В ноябре 2024 года группа исследователей представила революционное математическое решение для изучения двумерного взаимодействия света в лазерах на основе фотонных кристаллов (PCSEL). Результаты исследования, опубликованные в IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, открывают новые возможности для создания более эффективных лазерных устройств.
Лазерные диоды представляют собой полупроводниковые устройства, генерирующие свет и усиливающие его посредством многократного отражения до достижения достаточного оптического усиления для формирования мощного лазерного луча. Особый интерес представляют лазеры на основе фотонных кристаллов с поверхностным излучением (PCSEL), которые отличаются от традиционных лазеров разделением функций усиления, обратной связи и излучения.
Исследователи сосредоточились на сравнении PCSEL с треугольной решеткой и PCSEL с квадратной решеткой. Результаты показали, что двумерная связь световых волн в структуре с треугольной решеткой значительно сильнее, что обеспечивает более эффективную оптическую обратную связь и, как следствие, более эффективную генерацию лазерного излучения.
В ходе исследования были изучены шесть плоских световых волн, распространяющихся через кристалл и взаимодействующих посредством дифракции Брэгга. Численное моделирование позволило детально проанализировать двумерную связь этих волн в структуре с треугольной решеткой и сравнить результаты с показателями квадратной решетки.
Профессор Стивен Джон Суини, старший член IEEE и соавтор исследования, отметил: «Полученные уравнения улучшают внутриплоскостную двумерную связь для PCSEL с треугольной решеткой в режиме TM, что особенно важно для устройств с низким контрастом показателя преломления».
Ученые вывели аналитические уравнения для частот мод и констант связи, которые можно использовать совместно с экспериментальными измерениями зонной структуры при проектировании PCSEL с треугольной решеткой в режиме поперечной магнитной поляризации (TM). Также был определен фундаментальный режим генерации треугольной решетки PCSEL, обеспечивающий максимально эффективный лазерный выход.
Исследование устанавливает параллели между поведением поперечной магнитной (TM) и поперечной электрической (TE) поляризации, подчеркивая преимущества TM-режимов в определенных конфигурациях. Разработанные аналитические модели и уравнения связи создают основу для экспериментальной оптимизации структур фотонных кристаллов, что открывает путь к созданию более эффективных устройств следующего поколения с улучшенной масштабируемостью и одномодовым режимом работы.
Изображение носит иллюстративный характер
Лазерные диоды представляют собой полупроводниковые устройства, генерирующие свет и усиливающие его посредством многократного отражения до достижения достаточного оптического усиления для формирования мощного лазерного луча. Особый интерес представляют лазеры на основе фотонных кристаллов с поверхностным излучением (PCSEL), которые отличаются от традиционных лазеров разделением функций усиления, обратной связи и излучения.
Исследователи сосредоточились на сравнении PCSEL с треугольной решеткой и PCSEL с квадратной решеткой. Результаты показали, что двумерная связь световых волн в структуре с треугольной решеткой значительно сильнее, что обеспечивает более эффективную оптическую обратную связь и, как следствие, более эффективную генерацию лазерного излучения.
В ходе исследования были изучены шесть плоских световых волн, распространяющихся через кристалл и взаимодействующих посредством дифракции Брэгга. Численное моделирование позволило детально проанализировать двумерную связь этих волн в структуре с треугольной решеткой и сравнить результаты с показателями квадратной решетки.
Профессор Стивен Джон Суини, старший член IEEE и соавтор исследования, отметил: «Полученные уравнения улучшают внутриплоскостную двумерную связь для PCSEL с треугольной решеткой в режиме TM, что особенно важно для устройств с низким контрастом показателя преломления».
Ученые вывели аналитические уравнения для частот мод и констант связи, которые можно использовать совместно с экспериментальными измерениями зонной структуры при проектировании PCSEL с треугольной решеткой в режиме поперечной магнитной поляризации (TM). Также был определен фундаментальный режим генерации треугольной решетки PCSEL, обеспечивающий максимально эффективный лазерный выход.
Исследование устанавливает параллели между поведением поперечной магнитной (TM) и поперечной электрической (TE) поляризации, подчеркивая преимущества TM-режимов в определенных конфигурациях. Разработанные аналитические модели и уравнения связи создают основу для экспериментальной оптимизации структур фотонных кристаллов, что открывает путь к созданию более эффективных устройств следующего поколения с улучшенной масштабируемостью и одномодовым режимом работы.
