Szerkesztő:Valkais/Elosztott Bragg reflektor

Egy Bragg-tükörről visszaverődő impulzus időfelbontású szimulációja.

Az elosztott Bragg-reflektor (angolul, Distributed Bragg Reflector, DBR) hullámvezetőkben, például optikai szálakban használt, visszaverődést létrehozó optikai elem. Ez egy olyan szerkezet, amelyet különböző törésmutatójú, váltakozó anyagok több rétegéből vagy egy dielektromos hullámvezető bizonyos jellemzőinek (például magasságának) periodikus változásából alakítanak ki, ami benne az effektív törésmutató periodikus változását eredményezi. Minden réteghatár egy optikai hullám részleges visszaverődését és törését okozza. Azoknál a hullámoknál, amelyek vákuumbeli hullámhossza közel négyszerese a rétegek optikai vastagságának, a nyalábok közötti kölcsönhatás konstruktív interferenciát hoz létre és a rétegek kiváló minőségű visszaverő felületként működnek. A visszavert hullámhossz-tartományt fotonikus stopsávnak nevezzük. Ebben a hullámhossz-tartományban "tilos" a fény terjedése a szerkezetben.

Fényvisszaverési képesség[szerkesztés]

DBR-struktúra számított reflexiója a hullámhossz ( $\lambda$ ) függvényében

A DBR visszaverő képessége (reflexiója), $R$ , közelítőleg így számolható^[1]

R=\left[{\frac {n_{o}(n_{2})^{2N}-n_{s}(n_{1})^{2N}}{n_{o}(n_{2})^{2N}+n_{s}(n_{1})^{2N}}}\right]^{2},

ahol $n_{o}$ a kiinduló közeg, $n_{1},n_{2}$ a két váltakozó anyag és $n_{s}\,$ a lezáró közeg (azaz hátlap vagy hordozó) megfelelő törésmutatói; és $N$ az $n_{1},n_{2}$ törésmutatójú anyagok ismétlődő párjainak száma. Ez a képlet feltételezi, hogy az ismétlődő párok mindegyikének negyedhullámvastagsága van (azaz $nd=\lambda /4$ , ahol $n$ a réteg törésmutatója, $d$ a réteg vastagsága, és $\lambda$ a fény hullámhossza).

A fotonikus stopsáv frekvenciájának sávszélessége $\Delta f_{0}$ így számítható

{\frac {\Delta f_{0}}{f_{0}}}={\frac {4}{\pi }}\arcsin \left({\frac {n_{2}-n_{1}}{n_{2}+n_{1}}}\right),

ahol $f_{o}$ a sáv központi frekvenciája. Ez a konfiguráció adja a lehető legnagyobb ${\Delta f_{0}}/f_{0}$ arányt, ami ezekkel a törésmutatókkal elérhető.^[2]^[3]

A párok számának növelése a DBR-ben növeli a tükör visszaverő képességét, a Bragg-párok anyagai közötti törésmutató kontrasztjának növelése növeli a visszaverő képességet és egyben a sávszélességet is. A rétegek anyaga általában titán-dioxid (n ≈ 2,5) és a szilícium-dioxid (n ≈ 1,5).^[4] A fenti képletetbe behelyettesítve ezekt az értékeket, körülbelül 200 nm sávszélességet kapunk 630 nm-es fényre.

Az elosztott Bragg reflektorok kritikus alkotóelemei a függőleges üreges felületet kibocsátó lézereknek és más keskeny vonalszélességű lézerdiódáknak, például az elosztott visszacsatolású (DFB) lézereknek és az elosztott Bragg reflektoros (DBR) lézereknek . Szállézerekben és szabad elektronlézerekben üregrezonátor (vagy optikai üreg ) kialakítására is használják őket.

Reflektivitás a TE és TM módusokra[szerkesztés]

Ez a rész a transzverzális elektromos (TE) és a transzverzális mágneses (TM) polarizált fény kölcsönhatását tárgyalja a DBR szerkezettel, több hullámhosszon és beesési szögben. A DBR-struktúra ezt a tükrözőképességét (lásd alább) az átviteli mátrix módszerrel (TMM) számítottuk ki, ahol a TE mód önmagában erősen tükröződik ebben a veremben, míg a TM módokon áthalad. Ez azt is mutatja, hogy a DBR polarizátorként működik.

A TE és a TM beesés esetén megvan a DBR-verem reflexiós spektruma, amely egy 11,5-ös dielektromos kontraszt 6 rétegű halmának felel meg a levegő és a dielektromos réteg között. A levegő és a dielektromos réteg vastagsága a periódus 0,8, illetve 0,2 vastagsága. Az alábbi ábrákon látható hullámhossz a cella periódusának többszörösének felel meg.

Ez a DBR is egy egyszerű példa egy 1D fotonikus kristályra . Teljes TE sávszélességgel rendelkezik, de csak pszeudo TM sávszélességgel.

Bio-ihlette Bragg reflektorok[szerkesztés]

Példa a Bragg reflektor színváltozására a páratartalom változásával és a biológiai szerkezettel való összehasonlítással.

A bio-ihlette Bragg reflektorok a természet által ihletett 1D fotonikus kristályok. Az ilyen nanostrukturált anyagokból származó fény visszaverődése szerkezeti elszíneződést eredményez. Ha mezopórusos fém-oxidokból ^[5] ^[6] ^[7] vagy polimerekből ^[8] tervezték, ezek az eszközök alacsony költségű gőz/oldószer-érzékelőként használhatók. ^[9] Például ennek a porózus többrétegű szerkezetnek a színe megváltozik, ha a pórusokat kitöltő anyagot mással helyettesítik, pl. a levegőt vízzel helyettesítik.

Kapcsolódó oldalak[szerkesztés]

Bragg's law – Physical law regarding scattering angles of radiation through a medium
Bragg diffraction – Physical law regarding scattering angles of radiation through a mediumPages displaying short descriptions of redirect targets
Diffraction – Phenomenon of the motion of waves
- Diffraction grating – Optical component which splits light into several beams
Dielectric mirror – Mirror made of dielectric materials
Fabry–Pérot interferometer – Optical device with parallel mirrors
Fiber Bragg grating – Type of distributed Bragg reflector constructed in a short segment of optical fiber
Photonic-crystal fiber – Class of optical fiber based on the properties of photonic crystals
Vertical-cavity surface-emitting laser
Photonic crystal sensor

Jegyzetek[szerkesztés]

↑ Sheppard (1995). „Approximate calculation of the reflection coefficient from a stratified medium”. Pure and Applied Optics: Journal of the European Optical Society Part A 4 (5), 665. o. DOI:10.1088/0963-9659/4/5/018.
↑ Orfanidis, Sophocles J.. Electromagnetic Waves and Antennas. ECE Department, Rutgers University (2016)
↑ Osting (2012). „Bragg structure and the first spectral gap”. Applied Mathematics Letters 25 (11), 1926–1930. o. DOI:https://doi.org/10.1016/j.aml.2012.03.002. (Hozzáférés: Hiba: Érvénytelen idő.)
↑ Paschotta, Rüdiger. Bragg Mirrors
↑ Bertucci (2022. május 4.). „Mild Sol–Gel Conditions and High Dielectric Contrast: A Facile Processing toward Large-Scale Hybrid Photonic Crystals for Sensing and Photocatalysis” (angol nyelven). ACS Applied Materials & Interfaces 14 (17), 19806–19817. o. DOI:10.1021/acsami.1c23653. ISSN 1944-8244. PMID 35443778.
↑ Guldin (2011. július 6.). „Tunable Mesoporous Bragg Reflectors Based on Block-Copolymer Self-Assembly” (angol nyelven). Advanced Materials 23 (32), 3664–3668. o. DOI:10.1002/adma.201100640. ISSN 0935-9648. PMID 21732558.
↑ Ghazzal (2013. június 26.). „Tailored refractive index of inorganic mesoporous mixed-oxide Bragg stacks with bio-inspired hygrochromic optical properties” (angol nyelven). Journal of Materials Chemistry C 1 (39), 6202. o. DOI:10.1039/c3tc31178c. ISSN 2050-7526.
↑ Lova (2015. március 10.). „Polymer Distributed Bragg Reflectors for Vapor Sensing” (angol nyelven). ACS Photonics 2 (4), 537–543. o. DOI:10.1021/ph500461w. ISSN 2330-4022.
↑ Wang (2013. március 28.). „Photonic Crystal Structures with Tunable Structure Color as Colorimetric Sensors” (angol nyelven). Sensors 13 (4), 4192–4213. o. DOI:10.3390/s130404192. PMID 23539027. (Hozzáférés: Hiba: Érvénytelen idő.)

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Distributed Bragg reflector című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként. [[Kategória:Optika]]

[1] Sheppard (1995). „Approximate calculation of the reflection coefficient from a stratified medium”. Pure and Applied Optics: Journal of the European Optical Society Part A 4 (5), 665. o. DOI:10.1088/0963-9659/4/5/018.

[2] Orfanidis, Sophocles J.. Electromagnetic Waves and Antennas. ECE Department, Rutgers University (2016)

[3] Osting (2012). „Bragg structure and the first spectral gap”. Applied Mathematics Letters 25 (11), 1926–1930. o. DOI:https://doi.org/10.1016/j.aml.2012.03.002. (Hozzáférés: Hiba: Érvénytelen idő.)

[4] Paschotta, Rüdiger. Bragg Mirrors

[5] Bertucci (2022. május 4.). „Mild Sol–Gel Conditions and High Dielectric Contrast: A Facile Processing toward Large-Scale Hybrid Photonic Crystals for Sensing and Photocatalysis” (angol nyelven). ACS Applied Materials & Interfaces 14 (17), 19806–19817. o. DOI:10.1021/acsami.1c23653. ISSN 1944-8244. PMID 35443778.

[6] Guldin (2011. július 6.). „Tunable Mesoporous Bragg Reflectors Based on Block-Copolymer Self-Assembly” (angol nyelven). Advanced Materials 23 (32), 3664–3668. o. DOI:10.1002/adma.201100640. ISSN 0935-9648. PMID 21732558.

[7] Ghazzal (2013. június 26.). „Tailored refractive index of inorganic mesoporous mixed-oxide Bragg stacks with bio-inspired hygrochromic optical properties” (angol nyelven). Journal of Materials Chemistry C 1 (39), 6202. o. DOI:10.1039/c3tc31178c. ISSN 2050-7526.

[8] Lova (2015. március 10.). „Polymer Distributed Bragg Reflectors for Vapor Sensing” (angol nyelven). ACS Photonics 2 (4), 537–543. o. DOI:10.1021/ph500461w. ISSN 2330-4022.

[9] Wang (2013. március 28.). „Photonic Crystal Structures with Tunable Structure Color as Colorimetric Sensors” (angol nyelven). Sensors 13 (4), 4192–4213. o. DOI:10.3390/s130404192. PMID 23539027. (Hozzáférés: Hiba: Érvénytelen idő.)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]