20.02.2007

Новое зеркало отражает свыше 99,9% падающего излучения

Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. Толщина его составляет всего 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика. Изобретение американцев называется "Контрастная решётка с высоким индексом преломления и шагом меньше длины волны" (high-index contrast sub-wavelength grating - HCG).

Ранние версии полупроводниковых лазеров использовали в качестве зеркал кристаллы, которые обеспечивали коэффициент отражения 30%. Это не слишком много, если учесть, что зеркала в лазере обеспечивают многократный пробег фотонов через рабочую среду, где они вызывают генерацию новых фотонов, вся эта лавина накапливается и, в конечном счёте, выходит через одно из зеркал (полупрозрачное) в виде лазерного луча.

Для лазеров типа VCSEL (vertical-cavity surface-emitting lasers - поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором) в своё время были разработаны зеркала с отражением от 99% до 99,9%. Зеркалами для VCSEL служит пара так называемых распределённых рефлекторов Брэгга. Состоит такое зеркало из десятков чередующихся чрезвычайно тонких слоёв полупроводников двух типов: арсенида галлия (GaAs) с индексом преломления 3,6 и арсенида алюминия-галлия (AlGaAs) с индексом преломления 3. Такая комбинация, при условии достаточного числа слоёв (порядка 80), и создаёт зеркало с необычайно высоким коэффициентом отражения. Каждая пара соседних слоёв возвращает назад лишь небольшую часть упавшего света, но 80 вместе - уже почти весь. Однако общая толщина рефлекторов Брэгга может достигать 5 микрометров, что для ряда перспективных применений достаточно много. Но главное в том, что высокая точность, необходимая для формирования этих слоёв, требует сложного производственного процесса, что отражается и на цене такого зеркала.

Зеркало HCG в 20 раз тоньше рефлектора Брэгга, при этом показывает отражающую способность больше чем 99,9%, изготавливать его намного проще и дешевле. В HCG работают всего два слоя. Один из которых - воздух, а второй - арсенид алюминия-галлия. Но не сплошной, а сформированный в виде решётки, с углублениями, разделёнными расстоянием меньшим, чем длина волны падающего света. Свет этот направлялся в углубления, а там, сталкиваясь с границей раздела полупроводник-воздух, отбрасывается назад. Исследователи отметили, что воздух как компонент с низким индексом преломления могли бы заменить другие материалы. Например, диоксид кремния, с индексом преломления равным 1,5.

Поскольку лазеры типа VCSEL используются в оптических коммуникациях, оптических мышах и других системах, требующих низкого расхода энергии, высокоэффективные, и при этом дешёвые и технологичные зеркала HCG смогли бы обеспечить существенный скачок вперёд. DVD-приводы, лазерные принтеры, оптические компьютеры, наконец, также можно будет улучшить благодаря работе Чан-Хаснейн.

Источники:

1. MEMBRANA