[发明专利]一种双谐振腔与波导的耦合结构

说明书

技术领域

本发明涉及光子集成或光电集成技术领域，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。

背景技术

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 injectedInP/GaInAsP equilateral-triangle-resonator lasers.IEEE Photon.Technol.Lett.19，pp.963-965(2007))、正方形微腔激光器(Y.Z.Huang，etc.Directionalemission InP/GaInAsP 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。

在本发明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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明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，本发明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，本发明具有以下有益效果：

1、本发明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、本发明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、本发明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