DE602006000445T2

DE602006000445T2 - Optisches Mikroresonatorkopplungssystem und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE602006000445T2
Application number: DE602006000445T
Authority: DE
Inventors: Robert Morris Indialantic Montgomery; Michael R. Melbourne Lange; Michael Melbourne DeRoy
Original assignee: Harris Corp
Current assignee: Harris Corp
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: CA2542093A1; EP1717614B1; EP1717614A1; JP2006309233A; US7236679B2; DE602006000445D1; US20060239634A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet optischer Resonatoren und insbesondere optischer Mikroresonatoren, die Whispering-Gallery-Moden aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
Telekommunikationssysteme beinhalten großflächige Netzwerke optischer Fasern, die Frequenzmultiplex/-demultiplex-Methoden für optische Kommunikationssignale verwenden. Diese Arten von optischen Kommunikationssystemen benötigen Add/Drop-Filter zum Auswählen einer einzelnen Wellenlänge aus komplexen optischen Signalen, die typischerweise zusammen frequenzgemultiplext sind. Außerdem werden optische Sensoren bei Schmalbandfrequenzen und -wellenlängen verwendet und können eine Add/Drop- oder eine andere Funktionsweise benötigen. Diese Sensoren werden für Beschleunigungsmesser, chemische und biologische Sensoren und ähnliche Anwendungen benötigt.
Vorrichtungen nach dem Stand der Technik für diese Add/Drop-Filter und optischen Sensoren umfassen Fabry-Perot-Strukturen, Wellenleiterringresonatoren und sphärische Resonatoren. Fabry-Perot-Strukturen werden häufig für viele Anwendungen verwendet, weisen aber schwierige Erweiterungen auf einen Multipol auf. Wellenleiterringresonatoren sind planare Strukturen, die bei geringer Komplexität hergestellt werden können und eine einfache Erweiterung auf einen Multipol beinhalten. Ein Nachteil sind ihre hohen Verluste. Sphärische Resonatoren weisen eine kleine Größe und wenig Verlust auf, was sie für begrenzte Anwendungen effizient macht. Sie sind jedoch nicht für einige Anwendungen effizient, die eine Erweiterung auf Multipolfilter benötigen. Andere Mikrokavitätsgeometrien beinhalten Whispering-Gallery-Moden und photonische Kristalle.
1 zeigt eine Mikrosphäre 20 nach dem Stand der Technik, die benachbart zu einer optischen Faser 22 positioniert ist. Eine Einzelmodenfaser ("single mode fiber"; SMF) mit 980 nm und eine optische Pumpe mit 980 nm werden als eine Eingabe verwendet, und die Ausgabe ist eine Einzelmodenfaser mit 1550 nm und ein Laser mit 1550 nm. Die optische Faser 22 ist konusförmig und kann in Kontakt mit der Mikrosphäre 20 gebracht werden, und das evaneszente Licht von der optischen Faser 22 tritt in die Mikrosphäre 20 ein. Es sind ein luftgeleiteter Bereich 24 und verkümmerte ("vestigial") Kerne 26 gezeigt. Die TEi11-Ausbreitungsmode tritt entlang des "Äquators" oder Mittelteils der Mikrosphäre auf. Dies ist ein gut bekanntes Verfahren, das in einer Whispering-Gallery-Mode arbeitet.
Andere Beispiele von Mikrosphären nach dem Stand der Technik, die in Whispering-Gallery-Moden arbeiten, sind entwickelt worden. Beispielsweise die dem California Institute of Technology übertragenen US-Patente Nr. 6,389,197 ; 6,487,233 ; und 6,490,039 offenbaren die Verwendung von Mikrosphären, die auf Whispering-Gallery-Moden-Resonatoren oder -Kavitäten beruhen. Ein optischer Prüfkörper kann evaneszent in zumindest eine Whispering-Gallery-Mode des Resonators eingekoppelt werden. Optische Energie kann in einer Wellenleitermode auch in den Resonator eingekoppelt werden, der im einer Whispering-Gallery-Mode arbeitet. Beispielsweise würde eine Faser in ihrer Wellenleitermode Information in den Resonator, z. B. die Mikrosphäre, einkoppeln. Die Faser kann unter einem Winkel gespalten sein, um eine totale innere Reflexion innerhalb der Faser zu verursachen. Die Energie in der Faser bildet ein evaneszentes Feld und die Mikrosphäre ist in der Fläche des evaneszenten Felds platziert. Falls die Mikrosphärenresonanz mit einer Energie in dieser Faser resonant ist, wird Information in der Faser wirkungsvoll zur Mikrosphäre übertragen. Es können auch Oberflächengitter auf der Mikrosphäre platziert werden. Dies ist vorteilhaft, da Mikrosphärenresonatoren hohe Qualitäts("Q")-faktoren und kleine Abmessungen aufweisen können. Sie können eine Baueinheit für größere faseroptische Systeme bilden. Es ist auch möglich, dass ein fasergekoppelter Laser, der auf einem Whispering-Gallery-Moden-Resonator beruht, an einem Laserverstärkungsmedium und einem winkelpolierten Faserkoppler, wie im 233er-Patent offenbart, ausgebildet ist. Die optische Faser kann dazu eingerichtet sein, Licht bei sowohl der Pumpwellenlänge als auch einer Laserwellenlänge zu leiten, einschließlich einer winkelpolierten Facette, die einen Winkel bezüglich der Faser bildet, so dass die winkelpolierte Facette in Bezug zum anderen Resonator positioniert ist, um Pumplicht bei der Pumpwellenlänge evaneszent in die optische Faser in eine Whispering-Gallery-Mode bei der Pumpwellenlänge einzukoppeln, und auch Licht in einer Whispering-Gallery-Mode bei der Laserwellenlänge evaneszent in die optische Faser einzukoppeln.
Eine Verbesserung nach dem Stand der Technik gegenüber der Verwendung von Mikrosphären sind toroide Mikrokavitäten. Diese Mikrokavitäten können ultrahohe "Q"-Faktoren von ungefähr 100 Millionen und eine oberflächenspannungsinduzierte Kavität im Mikromaßstab aufweisen.
Toroide Mikrokavitäten sind mittels Photolithographie und Ätzmethoden an einem oxidierten Siliziumwafer ausgebildet worden, um Siliziumoxidscheiben zu erzeugen.
Eine Gas-X_eF₂-Ätzung unterätzt die Siliziumoxidscheiben mit einem induzierten Rückfluss des Siliziumoxids, und zwar unter Verwendung von CO₂, um eine glatte toroide Peripherie zu bewirken. Toroide Mikrokavitäten unterstützen Whispering-Gallery-artige Moden an einer Siliziumplattform und können das Modenspektrum im Vergleich zu sphärischen Mikrokavitäten verringern. Mikrotoroiden können im Vergleich zu Mikrosphären auch ein verringertes Modenvolumen aufweisen. Zwei Modenvolumen-Kompressionszustände können eine langsame Kompression und eine schnelle modale Kompression umfassen.
Bei einer konusförmigen Faserkopplung verjüngt sich die Faser in einem Übergang von herkömmlichen Kernleitbereichen zu Luftleitbereichen mit einem verkümmerten Kern an jedem Ende, wie in 1 gezeigt. Sie kann eine Kopplung sowohl zu als auch von einem Mikrotoroid an einem Chip umfassen.
Der ultrahohe "Q"-Faktor und ein kleines Modenvolumen führen zu hohen Zirkulationsintensitäten aufgrund des Kavitätsaufbaufaktors. Optische Fasern, die konusförmig sind, führen zu einem ultraniedrigen Verlust und einer optimalen Kopplung der Mikrokavitäten. Der Kavitätsaufbaufaktor und der nichtlineare Schwellwertpegel können überschritten werden, wie durch die nachstehenden Gleichung angegeben:
P_in = 1 mW P_circ –110 W
V_m –650 μm³ I_circ –2.5 GW/cm²
Es haben auch einige Experimente über stimulierte Raman-Streuung in Mikrosphären stattgefunden. Die stimulierte Raman-Streuung verursacht eine Rotverschiebung einer Pumpe (100 nm Verschiebung in einem Telekommunikationsband). Schwellwertpegel können typischerweise bei 100 Mikrowatt für UHQ-Mikrotoroide liegen, und hohe Quantenwirkungsgrade resultieren aus einem idealen Kopplungsübergang. Ähnliche Ergebnisse können bei Toroidmikrokavitäten auftreten. Die stimulierte Raman-Streuung für Toroidemission ist typischerweise eine Einzelmode.
Eine Vorhersage eines Schwellwerts unter Verwendung einer Bulk-Raman-Verstärkungskonstante (doppelt resonanter Ablauf) kann lauten:
Ein unterkoppelter Minimalschwellwert könnte lauten: Qminex = 2Q0(⇒ T ≈ 11%)
Der Raman-Schwellwert kann auch das Modenvolumen wie folgt beeinflussen:

P:: Raman-Schwellwert
λ_pλ_R:: Pump- und Raman-Emissionswellenlänge
g:: Raman-Verstärkungskoeffizient
C(Γ):: Intermodenkopplungsparameter
Q:: Qualitätsfaktor des Pump- und Raman-Mode

Der stimulierte Raman-Schwellwert kann dazu verwendet werden, das Modenvolumen V_eff abzuleiten:
Obwohl sphärische Resonatoren, Wellenleiterringresonatoren, Fabry-Perot-Strukturen und toroide Mikrokavitäten wie oben angegeben vorteilhaft verwendet worden sind, weisen diese Vorrichtungen immer noch Grenzen auf, wenn optische Fasern gekoppelt sind, obwohl diese Vorrichtungen oft leicht herzustellen sind.
Das Dokument WO 01/61394 beschreibt eine resonante optische Leistungssteuervorrichtung zum Bereitstellen von wellenlängenspezifischer Modulation eines optischen Signalkanals. Das Dokument beschreibt ein Verarbeitungsverfahren und eine Vorrichtung, bei denen Ringe und Teilringe auf eine optische Faser aufgearbeitet werden und um Optofaserringresonatoren herzustellen. Eine optische Faser dient als das Anfangsmaterial zum Herstellen eines ringartigen Resonators mit umlaufender Mode.
Das Dokument WO 02/16986 beschreibt ein optisches Kopplungssystem für Leistungssteuervorrichtungen. In diesem Dokument beschriebene Ausführungsformen verwenden Faserringresonatoren oder Mikrosphärenresonatoren mit umlaufender Mode zu Kopplungszwecken.
Das Dokument WO 01/38905 beschreibt, wie Ringresonatoren thermal abgestimmt werden können, um einen größeren Abstimmbereich bereitzustellen als es mit Strominjektion und elektrooptischen Effekten möglich ist.
US 2005/0013529 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Wellenleiterringresonatorvorrichtungen.
Der Aufsatz "Resonant-Enhanced Evanescent-Wave Fluorescence Biosensing with Cylindrical Optical Cavities" von S. Blair et al. (Appl. Opt. Band. 40, Nr. 4, 1. Februar 2001, Seiten 570–584, XP-002390200) beschreibt die Verwendung von optischen Whispering-Gallery-Modenresonanzen für evaneszentes fluoreszierendes Biosensing. Sphärische und zylindrische Kavitäten werden dazu verwendet, eine Leistungsverbesserung bereitzustellen, und um für evaneszente Wellenerregung von Fluoreszenz im Kontext des Biosensing verwendet zu werden. Das in dem Aufsatz beschriebene Verfahren verwendet eine evaneszente Erregung in der zu einer Whispering-Gallery-Modenebene senkrechten Richtung, welche mit einer dünnen zylindrischen Scheibenkavität erreicht werden kann. Die Fluorosphäre liegt auf der oberen flachen Oberfläche der Kavität auf, auf welcher die Aufnahmeschicht aufgebracht ist, und eine Fluoreszenz wird entfernt von der dominanten Richtung einer Whispering-Gallery-Modenstreuung erfasst.
Der Aufsatz "Vertically and laterally waveguide-coupled cylindrical microresonators in Si3N4 an SiO2 technology" von D. J. W. Klunder et al. (Appl. Physics B-Lasers and Optics B, Band 73, Nr. 5–6, Oktober 2001, Seiten 603–608, XP-002390201) beschäftigt sich mit vertikal und lateral wellenleitergekoppelten zylindrischen Mikroresonatoren. Er beschreibt, dass lateral wellenleitergekoppelte Mikroringresonatoren und vertikal gekoppelte Mikroscheibenresonatoren mit einer Si₃N₄-auf-SiO₂-Technologie mit Luft- und Polymerummantelung realisiert sind.
Der Aufsatz "Feasibility of an all-optical switch based an cylindrical microresonators and liquid crystals" von L. Sirleto et al. (31. Oktober 2002, Proceedings of the SPIE, SPIE, Bellingham, VA, US, Seiten 133–140, XP-002286079) diskutiert die Umsetzbarkeit eines komplett optischen Schalters, der auf einer zylindrischen beruht, was auf der Integration der Möglichkeit eines Mikrokavitätsresonators und organischer Materialien mit großen Nichtlinearitäten beruht. Die Vorrichtung beruht auf einer Silikontechnologie mit Hybridintegration von Flüssigkristallen als nichtlinearem Material.
Das Dokument US2003/0118270 beschreibt einen optischen Wellenleiterkoppler, der einen Resonator umfasst. Der zylindrische Resonator befindet sich in Kontakt mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern.
WO 2005/021451 beschreibt einen Ablauf zum Herstellen von optischen Resonatoren, welche einen niedrigen OH-Pegel aufweisen, zur Verwendung in optischen Oszillatoren.
Die veröffentlichte Patentanmeldung Nr. US 2002/0041730, veröffentlicht am 11. April 2002, offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Resonators an einer optischen Faser, und zwar mittels Erzeugens eines Differentials einer physikalischen Eigenschaft, beispielsweise des Durchmessers, der Dichte, des Brechungsindex' oder der chemischen Zusammensetzung eines Quersegments der Resonatorfaser. Dies kann einige Arten von Nuten umfassen, welche die Resonatoren bilden. Das Resonatorfasersegment kann im Wesentlichen eine umlaufende optische Mode eingrenzen, die sich um den Resonatorfasersegmentumfang herum zumindest teilweise innerhalb des Resonatorfasersegments ausbreitet. Dies ermöglicht im Wesentlichen eine Eingrenzung bzw. Beschränkung einer im Wesentlichen resonanten umlaufenden optischen Mode nahe einer Oberfläche der Faser. Als ein Ergebnis kann eine evaneszente optische Kopplung zwischen umlaufenden optischen Moden und einer optischen Mode auftreten, die vom zweiten optischen Element getragen wird. Verschiedene Methoden zum räumlichen selektiven Erzeugen des Differentials können Maskierung/Ätzung, Maskierung/Abscheidung, Laserbearbeitung, Laserbemusterung und Kombinationen der unterschiedlichen Prozesse umfassen. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von Resonatoren in derselben Faser ausreichend nah zueinander unterzubringen, um eine optische Kopplung zwischen ihnen zu ermöglichen, um eine Frequenzfilterfunktion zum optischen Koppeln mehrerer optischer Elemente, einschließlich optischer Fasern, bereitzustellen. Obwohl der optische Resonator ein gewisses Maß an Kopplung bereitstellen kann, ist er in seiner Verwendung beschränkt und kann keine adäquate Kopplung für Eingabe/Ausgabe-Funktionen bereitstellen. Seine Herstellung erfordert nichtrotierende obere und untere Kapillarröhren, um eine sich herumdrehende optische Faser aufzunehmen, welche die Genauigkeit nicht sicherstellen mögen und eine übermäßige Toleranz aufweisen. Eine begrenzte Lehre zur Verwendung einer einzelnen konusförmigen optischen Faser in der Nähe des Mikrozylinder wird ebenfalls vorgeschlagen. Sie behandelt auch nicht Polarisationsthemen, langsamere Wellenleiterstrukturen, mehrfache Knotenkontakte und die Verwendung von Beschichtungen zum Bereitstellen von Wellenleiterresonanz oder ähnliche Themen.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts des zuvor erwähnten Hintergrundes ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Mikroresonatorkopplungssystem bereitzustellen, das mit Optoquellen-Wellenleitern und Optoaustritts-Wellenleitern arbeiten und kann eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung, wie beispielsweise ein Filter, bilden kann.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung werden mittels eines optischen Mikroresonatorkopplungssystems gemäß Anspruch 1 bereitgestellt, das einen Optoquellen-Wellenleiter umfasst, durch welchen Licht läuft. Ein Mikrozylinder wird benachbart zum Optoquellen-Leiter positioniert und weist einen helixförmigen resonanten Wellenleiter auf, der aus voneinander beabstandeten resonanten Elementen besteht, wie beispielsweise umlaufenden Ridges und einer Brechungsbeschichtung darauf, welcher Licht vom Optoquellen-Leiter optisch auf den Mikrozylinder koppelt. Ein Optoaustritts-Wellenleiter ist benachbart zum Mikrozylinder positioniert und vom Optoquellen-Wellenleiter beabstandet und koppelt Licht vom Mikrozylinder in den Optoaustritts-Wellenleiter.
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung verjüngt sich der Mikrozylinder entlang des resonanten Wellenleiters derart, dass der Mikrozylinder axial relativ zu den Optoquellen- und -austritts-Wellenleitern bewegt werden kann, und zwar zum Abstimmen auf eine ausgewählte Frequenz. Der Optoaustritts-Wellenleiter kann auch benachbart zum Mikrozylinder gegenüber dem Optoquellen-Wellenleiter positioniert sein. Sowohl die Optoquellen- als auch austritts-Wellenleiter können als optische Fasern ausgebildet sein, die axial oder im Wesentlichen quer zum Mikrozylinder ausgerichtet sein können. Die optischen Fasern sind vorzugsweise optische Einzelmodenfaser.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann der resonante Wellenleiter als eine Vielzahl voneinander beabstandeter Ridges bzw. Erhebungen, die in einer Spirale ausgebildet sind, ausgebildet sein. Der Mikrozylinder kann so verjüngt sein, dass die Ridges eine Abstimmung bereitstellen.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung können der Optoquellen-Wellenleiter und der Optoaustritts-Wellenleiter als ein optisches Mikroresonatorkopplungssystem mit vier Anschlüssen arbeiten. Kopplungselemente können am resonanten Wellenleiter ausgebildet sein und damit arbeiten, um Licht vom Optoquellen-Wellenleiter optisch zu koppeln und die Lichtrichtung am Mikrozylinder zu ändern. Diese Kopplungselemente können zum Wechseln der Lichtrichtung um ein vorbestimmtes Maß angewinkelt sein. Der Optoquellen-Wellenleiter und der Optoaustritts-Wellenleiter können beide in einen Kern übergehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden, wenn sie zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden.
1 ist eine bruchstückhafte Zeichnung einer Mikrosphäre nach dem Stand der Technik, die benachbart zu einer optischen Faser positioniert ist, um eine Kopplung zwischen der optischen Faser und der Mikrosphäre bereitzustellen.
2 ist ein Graph, der eine Anzapfungsfeldstärke-Wichteverteilung mit Verzögerung einer Impulsantwort für ein Gaußsches Filter und die Filterantwort relativ zum Frequenzversatz zeigt.
3 ist ein Graph, der die Impulsantwort eines Gaußschen 10 GHz-Durchlassbandfilters und das Feldkopplungsgewicht relativ zur Verzögerung in Millimeter von Glas zeigt.
4 ist ein Graph, der die Bandform für Gaußsche und Butterworthfilter zeigt.
5 ist eine bruchstückhafte Ansicht eines optischen Einzelmodenmikroresonatorkopplungssystem mit vier Anschlüssen gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine bruchstückhafte Seitenansicht, die einen optischen Mikroresonator mit einem resonanten Wellenleiter zeigt, der an einem Mikrozylinder ausgebildet und aus gekoppelten Resonatoren als umlaufenden Ridges gebildet ist.
7 ist ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene, das ein Verfahren zum Bilden des resonanten Wellenleiters als gekoppelte Resonatoren am Mikrozylinder, beispielsweise wie in 6 gezeigt, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine bruchstückhafte teilweise isometrische Ansicht einer Vorrichtung, die zum Bilden des resonanten Wellenleiters an einem Mikrozylinder gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
9 ist ein Graph, der eine geformte Whispering-Gallery-Mode an einem Mikrozylinder und die Feldstärke relativ zum Abstand von der Oberfläche in μm gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Graph, der eine geformte ridge-geführte bzw. -geleitete Welle an einem Mikrozylinder der vorliegenden Erfindung und einen axialen Abstand in μm relativ zu einem radialen Abstand in μm zeigt.
11 ist eine bruchstückhafte Seitenansicht eines optischen Mikroresonatorkopplungssystem, das als ein Filter verwendet wird, und zeigt einen Mikrozylinder mit einem an einem Mikrozylinder ausgebildeten resonanten Wellenleiter gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Graph, der Gleichgewichtszustands-Feldmuster gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung und die Feldstärke relativ zum Abstand von der Wellenleiterachse in μm zeigt.
13 ist ein Graph, der Übergangsfeldmuster in einem Quellen-Wellenleiter und den Abstand von der Wellenleiterachse und die Zeit in Pikosekunden gemäß einem Beispiel des erfindungsgemäßen optischen Mikroresonators zeigt.
14 ist ein Graph, der Übergangsfeldmuster in einem optischen Mikroresonator mit einem Resonator-Wellenleiter gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung und einen Abstand von der Wellenleiterachse in μm relativ zur Zeit in Pikosekunden zeigt.
15 ist eine bruchstückhafte Seitenansicht eines optischen Mikroresonatorkopplungssystem und zeigt Optoquellen- und -austritts-Wellenleiter, die sich in der Nähe des optischen Mikroresonators befinden.
16 ist eine bruchstückhafte Seitenansicht einer Vielzahl von optischen Mikroresonatoren, die zusammengekoppelt sind und eine Mikroresonatorstruktur mit gekoppeltem Wellenleiter gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung bilden
17 ist eine bruchstückhafte isometrische Ansicht, die einen optischen Mikroresonator zeigt, der einen resonanten Wellenleiter und ein Kopplungselement umfasst.
18 ist eine weitere bruchstückhafte isometrische Ansicht, die einen optischen Mikroresonator zeigt, der einen ungeleiteten resonanten Wellenleiter mit breitem Kontakt und ein Kopplungselement aufweist.
19 ist eine bruchstückhafte Seitenansicht zweier Mikrozylinder, die jeweils einen spiralförmigen resonanten Wellenleiter aufweisen und einen erfindungsgemäßen langsamwelligen optischen Mikroresonator bilden.
20 ist ein Graph, der eine EMP-Modellfrequenzantwort für einen 10 μm-Siliziumoxid-Mikrozylinder zeigt, der die resonante Wellenleiterübertragungsfunktion an der vertikalen Achse und die Wellenlänge in Nanometern an der horizontalen Achse gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
21 ist ein Graph ähnlich 20, der aber eine EMP-Modellfrequenzantwort eines 30 μm-Siliziumoxid-Mikrozylinders zeigt und die axialen und radialen Polmoden genauer zeigt, die für alle Durchmesser gemäß der vorliegenden Erfindung getrennt bleiben.
22 ist eine bruchstückhafte Ansicht eines beschichteten Mikrozylinders von ungefähr 9,5 μm mit einer 0,4 μm-Polymerbeschichtung, um einen optischen Mikroresonator gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zu bilden.
23 ist ein Graph, der eine EMP-Modellfrequenzantwort für einen 9,5 μm-Siliziumoxidzylinder zeigt, der mit einem 0,4 μm-Polymer mit einem Index von 1,55 beschichtet ist, um einen optischen Mikroresonator gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zu bilden.
24 ist ein Graph, der ein FDTD("Finite Difference Time Domain"; Finite-Differenzen-Methode im Zeitbereich)-Modell zeigt und den Einfügungsverlust eines optischen Mikroresonators ähnlich dem in 22 gezeigten zeigt, der als ein Drop-Filter gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
25A ist ein Diagramm, das zwei beschichtete ungekoppelte optische Mikroresonatoren zeigt, die als ein Drop-Filter gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
25B ist ein Graph, der ein FDTD-Modell mit dem Einfügungsverlust für die zwei ungekoppelten optischen Mikroresonatoren zeigt, die als ein Drop-Filter gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
26 ist ein Graph, der die Antwort eines optischen Mikroresonators zeigt, der aus einem Mikrozylinder besteht, der einen Film von 300 Nanometer Dicke mit einem Index von 1,55 aufweist, und der den Durchsatz des Optoquellen-Wellenleiters und die Ausgabe des Optoaustritts-Wellenleiters zeigt als auch eine Filterübertragungsfunktion ("filter transfer function"; FTF) in Dezibel als eine Funktion der Wellenlänge in Nanometern.
27 ist ein Graph ähnlich dem Graphen aus 26, der aber den Durchsatz des Optoquellen-Wellenleiters und die Ausgabe des Optoaustritts-Wellenleiters für das Beispiel mit einer Dicke von 400 Nanometern zeigt.
28 ist ein Graph ähnlich den 26 und 27 für Optoquellen- und austritts-Wellenleiter, der aber eine Dicke von 500 Nanometer zeigt.
Die 29–31 sind Graphen ähnlich den 26–28 aber mit Mikrozylindern, die einen Dünnschicht- bzw. Filmindex von 1,50 anstatt eines Dünnschichtindex' von 1,55 aufweisen, wie bei den in den 26–28 gezeigten Graphen.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nun nachstehend unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in welchen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt sein und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Stattdessen werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und sich der Umfang der Erfindung dem Fachmann vollständig erschließt. Gleiche Nummern beziehen sich durchweg auf gleiche Elemente, und es wird eine Prime-Notation verwendet, um ähnliche Elemente in alternativen Ausführungsformen zu bezeichnen.
Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft gegenüber sphärischen Resonatoren, Wellenleiterringresonatoren und Fabry-Perot-Strukturen nach dem Stand der Technik, einschließlich toroider Mikrokavitäten und einfachen zylindrischen Resonatoren, wie mit Bezug zur Patentanmeldungsveröffentlichung '730 beschrieben. Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Mikroresonator, der einen resonanten Wellenleiter umfasst, welcher an einem Mikrozylinder ausgebildet ist, beispielsweise voneinander beabstandete resonante Elemente, wie beispielsweise umlaufende Ridges bzw. Erhebungen, die einen resonanten Wellenleiter am Mikrozylinder zum Koppeln zu und von optischen Eingabe- und -austritts-Wellenleitern bilden. Diese resonanten Elemente könnten Ridges, einige Arten von Nuten, geätzte Oberflächenausgestaltungen, dielektrische Linien oder andere dielektrische Anordnungen oder Beschichtungen umfassen. Whispering-Gallery-Moden an einem Mikrozylinder können eine eindimensionale Strahlausbreitungsbeschichtung und ein effektives Indexprofil verwenden, um eine zylindrische Geometrie bereitzustellen, beispielsweise mit einem 120 μm-Mikrozylinder, n = 1,498, Gaußsche Mode mit 8,3 μm Modenfelddurchmesser am rechten Mikrozylinder und in Wasser eingetaucht, n = 1,33. Zu Erklärungszwecken werden Grundfunktionen eines resonanten Wellenleiters an einem Mikrozylinder gemäß einem nicht-beschränkenden Beispiel der vorliegende Erfindung erklärt.
Ein Wellenleiter an einem Mikrozylinder kann eine homogene Wellenleiterstruktur bilden und kann auf komplexe, gekoppelte Strukturen erweitert werden. Obwohl eine Mikrosphärentechnologie nach dem Stand der Technik eine einfache natürliche Geometrie aufweist und aufgrund ihrer breiten Anwendung in der Biochemie und als ein Füller mit gleichzeitiger einfacher Herstellung gut erhältlich ist, sind Mikrosphären schwierige Strukturen bei der Verwendung in Verbindungs-/Multipolstrukturen. Erfindungsgemäße resonante Mikrozylinderwellenleiter können mittels UV-Laser-Schreibens auf einem sich drehenden Mikrozylinder gebildet werden, beispielsweise mittels Abtrennens von Ridges oder Belichtens eines mit Fotolack beschichteten Mikrozylinders mit einem Licht, wie nachstehend genauer beschrieben.
Licht, das auf den Mikrozylinder mit dem resonanten Wellenleiter auftrifft, kann als um die gekrümmte Oberfläche herum geleitet angesehen werden, und zwar den Mikrozylinder ohne seitliche Führung bildend. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine seitliche Ausbreitung jedoch verhindert mittels Verwendens des resonanten Wellenleiters am Mikrozylinder und mittels Eingrenzens der Energie und mittels Verhinderns, dass die Energie sich den Mikrozylinder axial herunter bewegt und dann ausbreitet. Unter einigen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ist es abhängig von der Ausgestaltung möglich, voneinander beabstandete umlaufende Ridges bzw. Erhebungen am Mikrozylinder zu platzieren, die resonante Elemente, z. B. Resonatoren, bilden und somit eine resonanten Wellenleiter bilden. Es ist auch möglich, eine Glasschicht an der Oberseite des Mikrozylinders zu platzieren, um einen resonanten Wellenleiter zu bilden. Umlaufende voneinander beabstandete Ridges als Resonatoren können ebenfalls am Glas platziert werden. Unter anderen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass sich Licht um den Mikrozylinder herum gegen seine Oberfläche und Ridges bewegen kann oder dass keine zusätzliche Schicht benötigt wird.
In einigen Fällen ist es wünschenswert, die umlaufende Erhebung ("ridge") für den resonanten Wellenleiter um den Mikrozylinder herum zu ätzen. In einem nichtbeschränkenden Beispiel könnte ein Fotolackband an der Faser platziert werden, welches chemisch bei einem Bruchteil eines μm geätzt wird, was ausreicht, um einen resonanten Welleleiter zu bilden. Der Fotolack könnte beispielsweise mit einem Licht von einem Laser belichtet werden. Wenn der Fotolack abgelöst wird, ist jene Faserfläche, die nicht geätzt worden ist, unberührtes Glas und bildet einen resonanten Wellenleiter. Es ist auch möglich, die zwei Mikrozylinder zusammenzukoppeln, und zwar unter Verwendung von präzisen Lithographiemethoden. Es ist auch möglich, die Höhe jeglicher Ridges zu steuern und die Kopplung zwischen Resonatoren zu steuern, die den resonanten Wellenleiter des optischen Mikroresonators bilden. Zwei gekoppelte Resonatoren oder Ridges könnten am selben Mikrozylinder, beispielsweise einer optischen Faser, ausgebildet werden, und zwar mittels Schreibens von zwei Linien oder Ridges und Ätzens der Vorrichtungen, im Vergleich zu Schwierigkeiten beim Stand der Technik, die auftreten, wenn zwei Sphären benachbart zueinander positioniert werden. Ein spiralförmiger resonanter Wellenleiter könnte erfindungsgemäß ausgebildet werden, um als eine langsame Wellenstruktur zu agieren, so dass die Geschwindigkeit von Licht, das sich entlang des Mikrozylinders ausbreitet, verlangsamt wird. Dies ist ähnlich einer Wanderwellenröhre. Anstatt mit elektromagnetischen Wellen wird der erfindungsgemäße optische Mikroresonator jedoch mit Licht verwendet. Eine helixförmige Struktur könnte am Mikrozylinder als eine Spirale oder eine andere Ausgestaltung ausgebildet werden, um einen langsamwelligen optischen Mikroresonator zu bilden.
Der Spiralwindungsabstand kann derart konfiguriert sein, dass dann, wenn die nächste Spiralwindung auftritt, die sich daraus ergebenden Felder nicht in die erste Spiralwindung einkoppeln. Es ist auch möglich, einen langsameren optischen Mikroresonator herzustellen, indem man Spiralwindungen mit einer weiter ausgebildeten Wicklung verwendet. Auch könnten zwei Spiralwindungen miteinander koppeln, was einen langsamwelligen optischen Mikroresonator ergibt.
Der erfindungsgemäße optische Mikroresonator ist vorteilhaft und ermöglicht auch ein Koppeln von Optoquellen- und -austritts-Wellenleitern entlang der Achse des Mikrozylinders. Es gibt erfindungsgemäß verschiedene Wege, diese Wellenleiter mit den optischen Mikroresonatoren zu koppeln. Diese Methoden umfassen ein Ausgestalten eines Optoquellen- oder -austritts-Wellenleiters, beispielsweise einer optischen Faser, senkrecht oder quer zur Achse des Mikrozylinders. Wenn korrekt positioniert, koppelt das Licht, das im Optoquellen-Wellenleiter empfangen wird, in den Mikrozylinder ein und läuft um den Mikrozylinder herum. Als ein nicht beschränkendes Beispiel ist es auch möglich, Kopplungselemente, beispielsweise Beugungsgitter, unter unterschiedlichen Winkeln zum resonanten Wellenleiter hinzuzufügen, beispielsweise unter 90 Grad, so dass sich das Licht ausbreitet und die Richtung ändert oder wechselt. Es ist auch möglich, eine Störung als ein Kopplungselement, beispielsweise eine bei 45 Grad geschnittene Erhebung, ein Brechungsgitter oder eine andere Störung, zwischen zwei Erhebungen zu platzieren, so dass Licht anfänglich in eine Richtung läuft und dann in eine andere Richtung läuft. Das Licht könnte in eine Richtung laufen und der 45 Grad-Schnitt oder -Störung könnte bewirken, dass das Licht in die andere Richtung läuft. Es kann eine Folge dieser Störungen oder Schnitte geben, die mittels Ätzens ausgebildet werden können. Sie können auf der Oberfläche verschiedener resonanter Elemente ausgebildet sein, die den resonanten Wellenleiter bilden. Sie können auch als eine Kerbung hergestellt sein.
Es sollte beachtet werden, dass, falls der optische Mikroresonator breit genug ist, sich eine Lichtwelle aufgrund seiner Breite nicht ausbreiten wird, und die 45 Grad (oder andere Gradzahl)-Störungen oder andere Kopplungselemente beginnen können, das Licht um den Mikrozylinder herum zu bewegen. Es ist möglich, einen breiten bzw. weiten Resonator zu verwenden. Die 45 Grad-Linien können geätzte oder lasererzeugte Erhebungen oder Nuten auf dem Mikrozylinder sein.
Die erfindungsgemäßen zylindrischen optischen Mikroresonatoren können mittels Schreibens eines Musters auf einer optischen Faser gebildet werden, wenn sie sich dreht. Diese optische Faser kann mit einem Fotolack tauchlackiert werden und he rausgezogen werden, während ein ultravioletter Laser den Fotolack belichtet. Während des Laserschreibens kann die optische Faser gedreht und auf eine vorbestimmte Weise axial bewegt werden und jegliches Muster mittels eines Festpositionslaser, ähnlich einer Drehbank, darauf geschrieben werden. Ein Ätzen könnte erfolgen, um den Lack an ausgewählten Flächen zu entfernen. Natürlich könnte der Laser auch bewegbar sein, aber dies würde einen komplizierten Steuermechanismus erfordern.
Da es nötig ist, eine Schreibgenauigkeit bis ein μm bei dieser Art von Ablauf zu erreichen, kann eine Faserferrule für eine präzise Platzierung verwendet werden. Diese Ferrule ist ähnlich einem optischen Faserverbindungselement und umfasst eine sehr präzise Faserführung in ihrer Mitte. Die Faserferrule kann als eine Präzisionskeramik ausgebildet sein, durch welche die Faser läuft. In der vorliegenden Erfindung können erste und zweite voneinander beabstandete Ferrulen optische Fasern aufnehmen und ihnen ermöglichen, zugeführt zu werden. Klemmen greifen in die optisch Faser ein und halten sie in einer ersten Ferrule. Ein Spannfutter kann verwendet werden, um die Ferrule und die Faser zu drehen. Dieser Ablauf wäre immer noch vorteilhaft, selbst wenn es bei der Spannfutterpositionierung eine gewisse Ungenauigkeit gäbe, da die optische Faser mittels der präzise ausgestalteten Ferrulen gehalten wird. Somit sind die Drehachse und die Symmetrieachse bei der Verwendung dieser Ferrulen einander sehr nah. Obwohl zwei Ferrulen gezeigt sind, um die axiale Bewegung zu steuern, können mehrere verwendet werden. Auch braucht, abhängig von der Ausgestaltung, nur eine verwendet werden.
Die Faser kann zur Verwendung als ein Mikrozylinder auf einen Durchmesser von ungefähr 8 bis 10 μm gestreckt werden, und diese dünne Faser wäre immer noch als ein Mikrozylinder verwendbar. Obwohl ein Bereich der Faserdicke für einen Mikrozylinder vorgesehen werden kann, ist eine obere Grenze von bis zu ca. 150 μm möglich, und ein kleinerer Durchmesser von 8 μm ist bei der vorliegenden Erfindung möglich. Die Faser könnte auch durch einen Fotolack gezogen werden, so dass die Oberflächenspannung bewirkt, dass sich der Fotolack entlang der Faser gleichmäßig ausbreitet. Der Druck, der mittels der Oberflächenspannung erzeugt wird, steigt, wenn der Faserradius abnimmt. In dieser Anwendung ist der Druck ungefähr gleich der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, die mittels des Krümmungsradius getrennt wird. Somit würde eine kleinere Faser ein höheres Maß an Druck erzeugen. Ein Laser könnte den Fotolack zum Ätzen oder für eine andere Verarbeitung belichten.
Es ist gut bekannt, dass Licht zwei mögliche Polarisationszustände aufweist, die an einem erfindungsgemäßen zylindrischen optischen Mikroresonator nicht bei derselben Frequenz zur Resonanz kommen müssen. Es ist natürlich wünschenswerter, Licht zu haben, das in einem einzelnen Zustand bei einer einzelnen Frequenz polarisiert ist, so dass die Resonanzen, die mit dem zylindrischen optischen Mikroresonator arbeiten, dieselbe Frequenz für beide Polarisationen aufweisen.
In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die zwei Polarisationszustände bei derselben Resonanzfrequenz in Entartung zu bringen. Dies kann in einem nicht beschränkenden Beispiel mittels Platzierens einer weiteren Schicht oder Beschichtung über dem Mikrozylinder erreicht werden. Diese Beschichtung hätte die passende Dicke und den passenden Brechungsindex gemäß Endnutzungsanforderungen. Die Polarisation kann eingestellt werden und dieselbe Polarisation in beiden Zuständen aufweisen. Beispielsweise sind die Polarisationsresonanzen bei einer Faser mit einem Durchmesser von 10 μm voneinander verschieden und getrennt.
In einem computermodellierten Beispiel kann eine Schicht aus Beschichtungsmaterial mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,5 ungefähr einen halben Mikrometer dich auf den Resonator aufgebracht werden, obwohl eine ungefähr 0,2 bis ungefähr 1,0 μm dicke Beschichtung ein akzeptabler Bereich sein kann und abhängig von der Endnutzung und der Mikrozylinderausgestaltung betreibbar sein kann. Die Polarisationszustände entarten. Dies würde die zwei Polarisationen in dieselbe Frequenz bringen. In diesem Beispiel ist es möglich, dass ein Polymermaterial an der Faser als eine Beschichtungsoberfläche ausgebildet werden könnte, um einen höheren Index aufzuweisen, und als ein permanenter Teil der Struktur ausgebildet werden kann. Beispielsweise könnten Styropor oder andere Kunststoffmaterialien verwendet und über dem Mikrozylinder positioniert werden und eine Dicke für eine passende Polarisation aufweisen.
Zum Zwecke des Verständnisses der vorliegenden Erfindung wird ein weiterer technischer Hintergrund und eine kurze Erklärung betreffend faserwellenlängengemultiplexter Kanäle diskutiert, und zwar bezüglich gekoppelter Felder bzw. Arrays von resonanten Wellenleitern, die mittels Resonatoren oder Ridges am Mikrozylinder gebildet werden.
Die Faserkommunikationsindustrie hat sich auf ein Telekommunikationsgitter von absoluten Frequenzen geeinigt, an dem faserwellenlängengemultiplexte Kanäle angeordnet werden. Das Kommunikationsgitter ist auf Leitungen angeordnet, die um ein integrales Vielfaches von 100 GHz (0,8 mm) von einer absoluten Frequenz von 193,1 THz (1552,52 mm) getrennt sind. Es ist möglich, Unterteilungen dieses Gitters zu verwenden, wie beispielsweise Linien mit 50 GHz Abstand oder Cluster von eng voneinander beabstandeten Wellenlängen, die um eine 100 GHz-Linie herum geclustert sind. Als ein Ergebnis werden Filter und andere Komponenten zum Aufbauen der Netzwerke und Kommunikationssysteme benötigt, die auf dieser WDM-Kanalstruktur beruhen.
Beispielsweise ist ein 10 GHz breiter (–3 dB doppelseitig, 10 Gigabit Bitrate) Kanal, nahe 1552 nm, eine WDM-Grundeinheit, die ohne erhebliche Verschlechterung der Kanalleistung hinzugefügt oder weggelassen werden kann. Es ist oft notwendig, eine Isolation von zumindest 30 dB von benachbarten Kanälen zu erreichen, die 50 GHz voneinander beabstandet sind. Als ein nicht beschränkendes Beispiel der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße optische Mikroresonatorkopplungssystem in einem nicht beschränkenden Beispiel, wie in 6 gezeigt, als ein Einzelmoden-"Ein"- und ein Einzelmoden-"Aus"-Kopplungssystem beschrieben und aufgenommen. Es mag nicht möglich sein, das Ziel eines Kanalverwerfens durch selektives Absorbieren oder Streuen eines einzelnen Kanals zu erreichen und dabei die vergeudete Energie nicht einzusammeln. Diese Annahme ist in diesem nicht beschränkenden Beispiel wichtig, da sie eine Reziprozität zwischen den "Ein"- und "Aus"-Einzelmoden impliziert.
Typischerweise ist die physikalische Größe eines optischen Mikroresonators eine Beschränkung, aber es wird in diesem nicht beschränkendem Beispiel keine Grenze für die physikalische Größe angenommen. Auf dem vorliegenden Niveau können die grundsätzlichen Grenzen der Größe mittels der Physik der Vorrichtung und manchmal mittels Anwendungsanforderungen bestimmt werden.
Die lineare Systemtheorie, die eng verwandte Modenkopplungstheorie und die elektromagnetische Theorie sind in jeglicher Ausgestaltungskonfiguration, die für die vorliegende Erfindung verwendet wird, anwendbar. Die Filterimpulsantwort und die Frequenzantwort können dazu ausgewählt werden, ein Problem zu modellieren, da diese Antworten eine allgemeine hoch entwickelte Theorie darstellen und eine direkte physikalische Einsicht in verschiedene Konfigurationen bereitstellen, die verwendet werden könnten, um die erfindungsgemäßen optischen Mikroresonatoren zu implementieren. Im Allgemeinen wird die Impulsantwort leicht als eine Folge von Anzapfungen entlang einer Faserverzögerungsleitung visualisiert. Um dieses Beispiel zu vereinfachen und schnelle Bewertungen dieser Ansätze zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, eine Näherung mit schwacher Kopplung zu verwenden, zum Beispiel als eine vernachlässigbare Verringerung eines Eingabestrahls. Vorrichtungen, welche die passende Filterfunktion in der Näherung mit schwacher Kopplung durchführen, können umgestaltet werden, um die richtige Gewichtung bei hohen Kopplungsbedingungen zu erreichen.
Typischerweise werden Signale in einer komplexen, in das Basisband übersetzten Darstellung ausgedrückt, und die Trägerfrequenz wird nicht gezeigt. "Pulse" können als kurze Bursts einiger Zyklen von Trägersignalen bei beispielsweise 1500 nm Wellenlänge definiert werden. Somit kann eine Anzapfungsverzögerung eine korrekte Basisbandphase bereitstellen und ein korrekte Trägerphase bereitstellen, und zwar um Größenordnungen stringenter und schwieriger als bei der Basisbandanforderung. Eine Schwierigkeit beim Herstellen tatsächlicher optischer Mikroresonatoren, wie beispielsweise Filtern, ist es, die Trägerphase durch die Struktur eines Filters aufrechtzuerhalten, das physikalisch groß ist. Die Anzapfungsstruktur kann rekursiv sein, wie bei einer umlaufenden Schleife, oder sie kann eine erweiterte Struktur mit einer Anzapfungswichteverteilung sein, die eine gewünschte Impulsantwort darstellt.
Antworten können in der Zeitdomäne aufgrund der Größe und Aufbaukomplexität begrenzt sein, und in der Frequenzdomäne aufgrund von Übersprechungseffekten und Kanalisolierung. Gaußsche Modelle können zum Wichten von Zeit und Frequenz verwendet werden, wenn ein nominales Wichtungsmodell benötigt wird. Es ist bekannt, dass eine Gaußsche Wichtung in beiden Domänen gleichzeitig kompakte Signale erzielen kann, und sie stellt eine Leistung dar, die den meisten angemessenen Wichtungsprofilen für eine Analyse ausreichend nahe kommt.
Ein Beispiel einer gewünschten Bandpassfunktion für ein Gaußsches 10 GHz-Kanal-Filter, das auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist, ist in 2 dargestellt. Dieses Filter isoliert Kanäle bei 50 GHz oder mehr Abstand. Die Anzapfungsfeldstärke-Wichteverteilung mit Verzögerung als eine Impulsantwort für dieses Gaußsche Filter ist in 3 gezeigt.
Filter, wie beispielsweise Butterworth, Chebychev und ähnliche Filter, weisen unterschiedliche Abwägungen bezüglich der Ridgetiefe, In-Band-Welligkeit und/oder anderer Leistungsmaße auf. Die Frequenzantwort von Filtern mit 10 GHz Bandbreite von drei Probearten ist in 4 gezeigt. Der einpolige Butterworth ist die Bandform eines Filters, das auf einem einzigen gekoppelten Resonator beruht. Diese Antwort ist marginal für DWDM-Kanäle (Kanäle mit 10 Bb/Sek bei 50 GHz-Mitten). Ein Filter, das aus zwei gekoppelten Resonatoren gebildet ist, könnte eine Butterworthantwort zweiter Ordnung erzeugen, wenn die Resonatorparameter passend ausgewählt werden.
Wieder bezüglich 3 zeigt dieser Graph eine bessere Auswertung von potentiellen Filtern, die mit der vorliegenden Erfindung arbeiten. Um sich einer Filterleistung wie in 2 gezeigt zu nähern, könnte ein Filter Verzögerungswerte aufweisen, die mit den in 3 gezeigten vergleichbar sind. In diesem Beispiel könnte es eine Pfadverzögerungsdifferenz entsprechend ungefähr 30 Millimetern von Glas zwischen einem ersten Kopplungspunkt und einem letzten Kopplungspunkt geben.
Als ein Beispiel könnte ein Filter mit ähnlicher Funktion wie ein planarer Wellenleiter mit einem Gitterkoppleroverlay gewählt werden. Die Frequenz des Gitters in diesem Beispiel koppelt die geleitete Welle schwach in eine Freiraumwelle ein, die sich unter dreißig Grad zur Ebene des Wellenleiters ausbreitet. Die relative Verzögerung über die Länge des Gitters könnte ausgedrückt werden als L_d = Lg – Lg·cos(30)/n. Ungefähr 90 mm des Wellenleiters können benötigt werden, um dieses Filter zu implementieren. Dieses Beispiel stellt eine Konfiguration dar, die vielleicht nicht so vorteilhaft für einen Add/Drop-Filter ist, weil sie gleichzeitig mit den Wellenlängenbändern koppelt. Verschiedene Wellenlängenbänder koppeln bei verschiedenen Winkeln kleiner als 30 Grad, in welchen eine ausgewählte Wellenlänge einkoppelt. Ein Filter dieser Freiraumkopplungskonfiguration ist im Vergleich zu einem Add/Drop-Filter besser als ein Wellenlängenmultiplexer/-demultiplexer anwendbar.
Um als ein Add/Drop-Filter zu dienen, sollte ein Filter nur mit der Wellenlänge des Kanals, der umgeschaltet wird, zusammenwirken und alle anderen Kanäle ungestört lassen. Dies macht es unpraktisch, einen Add/Drop-Filter zu bauen, der auf einem Koppeln von vielen Moden oder zu vielen Moden beruht. Um als eine einkanalige Add/Drop-Vorrichtung praktikabel zu sein, sollte die Vorrichtung Einzelmode mit Einzelmode koppeln. Das oben gegebene Beispiel könnte dieses Kriterium missachten, da die Freiraumausgabe tatsächlich ein Kontinuum von Moden ist. Der Kanal, der umgeschaltet wird, koppelt effektiv mit einem Bereich der Moden, aber die anderen Wellenlängen sind gestört, da sie mit einem anderen Bereich von Ausgabemoden (Winkel) koppeln. Eine ähnliche Situation tritt bei einem Mehrmoden-Wellenleiterkoppler auf. Die Betriebswellenlänge koppelt eine bestimmte Mode mit einer anderen bestimmten Mode, aber ein Koppeln mit anderen Modensätzen wird auf anderen Wellenlängenkanälen stattfinden.
Bei der vorliegenden Erfindung können die Resonanzstrukturen, wie beispielsweise parallele umlaufende Ridges bzw. Erhebungen, spiralförmige Ridges oder eine Beschichtung oder eine Kombination aus einem, zweien oder allen dreien, die einen erfindungsgemäßen resonanten Wellenleiter bilden, verwendet werden, um kompaktere Filterstrukturen zu erreichen, welche Verzögerungen mittels mehrfachen Wiederverwendens desselben Pfads durch Rezirkulation erreichen. Solche Strukturen besitzen eine Impulsantwort, die aus einer exponentiell abnehmenden Folge von Pulsen bestehen, die um eine Zeit voneinander beabstandet sind, die gleich der Laufzeit um die Rezirkulationsstruktur herum ist. Diese Folge von gleich beabstandeten Pulsen stellt ein Filter mit mehreren Durchlassbändern dar, die periodisch in der Frequenzdomäne mit einem Frequenzabstand oder einem freien Spektralenbereich auftreten, der gleich dem Reziproken des Pulsabstands ist. Resonanzstrukturen, die den resonanten Wellenleiter für einen optischen Mikroresonator bilden, können die benötigten langen Verzögerungen in kompakten Strukturen erreichen.
Ein optischer Einzelmodenmikroresonator mit vier Anschlüssen 30 in einem nichtbeschränkenden Beispiel der vorliegenden Erfindung ist in 5 gezeigt. Der optische Mikroresonator 30 bildet eine optische Mikroresonatorkopplungsanordnung aufgrund des Optoquellen-Wellenleiters 32 und des Optoaustritts-Wellenleiters 34. Licht wird im Optoquellen-Wellenleiter 32, beispielsweise einer optischen Faser, empfangen. Das Licht wird am Mikroresonator 30 empfangen und tritt aus dem optischen Wellenleiterausgang 34 aus. Die Resonanzstrukturen in einigen Vorrichtungen nehmen jedoch allgemein die Form von Whispering-Gallery-Moden in Sphären oder planaren Wellenleiterringen an, aber in der vorliegenden Erfindung sind sie den Mikrozylindern zugeordnet. Ein Nachteil von Mikrosphären ist ihre Verwendung als optische Koppler, der für eine effiziente Sphärenmodellerregung notwendig sind.
Im Gegensatz zu Mikrosphären mangelt es Whispering-Gallery-Moden in Mikrozylindern typischerweise an der Eingrenzung der Felder in der seitlichen Richtung. Gemäß einem nicht-beschränkenden Beispiel der vorliegenden Erfindung kann eine Begrenzung jedoch mittels umlaufenden Erhebungen bzw. Ridges bereitgestellt werden, die einen resonanten Wellenleiter an der Oberfläche des Mikrozylinders bilden. Der Mikrozylinder könnte auch eine Beschichtung aufweisen. Unter einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein resonanter Wellenleiter, der aus Ridges oder einer Spirale von Ridges desselben oder eines anderen Materials als dem des Mikrozylinders besteht, vorteilhaft. Verschiedene resonante Wellenleiter könnten an einem Mikrozylinder ausgebildet sein und miteinander gekoppelt oder ungekoppelt sein.
Beispielsweise könnten voneinander beabstandete Gruppierungen von Ridges verschiedene resonante Wellenleiter bereitstellen.
Der herkömmlichen Praxis von an planaren Oberflächen ausgebildeten Wellenleitern folgend, kann ein Wellenleiter an einem Mikrozylinder ausgebildet sein, und zwar mittels Bildens einer Erhebung aus transparentem Material, das auf der Oberfläche des Mikrozylinders abgeschieden wird. Falls diese Ausgestaltung für ungefähr 1,5 μm Wellenlängen fortgesetzt wird, können die Erhebungen bzw. Ridges typischerweise einige μm breit, ein oder zwei μm dick sein und einen Brechungsindex aufweisen, der etwas größer als der des Mikrozylinders ist.
Ein Beispiel einer Mikrozylinderstruktur ist in einer Anwendung nach Referenz '730 gezeigt, aber eine verbesserte Struktur ist in 6 gezeigt. Als ein nicht-beschränkendes Beispiel sind zwei Resonatoren als Ridges 40, 41 am Mikrozylinder 42 ausgebildet und bilden einen resonanten Wellenleiter. Nur zwei Ridges bzw. Erhebungen sind zum Zweck der Beschreibung gezeigt, aber es könnten typischerweise auch viele verwendet werden. Ein typisches Eingabe/Ausgabe-Kopplungssystem wird mittels Verwendens zweier gekoppelter Wellenleiter 48, 50 gebildet, die in diesem nicht-beschränkenden Beispiel als optische Fasern ausgebildet sind. Die Kreise, die benachbart zu den Ridges positioniert sind, zeigen Querschnitte des Optoquellen-Wellenleiters an, d. h., Eingabeanschluss und Optoaustritts-Wellenleiter, d. h., Ausgabeanschluss, und funktionieren als Koppler. Die Resonatoren oder Erhebungen bzw. Ridges 41, 40 können direkt mittels Feldüberlagerung aufgrund der räumlichen Nähe der zwei Resonatoren oder Ridges gekoppelt sein. Der Wellenleiter kann auch mittels eines ausgewählten transparenten Materials mit einem höheren Index als dem des Mikrozylinderkörpers gebildet werden und als eine Beschichtung 40a, 41a über den Ridges aufgebracht werden, oder in einigen Fällen wird die Beschichtung nur über dem Mikrozylinder aufgebracht. Die Beschichtung könnte aus Polyethylen, Polyamid oder Glas über den Ridges 41, 40 oder am Quarzglas-Mikrozylinder ausgebildet sein. Andere Materialien könnten verwendet werden. Allein diese Beschichtung könnte als der resonante Wellenleiter wirken, oder als Ridges, die in der Beschichtung entwickelt sind. Eine Abstimmung kann manchmal mittels Bewegens des Mikrozylinders und seines resonanten Wellenleiters relativ zum Optoquellen-Wellenleiter bereitgestellt werden. Die gestrichelten Linien 45 zeigen eine mögliche Neigung an (übertrieben dargestellt), die eine im Mikrozylinder ausgebildete Neigung anzeigen kann. Sie mag nur μm betragen, aber ausreichen, um eine Abstimmung bereitzustellen. Auch sollte beachtet werden, dass die Höhe, der Abstand und der Winkel der Ridges Abstimmungs- und Polarisationseigenschaften beeinflussen könnte.
Viele Resonatoren oder Ridges können auf einem einzigen Mikrozylinder hergestellt werden, und zwar mit einem hohen Grad an Steuerung und Flexibilität in der Kopplung zwischen ihnen. Beispielsweise können komplexe mehrfache Filter mittels Kaskadierens vieler Resonatoren gebildet werden, um eine Anzahl von verschiedenen resonanten Wellenleitern an einem einzelnen Mikrozylinder mit gesteuerter Kopplung entlang des Mikrozylinders zu bilden. Eine Abstimmung könnte mittels Neigens des Mikrozylinders derart erreicht werden, dass benachbarte Resonatoren oder Erhebungen bzw. Ridges an separaten resonanten Wellenleitern unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Beispielsweise könnte eine Abstimmung auch mittels mechanischen Gleitenlassens eines Mikrozylinders entlang seiner Achse erreicht werden, um zu ändern, welche Folgen von Ridges oder Resonatoren mit Optoquellen- oder -austritts-Wellenleitern betreibbar sind und somit welcher optische Mikroresonator mit einem Optoquellen-Wellenleiter betreibbar ist. Eine Langsamwellenstruktur könnte mittels Anordnens einer langen Kette von Resonatoren oder Ridges mit der geeigneten Kopplung zwischen ihnen gebildet werden. Auch würde ein Platzieren einer helixförmigen, d. h., spiralförmigen, resonanten Wellenleiterstruktur am Mikrozylinder einen optischen langsamwelligen Opto-Mikroresonator bilden. Die Kopplung zwischen den Spiralenwindungen kann mittels Auswählens des geeigneten Abstandes und der Wellenleiterbreite gesteuert werden.
Viele optische Wellenleiter nach dem Stand der Technik sind an planaren Strukturen hergestellt worden, und zwar unter Verwendung herkömmlicher planarer Lithographie, Fotolack-Maskierung, Beschichtungs- und Ätzmethoden. Ein Bilden resonanter Wellenleiter und ähnlicher Wellenleiterstrukturen an Mikrozylindern, wie beispielsweise in 6 gezeigt, erfordert unterschiedliche Herstellungsabläufe. Unter einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die resonanten Wellenleiter unter Verwendung direkten Schreibens mit einem fokussierten Laserstrahl herzustellen.
7 ist ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene, das als ein nicht-beschränkendes Beispiel grundlegende Schritte zeigt, die zum Herstellen des resonanten Wellenleiters an einem erfindungsgemäßen Mikrozylinder verwendet werden. Der anfängliche Mikrozylinder könnte aus Silizium und einem Optofasermaterial, bereitgestellt werden. Er würde eine äußere Ummantelung und einen inneren Kern umfassen und würde einen Durchmesser von ungefähr 8 bis ungefähr 150 μm oder mehr aufweisen. In einem nicht-beschränkenden Schritt wird er mit einem Fotolack bis zu einer gewünschten Dicke beschichtet (Block 60) und in einer präzisionsdrehenden Vor richtung oder Spannfutter, ähnlich einem Drehfutter, platziert. Die Die Spannfutteranordnung wird in einen kleinen Kreis von ungefähr 1 bis 10 μm an der Oberfläche des Mikrozylinders verschoben. Die Spannfutteranordnung kann längs in eine Richtung der Mikrozylinderachse bewegt werden, während er sich dreht (Block 62). Der Verschiebungsmechanismus könnte eine Präzisionsbewegungsstufe unter Computersteuerung sein. Ein Laserstrahl wird moduliert, um den Fotolack zu belichten, während der Mikrozylinder gedreht und bewegt wird, um komplexe und brauchbare Muster zu erzeugen (Block 64). Ein Ätzen und möglicherweise ein Beschichten kann an den Fotolackmasken (Block 66) verwendet werden, um ein fertig bearbeitetes Produkt zu erzeugen, welches Ridges als Resonatoren ausgebildet hat, um einen optischen Mikroresonator mit einem resonanten Wellenleiter zu bilden.
8 zeigt ein nicht-beschränkendes Beispiel einer Vorrichtung 70, die zum Bilden eines optischen Mikroresonators verwendet werden kann, der erfindungsgemäße Mikrozylinderresonatoren oder -ridges aufweist, die einen resonanten Wellenleiter bilden. Die Vorrichtung 70 kann eine Laser"drehbank"herstellungstechnik mit oder ohne Fotolack und Ätzschritte verwenden. Wie gezeigt, wird eine optische Faser 72, die einen Mikrozylinder bilden soll, durch erste und zweite voneinander beabstandete Ferrulen 74a, 74b geführt, welche mittels einer oberen und einer unteren Klemme 76a, 76b auf einem Stützelement 78 getragen werden. Die Ferrulen 74a, 74b umfassen Präzisionsfaserführungen, durch welche eine optische Faser läuft, wie beispielsweise von einem Antriebsmechanismus 79 gezogen, welcher einen geeigneten Antriebsmotor umfasst. Die Ferrulen sind typischerweise aus Keramik ausgebildet, ähnlich wie Optofaserverbinderferrulen. Die obere Klemme 76a kann dazu ausgestaltet sein, es der Ferrule 74a zu ermöglichen, die Faser 76 zu halten, um sich mit der Faser darin zu drehen. Die untere Klemme 76b kann so funktionieren, dass sich die Faser in der Ferrule dreht, aber die Ferrule 74b sich nicht dreht. Das Stützelement 78 ist an einer x, y, z-Stufe 80 positioniert. Ein Antriebsmechanismus 81 greift in die x, y, z-Stufe 80 ein und treibt sie an und wird mittels eines Controllers 90 gesteuert. Die Stufe 80 ermöglicht eine Längsbewegung entlang der axialen Faserrichtung. Ein Futter und Antriebsmechanismus 82 ist mit der oberen Ferrule 74a verbunden. Die Klemmen und die Ferrule können so ausgestaltet sein, dass die Faser mittels des Spannfutters positioniert und gedreht werden kann und mittels der Stufe längsversetzt werden kann. Eine Faser kann von einer Faserzuführung 83 durch einen Fotolack 84 gezogen werden, wo die Faser beschichtet wird. Der Laser 85 stellt eine angemessene Lichtbelichtung der beschichteten Faser für eine weitere Verarbeitung bereit, wie beispielsweise Ätzen, und zwar in einem nicht-beschränkenden Beispiel bei einer Verarbeitungsstation 86. Die Faser kann an der oberen Ferrule 74a befes tigt sein, um eine Drehung und Längsversetzung auf eine exakte und präzise Weise zu ermöglichen, welche den Laserschreibschrift antreibt. Somit kann eine Faser von der Zuführung 83 gezogen, ihre Bewegung gestoppt und dann präzise gesteuert werden, während ein Laserschreiben erfolgt, um ein Muster zu erzeugen. Es sollte beachtet werden, dass der Laser zum Bearbeiten von Ridges oder Nuten direkt auf der Faser betreibbar sein kann.
Ein nicht-beschränkendes Beispiel der Art von Faser, die als ein Mikrozylinder in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist SMF28 oder eine ähnliche Einzelmodenfaser, die mit einem Fotolack beschichtet bzw. ummantelt ist. Ein nicht-beschränkendes Beispiel einer Laserquelle, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist ein 364 nm-Laser.
Licht kann analysiert werden, welches sich in zylindrischen Führungsstrukturen ausbreitet, d. h., in den Resonatoren oder Ridges, wie oben beschrieben, oder ihn ähnlich ausgestalteten Mikrozylinderresonatoren, die dazu betreibbar sind, einen resonanten Wellenleiter zu bilden. Ein Beispiel könnte ein unendlicher Mikrozylinder mit einem Radius r und einem Brechungsindex n₁ sein. Der Mikrozylinder kann in ein Medium mit einem Brechungsindex n₂ eingetaucht sein. Das Koordinatensystem kann mit einer z-Achse parallel zur Mikrozylinderachse und einem y-Ursprung in der Mitte des Mikrozylinders gewählt werden. Eine Whispering-Gallery-geleitete Welle würde sich vermutlich genau in der Mikrozylindergrenze ausbreiten. Diese Welle durchläuft eine fortlaufende Reflexion aufgrund der der Indexunstetigkeit an der Grenze. Eine vereinfachende Näherung kann verwendet werden, um die kreisförmige Mikrozylindergeometrie durch eine äquivalente planare Geometrie zu ersetzen. Da die Felder darauf beschränkt sind, sich entlang der kreisförmigen Grenze auszubreiten, würden sich die Komponenten bei einem größeren Radius proportional weiter entfernt ausbreiten. Dies ist näherungsweise äquivalent zu einem planaren System mit einem Brechungsindex, der sich linear mit dem Abstand von der nun planaren Grenze ändert. Diese Methode kann verwendet werden, um Biegungen in optischen Wellenleitern zu analysieren. Der effektive Index für den äquivalenten planaren Leiter ist folgender:
n = n₁y/r im Bereich gerade innerhalb des Mikrozylinders (y < 0); und
n = n₂y/r im Bereich gerade innerhalb des Mikrozylinders (y > 0).
Ein eindimensionales Strahlausbreitungsbeschichtungsmodell könnte aufgebaut werden, um dieses Profil des effektiven Index' darzustellen. 9 zeigt die modellierten Ergebnisse, die für einen Umgebungsindex von 1,0 (Luft) und 1,33 (Wasser) außerhalb eines Mikrozylinders mit 120 μm Durchmesser mit einem Körperindex n1 von 1,498 erlangt werden. Diese E-Feldstruktur zeigt verschiedene Moden, wenn der Umgebungsindex 1,0 beträgt. Bei einem Index von 1,33 sind die Felder fast Einzelmoden, und bei einem Index von 1,40 gibt es eine deutliche Einzelmode. Die Mode für den Index von 1,4 weist jedoch einen gewissen Strahlungsverlust auf, wie aus dem Sockel bei 20 μm am Feldmuster außerhalb des Mikrozylinders erkennbar. Ein Umgebungsindex von 1,35 bis 1,4 ist für einen Quarzglasstab von 120 μm Durchmesser erwünscht. Die Felder sind auf innerhalb ungefähr 3 μm der Oberfläche im Mikrozylinder begrenzt und durchdringen weniger als 1 μm außerhalb der Oberfläche. Die Felder begannen in allen Fällen als ein Gaußsches Profil mit einem Modenfelddurchmesser von 8,3 μm. In diesem Modell werden sie 2 mm oder ungefähr fünf Mal um den Mikrozylinder herum ausgebreitet.
Eine Indextransformation kann verwendet werden, um die Mikrozylinderausbreitung zu analysieren und resonante Wellenleiter an der zylindrischen Oberfläche zu erzeugen. Da der effektive Index direkt proportional zum Abstand von der Achse, r, ist, wird ein höherer effektiver Indexbereich mittels Erhöhens von r erzeugt. Ein Resonator, d. h., eine Erhebung, der am Mikrozylinder ausgebildet ist, kann ein resonanter Wellenleiter werden, obwohl der tatsächliche Brechungsindex des Materials in den Erhebungen identisch oder im Wesentlichen ähnlich zu demjenigen des Mikrozylinders selber ist. Dies steht im Gegensatz zu einer Erhebung bzw. Ridge an einer planaren Struktur, bei dem keine Verlustleitung erzeugt wird, solange der Index der Erhebung nicht den Index der zugrundeliegenden Ebene überschreitet.
Ein Parameter, der verwendet wird, um die Leitleistung eines optischen Wellenleiters zu charakterisieren ist Δ = (n₁ – n₂)/n₁. Für den Leiter mit einer Erhebung bzw. Ridge an einem Mikrozylinder gilt Δ = (r₁ – r₂)/r₁ = h/r, wobei h die Ridgehöhe und r der Mikrozylinderradius ist. Ein typischer Wert für Δ ist 0,01. Dies entspricht einem 0,6 μm hohen Ridge an einem Mikrozylinder mit einem Radius von 60 μm.
Ein Ridge-Führen mit homogenen Materialien ermöglicht die Herstellung von qualitativ hochwertigen resonanten Wellenleitern. Beispielsweise könnte nur eine Fotolackmaske aufgebracht werden, wo ein Wellenleiter erwünscht ist. Das umgebende Material könnte auf eine für die gewünschte Indexstufe benötigte Tiefe geätzt werden. Ein Laser könnte verwendet werden, um entsprechende Abschnitte des Fotolacks zu belichten. Es würde keine Abscheidung, Ätzung oder Modifikation am Wellenleiter benötigt. Diese Herstellungsmethode hält die kritischen Wellenleitbereich durch den Fotolack geschützt und durch jegliche Bearbeitung ungeschädigt. Ferner bleibt die Präzision (Radius, Kreisförmigkeit, usw.) des Originalmikrozylinders in dieser Art von Ablauf erhalten. Wie zuvor erwähnt, können viele komplexe und aufwändige Muster unter Verwendung dieses Laser"drehbank"ablaufs zum Schreiben auf dem Fotolack erzeugt werden.
Die oben beschriebene Indextransformation stellt die Parameter eines umgewandelten Stufenindex' im planaren Wellenleiter bereit, der mittels einer Mikrozylinderwand erzeugt wird. Analysemethoden für planare Wellenleiter und das Verfahren des effektiven Index' können dazu verwendet werden, eine Wellenfeldverteilung in der axialen (z) Richtung zu lösen. Ein Einzelmodenbetrieb für einen Barrenwellenleiter könnte der Funktion Δ = λ²/8h²n₁ ² folgen. In diesem Fall ist h die Breite des planaren Leiters, welcher in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung die Breite der Erhebung bzw. des Ridges am Mikrozylinder aufweist. Falls ein vernünftiger Wert von 5 μm für eine Ridgebreite gewählt wird, beträgt der Δ-Wert D < 0,0055 für einen Einzelmodenbetrieb. Dies entspricht eine Ridgehöhe von 0,33 μm an einem Mikrozylinder mit einem Durchmesser von 60 μm.
Diese Geometrie könnte ein guter Kompromiss zwischen einer seitlichen Grenze unter einem Ridge und einer steuerbaren Ridgehöhe sein. Dieses Detailniveau wird natürlich von den tatsächlichen Vorrichtungsherstellungsmethoden und der Endnutzungsausgestaltung abhängen. Ein berechnetes Ergebnis für eine modellierte ridgegeleitete Welle an einem Mikrozylinder ist in 10 für einen Mikrozylinder mit 120 μm Durchmesser gezeigt, der in Wasser eingetaucht ist, und zwar mit einem 0,33 μm hohen Ridge der Breite 5 μm.
In der vorliegenden Erfindung ist eine Eingabe-Ausgabe-Kopplung möglich, wie beispielsweise mittels Verwendens eines Optoquellen-Wellenleiter, z. B. einer optischen Faser, und eines Optoaustritts-Wellenleiters, z. B. einer weiteren optischen Faser, wie beispielsweise in 5 gezeigt. Dieses System stellt eine Verbesserung gegenüber Methoden nach dem Stand der Technik dar, welche Mikrosphären oder eine konusförmige optische Faser neben einem Mikrozylinder verwenden. Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes optisches Mikrozylinderkopplungssystem bereit, das einen resonanten Wellenleiter am Mikrozylinder aufweist, in welchem Energie in den Mikrozylinder ein- und daraus ausgekoppelt werden kann. Ein Koppeln erfolgt, wenn die Felder von einem Optoquellen-Wellenleiter mit den Feldern von einem Mikrozylinderresonator, der den resonanten Wellenleiter bildet, überlappen. Dies erfordert eine Nähe zwischen dem leitenden Kern des Optoquellen-Wellenleiters und dem leitenden Kern des Mikroresonators. Die Wechselwirkungslänge oder der Ausbreitungsabstand in sowohl dem Quellen- als auch dem Mikroresonator-Wellenleiter, über welche diese Nähe aufrechterhalten werden muss, ist ein wichtiger Parameter in der Kopplungsbeziehung. Das Maß an Kopplung ändert sich im Allgemeinen mit dem Quadrat der Wechselwirkungslänge.
Eine Kopplerausgestaltung kann auch einen graduellen Übergang von einem ungestörten Optoquellen-Wellenleiter in den Kopplungsbereich und wieder zurück hinaus durch den Optoaustritts-Wellenleiter verwenden. Beispielsweise zeigt 11 ein Filter 90, das einen Mikrozylinder 91 von ungefähr 125 μm mit einem freien Spektralbereich ("Free Spektral Range"; FSR) von ungefähr 4,2 nm verwendet. Eine optische Faser 92 wirkt als der Optoquellen-Wellenleiter und weist einen Übergang 92a hinunter zum Kern auf, welcher sich nahe zum Mikrozylinder und seinem resonanten Wellenleiter befindet. Der Filterdurchsatz an der optischen Faser 93, die als der Optoaustritts-Wellenleiter dient, ist am unteren Teil gezeigt und tritt an einem weiteren Übergang 93a hinunter zu seinem Kern auf. Licht gelangt in den Faserübergang 92a und wird auf den Mikroresonator aufgekoppelt und wird vom Mikrozylinder durch den Übergang 93a ausgegeben.
In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung könnte ein resonanter Wellenleiter als ein Einzelmodenwellenleiter mit einem Feld E₂ angesehen werden. Die Quelle könnte als ein Einzelmodenwellenleiter mit einem Feld E₁ angesehen werden. Die symmetrische Leistungskopplung zwischen den zwei Wellenleitern ist c. Der Wert von c kann aus den Feldmustern und der Kopplungsstörung mittels folgender Gleichung berechnet werden:
wobei N eine Normalisierungskonstante ist N = ∫(E →1·E →2)dxdy. 2)
λ ist δn/n für die Störindexvariation.
Die Auswirkungen einer Modenfehlanpassung auf die Mikroresonatorleistung können auch gemäß der vorliegenden Erfindung analysiert werden. Beispielsweise kann ein Mikroresonatorleiter (E₂, Breite 5 μm, D = 0,005) als eine Störung im Feld eines Ridgewellenleiters (E₁) angesehen werden. Eine Strahlausbreitungsanalyse kann mit dem Kern aus der obigen Gleichung 1 als eine konzentrierte Quelle in einer einzelnen, zur z-Achse parallelen Ebene verwendet werden. In diesem Beispiel werden keine Mikroresonatorverluste eingeführt. Der Modenfehlanpassungsverlust zwischen der Mikroresonatormode und der Optoquellenmode kann als der entscheidende Verlust angesehen werden. Eine Moden-zu-Moden-Überlappung von 0,7 bewirkt, dass eine Hälfte der gekoppelten Leistung zurück in den Optoquellen-Wellenleiter läuft und eine Hälfte in Strahlungs- oder Nichtausbreitungsmoden verloren ist. Eine Modellberechnung für diese Anordnung wurde durchgeführt, und die Gleichgewichtszustands-Feldmuster für die einfallende Mode, das Übergangsfeld und das Resonatorfeld sind in 12 gezeigt.
Der Graph in 12 zeigt eingeschwungene bzw. Gleichgewichtszustands-Feldmuster. Die Graphenlinie, die das übertragene Feld angibt, ist als absoluter Wert aufgetragen, so dass das negative Mittelfeld positiv ist. Obwohl das übertragene Feld positiv ist, liegt der Inhalt der sich ausbreitenden Mode mehr als 20 dB unter dem einfallenden Feld. Der Korrelationskoeffizient zwischen der Eingabequellenmode und der normalisierten Mikroresonatorfeldmode beträgt 0,71. Die Bildung des Feldmusters im Quellenleiter ist im Übergangsfeldmuster zu sehen, das in 13 gezeigt ist. Der entsprechende Feldaufbau im Mikroresonator ist im Übergangsmuster von 14 gezeigt.
Diese Modellergebnisse sind eine 50/50-Aufteilung des Lichts zwischen gestreuten Moden und der sich ausbreitenden Mode. Es stellt keinen 50%-igen Verlust im Mikroresonator dar, aber eine 50/50-Aufteilung zwischen Verlusten und Kopplung. Eine 50/50-Aufteilung kann ein Ziel für ein Verlust-zu-Kopplungs-Verhältnis sein.
Bei Verwendung der Mikrozylinder wie oben beschrieben können die Mikrozylinder mehrere Durchlassbänder aufweisen, die durch den freien Spektralbereich getrennt sind, ein Frequenzintervall, dass der dem Reziproken der Laufzeit um den Mikrozylinder herum entspricht. Ein Erlangen eines großen freien Spektralbereichs ("free spectral range"; FSR) kann einen kleinen Mikrozylinder erfordern.
Wie in 15 gezeigt, sind die Kontaktzonen zwischen dem Mikrozylinder 95 (von ungefähr 10 μm) und dem Optoquellen-Wellenleiter 96 und dem Optoaustritts-Wellenleiter 97 sehr kurz für einen kleinen Mikrozylinder 95. Ein Mikrozylinder mit 50 μm Durchmesser könnte beispielsweise eine Kontaktlänge von weniger als 20 μm bereitstellen. Da der Leistungskopplungskoeffizient sich mit dem Quadrat der Kopplungslänge ändert, könnte diese kurze Kopplung die Verwendung des Mikroresonators in einigen Anwendungen einschränken. Das mehrfache Durchlassband, der FSR und die Durchlassbandform eines Filters beruhend auf einem einzelnen Mikroresonator könnten die Leistung beeinflussen. Ein einzelner Mikroresonator weist eine Lorentzsche Bandform auf, welche mit der ersten Potenz des Frequenzversatzes von der Bandmitte abfällt. Dies stellt für die meisten Anwendungen einen langsamen Abfall dar.
Eine Kopplung und ein FSR können andere Themen aufwerfen. 16 zeigt gekoppelte optische Mikroresonatoren als Mikrozylinder, wobei jeder einen resonanten Wellenleiter aufweist. Mehrfache Mikroresonatoren sind mit einem Optoquellen-Wellenleiter und miteinander gekoppelt. Dies ist auf viele Mikroresonatoren erweiterbar. In 16 bilden fünf Mikrozylinder 100a–e eine gekoppelte Wellenleitermikroresonatorstruktur 101. In einem nicht-beschränkenden Beispiel ist die Struktur 101 ein Pyramidenaufbau. Drei Kontakte 102a, 102b, 102c sind am Optoaustritts-Wellenleiter 104 positioniert. Zwei Kontakte 102d, 102e sind an einem Optoquellen-Wellenleiter 106 positioniert. Da die Mikroresonatoren miteinander gekoppelt sind, summieren sich die gekoppelten Felder kohärent auf. Deshalb stellen die drei Kontakte eine neunfache Erhöhung in der gekoppelten Leistung bereit. Diese komplexe Struktur hält jedoch nicht immer die richtige Phasenbeziehung zwischen allen Kopplungspunkten (in diesem Beispiel sieben) aufrecht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Kopplung eines koaxialen Mikrozylinders mit einem Optoquellen-Wellenleiter errichtet werden. Einige der Phasen- und Kontaktabstandsprobleme der Struktur in 16 können mittels konzentrischen Platzierens von gekoppelten Mikrozylindern am selben Mikrozylinder gemildert werden. Aber ein Kontakt mit mehreren Mikroresonatoren erfordert, dass die Mikrozylinderachse parallel zur Optoquellen-Wellenleiterachse liegt. Ein Einkoppeln von einem Optoquellen-Wellenleiter in einen Mikroresonator erfordert ein Kopplungselement, das die Ausbreitungsrichtung um 90 Grad ändert (oder um jeglichen Winkel, der erforderlich ist, um das Licht vom Quellenleiter zum Resonatorleiter zu richten, wenn die Achsen nicht parallel liegen).
Ein Kopplungselement, beispielsweise ein Beugungsgitter oder eine ähnliche Struktur, z. B. eine dielektrische Linienstruktur wie in 17 gezeigt, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, stellt eine mögliche Struktur zum Erreichen dieser Kopplung dar. Die Kopplungselemente können zwischen Wellenleitermoden koppeln und von optischen Wellenleitern zu Resonatoren oder Ridges koppeln, welche den resonanten Wellenleiter bilden.
17 zeigt einen Optoquellen-Wellenleiter 110, der die Oberseite einer Reihe von Ridges 112 berührt, die einen Resonatorwellenleiter an einem Mikrozylinder 114 bilden. Die winkelförmige Reihe von Leitungen, die das Kopplungselement bilden, beispielsweise ein Beugungsgitter 116, eine dielektrische Linie, ein geätzter Bump, eine Aussparung, eine Nut oder eine andere Struktur, funktioniert mit dem resonanten Wellenleiter. Unter einigen Gesichtspunkten ist sie direkt auf dem Ridge bzw. der Erhebung ausgebildet und eine ganzzahlige Anzahl von Wellenlängen voneinander beabstandet, und zwar in Kontakt mit dem Optoquellen-Wellenleiter. Die Kopplungselemente könnten sich direkt an oder zwischen den Ridges befinden. Die Resonatoren oder Ridges, welchen den resonanten Wellenleiter bilden, können miteinander gekoppelt sein, und zwar mittels ihrer Nähe oder mittels Koppelungsstrukturen, die ihnen überlagert sind. Die Kopplungslänge dieser Struktur ist nicht durch die Mikrozylindergeometrie begrenzt, und Kopplungslängen sind nur durch die Präzision begrenzt, welche erforderlich ist, um präzise Abstands- und Phasenbeziehungen über die Struktur hinweg aufrechtzuerhalten. Falls die Wellenleiterresonatoren oder -ridges ausreichend weit voneinander beabstandet sind, wird es keine gegenseitige Kopplung geben, und jeder wirkt unabhängig. Die von den Optoquellen-Wellenleitern gekoppelte Leistung schwankt direkt proportional mit der Anzahl von resonanten Wellenleitern, die sich in Kontakt mit dem Optoquellen-Wellenleiter befinden. Falls eine starke Kopplung vorliegt, ändert sich die eingekoppelte Leistung mit dem Quadrat der Anzahl von in Kontakt stehenden resonanten Wellenleitern.
Es ist möglich, dass ein Ridge, der einen resonanten Wellenleiter bildet, nicht verwendet werden müsste. Falls die Gitterkontaktzone lang genug ist, breitet sich eine breite Wellenfront, z. B. eine eindimensionale ebene Welle, um den Mikrozylinder herum aus. Solch eine breite Struktur kann dazu ausgestaltet sein, geringe Beugungsverluste aufzuweisen, und es wird kein Wellenleiten benötigt. Die in 18 gezeigte Struktur mit breitem Kontakt, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, stellt ein Beispiel dar.
Für diese Geometrie ist die Kopplung frequenzselektiv, da die Richtung der gekoppelten Welle über die Wellenlänge gesteuert wird. Die Frequenzselektivität dieses Mechanismus wird mittels der axialen Länge des Kopplungsbereichs in Wellenlängen bestimmt. Der freie Spektralbereich wird mittels der Umfangslänge des Mikroresonators in Wellenlängen bestimmt. Wenn die Kopplungslänge groß ist, reicht der Umfang des Mikrozylinders und die Auflösung der Kopplung aus, um ein einzelnes Durchlassband vom Mikroresonator auszuwählen und die unerwünschten Spektral bänder, die sich eine oder mehrere freie Spektralbereiche entfernt befinden, abzuweisen. Diese Struktur löst das Problem des Erreichens einer ausreichender Kopplungslänge für eine gute Kopplungsstärke und löst gleichzeitig das Problem von mehrfachen Durchlassbändern in den Mikroresonatoren.
Eine weitere Variante des optischen Basismikroresonators wie beschrieben ist das in 19 gezeigte Array bzw. Feld. Die resonanten Wellenleiter sind eine fortlaufende Spirale statt paralleler Bänder oder Erhebungen bzw. Ridges. Die Windungen der Spirale können gekoppelt oder ungekoppelt sein. Diese Kopplung kann mittels der Wahl von Breite und Abstand der Windungen oder mittels anderer Kopplungsstrukturen gesteuert werden. In diesem Beispiel koppelt der Optoquellen-Wellenleiter 200 in einen resonanten Spiralwellenleiter 202 ein, und dieser Leiter koppelt in eine zweite Spirale 204 ein, wobei beide an jeweiligen Mikrozylindern 202a, 204a ausgebildet sind. Ein Kopplungselement 206, beispielsweise ein Beugungsgitter, kann zusammen mit einem ausgewählten Spiralwindungsabstand so ausgewählt werden, dass es die gewünschten Phasenanpassungsbedingungen zwischen dem Optoquellen-Leiter und der langsamen Spiralwellenstruktur erfüllt. Das Kopplungselement könnte ein Beugungsgitter, ein geätzter Bump, Aussparungen, dielektrische Linien oder eine andere Struktur sein.
Die vorliegende Erfindung verbessert die optischen Mikroresonatoren nach dem Stand der Technik, wie beispielsweise nach der veröffentlichten 730'-Patentanmeldung. Die vorliegende Erfindung kann einen resonanten Wellenleiter umfassen, dessen Ridges so ausgestaltet sind, dass sie Nuten bilden, so dass Ridges auf eine vorbestimmte Weise ausgerichtet sind, um eine gewünschte Polarisierung bereitzustellen, welche auch durch Anwendung einer Beschichtung unter einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann. Die Beschichtung kann auch für eine Wellenleiterverlangsamung und Polarisierungseffekte vorteilhaft sein. Die Kopplung von Ridges mit einer vorbestimmten Nuttiefe (-höhe), Nutabstand und Nutwinkel relativ zum Mikrozylinder kann eine langsame Wellenstruktur bilden und den wellenleitergekoppelten Resonator und die Kopplungsmode mit einem weiteren Optoquellenleiter beeinflussen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht natürlich eine gekoppelte Struktur mit mehreren Kontakten, wie im Beispiel aus 16, so dass Filter zusammengekoppelt werden können.
Es ist möglich, dass resonante Wellenleiter als Ridges (und dazugehörige Nuten) nicht an einem Mikrozylinder ausgebildet sein müssen, um eine resonanten Wellenleiter und optischen Mikrozylinder zu bilden, und in der vorliegenden Erfindung kann ein "Streifen" optischer Energie möglicherweise um den Mikrozylinder herum platziert werden, so dass die Breite des Lichtstreifens, der um den Mikrozylinder herum läuft, sich nicht ausbreitet und stattdessen in Säulenart angeordnet ist, solange er relativ zur Größenordnung der Wellenlänge nicht klein ist. Es ist möglich, eine Doppelbrechung von Null zu erhalten. 9 zeigt beispielsweise eine Modell-Flüsterkanalmode an einem Mikrozylinder. Somit ist es möglich, was nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, dass ein resonanter Wellenleiter, der Ridges bzw. Erhebungen verwendet, nicht notwendigerweise an einem Mikrozylinder vorhanden sein muss, falls ein breiter Streifen von Licht um die optisch Faser herumläuft, ohne sich auszubreiten bzw. zu verlaufen. Es wäre eine Funktion der Breite davon, was eingekoppelt wird, und des Abstands um den Wellenleiter herum relativ zu einer Winkelausbreitung von optischer Energie. Beispielsweise wäre ein Mikrozylinder mit großem Durchmesser mit einer schmalen Anregung nicht vorteilhaft, da die optische Energie gebeugt wird, wenn sie herumläuft. Sie wird nicht von Beugungsverlusten dominiert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen Mikrozylinderresonator und einen Streifen, der breit genug ist, um ausreichend niedrige Beugungsverluste zu erreichen. Dies ist eine Funktion der Konstruktionsparameter der Ausgestaltung. Eine Beschichtung wäre noch vorteilhafter.
Es gibt vorteilhafte Positionierungsthemen, da es nicht notwendig ist, den Optoquellen-Wellenleiter innerhalb von zwei μm eines fünf μm breiten Wellenleiters zu positionieren, der am Mikrozylinder ausgebildet ist. Somit ist es nicht entscheidend, wo die Mode oder Berührung liegt, da er betreibbar sein wird.
Es ist auch möglich, eine konusförmige optische Faser zu verwenden, die einen resonanten Wellenleiter als einen Ridge bzw. eine Erhebung enthalten kann oder nicht, und sie kann relativ zu einem Optoquellen-Wellenleiter für eine Frequenzabstimmung und -auswahl vor- und zurückgeschoben werden. Es sollte beachtet werden, dass einige dieser Systeme und Vorrichtungen, wie beschrieben, polarisierungsabhängig sind und es in einigen Fällen erwünscht ist, eine Polarisierungsunabhängigkeit zu erhalten. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Beschichtung oder Schicht auf den Mikrozylinder aufgebracht werden, um eine Doppelbrechung zu erzeugen und zwei Polarisierungen in Abstimmung und Ausrichtung zu bringen, so dass beide Polarisierungen innerhalb eines gegebenen Wellenlängenbereich liegen. Die Beschichtung könnte über Ridges oder andere Resonatoren aufgebracht werden, welche den resonanten Wellenleiter bilden.
Es sollte beachtet werden, dass bei Verwendung einer optischen Faser ein Nutzer allgemein keine Steuerung über die Polarisierung besitzt. Es ist möglich, dass die Ridges oder eine andere Resonatorstruktur, die einen resonanten Wellenleiter am Mikrozylinder wie zuvor beschrieben bildet, aus dem richtigen Indexmaterial hergestellt sein könnten und die richtige Dicke aufweisen und somit eine polarisationsunabhängige Eigenschaft aufweisen. Als ein Ergebnis gibt es einen Satz von Parametern, mit dem die Resonatoren, z. B. Ridges, betreibbar sind, welcher die richtige Dicke und das richtige Brechungsindexmaterial aufweist, und als ein Ergebnis wird die Polarisierungsunabhängigkeit hergestellt.
In einigen Beispielen würde ein Ridge selbst mit einem Brechungsindex, welcher derselbe wie der des darunter liegenden Mikrozylindermaterials ist, einen gewünschten resonanten Wellenleiter bilden. Es ist möglich, einen resonanten Wellenleiter aus einem Material mit höherem Index mit der geeigneten Dicke zu bilden, um eine gewünschte Wellenleitereigenschaft festzulegen. Beispielsweise könnte eine Beschichtung bewirken, dass sich einige polarisierte Lichter schneller ausbreiten und eine Doppelbrechung herstellen. In einigen Fällen könnte eine Beschichtung über dem Mikrozylinder allein nicht nur die gewünschte Resonatorstruktur erzeugen, sondern auch den Polarisierungseffekt erzeugen und Polarisierungszustände in Entartung bringen.
Die 20 und 21 zeigen die EMP-Modellfrequenzantwort eines entsprechenden 10 μm-Siliziumoxid-Mikrozylinders und eines 30 μm-Siliziumoxid-Mikrozylinders, wobei die axialen und radialen Polmoden gezeigt sind und für alle Durchmesser getrennt bleiben.
22 zeigt ein nicht-beschränkendes Modell, welches nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, für einen 9,5 μm-Zylinder 200 mit einer 0,4 μm-Polymerbeschichtung 202 und einem Optoquellenleiter 204, die in einer Testkammer 206 benachbart angeordnet liegen.
23 zeigt die EMP-Modellfrequenzantwort des 9,5 μm-Siliziumoxidzylinders, der mit einem in 22 gezeigten 0,4 μm-Polymer beschichtet ist, einen Index von 1,55 aufweist, die axiale Polarisierung und radiale Polarisierung aufweist und eine gute Übereinstimmung von Knoten aufweist.
24 zeigt ein Finite-Differenzen-Modell im Zeitbereich, welches nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, mit dem Einfügungsverlust eines optischen Mikroresonators als einem Drop-Filter und neben und benachbart zum Optoquellenleiter gezeigt, und zwar als eine optische Faser mit dem Optoquellen-Wellenleiter (ein) und dem Optoaustritts-Wellenleiter (aus).
25A zeigt zwei ungekoppelte Mikroresonatoren 220, 222 als ein Drop-Filter 224 und die Ein- und Aus-Positionen des Optoquellenleiters 226. 25B zeigt das Finite-Differenzen-Modell im Zeitbereich unter Verwendung der in 25A gezeigten Struktur, wobei beide Figuren nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind.
Die 26, 27 und 28 zeigen die Antwort und die Filterumwandlungsfunktion als eine Funktion der Wellenlänge für Schichten mit einer Dicke von jeweils 300, 400 und 500 Nanometern mit einem Dünnschichtindex von 1,55 und zeigen den Quellendurchsatz und die Wellenleiterausgabe.
Die 29, 30 und 31 zeigen eine Antwort für Beschichtungen von jeweils 300, 400 und 500 Nanometern eines Dünnschichtindex' von 1,50 und zeigen den Quellendurchsatz und die Wellenleiterausgabe.
Die Beschichtung, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, könnte mittels eines Tauchbeschichtens in einem Lösungsmittel so lange erreicht werden, bis das Lösungsmittel trocknet, wodurch die Beschichtung über dem Mikrozylinder zurück bleibt. Dies ist ähnlich zu einem Aufsprühen eines Firnis', wobei das Lösungsmittel verdampft und als die Beschichtung nach dem Trocknen zurück bleibt. Dies kann in der Vorrichtung aus 8 auf eine gesteuerte Weise erreicht werden. Es könnte auch vor oder nach jeglicher ultravioletten Stufe im Laser erreicht werden. Die umlaufende Beschichtung könnte aus einem Polymer bestehen, wie beispielsweise einem wie zuvor beschriebenen Kunststoff oder einem Glas. Die Beschichtung könnte in einem nicht-beschränkenden Beispiel von ungefähr 0,2 bis ungefähr 1,0 μm Dicke an einem Mikrozylinder von ungefähr 8,0 bis ungefähr 150 μm Durchmesser reichen. Der Dünnschichtindex könnte in einem nicht-beschränkenden Beispiel von ungefähr 1,4 bis ungefähr 1,6 reichen.

Claims

Optisches Mikroresonatorkopplungssystem, aufweisend: – einen Optoquellen-Wellenleiter (32), durch welchen das Licht läuft; – einen Mikrozylinder (30, 42) mit einer äußeren seitlichen Oberfläche, der benachbart zum Optoquellen-Wellenleiter (32) derart positioniert ist, dass Licht vom Optoquellen-Wellenleiter (32) optisch auf und um den Mikrozylinder (30, 42) herum eingekoppelt wird; und – einen Optoaustritts-Wellenleiter (34), der benachbart zum Mikrozylinder (30, 42) positioniert und vom Optoquellen-Wellenleiter (32) beabstandet ist, und zwar zum Einkoppeln von Licht vom Mikrozylinder (30, 42) in den Optoaustritts-Wellenleiter (34) bei einer ausgewählten Frequenz; gekennzeichnet durch – einen helixförmigen resonanten Wellenleiter, der als resonantes Element (40, 41) an der äußeren seitlichen Oberfläche des Mikrozylinders (30, 42) ausgebildet ist; – wobei der Mikrozylinder (30, 42) eine Beschichtung (40a, 41a) aufweist, die an den resonanten Elementen (40, 41) ausgebildet ist; – wobei die Beschichtung (40a, 41a) einen höheren Brechungsindex als der Mikrozylinder (30, 42) aufweist und dadurch Licht bricht; und – wobei das Einkoppeln von Licht vom Mikrozylinder (30, 42) in den Optoaustritts-Wellenleiter (34) auf den resonanten Elementen (40, 41) und auf der licht brechenden Beschichtung (40a, 41a) beruht.
Optisches Mikroresonatorkopplungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Mikrozylinder (30, 42) derart ausgestaltet ist, dass Licht vom Optoquellen-Wellenleiter (32) optisch auf und um den Mikrozylinder (30, 42) herum ohne seitliche Führung eingekoppelt wird.
Optisches Mikroresonatorkopplungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Mikrozylinder (30, 42) entlang des helixförmigen resonanten Wellenleiters derart konusförmig ausgestaltet ist, dass der Mikrozylinder (30, 42) zum Abstimmen auf eine unterschiedliche Frequenz relativ zu den Optoquellen- und -austritts-Wellenleitern (32, 34) axial bewegt werden kann.
Optisches Mikroresonatorkopplungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Optoaustritts-Wellenleiter (34) benachbart zum Mikrozylinder (30, 42) gegenüber vom Optoquellen-Wellenleiter (32) positioniert ist.
Optisches Mikroresonatorkopplungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Optoquellen-Wellenleiter (32) und der Optoaustritts-Wellenleiter (34) optische Fasern aufweisen.
Optisches Mikroresonatorkopplungssystem nach Anspruch 4, bei dem die optischen Fasern axial zum Mikrozylinder (30, 42) ausgerichtet sind.
Optisches Mikroresonatorkopplungssystem nach Anspruch 4, bei dem die optischen Fasern im Wesentlichen quer zum Mikrozylinder (30, 42) ausgerichtet sind.
Optisches Mikroresonatorkopplungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Windungsabstand des helixförmigen resonanten Wellenleiters derart ausgebildet ist, dass dann, wenn die nächste Windung auftritt, die sich daraus ergebenden Felder nicht in die vorhergehende Windung einkoppeln.
Verfahren zum Bilden eines optischen Mikroresonatorkopplungssystems, welches aufweist: – Bilden eines helixförmigen resonanten Wellenleiters an einer äußeren seitlichen Oberfläche eines Mikrozylinders (30, 42) als eine Vielzahl von resonanten Elementen (40, 41) und – Aufbringen einer Beschichtung (40a, 41a) mit einen höheren Brechungsindex als dem des Mikrozylinders, der dadurch Licht über den resonanten Elementen (40, 41) bricht; – Positionieren eines Optoquellen-Wellenleiters (32) benachbart zum helixförmigen resonanten Wellenleiter am Mikrozylinder (30, 42) derart, dass Licht, das durch den Optoquellen-Wellenleiter (32) läuft, vom Optoquellen-Wellenleiter (32) optisch auf und um den Mikrozylinder (30, 42) herum einkoppelt wird; und – Positionieren eines Optoaustritts-Wellenleiters (34) benachbart zum Mikrozylinder (30, 42) und beabstandet zum Optoquellen-Wellenleiter (32) zum Einkoppeln von Licht vom Mikrozylinder (30, 42) in den Optoaustritts-Wellenleiter (34) bei einer ausgewählten Frequenz, und zwar beruhend auf dem resonanten Element (40, 41) und auf der Beschichtung (40a, 41a), die Licht bricht.
Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner ein Ausbilden jedes entsprechenden Optoquellen- und -austritts-Wellenleiters (32, 34) als eine optischen Faser aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner ein Ausrichten jeder optischen Faser axial zum Mikrozylinder (30, 42) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner ein Ausrichten jeder optischen Faser im Wesentlichem quer zum Mikrozylinder (30, 42) aufweist.