Як Розподілені Бреггівські Відбивачі Революціонізують Контроль Світла: Наука, Технології та Майбутній Вплив Інженерних Відбиваючих Структур (2025)

Вступ до Розподілених Бреггівських Відбивачів (DBRs)
Фундаментальна Фізика: Як DBRs Маніпулюють Світлом
Матеріали та Технології Виготовлення для DBRs
Ключові Застосування в Фотоніці та Оптоелектроніці
DBRs в Напівпровідникових Лазерах та LED
Показники Продуктивності: Відбиття, Ширина Частоти та Стабільність
Нові Тенденції: DBRs в Квантовій та Інтегрованій Фотоніці
Ринкове Зростання та Загальний Інтерес: Прогноз на 2024–2030 Роки
Провідні Гравці Виробництва та Дослідницькі Установи
Майбутній Перспективи: Інновації та Розширення Застосувань
Джерела та Посилання

Вступ до Розподілених Бреггівських Відбивачів (DBRs)

Розподілений Бреггівський Відбивач (DBR) — це високомеханічна оптична структура, що складається з чергувальних шарів матеріалів з різними показниками заломлення. Ці шари зазвичай розташовані в періодичному порядку, причому товщина кожного шару точно контролюється і дорівнює одній четвертій довжини хвилі цільового світла. Ця конфігурація дозволяє конструктивне інтерференцію відбитого світла на певних довжинах хвиль, що призводить до високого відбиття в вузькому спектральному діапазоні. DBRs є фундаментальними компонентами в різноманітних фотонних та оптоелектронних пристроях, включаючи вертикальнокавітні лазери з поверхневим емісійним режимом (VCSEL), резонансні світлодіоди (RCLED) та оптичні фільтри.

Принцип, на якому засновані DBRs, базується на законі Брегга, який описує умову для конструктивної інтерференції світла, відбитого від періодичних структур. Коли світло стикається з поверхнею між двома матеріалами з різними показниками заломлення, частина світла відбивається. Шляхом укладання кількох таких поверхонь відбиті хвилі з кожної поверхні можуть додатися конструктивно на певних довжинах хвиль, значно підвищуючи загальну відбивну здатність. Кількість пар шарів та контраст показників заломлення між матеріалами визначають відбиття та ширину смуги DBR.

DBRs виготовляються за допомогою передових технік осадження тонких плівок, таких як молекулярна епітаксіальність (MBE) та металоорганічне хімічне осадження (MOCVD), які дозволяють атомний контроль над товщиною та складом шарів. Ці методи широко використовуються в напівпровідниковій промисловості для виробництва якісних DBRs для інтеграції в пристрої, що працюють в області видимого, інфрачервоного та навіть ультрафіолетового спектрів. Вибір матеріалів для DBRs залежить від застосування та бажаної робочої довжини хвилі; поширеними системами матеріалів є GaAs/AlAs для близькозоряних застосувань та SiO₂/TiO₂ для видимого світла.

DBRs відіграють критичну роль у сучасній фотоніці, надаючи ефективне утримання світла, селективність за довжиною хвилі та низькі втрати відбиття. Їхні точні оптичні властивості роблять їх незамінними в телекомунікаціях, лазерних технологіях та сенсорних застосуваннях. Організації, такі як Optica (колишня OSA) та Інститут електровимірювальних та електронних інженерів (IEEE), регулярно публікують дослідження та стандарти, пов’язані з проектуванням, виготовленням та застосуванням DBRs, що відображає їхню постійну важливість у розвитку оптичної науки та технології.

Фундаментальна Фізика: Як DBRs Маніпулюють Світлом

Розподілений Бреггівський Відбивач (DBR) — це періодична структура, що складається з чергувальних шарів матеріалів з різними показниками заломлення. Фундаментальна фізика DBRs базується на принципі конструктивної та деструктивної інтерференції світлових хвиль на межах між цими шарами. Коли світло стикається з DBR, кожна межа частково відбиває та транслює падаючу хвилю. Якщо оптична товщина кожного шару точно дорівнює одній четвертій цільової довжини хвилі (λ/4), відбиті хвилі з послідовних меж поєднуються конструктивно для цієї довжини хвилі, що призводить до високого відбиття в межах певного спектрального діапазону, відомого як смуга стопа або фотонна смуга заборони.

Високе відбиття DBRs виникає внаслідок когерентної суперпозиції відбитих хвиль. Для DBR, розробленого для центральної довжини хвилі λ₀, оптична товщина (n·d) кожного шару встановлюється на λ₀/4, де n — показник заломлення, а d — фізична товщина. Ця конфігурація забезпечує, щоб фазова різниця між відбиттями з суміжних меж становила 180 градусів, що призводить до підсилення відбитих хвиль. З іншого боку, довжини хвиль поза смугою стопа зазнають деструктивної інтерференції, дозволяючи їм проходити через структуру з мінімальним відбиттям.

Ширина та позиція смуги стопа залежать від контрасту показника заломлення між чергувальними шарами та кількістю пар шарів. Вищий контраст показника заломлення та більша кількість періодів як правило збільшують відбиття та розширюють смугу стопа. Це робить DBRs високо налаштовуваними для конкретних оптичних застосувань, таких як дзеркала в вертикальнокавітних лазерах (VCSEL), фільтри довжини хвилі та оптичні кавітети.

DBRs є ключовим компонентом у сучасній фотоніці та оптоелектроніці. Їхня здатність маніпулювати світлом з високою точністю експлуатується в пристроях, що варіюються від напівпровідникових лазерів до сонячних батарей та квантових глибинних структур. Основні принципи фізики тісно пов’язані з концепцією фотонних кристалів, де періодична модуляція показника заломлення створює дозволені та заборонені енергетичні банди для фотонів, аналогічно електронним бандовим структурам у напівпровідниках. Цей ефект фотонної смуги заборони є центральним для роботи DBRs, що дозволяє їм контролювати пропускання світла на нано-рівні.

Дослідження та розробка DBRs здійснюються провідними науковими організаціями та промисловими гравцями, включаючи Optica (колишня OSA) та Американське фізичне товариство, яке надає базові дослідження та стандарти в оптиці та фотоніці. Ці організації сприяють просуванню технології DBR через конференції, публікації та спільні дослідницькі ініціативи.

Матеріали та Технології Виготовлення для DBRs

Розподілені Бреггівські Відбивачі (DBRs) є періодичними багатошаровими структурами, що складаються з чергуючих матеріалів з контрастними показниками заломлення. Продуктивність DBR — його відбиття, ширина, діапазон робочих довжин хвиль — критично залежать від вибору матеріалів та точності технологій виготовлення. Найбільш поширеними матеріалами для DBRs є діелектричні або напівпровідникові сполуки, обрані за їхньою оптичною прозорістю, контрастом показників заломлення та сумісністю з інтеграцією пристроїв.

В альтернативних діапазонах видимого та близького інфрачервоного спектру, діелектричні DBRs часто використовують пари, такі як діоксид кремнію (SiO₂, низький показник) та діоксид титану (TiO₂, високий показник) або кремнієвий нітрид (Si₃N₄) як шар з високим показником. Ці матеріали обираються за їх низьку оптичну абсорбцію та високі пороги ушкодження. Для напівпровідникових DBRs, особливо в оптоелектронних пристроях, таких як вертикальнокавітні лазери (VCSEL), поширені матеріальні системи включають чергування шарів арсениду галію (GaAs) та арсениду алюмінію (AlAs), або індію фосфіду (InP) та індій-галлієвого арсениду фосфіду (InGaAsP). Ці комбінації узгоджені за ґраткою для зменшення дефектів та є сумісними з епітаксіальним зростанням на стандартних субстратах, що є важливим для високопродуктивних фотонних пристроїв (Optica).

Виготовлення DBRs вимагає точного контролю над товщиною шарів та якістю меж, оскільки відхилення можуть суттєво погіршити відбиття. Використовуються кілька технік осадження, кожна з яких має свої переваги. Методи фізичного осадження пар (PVD), такі як випаровування електронним променем та напилення, широко використовуються для діелектричних DBRs через їх здатність осаджувати однорідні, чисті тонкі плівки. Хімічне осадження пара (CVD) та плазмове підсилене хімічне осадження (PECVD) також є поширеними, особливо для матеріалів на основі кремнію, оскільки забезпечують відмінне покриття по етапах та конформність.

Для напівпроводникових DBRs домінують техніки молекулярного епітаксіального зростання (MBE) та металоорганічного хімічного осадження (MOCVD). MBE забезпечує атомну точність і є ідеальною для досліджень та високопродуктивних пристроїв, тоді як MOCVD надається для масового виробництва завдяки вищій продуктивності. Обидва методи дозволяють зростання різких, бездефектних меж, що є критичним для досягнення високої відбиттю та низьких оптичних втрат, необхідних у передових фотонних застосуваннях (Американське фізичне товариство).

Останні досягнення в матеріалознавстві привели до введення нових матеріалів, таких як широкосмугові оксиди та двомірні матеріали для спеціалізованих застосувань DBR, включаючи ультрафіолетові та середньоінфрачервоні відбивачі. Крім того, інтеграція з платформами кремнієвої фотоніки сприяє розробці процесів виготовлення DBR, сумісних з CMOS, розширюючи спектр застосувань у телекомунікаціях та квантових технологіях (IEEE).

Ключові Застосування в Фотоніці та Оптоелектроніці

Розподілені Бреггівські Відбивачі (DBRs) є основними компонентами в сучасній фотоніці та оптоелектроніці, завдяки їхній здатності надавати високолегуюче відбиття конкретних довжин хвиль через періодичні діелектричні або напівпровідникові шарові структури. Їхні унікальні оптичні властивості дозволили реалізувати широкий спектр застосувань у різних доменах.

Одним з найвідоміших застосувань DBRs є вертикальнокавітні лазери з поверхневим емісійним режимом (VCSEL). У цих пристроях DBRs служать високовідбивними дзеркалами, що формують лазерну камеру, забезпечуючи ефективне випромінювання світла перпендикулярно до поверхні пластини. Точний контроль над відбиттям та шириною смуги стопа, забезпечений DBRs, є критичним для досягнення низьких порогів струмів та високої вихідної потужності в VCSEL, які широко використовуються в комунікаціях даних, сенсорах та 3D-іміджингу. Організації, такі як III-Vs Review та Optica (колишня OSA), зафіксували центральну роль DBRs у просуванні технології VCSEL.

DBRs також є невід’ємними елементами в проектуванні високопродуктивних фотодетекторів та світлодіодів (LED). У фотодетекторах DBRs можуть бути використані для підвищення квантової ефективності шляхом відбиття неадсорбованих фотонів назад у активну область, що збільшує ймовірність захоплення фотонів. У світлодіодах DBRs використовуються для покращення ефективності видалення світла шляхом відбиття внутрішньо створених фотонів у бік поверхні пристрою. Цей підхід є особливо важливим у мікро-світлодіодах та інших передових технологіях дисплеїв, як підкреслює дослідження з IEEE та SPIE, двох провідних професійних товариств у галузі електроніки та фотоніки.

Іншою ключовою областю застосування є оптичні фільтри та пристрої, що вибирають за довжиною хвилі. DBRs використовуються для створення вузькосмугових та широкосмугових фільтрів, які є важливими у системах мультиплексування за довжиною хвилі (WDM) для оптоволоконних комунікацій. Їхня здатність надавати різке спектральне вибірність та низькі втрати вставки робить їх ідеальними для мультиплексування та демультиплексування оптичних сигналів. Крім того, DBRs застосовуються в виготовленні фотонних пристроїв, підсилених резонансними камерами, таких як модулятори та сенсори, де потрібен точний контроль над умовами резонансу.

Окрім телекомунікацій та освітлення, DBRs дедалі частіше використовуються в нових областях, таких як квантова фотоніка та інтегровані фотонні кола. Їхня сумісність з процесами виготовлення напівпровідників дозволяє для монолітичної інтеграції з іншими оптоелектронними компонентами, прокладаючи шлях для компактних, високопродуктивних фотонних систем. Оскільки дослідження та розробка триває, універсальність та ефективність DBRs забезпечують їхню постійну значущість у еволюції фотоніки та оптоелектроніки.

DBRs в Напівпровідникових Лазерах та LED

Розподілені Бреггівські Відбивачі (DBRs) є критичними компонентами в проектуванні та роботі напівпровідникових лазерів та світлодіодів (LED). DBR складається з кількох чергуючих шарів матеріалів з різними показниками заломлення, які зазвичай виготовляються за допомогою епітаксіальних технологій, таких як молекулярна епітаксіальність (MBE) або металоорганічне хімічне осадження (MOCVD). Товщина кожного шару точно контролюється, зазвичай на рівні однієї четвертій цільової довжини хвилі, що призводить до конструктивної інтерференції на конкретних довжинах хвиль та, таким чином, до високого відбиття на цих довжинах хвиль.

У напівпровідникових лазерах, таких як вертикальнокавітні лазери (VCSEL) та лазери з краю, DBRs служать високоефективними дзеркалами, які визначають оптичну камеру. Високе відбиття, забезпечене DBRs (часто перевищує 99%), є суттєвим для досягнення необхідного оптичного зворотного зв’язку для лазерної дії, особливо у VCSEL, де як верхні, так і нижні дзеркала зазвичай є DBR. Використання DBRs дозволяє досягти низьких порогів струмів, високої вихідної потужності та селективності за довжиною хвилі, що є важливими для застосувань у оптичних комунікаціях, сенсорах та дата-центрах. Наприклад, у VCSEL на основі GaAs зазвичай використовуються чергуючі шари AlAs та GaAs для формування структури DBR, використовуючи значний контраст показника заломлення між цими матеріалами для максимізації відбиття з керованою кількістю пар шарів.

У світлодіодах DBRs використовуються для підвищення ефективності видалення світла. Відбиваючи фотони, які інакше втратяться через абсорбцію субстратом або втечу під неналежними кутами, DBRs збільшують частку генерованого світла, що виходить з пристрою в бажаному напрямку. Це є особливо важливим у світлодіодах високої яскравості та в пристроях, де потрібне напрямлене випромінювання, таких як підсвічування дисплеїв або автомобільне освітлення. Інтеграція DBRs у LED також може дозволити реалізацію резонансних світлодіодів (RCLED), які демонструють покращену спектральну чистоту і напрямленість у порівнянні зі звичайними LED.

Проектування та виготовлення DBRs вимагають уважного врахування сумісності матеріалів, коефіцієнтів термічного розширення та якості меж, щоб забезпечити надійність і продуктивність пристрою. Провідні дослідницькі установи та виробники напівпровідників, такі як imec та OSRAM, значною мірою сприяють розробці та оптимізації структур DBR для лазерів та LED. Ці організації зосереджуються на просуванні епітаксіальних технологій росту, дослідженні нових матеріальних систем та покращенні інтеграції DBRs з іншими фотонними компонентами, щоб відповідати розвиваючимся вимогам оптоелектронних застосувань.

Показники Продуктивності: Відбиття, Ширина Частоти та Стабільність

Розподілені Бреггівські Відбивачі (DBRs) є критичними оптичними компонентами, що широко використовуються в лазерах, фотонних пристроях та телекомунікаціях завдяки їхній здатності відбивати конкретні довжини хвиль з високою ефективністю. Продуктивність DBR переважно характеризується трьома ключовими показниками: відбиттям, шириною частоти та стабільністю.

Відбиття є найбільш фундаментальним параметром продуктивності DBR. Воно кількісно визначає частку падаючого світла, що відбивається структурою на цільовій довжині хвилі. Високе відбиття, яке часто перевищує 99%, досягається шляхом укладання чергуючих шарів матеріалів з контрастними показниками заломлення, кожен з оптичною товщиною однієї четвертій проектної довжини хвилі. Кількість пар шарів та контраст показників заломлення безпосередньо впливають на максимальне досяжне відбиття. Наприклад, DBRs є невід’ємними для роботи вертикальнокавітних лазерів (VCSEL), де високовідбивні дзеркала є важливими для ефективної лазерної дії. Організації, такі як OSRAM та Coherent, є провідними у розробці та виробництві пристроїв на основі DBR, використовуючи передові технології осадження матеріалів для оптимізації відбиття.

Ширина частоти відноситься до спектрального діапазону, в якому DBR підтримує високе відбиття. Ширина визначається контрастом показника заломлення між чергуючими шарами та кількістю пар шарів. Вищий контраст показника заломлення та більша кількість пар призводять до більш широкої смуги стопа, що дозволяє DBR відбивати ширший діапазон довжин хвиль. Ця властивість є критично важливою для таких застосувань, як фільтри вибору довжини хвилі та регульовані лазери, де потрібен точний контроль над відбитим спектром. Дослідницькі установи та промислові лідери, включаючи Національний інститут стандартів та технологій (NIST), зробили внесок у розуміння та вимірювання ширини смуги DBR, забезпечуючи надійну продуктивність у вимогливих фотонних системах.

Стабільність охоплює як фізичну, так і оптичну надійність DBR з часом та за різних умов навколишнього середовища. Стабільність залежить від таких факторів, як термічне розширення, міжматеріальний дифузія та механічний стрес. Високоякісні процеси виготовлення, такі як молекулярна епітаксіальність (MBE) та металоорганічне хімічне осадження (MOCVD), використовуються для забезпечення довгострокової стабільності DBRs, особливо в умовах високої потужності або чутливості до температури. Optica (колишня Оптичне товариство Америки) надає стандарти та керівництва для характеристики та тестування стабільності DBR, підтримуючи розвиток надійних фотонних пристроїв.

На закінчення, продуктивність Розподілених Бреггівських Відбивачів визначається їхнім відбиттям, шириною частоти та стабільністю, кожен з яких є критично важливим для їхньої інтеграції у передові оптичні та фотонні системи. Продовження розвитку в матеріалознавстві та технологіях виготовлення продовжує покращувати ці показники, відкриваючи нові застосування та покращуючи продуктивність пристроїв.

Нові Тенденції: DBRs в Квантовій та Інтегрованій Фотоніці

Розподілені Бреггівські Відбивачі (DBRs) є багатошаровими структурами, що складаються з чергуючих матеріалів з різними показниками заломлення, що розроблені для відбиття специфічних довжин хвиль світла завдяки конструктивній інтерференції. В останні роки DBRs стали ключовими в розвитку квантової та інтегрованої фотоніки, галузей, що швидко розвиваються як основні технології для квантових комп’ютерів, безпечних комунікацій та оптичних схем нового покоління.

Однією з ключових нових тенденцій є інтеграція DBRs у квантові фотонні пристрої, де вони слугують дзеркалами з високим відбиттям у мікрокамерках і резонаторах. Ці структури є важливими для підвищення взаємодії світло-речовина, що є критичним для ефективних джерел окремих фотонів та квантових випромінювачів. Наприклад, DBRs використовуються в вертикальнокавітних лазерах (VCSEL) та мікрокамерах квантових крапель, що дозволяє точно контролювати випромінювання та збір фотонів. Ця здатність є життєво важливою для масштабованої обробки квантової інформації та систем розподіленої квантової ключової дистрибуції, як показано в дослідницьких співробітництвах, що включають провідні установи, такі як Національний інститут стандартів та технологій та Массачусетський технологічний інститут.

В інтеграційній фотоніці DBRs все частіше виготовляються з використанням передових матеріалів, таких як кремній, напівпровідники III-V і навіть двомірні матеріали. Їхня сумісність з усталеними процесами виробництва напівпровідникових компонентів дозволяє монолітичну інтеграцію з іншими фотонними компонентами, такими як направляючі хвилі, модулятори та детектори. Ця інтеграція є критично важливою для розробки компактних, низьковтратних і енергоефективних фотонних схем, що є центральними для дорожньої карти організацій, таких як EUROPRACTICE та imec, обидві з яких підтримують дослідження та прототипування у фотонних інтегрованих схемах.

Ще однією значущою тенденцією є використання DBRs у гібридних квантових системах, де вони сприяють сильному зв’язку між фотонами та твердотільними кубітами, такими як кольорові центри в алмазі або дефекти в карбіді кремнію. Цей сильний зв’язок є суттєвим для реалізації квантових мереж і архітектур розподіленого квантового комп’ютингу. Крім того, розробка регульованих та перезавантажуваних DBRs — з використанням матеріалів з електрооптичними або термооптичними властивостями — дозволяє динамічно контролювати фотонні пристрої, функцію, яка все частіше шукається в програмованих квантових фотонних процесорах.

Оскільки квантова та інтегрована фотоніка продовжують зливатися, роль DBRs, ймовірно, розшириться, завдяки поточним дослідженням у основних лабораторіях та зростаючій екосистемі фотонних виробництв. Продовження вдосконалення технологій виготовлення та інтеграції DBR стане важливим у досягненні суворих вимог продуктивності майбутніх квантових технологій.

Ринкове Зростання та Загальний Інтерес: Прогноз на 2024–2030 Роки

Ринок Розподілених Бреггівських Відбивачів (DBRs) готовий до значного зростання між 2024 і 2030 роками, що обумовлено розширенням застосувань в оптоелектроніці, телекомунікаціях та фотоніці. DBRs, які є періодичними структурами, що складаються з чергувальних шарів матеріалів з різними показниками заломлення, є важливими компонентами в пристроях таких як вертикальнокавітні лазери (VCSEL), світлодіоди (LED) та оптичні фільтри. Їхня здатність відбивати специфічні довжини хвиль з високою ефективністю робить їх незамінними як у комерційних, так і в дослідницьких настроях.

У 2025 році попит на DBRs, ймовірно, прискориться, особливо через розповсюдження високошвидкісних оптичних комунікаційних мереж та триваючу перехід до 5G та далі. Телекомунікаційний сектор сильно покладається на DBRs для дзеркал та фільтрів, які вибирають за довжиною хвилі, які критично важливі для щільного мультиплексування за довжинами хвиль (DWDM) систем. Організації, такі як Міжнародний союз електрозв’язку (ITU), який встановлює глобальні стандарти інформаційних та комунікаційних технологій, підкреслили важливість передових фотонних компонентів для підтримки інфраструктури мереж нового покоління.

Оптоелектронна промисловість є ще одним великим двигуном, оскільки DBRs грають центральну роль у продуктивності VCSEL, використаних у центрах обробки даних, розпізнаванні облич та автомобільних системах Лідар. Optica (колишня OSA), провідне наукове товариство в оптиці та фотоніці, регулярно публікує дослідження, що підкреслюють покращення та зростаюче впровадження пристроїв на основі DBR в цих сферах. Крім того, прагнення до більш енергоефективних і мініатюризованих фотонних пристроїв у споживчій електроніці спонукає до інновацій у дизайні та виготовленні DBR.

Загальний інтерес до DBRs також зростає, оскільки ці структури все частіше з’являються в нових технологіях, таких як квантові обчислення, біосенсори та передова медична візуалізація. Дослідницькі установи та лідери індустрії інвестують у розробку нових матеріалів DBR, включаючи напівпровідникові та діелектричні комбінації, для підвищення відбиття, ширини та термічної стабільності. Інститут електровимірювальних та електронних інженерів (IEEE), глобальний авторитет в електроніці та інженерії, зафіксував зростаючу роль DBRs у забезпеченні проривів у кількох наукових сферах.

В цілому, період з 2024 по 2030 роки очікується, що буде спостерігати стійке зростання ринку Розподілених Бреггівських Відбивачів, підкріплене технологічними досягненнями, зростанням інвестицій та розширенням області застосувань. Оскільки індустрії продовжують пріоритетувати високопродуктивні оптичні компоненти, DBRs залишаються на передньому краї інновацій у фотоніці та оптоелектроніці.

Провідні Гравці Виробництва та Дослідницькі Установи

Розподілені Бреггівські Відбивачі (DBRs) є критичними компонентами в сучасній фотоніці, оптоелектроніці та напівпровідникових пристроях, служачи високоефективними дзеркалами для конкретних діапазонів довжин хвиль. Розробка та комерціалізація DBRs залучає поєднання передової матеріалознавства, точного виробництва та інноваційного дизайну, за лідерства як у промисловості, так і в дослідницьких установах по всьому світу.

Серед провідних промислових гравців, OSRAM виділяється як світовий лідер в оптоелектронних компонентах, включаючи DBRs для високопродуктивних світлодіодів та лазерних діодів. Експертиза OSRAM у епітаксіальному зростанні та осадженні тонких плівок дозволяє виробляти DBRs з точною відбиттям та спектральними характеристиками, що є суттєвими для застосувань у освітленні, автомобільній та сенсори технологіях. Інший великий гравець, Coherent, відомий своїми передовими фотонними рішеннями, включаючи системи лазерів на основі DBR, що використовуються в телекомунікаціях, медичних пристроях та промислових додатках. Вертикально інтегроване виробництво Coherent дозволяє міцно контролювати товщину та однорідність шарів DBR, що забезпечує високу надійність пристроїв.

У напівпровідниковому секторі, Infineon Technologies використовує структури DBR в своїх оптоелектронних та силових пристроях, особливо для високоефективних вертикальнокавітних лазерів (VCSEL). Дослідження та розробки Infineon зосереджені на інтеграції DBRs з іншими напівпровідниковими технологіями для підвищення продуктивності пристроїв та енергоефективності. Аналогічно, Nichia Corporation, піонер у технології LED, використовує DBRs для оптимізації видалення світла та кольорової чистоти в своїх передових продуктах LED.

На дослідницькому фронті кілька установ стоять на передньому краї інновацій DBR. Массачусетський технологічний інститут (MIT) проводить передові дослідження нових матеріалів DBR, таких як фотонні кристали та гібридні органічно-неорганічні структури, метою яких є розширення робочої ширини та налаштовуваності DBRs. У Європі Французький національний центр наукових досліджень (CNRS) співпрацює з університетами та індустрією для розвитку DBRs для лазерів нового покоління та квантової фотоніки. Інститут RIKEN в Японії також є примітним за своєю роботою над нано-структурованими DBRs, зосереджуючи увагу на застосуваннях у квантовій інформації та інтегрованих фотонних колах.

Ці організації, завдяки стабільним інвестиціям у дослідження, розробки та виробництво, продовжують сприяти прогресу технології DBR, відкриваючи нові застосування в комунікаціях, сенсорних та квантових технологіях. Їхні спільні зусилля з академічними та промисловими партнерами забезпечують постійну актуальність DBRs у помітних інноваціях у 2025 році та в подальшому.

Майбутній Перспективи: Інновації та Розширення Застосувань

Дивляючись у 2025 рік, майбутнє Розподілених Бреггівських Відбивачів (DBRs) має бути позначене швидкими інноваціями та розширенням застосувань у галузі фотоніки, оптоелектроніки та квантових технологій. DBRs, які є періодичними структурами, що складаються з чергуються шарів з різними показниками заломлення, вже давно є важливими за їхнє високе відбиття та селективність за довжиною хвилі. Оскільки технології виготовлення удосконалюються, точність і масштабованість виробництва DBR покращуються, що дозволяє відкрити нові архітектури пристроїв та покращити продуктивність.

Однією з найбільш перспективних областей інновацій є інтеграція DBRs з новими матеріалами на основі напівпровідників, такими як азид галію (GaN) та карбід кремнію (SiC). Ці матеріали є критичними для потужних і високочастотних оптоелектронних пристроїв, включаючи лазери VCSEL нового покоління та мікро-світлодіоди. Поліпшені дизайни DBR дозволяють більш ефективне видалення світла та термічне управління, що є критично важливими для компактності та надійності цих пристроїв. Організації, такі як OSRAM та Cree, Inc., активно розробляють рішення на основі DBR для передових технологій освітлення та дисплеїв.

У квантовій фотоніці DBRs виготовляються на наномасштабі для створення високоякісних оптичних камер та дзеркал для джерел одиночних фотонів та лазерів квантових крапель. Ці компоненти є фундаментальними для квантових комунікацій та обчислювальних систем, де потрібен точний контроль над випромінюванням та пропусканням фотонів. Дослідницькі установи та промислові лідери, включаючи IBM та Національний інститут стандартів та технологій (NIST), досліджують нові конфігурації DBR, щоб підвищити продуктивність квантових пристроїв.

Іншим розширювальним застосуванням є біосенсори та медична діагностика. DBRs інтегруються в лабораторії на чіпах і оптичні сенсори для досягнення високої чутливості та специфічності в детекції біомолекул. Їхня здатність надавати вузькосмугове відбиття та налаштовувані оптичні властивості робить їх ідеальними для мультиплексованих аналізів та моніторингу в реальному часі. Національні установи охорони здоров’я (NIH) та провідні університети підтримують дослідження в біосенсорах на основі DBR для раннього виявлення захворювань та персоналізованої медицини.

Дивлячись у майбутнє, конвергенція передових матеріалів, нанофабрикацій та інтегрованої фотоніки, ймовірно, призведе до нових проривів у технології DBR. Оскільки зростає попит на високопродуктивні оптичні компоненти в телекомунікаціях, квантовій інформації та охороні здоров’я, DBRs продовжать відігравати важливу роль у реалізації пристроїв та систем нового покоління.

Джерела та Посилання

15 days FDP@TOCE:23/4/2024 FN SESSION 1: Optical Sensing using Distributed Bragg Reflector (DBR).

Watch this video on YouTube.

Розподілені Браггові відбивачі: Відкриття вищої оптичної точності (2025)

ByQuinn Parker