光学微谐振器制造技术

本发明专利技术公开了一种光学微谐振器系统和传感器。所述光学微谐振器系统包括光波导和直接光学耦合到所述光波导的光学微谐振器。所述光学微谐振器还包括光学微腔，所述光学微腔芯耦合到所述光学微谐振器，而非芯耦合到所述光波导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及光学装置。本专利技术尤其适用于诸如采用微谐振器的光学传感器之 类的光学装置。
技术介绍
微谐振器已经在诸如光学开关、波长过滤、光学激光器、光去偏振以及化学和生物 感测之类的各种应用中受到越来越多的关注。某些公知的微谐振器构造涉及将球形玻璃微谐振器布置在紧邻诸如光纤之类的 光波导处。在这类情况下，光能可以通过倏逝耦合(evanescent coupling)而在谐振器和 光波导之间转移。谐振器和光波导之间的间距一般小于一微米，且必须被精确控制，以提供 可再现性能。其他形式的微谐振器包括盘形或环形微谐振器。
技术实现思路
一般而言，本专利技术涉及光学装置。本专利技术还涉及包括一个或多个微谐振器的光学 传感器。在本专利技术的一个实施例中，一种光学微谐振器系统包括光波导和光学微谐振器， 该光学微谐振器直接光学耦合到该光波导。该光学微谐振器还包括光学微腔，该光学微腔 芯耦合到该光学微谐振器，而非芯耦合到该光波导。在本专利技术的另一个实施例中，一种光学传感器包括微谐振器系统，该微谐振器系 统包括光波导、直接光学耦合到该光波导的光学微谐振器、以及光学微腔，所述光学微腔光 学耦合到该光学微谐振器，而非光学耦合到该光波导。该光学传感器还包括光源，所述与该 光波导光学通信，并以与该光学微谐振器系统的谐振模对应的波长发射光。该光学传感器 还包括检测器，所述检测器与该微谐振器系统光学通信。该检测器检测谐振模的特性。当 被分析物靠近该微谐振器系统时，谐振模的特性发生变化。该检测器检测所述变化。在本专利技术的另一个实施例中，一种光学微谐振器系统包括光波导，所述光波导支 持导模；光学微谐振器，所述光学微谐振器支持由该导模直接激发的第一谐振模；以及光 学微腔，所述光学微腔支持第二谐振模，所述第二谐振模由该第一谐振模直接激发，而非由 该导模直接激发。在本专利技术的另一个实施例中，一种光学微谐振器系统包括光波导；第一光学微 腔，所述第一光学微腔芯耦合到该光波导；光学微谐振器，所述光学微谐振器芯耦合到该第 一光学微腔，而非芯耦合到该光波导；以及第二光学微腔，所述第二光学微腔芯耦合到该光 学微谐振器，而非芯耦合到该第一光学微腔。附图说明结合附图对本专利技术的各种实施例所做的以下详细描述将有利于更完整地理解和 领会本专利技术，其中5图1是微谐振器系统的示意性俯视图；图2是图1中的微谐振器系统的示意性侧视图；图3是微谐振器系统的示意性俯视图；图4是微谐振器系统的示意性俯视图；图5是光波导的示意性三维图；图6是微谐振器系统的示意性俯视图；图7是光波导系统的示意性俯视图；图8是光波导系统的示意性俯视图；图9是微谐振器系统的示意性俯视图；图10是微谐振器系统的示意性俯视图；图11是微谐振器系统的示意性俯视图；图12是微谐振器系统的示意性俯视图；图13是微谐振器系统的示意性俯视图；图14是集成光学装置的示意性三维图；图15是微谐振器系统的示意性三维图；图16是各种微谐振器系统的计算信号强度/波长图；图17是光学装置的示意性俯视图；图18是不具散射中心的微谐振器系统的计算信号强度/波长图；图19是微谐振器系统的示意性俯视图；以及图20是微谐振器系统的示意性俯视图。在本说明书中，多个附图中所使用的相同附图标记是指具有相同或类似的性质和 功能的相同或类似的元件。具体实施例方式本专利技术主要涉及微谐振器系统。本专利技术尤其适用于采用光学微腔的微谐振器系 统。本专利申请公开了微谐振器系统，所述微谐振器系统包括光学耦合(例如芯耦 合)到光波导和光学微腔的光学微谐振器。该光学微腔可以设计为主要支持一种或多种谐 振模。该微谐振器能够支持光导模，例如光学谐振模。微腔的谐振模耦合到微谐振器的谐 振模，导致微谐振器系统的谐振模的形成。微谐振器系统谐振模通常可与该系统中的高电 场储存相对应。在一些情况下，例如当该系统的输出口位于合适位置时，高的场储存可以导 致高的系统光学传输和窄的带宽，这使得该微谐振器适于诸如波长过滤以及化学和生物感 测之类的应用。如本文所用，对于给定的光学构造(例如本专利申请所公开的微谐振器系统)而 言，光学模是指该光学构造中允许的电磁场；辐射或辐射模是指在该光学构造中未受限制 的光学模；而导模是指在该光学构造中由于高折射率区域的存在而在至少一个维度上受限 制的光学模，其中该高折射率区域通常为芯区域。在一个维度(第一维度)上受限制的导 模可称为一维导模，而在两个相互正交的维度(第一和第二维度)上受限制的导模可称为 二维导模。6谐振模是指在三个相互正交的维度(第一、第二和第三维度)上受限制的光学模。 谐振模可视为三维导模或者服从沿该光学构造第三维度的附加边界条件要求的二维导模， 其中该附加要求通常在实质上具有周期性。谐振模是光学构造中的光学模沿着三个互相正交的维度量化而得到的离散模。通 常，在与光学构造的谐振模相对应的频率或波长下激发或激励光学构造会引起明显较强的 储存电磁场，并且在一些情况下，与非谐振激发引起的响应相比，会引起该光学构造明显较 强的响应(例如高光通量)。光学构造的谐振模的模态分布可以通过沿着三个互相正交的维度的边界条件来 确定。在一些情况下，谐振模可以是行波模或者主要是行波模。在其他一些情况下，谐振模 可以是驻波模或者主要是驻波模。在一些情况下，谐振模可以是部分驻波和部分行波。在一些情况下，光学模可以主要是谐振模。在这类情况下，该光学模可具有非谐振 分量，例如非谐振行波分量。但是，在这类情况下，非谐振分量次要于光学模的谐振分量。例 如，非谐振分量可以是光学模总强度的一小部分。在一些情况下，谐振模可以能够耦合到辐射模。在其他一些情况下，谐振模可以具 有谐振的主要分量以及辐射和未受限制的次要分量。通常，导模(例如二维导模)可以是 谐振模或非谐振模。图1和图2分别示出了微谐振器系统100的示意性俯视图和侧视图。该微谐振器 系统包括光波导120、光学微谐振器150以及光学微腔140，所述光学微腔140芯耦合到光 学微谐振器150，而非芯耦合到光波导120。光学微谐振器150直接光学耦合到光波导120。 如本文所用，当主要因为两种对应的电磁场间的至少部分重叠而产生耦合时，两种模之间 的光学耦合是直接的。在对应的场之间没有或者仅有很少重叠的两种模之间产生光学耦合 的情况下，耦合被视为是间接的。例如，波导120的模可以直接耦合到微谐振器150的模。 又如，波导120的模可以间接(即，通过微谐振器150)耦合到微腔140的模。如本专利申 请别处所述，直接光学耦合可以是芯耦合或倏逝耦合，或者芯耦合和倏逝耦合的组合。光波导120包括上包层101、设置于基底103上的下包层102以及光学芯122，所述 光学芯I22具有宽度W3、高度或厚度H3、输入面114和输出面116。光波导120能够支持一 种或多种光导模，例如，沿着正χ轴行进的导模128和124以及沿着负χ轴行进的导模129。 在一些情况下，一种或多种导模124、128和129可以是单一横向导模。光学微谐振器150包括上包层101、下包层102以及光学芯152，该光学芯152具 有高度或厚度H2并在耦合区域190通过倏逝耦合而光学耦合到光波导120。光学芯152与 光学芯122以距离、间隔开。通常，光学微谐振器150能够支持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学微谐振器系统，包括：光波导；光学微谐振器，所述光学微谐振器直接光学耦合到所述光波导；以及第一光学微腔，所述第一光学微腔芯耦合到所述光学微谐振器，而非芯耦合到所述光波导。

【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：特里L史密斯，巴里J科赫，易亚沙，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]