研究人员提供了研究光子晶体激光器中二维光相互作用的数学解决方案
发布时间：2025-02-13 11:06:43 阅读数： 601
来源：Pixabay/CC0公共领域
激光二极管是一种半导体，它可以产生光，并通过反复反射或“光反馈”来放大光。一旦光达到理想的光增益，激光二极管就会释放出强大的激光束。光子晶体表面发射激光器（PCSELs）是一种先进的激光二极管，其光学增益通常分布在光子晶体（PC）结构内的传播光的横向分布。它们与传统激光器的不同之处在于分离增益、反馈和发射功能，提供可扩展的单模功率和创新设计。这将导致性能的增强和新的应用可能性。在2024年11月20日发表在《IEEE量子电子学专题选刊》上的一篇论文中，研究人员开发了一种数值模拟PCSELs内光波相互作用的方法。研究人员检查了光波如何在三角形晶格PCSEL中相互作用，PC形成三角形网格结构。他们发现，三角形晶格PCSEL中的二维光波相互作用或“耦合”比正方形晶格PCSEL中的更强。这种增加的耦合提供了更大的光反馈，这有利于高效激光。
研究人员专注于六个平面光波通过晶体传播，并通过称为布拉格衍射的过程耦合。然后，他们在三角晶格PCSEL中对这些平面波的二维耦合进行了数值模拟。最后，他们将二维耦合与方形晶格的PCSEL进行了比较。
该团队推导出模式频率和耦合常数的解析方程，可以与实验带结构测量一起用于辅助横向磁性（TM）三角形晶格PCSELs的设计。
IEEE资深成员、该研究的合著者Stephen John Sweeney教授指出：“这些方程改善了tm模式三角晶格PCSELs的平面内二维耦合，这对低折射率对比度器件尤其有益?！毖芯咳嗽被雇频汲隽司Ц裰械ピ鸟詈喜ǚ匠痰囊话阈问?，这将进一步有助于高效的PCSELs实验设计。此外，该团队确定了三角晶格PCSEL的“基本激光模式”，这是提供最有效激光输出的电磁场模式。
这些发现建立了TM和横向电（TE）极化行为之间的相似之处，同时强调了TM模式在某些配置下的独特优势，特别是在低折射率对比设备中。
推导出的解析模型和耦合方程为光子晶体结构的实验优化提供了基础，实现了器件效率和性能的有针对性的提高。它们有可能显著影响下一代PCSEL设计，提供增强的可扩展性、单模操作和更广泛的跨行业适用性。
