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Heróis ocultos dos lasers: por que os refletores Bragg distribuídos são tão importantes para os lasers?
Com o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia modernas, a tecnologia a laser está recebendo cada vez mais atenção. Há muitos componentes principais por trás disso, um dos quais é o refletor Bragg distribuído (DBR). Essa estrutura única é amplamente utilizada em guias de ondas ópticas, especialmente na construção de fibras ópticas e vários dispositivos a laser. Então, como os refletores Bragg distribuídos desempenham tantos papéis cruciais na tecnologia laser?
Os refletores Bragg distribuídos controlam efetivamente a transmissão e a reflexão das ondas de luz por meio de sua estrutura de material alternado multicamadas, melhorando assim o desempenho dos dispositivos ópticos.
DBR é uma estrutura composta de múltiplas camadas de materiais com diferentes índices de refração alternados entre si. A alternância desses materiais é projetada para que as ondas de luz sejam parcialmente refletidas e refratadas em cada limite de camada. Quando o comprimento de onda do vácuo das ondas de luz se aproxima de quatro vezes a espessura óptica da camada, a interação entre as ondas de luz produz interferência construtiva, permitindo que as camadas atuem como refletores de alta qualidade.
A faixa de comprimento de onda que um DBR pode refletir é chamada de banda de parada de fótons. Nessa faixa de comprimento de onda, a propagação da luz é "proibida", tornando o DBR um fator importante que deve ser considerado ao projetar lasers e outros dispositivos ópticos.
Cálculo da refletividade
A fórmula para calcular a refletividade de um refletor Bragg distribuído mostra que a refletividade depende de vários fatores, como o índice de refração das camadas constituintes e o número de camadas repetidas. Especificamente, à medida que o número de camadas repetidas aumenta, a refletividade aumentará proporcionalmente, e aumentar o contraste do índice de refração entre os materiais também pode melhorar efetivamente a refletividade e a largura de banda. Essa propriedade faz com que o DBR desempenhe um papel fundamental em vários diodos laser, como lasers emissores de superfície de cavidade vertical.
Ao escolher os materiais certos, como dióxido de titânio e silício, é possível fornecer uma solução reflexiva eficiente para lasers.
Além disso, a aplicação da estrutura DBR na cavidade óptica e no laser de fibra a torna um elemento importante no desenvolvimento do laser. Com o avanço contínuo da tecnologia, os pesquisadores estão trabalhando para melhorar ainda mais o desempenho do DBR para atender às maiores demandas do laser.
Refletividade dos modos TE e TM
Ao estudar a interação entre a luz polarizada elétrica transversal (TE) e magnética transversal (TM) e a estrutura DBR, descobriu-se que as ondas de luz do modo TE são altamente refletidas na estrutura DBR, enquanto as ondas de luz do modo TM são relativamente fáceis para passar. Essa característica faz com que o DBR tenha grande potencial para controlar a luz polarizada.
O DBR não é apenas um refletor eficaz, mas também pode atuar como um polarizador para obter controle seletivo de ondas de luz.
Esse recurso fornece novas ideias para o desenvolvimento da tecnologia laser, especialmente em aplicações de alta precisão, onde esse controle pode melhorar o desempenho geral do sistema óptico.
Refletores Bragg de inspiração biológica
Além da estrutura tradicional DBR, os refletores Bragg de inspiração biológica também atraíram grande atenção nos últimos anos. Inspirados na natureza, esses refletores usam nanoestruturas para refletir a luz e podem ser usados para exibir cores estruturais. Essas estruturas multicamadas mudam de cor quando o material de enchimento é trocado e podem ser usadas como sensores de gás ou solvente de baixo custo.
Os designs bioinspirados abrem novas direções para o desenvolvimento de sensores e demonstram as infinitas possibilidades de inteligência encontradas na natureza.
Conclusão
Seja em aplicações científicas e tecnológicas diárias ou em pesquisas científicas de alta precisão, os refletores Bragg distribuídos demonstraram uma influência que não pode ser subestimada. Com pesquisa e desenvolvimento contínuos, como futuras aplicações do DBR remodelarão nosso mundo tecnológico?
