2026-07-14

arXiv · 2026-03-03 · 新论文 2026-06-27 · 相关度 23.7

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、低发散度的激光束而受到广泛关注。这是因为它们能够以比传统半导体激光器大数个数量级的体积实现高功率单模激射。PCSEL 有限的横向尺寸是限制其激射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：表面辐射损耗按照 α_⊥∼O(L^−2) 缩放，而边缘辐射损耗按照 α_∥∼O(L^−3) 缩放。这两种缩放关系均可通过能带图中复频率 ω(k) 的二阶展开来解释。我们的结果为优化 PCSEL 设计提供了明确的指导。

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 $α=α_\perp + α_\parallel$ and the device size $L$ is such that the surface radiation loss scales as $α_{\perp} \sim O(L^{-2})$, while the edge radiation loss $α_{\parallel} \sim O(L^{-3})$. Both scaling relations can be explained by the second order expansions of the complex frequency $ω(k)$ of the band diagram. Our results constitute an explicit guideline for PCSEL designs to optim

为什么与你有关
为什么与你有关：
- 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：适合沉淀成验证指标或参数先验，尤其是 mode volume。

今日必看：优先判断是否进入 PCSEL / CWT / 仿真建模文献库。

arXiv · 2026-02-27 · 新论文 2026-06-27 · 相关度 20.8

英文原题A synergistic approach to optical modeling of PCSELs through rigorous methods and the coupled-wave theory

中文摘要目前已开发出多种用于光子晶体面发射激光器（PCSEL）光学建模的数值和半解析方法。然而，系统比较这些方法的预测能力并确定各自适用范围的框架在很大程度上仍未得到探索。在本工作中，我们提出了一种比较方法：在耦合波理论框架内，对包括严格数值方法和基于有效折射率的方法在内的四种代表性方法进行分析并实现部分混合。以单晶格和双晶格 PCSEL 为代表性模型，我们证明，该方法不仅揭示了严格方法与耦合波理论框架的预测结果之间的根本差异，还能够捕捉与激光运行相关的连续谱束缚态（BIC）的泄漏相和对称性破缺相。

英文摘要A wide range of numerical and semi-analytical approaches has been developed for optical modeling of photonic-crystal surface-emitting lasers (PCSELs). However, a systematic framework for comparing their predictive capabilities and identifying their respective validity limits remains largely unexplored. In this work, we introduce a comparative methodology in which four representative methods-including rigorous numerical and effective-index-based approaches-are analyzed and partially hybridized within a coupled-wave-theory framework. Using single- and double-lattice PCSELs as representative models, we demonstrate that this approach not only reveals fundamental differences between predictions of rigorous methods and the coupled-wave-theory framework, but also captures leaky and symmetry-broken phases of bound states in the continuum (BICs) relevant for laser operation.

为什么与你有关
为什么与你有关：
- 主线关联：更偏photonics / photonic crystal / CWT，可作为 PCSEL 周边器件物理或数值方法补充。
- 可用线索：CWT。
- 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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arXiv · 2025-07-02 · 新论文 2026-06-09 · 相关度 32.9

英文原题POST: Photonic Swin Transformer for Automated and Efficient Prediction of PCSEL

中文摘要本工作基于视觉 Transformer（ViT）方法设计了一种名为 POST 的模型。对于单晶格、双晶格乃至三晶格，以及各种非圆形复杂孔结构，POST 无需人工干预即可快速、准确地预测光子晶体面发射激光器（PCSEL）中光子晶体层的多种光学性质，可作为光场仿真的综合代理模型。在对 PCSEL 的品质因子（Q）和面发射效率（SE）进行预测时，决定系数 R² 分别达到 0.909 和 0.779。此外，该模型每秒可完成近 5,000 次预测，显著降低了仿真成本。POST 预测的精度和速度为未来涉及数十个参数的超复杂模型参数调优奠定了坚实基础。它还能够迅速满足设计

英文摘要This work designs a model named POST based on the Vision Transformer (ViT) approach. Across single, double, and even triple lattices, as well as various non-circular complex hole structures, POST enables prediction of multiple optical properties of photonic crystal layers in Photonic Crystal Surface Emitting Lasers (PCSELs) with high speed and accuracy, without requiring manual intervention, which serves as a comprehensive surrogate for the optical field simulation. In the predictions of Quality Factor (Q) and Surface-emitting Efficiency (SE) for PCSEL, the R-squared values reach 0.909 and 0.779, respectively. Additionally, it achieves nearly 5,000 predictions per second, significantly lowering simulation costs. The precision and speed of POST predictions lay a solid foundation for future ultra-complex model parameter tuning involving dozens of parameters. It can also swiftly meets desig

为什么与你有关
为什么与你有关：
- 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：CWT / AI 代理模型/逆向设计。
- 可转化内容：适合沉淀成验证指标或参数先验，尤其是 quality factor。

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arXiv · 2025-03-14 · 新论文 2026-06-09 · 相关度 32.7

英文原题Towards Efficient PCSEL Design: A Fully AI-driven Approach

中文摘要我们提出了一种完全由 AI 驱动的光子晶体（PhC）设计框架，旨在实现光子晶体面发射激光器（PCSEL）的高效率。通过将 PhC 结构离散为网格，并利用二维高斯曲面的截面表示孔的边缘，我们实现了具有高自由度且便于制造的孔结构设计。耦合波理论（CWT）通过评估 PhC 设计的面发射效率（SEE）和品质因子（Q）生成数据集，多层神经网络（NN）则从这些设计中学习并提取关键特征。最后，采用黑箱优化（BBO）对光子晶体结构进行微调，从而实现完全由 AI 驱动的设计流程。该模型实现了较高的预测精度，其中 SEE 的 Pearson 相关系数为 0.780，经对数变换的

英文摘要We present an fully AI-driven design framework for photonic crystals (PhCs), engineered to achieve high efficiency in photonic crystal surface-emitting lasers (PCSELs). By discretizing the PhC structure into a grid, where the edges of the holes are represented by the cross-sections of two-dimensional Gaussian surfaces, we achieve high-degree-of-freedom and fabrication-friendly hole design. Coupled-wave theory (CWT) generates a dataset by evaluating surface-emitting efficiency ($SEE$) and quality factor ($Q$) of PhC designs, while a multi-layered neural network (NN) learns and extracts essential features from these designs. Finally, black-box optimization (BBO) is employed to fine-tune the photonic crystal structure, enabling a fully AI-driven design process. The model achieves high prediction accuracy, with Pearson correlation coefficients of 0.780 for $SEE$ and 0.887 for the log-transfo

为什么与你有关
为什么与你有关：
- 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：CWT / FDTD。
- 可转化内容：适合沉淀成验证指标或参数先验，尤其是 quality factor。

今日必看：优先判断是否进入 PCSEL / CWT / 仿真建模文献库。

Crossref · 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 39.5

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

中文摘要我们制备了一种与光子晶体面发射激光器（PCSEL）单片集成的超表面。该超表面被设计用于在特定衍射角产生左旋和右旋圆偏振光。实验结果表明，每个偏振信道均实现了 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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- 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 · 2021 27th International Semiconductor Laser Conference (ISLC) · 2021-10-10 · Shumpei Katsuno, Masahiro Yoshida, Koki Izumi, Takuya Inoue · 新论文 2026-05-29 · 相关度 38.0

英文原题29-W Continuous-Wave Operation of Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser (PCSEL)

中文摘要我们展示了采用双晶格结构、圆形谐振器直径为 2 mm 的光子晶体面发射激光器在 29 W 功率下的连续波运行。即使输出功率达到 29 W，也成功实现了极窄发散角（<0.4°）运行。

英文摘要We demonstrate 29-W continuous-wave operation of a photonic-crystal surface-emitting laser with a double lattice structure and a circular resonator diameter of 2 mm. A very narrow divergence angle operation (<0.4°) has been successfully achieved even at 29 W of output power.

为什么与你有关
为什么与你有关：
- 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。

今日必看：优先判断是否进入 PCSEL / CWT / 仿真建模文献库。

Crossref · CLEO 2024 · 2024-01-01 · Chhabindra Gautam, Mingsen Pan, Yudong Chen, Thomas J. Rotter · 新论文 2026-05-29 · 相关度 40.2

英文原题Compact Coherent Photonic Crystal Surface-Emitting Laser Arrays

中文摘要我们报道了一种采用无源耦合 PCSEL 阵列的新型相干光束合成设计。所制备的 GaAs 基阵列的实验结果显示出较高的光束质量、良好的线宽和相干性。

英文摘要We report a novel coherent beam combining design with passively coupled PCSEL array. Experimental results of our fabricated GaAs-based arrays show high beam quality, linewidth, and coherency.

为什么与你有关
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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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arXiv · 2026-07-11 · 新论文 2026-07-14 · 相关度 8.4

英文原题Mid-Infrared Single-Photon Detection via Enhanced Cross-Phase Modulation in Topology-Optimized Epsilon-Near-Zero Dual-Wavelength Nanocavities

中文摘要我们采用具有吸收损耗的开放式谐振纳米结构的格林张量量子化理论，研究集成于双波长纳米腔内、具有有效非线性极化率 χ^(3)(ω) 的纳米尺度 Kerr 型近零介电常数（ENZ）材料中的单光子水平交叉相位调制（XPM）过程。我们推导了混合纳米腔中可实现的 XPM 频移的一般解析公式，该纳米腔可同时俘获波长为 1.5 μm 的经典探测（信号）光束和波长为 3 μm 的单光子泵浦。聚焦于室温下的中红外光子探测，我们全面分析了量子非破坏模式下单光子探测的基本极限，其中在周围的硅（Si）环境中嵌入了一个具有 ENZ 增强 Kerr 型非线性的高迁移率氧化镉（CdO）纳米尺度区域。

英文摘要We use the Green's tensor quantization theory for open resonant nanostructures with absorption losses to study the cross-phase modulation (XPM) process at the single photon level in nanoscale Kerr-type epsilon-near-zero (ENZ) materials with an effective nonlinear susceptibility $χ^{(3)}(ω)$ integrated inside dual-wavelength nanocavities. We obtain general analytical formulas for the achievable XPM frequency shift in a hybrid nanocavity that simultaneously traps a classical probe (signal) beam at 1.5 $μ$m and single photon pump at 3 $μ$m wavelengths. By focusing on mid-infrared photon detection at room temperature, we present a comprehensive analysis of the fundamental limits for single photon detection in the quantum nondemolition modality for a nanoscale region of high mobility cadmium oxide (CdO) with ENZ-enhanced Kerr-type nonlinearity embedded in a surrounding silicon (Si) environmen

为什么与你有关
为什么与你有关：
- 主线关联：更偏photonics / nanocavity / FEM，可作为 PCSEL 周边器件物理或数值方法补充。
- 可用线索：FEM。
- 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。

周末深读：适合作为方法储备，关注能否迁移到光子晶体器件设计。