一种双谐振腔与波导的耦合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种双谐振腔与波导的耦合结构，该结构包括：一个衬底；两个制作于衬底上的谐振腔；以及一个制作于衬底上且位于两个谐振腔之间的条形输出波导。利用本发明专利技术，由于此种结构对波导与谐振腔的间隙要求不高，因此可以有效地解决了原来谐振腔与波导间隙不能做的比较小的问题，并且有效地提高了耦合模式的品质因子和耦合输出效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光子集成或光电集成
，尤其涉及一种高效的双谐振腔与波导 的耦合结构，该结构可以确保高效的耦合输出及高的模式品质因子，实现器件低阈值和高 功率运转。
技术介绍
随着现代信息技术的进步和革新，光电子器件逐渐朝着高密度集成、高效率、低功 耗和微型化方向发展，目前大多数传统的半导体激光器很难实现这一目标。光学微腔通过 全反射来实现对光场的强限制，腔中产生了品质因子极高的回音壁(Wispering-Gallery， WG)模式，具有很小的模式体积、低功耗、超快响应和极低噪声，适合制作极低阈值、高密度 集成的微腔激光器及其阵列，在光集成、光互连、光通讯以及光神经网络等方面有着广泛的 应用前景。能够实现定向光功率输出是微腔激光器具有实际应用价值的必备条件， 在实现定向输出方面，我们研制了带输出波导的正三角微腔激光器(Y.Z.Huang， etc.Room-temperature continuous-wave electrically injectedlnP/GalnAsP equilateral-triangle-resonator lasers. IEEE Photon. Techno 1. Lett. 19， pp. 963-965 (2007))、正方形微腔激光器(Y. Z. Huang, etc. Directionalemission InP/ GalnAsP square-resonator microlasers, Opt. Lett. 33，(2008))和带直输出波导的圆盘 微腔激光器。同时谐振腔与波导的耦合一直以来就倍受人们关注，相关的器件也早已应用 于商业化的光电集成中，但单圆盘与波导之间的侧向耦合受限于模式品质因子较低，耦合 效率也不高。而圆盘与波导间隙的制备也受限于当前的工艺条件，不能做得足够小。而圆 盘与波导的垂直耦合，则受限于材料生长，对键合要求也较高，可重复性差。因此工艺简单 且耦合效率高的波导与圆盘耦合结构一直备受人们关注，现在我们提出一种结构-双圆盘 与波导的耦合结构，用于实现高效率的耦合输出。在本专利技术中采用双谐振腔与波导的耦合结构。在引进波导后，对谐振腔的模式损 耗影响较小，仍然有105量级的品质因子，并且耦合输出效率能达到99%以上，而谐振腔 与波导的间距可以相切、相交，也可以有一定间隙，间隙大小能实现波导与谐振腔的耦合即 可，从而可以实现高效率的谐振腔与波导耦合结构。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种双谐振腔与波导的耦合结构，以克服原来 谐振腔与波导的间隙限制问题，提高耦合模式的品质因子和耦合输出效率。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种双谐振腔与波导的耦合结构，该结构包括一个衬底；两个制作于衬底上的谐振腔；以及一个制作于衬底上且位于两个谐振腔之间的条形输出波导。上述方案中，所述谐振腔具有形成谐振的腔体结构。上述方案中，所述谐振腔具有一含有有下限制层、有源层和上限制层结构，该结构 包括一个制作于衬底上的下限制层；一个制作于下限制层上的有源层，该有源层的形状与下限制层相同；以及一个制作于有源层上的上限制层，该上限制层的形状与下限制层相同。上述方案中，所述条形输出波导为单模波导或多模波导，宽度小于所述谐振腔的 半径。上述方案中，所述条形输出波导为浅刻蚀输出波导，或者为深刻蚀输出波导。上述方案中，所述两个谐振腔结构相同，呈圆柱、圆环或者正方形。上述方案中，所述条形输出波导与所述谐振腔相切、相交或具有一定的间隙，间隙 的大小需要能够保证谐振腔与波导形成有效耦合。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术提供的这种双谐振腔与波导的耦合结构，由于此种结构对波导与谐振腔 的间隙要求不高，因此可以有效的解决了原来谐振腔与波导间隙不能做的比较小的问题， 并且有效的提高了耦合模式的品质因子和耦合输出效率。2、本专利技术提供的这种双谐振腔与波导的耦合结构，由于两个谐振腔对称的放置在 波导的两侧，使得在波导位置的场分布也很强，这些场又可以耦合回圆形谐振腔中去，因此 使得模式损耗小，品质因子高，同时光通过波导定向输出，耦合效率很高。3、本专利技术提供的这种双谐振腔与波导的耦合结构，能实现高效的耦合输出结构， 可用于定向光输出的低阈值、高密度集成的微腔激光器及滤波器等。附图说明为了更清楚地介绍本专利技术的上述目的和优点，本说明将结合实施例及附图来做进 一步的说明，这里谐振腔采用圆形谐振腔结构，其中图1是双圆形谐振腔与波导的耦合结构的俯视图。图2是双圆形谐振腔与波导的耦合结构的立体示意图。图3是波导与圆形谐振腔的几种间隔形状。图 4 是利用二维时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)法进 行数值计算得到的半径为2微米的两个圆形谐振腔在与波导相切的情况下，圆形谐振腔中 TM20,3模和TM24,2模的模式场分布图。图 5 是利用二维时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)法进行 数值计算得到的半径为2微米的两个圆形谐振腔在与宽度为0. 4微米波导间隙为0. 1微米 情况下，圆形谐振腔中TM2Q,3模和TM24,2模附近的模式场分布图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。下面结合图1至图5详细介绍本专利技术请参阅图1、图2所示，本专利技术提供的这种双谐振腔与波导的耦合结构，包括一衬底1，该衬底1的形状为矩形或圆形，衬底的材料可以是公知的IV族半导体 材料和其化合物以及III-V、II-VI、IV-VI族化合物等半导体材料，也可以是有机半导体材 料，衬底上面的分别为两个谐振腔22和波导23，该两个谐振腔22分布于波导23的两侧，；该两个谐振腔22制作在衬底1上，谐振腔22可以是圆柱、圆环或正方形谐振腔 等，这两个谐振腔材料、结构和尺寸等尽量一致，对称分布于波导两侧；该条形输出波导23制作在衬底1上并与谐振腔22的侧面相切、相交叠或有一定 的间隙；其中谐振腔22在垂直于衬底1的方向上为圆形(或多边形)结构，其横截面为矩 形，该谐振腔22包括一下限制层201，该下限制层201与衬底1连接；一有源层202，该有 源区202制作在下限制层201上，其形状与下限制层201相同；一上限制层203，该上限制 层203制作在有源区202上，其形状与下限制层201相同。其中波导23位于两个谐振腔22的两侧，与谐振腔相切，交叠或者有一定间隙，波导 23可以为单模波导或多模波导，该条形输出波导23可以与谐振腔22具有相同的结构和材 料，或者是其他波导材料和结构。波导深度可以是浅刻蚀(弱耦合)或强刻蚀(强耦合)。两个谐振腔22分布于波导23的两侧，在沿输出波导23方向可以级联多个谐振腔 22，这些圆形谐振腔其尺寸可以相同，也可以不相同。根据功能的不同，它们可以对称或非 对称分布于波导23两侧。请再参阅图2，它表示本专利技术的两个实施例，图2是本专利技术中波导23两侧各带有一 个谐振腔22的一个实施例。本专利技术中的耦合结构由谐振腔22和条形输出波导23组成。谐 振腔22和条形输出波导2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双谐振腔与波导的耦合结构，其特征在于，该结构包括：一个衬底；两个制作于衬底上的谐振腔；以及一个制作于衬底上且位于两个谐振腔之间的条形输出波导。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王世江，黄永箴，杨跃德，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]