1. 引言
1.1. 背景介绍
半导体发光器件(Semiconductor Light Emitting Devices, SLEDs)作为光电子学领域的核心组件，在现代信息技术、量子通信、激光技术以及显示与照明系统中发挥着重要作用。随着信息传输需求的不断增加，尤其是高速光通信、量子信息处理和精密测量领域，传统的半导体发光器件，如平面发光二极管(LED)和激光二极管(LD)尽管具有较高的发光效率和低功耗，但由于光提取效率低、热传导和散热不佳和阈值电流较高，限制了它们在高功率输出和高速调制等高要求应用中的进一步发展。
为了提升器件性能，尤其是在光提取效率、功率密度、稳定性和调制带宽等方面，环形半导体发光器件(Ring-Shaped Semiconductor Light Emitting Devices)作为一种新的结构设计，受到了广泛关注。1980年California大学的A.S. Liao和S. Wang采用GaAs/AlGaAs制造了半环形谐振腔结构的激光器，直径为370 µm，脊宽4 µm，腐蚀深度为0.8 µm。在77 K下，该激光器激射波长达到828 nm [1]。环形结构通过优化光的反馈机制、增强光与载流子的相互作用、减小光损失，显著提升了器件的光输出效率。这些优势使得环形发光器件在高速光通信、量子信息处理以及高精度测量等多个领域展现了巨大的应用潜力。
1.2. 研究意义
环形半导体发光器件的研究价值主要体现在其结构优化所带来的性能提升。环形设计通过增强光反馈效应和局部光场增强，使得器件能够在低功率和低阈值电流下稳定工作，且具有较高的光提取效率。在半导体激光器中，环形结构优化了激光的频率调制能力和输出功率，使其在高速数据传输和量子通信中表现出优异性能。环形光梳光源也因其优越的频率稳定性和调谐特性，在量子密钥分发、光谱学等应用中具有重要意义。此外，环形半导体发光器件还在激光雷达、传感器和显示技术等领域有着广泛的应用前景。环形结构不仅能提高光的输出功率，还能在光频梳、激光器等复杂系统中提供稳定的光源，为更高精度的测量和更高效的通信提供技术支持。
2. 环形半导体发光器件的工作原理
环形半导体发光器件作为新型的光电子器件，在提升器件性能方面具有显著优势。环形设计通过增强光与载流子之间的相互作用、优化光的反馈机制以及减少光损失[2]，在提升光提取效率、降低阈值电流和扩展调制带宽等方面展现了强大的应用潜力。
2.1. 半导体发光器件的基本原理
半导体发光器件的核心原理是电子和空穴的复合过程，产生光子并释放能量。当电流注入或光激发作用下，载流子(电子和空穴)在半导体材料中迁移并最终复合，在复合过程中，电子从导带跃迁至价带，与空穴结合并释放出光子。这一过程是发光的根本机制，其产生的光波长由半导体材料的带隙宽度决定，不同带隙宽度决定了光子的能量，从而决定了发射光的波长[3]。尽管传统的半导体发光器件通过优化材料和结构在一定程度上提高了光输出效率，但由于光在高折射率材料中的传播和反射，部分光被限制在材料内部，导致大部分光无法有效地提取。为解决这一问题，常采用表面微结构、光子晶体和外延生长技术等方法来提高光提取效率，但仍存在一定的局限性。相比之下，环形半导体发光器件通过独特的几何设计，实现了光的多次反射和光场增强，显著减少了光损失并提高了光与载流子的复合效率，显著提升了光提取效率。环形设计通过优化内反射机制，能够在不依赖额外光学器件的情况下优化光的传播路径，使器件在较低的驱动条件下即可实现高效发光，展现出优异的光学性能。
2.2. 环形半导体激光器的工作原理
图1展现了环形半导体激光器的典型构造，包括输入/输出bus波导、耦合器以及环形谐振器，其工作原理是基于光波导和环形谐振腔的结合。
Figure 1. Schematic diagram of the structure of a ring laser
图1. 环形激光器的结构示意图
环形激光器的光波导采用高折射率的InP材料制作，形成封闭的环形结构。光在环形结构中循环，不断增强，并最终通过耦合区域输出。随着注入电流的增加，当达到某一阈值时，增益超过了损耗，激光开始输出。器件支持两个相对传输方向(顺时针CW与逆时针CCW)的行波纵模[4]。光学双稳态以环形波导谐振腔内传播的光作为双稳态的两个基础态，其状态转换源自外部泵浦光，通过调节环形波导电极上的电流，改变载流子浓度与折射率，进而调整谐振光的波长[5]。这种双稳态特性具有自保持性质，无需外部光信号的介入即可维持其稳定状态，通过充分利用这两个传输模式，能够实现较高的数据传输速率和较大的容量。1986年，英国Bristal和Glasgow大学发现了存在于制备的环形激光器中的双稳态现象，如图2。之后M. Sorel小组加入，对由于激光器中的模式竞争而形成的光学双稳态的机理进行了理论分析和仿真研究[6]-[8]。分析存在于环内的两种振荡模式，即顺时针模式(CW)和逆时针模式(CCW)间的线性和非线性作用，制作了图3的环形激光器。荷兰的Hill M，Dorren H在2004年研究小组报道了利用
(a) (b)
Figure 2. Ring laser prepared by the University of Bristol in the UK (a) 1986; (b) 1996
图2. 英国Bristal大学制备的环形激光器(a) 1986年；(b) 1996年
(a) (b)
Figure 3. Ring laser (a) SEM image (b) Nonlinear partition characteristics
图3. 环形激光器(a)SEM图(b)非线性分区特性
Figure 4. Optical storage unit based on dual semiconductor ring laser structure
图4. 基于双半导体环形激光器结构的光存储单元
InP/InGaAsP工艺实现基于双半导体环形激光器结构的光存储单元[9]。利用两个激光器在CW和CCW两种激光振荡模式之间切换，从而实现一个单比特的光存储单元，如图4。实现了开关速度为20ps，开关能量为5.5fJ的高速低开关能量的光存储。
2.3. 环形半导体激光器的特性
环形半导体激光器因环形结构展现了优异的性能特性，环形结构通过增强光反馈和光场局域化效应，有效降低激光器的阈值电流，提高能效、减少功耗。环形激光器通常提供较高的光输出功率，这得益于其光反馈机制的优化，能够减少光损失并最大化光的输出。此外，环形结构稳定的调制能力使其能够在高速数据传输和量子通信等要求高频调制的应用中提供高效支持。环形激光器还表现出较优的频率稳定性，尤其在量子通信和精密测量等对光源频率要求严格的领域。环形结构通过控制腔体尺寸和形状，使得激光器能够实现单模或多模工作模式，从而改善激光输出的均匀性和稳定性。这使得环形激光器在集成光电子系统中具有明显优势，能够与其他光电子器件(如光调制器和探测器)高效集成，形成紧凑且高效的系统[10]。环形结构还通过优化热传导和分散机制，提升了散热和热传导能力，减小了热积累效应，增强了器件的热稳定性和耐高温性能，确保了高功率应用中的可靠性和长寿命。
3. 环形半导体发光器件的材料与结构
环形半导体发光器件的性能提升不仅依赖于几何结构设计，还与所采用的半导体材料、制造工艺和量子结构密切相关。材料的选择和器件的结构设计直接影响光的发射效率、热传导和散热、阈值电流以及稳定性等重要性能指标。环形设计通过优化这些因素，提升了器件的整体性能。
3.1. 常用半导体材料
半导体材料的选择决定半导体发光器件性能，不同材料的带隙和光学特性决定了其在不同波长范围的发光效率和应用范围。半导体发光器件通常采用III~V族半导体材料，如砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和磷化铟(InP)。GaAs(砷化镓)材料适用于发射红外和近红外光的器件。GaN(氮化镓)材料因其宽带隙特性，广泛应用于蓝光和紫外光源。InP(磷化铟)材料常用于高效的光通信器件中，尤其是在长波长范围内具有较好的发光效率。环形结构对材料选择的影响在于它能够有效提高材料的光提取效率和光反馈能力来减少光损失、降低激光器的阈值电流并提高输出功率。
3.2. 环形结构的制造工艺
环形半导体发光器件的制造工艺是决定其质量和性能的关键因素。为了实现高效的环形结构及精准的光学特性，生产过程中采用了外延生长、纳米加工和微加工等多种先进技术。通过外延生长技术，可以在基底上生长单晶薄膜，从而形成高质量的半导体层，确保器件的性能稳定性和高效性。常见的外延生长技术包括分子束外延(MBE)和金属有机化学气相沉积(MOCVD)，这些技术能够精确控制材料的厚度、掺杂浓度以及晶体质量，为器件的高性能提供了重要保障。
在材料的生长优化方面，近年来的研究取得了重要进展。例如，Kataria H在2013年通过MOCVD技术解决了InP/Si基材上的晶格匹配问题，通过引入缓冲层降低了位错，优化了III~V族材料与硅基底之间的界面质量，为单片集成的环形发光器件提供了新的解决方案。该优化使得器件在40 mA电流下能够输出超过5 mW的光功率[11]。另一项重要进展来自Wong，他在2022年采用MOCVD生长了InP/InGaAs多量子阱结构，并有效控制了载流子浓度和迁移率。如图5，他通过设计不同尺寸和形状的微环激光器，Wong实现了低阈值(约50 uJ/cm2)的室温激射，同时激光器展示了优异的频谱纯度和窄线宽特性，进一步提高了环形激光器的性能[12]。
Figure 5. SEM image of etching on material
图5. 材料上蚀刻的SEM图像
在器件图案化过程中，纳米加工技术发挥了至关重要的作用。通过电子束光刻和纳米压印技术，研究人员能够在半导体材料表面精确制作环形结构，优化光传播路径和反馈机制，从而提高光反馈效率，进而提升器件的发光效率。此外，微加工技术在环形结构尺寸、形状和位置的精细调控方面同样具有重要作用。采用干法刻蚀和湿法刻蚀等微加工技术，能够对半导体材料进行精准的切割和图案化，确保环形结构的高精度和高性能。
这些先进技术的融合不仅提升了环形半导体发光器件的整体性能，还为器件的光提取效率和光耦合效率的进一步优化提供了有力支持，为未来高性能环形光电子器件的实现奠定了坚实的基础。
3.3. 量子阱与量子点结构
量子结构(如量子阱和量子点)在半导体发光器件中的应用能够进一步提高器件的发光效率和调制性能。环形结构通过与量子阱和量子点的结合，优化了载流子的注入和复合过程，从而提高器件的性能。量子阱结构能够通过限制载流子在垂直方向上的运动，增强载流子与光的相互作用，进而提升发光效率[13]。量子阱能够通过精确设计其厚度和材料特性，优化光的发射过程，提高光的提取效率。Meng等人在2020年通过优化InGaAs/InGaAsP量子阱的结构参数，提高了激光器的输出功率和工作稳定性，器件室温下最大输出功率为1.8 mW [14]。通过优化生长温度、气体流量、生长速率和金属有机源浓度，研究表明在625℃的生长温度和1 nm/min的生长速率下，可以显著改善量子阱的厚度控制和材料质量，降低缺陷密度。
量子阱微盘结构因其高折射率对比度，能够有效将光学模式限制在微盘内，并与量子阱增益相匹配，从而实现高效激射。早期的研究工作，如Haberer等在2004年采用光电化学刻蚀法制备的蘑菇形GaN/InGaN微盘激光器，成功替代了传统的湿法刻蚀技术，并解决了蓝宝石衬底折射率低导致的垂直光限制问题。在10 K低温下，该激光器在418.2 nm处实现了激射，阈值为12.1 W/cm2。紧接着，Adele等在2006年通过优化微盘直径和提高质量，减少了耦合到量子阱的模式数量，成功实现了室温GaN微盘激光器，其激射阈值低于同期其他研究。
随着微盘激光器技术的进步，研究者们开始探索更广泛的材料系统和应用。例如，Moiseev等在2018年制备了InGaAsN/GaAs量子阱微盘激光器，并首次实现了室温下1.2 μm波段的激射，这为微盘激光器在长波段应用提供了新的可能性。Fu等于2021年则采用高质量同质外延膜和微加工工艺制备了InGaN/GaN多量子阱微盘激光器，在436.8 nm处测得5.2 mJ/cm2的阈值，并对比了GaN和Si衬底的激射性能，发现GaN衬底的低位错密度显著降低了激射阈值，尽管该激光器支持电致发光，但Q值有所下降，仍需进一步优化设计。
除了量子阱微盘，量子点微盘结构因其独特的零维电子态密度和小模式体积，成为半导体微腔研究的另一重要方向。量子点微盘能够实现更高的增益和超低阈值激射，同时由于量子点增益谱的特性，微盘结构易于实现单模激光输出。例如，Michler等在2000年通过分子束外延技术在GaAs衬底上生长了InGaAs量子点微盘激光器[15]，并在900~990 nm波长范围内实现了激射，阈值泵浦密度为20~200 W/cm2。随后，2010年Jaffrennou等在嵌入三个自组装InAs量子点的GaAs/AlAs微柱上实现了5K下的激光发射，阈值泵浦功率为7 mW。Mao等在2011年制备了图6所示的InGaAs量子点微盘激光器在室温下1064 nm波长处成功实现激射，阈值电流为0.45 mA。Lebedev等在2018年利用湿法化学刻蚀技术制备了InP/GaInP量子点微盘腔[16]，并在室温下实现了1 μW的激射阈值，进一步验证了量子点微盘结构在低阈值激射方面的潜力。
(a) (b)
Figure 6. Micro disk laser(a)NSOM diagram of initial structure at 715 nm wavelength(b)SEM image of microdisk formed by wet etching
图6. 微盘激光器(a)波长715 nm初始结构的NSOM图(b)通过湿法蚀刻形成微盘的SEM图
综上，量子阱和量子点微盘激光器的研究在降低激射阈值、提高激光输出效率以及拓展应用波段等方面取得了显著进展。未来的研究将进一步优化微盘结构和衬底材料，以提升器件的整体性能。
4. 不同类型环形半导体发光器件
4.1. 环形激光器
环形激光器是利用环形腔体设计的半导体激光器，其光反馈机制和光传播路径的优化使其在光通信、量子信息和激光雷达等领域具有广泛的应用。环形结构通过增强光反馈、提高光提取效率以及降低阈值电流，显著提高了激光器的性能。
Chen等在2010年主要研究InP/InAlGaAs多量子阱半导体环形激光器的光学双稳态，如图7，该激光器是通过使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀(ICP-RIE)制造的，实现了56 mA的低阈值电流，可以在多环中使用以实现全光存储[17]。它的特点是观察到的光学双稳态具有直接从阈值开始的单向状态，跳过前两个状态，大大减少了应用中所需的注入电流。
(a) (b)
Figure 7. Chen's designed ring laser(a)system structure(b)Shallow etching waveguide, photolithography isolation, and material structure
图7. Chen设计的环形激光器(a)系统结构(b)较浅刻蚀波导、光刻隔离及材料结构
近年来，半导体环形激光器在光混沌通信中的应用取得了显著进展。张定梅在2020年提出了一种基于三个半导体环形激光器的双路径混沌通信新方案[18]。研究表明，在仅依赖自反馈作用时，驱动半导体环形激光器产生的混沌信号质量较差。然而，引入互反馈机制后，混沌信号的质量得到了显著提升。随着传输距离的增加，量化保密通信的性能指标——品质因子逐渐下降，但即使在130 km的传输距离下，品质因子仍保持在6以上，表明该方案能够支持长距离、双通道的安全保密通信。2022年，汤乾凤基于SRL (Spatiotemporal Random Light)构建了一个光混沌保密通信接收端的RC模型，进一步扩展了RC模型在混沌同步和信息解密中的应用[19]。该方法不仅在混沌预测领域拓宽了RC的研究范围，也为光混沌保密通信的发展提供了新的方向。随后，长春理工大学课题组于2023年提出了一种通过将混沌光注入半导体环形激光器，研究系统输出混沌光带宽随反馈系数、注入系数和抽运因子的变化规律[20]。实验结果表明，在有效抑制时延特征的条件下，系统的最大带宽可达到20 GHz，展示了该方案在高速通信中的潜力。
此外，Letsou T P和Kazakov D在2024年研究了互相耦合的半导体环形激光器在生成复杂光学状态方面的表现[21]，如图8。他们的研究发现，一对耦合的半导体环形激光器能够自发生成包含混合模式的频率梳，表现出相位锁定和反交共振现象。实验表明，这些频率梳以亮暗相间的脉冲孤子对形式存在，并在耦合腔内循环，形成“呼吸”态，即亮孤子与暗孤子在时间上重叠。该研究突破了传统光状态的限制，为未来设计复杂的片上耦合激光网络奠定了基础[22]。
Figure 8. Microscope image of QCL coupled track
图8. 耦合赛道QCL的显微镜图像
4.2. 环形发光二极管
环形发光二极管(Ring-LEDs)在传统LED的基础上引入了环形结构，优化了电流注入和光提取路径，从而显著提升了发光效率和光输出强度。环形LED的高效率和均匀光分布使其在显示、照明及生物医学成像等领域得到了广泛应用。
近年来，环形发光二极管(LED)在微型化和高效能方面取得了显著进展。Wang S W等人在2017年采用纳米球光刻技术制造了不同壁宽(120 nm, 80 nm, 40 nm)的环形LED，如图9，并通过减薄管壁精确调整了LED的有效带隙。研究表明，随着壁宽的减小，LED的发射波长出现明显的绿移和蓝移现象，且蓝移幅度随着壁宽减小而增大[23]。光致发光测量结果显示，随着壁宽减小，量子限制斯塔克效应(QCSE)受到抑制，载流子辐射重组寿命显著缩短，且电子和空穴波函数重叠度增加，从而改善了器件的性能。模拟应变分布结果表明，减小壁宽有助于有效抑制QCSE，并改变LED的发射波长，为纳米级LED单片集成的实现提供了潜在解决方案。
(a) (b) (c)
Figure 9. (a) Simulation of strain changes in the active region of nanorings as the ring wall width decreases; (b) Wavelength shift trends for simulated and experimental results; (c) Raman spectra of reference LED and NRLED with different wall widths
图9. (a) 模拟纳米环有源区随环壁宽度减小而产生的应变变化；(b) 模拟和实验结果的波长偏移趋势；(c) 参考LED和不同壁宽的NRLED的拉曼光谱
在2024年的另一项研究中，Zhao J制作了多种平行倒装AlGaN基深紫外微环LED，如图10，并探讨了台面尺寸与光输出功率密度(LOPD)之间的关系[24]。研究发现，当孔与整个台面柱的比例相同时，较小尺寸的LED芯片能够承受更高的电流密度，并提供更高的LOPD。然而，随着环形台面的进一步缩小，由于蚀刻损伤，LOPD开始下降。具体而言，外径为90 µm、内径为22 µm、p-GaN去除区域宽度为8 µm的LED，在650 A/cm2的电流密度下，LOPD为53.36 W/cm2，且在5 A/cm2时，外量子效率为6.17%。
这些结果表明，环形结构和电流密度的优化能够显著提升LED的输出性能，但仍需解决蚀刻损伤等问题，以进一步提升器件的光电转换效率。
Figure 10. Schematic diagram of LED manufacturing process (a) (b) Outer diameter of 90 µm, inner diameter of 28 µm, and region width of 8 µm after removing p-GaN (c)/(d) Large cross-sectional SEM image (e) AFM image of p-GaN layer after micro lithography
图10. LED (a) 制造过程示意图 (b) 外径为90 µm、内部直径为28 µm，去除p-GaN的区域宽度为8 µm (c)/(d) 较大横截面SEM图 (e) 微光刻后p-GaN层台面的AFM图
4.3. 环形光梳光源
光频梳技术通过生成等间距的频率模式，广泛应用于精密测量、光谱学和量子通信等领域。环形光梳光源(Ring Optical Frequency Combs)因其优异的频率稳定性和宽频带特性，成为高精度光谱学和量子信息处理中的理想选择。
近年来，研究者们对环形微谐振器在频率梳生成中的应用进行了深入探讨。2022年，Nie等人通过将微谐振器集成到光纤激光腔中，实现了带宽约10 nm的孤子微梳，并成功提高了模式效率，达到了90.7% [25]。这一成果突显了微谐振器结构在提升孤子生成效率方面的巨大潜力。与此同时，Boggio等人提出了一种基于干涉反向耦合机制的频率梳生成方法，如图11，利用高Q微谐振器与Mach-Zehnder干涉仪的结合，成功实现了低泵浦功率下生成宽带频率梳的目标[26]。该方法相较于传统微环谐振器，在稳定性和生成带宽方面均表现出更优的性能。
此外，Xia等人利用GeSbS材料构建的高Q因数环形微谐振腔，如图12(a)~(c)，成功实现了多样化的频率梳生成，包括带宽达到240 nm的亮孤子微梳和80 nm的暗脉冲梳，展现了环形微谐振腔在频率梳生成中的灵活性与高带宽特性[27]。Shu等人则提出了一种基于AlGaAs-on-insulator平台的新型暗脉冲微梳生成方法，如图12(d)、图12(e)，该方法通过优化环形微谐振腔的设计，显著降低了所需泵浦功率，并提升了生成频率梳的稳定性和效率[21]。
2024年，秦毕晟等人深入研究了被动锁模半导体环形激光器(PML-SRLs)的工作机制，仿真器件如图13，提出了通过优化增益介质、可饱和吸收体和谐振腔长度来实现稳定锁模操作的理论框架[28]。该研究表明，PML-SRLs能够在频率域生成高达百GHz的相干光梳信号，并在时域产生亚皮秒级别的脉冲，为未来高精度光频梳技术的发展奠定了基础。
4.4. 其他环形半导体发光器件的应用
环形结构在光电子器件中的应用已经从传统的环形激光器、环形LED和光梳光源，扩展到更广泛的领域，包括环形光调制器和传感器等。近年来，基于环形结构的高效时能纠缠光子对源、时间孤子生成技术以及光子学条形码等新型器件相继问世，并取得了显著进展。
例如，Grassani等人在2015年采用硅–绝缘体微环谐振器设计，成功实现了高效时能纠缠光子对的
Figure 11. Schematic diagram of ring resonator and reverse coupling structure of interference
图11. 环形谐振器的原理图与干涉的反向耦合结构
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figure 12. Microresonator (a) GeSbS Microresonator, waveguide sidewall (b) GeSbS Microresonator; (c) GeSbS Microresonator, SEM image of silicon cladding waveguide cross-section; (d) Microscope image of AlGaAs Microresonator; (e) SEM image of AlGaAs Microresonator cross-section
图12. 微谐振器(a) GeSbS微谐振器波导侧壁(b) GeSbS微谐振器微谐振器；(c) GeSbS微谐振器硅包层波导截面的SEM图；(d) AlGaAs微谐振器显微镜照片；(e) AlGaAs微谐振器截面的SEM图
Figure 13. Schematic diagram of simulation device
图13. 仿真器件示意图
生成，如图14(a)、图14(b)。通过结合微谐振器的大场增强效应与硅纳米线的强非线性特性，这一研究显著提高了硅波导光源的性能，优化了光谱特性、光对产生率和发射光对的线宽，且大幅缩小了器件的占地面积。通过连续波泵浦，这些光子对的发射时间可在泵浦激光器的相干时间内发生时能纠缠[29] [30]。
此外，2019年，Xue等人提出了一种通过互耦光学谐振腔生成高效时间孤子的方法，如图14(c)。他们通过双谐振腔结构有效提高了能量回收率，克服了单谐振腔系统中能量转换效率低的问题，实验表明双谐振腔结构接近100%的光能量回收率，极大提升了设备的能效[31]。
在更为前沿的研究中，高振华教授与赵永生研究员在2023年开发了基于空间分辨的有机回音壁模式(WGM)异质微环谐振腔光子学条形码，如图15(a)。该光子条形码不仅具备高编码容量，还展现出良好的安全性能，能够覆盖整个可见光范围并通过精确调控电荷转移强度进行优化。这些微环展示出一系列尖锐且可识别的峰值，为光信息记录和安全标签的应用提供了新的解决方案[32]。2024年，Opačak等人结合了半导体Fabry-Perót激光器与无源环形克尔微谐振器技术，提出了一种通过自由运行孤子生成的环形半导体激光器，如图15(b)。研究显示，孤子在激光器内结构稳定，且无需外部光泵即可自发形成，这为激光多模动力学和克尔参数过程的研究提供了新的平台[33]。
(a) (b)
(c)
Figure 14. (a) Transmission spectra based on silicon insulator micro ring resonator; (b) Transmission spectra and pump, signal, and idler wavelengths based on silicon insulator micro ring resonator; (c) Pump circulation generates solitons in a coupled cavity
图14. (a) 基于硅–绝缘体微环谐振器；(b) 基于硅–绝缘体微环谐振器的传输光谱以及泵浦、信号和惰波长；(c) 相互耦合腔中泵循环产生孤子
(a) (b)
Figure 15. (a) Photonic barcode of WGM heterojunction micro ring resonator based on spatial resolution; (b) Microscopic images of QCL ring and waveguide coupler
图15. (a) 基于空间分辨的WGM异质微环谐振腔的光子学条形码；(b) QCL环和波导耦合器的显微镜图像
这些研究展示了环形结构在光电子器件中的多样化应用，从光子对源、孤子生成到安全标签的创新应用，推动了环形半导体发光器件技术的不断发展，且为未来器件性能的进一步提升提供了坚实的基础。
5. 总结
环形半导体发光器件凭借其独特的环形结构，在光提取效率、光反馈优化和调制性能等方面展现了显著的优势。本文综述了环形半导体发光器件的基本工作原理、材料选择、制造工艺、主要分类及其在各个领域中的应用。通过系统分析不同类型的环形发光器件，包括环形激光器、环形LED和环形光梳光源等，深入探讨了它们的实际应用和发展前景。此外，本文还指出了当前环形半导体发光器件在光提取效率、热管理、低阈值电流等方面所面临的技术挑战，并展望了未来可能的解决路径和研究方向。随着材料科学、纳米加工和光电子集成技术的不断发展，环形半导体发光器件在高效光源、量子技术及精密测量等前沿应用中将扮演越来越重要的角色，推动光电子技术的进一步革新。
基金项目
这项工作部分得到了中国国家自然科学基金(第62274048、62464006和62174046号)的支持。
NOTES
*通讯作者。