Entwurf eines photonischen Kristall-Oberflächenemissionslasers (PCSEL) mit einer quadratischen Gitteranordnung von 'C-förmigen' Luftlöchern mit einer Gitterkonstanten von 294 nm, basierend auf der Finite-Elemente-Methode für numerische Simulationen. Mit der Methode der ebenen Wellenexpansion wurde bestätigt, dass die vier Resonanzmodi an den Bandkanten am hochsymmetrischen Punkt Γ₂ innerhalb des Lichtkegels liegen, Leckmoden sind, die eine Emission außerhalb der Oberfläche ermöglichen, und es wurde nachgewiesen, dass die in der Ebene asymmetrische Verteilung des Lichtfeldes der zentrale Mechanismus zur Steuerung der vertikalen Beugung ist. Von den vier geteilten Bandkantenmodi am Punkt Γ₂ ist der Modus A mit der niedrigsten Frequenz aufgrund der geringsten Asymmetrie und dem höchsten Q-Faktor (7,1×10⁵) der Lasermodus mit einer Emissionswellenlänge von 980,6 nm. Weiterhin wurde die Regelung des Füllfaktors und der Gitterperiode untersucht: Eine Erhöhung des Füllfaktors führt zu einer Blauverschiebung der Emissionswellenlänge und einem exponentiellen Abfall des Q-Faktors, wobei der Einschränkungsfaktor der aktiven Schicht zunimmt und der Einschränkungsfaktor der photonischen Kristallschicht linear abnimmt; eine Vergrößerung der Gitterperiode führt zu einer nahezu linearen Rotverschiebung der Wellenlänge mit geringer Auswirkung auf Q-Faktor und Einschränkungsfaktoren. Darauf basierend wurde eine mehrparameter-kooperative Optimierungsstrategie vorgeschlagen: Die Gitterperiode bestimmt hauptsächlich die Zielwellenlänge, der Füllfaktor dominiert die Optimierung des Q-Faktors und der Lichtfeldeinschränkung. Die Studie offenbart die inneren Prinzipien der vertikalen optischen Einschränkung in PCSEL und bietet theoretische Unterstützung und Optimierungspfade für das Design leistungsstarker Geräte.

Photonischer Kristall-Oberflächenemissionslaser;C-förmige Löcher;Füllfaktor;Gitterperiode;Lichtfeldeinschränkungsfaktor