[发明专利]一种定向输出的圆环微腔激光器

说明书

本发明公开了一种定向输出的圆环微腔激光器，其包括：圆环形微腔谐振腔，所述圆环形谐振腔的部分内壁上刻蚀分布有光栅结构。本发明提供的这种圆环形半导体微腔激光器，通过分布在圆环部分内壁上的光栅结构对输出光的远场进行调控，使得高品质因子的模式能够获得小角度单方向的定向输出。

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及到一种定向输出的圆环微腔激光器，更具体地，本发明涉及具有内壁光栅的圆环形微腔激光器，其中分布在圆环部分内壁上的光栅结构可以实现特定模式的定向输出。通过改变光栅结构的分布数量和角向周期，可以控制模式的远场辐射，使得高品质因子的模式能够获得较小的远场发散角，同时保持较高的定向耦合输出效率。内壁上部分分布的光栅通过对输出光的衍射调控，使得这种圆环形微腔激光器件能够实现高耦合输出效率的小角度定向激光输出。

背景技术

随着信息技术的迅速发展，微电子工艺线宽逐渐接近物理极限，光电子集成成为了信息技术发展的主要目标之一，特别是实现高速光互连和光信息处理等。小型化、高效率、高度集成的集成光子器件是光电子集成发展的基础。因此具有小体积、高品质因子、低阈值和低功耗等优点的光学微腔在光通信、光互连、光信息处理等方面极具潜在的应用价值，是当代信息高速公路技术中最理想的光源。利用模式光线在微腔与空气界面上入射角大于全反射临界角而实现模式限制的回音壁(Whispering-Gallery，WG)型微腔是一种结构简单的光学微腔。圆形微腔是典型的回音壁型光学微腔，具有很高的品质因子，但圆形光学微腔的旋转对称特性使得光场的输出是等方向性的，这种非定向性的输出使得光场很难有效的耦合到自由空间中被利用。因此能够实现高耦合输出效率的定向光场输出是微腔激光器具有实际应用价值的必备条件。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种圆环微腔激光器，其内壁上部分分布有角向光栅结构可以实现高耦合输出效率的定向激光输出。

为达到上述目的，本发明提供了一种定向输出的圆环微腔激光器，其包括：圆环形微腔谐振腔，所述圆环形微腔谐振腔的部分内壁上刻蚀分布有光栅结构。

其中，所述光栅结构的角向周期大小根据定向输出模式的角向量子数确定。

其中，所述光栅结构的角向周期大小与所述定向输出模式的角向量子数满足下式：

α＝360/(v+n)；

其中，α为所述光栅结构的角向周期大小，v为定向输出模式的角向量子数，n的取值范围在1-10之间。

其中，所述光栅结构的光栅数目根据定向输出模式的角向量子数来确定。

其中，所述光栅结构的光栅数目与所述定向输出模式的角向量子数满足下式：

N_g＝(v+n)/m；

其中，N_g为光栅结构的角向周期大小，v为定向输出模式的角向量子数，n的取值范围在1-10之间，m的取值范围在3-9之间。

其中，所述光栅结构垂直分布于所述圆环形微腔谐振腔内壁。

其中，所述圆环形微腔谐振腔与所述光栅结构具有相同的结构和材料，且所述圆环形微腔谐振腔和所述光栅结构包括上限制层、有源区和下限制层。

其中，所述圆环形微腔谐振腔和光栅结构的材料包括各种IV族半导体材料和其化合物以及III-V、II-VI族化合物，有机半导体材料和其他固体激光器的工作物质；所述圆环形微环谐振腔的有源区的结构包括半导体体材料结构、量子阱、量子线、量子点及量子级联结构。

其中，所述光栅结构的刻蚀深度为所述圆环形微腔谐振腔的半径和环宽固定后，使得所述圆环形微腔谐振腔的品质因子达到最大值时的光栅结构的刻蚀深度。