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

19857Острова как политический побег: от Атлантиды до плавучих государств Питера Тиля 19856Яйца, которые спасли предков млекопитающих от худшего апокалипсиса на Земле? 19855Могут ли омары чувствовать боль, и почему учёные требуют запретить варить их живыми? 19854Премия в $3 млн за первое CRISPR-лечение серповидноклеточной анемии 19853Почему сотрудники игнорируют корпоративное обучение и как это исправить 19852Тинтагель: место силы Артура или красивая легенда? 19851Голоса в голове сказали правду: что происходит, когда галлюцинации ставят диагноз точнее... 19850Куда исчезает информация из чёрных дыр, если они вообще исчезают? 19849Чёрная дыра лебедь Х-1 бросает джеты со скоростью света — но кто ими управляет? 19848Что увидели фотографы над замком Линдисфарн — и почему они закричали? 19847Почему антисептики в больницах могут создавать устойчивых к ним микробов? 19846Правда ли, что курица может жить без головы? 19845Как Оскар Уайльд использовал причёску как оружие против викторианской морали? 19844Назальный спрей против всех вирусов: как далеко зашла наука 19843«Я ещё не осознал, что мы только что сделали»: первая пресс-конференция экипажа Artemis II
Ссылка