2026-08-26

Crossref · Laser & Photonics Reviews · 2026-07-23 · Tong Xu, Meixin Feng, Rui Xi, Xiaoqi Yu · 新论文 2026-07-26 · 相关度 34.0

英文原题3.2 W GaN‐Based Photonic‐Crystal Surface‐Emitting Laser

中文摘要摘要：光子晶体面发射激光器（PCSEL）凭借其单模工作和窄光束发散角等独特能力，已成为 LiDAR、自由空间通信和材料加工等高功率、高亮度应用中极具前景的光源。然而，将 PCSEL 拓展至蓝光波段仍面临挑战，主要原因是 GaN 基材料的折射率较低且波长较短，这会削弱光反馈，并增加制造难度和光散射损耗，从而导致极高的激光阈值。在本研究中，我们展示了在 GaN 衬底上采用优化的外延结构和光子晶体设计制造的无再生长、瓦级 GaN 基 PCSEL，其工作波长为 430.5 nm。该器件实现了 4 kA/cm² 的阈值电流密度，并在室温下达到 3.2 W 的峰值输出功率；据我们所知，这是目前报道的最高输出功率。本研究为采用简化制造工艺实现高功率可见光 PCSEL 提供了一条可行路径，在未来的高亮度照明和显示应用中具有巨大潜力。

英文摘要ABSTRACT Photonic‐crystal surface‐emitting lasers (PCSELs) have emerged as promising light sources for high‐power, high‐brightness applications such as LiDAR, free‐space communication, and material processing, owing to their unique capabilities for single‐mode operation and narrow beam divergence. However, extending PCSELs into the blue wavelength regime remains challenging, primarily due to the low refractive index and short wavelength of GaN‐based materials, which weakens optical feedback and increases the fabrication difficulty and optical scattering loss, resulting in very high lasing thresholds. In this work, we demonstrate regrowth‐free, watt‐class GaN‐based PCSELs operating at 430.5 nm, fabricated on GaN substrates using an optimized epitaxial structure and photonic crystal design. The device achieved a threshold current density of 4 kA/cm 2 , and a peak output power of 3.2 W at room temperature, which, to our knowledge, is the highest output power reported. This work provides a viable pathway toward high‐power visible PCSELs with simplified fabrication processes, offering significant potential for high‐brightness lighting and display applications in the future.

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- 主线关联：直接服务 PCSEL 方向，优先看结构参数、耦合机制、出光/远场和验证口径。
- 可用线索：先看是否能抽出结构参数、指标定义或仿真设置。
- 可转化内容：先判断能否变成一个仿真 case、baseline、验证指标或参数先验。

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Crossref · Photonics · 2026-07-11 · Jianxin Zhang, Gaoben Shi, Xiaoyun Liu, Haizhu Sun · 新论文 2026-08-08 · 相关度 15.1

英文原题A 1064 nm Deep-Etched Wide-Ridge Waveguide Slab-Coupled Photonic Crystal Semiconductor Laser

中文摘要半导体激光器是光通信、光存储及其他领域的关键器件。实现单模、高功率和高光束质量输出是激光技术的重要研究目标。传统板耦合光波导激光器能够有效抑制高阶模，但存在光限制因子低和脊宽受限的问题。本文提出一种 1064 nm 深刻蚀宽脊波导板耦合光子晶体半导体激光器。在传统板耦合光波导中引入光子晶体结构。通过数值模拟分析其光场和模式特性，验证了该结构在提高光限制因子以及利用深刻蚀宽脊波导实现单模工作方面的可行性。不同于传统光子晶体激光器，该设计为高性能光子晶体半导体激光器的设计提供了一条新路径。

英文摘要Semiconductor lasers are key devices in optical communication, optical storage and other fields. Achieving single-mode, high-power and high-beam-quality output is an important research goal in laser technology. Conventional slab-coupled optical waveguide lasers can effectively suppress higher-order modes, but suffer from a low optical confinement factor and limited ridge width. This paper proposes a 1064 nm deep-etched wide-ridge waveguide slab-coupled photonic crystal semiconductor laser. A photonic crystal structure is introduced into the conventional slab-coupled optical waveguide. The optical field and mode characteristics are analyzed by numerical simulation, verifying the feasibility of the structure in improving the optical confinement factor and realizing single-mode operation with a deep-etched wide-ridge waveguide. Different from traditional photonic crystal lasers, this design provides a new route for high-performance photonic crystal semiconductor laser design.

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Crossref · Applied Physics Letters · 2026-07-07 · Erin M. Raftery, Devon O. Lee, Daniel W. Pflug, Adrian Birge · 新论文 2026-07-09 · 相关度 35.0

英文原题Buried dielectric quasi-photonic-crystal surface-emitting lasers

中文摘要我们报道了一种准光子晶体面发射激光器（QPCSEL），其采用被高折射率外延半导体包围的亚微米低折射率埋置介质结构来形成准光子晶体层。我们展示了埋置介质 QPCSEL 在室温下、发射波长为 1.5 μm 的光泵浦激光振荡。QPCSEL 以准周期光子晶体取代传统的周期性折射率图案，从而产生单模发射。我们的埋置介质方法能够实现光子晶体的固态集成，同时在外延半导体再生长期间保留复杂的图案化几何结构。

英文摘要We report a quasi-photonic-crystal surface-emitting laser (QPCSEL) that employs sub-micron, low-index buried dielectric features surrounded by high-index epitaxial semiconductor to form the quasi-photonic-crystal layer. We demonstrate photopumped lasing from a buried dielectric QPCSEL at room temperature with emission wavelength at 1.5 μm. QPCSELs replace the conventional periodic refractive index pattern with a quasi-periodic photonic crystal, which produces single mode emission. Our buried dielectric approach enables solid-state integration of the photonic crystal while preserving the complex patterned geometry during epitaxial semiconductor regrowth.

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OpenAIRE · Applied Physics Letters · 2026-06-15 · Zhiwei Sun, Bolin Zhou, Yuzhen Zheng, Yongchen Miao · 新论文 2026-06-19 · 相关度 42.6

英文原题Regrowth-free blue GaN-based photonic crystal surface-emitting lasers with triangular air holes

中文摘要我们报道了采用无再生长方法成功实现的室温蓝光 GaN 光子晶体面发射激光器（PCSEL）二极管。通过采用具有改进型三角形空气孔的方形晶格光子晶体结构，我们实现了稳健的二维单模激光振荡。该器件的阈值电流密度为 5.2 kA/cm²，并发射高斯形光束，其光束发散角极低，测得为 1.15 mrad（0.066°）。此外，三角形空气孔的对称性破缺特性确保了垂直于三角形长边的稳定线偏振。本研究表明，采用具有简单孔形的无再生长制造工艺可以实现高光束质量的蓝光 PCSEL，为高性能蓝光激光光源铺平了道路。

英文摘要We report the successful realization of a room-temperature blue GaN photonic crystal surface-emitting laser (PCSEL) diode fabricated using a regrowth-free approach. By employing a square lattice photonic crystal structure with modified triangular air holes, we achieve robust two-dimensional single-mode lasing. The device operates with a threshold current density of 5.2 kA/cm2 and emits a Gaussian-shaped beam with exceptionally low beam divergence, measured at 1.15 mrad (0.066°). Furthermore, the symmetry-breaking nature of the triangular air holes enforces a stable linear polarization perpendicular to the long edge of the triangle. This work demonstrates that high-beam-quality blue PCSELs can be achieved using non-regrowth fabrication processes with simple hole geometry, paving the way for high-performance blue laser sources.

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OpenAIRE · Applied Optics · 2026-06-11 · Siyu Chen, Jingwei Chen, Xingyu Liu, Zhiyuan Jiang · 新论文 2026-06-15 · 相关度 32.5

英文原题Simulation study of a low-threshold, high-efficiency 1.55 µm InP PCSEL enabled by a bottom metal-capped DBR, peripheral DBRs, and a shifted triple-hole photonic crystal

中文摘要1.55 µm 光子晶体面发射激光器（PCSEL）因具有眼安全性和低光纤损耗，在光通信和 LiDAR 应用中极具吸引力。然而，其性能受到阈值增益与斜率效率之间权衡关系的限制，同时也受到传统分布式布拉格反射镜（DBR）结构的反射率和相位控制能力的限制。在本研究中，据我们所知，我们对一种新型 InP 基 PCSEL 设计进行了理论和数值研究。具体而言，金属封盖 DBR 由三对 SiO₂/TiO₂ 层和一层 Au 构成，在提供高反射率的同时显著降低了制造复杂度。此外，在光子晶体（PC）区域周围引入 DBR，以抑制面内损耗并增强激光模式的反馈。进一步地，偏移三孔光子晶体能够灵活控制面内和垂直耦合强度，从而实现阈值增益与斜率效率之间的优化平衡。采用传输矩阵法和三维耦合波理论（3D-CWT）评估器件性能。结果表明，优化结构的激光振荡阈值增益低至 16 cm⁻¹，相应的阈值材料增益为 76 cm⁻¹，同时具有 0.18 W/A 的高斜率效率，为工作于 1.55 µm 的高性能 InP 基 PCSEL 提供了一种极具前景的理论设计策略。

英文摘要Photonic-crystal surface-emitting lasers (PCSELs) at 1.55 µm are highly attractive for optical communication and LiDAR applications owing to eye safety and low fiber loss. However, their performance is limited by the trade-off between threshold gain and slope efficiency, as well as by the reflectivity and phase control of conventional distributed Bragg reflector (DBR) structures. In this work, we present a theoretical and numerical investigation of a novel InP-based PCSEL design, to our knowledge. Specifically, the metal-capped DBR is composed of three pairs of SiO 2 /TiO 2 layers and an Au layer, providing high reflectivity while substantially reducing fabrication complexity. In addition, DBRs surrounding the photonic crystal (PC) region are introduced to suppress in-plane loss and enhance the feedback of the lasing mode. Furthermore, a shifted triple-hole photonic crystal enables flexible control of the in-plane and vertical coupling strengths, achieving an optimized balance between threshold gain and slope efficiency. The device performance is evaluated using the transfer-matrix method and three-dimensional coupled-wave theory (3D-CWT). As a result, the optimized structure exhibits a low threshold gain for lasing oscillation of 16cm −1 and a corresponding threshold material gain of 76cm −1 , together with a high slope efficiency of 0.18 W/A, providing a promising theoretical design strategy for high-performance InP-based PCSELs operating at 1.55 µm.

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OpenAIRE · Optics Express · 2026-06-11 · Qingyuan Zhang, Ming Lü, Jiang Hu, Qi Dai · 新论文 2026-06-13 · 相关度 28.0

英文原题Size scaling law for radiation losses of modes in photonic crystal surface emitting devices

中文摘要光子晶体面发射激光器（PCSEL）因能够产生超高功率、低发散角的激光束而受到广泛关注。这是因为它们支持高功率单模激光振荡，其模式体积比传统半导体激光器大若干数量级。PCSEL 有限的横向尺寸是限制其激光模式体积并进而限制其输出功率的主要因素。我们证明，总腔损耗 α = α⊥ + α∥ 与器件尺寸 L 之间的缩放关系为：表面辐射损耗按 α⊥ ∼ O(L⁻²) 缩放，而边缘辐射损耗按 α∥ ∼ O(L⁻³) 缩放。这两种缩放关系均可由能带图复频率 ω(k) 的二阶展开解释。我们的结果为设计大面积类 PCSEL 器件时估算尺寸效应提供了指导。

英文摘要Photonic-crystal surface-emitting lasers (PCSELs) have garnered significant attention due to their ability to generate laser beams with ultra-high power and low divergence. This is because they support high-power single-mode lasing with volumes orders of magnitude larger than those of conventional semiconductor lasers. The finite lateral size in a PCSEL is a primary factor limiting its lasing mode volume and, consequently, its output power. We demonstrate that the scaling relation between the total cavity loss α = α ⊥ + α ∥ and the device size L is such that the surface radiation loss scales as α ⊥ ∼ O ( L −2 ), while the edge radiation loss α ∥ ∼ O ( L −3 ). Both scaling relations can be explained by the second-order expansions of the complex frequency ω ( k ) of the band diagram. Our results provide a guideline for estimating the size effect when designing large-area PCSEL-like devices.

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- 可用线索：先看是否能抽出结构参数、指标定义或仿真设置。
- 可转化内容：适合沉淀成验证指标或参数先验，尤其是 mode volume。

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Crossref · 2026 International Conference Laser Optics (ICLO) · 2026-06-01 · I.V. Oreshko, V.V. Zolotarev, S.O. Slipchenko, A.S. Nekrasov · 新论文 2026-08-09 · 相关度 15.5

英文原题Surface-emitting semiconductor IR laser with resonator based on 2D photonic crystal

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OpenAIRE · Journal of Semiconductors · 2026-05-01 · Yuzhen Zheng, Zhiwei Sun, Tong Xu, Bolin Zhou · 新论文 2026-06-09 · 相关度 26.8

英文原题Low-threshold GaN surface emitting lasers: A comparative study of circular grating and photonic crystal designs

中文摘要摘要：我们展示了两种无需外延再生长制造的 GaN 基面发射激光器（SEL）在室温下的脉冲激光振荡。我们对圆形光栅设计（CGSEL）与光子晶体设计（PCSEL）进行了直接比较。这些器件通过将光子结构直接刻蚀至 p-GaN 包层中，并采用图案化氧化铟锡（ITO）顶部接触来实现。两种设计在脉冲电流注入下均表现出接近 438 nm 的激光振荡。包含中心缺陷的 CGSEL 通过耦合至带隙缺陷模，实现了低阈值电流密度（<1 kA/cm²）和小发散角（≈0.15°）。相比之下，PCSEL 的阈值电流密度较高，并在一维带边模上产生激光振荡，从而形成十字形远场图案。这些结果证实，无再生长方法是实现可制造 GaN SEL 的可行路径。尤为重要的是，这项对比研究确认，CGSEL 缺陷模设计是在低限制外延结构中实现高性能激光振荡的一条更稳健路径。

英文摘要Abstract We demonstrate room-temperature pulsed lasing of two types of GaN-based surface emitting lasers (SEL) fabricated without epitaxial regrowth. We present a direct comparison between a circular grating (CGSEL) and a photonic crystal (PCSEL) design. The devices are realized by etching the photonic structures directly into the p-GaN cladding, and utilizing a patterned indium tin oxide (ITO) top contact. Both designs exhibit lasing near 438 nm under pulsed current injection. The CGSEL, incorporating a central defect, achieves a low threshold current density (<1 kA/cm 2 ) and a small divergence angle (≈0.15°) by coupling to a bandgap defect mode. In contrast, the PCSEL shows a higher threshold current density and lases on a 1D band-edge mode, resulting in a cross-shaped far-field pattern. These results confirm the regrowth-free method as a viable route for manufacturable GaN SELs. Crucially, the comparative study identifies the CGSEL defect-mode design as a more robust path toward high-performance lasing in low-confinement epitaxial structures.

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- 可用线索：先看是否能抽出结构参数、指标定义或仿真设置。
- 可转化内容：适合沉淀成验证指标或参数先验，尤其是 far field / divergence angle。

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Crossref · IEEE Transactions on Nuclear Science · 2026-04-01 · Shota Kimura, Ryohei Morita, Takuya Inoue, Yosuke Hashimoto · 新论文 2026-08-09 · 相关度 17.7

英文原题Radiation Tolerance of Photonic-Crystal Surface-Emitting Lasers for Space Applications

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Crossref · Gallium Nitride Materials and Devices XXI · 2026-03-05 · Åsa Haglund, Doğukan Apaydın, Lars Persson, Moritz Riedel · 新论文 2026-08-09 · 相关度 15.0

英文原题Deep-ultraviolet photonic crystal surface-emitting lasers

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OpenAIRE · Solid State Lasers XXXV: Technology and Devices · 2026-03-04 · Petros Androvitsaneas, Zhongze Ren, Pavlo Ivanov, Anna O'Dowd · 新论文 2026-08-09 · 相关度 22.6

英文原题Photonic crystal surface emitting laser bandstructure investigation using Fourier microscopy

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OpenAIRE · IEEE Photonics Technology Letters · 2026-02-15 · Ziyuan Liao, Yufei Wang, Yuan Ma, Yingqiu Dai · 新论文 2026-06-28 · 相关度 34.0

英文原题Quantum Cascade Photonic Crystal Surface-Emitting Laser With Lateral Coupling Cavity at 9.4 μ m

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OpenAIRE · Optics · 2026-02-02 · Bochao Zhang, Minyan Zhang, Lei Li, Jianglang Bie · 新论文 2026-08-09 · 相关度 42.9

英文原题Design of Double-Lattice Photonic Crystal of DUV Laser by ANN-RBF Neural Network

中文摘要本研究设计了一种无需使用任何分布式布拉格反射镜（DBR）即可实现深紫外激光振荡的双晶格光子晶体结构，即光子晶体面发射激光器（PCSEL）。采用平面波展开（PWE）法研究各种结构参数对谐振波长的影响。利用随机森林算法，我们确定晶格常数对谐振波长的重要性为 95.24%。此外，我们通过径向基函数（RBF）网络算法，实现了从目标波长到最优结构参数的双晶格光子晶体逆向设计。对极限学习机（ELM）和反向传播（BP）算法的对比分析表明，基于 RBF 的性能明显优于其他算法的训练结果。训练结果中，测试集晶格常数的平均绝对误差（MAE）为 0.7610 nm，均方根误差（RMSE）为 1.143×10⁻³ nm，平均绝对相对误差（MARE）为 5.489×10⁻³。我们验证了该算法的可靠性，并设计了 13 组具有不同外延结构的光子晶体。与平面波展开法相比，其均方误差（MSE）为 0.6188 nm²。本研究表明，该方法适用于 GaN 基器件中的多种波段和外延结构，为深紫外 PCSEL 的快速迭代提供了一种新方法。

英文摘要In this study, a double-lattice photonic crystal structure was designed to achieve deep ultraviolet lasing without the use of any Distributed Bragg Reflector (DBR), which is called a photonic-crystal surface-emitting laser (PCSEL). The plane wave expansion (PWE) method was used to study the influence of various structural parameters on the resonant wavelength. Utilizing the random forest algorithm, we determined that the importance of the lattice constant to the resonant wavelength is 95.24%. Furthermore, we realized the reverse design of double-lattice photonic crystals from the target wavelength to optimal structural parameters through a radial basis function (RBF) network algorithm. Comparative analysis of the extreme learning machine (ELM) and back propagation (BP) algorithms demonstrated that RBF-based performance was notably superior to the training outcomes of other algorithms. The mean absolute error (MAE) of the lattice constant of the test set in the training results was 0.7610 nm, root mean square error (RMSE) was 1.143×10-3 nm, and mean absolute relative error (MARE) was 5.489×10-3. We verified the reliability of the algorithm and designed 13 groups of photonic crystals with different epitaxial structures. The mean square error (MSE) was 0.6188 nm2 compared with that of the plane wave expansion method. This work demonstrates applicability across various wavebands and epitaxial structures in GaN-based devices, providing a novel approach for the rapid iteration of deep ultraviolet PCSELs.

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Crossref · ACS Applied Materials &amp; Interfaces · 2026-01-28 · Navoda Jayawardana, Matthew T. Larson, Chia-Wei Tu, Wei Wen Wong · 新论文 2026-08-05 · 相关度 16.4

英文原题Low-Threshold InP Nanowire Hetero-Photonic Crystal Surface-Emitting Lasers

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OpenAIRE · Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2026 · 2026-01-01 · Yun-Han Chang, Wen-Chien Miao, Fu-He Hsiao, Yuan-Zeng Lin · 新论文 2026-06-03 · 相关度 41.6

英文原题Monolithic Integration of Metasurface with Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser (PCSEL) for Beam Manipulation in Free Space Optical Communication

中文摘要制造了与光子晶体面发射激光器（PCSEL）单片集成的超表面。该超表面被设计为在特定衍射角处产生左旋和右旋圆偏振光。实验结果表明，每个偏振信道实现了 1.88 Gbit/s 的自由空间传输。

英文摘要A monolithically integrated metasurface with photonic-crystal-surface-emitting-laser (PCSEL) was fabricated. The metasurface was designed to generate left- and right-handed-circular-polarizations at specific diffraction angles. Experimental results show that 1.88-Gbit/s per polarization channel free-space transmission is achieved.

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