Numerical study of the low- threshold nanolaser based on quasi-bound states in the continuum supported by resonant waveguide grating structures

纳米激光器 栅栏 材料科学 光电子学 光学 激光器 波导管 时域有限差分法 激光阈值 物理
作者
Yan Meng,Ke Sun,Tingyin Ning,Lina Zhao,Yingying Ren,Yanyan Huo
出处
期刊:Chinese Physics [Acta Physica Sinica, Chinese Physical Society and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences]
卷期号:72 (4): 044202-044202 被引量:6
标识
DOI:10.7498/aps.72.20221894
摘要

As a nanoscale coherent light source, semiconductor nanolaser is a key device for future optoelectronic integrated chips. The obstacle of further miniaturization of the nanolaser is that the loss increases rapidly with the decrease of cavity volume. The bound states in the continuum (BICs) can overcome the high radiative loss. Here, we propose a nanolaser based on quasi-BIC mode supported by all-dielectric resonant waveguide grating (RWG), which can effectively reduce the threshold of nanolaser. The quasi-BIC mode of the waveguide can be excited when the traditional two-part grating becomes a four-part grating. The laser behavior of the quasi-BIC is studied by finite difference-time-domain (FDTD) numerical simulation. The results show that the threshold of the naolaser based on four part-grating RWG is 20.86% lower than that of nanolaser based on two part-grating RWG when subjected to TE-polarized light irradiation. For the TM-polarized light irradiation, the threshold is 3.3 times lower than the threshold for the nanolaser based on four part-grating RWG. We also find that the threshold of the nanolaser under TE-polarized light irradiation is about one order of magnitude lower than that under TM-polarized light irradiation. Because the electric field of the structure is well confined inside the waveguide layer under TE-polarized light, which can enhance the interaction between light and gain materials and reduce the threshold of nanolasers.
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