带输出波导的圆形微腔激光器，涉及一种激光器。设有衬底、谐振腔和输出波导，谐振腔和输出波导制作在衬底上，输出波导与谐振腔耦合连接，谐振腔和输出波导侧面由绝缘层和ｐ型金属电极层包裹；谐振腔设有上下限制层、有源层，下限制层生长在衬底上，有源层生长在下限制层上，上限制层生长在有源层上。由于带有１～４个输出波导，形成４种耦合连接方式，能实现低阈值圆形微腔激光器的耦合输出，以及与其它光电子器件的芯片互连。由于侧面由绝缘层和电极层包裹，可限制谐振腔光场，克服空气限制的微腔激光器因限制侧面粗糙带来的损耗较大，及消逝波延申场占据空间较大和易受临近环境干扰等不利因素，同时实现圆形微腔激光器的端口输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光器，尤其是涉及一种带输出波导的圆形微腔激光器，其中 输出波导起到耦合输出激光和与其它光器件耦合连接的双重作用。
技术介绍
基于光学微腔制作的半导体微腔激光器，由于具有小尺寸、低能耗以及不需要 解理等特点，因此是光子集成回路非常重要组件。尤其是波导耦合型光学微腔激光器， 它激射出来的光可直接通过波导互连，驱动其它光学器件。而圆形微腔，由于其限制 模式的高品质因子和低的模式体积，非常适于低阈值和小尺寸微腔激光器的制作，如文 献 “M.Fujita，K.Inoshita andT.Baba, Electro.Lett.34，278(1998).，，报道的室温连续电 注入激射的圆形微腔激光器，阈值只有150微安。但为了实现微腔激光器的应用，特别 是与其它器件的集成，波导耦合型微腔激光器的制作就变得尤其重要，文献“S.J.Choi， K.Djordjev, S.J.Choi, and P.D.Dapkus, IEEEPhotonics Technol丄ett. 15，1330(2003)” 禾口 “J.V.Campenhout, P.R.Romeo, P.Regreny, C.Seassal， D.V.Thourhout, S.Verstuyft, L.D.Cioccio, J.M.Fedeli, C.Lagahe and R.Baets, Opt.Express.15，6744(2007)” 通过微 盘与波导的垂直耦合，实现微腔激光器的波导耦合输出。最近，文献“F.Ou，X.Y.Li， B.Y.Liu, Y.Y.Huang, andS.T.Ho, Opt.Lett.35, 1722(2010)” 禾口 “S.J.Wang，J.D.Lin, Y.Z.Huang, Y.D.Yang, K.J Che，J.L.Xiao, Y.Du, and Z.C.Fan, IEEEPhotonics Technol. Lett.In press(2010)"通过在平面内微腔与波导的耦合，也实现了圆形微腔激光器的耦合 输出。以上激光器侧面通常都是通过空气来加以限制，这样存在一些缺陷，如由腐蚀 引起的侧面粗糙，会导致光场散射损耗大，不利于谐振腔对光场的限制，波导消逝场占 据空气大，不利于高密度光电器件的集成，以及容易受临近环境的干扰，因此有人提出 通过金属和绝缘层来对微腔激光器加以限制，如文献“Y.Z.Huang，Y.H Hu, Q.Chen, S.J.Wang, Y.Du, Z.C.Fan, IEEE Photonics Technol丄ett. 19，963(2007)” 报道的三角形微 腔激光器，“M.T.Hill，Y.-S.Oei, B.Smalbrugge, Y.Zhu, T.de Vries, P.J.van Veldhoven, F.W M.van Otten, T.J.Eijkemans，J.P.Turkiewicz, H.de Waardt, E J.Geluk, S.H.Kwon, Y.-RLee，R. Notzel, and M.K.Smit, Nat.Photonics 1, 589 (2007) ” 报道的纳米激光器，实 验上均得到比较好的结果。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种带输出波导的圆形微腔激光器。本专利技术设有衬底、谐振腔和输出波导，所述谐振腔和输出波导制作在衬底上， 输出波导与谐振腔耦合连接，谐振腔和输出波导侧面由绝缘层和P型金属电极层包裹； 所述谐振腔设有下限制层、有源层和上限制层，所述下限制层生长在衬底上，所述有源 层生长在下限制层上，所述上限制层生长在有源层上。所述衬底可采用矩形衬底。所述谐振腔可为圆形谐振腔。所述输出波导可为条形输出波导。所述带输出波导的圆形微腔激光器可设1个输出波导，所述1个输出波导与谐振 腔沿径向耦合连接；所述带输出波导的圆形微腔激光器可设2个输出波导，所述2个输出波导成 180°夹角与谐振腔沿径向耦合连接；所述带输出波导的圆形微腔激光器可设3个输出波导，所述3个输出波导成 120°夹角与谐振腔沿径向耦合连接；所述带输出波导的圆形微腔激光器可设4个输出波导，所述4个输出波导成90° 夹角与谐振腔沿径向耦合连接。所述谐振腔和输出波导之和的面积可小于衬底的面积。 所述有源层的形状与下限制层的形状可相同。所述上限制层的形状与有源层的形状可相同。所述有源层的材料折射率大于或小于上限制层和下限制层的材料折射率。所述输出波导的宽度可小于谐振腔直径的1/3。所述输出波导的纵向结构与谐振腔的纵向结构的材料可相同或不相同。所述谐振腔的直径可小于1000 μ m。所述绝缘层可采用SiO2层或Si3N4层等，所述电极层可采用Al层、Au层或 Ti-Au层等。由于本专利技术带有1 4个输出波导，相应形成谐振腔与输出波导具有4种耦合连 接方式，因此能实现低阈值圆形微腔激光器的耦合输出，以及与其它光电子器件的芯片 互连。由于在谐振腔与输出波导侧面均由绝缘层和P型金属电极层包裹，所述绝缘层和 电极层起到对谐振腔光场限制的作用，因此可克服空气限制的微腔激光器因限制侧面粗 糙带来的损耗较大，及消逝波延申场占据空间较大和易受临近环境干扰等不利因素，同 时实现圆形微腔激光器的端口输出。附图说明图1为本专利技术实施例1(带1个输出波导)的圆形微腔激光器二维平面结构示意 图。图2为本专利技术实施例2(带2个输出波导)的圆形微腔激光器二维平面结构示意 图。图3为本专利技术实施例3(带3个输出波导)的圆形微腔激光器二维平面结构示意 图。图4为本专利技术实施例4(带4个输出波导)的圆形微腔激光器二维平面结构示意 图。图5为圆形微腔激光器三维截面示意图。图6为采用二维时阈有限差分方法(finite-difference time-domain，FDTD)进行数值计算得到的一端口微腔激光器横磁模在1.50 1.58 μ m波长区间的模式谐振谱。在 图6中，横坐标为波长(ym)，纵坐标为强度；其中激光器半径为3μιη、侧面由0.2μιη 金和0.22 μ m绝缘介质SiO2限制，金和SiO2材料的折射率分别为0.18+10.2i和1.45，半导体介质有效折射率32，波导宽度为0.8 μ m。图7为带输出波导的圆形微腔激光器在谐振波长1.558 μ m处高品质因子模式的 品质因子随输出波导宽度变化图。在图7中，横坐标为输出波导宽度(μ m)，纵坐标为 品质因子；■为1-port， 为2-port，▲ 3-port, ▼‘port;其中谐振腔半径3 μ m，侧面由 0.2 μ m金和0.22 μ m绝缘介质SiO2限制，金和SiO2材料的折射率分别为0.18+10.2i和 1.45，半导体介质有效折射率3.2。图8为带输出波导的圆形微腔激光器在谐振波长1.569 μ m处高品质因子模式的 品质因子随输出波导宽度变化图。在图7中，横坐标为输出波导宽度(μ m)，纵坐标为 品质因子；■为1-port， 为2-port，▲ 3-port, ▼‘port;其中谐振腔半径3 μ m，侧面由 0.2 μ m金和SiO2材料的折射率分别为0.18+10.2i和1.45，和0.22 μ m绝缘介质SiO2限 制，半导体介质本文档来自技高网...
【技术保护点】
带输出波导的圆形微腔激光器，其特征在于设有衬底、谐振腔和输出波导，所述谐振腔和输出波导制作在衬底上，输出波导与谐振腔耦合连接，谐振腔和输出波导侧面由绝缘层和ｐ型金属电极层包裹；所述谐振腔设有下限制层、有源层和上限制层，所述下限制层生长在衬底上，所述有源层生长在下限制层上，所述上限制层生长在有源层上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：车凯军，蔡志平，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92
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