Laagpropagatie

Laagpropagatie is een term uit de natuurkunde en engineering die de voortplanting van golven of signalen beschrijft door een structuur die bestaat uit meerdere, achtereenvolgende lagen met verschillende fysische eigenschappen. Bij elke grens tussen lagen treedt gedeeltelijke reflectie en transmissie op, en de verhouding hangt af van de impedantiecontrast en de invalshoek. Afhankelijk van het type golven spreken we over akoestische, optische of elektromagnetische laagpropagatie.

In optica en fotonica leidt laagpropagatie vaak tot interferentie voortkomend uit de dunne filmlagen. Doordat de lagen verschillende brekingsindices hebben, kunnen reflecties elkaar versterken of juist uitbannen, wat leidt tot kenmerken zoals ferentiepieken, antireflectie-coatings of scherp afgebakende bandstructuren in periodieke stacks. In seismologie beschrijven lagen in de aardkorst de snelheid en démultiplicatie van golven; patronen van vertraagde of versnelde voortplanting geven informatie over de onderliggende structuur. In elektronica en telecommunicatie beïnvloeden laagpropagatie de snelheidsverdeling, impedantie en losses in multilayer-dielektrica en coatings.

Analytisch wordt laagpropagatie vaak bestudeerd met het transfer-matrixmodel of het karakteristieke matrixmodel, waarbij elke laag wordt voorgesteld door matrices die voortplanting en grensvoorwaarden vastleggen. Bij periodieke stapelingen ontstaan golvenbanden en stopbands (Bloch-wetten); defecten kunnen localized modes veroorzaken die handig zijn in sensoren en filters.

Beperkingen van laagpropagatie zijn onder meer verlies, dispersie en interface-ruwheid. Het concept blijft centraal in coatingsontwerp, fotonica, geofysische modellering en multilayer-elektronica. Zie ook: Snell’s wet, Fresnel-vergelijkingen, transfer matrix method, fotonische kristallen, dunne-films.