专利名称：一种高功率半导体环形激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种高功率半导体环形激光器。
背景技术：
随着半导体激光技术的日趋成熟和应用领域的不断扩展，高功率半导体激光器的应用范围已经覆盖了光电子学的诸多领域，成为当今光电子器件的核心技术，广泛应用于民用和军事领域。如何减小或避免光学灾变损伤(COD，catastrophic optical damage)所带来的影响是实现大功率半导体激光器的关键技术与重要手段。半导体环形激光器由于不需要像法布里-珀罗激光器中的镜面那样提供光反馈，因此在该问题的解决上具有天然的优势。但是要实现高功率的半导体环形激光器，这对于通常的由环形腔和直波导组合形成的环形腔激光器来说需要更长的器件耦合长度和更小的耦合间距来实现高耦合比，长的耦合器长度不利于器件的小型化，而小耦合间距需要苛刻的器件的工艺制作条件，因此基于以上方式很难实现高功率半导体环形激光器器件。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的半导体环形激光器输出功率低的缺点，提出了一种高功率半导体环形激光器。本发明的技术方案是一种高功率半导体环形激光器，包括弧形的内环波导和位于内环波导两侧的第一输入输出波导和第二输入输出波导，其特征在于，所述内环波导的两端分别延伸出与第一输入输出波导和第二输入输出波导平行的第三波导和第四波导，所述第一输入输出波导与第三波导构成第一方向耦合器，第二输入输出波导与第四波导构成第二方向耦合器，所述第一输入输出波导和第二输入输出波导位于内环波导相对方的两端通过弧形的外环波导连接，所述外环波导的半径比内环波导大，所述外环波导和内环波导通过第一方向耦合器和第二方向耦合器连接构成半导体环形激光器的光学谐振腔。上述外环波导、内环波导、第一输入输出波导、第二输入输出波导、第三波导和第四波导均为有源脊型波导，所述波导内介质为有源增益介质。本发明的有益效果是本发明通过外环波导、内环波导、第一输入输出波导、第二输入输出波导、第三波导和第四波导共同构成半导体环形激光器。外环波导产生的大部分光功率通过输入输出波导和输出，小部分的光功率在两个方向耦合器和处通过消逝场耦合进入内环波导；内环波导产生的大部分光功率通过第三波导和输出并损耗掉，小部分的光功率在两个方向耦合器和处通过消逝场耦合进入外环波导，因此通过外环波导、内环波导、 第一方向耦合器和第二方向耦合器可以实现提供激光产生所必须的光反馈的光学谐振腔。 基于此种方式可以实现高功率的半导体环形激光器。
图1是本发明实施例1的结构原理示意图。
附图标记说明外环波导1、内环波导2、第一输入输出波导3、第二输入输出波导 4、第三波导5、第四波导6、第一方向耦合器7、第二方向耦合器8、第一方向耦合器电极9、第二方向耦合器电极10、半导体环形激光器的电极11。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做详细的说明。如图1所示，一种高功率半导体环形激光器，包括弧形的内环波导2和位于内环波导2两侧的第一输入输出波导3和第二输入输出波导4，其特征在于，所述内环波导2的两端分别延伸出与第一输入输出波导3和第二输入输出波导4平行的第三波导5和第四波导 6，所述第一输入输出波导3与第三波导5构成第一方向耦合器7，第二输入输出波导4与第四波导6构成第二方向耦合器8，所述第一输入输出波导3和第二输入输出波导4位于内环波导2相对方的两端通过弧形的外环波导1连接，所述外环波导1的半径比内环波导2大， 所述外环波导1和内环波导2通过第一方向耦合器7和第二方向耦合器8连接构成半导体环形激光器的光学谐振腔。上述第一方向耦合器7、第二方向耦合器8处分别配置有第一方向耦合器电极9、 第二方向耦合器电极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通过消逝波耦合方式而输入输出光功率。上述内环波导2和外环波导1处均配置有半导体环形激光器的电极11用于激发光学谐振腔产生产生自发辐射以及受激辐射的激光。上述外环波导1、内环波导2、第一输入输出波导3、第二输入输出波导4、第三波导 5和第四波导6均为有源脊型波导，所述波导内介质为有源增益介质。下面结合图1对本发明的工作原理做进一步的说明，图中虚线代表光路。由外环波导1、内环波导2、第一方向耦合器7和第二方向耦合器8构成的光学谐振腔在外电流注入半导体环形激光器的电极11条件下产生自发辐射，可以沿顺时针与逆时针两个方向传播，当自发辐射光的传播方向为顺时针方向时，外环波导1顺时针方向传播的光功率传输至与外环波导1相连接的第二输入输出波导4，大部分光功率通过输入输出波导4继续传播输出，小部分光功率由于消逝波耦合作用在第二输入输出波导4与第四波导6构成的第二方向耦合器8处耦合至第四波导6后继续传播，通过与第四波导6相连的内环波导2传输至与内环波导2相连的第三波导5，之后大部分光功率通过第三波导5继续传播输出并损耗掉，小部分光功率由于消逝波耦合作用在第三波导5与第一输入输出波导3构成的第一方向耦合器7处从第三波导5耦合至第一输入输出波导3后继续传播至与第一输入输出波导3相连的外环波导1，这样就形成了提供激光产生所必须的光反馈的光学谐振腔，在注入半导体环形激光器的电极11上的外电流达到阈值以上后，光功率在光学谐振腔中循环反复并振荡加强，则形成顺时针方向的激射，同时在第二输入输出波导4处得到高功率的顺时针方向的激射光功率。当自发辐射光的传播方向为逆时针方向时，外环波导1逆时针方向传播的光功率传输至与外环波导1相连接的第一输入输出波导3，大部分光功率通过输入输出波导3继续传播输出，小部分光功率由于消逝波耦合作用在第一输入输出波导3与第三波导5构成的第一方向耦合器7处耦合至第三波导5后继续传播，通过与第三波导5相连的内环波导2传输至与内环波导2相连的第四波导6，之后大部分光功率通过第四波导6继续传播输出并损耗掉，小部分光功率由于消逝波耦合作用在第四波导 6与第二输入输出波导4构成的第二方向耦合器8处从第四波导6耦合至第二输入输出波导4后继续传播至与第二输入输出波导4相连的外环波导1，这样就形成了提供激光产生所必须的光反馈的光学谐振腔，在注入半导体环形激光器的电极11上的外电流达到阈值以上后，光功率在光学谐振腔中循环反复并振荡加强，则形成逆时针方向的激射，同时在第一输入输出波导3处得到高功率的逆时针方向的激射光功率。通过此种方式可以实现顺逆两个方向输出的高功率半导体环形激光器。第一耦合器电极9和第二耦合器电极10用于调节半导体环形激光器的耦合比。上述实施例中，波导均是采用微细加工的方法在III-V族半导体有源材料上经刻蚀所获得的。在不断增大的外电流的持续注入半导体环形激光器的电极11后，通过自发辐射和环形谐振腔的光反馈作用，谐振腔内可产生双向(顺时针和逆时针)激光。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高功率半导体环形激光器，包括弧形的内环波导和位于内环波导两侧的第一输入输出波导和第二输入输出波导，其特征在于，所述内环波导的两端分别延伸出与第一输入输出波导和第二输入输出波导平行的第三波导和第四波导，所述第一输入输出波导与第三波导构成第一方向耦合器，第二输入输出波导与第四波导构成第二方向耦合器，所述第一输入输出波导和第二输入输出波导位于内环波导相对方的两端通过弧形的外环波导连接，所述外环波导的半径比内环波导大，所述外环波导和内环波导通过第一方向耦合器和第二方向耦合器连接构成半导体环形激光器的光学谐振腔。
2.根据权利要求1所述的一种高功率半导体环形激光器，其特征在于，上述外环波导、 内环波导、第一输入输出波导、第二输入输出波导、第三波导和第四波导均为有源脊型波导，所述波导内介质为有源增益介质。
全文摘要
本发明涉及一种高功率半导体环形激光器，包括弧形的内环波导和位于内环波导两侧的第一输入输出波导和第二输入输出波导，所述内环波导的两端分别延伸出与第一输入输出波导和第二输入输出波导平行的第三波导和第四波导，所述第一输入输出波导与第三波导构成第一方向耦合器，第二输入输出波导与第四波导构成第二方向耦合器，所述第一输入输出波导和第二输入输出波导位于内环波导相对方的两端通过弧形的外环波导连接，所述外环波导的半径比内环波导大，所述外环波导和内环波导通过第一方向耦合器和第二方向耦合器连接构成半导体环形激光器的光学谐振腔。本发明的有益效果是可以实现高功率的半导体环形激光器。
文档编号H01S5/20GK102412502SQ20111037837
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者姚佳, 王卓然, 袁国慧 申请人:电子科技大学