Королевство ребристых зеркал

Казалось бы, что может быть проще зеркала. Однако лучшее серебряное зеркало поглощает около двух процентов света. А если металл нужно нанести на поверхность полупроводника, то дела обстоят еще хуже.

Казалось бы, что может быть проще зеркала. Взять кусок хорошо полированного чистого металла или металлической пленки, и зеркало готово. Однако самое лучшее серебряное зеркало поглощает около двух процентов света. А если металл нужно нанести на поверхность полупроводника, например, в лазерном светодиоде, то дела обстоят еще хуже, не говоря уже о проблемах с совместимостью атомных решеток.

Поэтому самые лучшие зеркала, способные отражать три (99,9%), а то и пять-шесть "девяток" падающего излучения, изготавливают из нескольких чередующихся тонких слоев материалов с разным показателем преломления. Толщину слоев, порядка четверти длины волны излучения, подбирают так, чтобы падающие электромагнитные волны, частично отражаясь от границ раздела материалов и интерферируя, гасили друг друга. Чтобы добиться хороших результатов в нужной области спектра и для заданного диапазона углов падения, слоев нужно много (до сотни). В результате зеркало получается толстым и сложным в изготовлении.

Если в большинстве приложений с толщиной зеркала можно смириться, то в современных полупроводниковых технологиях каждый лишний микрон в геометрии устройства или дополнительная технологическая операция выливаются в значительные расходы. А без зеркал не обойтись в оптических резонаторах лазерных диодов, работающих сегодня везде - от оптических мышей, DVD-плееров и лазерных принтеров до сетей передачи данных.

Решение этой проблемы недавно отыскали в Калифорнийском университете в Беркли. Там удалось придумать замену обычному многослойному пятимикронному зеркалу для лазерных диодов из арсенида алюминия галлия, чередующегося с арсенидом галлия. Теперь вместо него 99,9% света отражает единственная пара слоев, один из которых - тот же арсенид алюминия галлия, а роль второго играет воздух. Эта пара в двадцать раз тоньше и гораздо дешевле при производстве. Хитрость в том, что поверхность арсенида алюминия галлия уже не гладкая, а испещрена параллельными бороздками глубиной 230 нм. Хорошему отражению способствует большая разница в показателях преломления воздуха (1,0) и арсенида алюминия галлия (3,0). Впрочем, при необходимости воздух нетрудно заменить любым другим материалом со сравнительно небольшим показателем преломления, вроде диоксида кремния. Размеры бороздок в новом устройстве гораздо меньше длины волны и не мешают гасящей интерференции. В то же время бороздки "размывают" границу, обеспечивая нужный диапазон отражения.

Новые зеркала значительно удешевят производство полупроводниковых лазеров, особенно поверхностно-излучающих с вертикальным резонатором (VCSEL). Авторы надеются, что благодаря малому весу новые зеркала будут востребованы в быстродействующих микромеханических оптических переключателях и других устройствах бурно растущей фотоники. А поскольку подобные зеркала нетрудно напечатать почти на любой поверхности, их применения можно ожидать и в гибких органических дисплеях и в массе других устройств бытовой электроники.

- Из журнала "Компьютерра"