通过量子退火优化光子晶体面发射激光器

光子晶体面发射激光器（PCSEL）利用光子晶体内的二维（2D）光学共振实现激射，具有单模高功率运转和光束偏振任意控制等多种优异功能。尽管此前大多数 PCSEL 设计采用空间均匀的光子晶体，但人们预期若能优化光子晶体的空间分布，则可进一步提升激射性能。在本文中，我们研究通过量子退火对 PCSEL 进行结构优化，以实现高功率、窄光束发散角的线偏振运转。PCSEL 的优化通过迭代以下三步进行：（1）激射性能的时域三维耦合波分析，（2）通过因子分解机对激射性能建模，（3）通过量子退火选取最优解。利用该方法，我们成功发现了一种具有能带边缘频率与注入电流非均匀分布的高级 PCSEL，其同时实现了比传统均匀 PCSEL 更高的输出功率、更窄的发散角以及更高的线偏振比。我们的结果潜在地表明了量子退火（迄今主要应用于特定类型的离散优化问题）在智能制造领域的各类物理与工程问题中的普适适用性。