Wozu dient ein verteilter Bragg-Reflektor?

Verteilter Bragg-Reflektor

Ein Distributed Bragg Reflector (DBR) ist eine optische Struktur, die dazu dient, bestimmte Wellenlängen des Lichts zu reflektieren und andere durchzulassen. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um einen Spiegel mit hoher Wellenlängenselektivität, der aus einer Struktur besteht, die als eindimensionaler photonischer Kristall bezeichnet wird und aus mehreren Schichten abwechselnd hoch- und niedrigbrechender Materialien besteht.

Arbeitsprinzip

Das Funktionsprinzip eines DBR basiert auf dem Braggschen Beugungsgesetz, das an den Schnittstellen unterschiedlicher Brechungsindizes auftritt. Wenn Licht auf die Grenze zwischen verschiedenen Schichten trifft, wird ein Teil des Lichts reflektiert und ein Teil durchgelassen. Das reflektierte Licht von allen Schnittstellen kann konstruktiv interferieren, wenn die optische Dicke (Brechungsindex x physikalische Dicke) jeder Schicht ein Viertel der gewünschten Lichtwellenlänge beträgt. Diese konstruktive Interferenz verstärkt die Reflexion bei der bestimmten Designwellenlänge erheblich, während andere Wellenlängen weniger beeinflusst werden.

Anwendungen

• Laserdioden: DBRs werden häufig beim Bau von Laserdioden verwendet, insbesondere von oberflächenemittierenden Lasern mit vertikalem Hohlraum (VCSELs), um den Resonanzhohlraum zu bilden, der das Lasern bei einer bestimmten Wellenlänge ermöglicht.
• Optische Filter: Durch die entsprechende Gestaltung der Schichtstruktur können DBRs als optische Filter fungieren und bestimmte Wellenlängen selektiv herausfiltern, während andere durchgelassen werden.
• Sensoren: Aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Änderungen des Brechungsindex können DBRs in Sensoranwendungen eingesetzt werden, wo sie biologische oder chemische Substanzen erkennen können, indem sie Änderungen der reflektierten Wellenlänge überwachen.

Vorteile

• Hohe Reflektivität: Bei richtiger Konstruktion können DBRs für bestimmte Wellenlängen eine Reflektivität von nahezu 100 % erreichen, was sie zu sehr effizienten Reflektoren macht.
• Wellenlängenspezifität: Die genaue Kontrolle der reflektierten Wellenlängen ist für die Herstellung von Spiegeln mit schmaler Bandbreite von Vorteil.
• Kompaktheit: Aufgrund ihrer Dünnschichtstruktur eignen sich DBRs ideal für die Integration in kompakte optische Geräte.

Herstellung

Die Herstellung von DBRs erfolgt üblicherweise mit Methoden wie Molekularstrahlepitaxie (MBE), metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder Sputtern. Diese Techniken ermöglichen die Kontrolle der Schichtdicke und -zusammensetzung, die für das Erreichen der gewünschten optischen Eigenschaften entscheidend ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Distributed Bragg Reflectors vielseitige optische Komponenten sind, die in der Photonik weit verbreitet sind. Ihr Design und ihre Funktionalität sind für eine Vielzahl von Anwendungen von entscheidender Bedeutung, bei denen eine spezifische Kontrolle der Lichtreflexion erforderlich ist.