可大幅度提高光学系统性能的高反射率纳米镜子

来源：科技日报

 本报讯（记者 董映璧） 美国加州大学伯克利光电、纳米结构与半导体工艺中心日前研制出高反射率的纳米镜子。这种镜子的厚度只有0．23微米，反射率超过了99．9％，更为重要的是，这种具有纳米结构的镜子制作工艺简单、成本低廉。

 对任何激光器而言，用来形成激光共振腔的镜片都是非常关键的部件。比如，用于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的高反射镜子反射率达到99％，在这种激光器设备中使用的镜片叫做分布式布拉格反射镜（DBR）。该反射镜通常由两种折射率不同的材料构成，这两种材料交替生长，形成一个具有多个层对的结构。DBR镜片的反射性能由结构中的层数、每层的厚度、结构中所用两种材料的折射率，以及每一层的吸收和散射特性决定。通常情况下，构成DBR层对的两层材料间折射率差别越大，这个层对的反射率就越高。因此，要达到上述高反射率，如何选择两种折射率差别较大的材料等，整个生产工艺非常复杂，制作成本也大大提高了。另外，尽管两层之间的反射率很高，当构成镜片的层数达到80层，厚度5微米时，反射率就大大降低了。

 而美国科研人员研制的新纳米镜子是基于在高指数亚波长光栅中的分布式布拉格反射器，其厚度是分布式布拉格反射镜的1／20。因为在这种光栅中只有两个反射层，一个是空气，一个是Ⅲ族和Ⅴ族化合物的铝镓砷（AlGaAs），同时，这样的反射层不是连续性的，而是带有沟槽的栅状结构，沟槽的深度小于入射光波的波长，使光波能穿透半导体空气层，从而形成强反射，反射率也超过了99．9％。其最主要的优点是高指数亚波长光栅的制作工艺简单。另外，新镜子的光谱范围更广，这也为未来的广泛应用提供了可能。

 研究人员指出，纳米镜子能大幅度提高光学系统设计效率和下一代激光器件的性能，将在未来光通信领域获得广泛应用。