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光学微腔具有很小的模式体积、超高的品质因子，适合制作极低阈值、高密度集成的微腔激光器，在滤波器、光开关、光调制器、传感器等领域也具有广泛的应用前景。对于微腔激光器来说，能够实现定向发射是其走向实用的关键一步。本论文主要研究了带输出波导的正方形和正三角形微腔激光器的模式特性，主要内容如下：
采用二维FDTD方法和Padé近似研究了带对称输出波导的正方形谐振腔激光器的模式特性，证明了这种结构的激光器具有非常好的模式选择特性和定向发射特性。由于正方形谐振腔中的模式很复杂并且很难实现定向输出，而通过在正方形谐振腔一条边界的中点设置一个与其垂直的条形输出波导，可以大大降低大部分模式的品质因子而使得一阶WG模保持最高的品质因子，有效的抑制了模式竞争，有利于单模工作。通过输出波导可以定向输出正方形谐振腔中的一阶WG模，其输出效率随着输出波导宽度的增加而增加。模拟计算边长α=4μm、输出波导宽度d=0.4μm、折射率为3.2的正方形微腔激光器，得出基模WG模TM10，12和TM11,13的品质因子分别从1.31×105和1.53×105下降到6.70×102和4.51×102，而一阶WG模TM9,13和TM10,14的品质因子则分别从3.50×104和5.03×104下降到5.64×103和7.30×103，比原来谐振腔中品质因子最高的基模WG模高了一个数量级。TM9,13和TM10,14模的耦合输出效率分别为57％和53％左右。
当输出波导设置在正方形谐振腔的非对称位置时，FDTD模拟证明在一定的条件下，我们可以获得基模WG模的定向输出。但在正方形谐振腔激光器中基模WG模还是一阶WG模激射并不象在Fabry-Perot腔激光器那样有很大的区别，在输出波导处是基模即可。通过Marcatili近似可以求得正方形微腔中基模WG模场在边界附近各个极值点的坐标，将输出波导设置在到中点的距离为1/4～1/2边长范围内的极值点上，可以使其具有相对最高的品质因子，而其他的模式品质因子则迅速下降，从而实现了模式选择。以谐振腔边长α=4μm、输出波导宽度d=0.3μm、折射率为3.2的正方形微腔激光器结构为例，将输出波导设置在TM10,12模的第三个极值点也就是距离中点L=1.04μm处， TM10,12的品质因子从1.31×105下降到1.96×103，TM11，13、TM9,13和TM10,14的品质则分别从1.53×105、3.50×104和5.03×104下降到7.99×102、8.53×102和5.56×102，当波导设置在TM10,12模的第四、五个极值点处时，TM10,12的品质因子分别提高到2.59×103和6.80×103。输出波导宽度d=0.32μm时，TM10,12的耦合输出效率达到40％。当波导设置在TM10,12模的第四、五个极值点处时，输出效率分别提高到48％和63％。
对带输出波导的正三角形微腔激光器的模拟发现三角腔中两个简并的基横模都可以实现定向输出，它们的品质因子随着输出波导宽度的增加交替下降，而耦合输出效率交替上升。以边长a=8μm、折射率为3.2的三角形微腔结构为例，波导宽度d=0.4μm时，TM0.28的对称和反对称简并模品质因子分别为3.73×104和1.42×104，输出效率分别为34％和45％；当d=0.6μm时，品质因子分别为6.62×103和1.20×104，输出效率分别为55％和46％。