Как разпределените Браггови отразители революционизират контрола на светлината: Наука, технологии и бъдещо въздействие на разработените рефлективни структури (2025)

• Въведение в разпределените Браггови отразители (DBRs)
• Основна физика: Как DBR-ите манипулират светлината
• Материали и технологии за изработка на DBR
• Ключови приложения в фотониката и оптоелектрониката
• DBR в полупроводникови лазери и LED-светодиоди
• Показатели за производителност: Отразителност, пропускна способност и стабилност
• Появяващи се тенденции: DBR в квантовата и интегрираната фотоника
• Ръст на пазара и обществения интерес: Прогноза за 2024–2030
• Водещи индустриални играчи и изследователски институции
• Бъдещ поглед: Иновации и разширяващи се приложения
• Източници и референции

Въведение в разпределените Браггови отразители (DBRs)

Разпределен Браггов отразител (DBR) е високо инженерна оптична структура, състояща се от редуващи се слоеве от материали с различни коефициенти на пречупване. Тези слоеве обикновено са подредени периодично, като дебелината на всеки слой е точно контролирана да бъде една четвърт от дължината на вълната на целевата светлина. Тази конфигурация позволява конструктивна интерференция на отразената светлина при специфични дължини на вълната, което води до висока отразителност в тесен спектрален диапазон. DBR-ите са основни компоненти в разнообразие от фотонни и оптоелектронни устройства, включително лазери с вертикална кавитетна повърхностна емисия (VCSELs), резонаторни дименсионни светодиоди (RCLEDs) и оптични филтри.

Принципът зад DBR-ите е основан на закона на Брагг, който описва условията за конструктивна интерференция на светлината, отразена от периодични структури. Когато светлината срещне интерфейса между две материали с различни коефициенти на пречупване, част от светлината се отразява. Чрез наслагане на множество подобни интерфейси, отразените вълни от всеки интерфейс могат да се добавят конструктивно при определени дължини на вълната, като значително се увеличава общата отразителност. Броят на слоевете и контрастът в коефициентите на пречупване между материалите определят отразителността и пропускната способност на DBR.

DBR-ите се изработват с помощта на напреднали технологии за нанасяне на тънки слоеве, като молекулярно пучково епитаксиране (MBE) и металноорганично химическо парно нанасяне (MOCVD), които позволяват атомно ниво на контрол върху дебелината и състава на слоевете. Тези методи се използват широко в полупроводниковата индустрия за производство на висококачествени DBR-ове за интеграция в устройства, работещи в видимата, инфрачервената и дори ултравиолетовата спектрална области. Изборът на материали за DBR зависи от приложението и желаната работна дължина на вълната; често използвани материални системи включват GaAs/AlAs за приложения в близкия инфрачервен спектър и SiO₂/TiO₂ за видима светлина.

DBR-ите играят критична роля в съвременната фотоника, като позволяват ефективно задържане на светлината, селективност на дължините на вълната и ниски загуби на отражение. Техните прецизни оптични свойства ги правят незаменими в телекомуникациите, лазерната технология и приложенията за измерване. Организации, като Optica (по-рано OSA) и Институтът на електрическите и електронни инженери (IEEE), редовно публикуват изследвания и стандарти, свързани с дизайна, изработката и приложението на DBR, което отразява тяхната постоянна важност в напредъка на оптичната наука и технологии.

Основна физика: Как DBR-ите манипулират светлината

Разпределен Браггов отразител (DBR) е периодична структура, състояща се от редуващи се слоеве от материали с различни коефициенти на пречупване. Основната физика, лежаща в основата на DBR-ите, е основана на принципа на конструктивната и деструктивната интерференция на светлинните вълни на интерфейсите между тези слоеве. Когато светлината срещне DBR, всеки интерфейс частично отразява и пропуска инцидентната вълна. Ако оптичната дебелина на всеки слой е точно една четвърт от целевата дължина на вълната (λ/4), отразените вълни от последователни интерфейси се комбинират конструктивно за тази дължина на вълната, което води до висока отразителност в специфичен спектрален диапазон, известен като стоп банд или фотонна пропускна способност.

Високата отразителност на DBR-ите произтича от когерентната суперпозиция на отразените вълни. За DBR, проектиран за централна дължина на вълната λ₀, оптичната дебелина (n·d) на всеки слой се задава на λ₀/4, където n е коефициентът на пречупване, а d е физическата дебелина. Тази конфигурация осигурява, че фазовата разлика между отразяването от съседни интерфейси е 180 градуса, което кара отразените вълни да се подсилват взаимно. От друга страна, дължините на вълната извън стоп бандата изпитват деструктивна интерференция, позволявайки им да проникват през структурата с минимално отражение.

Широчината и положението на стоп бандата зависят от контраста в коефициента на пречупване между редуващите се слоеве и броя на слоевете. По-висок контраст в коефициента на пречупване и по-голям брой периоди увеличават както отразителността, така и разширяват стоп бандата. Това прави DBR-ите високо настраивани за специфични оптични приложения, като огледала в вертикално-кавитетни лазери (VCSELs), филтри за дължина на вълната и оптични кавитети.

DBR-ите са ключов компонент в съвременната фотоника и оптоелектроника. Тяхната способност да манипулират светлина с висока прецизност се използва в устройства, вариращи от полупроводникови лазери до соларни клетки и квантови кристали. Основната физика е тясно свързана с концепцията за фотонни кристали, при които периодичната модификация на коефициента на пречупване създава разрешени и забранени енергийни ленти за фотони, подобно на електронните лентови структури в полупроводниците. Тази фотонна пропускна способност е основна за функционирането на DBR-ите, позволявайки им да контролират разпространението на светлината на нано ниво.

Проучванията и разработките на DBR-ите се извършват от водещи научни организации и индустриални играчи, включително Optica (по-рано OSA) и Американското физично общество, които предоставят основни изследвания и стандарти в оптиката и фотониката. Тези организации допринасят за напредъка на DBR технологиите чрез конференции, публикации и съвместни изследователски инициативи.

Материали и технологии за изработка на DBR

Разпределените Браггови отразители (DBR) са периодични многослойни структури, състоящи се от редуващи се материали с контрапунктни коефициенти на пречупване. Представянето на DBR — неговата отразителност, пропускна способност и обхват на работната дължина на вълната — зависят критично от избора на материали и точността на технологиите за изработка. Най-често използваните материали за DBR са диелектрични или полупроводникови съединения, избрани за тяхната оптична прозрачност, контраст на коефициентите на пречупване и съвместимост с интеграцията на устройства.

В областта на видимата и близката инфрачервена спектрална области, диелектричните DBR-често използват двойки като силициев диоксид (SiO₂, нисък индекс) и титанов диоксид (TiO₂, висок индекс) или силициев нитрид (Si₃N₄) като слой с висок индекс. Тези материали се предпочитат заради ниската оптична абсорбция и високите прагове на повреда. За полупроводниковите DBR-и, особено в оптоелектронни устройства като вертикално-кавитетни лазери (VCSELs), общите материални системи включват редуващи се слоеве от арсенид на галий (GaAs) и арсенид на алуминий (AlAs), или фосфид на индий (InP) и фосфид на индий-галий (InGaAsP). Тези комбинации са матрично съвместими, за да се минимизират дефектите и са съвместими с епитаксиалния растеж на стандартни субстрати, което е от съществено значение за висококачествени фотонни устройства (Optica).

Изработването на DBR-ите изисква прецизен контрол върху дебелината на слоевете и качеството на интерфейса, тъй като отклоненията могат значително да намалят отразителността. Няколко техники за нанасяне се прилагат, всяка с различни предимства. Методи на физично парно нанасяне (PVD), като изпарение с електронен лъч и спрей, са широко използвани за диелектрични DBR-и заради способността си да нанасят равномерни, високочисти тънки филми. Химичното парно нанасяне (CVD) и плазмено усилено химично парно нанасяне (PECVD) също са често използвани, особено за материали на базата на силиций, предлагайки отличен стъпков обхват и съвместимост.

За полупроводниковите DBR-и, молекулярно пучково епитаксиране (MBE) и металноорганично химическо парно нанасяне (MOCVD) са доминиращите технологии. MBE осигурява точност наAtomic layer и е идеална за изследвания и высоко производствени устройства, докато MOCVD е предпочитана за масово производство поради по-високата производителност. И двата метода позволяват растежа на рязко оформени, бездефектни интерфейси, което е от съществено значение за постигането на висока отразителност и ниски оптични загуби, необходими за авангарден фотонен приложения (Американско физично общество).

Съвременните напредъци в материалознанието доведоха до въвеждането на нови материали, като оксиди с широки забранителни енергийни недостатъци и двумерни материали за специализирани приложения на DBR, включително ултравиолетови и средноинфрачервени отразители. Освен тоа, интеграцията с платформи за силициева фотоника подтиква разработването на процеси за изработка на DBR, съвместими с CMOS, разширявайки обхвата на приложението в телекомуникации и квантови технологии (IEEE).

Ключови приложения в фотониката и оптоелектрониката

Разпределените Браггови отразители (DBR) са основни компоненти в съвременната фотоника и оптоелектрониката, благодарение на способността им да предоставят високо селективно отразяване на специфични дължини на вълната чрез периодични структури от диелектрични или полупроводникови слоеве. Техните уникални оптични свойства са позволили широко разнообразие от приложения в различни области.

Едно от най-изявените приложения на DBR-ите е в вертикално-кавитетни лазери (VCSELs). В тези устройства DBR-ите служат като високоотразителни огледала, които формират лазерната къща, позволяваща ефективно излъчване на светлина перпендикулярно на повърхността на пластината. Прецизният контрол върху отразителността и ширината на стоп бандата, предоставен от DBR-ите, е неподвижен за постигане на ниски прагова токове и висока изходна мощност в VCSEL, които се използват широко в данни комуникации, сензори и 3D изображения. Организации като III-Vs Review и Optica (по-рано OSA) са документирали централната роля на DBR-ите в напредъка на VCSEL технологията.

DBR-ите са също важни за дизайна на високоефективни фотодетектори и светодиоди (LED). В фотодетекторите DBR-ите могат да се използват за увеличаване на квантовата ефективност, като отразяват неабсорбирани фотони обратно в активния регион, увеличавайки вероятността за абсорбция на фотоните. В LED-ите DBR-ите се използват за подобряване на ефективността на извличане на светлина, като отразяват вътрешно генерираните фотони към повърхността на устройството. Този подход е особено важен в микролед-ите и други авангарни технологии за дисплеи, както е подчертано в изследвания от IEEE и SPIE, две водещи професионални общества в електрониката и фотониката.

Друго ключово приложение е в оптични филтри и устройства за селекция на дължина на вълната. DBR-ите се използват за изграждане на узкобандови и широкобандови филтри, които са от съществено значение в системи за многократна дължина на вълната (WDM) за оптични комуникации. Тяхната способност да предоставят остри спектрални селективности и ниско инсерционно загуба ги прави идеални за многократен и демногрален оптичен сигнали. Освен това, DBR-ите се използват в производството на оптични устройства с увеличена резонансна къща, като модули и сензори, където е необходим прецизен контрол върху условията на резонанс.

Извън телекомуникациите и осветлението, DBR-ите все по-често се използват в нововъзникващи области като квантова фотоника и интегрирани фотонни вериги. Их съвместимост с технологиите за полупроводници позволява монолитна интеграция с други оптоелектронни компоненти, прокарвайки пътя за компакти, високоефективни фотонни системи. Докато изследванията и разработките продължават, многофункционалността и ефикасността на DBR-ите гарантират тяхното постоянно значение в еволюцията на фотониката и оптоелектрониката.

DBR в полупроводникови лазери и LED-светодиоди

Разпределените Браггови отразители (DBR) са критични компоненти в дизайна и функционирането на полупроводникови лазери и светодиоди (LED). Един DBR се състои от множество редуващи се слоеве от материали с различни коефициенти на пречупване, обикновено изработени с помощта на епитаксиални технологии, като молекулярно пучково епитаксиране (MBE) или металноорганично химическо парно нанасяне (MOCVD). Дебелината на всеки слой е точно контролирана, обикновено до една четвърт от целевата дължина на вълната, което води до конструктивна интерференция за специфични дължини на вълната и следователно висока отразителност при тези дължини на вълната.

В полупроводниковите лазери, като вертикално-кавитетни лазери (VCSEL) и лазери с ръбова емисия, DBR-ите служат като много ефективни огледала, които определят оптичната къща. Високата отразителност, предоставяна от DBR-ите (обикновено над 99%), е съществена за постигането на необходимата оптична обратна връзка за лазерна работа, особено в VCSEL, където и двете огледала (горното и долното) обикновено са DBR. Използването на DBR позволява ниски прагова токове, висока изходна мощност и селективност на дължината на вълната, които са критични за приложения в оптични комуникации, сензори и центрове за данни. Например, в лазерите на основата на GaAs, редуващи слоеве от AlAs и GaAs обикновено се използват за образуването на структурата на DBR, използвайки значителния контраст на коефициента на пречупване между тези материали, за да максимизира отразителността при управляем брой слоеве.

В LED-ите DBR-ите се използват за увеличаване на ефективността на извличане на светлина. Чрез отразяване на фотоните, които иначе биха се загубили от абсорбция в субстрата или биха ескейпнали при неоптимални ъгли, DBR-ите увеличават дела на генерираната светлина, която излиза от устройството в желаната посока. Това е особено важно в LED технологии с висока яркост и в устройства, където е необходима насочена емисия, като например в подсветките на дисплеите или автомобилното осветление. Интеграцията на DBR-ите в LED-ите също може да позволи реализирането на резонансни LED (RCLED), които демонстрират подобрена спектрална чистота и насоченост в сравнение с конвенционалните LED.

Дизайнът и изработката на DBR изискват внимателно разглеждане на съвместимостта на материалите, термичните коефициенти на разширение и качеството на интерфейса, за да се гарантира надеждността и производителността на устройството. Водещи научни институции и производители на полупроводници, като imec и OSRAM, значително допринасят за разработването и оптимизирането на структури на DBR за лазери и LED. Тези организации се концентрират върху напредъка в епитаксиалните технологии, изследване на нови материални системи и подобряване на интеграцията на DBR с други фотонни компоненти, за да отговорят на променящите се изисквания на оптоелектронните приложения.

Показатели за производителност: Отразителност, пропускна способност и стабилност

Разпределените Браггови отразители (DBR) са критични оптични компоненти, широко използвани в лазери, фотонни устройства и телекомуникации поради способността си да отразяват конкретни дължини на вълната с висока ефективност. Производителността на DBR основно се характеризира с три ключови метрики: отразителност, пропускна способност и стабилност.

Отразителност е най-фундаменталният параметър за производителност на DBR. Тя количествено определя дела на инцидентната светлина, отразена от структурата при целева дължина на вълната. Високата отразителност, често над 99%, се постига чрез наслагане на редуващи се слоеве от материали с различни коефициенти на пречупване, всеки с оптична дебелина на една четвърт от проектирания вълнови дължина. Броят на слоевете и контрастът в коефициентите на пречупване директно влияят на максималната постижима отразителност. Например, DBR-ите са интегрална част от функционирането на вертикално-кавитетни лазери (VCSEL), където огледала с висока отразителност са съществени за ефективното лазерно действие. Организации като OSRAM и Coherent играят видна роля в развитието и производството на устройства, основани на DBR, използвайки напреднали технологии за нанасяне на материали за оптимизация на отразителността.

Пропускна способност се отнася до спектралния диапазон, в който DBR поддържа висока отразителност. Пропускната способност се определя от контраста в коефициента на пречупване между редуващите се слоеве и броя на слоевете. По-високият контраст в коефициента на пречупване и повече слоеве водят до по-широка стоп банда, позволявайки на DBR да отразява по-широк спектър от дължини на вълната. Това свойство е критично за приложения като филтри за селекция на дължини на вълната и настройки на лазери, където е необходим прецизен контрол върху отразения спектър. Изследователските институции и индустриалните лидери, включително Националния институт по стандарти и технологии (NIST), са допринесли за разбирането и измерването на пропускната способност на DBR, осигурявайки надеждна производителност в изискващите фотонни системи.

Стабилност обхваща както физическата, така и оптичната здравина на DBR с времето и при вариращи условия на околната среда. Стабилността се влияе от фактори като термично разширение, междуматериална дифузия и механичен стрес. Висококачествените производствени процеси, като молекулярно пучково епитаксиране (MBE) и металоорганично химическо парно нанасяне (MOCVD), се използват за осигуряване на дългосрочната стабилност на DBR, особено в приложения с висока мощност или чувствителни към температура. Optica (по-рано Оптичната асоциация на Америка) предоставя стандарти и насоки за характеризиране и тестване на стабилността на DBR, подкрепяйки развитието на надеждни фотонни устройства.

В обобщение, производителността на разпределените Браггови отразители се определя от тяхната отразителност, пропускна способност и стабилност, като всеки от тези параметри е критичен за интеграцията им в авангарден оптически и фотонен системи. Текущите напредъци в материалознанието и технологиите за производство продължават да подобряват тези показатели, позволявайки нови приложения и по-добра производителност на устройствата.

Появяващи се тенденции: DBR в квантовата и интегрираната фотоника

Разпределените Браггови отразители (DBR) са многослойни структури, състоящи се от редуващи се материали с различни коефициенти на пречупване, проектирани да отразяват специфични дължини на вълната на светлината чрез конструктивна интерференция. В последните години, DBR-ите станаха важни в напредъка на квантовата и интегрираната фотоника, области, които бързо се развиват като основни технологии за квантови изчисления, сигурни комуникации и оптични вериги от ново поколение.

Ключова нововъзникваща тенденция е интеграцията на DBR в квантови фотонни устройства, където те служат като огледала с висока отразителност в микрокавитети и резонатори. Тези структури са от съществено значение за подобряване на взаимодействията между светлина и материя, което е критично изискване за ефективни източници на единични фотони и квантови емитери. Например, DBR-ите се използват в вертикално-кавитетни лазери (VCSEL) и микрокавитети с квантови точки, позволявайки прецизен контрол върху излъчването и събирането на фотони. Тази способност е жизненоважна за мащабируема обработка на информация и системи за разпределение на квантови ключове, каквито изследвания разкриват сътрудничества между водещи институции, като Националния институт по стандарти и технологии и Масачузетския технологичен институт.

В интегрираната фотоника, DBR-ите все по-често се изработват с напреднали материали като силиций, III-V полупроводници и дори двумерни материали. Тяхната съвместимост с установените производствени процеси за полупроводници позволява монолитна интеграция с други фотонни компоненти, като оптически води, модули и детектори. Тази интеграция е от съществено значение за разработването на компактни, нискозагубни и енергийномуни защитници на фотонни вериги, които са в централната част на пътната карта на организации като EUROPRACTICE и imec, които подкрепят изследвания и прототипиране в интегрирани фотонни вериги.

Друга забележителна тенденция е използването на DBR в хибридни квантови системи, където те улесняват силно свързване между фотоните и твердостоящите кубити, като например цветни центрове в диамант или дефекти в карбид на силиций. Това силно свързване е съществено за реализирането на квантови мрежи и разпределени архитектури на квантово изчисление. Освен това, разработването на настраиваеми и реконфигурируеми DBR — използвайки материали с електро-оптични или термо-оптични свойства — позволява динамичен контрол върху фотонните устройства, характеристика, която все повече се търси в програмируеми квантови фотонни процесори.

Докато квантовата и интегрираната фотоника продължават да се сливат, ролята на DBR се очаква да се разшири, движена от продължаващи изследвания в основните лаборатории и нарастващата екосистема на фотонни фабрики. Продължаващото подобряване на техниките за изработка и интеграция на DBR ще бъде важно за изпълнението на строгите производствени изисквания на бъдещите квантови технологии.

Ръст на пазара и обществения интерес: Прогноза за 2024–2030

Пазарът на разпределените Браггови отразители (DBR) е на път за значителен растеж между 2024 и 2030 г., движен от разширяващи се приложения в оптоелектрониката, телекомуникациите и фотониката. DBR-ите, които са периодични структури, състоящи се от редуващи се слоеве от материали с различни коефициенти на пречупване, са съществени компоненти в устройства като вертикално-кавитетни лазери (VCSEL), светодиоди (LED) и оптични филтри. Нахлуването им да отразяват специфични дължини на вълната с висока ефективност ги прави незаменими в търговските и изследователските среди.

През 2025 г. се очаква търсенето на DBR да се ускори, особено поради разпространението на оптични комуникационни мрежи с висока скорост и продължаващото преминаване към 5G и нанаследи. Секторът на телекомуникациите разчита силно на DBR за огледала и филтри, селективни за дължина на вълната, които са критични за системите за плътно многократно разделяне на дължини на вълната (DWDM). Организации като Международния съюз за далекосъобщения (ITU), който определя глобалните стандарти за информационни и комуникационни технологии, подчертават важността на авангаörden фотонни компоненти в подкрепата на инфраструктурата на следващото поколение мрежи.

Индустрията на оптоелектрониката е друг основен двигател, като DBR-ите играят централна роля в производителността на VCSEL-ите, използвани в центрове за данни, разпознаване на лица и автомобилни LiDAR системи. Optica (по-рано OSA), водещо научно общество в оптиката и фотониката, редовно публикува изследвания, подчертаващи напредъка и нарастващото приемане на устройства, базирани на DBR в тези области. Освен това, стремежът към по-енергийно ефективни и миниатюризирани фотонни устройства в потребителската електроника способства за иновации в дизайна и производството на DBR.

Общественият интерес към DBR-ите също нараства, тъй като тези структури все повече се появяват в нововъзникващи технологии като квантови изчисления, биосензори и напреднали медицински изображения. Изследователските институции и индустриалните лидери инвестират в разработването на нови материали за DBR, включително комбинации от полупроводници и диелектрици, за да увеличат отразителността, пропускната способност и термичната стабилност. Институтът по електрически и електронни инженери (IEEE), глобален авторитет в електрониката и инженерството, е документирал разширяващата роля на DBR в осигуряването на пробиви в множество научни области.

В обобщение, периодът от 2024 до 2030 г. се очаква да наблюдава силен растеж на пазара за разпределени Браггови отразители, подкрепен от технологични напредъци, увеличени инвестиции и разширяващи се области на приложение. Като индустрии продължават да поставят приоритет на високопроизводителни оптични компоненти, DBR-ите ще останат в авангарда на иновацията в фотониката и оптоелектрониката.

Водещи индустриални играчи и изследователски институции

Разпределените Браггови отразители (DBR) са критични компоненти в съвременната фотоника, оптоелектрониката и полупроводниковите устройства, служейки като много ефективни огледала за специфични диапазони на дължина на вълната. Развитието и комерсиализацията на DBR включва комбинация от напреднала наука за материалите, прецизно производство и иновационен дизайн, с лидерство от страна на индустрията и научни институции по целия свят.

Сред водещите индустриални играчи, OSRAM се откроява като глобален лидер в оптоелектронните компоненти, включително DBR за високопроизводителни LED и лазерни диоди. Експертизата на OSRAM в епитаксиален растеж и нанасяне на тънки слоеве позволява производството на DBR с прецизна отразителност и спектрални характеристики, от съществено значение за приложения в осветлението, автомобилната и сензорната технологии. Друг важен играч, Coherent, е известен с авансите си решения в фотониката, включително лазерни системи на базата на DBR, използвани в телекомуникации, медицински устройства и индустриални приложения. Вертикално интегрираното производство на Coherent позволява строг контрол над дебелината и равномерността на слоевете на DBR, осигурявайки висока надеждност на устройството.

В сектора на полупроводниците, Infineон Technologies използва структури на DBR в своите оптоелектронни и електрически устройства, особено за високоефективни вертикално-кавитетни лазери (VCSEL). Изследванията и развойната дейност на Infineon се фокусират върху интегрирането на DBR с други полупроводникови технологии, за да се подобри производителността и енергийната ефективност на устройствата. Подобно на това, Nichia Corporation, пионер в LED технологиите, използва DBR за оптимизиране на извличането на светлина и чистотата на цветовете в своите усъвършенствани LED продукти.

На изследователския фронт, няколко институции са на преден план в иновациите на DBR. Масачузетският технологичен институт (MIT) провежда авангардни изследвания върху нови материали на DBR, като фотонни кристали и хибридни органично-неорганични структури, целящи разширяване на оперативната пропускна способност и настройваемост на DBR. В Европа, Френският национален център за научни изследвания (CNRS) сътрудничи с университети и индустрия за разработване на DBR за лазери от ново поколение и квантова фотоника. Институтът RIKEN в Япония също е забележителен със својата работа върху нано структурираните DBR, фокусирайки се върху приложения в квантовата информация и интегрираните фотонни вериги.

Тези организации продължават да изграждат напредъка в технологиите на DBR, осигурявайки нови приложения в комуникации, сензори и квантови технологии, чрез постоянни инвестиции в изследвания, развитие и производство. Техните съвместни усилия с академични и индустриални партньори гарантират, че DBR-ите остават в централната част на фотонните иновации през 2025 и след това.

Бъдещ поглед: Иновации и разширяващи се приложения

Гледайки напред към 2025 г., бъдещето на Разпределените Браггови отразители (DBR) е отбелязано от бързи иновации и разширяващи се приложения в фотониката, оптоелектрониката и квантовите технологии. DBR-ите, които са периодични структури, състоящи се от редуващи се слоеве с различни коефициенти на пречупване, отдавна са основополагающи за тяхната висока отразителност и селективност на дължини на вълната. С напредъка на техниките за изработка, точността и мащабируемостта на производството на DBR се подобряват, позволявайки нови архитектури на устройства и подобрения в производителността.

Една от най-обещаващите области на иновации е интеграцията на DBR с нововъзникващи полупроводникови материали, като галиев нитрид (GaN) и карбид на силиций (SiC). Тези материали са критични за високопроизводителни и височинни оптоелектронни устройства, включително лазери с вертикална кавитетна повърхностна емисия (VCSEL) и микроледове. Подобрените дизайни на DBR позволяват по-ефективно извличане на светлината и термично управление, което е от съществено значение за миниатюризацията и надеждността на тези устройства. Организации като OSRAM и Cree, Inc. активно разработват решения, базирани на DBR за напреднали технологии за осветление и дисплеи.

В квантовата фотоника, DBR-ите се проектираят на нано ниво, за да създадат висококачествени оптични кавитети и огледала за източници на единични фотони и лазери с квантови точки. Тези компоненти са основополагающие за квантовите комуникационни и изчислителни системи, където е необходим прецизен контрол върху излъчването и разпространението на фотоните. Изследователски институции и индустриални лидери, включително IBM и Националния институт по стандарти и технологии (NIST), изследват нови конфигурации на DBR, за да подобрят производителността на квантовите устройства.

Друго разширяващо приложение е в областта на биосензорите и медицинската диагностика. DBR-ите се включват в платформи с лаборатории на чип и оптични сензори, за да постигнат висока чувствителност и специфичност при откриването на биомолекули. Способността им да предоставят узкобандова отразителност и настраиваеми оптични свойства ги прави идеални за многократни тестове и реално наблюдение. Националните институти по здравеопазване (NIH) и водещите университети подкрепят изследвания в областта на биосензорите, основани на DBR за рано откритие на заболявания и персонализирана медицина.

С напредъка на напредналите материали, нанофабрикации и интегрирана фотоника се очаква да се постигнат нови пробиви в технологиите на DBR. Докато търсенето на високопроизводителни оптични компоненти нараства в телекомуникациите, квантовата информация и здравеопазването, DBR-ите ще продължат да играят основна роля в осигуряването на устройства и системи от следващо поколение.

Източници и референции

• Институтът на електрическите и електронни инженери (IEEE)
• SPIE
• imec
• OSRAM
• Coherent
• Националния институт по стандарти и технологии (NIST)
• Масачузетския технологичен институт
• EUROPRACTICE
• Международния съюз за далекосъобщения
• Infineon Technologies
• Nichia Corporation
• Френският национален център за научни изследвания (CNRS)
• RIKEN
• Cree, Inc.
• IBM
• Националните институти по здравеопазване (NIH)