격자 상수가 294 nm인 사방격자 'C형' 공기 구멍 포토닉 크리스탈 표면 방출 레이저(PCSEL) 구조를 설계하고 유한 요소법을 기반으로 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 평면파 전개법을 통해 포토닉 크리스탈 밴드 내 고대칭점 Γ₂에서 분리된 네 개의 밴드 가장자리 공명 모드가 광추 내에 위치하여 면 밖으로 방출이 가능한 누설 모드임을 검증하였으며, 광장 분포의 면 내 비대칭성이 수직 회절 출광 제어의 핵심 메커니즘임을 확인하였다. Γ₂점에서 분리된 네 개의 밴드 가장자리 모드 중 주파수가 가장 낮은 A점 광장은 비대칭성이 가장 약하고 Q값이 가장 높아(7.1×10⁵) 발진 모드가 되었으며, 발진 파장은 980.6 nm이다. 충진율과 격자 주기 조절 규칙도 추가 연구하였다: 충진율 증가 시 발진 파장은 블루 쉬프트되고 Q값은 지수 함수적으로 감소하며, 능동층 제한 인자는 증가하고 포토닉 크리스탈 층 제한 인자는 선형적으로 감소하였다; 격자 주기 증가 시 파장은 거의 선형적으로 레드 쉬프트되고 Q값과 제한 인자에 미치는 영향은 미미하였다. 이를 바탕으로 다중 매개변수 협동 최적화 전략을 제안하였으며, 격자 주기가 목표 파장을 주도적으로 설정하고 충진율이 Q값과 광장 제한을 최적화하도록 하였다. 본 연구는 PCSEL의 수직 방향 광학 구속의 내재 원리를 밝히며 고성능 소자 설계에 이론적 뒷받침과 최적화 경로를 제공한다.

포토닉 크리스탈 표면 방출 레이저;C형 구멍;충진율;격자 주기;광장 제한 인자