Laserdioder er halvledere, der genererer lys og forstærker det ved hjælp af gentagen refleksion eller “optisk feedback.” Når lyset har opnået ønskelig optisk forstærkning, frigiver laserdioder det som kraftfulde laserstråler.
Fotoniske krystaloverfladeemitterende lasere (PCSELS) er avancerede laserdioder, hvor den optiske forstærkning typisk distribueres lateralt til formeringslyset i en fotonisk krystal (PC) -struktur. De adskiller sig fra traditionelle lasere ved at adskille gevinst, feedback og emissionsfunktioner, der tilbyder skalerbar enkelt-mode effekt og innovative design. Dette fører til forbedret ydelse og nye applikationsmuligheder.
I et papir, der blev offentliggjort i IEEE Journal of Selected Emics in Quantum Electronics Den 20. november 2024 har forskere udviklet en metode til numerisk at simulere interaktionen mellem lette bølger inden for PCSEL’er.
Forskerne undersøgte, hvordan lette bølger interagerer inden for en trekantet gitter pcsel, hvor pc’en danner en trekantet gitterstruktur. De fandt, at den to-dimensionelle lysbølgeinteraktion eller “kobling” inden for trekantet gitter pcsel var stærkere end i firkantet gitter pcsel. Denne øgede kobling giver større optisk feedback, hvilket er gavnligt for effektiv lasing.
Forskerne fokuserede på seks planlysbølger, der forplantes gennem krystalen og koblingen gennem en proces kaldet Bragg -diffraktion. De udførte derefter numeriske simuleringer af 2D-kobling af disse planbølge i trekantet gitter pcsel. Endelig sammenlignede de 2D -koblingen med dem, der blev set på firkantet gitter PCSEL.
Holdet afledte analytiske ligninger for både tilstandsfrekvenser og koblingskonstanter, som kan bruges sammen med eksperimentelle båndstrukturmålinger for at hjælpe design af tværgående magnetiske (TM) trekantede gitter -pcsels.
“Disse ligninger forbedrer 2D-kobling i plan til TM-mode trekantet gitter pcsels, hvilket er særlig fordelagtigt for kontrastenheder med lav indeks,” bemærker professor Stephen John Sweeney, et senior IEEE-medlem og medforfatter til undersøgelsen.
Forskerne afledte også den generelle form for de koblede bølgeforligninger for enhedsceller i krystalgitteret, som yderligere kan hjælpe den eksperimentelle design af PCSEL’er med overlegen effektivitet. Derudover identificerede teamet den “grundlæggende lasing-tilstand” af trekantet gitter PCSEL, som er mønsteret for det elektromagnetiske felt, der tilbyder det mest effektive laseroutput.
Resultaterne fastlægger paralleller mellem TM og tværgående elektrisk (TE) polarisationsadfærd, mens de unikke fordele, som TM -tilstande i visse konfigurationer, især i lave indekskontrastenheder understreger.
De afledte analytiske modeller og koblingsligninger giver et fundament for eksperimentel optimering af fotoniske krystalstrukturer, hvilket muliggør målrettede forbedringer i enhedseffektivitet og ydeevne. De har potentialet til markant at påvirke den næste generation af PCSEL-design, der tilbyder forbedret skalerbarhed, enkelt-mode drift og bredere anvendelighed på tværs af brancher.