[发明专利]正多边形微腔双稳半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种正多边形微腔双稳 半导体激光器，更具体地，本发明涉及具有输出波导的正多边形微腔激光 器，其中不同对称性的模式竞争及其在输出波导上的耦合输出效率不同使 这种正多边形微腔激光器具有输出双稳特性。

背景技术

平面工艺制作的双稳半导体激光器作为光存储和光触发器在光子集 成技术中有着重要的应用。随着现代信息技术的进步与革新，光子集成和 光电子集成有了极大的发展。高效率、低功率和微型化是目前光电子发展 的方向，而目前大多数传统的双稳半导体激光器很难实现这一目标。

光学微腔通过全内反射来实现对光场的强限制，腔中产生了极高品质 因子的回音壁(Wispering-Gallery，WG)模式，具有很小的模式体积和高 品质因子等特点，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。

因此，基于半导体微腔的双稳激光器也引起了人们广泛的关注，如耦 合微盘激光器(S.Ishii，etc.Modal characteristics and bistability in twin microdisk photonic molecule lasers.IEEE J.Sel.Topics Quantum Electron.12， pp.71-77(2006))和微环激光器(M.Sorel，etc.Unidirectional bistability in semiconductor waveguide ring lasers.Appl.Phys.Lett.80， pp.3051-3053(2002))等。其中，耦合微盘激光器是基于可饱和吸收，而微 环激光器是利用逆时针和顺时针模式间的模式竞争来实现双稳输出特性。 但是微盘激光器和微环激光器很难获得定向输出，为了能够获得定向输 出，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 injected InP/GaInAsP equilateral-triangle-resonator lasers.IEEE Photon.Technol.Lett.19， pp.963-965(2007))和正方形微腔激光器(Y.Z.Huang，etc.Directional emission InP/GaInAsP square-resonator microlasers，Opt.Lett.33，(2008))。

而在本发明中采用带输出波导的正多边形微腔来制作双稳半导体激 光器。正多边形微腔中不同对称性模式的品质因子和耦合效率随波导的变 化有着不同的关系，从而可以通过控制波导宽度实现正多边形微腔激光器 的输出双稳特性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种正多边形微腔双稳半导体 激光器，以实现输出双稳特性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种正多边形微腔双稳半导体激光 器，该半导体激光器由平板波导经刻蚀制成，包括一正多边形的谐振腔和 一输出波导，且该输出波导与该正多边形的谐振腔连接或耦合。

上述方案中，该平板波导由下限制层、有源区和上限制层构成，在该 平板波导上刻蚀形成该半导体激光器时，正多边形和波导的外部区域被刻 蚀到下限制层或衬底，而未刻蚀的多边形和输出波导分别作为谐振腔和定 向输出路径，在输出波导的另一端得到光输出。

上述方案中，所述刻蚀采用干法刻蚀或湿法化学腐蚀方式进行；有源 区采用III-V族体材料、量子阱或量子点材料，限制层采用相应的半导体限 制材料。

上述方案中，该谐振腔为正三角形，输出波导的一端与三角形顶点相 连接或耦合，在输出波导的另一端得到光输出，输出波导与谐振腔材料相 同并同时刻蚀成形。

上述方案中，该谐振腔为正方形，输出波导的一端与正方形一边的中 点相连接或耦合，或者与正方形一边偏离中点的位置相连接或耦合，在输 出波导的另一端得到光输出，输出波导与谐振腔材料相同并同时刻蚀成 形。

上述方案中，该半导体激光器通过输出波导宽度的选择，使得对称和 反对称模式具有相同的阈值增益和不同的输出效率，从而实现双稳输出。

(三)有益效果