Reflector de Bragg distribuido

Un reflector de Bragg distribuido ( DBR ) es un reflector utilizado en guías de onda , como las fibras ópticas . Es una estructura formada por múltiples capas de materiales alternados con diferente índice de refracción , o por la variación periódica de alguna característica (como la altura) de una guía de onda dieléctrica, lo que resulta en una variación periódica del índice de refracción efectivo en la guía. Cada límite de capa provoca una reflexión y refracción parcial de una onda óptica. Para ondas cuya longitud de onda en el vacío es cercana a cuatro veces el espesor óptico de las capas, la interacción entre estos haces genera interferencia constructiva , y las capas actúan como un reflector de alta calidad. El rango de longitudes de onda que se reflejan se denomina banda prohibida fotónica . Dentro de este rango de longitudes de onda, la luz tiene prohibido propagarse en la estructura.

La reflectividad del DBR ,${\displaystyle R}$, para la intensidad viene dada aproximadamente por ^{[ 1 ]}

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

dónde${\displaystyle n_{o},\ n_{1},\ n_{2}}$y${\displaystyle n_{s}\,}$son los índices de refracción respectivos del medio de origen, los dos materiales alternados y el medio de terminación (es decir, el soporte o sustrato); y${\displaystyle N}$es el número de pares repetidos de material de índice de refracción bajo/alto. Esta fórmula supone que todos los pares repetidos tienen un espesor de un cuarto de onda (es decir,${\displaystyle nd=\lambda /4}$, dónde${\displaystyle n}$es el índice de refracción de la capa,${\displaystyle d}$es el espesor de la capa, y${\displaystyle \lambda }$es la longitud de onda de la luz).

El ancho de banda de frecuencia${\displaystyle \Delta f_{0}}$La banda prohibida fotónica se puede calcular mediante

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

dónde${\displaystyle f_{o}}$es la frecuencia central de la banda. Esta configuración proporciona la mayor relación posible.${\displaystyle {\frac {\Delta f_{0}}{f_{0}}}}$que se puede lograr con estos dos valores del índice de refracción. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Al aumentar el número de pares en un DBR, aumenta la reflectividad del espejo, y al aumentar el contraste del índice de refracción entre los materiales de los pares de Bragg, aumenta tanto la reflectividad como el ancho de banda. Una elección común de materiales para la pila es dióxido de titanio ( n ≈ 2,5) y sílice ( n ≈ 1,5). ^{[ 4 ]} Sustituyendo en la fórmula anterior, se obtiene un ancho de banda de aproximadamente 200  nm para  luz de 630 nm.

Los reflectores de Bragg distribuidos son componentes fundamentales en los láseres de emisión superficial de cavidad vertical y otros tipos de diodos láser de ancho de línea estrecho , como los láseres de retroalimentación distribuida (DFB) y los láseres de reflector de Bragg distribuido (DBR) . También se utilizan para formar el resonador de cavidad (o cavidad óptica ) en láseres de fibra y láseres de electrones libres .

Reflectividad de los modos TE y TM

Esta sección analiza la interacción de la luz polarizada transversalmente eléctrica (TE) y transversalmente magnética (TM) con la estructura DBR, en un rango de longitudes de onda y ángulos de incidencia. La reflectividad de la estructura DBR (que se describe a continuación) se calculó mediante el método de la matriz de transferencia (TMM), donde el modo TE es altamente reflejado por esta estructura, mientras que los modos TM la atraviesan. Esto también demuestra que la estructura DBR actúa como un polarizador .

Para incidencia TE y TM, disponemos de los espectros de reflexión de una pila DBR, correspondiente a una pila de 6 capas con un contraste dieléctrico de 11,5, entre capas de aire y dieléctricas. Los espesores de las capas de aire y dieléctricas son 0,8 y 0,2 veces el período, respectivamente. La longitud de onda en las figuras siguientes corresponde a múltiplos del período de la celda.

Este DBR es también un ejemplo sencillo de un cristal fotónico 1D . Tiene una banda prohibida TE completa, pero solo una banda prohibida TM pseudo.

Los reflectores de Bragg bioinspirados son cristales fotónicos unidimensionales inspirados en la naturaleza. La reflexión de la luz en este material nanoestructurado produce una coloración estructural . Cuando se diseñan a partir de óxidos metálicos mesoporosos ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} o polímeros, ^{[ 8 ]} estos dispositivos pueden utilizarse como sensores de vapor/disolventes de bajo coste. ^{[ 9 ]} Por ejemplo, el color de estas estructuras porosas multicapa cambiará cuando la materia que llena los poros se sustituya por otra, por ejemplo, sustituyendo el aire por agua.

• Ley de Bragg : Dispersión de conjuntos de átomos 
• Difracción de Bragg : Dispersión de conjuntos de átomos. Páginas que muestran descripciones breves de destinos de redireccionamiento. 
• Difracción – Fenómeno de interferencia de ondas 
  • Red de difracción : componente óptico que divide la luz en varios haces. 
• Espejo dieléctrico – Espejo hecho de materiales dieléctricos 
• Interferómetro Fabry-Pérot : dispositivo óptico con espejos paralelos. 
• Rejilla de Bragg de fibra : tipo de reflector de Bragg distribuido construido en un segmento corto de fibra óptica. 
• Fibra de cristal fotónico : clase de fibra óptica basada en las propiedades de los cristales fotónicos. 
• Láser de emisión superficial de cavidad vertical : tipo de diodo láser semiconductor 
• Sensor de cristal fotónico