專利名稱：一種高功率半導體環形激光器的制作方法
技術領域：
本發明屬于光通信技術領域，具體涉及一種高功率半導體環形激光器。
背景技術：
隨著半導體激光技術的日趨成熟和應用領域的不斷擴展，高功率半導體激光器的應用范圍已經覆蓋了光電子學的諸多領域，成為當今光電子器件的核心技術，廣泛應用于民用和軍事領域。如何減小或避免光學災變損傷(COD，catastrophic optical damage)所帶來的影響是實現大功率半導體激光器的關鍵技術與重要手段。半導體環形激光器由于不需要像法布里-珀羅激光器中的鏡面那樣提供光反饋，因此在該問題的解決上具有天然的優勢。但是要實現高功率的半導體環形激光器，這對于通常的由環形腔和直波導組合形成的環形腔激光器來說需要更長的器件耦合長度和更小的耦合間距來實現高耦合比，長的耦合器長度不利于器件的小型化，而小耦合間距需要苛刻的器件的工藝制作條件，因此基于以上方式很難實現高功率半導體環形激光器器件。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有的半導體環形激光器輸出功率低的缺點，提出了一種高功率半導體環形激光器。本發明的技術方案是一種高功率半導體環形激光器，包括弧形的內環波導和位于內環波導兩側的第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導，其特征在于，所述內環波導的兩端分別延伸出與第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導平行的第三波導和第四波導，所述第一輸入輸出波導與第三波導構成第一方向耦合器，第二輸入輸出波導與第四波導構成第二方向耦合器，所述第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導位于內環波導相對方的兩端通過弧形的外環波導連接，所述外環波導的半徑比內環波導大，所述外環波導和內環波導通過第一方向耦合器和第二方向耦合器連接構成半導體環形激光器的光學諧振腔。上述外環波導、內環波導、第一輸入輸出波導、第二輸入輸出波導、第三波導和第四波導均為有源脊型波導，所述波導內介質為有源增益介質。本發明的有益效果是本發明通過外環波導、內環波導、第一輸入輸出波導、第二輸入輸出波導、第三波導和第四波導共同構成半導體環形激光器。外環波導產生的大部分光功率通過輸入輸出波導和輸出，小部分的光功率在兩個方向耦合器和處通過消逝場耦合進入內環波導；內環波導產生的大部分光功率通過第三波導和輸出并損耗掉，小部分的光功率在兩個方向耦合器和處通過消逝場耦合進入外環波導，因此通過外環波導、內環波導、 第一方向耦合器和第二方向耦合器可以實現提供激光產生所必須的光反饋的光學諧振腔。 基于此種方式可以實現高功率的半導體環形激光器。
圖1是本發明實施例1的結構原理示意圖。
附圖標記說明外環波導1、內環波導2、第一輸入輸出波導3、第二輸入輸出波導 4、第三波導5、第四波導6、第一方向耦合器7、第二方向耦合器8、第一方向耦合器電極9、第二方向耦合器電極10、半導體環形激光器的電極11。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案做詳細的說明。如圖1所示，一種高功率半導體環形激光器，包括弧形的內環波導2和位于內環波導2兩側的第一輸入輸出波導3和第二輸入輸出波導4，其特征在于，所述內環波導2的兩端分別延伸出與第一輸入輸出波導3和第二輸入輸出波導4平行的第三波導5和第四波導 6，所述第一輸入輸出波導3與第三波導5構成第一方向耦合器7，第二輸入輸出波導4與第四波導6構成第二方向耦合器8，所述第一輸入輸出波導3和第二輸入輸出波導4位于內環波導2相對方的兩端通過弧形的外環波導1連接，所述外環波導1的半徑比內環波導2大， 所述外環波導1和內環波導2通過第一方向耦合器7和第二方向耦合器8連接構成半導體環形激光器的光學諧振腔。上述第一方向耦合器7、第二方向耦合器8處分別配置有第一方向耦合器電極9、 第二方向耦合器電極10用于控制第一方向耦合器7、第二方向耦合器8的耦合比，第一方向耦合器7和第二方向耦合器8通過消逝波耦合方式而輸入輸出光功率。上述內環波導2和外環波導1處均配置有半導體環形激光器的電極11用于激發光學諧振腔產生產生自發輻射以及受激輻射的激光。上述外環波導1、內環波導2、第一輸入輸出波導3、第二輸入輸出波導4、第三波導 5和第四波導6均為有源脊型波導，所述波導內介質為有源增益介質。下面結合圖1對本發明的工作原理做進一步的說明，圖中虛線代表光路。由外環波導1、內環波導2、第一方向耦合器7和第二方向耦合器8構成的光學諧振腔在外電流注入半導體環形激光器的電極11條件下產生自發輻射，可以沿順時針與逆時針兩個方向傳播，當自發輻射光的傳播方向為順時針方向時，外環波導1順時針方向傳播的光功率傳輸至與外環波導1相連接的第二輸入輸出波導4，大部分光功率通過輸入輸出波導4繼續傳播輸出，小部分光功率由于消逝波耦合作用在第二輸入輸出波導4與第四波導6構成的第二方向耦合器8處耦合至第四波導6后繼續傳播，通過與第四波導6相連的內環波導2傳輸至與內環波導2相連的第三波導5，之后大部分光功率通過第三波導5繼續傳播輸出并損耗掉，小部分光功率由于消逝波耦合作用在第三波導5與第一輸入輸出波導3構成的第一方向耦合器7處從第三波導5耦合至第一輸入輸出波導3后繼續傳播至與第一輸入輸出波導3相連的外環波導1，這樣就形成了提供激光產生所必須的光反饋的光學諧振腔，在注入半導體環形激光器的電極11上的外電流達到閾值以上后，光功率在光學諧振腔中循環反復并振蕩加強，則形成順時針方向的激射，同時在第二輸入輸出波導4處得到高功率的順時針方向的激射光功率。當自發輻射光的傳播方向為逆時針方向時，外環波導1逆時針方向傳播的光功率傳輸至與外環波導1相連接的第一輸入輸出波導3，大部分光功率通過輸入輸出波導3繼續傳播輸出，小部分光功率由于消逝波耦合作用在第一輸入輸出波導3與第三波導5構成的第一方向耦合器7處耦合至第三波導5后繼續傳播，通過與第三波導5相連的內環波導2傳輸至與內環波導2相連的第四波導6，之后大部分光功率通過第四波導6繼續傳播輸出并損耗掉，小部分光功率由于消逝波耦合作用在第四波導 6與第二輸入輸出波導4構成的第二方向耦合器8處從第四波導6耦合至第二輸入輸出波導4后繼續傳播至與第二輸入輸出波導4相連的外環波導1，這樣就形成了提供激光產生所必須的光反饋的光學諧振腔，在注入半導體環形激光器的電極11上的外電流達到閾值以上后，光功率在光學諧振腔中循環反復并振蕩加強，則形成逆時針方向的激射，同時在第一輸入輸出波導3處得到高功率的逆時針方向的激射光功率。通過此種方式可以實現順逆兩個方向輸出的高功率半導體環形激光器。第一耦合器電極9和第二耦合器電極10用于調節半導體環形激光器的耦合比。上述實施例中，波導均是采用微細加工的方法在III-V族半導體有源材料上經刻蝕所獲得的。在不斷增大的外電流的持續注入半導體環形激光器的電極11后，通過自發輻射和環形諧振腔的光反饋作用，諧振腔內可產生雙向(順時針和逆時針)激光。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種高功率半導體環形激光器，包括弧形的內環波導和位于內環波導兩側的第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導，其特征在于，所述內環波導的兩端分別延伸出與第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導平行的第三波導和第四波導，所述第一輸入輸出波導與第三波導構成第一方向耦合器，第二輸入輸出波導與第四波導構成第二方向耦合器，所述第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導位于內環波導相對方的兩端通過弧形的外環波導連接，所述外環波導的半徑比內環波導大，所述外環波導和內環波導通過第一方向耦合器和第二方向耦合器連接構成半導體環形激光器的光學諧振腔。
2.根據權利要求1所述的一種高功率半導體環形激光器，其特征在于，上述外環波導、 內環波導、第一輸入輸出波導、第二輸入輸出波導、第三波導和第四波導均為有源脊型波導，所述波導內介質為有源增益介質。
全文摘要
本發明涉及一種高功率半導體環形激光器，包括弧形的內環波導和位于內環波導兩側的第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導，所述內環波導的兩端分別延伸出與第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導平行的第三波導和第四波導，所述第一輸入輸出波導與第三波導構成第一方向耦合器，第二輸入輸出波導與第四波導構成第二方向耦合器，所述第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導位于內環波導相對方的兩端通過弧形的外環波導連接，所述外環波導的半徑比內環波導大，所述外環波導和內環波導通過第一方向耦合器和第二方向耦合器連接構成半導體環形激光器的光學諧振腔。本發明的有益效果是可以實現高功率的半導體環形激光器。
文檔編號H01S5/20GK102412502SQ20111037837
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月24日 優先權日2011年11月24日
發明者姚佳, 王卓然, 袁國慧 申請人:電子科技大學