什么是布拉格反射镜？
2018-01-26
admin1
布拉格反射镜（也称为分布布拉格反射器）是一种反射镜结构，包含了两种光学材料组成的可调节的多层结构。最常用的是四分之一反射镜，其中每一层的厚度都对应四分之一的波长。后面的条件适用于正入射的情况，如果反射镜用于较大角度的入射时，则相对的需要层厚更大。
布拉格反射镜的工作原理
在两材料的每个界面处都发生菲涅尔反射。在工作波长时，两个相邻界面处反射光的光程差为半个波长，另外，界面处的反射系数的符号也会发生改变。因此，在界面处的所有反射光发生相消干涉，得到很强的反射。反射率是由材料的层数和材料之间的折射率差决定的。反射带宽则主要由折射率差决定。
图1给出了采用8层TiO2和SiO2材料的布拉格反射镜的电场穿透曲线。蓝色曲线对应波长为1000nm的光从右侧入射时的强度分布曲线。需要注意的是，在反射镜外面强度曲线发生振荡，是由于相反方向的波发生干涉效应。灰色曲线是波长为800nm时对应的强度分布曲线，这时很大一部分光可以透过反射镜涂层。
图1.布拉格反射镜的电场穿透曲线。
图2给出了反射率和群时延色散随波长的变化曲线。反射率在有些光学带宽范围内很高，这与采用材料的折射率差和层数有关。色散是由反射相位对光学频率二次求导计算得到的。色散在反射频带的中心波长处很小，但是往两边迅速增大。
图2.与图1相同的反射镜的反射率（黑线）和色散曲线（蓝线）。
图3给出了光场穿透反射镜的色阶图。可以看到，反射频带只有很小部分的光场可以穿透反射镜。
图3.场强度穿透布拉格反射镜的程度随波长的变化图。图中的颜色代表进入反射镜的光强。
布拉格反射镜的类型
可以采用下面几种不同的技术制备布拉格反射镜：
电介质反射镜采用薄膜涂层技术，例如采用电子束蒸镀或者离子束溅射技术，它可以用作固态体激光器的激光反射镜。这种反射结构包含了非晶材料。
光纤布拉格光栅，包括长周期光纤光栅，通常用于光纤激光器和其它光纤装置中。类似的，体布拉格光栅也可以由光敏材料制作。
半导体布拉格反射镜可以采用光刻技术制备。这种反射镜可用在激光二极管中，尤其是表面发射激光器中。
还有用在波导结构中的各种布拉格反射器，采用波纹波导结构，由光刻技术制备。这种类型的光栅可用在一些分布布拉格反射器或者分布反馈激光二极管中。
还有多层反射镜设计，与简单的四分之一反射镜设计不同。在具有相同层数的情况下，它通常具有更低的折射率，但是可以经过优化作为二色性反射镜或者啁啾反射镜用于色散补偿。