DBR的工作原理及其在VCSEL中的作用

分布式布拉格(Distributed Bragg Reflection，简称DBR)反射镜是垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL)的重要组成部分。典型的DBR反射镜是由1/4ni波长厚度的高折射率和低折射率材料交替组成(ni是该层的折射率)。其反射率取决于组成对数、边界条件以及折射率差。

图1 布拉格反射镜的工作原理

DBR反射镜的工作原理如图1所示。根据反射原理，当光从光疏介质n1射向光密介质n2（折射率n2>n1）时，反射光会在界面处发生半波损失，相位产生π的变化。光进入DBR层，会在每层的上下表面各发生一次反射，根据DBR的设计原理，当DBR工作中心波长为 λ0，厚度为 d [ d = λ0 / (4n) ] 时，则两次反射的光程差为0.5λ，该光程差对应π的相变，而其中半波损失也会发生π的相位变化，最终两次的反射光同相，叠加增强，即增加了总体的反射系数。而DBR实际就是两种折射率的介质交替叠层，DBR的层数越多，反射率就越高，最终DBR的反射系数可以达到很高的水平。

DBR 反射率由组成DBR的各层材料折射率差和DBR周期数决定的。其阻带宽度(stop band) 取决于两种材料的折射率差以及DBR的中心波长λ0。图二展示了DBR反射率以及相位随波长的变化趋势。在DBR的中心波长（970 nm）附近形成较高的反射谱，且中心波长经过DBR反射，相位不发生改变。当波长发生漂移时，反射光相位会随之改变。

图2 DBR反射率以及相位随波长的变化

对于特定频率的光，因受到DBR的反射以及谐振腔的选择，最终会形成稳定震荡驻波。由于DBR的多层反射结构，谐振光在DBR中存在渗透深度(如图3所示)，此效应会使有效腔长大于谐振腔长度，从而导致纵模间距变小，则产生多模的可能性增加。

图3 VCSEL驻波分布图

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