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布型ブラッグ反射器がレーザー技術において重要な役割を果たす仕組みを解
現代の光電子技術では、分布ブラッグ反射器 (DBR) が重要な役割を果たしています。この反射板は、屈折率の異なる材料構造が交互に重なった複数の層で構成されています。この設計により、異なる層間の界面で光波が部分的に反射および屈折されます。光波の真空波長が光学的厚さの 4 倍に近づくと、層間の相互作用によって建設的な干渉が生じ、層は高品質の反射動作を示します。
反射範囲は光子バンドギャップと呼ばれ、この範囲内の光は構造内で伝播することが「禁止」されています。
DBR 反射技術では、反射率はさまざまな材料の屈折率とそれらの層の繰り返し数によっておおよそ決まります。 DBR の設計を改善することで、反射率を高めるだけでなく、帯域幅を拡大し、より多くのアプリケーション シナリオで優れたパフォーマンスを発揮できるようになります。特に、垂直共振器面発光レーザー (VCSEL) やその他のタイプの狭帯域レーザーダイオードでは、DBR の使用が不可欠です。
科学技術の進歩に伴い、ファイバーレーザーや自由電子レーザーなど、DBR技術の応用範囲も拡大しています。これらの技術の進歩により、特にビーム品質と発光効率の面でレーザーの性能が大幅に向上しました。
DBR はレーザーだけでなく、さまざまな光共振器でも重要な役割を果たしており、現代のレーザー技術の重要な要素となっています。
TE モードと TM モードの反射率
DBR 構造との相互作用中の横電場 (TE) 偏光と横磁界 (TM) 偏光の挙動は、そのパフォーマンスに大きな影響を与えます。反射率は通常、転送マトリックス法 (TMM) を使用して計算されます。これにより、TE モードの光波は DBR スタック内で大きく反射され、TM モードの光波は構造を透過することが示されます。これにより、DBR は偏光子としても機能し、効率的な光波制御を実現します。
TE 入射と TM 入射における DBR の反射スペクトルが異なることがわかり、特に光学部品の設計において、実際のアプリケーションにおけるその価値がさらに強調されます。
生物に着想を得たブラッグ反射鏡
最近の研究では、自然界の構造にヒントを得た生物にヒントを得たブラッグ反射鏡も研究されています。これらの 1 次元フォトニック結晶は、光の反射を通じて構造的な色の変化を実現します。場合によっては、これらの材料は低コストのガスおよび溶媒センサーに使用できます。特に、多孔質構造内の材料が別の物質に置き換えられると色が変わる場合は、環境モニタリングのためのシンプルなソリューションが提供されます。
材料科学の進歩により、今後はこれらの革新的な技術がより多くの分野で実用化され、その応用可能性がさらに広がることが予想されます。
分散ブラッグ反射器の構造と機能を理解すると、次のような疑問が湧いてきます。将来のレーザー技術において、これらの反射器は私たちの光学アプリケーションと日常生活をどのように変えるのでしょうか。
