Laserske diode, ključna komponenta moderne optoelektronike, dobijaju značajno unapređenje zahvaljujući naprednim fotoničkim kristalnim laserkim diodama (PCSEL). Ove inovativne diode koriste fotoničke kristalne strukture kako bi poboljšale optičke povratne informacije i omogućile efikasniji rad lasera.
U nedavnom istraživanju objavljenom u IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 20. novembra 2024. godine, tim naučnika predstavio je naprednu numeričku metodu za simulaciju interakcije svetlosnih talasa unutar PCSEL uređaja. Ovaj rad omogućava bolje razumevanje načina na koji svetlosni talasi propagiraju kroz trokutaste i kvadratne rešetkaste strukture, pružajući ključne uvide za poboljšanje dizajna lasera.
Istraživači su analizirali kako se svetlosni talasi ponašaju unutar trokutaste rešetke PCSEL-a i otkrili da je dvodimenzionalna sprega svetlosnih talasa u ovom rasporedu značajno jača nego u tradicionalnim kvadratnim rešetkastim strukturama. Ova povećana sprega omogućava efikasniju lasersku emisiju i poboljšane performanse uređaja.
Koristeći Braggovu difrakciju, tim je numerički simulirao šest svetlosnih talasa koji se šire kroz kristalnu strukturu, analizirajući način na koji se oni međusobno spajaju. Ključni rezultat istraživanja je razvoj analitičkih jednačina koje opisuju frekvencijske modove i konstante spajanja u trokutastim rešetkama PCSEL-a. Ove jednačine mogu se koristiti za optimizaciju dizajna laserskih uređaja i poboljšanje njihove efikasnosti.
Prema profesoru Stephenu Johnu Sweeniju, koautoru studije i članu IEEE-a, ovi matematički modeli igraju ključnu ulogu u unapređenju fotoničkih kristalnih struktura:
„Naši rezultati poboljšavaju dvodimenzionalnu spregu TM-modova u trokutastim rešetkama PCSEL-a, što je posebno korisno za uređaje sa niskim kontrastom indeksa prelamanja.“
Osim što su razvili teorijske modele, istraživači su uspeli da definišu osnovni režim zračenja trokutastih PCSEL-a, koji pruža najefikasniji izlaz lasera. Ova otkrića otvaraju vrata novim aplikacijama laserskih dioda sa poboljšanom skalabilnošću, preciznošću i energetski efikasnim radom.
Ovo istraživanje donosi značajne prednosti za industrijsku primenu PCSEL-a, uključujući povećanu efikasnost i stabilnost laserskih izvora, unapređene metode dizajna pomoću preciznih analitičkih modela i potencijal za šire komercijalne primene u optičkim komunikacijama, senzorima i medicinskim uređajima.
Eksperimentalna validacija ovih numeričkih simulacija mogla bi otvoriti put ka sledećoj generaciji laserskih dioda sa vrhunskim performansama i širokim spektrom primena u industriji i nauci.
