采用平面工艺制作的定向输出微腔半导体激光器是集成光学回路的理想光源。近十几年来，以微盘为代表的回音壁模式(whispering-gallery mode)微腔激光器引起人们很大的重视。但圆对称的微盘激光器缺乏定向的激光输出，人们往往利用输出波导与微盘实现消逝波耦合或通过改变微盘的对称性来实现定向输出。最近几年，多边形微腔如正三角形、正方形、长方形、六边形等多边形光学微腔也引起人们的重视。多边形光学微腔中也能有高Q 值的类回音壁模式，而且由于不具有圆对称性，其模式特性有利于简单地实现定向光输出。

    黄永箴课题组系统地研究了多边形微腔的模式特性，得出了二维正三角形、正方形和长方形光学微腔的模式场分布和模式波长的解析解，并根据对称性分析了多边形微腔的模式特性。在对称的圆形微腔中，圆周对应的是纵模的场分布，而横模场分布对应是径向的光场分布，这样在圆周上场分布的包络是均匀分布的。而在正方形光学微腔中场分布同时受到纵模和横模场分布的调制，正方形边界上场分布的包络曲线相当于横模场分布。通过时域有限差分数值模拟，他们发现在正方形光学微腔某一边的中点连接一输出波导，一阶横模的Q 值降低较小，而且可高效地从输出波导耦合输出，而基横模的Q 值则大幅度地减少。结果表明在正方形微腔边界的中点引入输出波导，不但可以实现正方形微腔激光器的定向输出，还有进一步的选模功能，有利于单模工作。对折射率为3.2、边长为20微米的正方形光学微腔，当中心点处的输出波导宽度达到2微米，模拟得到的高Q 值模式的Q 值仍然可以大于104。

    利用普通的边发射半导体激光器的外延片，他们成功研制出室温连续激射的边长为10-30微米的正三角形InGaAsP/InP微腔激光器，并实现了边长为20微米的正方形InGaAsP/InP微腔激光器的室温连续激射，阈值电流11 mA。图1 为一正方形微腔激光器在室温下注入电流为20 mA 和40 mA时的输出光谱，在40 mA 下边模抑制比达到30 dB 以上，模式波长的移动是温度升高引起的。

图1 正方形微腔激光器的激光光谱及微腔的扫描电镜照片

    平面工艺制作的定向输出微腔激光器易于与其它光电子器件集成，进一步减小器件尺寸，将能实现单模性更好的定向输出微腔激光器。

    这项工作得到国家自然科学基金(60777028，60723002和60838003)以及国家重大基础研究项目(2006CB302804)的资助。