基于增强TM模态的三维耦合波理论：用于光子晶体表面发射 Terahertz 量子级联激光器
光学
2026-01-16 v2
摘要
本研究提出并发展了一种增强的三维耦合波理论（3D CWT），用于探讨光子晶体表面发射 Terahertz 量子级联激光器（THz-QCLs）中的光场行为。通过引入有效介电常数增强（EP）模型和自一致迭代（SCI）方法，我们成功解决了在处理金属波导结构时，解析方法遇到的数值色散问题。结果表明，EP 和 SCI 增强的 3D TM 模态 CWT 的计算精度与传统数值仿真方法（如有限差分时域（FDTD））相当，同时大幅度降低了所需的计算资源，包括时间和内存，仅需数十分钟。此外，该方法提供了清晰的物理洞察，揭示了表面发射 THz-QCLs 当前低提取效率的原因。本研究展示了 EP 和 SCI 增强的 3D CWT 作为光子晶体表面发射激光器研究工具的潜力，为未来激光器设计提供了新的理论基础和优化方向。
引用
@article{arxiv.2410.10331,
title = {Enhanced TM-Mode 3D Coupled Wave Theory for Photonic Crystal Surface-Emitting Terahertz Quantum Cascade Lasers},
author = {Mingxi Chen and Tsung-Tse Lin and Li Wang and Hideki Hirayama and Chiko Otani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.10331},
year = {2026}
}
备注
12 pages