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산형 브래그 반사기가 레이저 기술에서 핵심적인 역할을 하는 방식 밝혀내
현대 광전자 기술에서는 분산형 브래그 반사기(DBR)가 중요한 역할을 한다. 이 반사기는 굴절률이 다른 여러 겹의 교대 재료 구조로 구성되어 있습니다. 이 설계를 통해 빛파가 다른 층 사이의 인터페이스에서 부분적으로 반사되고 굴절될 수 있습니다. 빛파의 진공 파장이 광학적 두께의 4배에 가까워지면 층 사이의 상호 작용으로 인해 생성 간섭이 발생하고, 이로 인해 층이 고품질의 반사 특성을 보입니다.
반사 범위를 광자 밴드갭이라고 하며, 이 범위 내의 빛은 구조 내에서 전파되는 것이 "금지"됩니다.
DBR 반사 기술에서 반사율은 대략 다양한 재료의 굴절률과 해당 층의 반복 횟수에 의해 결정됩니다. DBR의 설계를 개선하면 반사율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 대역폭도 확장하여 더 많은 응용 시나리오에서 우수한 성능을 발휘할 수 있습니다. 특히 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL) 및 기타 유형의 협대역 레이저 다이오드에서는 DBR을 사용하는 것이 필수적입니다.
과학기술의 발전으로 DBR 기술의 응용범위도 파이버 레이저, 자유전자 레이저 등으로 확대되고 있다. 이러한 기술의 발전으로 레이저의 성능이 크게 향상되었으며, 특히 빔 품질과 광효율 측면에서 향상되었습니다.
DBR은 레이저뿐만 아니라 다양한 광 공동에서도 중요한 역할을 하기 때문에 현대 레이저 기술의 핵심 구성 요소가 됩니다.
TE 및 TM 모드 반사율
DBR 구조와 상호 작용하는 동안 횡 전기(TE) 및 횡 자기(TM) 편광의 동작은 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 반사율은 일반적으로 전달 행렬법(TMM)을 사용하여 계산되는데, 이는 TE 모드 광파가 DBR 스택에서 많이 반사되는 반면, TM 모드 광파는 구조물을 통과하여 전달된다는 것을 보여줍니다. 이를 통해 DBR은 편광판 역할도 수행하여 효율적인 광파 제어가 가능합니다.
TE와 TM 입사 시 DBR의 반사 스펙트럼이 다르다는 것을 알 수 있으며, 특히 광학 구성 요소의 설계와 관련하여 실용적 응용 분야에서 DBR의 가치가 더욱 강조됩니다.
생물학적으로 영감을 받은 브래그 반사경
최근 연구에서는 또한 자연의 구조에서 영감을 받은 생물에서 영감을 받은 브래그 반사경을 탐구했습니다. 이러한 1차원 광자 결정은 빛의 반사를 통해 구조적 색상 변화를 달성합니다. 어떤 경우에는 이러한 소재를 저가형 가스 및 용매 센서로 사용할 수 있으며, 특히 다공성 구조 내부의 소재가 다른 물질로 대체되면 색상이 바뀌어 환경 모니터링을 위한 간단한 솔루션을 제공할 수 있습니다.
재료 과학의 발전으로 이러한 혁신적인 기술이 앞으로 더 많은 분야에서 실용화되고, 응용 가능성이 더욱 확대될 것으로 예상됩니다.
분산형 브래그 반사기의 구조와 기능을 이해하면, 다음과 같은 질문을 던지지 않을 수 없습니다. 이러한 반사기는 미래 레이저 기술에서 광학 응용 분야와 일상생활을 어떻게 바꿀까요?
