Прорыв в разработке фотонных кристаллических лазеров с треугольной решеткой

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.
Прорыв в разработке фотонных кристаллических лазеров с треугольной решеткой
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.


Новое на сайте

20072Эффект красоты решает исход собеседования до первых слов 20069Как черта характера крадёт деньги на переговорах 20068Карточная игра против главной дисфункции команды 20066Фотосинтез в глазах мышей: возможно ли это без превращения в растение? 20065СПКЯ стало СПМЯ: почему переименование болезни, затрагивающей миллионы женщин, заняло так... 20064Почему великая пирамида Гизы пережила все землетрясения за 4500 лет 20063Генетика Homo erectus: что зубная эмаль рассказала о наших предках 20062Кости в бухте Эребус: что кости моряков Франклина рассказывают спустя полтора века 20061Крупнейший плавучий ветрогенератор в мире: Китай испытывает установку у берегов Шанхая 20060Карие глаза младенца стали индиго после лечения от COVID-19 20058Почему серебряная чаша с Афиной пролежала в немецком лесу две тысячи лет? 20057Дыра в атмосфере солнца: вспышка достигла пика и может зажечь полярное сияние 20056Динго возрастом 950 лет: кто и зачем кормил могилу животного сотни лет?
Ссылка