분산 브래그 반사경

분산 브래그 반사경(, DBR)은 광섬유와 같은 광도파로에 사용되는 반사체이다. 이는 서로 다른 굴절률을 가진 여러 층의 재료를 번갈아 가며 쌓거나, 유전체 광도파로의 특정 특성(예: 높이)을 주기적으로 변화시켜 광도파로의 유효 굴절률을 주기적으로 변화시킨 구조이다. 각 층 경계는 광파의 부분적인 반사와 굴절을 일으킨다. 진공 파장이 층의 광경로 길이의 4배에 가까운 파동의 경우, 이러한 빔 사이의 상호작용은 보강간섭을 발생시키고 층들은 고품질 반사경 역할을 한다. 반사되는 파장 범위를 광자 저지대역이라고 부른다. 이 파장 범위 내에서는 빛이 구조 내에서 전파하는 것이 "금지"된다.

 반사율 
DBR의 세기에 대한 반사율, 은 대략 다음과 같이 주어진다.

여기서  및 는 각각 원천 매질, 두 교번 재료 및 종단 매질(즉, 지지체 또는 기판)의 굴절률이다. 그리고 은 낮은/높은 굴절률 재료의 반복 쌍의 수이다. 이 공식은 반복되는 쌍이 모두 4분의 1 파장 두께를 가진다고 가정한다(즉 , 여기서 은 층의 굴절률, 는 층의 두께, 는 빛의 파장이다).

광자 저지대역의 주파수 대역폭 는 다음으로 계산할 수 있다.

여기서 는 대역의 중심 주파수이다. 이 구성은 두 굴절률 값으로 얻을 수 있는 가장 큰 비율 를 제공한다.

DBR의 쌍 수를 늘리면 거울의 반사율이 증가하고, 브래그 쌍의 재료 간 굴절률 대비를 늘리면 반사율과 대역폭이 모두 증가한다. 스택에 일반적으로 사용되는 재료는 이산화 타이타늄 (n ≈ 2.5)과 실리카 (n ≈ 1.5)이다. 위 공식에 대입하면 630 nm 빛에 대해 약 200 nm의 대역폭을 얻을 수 있다.

분산 브래그 반사경은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저 및 분산 피드백(DFB) 레이저 및 분산 브래그 반사경(DBR) 레이저와 같은 다른 유형의 좁은 선폭 반도체 레이저의 중요한 구성 요소이다. 또한 파이버 레이저 및 자유 전자 레이저에서 광공진기 (또는 광학 캐비티)를 형성하는 데 사용된다.

 TE 및 TM 모드 반사율 

이 섹션에서는 여러 파장과 입사각에 걸쳐 횡단 전기(TE) 및 횡단 자기(TM) 편광된 빛과 DBR 구조의 상호 작용에 대해 설명한다. 아래에 설명된 DBR 구조의 이 반사율은 전달 행렬 방법(TMM)을 사용하여 계산되었는데, TE 모드만 이 스택에 의해 높은 반사율을 보였고, TM 모드는 통과되었다. 이는 DBR이 편광자 역할을 한다는 것도 보여준다.

TE 및 TM 입사에 대해 공기층과 유전체층 사이의 유전 상수 대비가 11.5인 6층 스택에 해당하는 DBR 스택의 반사 스펙트럼을 얻었다. 공기층과 유전체층의 두께는 각각 주기의 0.8과 0.2이다. 아래 그림의 파장은 셀 주기의 배수에 해당한다.

이 DBR은 또한 1차원 광결정의 간단한 예이다. 완전한 TE 밴드갭을 가지지만, TM 밴드갭은 의사 밴드갭에 불과하다.

 생체 모방 브래그 반사경 

생체 모방 브래그 반사경은 자연에서 영감을 받은 1차원 광결정이다. 이러한 나노 구조 물질에서 빛이 반사되면 구조색이 발생한다. 중간 다공성 금속 산화물 또는 폴리머로 설계될 때 이러한 장치는 저비용 증기/용매 센서로 사용될 수 있다. 예를 들어, 기공을 채우는 물질이 다른 물질로 대체될 때 (예: 공기가 물로 대체될 때) 이 다공성 다층 구조의 색상이 변한다.

 같이 보기 









 광결정 센서

 각주 

분류:섬유광학
분류:광학 기기