改变波导微谐振器谐振的方法技术

调节、切换或调制、或通常改变波导微谐振器谐振的几种方法。通过精细地改变该微谐振器的尺寸，通过改变该装置的局部物理结构或通过改变该微谐振器内谐振模的有效和总折射率，能够永久地或临时地改变谐振。此外，改变波导周围的折射率分布的非对称性能够改变该波导的双折射性，并允许控制该波导内的偏振。这种折射率分布的改变可以用于改变该谐振器的偏振依赖性或双折射性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优选权信息本专利申请要求从临时专利申请号60/234,844(申请日期为2000年9月22日)，和专利申请号60/235007(申请日期为2000年9月25日)中获得优先权。
技术介绍
1、专利
本专利技术涉及光学领域，尤其涉及改变光学波导微波谐振器(从0.1微米到1毫米级的非常小的光学微波谐振器)的谐振特性。这种基于波导的微波谐振器的例子包括，光学微环谐振器，和一维周期光带隙波导结构。2、现有技术微米级光学谐振装置的微谐振器的谐振波长为微米范围，由于在光学通信的集成光路中的潜在应用中，微谐振器已经获得了重大的影响。在光通信中，微谐振器可用作波长复用技术(WDM)应用中的上行/下行滤波器，因为能将它们设计成在通信波长引起谐振。在WDM应用中，每个微谐振器能上行/下行该装置谐振的特殊波长的光。在这种应用中，能依据指定的波长局部调节微谐振器谐振的能力是成功地在集成光路内实现微谐振器的至关紧要的因素。由高折射率差异(核心和履层的折射率中的差异)的波导几何结构形成的小型微谐振器，因为它们的自由光谱范围很大，而特别有用。通常，高折射率差异波导在核心和履层间折射率差异等于或大于0.3，并且具有几种不同几何结构。高折射率差异波导包括信道波导和菱纹波导。信道波导是电介质波导，信道波导的核心由履层围绕，该履层包括一种或多种其折射率比核心低的材料，并且其峰值的光密度驻留在核心内。在其他波导几何结构内(包括菱纹波导)能定义高折射率差异波导。菱纹波导是一种电介质波导，其核心由一层履层围绕，该履层包括几种材料，至少一种材料的折射率与核心的折射率相同。在与信道波道不同的波导配置中，将高折射率差波导定义为其谐振模区域的尺寸类似于高折射率差信道波导(在横截面区差值的50％内)的一种波导。在这些波导中，将履层定义为存在光谐振模的渐逝场的一段区域。改变波导微谐振器的谐振形状和位置的特性是一个极其重要的问题，因为是在这种技术上断定这种装置的有效性。该波导微谐振器的一种应用是集成光路中的窄带光滤波器。波长复用技术(WDM)(一种光通信内广泛应用的技术)要求使用这种滤波器。因此，研制一种能有效地改变这种波导微谐振器特性的方法已经成了许多研究的目标。有两种能改变谐振形状特性的方法。首先是理解响应特性是可以改变的。例如，谐振Q值，或它的品质，在波长或频域中它的位置和它的形状都可以改变。通过影响能量在谐振器内的持留时间可以改变谐振的品质和Q值。所示的能影响谐振品质的一种方法包括在微谐振器内的感应吸收以及通过使用级联微谐振器影响形状的方法。因为必须感应的吸收量较大以及这种方法不易应用于间接带隙半导体和宽带隙电介质材料上，难以实行第一种方法。当使用第二种方法时，本身并不能很好地提供谐振的任何动态变化，必需切换或调制或者甚至调节微谐振器的谐振。由谐振装置的物理尺寸以及包含腔体的材料折射率确定谐振位置，即，光学微谐振器的谐振波长或相似地谐振频率。因此，改变腔体谐振模的有效折射率和总折射率(group indices)能够改变谐振波长。已经示出通过将紫外线(UV)敏感玻璃用作履盖在低折射率差异(核心和履层的折射率差异小于0.1)的环型波导核心上的履层材料，调节微环微谐振器。通过改变履层的折射率，改变圆环波导谐振模的有效和总折射率，导致谐振线性位置的漂移。当这种方法对低折射率差异波导有效时，该方法对高折射率差异(通常，核心和履层的折射率差异等于或大于0.3)波导就不怎么有效，因为高折射率差异波导所要求的折射率变化量太大。然而，在高折射率差异波导的履层上小量折射率的变化能导致线性位置上的有效漂移，足以满足精细调节应用。已经显示了通过改变微谐振器核心(导向层)的折射率，改变半导体微谐振器谐振的几种方法。然而，这几种方法不包括在履盖区域和无半导体衬底内的折射率的变化。另一种方法包括使用带有交叉的输入和输出波导的微环滤波器的特殊情况。这样一种微环滤波器配置需要一种低折射率差异波导系统，因为在高折射率差异系统，互扰和损耗也额外较大。另一种已经广泛使用的方法是热-光调节方法，在该方法中，热-光效应用于通过温度的改变，来改变微谐振器腔核心的折射率。而简单并易实行的热调节在潜在的高密度应用中，存在明显的互扰缺点。应当了解第二种分析方法怎样改变谐振形状，可以容易地改变微谐振器的物理外形以对谐振形状特性产生所需的影响。例如，已经将吸收方法和多路圆环局部接近用于改变微环的谐振形状。各种其他的方法包括改变谐振器内部的衰减率，以改变微谐振器装置的谐振形状。谐振器的内部衰减率是由该圆环内的吸收和损耗决定。调节微谐振器谐振的另一种方法是施加一定的压力，使它的谐振位置产生漂移。如果所施加的压力引起了核心和/或履层材料的折射率改变，该微谐振器内的谐振条件发生了变化，并且谐振峰值也依据这种变化而产生漂移。先前已经实现了通过压力调节光谐振。已经描述了用一种粘结压电元件调节大型光谐振器谐振的一种方法。压电元件粘结在光谐振器的顶表面，以当将一个电压施加到光谐振器时，将压力施加到下面的光谐振器。施加到谐振器的压力引起折射率的变化，并因此改变了谐振。这种方法仅能用于大型的，慎重的(discreet)光元件，而不适用于微谐振器谐振的局部调节。该微谐振器的尺寸明显地小，并通常与输入输出波导一起集成在芯片内。因此，希望具有局部调节片内微谐振器的能力。热-光效应和紫外线(UV)敏感氧化物的使用是能过改变微谐振器腔谐振模的有效和总折射率来改变谐振位置的例子。在本专利技术中，焦点是能够改变高折射率差异波导微谐振器的位置和形状和谐振的其他方法，这些方法比较容易实行。依据所希望的速率或类似的(依据想要使用的时间帧)，沿文献内的三条线划分能改变微谐振器的谐振的机械结构。最快速的应用是在调制方式中，通常按编码数据的速率发生。在通信中，速率超过1GHz，该速率相应于小于1纳秒的时间。需要按通信网络网线之间传送数据的速率进行切换。较低的切换速率为毫秒级，而信息包的切换快到1纳秒。最后，调节涉及谐振内永久的或长期的变化。专利技术摘要依据本专利技术，提供了对波导微波谐振器的谐振进行调节，切换，或调制，或一般改变的多种方法。通过精密地改变微谐振器的尺寸，通过改变该装置的局部物理结构或者通过改变微谐振器的谐振模的有效和总折射率可永久地或临时地引起谐振的变化。此外，改变波导周围折射率分布的非对称性能够改变该波导的双折射性，并允许控制该波导的偏振(极化)。这种折射率分布的改变可以用于改变谐振器的偏振依赖性或双折射性。本专利技术有利于改变高Q值(Q值等于或大于100)微波谐振器的谐振特性，因为难以制造具有高Q值谐振，无限精度的微波谐振器。本专利技术的一个目标是提供改变光学微谐振器腔谐振的几种方法。所提供的方法和装置用于改变光学微谐振器腔频域或波长域上的谐振位置，并用于改变光学微谐振器腔的谐振形状。本专利技术的另一个目标是提供用于控制集成光路波导内偏振的一种方法，并提供用于增加或消除光学波导微谐振器的双折射性的一种方法。改变微谐振器腔谐振的方法包括改变微谐振器腔的吸收并因而改变其内部衰减速率；改变接近微谐振器腔局部区域材料的折射率；改变微谐振器腔的物理结构；改变在接近围绕微谐振器局部区域的物理结构；改变微谐振器腔的折射率分布的对称性；及改变微谐振器腔的材料双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校正波导微谐振器的谐振位置或外部衰减时间的方法，其特征在于，所述方法包括通过在所述波导或在所述波导周围的材料沉积，切除，或生长来进行物理地改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DR利姆，LC吉姆林，
申请(专利权)人：马萨诸塞州技术研究院，
类型：发明
国别省市：US[美国]