce è "vietata". Questa caratteristica rende il DBR un fattore importante da considerare quando si progettano laser e altri dispositivi ottici.
Calcolo della riflettività
La formula di calcolo della riflettanza per un riflettore Bragg distribuito mostra che la riflettanza dipende da diversi fattori, come l'indice di rifrazione degli strati costituenti e il numero di strati ripetuti. Nello specifico, quando il numero di strati ripetuti aumenta, la riflettività aumenterà di conseguenza e l'aumento del contrasto dell'indice di rifrazione tra i materiali può anche aumentare efficacemente la riflettività e la larghezza di banda. Questa caratteristica consente al DBR di svolgere un ruolo chiave in vari diodi laser come i laser a emissione superficiale a cavità verticale.
Selezionando materiali appropriati, come biossido di titanio e silicio, è possibile fornire soluzioni riflettenti ad alta efficienza per i laser.
Inoltre, l'applicazione delle strutture DBR nelle cavità ottiche e nei laser a fibra li rende un elemento importante nello sviluppo del laser. Con il continuo progresso della tecnologia, i ricercatori stanno lavorando per migliorare ulteriormente le prestazioni del DBR per far fronte ai requisiti laser più elevati.
Riflessione dei modi TE e TM
Durante lo studio dell'interazione tra la luce polarizzata del campo elettrico trasversale (TE) e del campo magnetico trasversale (TM) e la struttura DBR, si è scoperto che l'onda luminosa in modalità TE sarà fortemente riflessa nella struttura DBR, mentre la modalità TM è relativamente facile da trasmettere, questa caratteristica rende DBR un grande potenziale per il controllo della luce polarizzata.
DBR non è solo un riflettore efficace, ma agisce anche come polarizzatore per ottenere un controllo selettivo delle onde luminose.
Questa funzionalità fornisce nuove idee per lo sviluppo della tecnologia laser, soprattutto in applicazioni ad alta precisione. Questo controllo può migliorare le prestazioni complessive del sistema ottico.
Riflettore Bragg di ispirazione bio
Oltre alle tradizionali strutture DBR, negli ultimi anni anche i riflettori Bragg ispirati alla bioispirazione hanno attirato un'attenzione diffusa. Ispirati alla natura, questi riflettori utilizzano nanostrutture per riflettere la luce e possono essere utilizzati per rivelare i colori strutturali. Queste strutture multistrato, che cambiano colore quando viene cambiato il materiale di riempimento, possono fungere da sensori di gas o solventi a basso costo.
Il design di ispirazione biologica apre nuove direzioni nello sviluppo dei sensori e dimostra le infinite possibilità dell'intelligenza in natura.
Conclusione
Sia nelle applicazioni scientifiche e tecnologiche quotidiane che nella ricerca scientifica di alta precisione, i riflettori Bragg distribuiti hanno dimostrato la loro influenza che non può essere sottovalutata. Con la continua ricerca e sviluppo, in che modo l’applicazione di DBR rimodellerà il nostro mondo tecnologico in futuro?
