得益于自身的闭合环路,半导体环形激光器不需要通过光栅或者解理面就可以实现激光的谐振并通过耦合器输出,这使得半导体环形激光器在工艺上比较容易实现。由于具有双稳态特性,这使得它可以广泛应用于光逻辑运算和光存储,开辟了其在光信号处理等领域的广阔前景。由于自身的独特结构,半导体环形激光器在产生混沌信号方面也具有独特的优势。环形波导工艺简单,功能丰富,适合与其他光学器件集成。本文以半导体环形激光器为出发点,对一些相关内容做了较深入的研究,主要包括如下内容:(1)首先调研了半导体环形激光器发展状况、结构分类以及应用方向。(2)设计了一种具有高阶非球面反射镜的环形激光器。通过光线追迹的方法设计出一种高阶非球面反射镜,这种结构可以代替环形激光器的弯曲波导部分,减小弯曲波导的切向损耗。通过与普通的抛物面反射镜结构的对比以及有限时域差分方法的仿真,证明了该结构在光束传播方面的优势。测试结果显示,利用该结构制作的半导体环形激光器的阈值电流为60mA。当偏置电流在140mA时,中心波长为1541nm,边模抑制比大于20dB,自由光谱范围为2.78nm。(3)运用光线追迹和有限时域差分的方法设计并模拟了一种基于椭圆面反射镜的扇形微环激光器。与普通的三角形环形腔相比,由于引入了椭圆形反射镜面使得这种新型的微腔的镜面反射损耗极低(1%),功率传输率为93%,在1576.36nm谐振波长处Q值达到了23318.6。证明了该扇形微环激光器具有高Q值、低损耗的特点。(4)提出了一种适合与半导体环形激光器集成的、容易实现环形激光器调谐的结构。结合严格的耦合波理论、平面波展开以及散射矩阵理论研究了单刻蚀槽结构的反射和透射特性,并研究了严格的耦合波理论的稳定性。在此基础上,设计了一种周期性波导光栅,光栅的槽宽和脊宽分别为1.1μm和7.6μm,光栅的反射谱符合预期的设计目标。最后,结合本文的研究内容和目前的研究进展,对下一步的工作做了展望。