(57)【要約】      （修正有）【課題】光方向を変更するための結合素子の結合効率の向上を計る。【解決手段】微小円筒１１４上に共振導波管を形成する一連のリッジ１１２と接触する光源導波管１１０と、結合素子を形成する一連の角度付き回折格子１１６とからなる光学マイクロ波共振器を構成して、光源導波管からの光を微小円筒上に光学的に結合し、且つ、微小円筒上の光の方向を変更する。【選択図】図１７
2006309236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小円筒と、
該微小円筒上に形成されると共に、光源導波管からの光を前記微小円筒上に光学的に結合し、且つ、光が前記光学導波管から前記微小円筒上に光学的に結合されるときに、前記微小円筒上の光の方向を変更するために、複数の離間した共振素子及び該共振素子と協働する結合素子を有する共振導波管とを含む、
光学マイクロ波共振器。
【請求項２】
前記結合素子は、前記離間した共振素子上に形成されたノッチを含む、請求項１に記載の光学マイクロ波共振器。
【請求項３】
前記結合素子は、相互の導波管結合をもたらすために、相互に所定波長離間する、請求項１に記載の光学マイクロ波共振器。
【請求項４】
前記結合素子はノッチ線として形成される、請求項１に記載の光学マイクロ波共振器。
【請求項５】
光を受光する光源導波管と、
該光学導波管に隣接して位置する微小円筒と、
該微小円筒上に形成され、且つ、前記光学導波管からの光を前記微小円筒上に結合するための複数の離間した共振素子を有する共振導波管と、
前記微小円筒上に形成され、且つ、光が前記光源導波管から前記微小円筒上に光学的に結合されるときに、前記微小円筒上の光の方向を変更するために、前記離間した共振素子と協働する複数の結合素子とを含む、
光学マイクロ波共振器結合システム。
【請求項６】
前記光源導波管は光ファイバを含む、請求項５に記載の光学マイクロ波共振器結合システム。
【請求項７】
前記微小円筒に隣接して位置する光出口導波管をさらに含むことで、光が前記微小円筒から前記光出口導波管に出光することを可能にする、請求項５に従った光学マイクロ波共振器結合システム。
【請求項８】
微小円筒を提供するステップと、
光源導波管に光学的に結合し且つ該光源導波管から光を受光する複数の離間した共振素子を形成することによって、前記微小円筒上に共振導波管を形成するステップと、
前記微小円筒上にあり、且つ、光が前記光源導波管から受光されるときに、前記微小円筒上の光の方向を変更するために、前記離間した共振素子と協働する結合素子を形成するステップとを含む、
光学マイクロ波共振器を形成する方法。
【請求項９】
前記離間した共振素子に前記結合素子をノッチとして形成するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記結合素子を形成するために、前記離間した共振素子にエッチング線をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光共振器の分野に関し、より詳細には、ささやきの回廊モードを示す光学マイクロ波共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信システムは、光通信信号のための周波数多重化／逆多重化技法を用いた広域光ファイバネットワークを組み込む。これらの種類の光通信システムは、典型的には一体的に周波数多重化される複合的な光信号から単一波長を選択するために、追加／削除フィルタを必要とする。また、光センサが狭い帯域周波数及び波長で用いられ、追加／削除又は機能性を必要とし得る。これらのセンサは、加速時計、化学的及び生物学的センサ、及び、類似の用途のために必要とされる。
【０００３】
これらの追加／削除フィルタ及び光センサのための従来技術の装置は、ファブリ−ペロ構造、マイクロ波リング共振器、及び、球形共振器を含む。ファブリ−ペロ構造は、多くの用途のために広く用いられているが、多重極への拡張が困難である。マイクロ波リング共振器は、殆ど困難性なしに製作し得る平面構造であり、多重極への簡単な拡張を組み込む。１つの欠点は、それらの高い損失である。球形共振器は、サイズが小さく、且つ、低い損失を有し、それらを限定的な用途のために効率的にする。しかしながら、多重極フィルタへの拡張を必要とする一部の用途のためには、それらは効率的でない。マイクロ波空洞ジオメトリは、ささやきの回廊モード及び光結晶を組み込む。
【０００４】
図１は、光ファイバ２２の近傍に位置する従来技術の微小球２０を示している。入力として９８０ｎｍのＳＭＦ及び９８０ｎｍの光ポンプが用いられ、出力は１５５０ｎｍのＳＭＦ及び１５５０ｎｍのレーザである。光ファイバ２０はテーパ状にされ、微小球２０と接触させられることができ、光ファイバ２２からのエバネッセント光が微小球２０に進入する。エアガイド領域２４及び残留コア２６が示されている。伝搬のＴＥ１ｌｌモードは、微小球の「赤道」又は中心部分に沿って起こる。これはささやきの回廊モードで動作する周知の実施である。
【０００５】
ささやきの回廊モードで動作する従来技術の微小球の他の実施例が設計された。例えば、カリフォルニア工科大学に譲渡された米国特許第６，３８９，１９７号、第６，４８７，２３３号、第６，４９０，０３９号は、ささやきの回廊モードのマイクロ波共振器又は空洞共振器に基づく微小球の使用を開示している。共振器の少なくとも１つのささやきの回廊モードに光プローブをエバネッセント結合し得る。導波管モードに、ささやきの回廊モードで動作する共振器に、光エネルギーも結合し得る。例えば、導波管モードにあるファイバは、共振器、例えば、微小球に情報を結合する。ファイバ内に全反射を引き起こす角度にファイバを開裂し得る。ファイバ内のエネルギーはエバネッセント領域を形成し、微小球はエバネッセント領域内に配置される。もし微小球共振がファイバ内のエネルギーと共振するならば、ファイバ内の情報は微小球に効果的に移転される。微小球上に表面格子も配置し得る。微小球共振は高い品質（「Ｑ」）因子及び小さな寸法を有し得るので、これは有利である。それらはより大きなファイバ光学系のための基礎になり得る。第２３３号特許に開示されているような角度研磨されたファイバ結合器及びレーザ利得媒体から成るささやきの回廊モード共振器に基づくファイバ結合レーザを有することも可能である。ポンプ波長及びレーザ波長の双方で光を導波するよう光ファイバを構成可能であり、光ファイバ内でポンプ波長にあるエバネッセント励起された光をポンプ波長でささやきの回廊モードに結合するために、並びに、レーザ波長でささやきの回廊モードにある光を光ファイバにエバネッセント結合するために、角度研磨された切子面が他の共振器に対して位置するよう、ファイバに対して角度を形成する角度研磨された切子面を含む。
【０００６】
微小球の使用に関する従来技術の改良の１つは、トロイダル微小空洞である。これらの微小空洞は、約１億の超高Ｑ因子、及び、表面張力誘発微小規模空洞を有し得る。実施例は、液滴、シリカ微小球、及び、微小トロイドを含む。
【０００７】
トロイド微小空洞は、シリカディスクを形成するための酸化ケイ素ウエハー上への写真平版及びエッチング処理技法によって形成されてきた。ガスＸｅＦ２エッチング処理は、ＣＯ２を用いたシリカの誘発リフローでシリカディスクを切り取り、滑らかなトロイダル周縁をもたらす。トロイド微小空洞は、ケイ素プラットフォーム上でささやきの回廊型モードを支持し、球形微小空洞に比べ、モードスペクトルを減少し得る。微小トロイドは、微小球に比べ、モード容積の減少も示し得る。２つのモード容積圧縮レジームは、低速圧縮及び高速モード圧縮を含み得る。
【０００８】
テーパードファイバ結合において、ファイバは、図１に示されるように残留コアを両端に備えて、従来的なコア導波管領域からエアガイド領域へ移行してテーパ状になる。それはチップ上の微小トロイドへの或いは微小トロイドからの結合を含み得る。
【０００９】
これらの超高「Ｑ」因子及び小モード容積は、空洞ビルドアップ係数の故に、高い循環強度をもたらす。テーパ状にされた光ファイバは、超低損失及び微小空洞の最適な結合をもたらす。以下の方程式から示されるように、空洞ビルドアップ係数及び非直線閾値レベルを超過し得る。
【００１０】
【数１】
2006309236.tif 000003
【００１１】
微小球内の誘導ラマン散乱に関する幾つかの実験もなされた。誘導ラマン散乱は、ポンプの赤色シフト（遠隔通信帯域内の１００ｎｍのシフト）を引き起こす。閾値レベルは、典型的には、理想的な結合接合の故に、ＵＨＱ微小トロイド及び高量子効率結果のために１００マイクロワットであり得る。類似の結果がトロイド微小空洞で起こり得る。トロイド放射のための誘導ラマン散乱は典型的には単一モードである。
【００１２】
バルクなラマン利得係数（二重共振プロセス）を用いた閾値の予測は以下の通りであり得る。
【００１３】
【数２】
2006309236.tif 000004
【００１４】
過小結合された最小閾値は以下の通りであり得る。
【００１５】
【数３】
2006309236.tif 000005
【００１６】
ラマン閾値は、以下の通り、モード容積にも影響を及ぼし得る。
【００１７】
【数４】
2006309236.tif 000006
Ｐ：          ラマン閾値
λＰ，λＲ：    ポンプ及びラマン放射波長
ｇ：          ラマン利得係数
Ｃ（Γ）：      モード間結合パラメータ
Ｑ：          ポンプ及びラマンモードのＱ因子
【００１８】
モード容積Ｖｅｆｆを推測するために、誘導ラマン閾値を用い得る。
【００１９】
【数５】
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【００２０】
上記のように、球形共振器、マイクロ波リング共振器、ファブリ−ペロ構造、及び、トロイド微小空洞が有利に用いられてきたが、これらの装置はしばしば容易に製作されるとしても、これらの装置は、光ファイバが結合されるときに依然として制限を有する。
【００２１】
２００２年４月１１日に公開された米国出願公開番号第２００２／００４１７３０号は、物理特性、例えば、直径、密度、屈折率、又は、共振器ファイバの横方向セグメントの化学組成の相違を発生することによって、光ファイバ上に光共振器を製作するための方法を開示している。これは共振器を形成するある種の溝を含む。共振器ファイバセグメントは、共振器ファイバセグメント内で少なくとも部分的に、周縁光学モード伝搬を共振器ファイバセグメント周縁の周りに実質的に閉じ込め得る。これは、ファイバの表面付近での、実質的に共振的な周縁光学モードの実質的な閉じ込めを可能にする。その結果、エバネッセント光結合が、周縁光学モードと第二光学素子によって支持される光学モードとの間に起こり得る。相違を空間的に選択的に発生するための異なる技法は、マスキング／エッチング処理、マスキング／蒸着、レーザ加工、レーザパターニング、及び、異なるプロセスの組み合わせを含み得る。光ファイバを含む、光結合する多数の光学素子のための周波数フィルタ機能をもたらすために、複数の共振器の間の光結合を可能にするよう、複数の共振器を同一のファイバ内に相互に近接して含めることも可能である。光共振器は多少の結合をもたらし得るが、それはその使用に限定され、入力／出力機能のための十分な結合をもたらし得ない。その製造は、回転する光ファイバを保持するために、非回転の上部及び下部毛管を必要とし、それは正確性を保証し得ず、過剰な公差を有する。微小円筒付近で単一のテーパード光ファイバを使用するための多少の限定的な教示も提案されている。それは、偏光の問題、より低速な導波管構造、多数のノッド接点、及び、マイクロ波共振を与える塗膜の使用、又は、類似の問題に取り組んでもいない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
従って、前記背景に鑑み、本発明の目的は、結合効率のために、微小円筒上の光の方向を変更し得る共振導波管を有する微小円筒として形成される光学マイクロ波共振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に従ったこの及び他の目的、特徴、及び、利点は、微小円筒と、複数の離間した共振素子として微小円筒上に形成された共振導波管、例えば、離間リッジと、光源導波管からの光を微小円筒上に光学的に結合し、且つ、光が光源導波管から微小円筒上に光学的に結合されるときに、微小円筒上の光の方向を変更するために、離間した共振素子と協働する結合素子とを含む光学マイクロ波共振器によってもたらされる。
【００２４】
本発明の１つの特徴において、離間した共振素子内に形成されたノッチとして結合素子を形成し得る。相互の導波管結合をもたらすために、結合素子を相互に所定波長で離間し得る。結合素子をエッチング線、誘電体線、又は、回折格子としても形成し得る。光の方向を所定量変更するために、結合素子を離間した共振素子に対して傾けてもよい。
【００２５】
本発明の他の特徴において、離間した共振素子を相互に平行リッジ又は螺旋状リッジとして形成し得る。
【００２６】
本発明の他の目的、特徴、及び、利点は、付随する図面の観点から検討されるときに、以下の本発明の詳細な記載から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の好適実施態様を示す付随する図面を参照して、本発明を今や以下に詳細に記載する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態に具現化し得るものであり、ここに示される実施態様に限定されるものと理解されるべきではない。むしろ、これらの実施態様は、この開示が網羅的且つ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝達するよう提供されている。全体を通じて、同等番号は同等素子に言及しており、プライム表記は代替的な実施態様中の類似素子を示すために用いられている。
【００２８】
本発明は、従来技術の球形共振器、マイクロ波リング共振器、及び、トロイド微小空洞を含むファブリ−ペロ構造、並びに、参照として本明細書に引用される第７３０号公開出願に記載されているような単純な円筒共振器よりも有利である。本発明は、光学マイクロ波共振器に向けられており、光学マイクロ波共振器は、微小円筒上に形成された共振導波管、例えば、光学入力導波管からの結合及び光出口導波管への結合のために微小円筒上に共振導波管を形成する円周リッジのような離間した共振素子を含む。これらの共振素子は、リッジ、ある種類の溝、エッチング処理された表面構造、誘電体線若しくは他の誘電体配置、又は、塗膜を含み得る。例えば、１２０のミクロン微小円筒を備える、ｎ＝１．４９８、円筒ジオメトリ、正しい微小円筒上に水中に浸漬された、８．３ミクロンのモード電磁界直径を備えるガウスモード、ｎ＝１．３３を占めるために、微小円筒上のささやきの回廊モードは、一次元ビーム伝搬塗膜及び実効屈折率プロファイルを用い得る。説明の目的のために、本発明の１つの非限定的な実施例に従った微小円筒上の共振導波管の基本的機能が説明される。
【００２９】
微小円筒上の導波管は、均質な導波管構造を形成し得るし、複雑な結合構造に拡張され得る。従来技術の微小球技術は単純で自然なジオメトリであり、生化学におけるその広い用途の故に並びに製作の容易な付随物を備えた充填材として容易に入手可能であるが、微小球は、複合的な多重極構造における使用のためには困難な構造である。以下により詳細に説明されるように、回転する微小円筒上への紫外線レーザ書込みによって、例えば、フォトレジスト被覆微小円筒を点灯するためにリッジを切断或いは露出することによって、本発明の微小円筒共振導波管を形成し得る。
【００３０】
本発明において、光は共振導波管を有する微小円筒上に入射し、横方向案内なしに微小円筒を形成する曲面の周りに導波されると考えられる。しかしながら、本発明の１つの実施例において、微小円筒状の共振導波管を用いることによって、エネルギーを閉じ込めることによって、及び、エネルギーが微小円筒を軸方向下方に移動し、次に拡散することを防止することによって、横方向拡散は防止される。本発明の幾つかのの特徴において、構造の依存して、離間した円周リッジを微小円筒上に配置し、共振素子、例えば、共振器を形成し、よって、共振導波管を形成することが可能である。共振導波管を形成するために、ガラスの層を微小円筒上に配置することも可能である。共振器としての円周的な離間したリッジもガラス上に配置し得る。本発明の他の特徴において、光が微小円筒の表面及びリッジに対して微小円筒の周りを移動し得ることが可能であるか、或いは、余分な層は必要とされない。
【００３１】
幾つかの場合には、微小円筒の周りの共振導波管のための円周リッジをエッチング処理することが望ましい。１つの非制限的な実施例において、フォトレジストの環をファイバ上に配置し得る。それは何分の１かのミクロンで化学的にエッチング処理され、共振導波管を形成するのに十分である。フォトレジストを例えばレーザからの光に露光し得る。フォトレジストが剥ぎ取られるとき、エッチング処理されていないファイバ領域は手付かずのガラスであり、共振導波管を形成する。精密な平版技法を用いて、２つの微小円筒を相互に結合することも可能である。如何なるリッジの高さを制御すること、並びに、光学マイクロ波共振器の共振導波管を形成する共振器間の結合を制御することも可能である。２つの球が互いに隣接して位置付けられるとき起こる従来技術の困難性に比べ、２つの線又はリッジを書き込み且つ装置をエッチング処理することによって、２つの結合された共振器又はリッジを同一の微小円筒、例えば、光ファイバ上に形成し得る。微小円筒に沿って伝搬する光の速度が遅くされるよう低速波構造として作用するために、本発明に従って、螺旋形の共振導波管を形成し得る。これは進行波管と類似する。しかしながら、電磁波の代わりに、本発明の光学マイクロ波共振器は光と共に用いられる。低速波光学マイクロ波共振器を形成するために、螺旋状又は他の構造として、微小円筒上に螺旋状構造を形成し得る。
【００３２】
次の螺旋状回転が起こるときに、その結果としての電磁界が第一螺旋状回転と結合しないよう、螺旋状回転間隔を構成し得る。より広いラップを備える螺旋状回転を用いて、より低速の光学マイクロ波共振器を作成することも可能である。また、２つの螺旋状回転は相互に結合し、低速波光学マイクロ波共振器を作成し得る。
【００３３】
本発明の光学マイクロ波共振器は有利であり、また、微小円筒の軸に沿った源及び出口の結合を可能にする。本発明によれば、これらの導波管を光学マイクロ波共振器に結合するための異なる方法がある。これらの技法は、源又は出口光学導波管、例えば、光ファイバを微小円筒の軸に対して直交して或いは横断して構成することを含む。正しく位置付けられるとき、光源導波管内に受光される如何なる光も微小円筒に結合し、微小円筒の周りを進行する。光が伝搬し、且つ、方向を変え或いは切り換えるよう、１つの非限定的な実施例として、例えば、回折格子のような結合素子を、共振導波管に対する異なる角度、例えば、９０度で加えることも可能である。光が初期的に１つの方向に進行し、次に、他の方向に進行するよう、結合素子として摂動、例えば、４５度切断、リッジ、回折格子、又は、他の摂動を２つのリッジの間に配置することも可能である。光は１つの方向に進行し、４５度切断又は摂動が光を他の方向に進行させる。エッチング処理によって形成し得るこれらの摂動又は摂動のシーケンスがあり得る。それらを共振導波管を形成する異なる共振素子の表面上に形成し得る。それらをノッチとしても製作し得る。
【００３４】
もし光学マイクロ波共振器が十分に広いならば、その幅の故に、光波は拡散せず、４５度（若しくは他の角度）の摂動又は他の結合素子は、マイクロ波共振器の周りで移動する光を開始し得る。広い共振器を有することが可能である。４５度線がマイクロ波共振器上にエッチング処理されるか、或いは、レーザ形成バンプ若しくは溝であり得る。
【００３５】
光ファイバの回転時に光ファイバ上にパターンを書き込むことによって、本発明の円筒形光学マイクロ波共振器を形成し得る。この光ファイバをフォトレジスト内に浸漬被覆し、紫外線レーザがフォトレジストを露光する間に引き抜き得る。レーザ書込み期間中、光ファイバを回転し、所定方法で軸方向に移動し、旋盤と同様に、固定位置レーザによって、その上に如何なるパターンをも書き込み得る。選択的な領域内のレジストを除去するために、エッチング処理が起こり得る。勿論、レーザも移動可能であり得るが、これは複雑な制御機構を必要とする。
【００３６】
この種類のプロセスではミクロン単位の書込精度を有することが必要であるので、正確な配置のためにファイバフェルールを用い得る。フェルールは光ファイバコネクタに類似し、その中央に極めて正確なファイバ案内部を含む。ファイバが通る精密セラミックとしてファイバフェルールを形成し得る。本発明において、第一及び第二の離間したフェルールが光ファイバを受容し、それが供給されるのを可能にする。クランプが、第一フェルール内の光ファイバを係合保持する。フェルール及びファイバを回転するために、チャックを用い得る。光ファイバは精密に設計されたフェルールによって拘束されるので、チャック位置決めに多少の不正確さがあるとしても、本プロセスは依然として有利である。よって、これらのフェルールを用いることで、回転軸及び対称軸は極めて近接する。軸運動を制御するために２つのフェルールが例証されているが、より多数を用い得る。また、設計に依存して、１つが使用されるだけで足る。
【００３７】
微小円筒としての使用のために、ファイバを約８〜約１０ミクロンの直径に縮小可能であり、その薄いファイバは微小円筒として依然として有用である。微小円筒のためにファイバの厚さの範囲を提供し得るが、約１５０ミクロンほどの高さの上限さえも可能であり、本発明を用いて８ミクロンのより小さな直径が可能である。表面張力がフォトレジストをファイバに沿って均等に広げるよう、ファイバをフォトレジストを通じて引き出し得る。ファイバ半径が減少するのに応じて、表面張力によって発生する圧力は増大する。この用途において、圧力は湾曲の半径によって分割される流体の表面張力とほぼ等しい。よって、より小さなファイバは、より大きな量の圧力を発生する。エッチング又は他の処理のために、レーザがフォトレジストを露光し得る。
【００３８】
光が、本発明の円筒光学マイクロ波共振器上の同一周波数で共振し得ない２つの可能な偏光状態を有することは周知である。勿論、円筒光学マイクロ波共振器と協働する共振が双方の偏光のために同一周波数を有するよう、単一周波数で単一状態に偏光される光を有することがより望ましい。
【００３９】
本発明では、２つの偏光状態を同一共振周波数で縮退に持ち込むことが可能である。１つの非制限的な実施例では、微小円筒上に他の層又は塗膜を配置することによって、これを達成し得る。最終使用要件に従って、この塗膜は固有の厚さ及び固有の屈折率を有する。偏光は回転され、双方の状態において同一の偏光を有し得る。例えば、１０ミクロンの直径のファイバを用いると、偏光共振は明確であり、相互に離れる。
【００４０】
１つのコンピュータ設計された実施例において、約０．２〜約１．０ミクロンの厚さも受容可能な範囲であり、且つ、最終使用及び微小円筒設計に依存して動作可能であるが、約１．５の屈折率を備える塗膜材料の層を約半ミクロンで共振器上に配置し得る。偏光状態は縮退する。これは２つの偏光状態を同一周波数にさせる。この実施例において、より高い屈折率を有するために、ある高分子材料を塗膜表面としてファイバ上に形成することが可能であり、構造の恒久的部分として形成し得る。例えば、ポリエステル又は他のプラスチック材料を用いて微小円筒上に位置付け得るし、固有の偏光のための厚さを有し得る。
【００４１】
本発明の理解のために、さらなる技術的背景及びファイバ波長分割多重チャネルに関する簡潔な説明が、微小円筒上の共振器又はリッジによる共振導波管形成の結合配列に関連して議論される。
【００４２】
ファイバ通信業界は、ファイバ波長分割多重（ＷＤＭ）チャネルが位置付けられる絶対周波数の遠隔通信グリッド上に安住している。通信グリッドは、１００ＧＨｚ（０．８ｍｍ）の多重積分によって１９３．１ＴＨｚ（１５５２．５２ｎｍ）の絶対周波数から分離された線上に位置する。このグリッドのサブ分割、例えば、５０ＧＨｚ間隔での線、又は、１００ＧＨｚ線の周りに群生された近接離間する波長のクラスタを使用することが可能である。その結果、このＷＤＭチャネル構造に基づくネットワーク及び通信システムを構築するために、フィルタ及び他の構成部材が必要とされる。
【００４３】
例えば、１０ＧＨｚの広い（−３ｄＢの両面、１０ギガバイトビット速度）チャネル、１５５２ｎｍ付近が、チャネル性能に顕著な劣化なしに追加又は削除し得る基本的なＷＤＭユニットである。５０ＧＨｚ離間する隣接チャネルから少なくとも３０ｄＢの隔離を達成することがしばしば必要である。本発明の非限定的な実施例として、本発明の光学マイクロ波共振器結合システムは、単一モード「イン」及び単一モード「アウト」結合システムであるべき図６に示されるような１つの非限定的な実施例に記載され且つ取られ得る。単一チャネルを選択的に吸収或いは散乱し損失エネルギーを回収しないことによってチャネル削除の目標を達成することは可能ではないかもしれない。この仮定は「イン」及び「アウト」単一モードの間の相反性を暗示するので、それはこの非限定的な実施例において重要である。
【００４４】
典型的に、光学マイクロ波共振器の物理的サイズは制約であるが、この非限定的な実施例において物理的サイズの制限は想定されない。現レベルでは、装置物理学によって、及び、時には、用途要件によって、サイズに関する根本的な制限を決定し得る。
【００４５】
線形系理論、密接関連モード結合理論、及び、電磁理論が、本発明のために用いられる如何なる設計構造にも適用可能である。問題をモデル化するために、フィルタインパルス応答及び周波数応答を選択し得る。何故ならば、これらの応答は、一般的な極めて発展した理論を示し、本発明の光学マイクロ波共振器を用い得る様々な構造に直接的な物理的洞察をもたらすからである。具体的には、インパルス応答は、ファイバ遅延線に沿ったタップとして容易に視覚化される。この実施例を単純化し、これらのアプローチの迅速な評価を可能にするために、例えば、入力ビームの無視可能な消耗として、低い結合近似を用いるのが便利である。高い結合条件を備えた固有の重みづけを達成するために、低い結合近似において固有のフィルタリング機能を遂行する装置を再設計し得る。
【００４６】
典型的には、信号は複合的なベースバンドに変換された表示において表現され、搬送周波数は示されない。例えば、１５００ｎｍ波長での搬送信号のほんの少しの周期の短いバーストとして「インパルス」を定義し得る。よって、タップ遅延は、正しいベースバンド位相をもたらし、ベースバンド要件よりも厳密で困難な大きさのオーダの正しい搬送位相をもたらし得る。実際の光学マイクロ波共振器を例えばフィルタとして製作する困難さは、物理的に大きなフィルタの構造を通じて搬送位相を維持する点にある。タップ構造は、循環ループにおけるように再帰的であり得るし、所望インパルス応答を示すタップ重み分布を備える拡張構造であり得る。
【００４７】
応答は、サイズ及び構造の複雑さの故に時間領域に制限され、漏話及びチャネル隔離の故に周波数領域に制限される。公称重みづけ模型が必要とされるとき、重みづけ時間及び周波数のためにガウス模型を用い得る。ガウス重みづけは、双方の領域において同時にコンパクトな信号を生むことが既知であり、分析のための殆どの合理的な重みづけプロファイルに十分に近接する性能を示す。
【００４８】
本発明に適用可能なガウス１０ＧＨｚチャネルフィルタのための所望の帯域通過機能の１つの実施例が、図２に例証されている。このフィルタは、チャネルを５０ＧＨｚ又はそれ以上の間隔で隔離する。このガウスフィルタのためのインパルス応答としての遅延を備えるタップ電磁界強度重み分布が、図３に示されている。
【００４９】
バターワース及びチェビシェフのようなフィルタ並びに類似のフィルタは、スカート深さ、帯域内リプル、及び／又は、他の性能測定の異なるトレードオフを有する。３つのサンプル種類の１０ＧＨｚ帯域幅フィルタの周波数応答が、図４に示されている。単極バターワースは、単一結合共振器に基づくフィルタの帯域形状である。この応答は、ＤＷＤＭチャネル（５０ＧＨｚ中心上で１０Ｍｂ／秒のチャネル）のために重要でない。共振器パラメータが適切に選択されるとき、２つの結合共振器から成るフィルタは、二次バターワース応答を生成する。
【００５０】
再び図３を参照すると、このグラフは、本発明と協働する潜在的なフィルタのより良好な評価を示している。図２に示されるようなフィルタ性能にアプローチするために、フィルタは、図３に例証されるものに相当する遅延値を有し得る。この実施例では、第一結合地点と最終結合地点との間の約３０ミリメータのガラスと等しい通路遅延差があり得る。
【００５１】
例として、格子結合オーバーレイを有する平面導波管と機能が類似するフィルタを選択し得る。この実施例における格子の周波数は、導波を、導波管の平面に対して３０度で伝搬する自由空間波に弱く結合する。格子の長さに亘る相対的遅延をＬｄ＝Ｌｇ−Ｌｇ＊ｃｏｓ（３０）／ｎと表現し得る。このフィルタを実施するために、約９０ｍｍの導波管を必要とし得る。この実施例は波長帯域に同時に結合するので、それは追加−削除フィルタのために有利でない可能性のある構造を示している。異なる波長の帯域が、選択波長が結合する３０度未満の異なる角度で結合する。この自由空間結合構造のフィルタは、追加−削除フィルタと比較すると、波長の多重変換装置／逆多重変換装置としてより適合可能である。
【００５２】
追加−削除フィルタとして機能するために、フィルタは切り換えられるチャネルの波長のみと相互作用し、他の全てのチャネルが摂動を受けない状態のままにすべきである。これは、多くのモードから或いは多くのモードへの結合に基づいて追加−削除フィルタを構成することを非実用的にする。単一チャネルの追加−削除装置として実用的であるために、装置は単一モードを単一モードに結合すべきである。自由空間出力は実際上モードの連続体であるので、上記所与の実施例はこの基準に違反し得る。切り換えられるチャネルは、モードの１つの範囲に有効に結合するが、他の波長は摂動される。何故ならば、それらは出力モード（角度）の他の範囲に結合するからである。類似の状況が多モード導波管結合器で生じる。動作波長は、１つの特定のモードを多の特定のモードに結合するが、他のモードの組への結合は他の波長チャネルで生じる。
【００５３】
本発明においては、再循環を通じて同一通路を何度も再使用することによって遅延を達成する、よりコンパクトなフィルタ構造を達成するために、平行円周リッジ、螺旋状リッジ、若しくは、塗膜、又は、本発明の共振導波管を形成するこれらの１つ、２つ、若しくは、３つ全ての組み合わせのような共振構造を用い得る。そのような構造は、再循環構造の周りでの移行時間と等しい時間によって離間されたパルスの指数関数的な遅延シーケンスから成るインパルス応答を有し得る。均等離間パルスのこのシーケンスは、パルス間隔の逆数と等しい自由スペクトル範囲又は周波数間隔を備える周波数領域内で周期的に発生する多通過帯域を備えるフィルタを表わす。光学マイクロ波共振器のための共振導波管を形成する共振構造は、コンパクトな構造において所要の長時間の遅延を達成し得る。
【００５４】
本発明の１つの非限定的な実施例における単一モードの４ポート光学マイクロ波共振器３０が、図５に例証されている。この光学マイクロ波共振器３０は、光源導波管３２及び光出口導波管３４の故に、光学マイクロ波共振器組立体を形成している。光が光源導波管３２、例えば、光ファイバ内に受光される。光はマイクロ波共振器３０上に受光され、導波管光出口３４から出光する。しかしながら、一部の装置における共振構造は、球又は平面導波管リングのささやきの回廊モードの形態を取るのが一般的であるが、本発明においては、微小円筒と関連付けられている。微小球の欠点は、効率的な球模型励起のために必要な光学結合器としてそれらが用いられることである。
【００５５】
微小球と対称的に、微小円筒におけるささやきの回廊モードは、横方向における電磁界の閉込めを典型的に欠く。しかしながら、本発明の１つの非限定的な実施例によれば、微小円筒の表面上に共振導波管を形成する円周リッジによって閉込めをもたらし得る。微小円筒は塗膜も有し得る。本発明の他の特徴によれば、微小円筒として、同一又は異なる材料のリッジ又はリッジの螺旋から形成される共振導波管が有利である。異なる共振導波管を微小円筒上に形成し得るし、相互に結合又は分離し得る。例えば、リッジの離間されたグループ化は、異なる共振導波管をもたらし得る。
【００５６】
平面上に形成される導波管の従来的な実施に従って、微小円筒の表面上に蒸着された透明材料のリッジを形成することによって、導波管を微小円筒上に形成し得る。もしこの設計が約１．５ミクロン波長に亘って継続されるならば、リッジは典型的には数ミクロンの幅、１ミクロン又は２ミクロンの厚さであり、微小円筒の屈折率よりも僅かに大きな屈折率を有し得る。
【００５７】
微小円筒構造の実施例が、参照として引用される第７３０号出願に示されているが、改良された構造が図６に示されている。非限定的な実施例として、リッジ４０，４１としての２つの共振器が微小円筒４２上に形成され、共振導波管を形成している。記載の目的から２つのリッジのみが例証されているが、多数が典型的には形成される。典型的な入力／出力結合システムは、この非限定的な実施例では光ファイバとして形成された、２つの結合された導波管４８，５０を用いることによって形成されている。リッジに近接して位置する円は、光源導波管、即ち、入力ポート、及び、光出口導波管、即ち、出力ポートの断面を指し示しており、結合器として動作している。２つの共振器又はリッジの空間的近接の故に、共振器又はリッジ４１，４０を電磁界オーバーラップによって相互に直接的に結合し得る。微小円筒本体の屈折率よりも高い屈折率を備える選択的な透明材料によって導波管を形成し、リッジを覆う塗膜４０ａ，４１ａとして塗布し得るし、ある場合には、微小円筒のみを覆って塗膜を塗布し得る。塗膜をポリエチレン若しくはポリアミドから形成し得るし、又は、リッジ４１，４０を覆う或いは石英ガラス微小円筒上のガラスであり得る。他の材料も用い得る。この塗膜のみが共振導波管として動作し得るし、或いは、リッジが塗膜内に展開される。光源導波管に対して微小円筒及びその共振導波管を移動することによって、同調を時々もたらし得る。破線４５は、微小円筒内にテーパを示し得る可能なテーパ（誇張して示されている）を示している。それはミクロンだけであり得るが、同調をもたらすのに十分である。また、リッジの高さ、間隔、及び、角度が同調及び偏光特性に影響を及ぼし得ることが理解されるべきである。
【００５８】
高度の制御及び柔軟性をそれらの間に備えて、多数の共振器又はリッジを単一の微小円筒上に製作可能である。微小円筒に沿って制御された結合を備える単一の微小円筒上に多数の異なる共振導波管を形成するために、例えば、多数の共振器を縦続することによって複雑な複数フィルタを構築し得る。別個の共振導波管上の隣接する共振器又はリッジが異なる周波数を有するよう、微小円筒をテーパ状にすることによって、同調を達成し得る。例えば、どの一連のリッジ又は共振器が光源導波管又は出口導波管と動作可能であるかを変えるよう、微小円筒をその軸に沿って機械的に滑動することによって、同調を達成し得る。固有の結合をそれらの間に備える一連の長い共振器又はリッジを配置することによって、低速波構造を形成し得る。また、微小円筒上への螺旋状の、即ち、渦巻状の共振導波管構造の配置することは、光学低速波の光学マイクロ波共振器を形成する。固有のピッチ及び導波管幅を選択することによっって、螺旋状回転間の結合を制御し得る。
【００５９】
多くの従来技術の光学導波管は、従来的な平版印刷、フォトレジストマスキング、めっき、及び、エッチング技法を用いて平面構造上に製作されてきた。共振導波管及び類似の導波管構造を微小円筒上に形成することは、図６に示されるように、異なる製造プロセスを必要とする。本発明の１つの特徴では、集束レーザビームを用いた直接書込みを用いて共振導波管を製作することが可能である。
【００６０】
図７は、１つの非限定的な実施例として、本発明に従って微小円筒上に共振導波管を製作するために用いられる基本ステップを例証する高レベルのフロー図である。ケイ素の光ファイバ材料から初期的な微小円筒を提供し得る。それは外部クラッド及び内部コアを含み、約８〜約１５０ミクロン以上の直径であり得る。１つの非限定的なステップにおいて、それはフォトレジストで所望の厚さに被覆され（ブロック６０）、旋盤チャックに類似する精密な回転装置又はチャック内に配置される。チャック組立体は、微小円筒の表面で約１〜１０ミクロンの小円に並進される。チャック組立体が回転するときに、チャック組立体を微小円筒軸の方向に長手方向に移動し得る（ブロック６２）。並進機構は、コンピュータ制御下の精密動作ステージであり得る。複合的且つ有用なパターンを生成するために微小円筒を回転し且つ移動する間、レーザビームはフォトレジストを露光するために変調される（ブロック６４）。共振導波管を備える光学マイクロ波共振器を形成するよう、共振器として成形リッジを有する完成品を生成するために、エッチング処理、及び、場合によっては、めっきをフォトレジストマスク上に用い得る（ブロック６６）。
【００６１】
図８は、共振導波管を形成する本発明の微小円筒共振器又はリッジを有する光学マイクロ波共振器を形成するために用いられる機器７０の１つの非限定的な実施例を例証している。機器７０は、フォトレジスト及びエッチング処理ステップを具備し或いは具備せずにレーザ「旋盤」製作技法を用い得る。例証されているように、微小円筒を形成すべき光ファイバ７２が、第一及び第二離間フェルール７４ａ，７４ｂを通じて供給され、離間フェルールは、上部及び下部クランプ７６ａ，７６ｂによって、支持部材７８上に支持されている。フェルール７４ａ，７４ｂは、駆動機構７９によって描写されたような、光ファイバが通過する精密なファイバ案内部を含み、駆動機構は適切な駆動モータを含む。光ファイバ接続体フェルールと類似して、フェルールは典型的にセラミックから形成される。ファイバ７２を保持するフェルール７４ａがファイバを内部に具備して回転することを可能にするよう、上部クランプ７６ａを設計し得る。ファイバはフェルール内で回転するが、フェルール７４ｂは回転しないよう、下部クランプ７４ｂを動作し得る。支持部材７８はｘ、ｙ、ｚステージ８０上に位置する。駆動機構８１は、ｘ、ｙ、ｚステージ８０と係合駆動し、コントローラ９０によって制御される。ステージ８０はファイバ軸方向に沿った長手方向運動を可能にする。チャック及び駆動機構８２は、上部フェルール７４ａに接続する。ファイバをチャックによって位置付け且つステージによって長手方向に並進し得るよう、クランプ及びフェルールを設計し得る。フォトレジスト８４を通じてファイバ供給部８３からファイバを引き出し可能であり、ファイバはそこで被覆される。レーザ８５は、処理ステーション８６で、１つの非限定的な実施例において、エッチング処理のような、さらなる処理のための被覆ファイバの適切な露光をもたらす。レーザ書込みステップを駆動する回転及び長手方向並進を正確且つ精密な方法で可能にするために、ファイバを上部フェルール７４ａに固定し得る。よって、ファイバを供給部８３から引き出し、その運動を停止し、次に、パターン作成のためのレーザ書込みが起こる間、正確に制御し得る。ファイバ上に如何なるリッジ又は溝をも加工するために、レーザは動作的であり得ることが理解されるべきである。
【００６２】
本発明の微小円筒として使用し得る種類のファイバの非限定的な実施例は、ＳＭＦ２８又はフォトレジストにおいて被覆される類似の単一モードファイバである。本発明において使用し得るレーザ源の非限定的な実施例は、３６４ｎｍレーザである。
【００６３】
円筒形導波管構造、即ち、上述のような共振器又はリッジ内、或いは、共振導波管を形成するよう動作する類似的に設計された微小円筒共振器内に伝搬する光を分析し得る。実施例は、半径ｒ及び屈折率ｎ１の無限微小円筒であり得る。屈折率ｎ２の媒体内に微小円筒を浸漬し得る。微小円筒軸と平行なｚ軸を備え且つ微小円筒の中心に原点ｙを備える座標系を選択し得る。ささやきの回廊型の導波は、微小円筒境界の内部だけを伝搬すると想定される。この波は、境界での屈折率不連続性からの連続的反射を受ける。円形の微小円筒ジオメトリを均等な平面ジオメトリと置換するために、単純化された近似を用い得る。電磁界は円形境界に沿って伝搬するよう閉じ込められるので、より大きな半径にある成分は、比例してさらに遠くに伝搬する。これは今や平面的な境界からの距離で直線的に変化する屈折率を備える平面システムとほぼ均等である。光学導波管内のたわみを分析するために、この技法を用い得る。平面的な均等導波管の実効屈折率は以下の通りである。
【００６４】
微小円筒（ｙ＜０）の正に内部の領域においてｎ＝ｎ１ｙ／ｒ、及び、
微小円筒（ｙ＜０）の正に内部の領域においてｎ＝ｎ２ｙ／ｒ。
【００６５】
この実効屈折率プロファイルを示すために、一次元ビーム伝搬被覆模型を構築し得る。図９は、１．０（空気）の周囲屈折率、及び、１．４９８の本体屈折率ｎ１を備える直径１２０ミクロンの微小円筒の外部の１．３３（水）の屈折率を得るための、模型化された結果を示している。この電場電磁界構造は、周囲屈折率が１．０であるとき、幾つかのモードを示す。１．３３の屈折率で、電磁界はほぼ単一モードであり、１．４０の屈折率で、明瞭な単一モードがある。しかしながら、微小円筒の外部の電磁界パターン上で２０ミクロンに出るペデスタルによって証明されるように、１．４の屈折率のためのモードは、多少の放射損を有する。１．３５〜１．４の周囲屈折率が、直径１２０ミクロンの石英ガラスロッドのために望ましい。電磁界は、微小円筒の内側の表面の約３ミクロン内に閉じ込められ、表面の外側に１ミクロン未満浸透する。全ての場合における電磁界は、８．３ミクロンモード電磁界直径を備えるガウスプロファイルとして開始した。この模型において、それらは微小円筒の周りで２ｍｍ又は約５倍伝搬される。
【００６６】
微小円筒の伝搬を分析し、円筒面上に共振導波管を創成するために、屈折率転換を用い得る。実効屈折率は軸ｒからの距離と正比例するので、より高い実効屈折率の領域がｒを増大することによって創成される。微小円筒上に形成される共振器、即ち、リッジ中の材料の実効屈折率が微小円筒自体の屈折率と同一又は大幅に類似しているとしても、リッジは、共振導波管になり得る。これは、リッジの屈折率が下方に位置する平面の屈折率を超えない限り低損失案内が生成されない平面構造上のリッジと対称的である。
【００６７】
光学導波管の案内力を特徴付けるために用いられるパラメータは、Δ＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１である。微小円筒上のリッジ導波管のためには、Δ＝（ｒ１−ｒ２）／ｒ１＝ｈ／ｒであり、ここで、ｈはリッジ高さであり、ｒは微小円筒半径である。Δのための典型値は０．０１である。これは、６０ミクロンの半径を備える微小円筒上の高さ０．６ミクロンのリッジに対応する。
【００６８】
均質な材料を備えるリッジ導波管は、高品質の共振導波管の製造を可能にする。例えば、導波管が望まれるところに、フォトレジストマスクのみを塗布し得る。周囲材料を所望の屈折率ステップのための所要深さにエッチング処理し得る。フォトレジストの関連区画を露光するために、レーザを用い得る。蒸着、エッチング処理、又は、変更は導波管で必要とされない。この製作技術は、重要な導波領域を、フォトレジストによって保護された、如何なる処理によっても無傷のままにする。さらに、この種類のプロセスでは、元の微小円筒の精度（半径、真円度等）が保持される。前述のように、フォトレジスト上に書き込むために、このレーザ「旋盤」プロセスを用いて、多くの複合的で複雑なパターンを創成し得る。
【００６９】
上記の屈折率転換は、微小円筒壁によって創成される平面導波管内に転換されたステップ屈折率のパラメータをもたらす。軸（ｚ）方向における波電磁界分布を解決するために、平面導波管分析技法及び実効屈折率方法を適用し得る。スラブ導波管のための単一モード動作は、関数Δ＝λ２／８ｈ２ｈ１２に従い得る。この場合、ｈは平面導波管の幅であり、それは本発明の１つの実施例における微小円筒上のリッジの幅である。もしリッジ幅のために５ミクロンの適正値が選択されるならば、Δ値は単一モード動作のためにＤ＜０．００５５である。これは直径６０ミクロンの微小円筒上の０．３３ミクロンのリッジ高さに対応する。
【００７０】
これはジオメトリは、リッジ下の横方向の閉込めと制御可能なリッジ高さとの間の良好な妥協であり得る。勿論、このレベルの詳細は、実際の装置製作技法及び最終使用設計に依存する。微小円筒状の模型化されたリッジ導波のための演算結果が、５ミクロンの幅の０．３３ミクロンのリッジを備える、水に浸漬された直径１２０ミクロンの微細円筒に関して、図１０に示されている。
【００７１】
本発明では、例えば、図５に示されるように、光源導波管、例えば、光ファイバ、及び、光出口導波管、例えば、他の光ファイバを用いることによるような、入力−出力結合が可能である。このシステムは、微小球又は微小円筒付近の１つのテーパ状光ファイバについての改良である。本発明は、微小円筒上に共振導波管を有し、エネルギーを微小円筒に結合及び分離し得る光学マイクロ波共振器の改良を提供する。光源導波管からの電磁界が共振導波管を形成する微小円筒からの電磁界とオーバーラップするときに結合が起こる。これは光学導波管の導波管コアとマイクロ波共振器の導波管コアとの間の近似を必要とする。相互作用距離、又は、この近似が維持されるべき源及びマイクロ波共振器導波管の双方における伝搬距離は、結合関係における重要なパラメータである。結合の量は、概ね、相互作用距離の二乗のように変化する。
【００７２】
結合器の設計及び実施も、摂動を受けない光源導波管から結合領域内へ、そして、光出口導波管を通じて出て光源導波管に再び戻る漸進的転移を用い得る。例えば、図１１は、約４．２ｎｍの自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）備える約１２５ミクロンの微小円筒９１を用いたフィルタ９０を示している。光ファイバ９２は光源導波管として動作し、コア方向に下る移行部９２ａを有し、それは微小円筒及びその共振導波管に近接して配置される。光出口導波管として動作する光ファイバ９３でのフィルタスループットが下部に示され、そのコア方向に下る移行部９３ａで起こる。光がファイバ移行部９２ａに進入し、マイクロ波共振器上に結合され、移行部９３ａを通じて微小円筒から出力される。
【００７３】
本発明の１つの実施例では、共振導波管を電磁界Ｅ２を備える単一モード導波管であると考え得る。源を電磁界Ｅ１を備える単一モード導波管であると考え得る。２つの導波管の間の対称的な出力結合はｃである。以下の方程式によって電磁界パターン及び結合摂動からｃの値を演算し得る。
【００７４】
【数６】
2006309236.tif 000008
ここで、Ｎは正常化定数である。
【００７５】
【数７】
2006309236.tif 000009
λは摂動指数変化のためのδｎ／ｎである。
【００７６】
本発明に従って、マイクロ波共振器の性能に関するモード不整合の効果も分析し得る。例えば、マイクロ波共振器導波管（Ｅ２、幅５ミクロン、Ｄ＝０．００５）をリッジ導波管（Ｅ１）の電磁界内の摂動とし考え得る。ｚ軸と平行な単一平面内の集中源として上記の方程式１の核でビーム伝搬分析を用い得る。この実施例にはマイクロ波共振器損失は導入されない。マイクロ波共振器モードと光源モードとの間の模型不整合損失を優勢損失と考え得る。０．７のモード対モードオーバーラップは、結合出力の半分を光源導波管に戻させ、且つ、半分を放射又は非伝搬モードにおいて損失させる。この構造のための模型計算が遂行され、入射モードのための定常電磁界パターン、移行電磁界、及び、共振器電磁界が、図１２に示されている。
【００７７】
図１２中のグラフは、定常電磁界パターンを示している。搬送電磁界を示すグラフ線は絶対値としてプロットされているので、負の中心場は正である。搬送電磁界は大きいが、伝搬モードの容量は入射電波下で２０ｄＢより大きい。入力源モードと正常化マイクロ波共振器電磁界モードとの間の相関係数は０．７１である。源導波管内の電磁界パターンの形成は、図１３に示される過渡電磁界パターン中に見られる。マイクロ波共振器内の対応する電磁界蓄積は、図１４の過渡電磁界パターンに示されている。
【００７８】
これらの模型結果は、散乱モードと伝搬モードとの間の光の５０／５０スプリットである。それはマイクロ波共振器内の５０％損失を表わさないが、損失と結合との間の５０／５０スプリットを表わす。５０／５０スプリットは、損失対結合比のための目標であり得る。
【００７９】
上記のような微小円筒を用いるとき、微小円筒は、自由空間範囲、微小円筒の周りの過渡時間の逆数と等しい周波数間隔によって分離される複数の通過帯域を示し得る。大きな自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）の達成は、小さな微小円筒を要し得る。
【００８０】
図１５に示されるように、（約１０ミクロンの）微小円筒９５と光源導波管９６と光出口導波管９７との間の接触ゾーンは、小さな微小円筒９５にとって極めて短い。例えば、直径５０ミクロンの微小円筒は、２０ミクロン未満の接触長を提供し得る。出力結合係数は結合長の二乗として変化するので、この短い結合は、一部の用途において、微小円筒の使用を制約し得る。複数の通過帯域、単一マイクロ波共振器に基づくフィルタの通過帯域形状及びＦＳＲは、性能に影響を及ぼし得る。単一のマイクロ波共振器は、ローレンツ帯域形状を有し、それは帯域中心からの周波数オフセットの第一出力として低下する。これは殆どの用途にとって低い低下である。
【００８１】
結合及びＦＳＲは他の問題を提起し得る。図１６は、結合された微小円筒としての光学マイクロ波共振器を例証しており、共振導波管をそれぞれ有する。複数のマイクロ波共振器が光源導波管に相互に結合されている。これは多数のマイクロ波共振器に拡張可能である。図１６では、５つの微小円筒１００ａ乃至ｅが、結合された導波管マイクロ波共振器構造１０１を形成している。１つの非限定的な実施例において、構造１０１はピラミッド構造である。３つの接点１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃが、光出口導波管１０４に位置している。２つの接点１０２ｄ，１０２ｅが、光源導波管１０６に位置している。マイクロ波共振器は相互に結合されているので、結合された電磁界は干渉的に増大する。従って、３つの接点は、結合力における９倍の増大をもたらす。しかしながら、この複雑な構造は、全ての結合地点（この実施例では７つ）間の固有の位相関係を必ずしも維持しない。
【００８２】
本発明によれば、同軸の光源導波管に対する微小円筒の結合を構築し得る。結合された微小円筒を同一微小円筒上に配置することによって、図１６における構造の位相及び接点間隔の問題の一部を軽減し得る。しかしながら、複数のマイクロ波共振器との接触は、微小円筒軸が光源導波管軸と平行に位置することを要求する。光源導波管からマイクロ波共振器への結合は、伝搬方向を９０度（又は、軸が平行でないときに、光を光源導波管から共振器導波管へ向けるのに必要な任意の角度）だけ変化する結合素子を必要とする。
【００８３】
結合素子、例えば、回折格子又は類似構造、例えば、図１７に示されるような誘電体線構造が、この結合を達成するための１つの可能な構造である。結合素子は、導波管モード管で結合し、光学導波管から共振器又は共振導波管を形成するリッジに結合し得る。
【００８４】
図１７は、微小円筒１１４上に共振器導波管を形成する一連のリッジ１１２と接触する光源導波管１１０を示している。結合素子を形成する一連の角度付き線、例えば、回折格子１１６、誘電体線、エッチング処理されたバンプ、ノッチ、溝、又は、他の構造が、共振導波管と協働する。一部の特徴において、それはリッジ上に直接的に形成され、光源導波管と接触して整数の波長で離間される。結合素子はリッジ上に直接的に或いはリッジ間にあり得る。近接によって或いはそれらの上に位置する結合構造によって、共振器又は共振導波管を形成するリッジを相互に結合し得る。この構造の結合長さは微小円筒ジオメトリによって制限されず、結合長さは構造に亘る精密な間隔及び位相関係を維持するために求められる精度によってのみ制約される。もし導波管共振器又はリッジが十分に遠くに離間するならば、相互の結合はなく、それぞれ独立して作用する。光源導波管から結合される出力は、光源導波管と接触する共振導波管の数と正比例して変化する。もし強力な結合があるならば、結合力は接触する共振導波管の数の二乗として変化する。
【００８５】
共振導波管を形成するリッジが用いられる必要がないことも可能である。もし格子接触ゾーンが十分に長ければ、広い波面、例えば、一次元平面波が、微小円筒の周りに伝搬する。低い回折損失を有するためにそのような広い構造を設計可能であり、導波は不要である。広い接点、図１８に示される導波されない共振器構造が一例である。
【００８６】
このジオメトリのために、結合波の方向は波長で案内するので、結合は周波数選択的である。この機構の周波数選択度は、波長における結合領域の軸長によって決定される。自由スペクトル範囲は、波長におけるマイクロ波共振器の円周によって決定される。結合長さが大きいとき、微小円筒の円周及び結合の解像度は、マイクロ波共振器から単一の通過帯域を選択し、１つ又はそれ以上の自由スペクトル範囲から離れる望ましくないスペクトル帯域を徐波するのに十分である。この構造は、結合の良好な強度のために十分な結合長さを達成する問題を解決し、マイクロ波共振器内の複数の通過帯域の問題を同時に解決する。
【００８７】
記載されたような基本的光学マイクロ波共振器に関する他の変形は、図１９に示される配列である。共振導波管は、平行な帯又はリッジの代わりに、連続的な螺旋である。螺旋の回転を結合又は分離し得る。回転の幅及び間隔の選択によって、或いは、他の結合構造によって、この結合を制御し得る。この実施例において、光源導波管２００は共振螺旋導波管２０２に結合し、その導波管は第二螺旋２０４に結合し、双方とも微小円筒２０２ａ，２０４ａ上にそれぞれ形成されている。光源導波管と螺旋状低速波構造との間の所望の位相整合条件を満足するために、選択された螺旋回転間隔と共に、結合素子２０６、例えば、回折格子を選択し得る。結合素子は、回折格子、エッチング処理されたバンプ、ノッチ、誘電体線、又は、他の構造であり得る。
【００８８】
本発明は、公開された第７３０号特許出願のような従来技術の工学マイクロ波共振器の改良である。本発明は、所望の変更を与えるためにリッジが所定の方法で整列するよう、溝を形成するリッジを有する共振導波管を含むことが可能であり、本発明の他の特徴における塗膜の塗布を通じてそれを達成し得る。塗膜は、導波管の低速化及び偏光効果のために有利でもあり得る。所定の溝深さ（高さ）、微小円筒に対する角度及び間隔を備えるリッジの結合は、低速波構造を形成可能であり、導波管結合された共振器及び他の光源導波管を備える結合モードに影響を与え得る。本発明は、フィルタを共に結合し得るよう、図１６の実施例におけるような複数接点結合構造を勿論許容する。
【００８９】
共振導波管及び光学微小円筒を形成するために、リッジ（及び随伴する溝）のような共振導波管を微小円筒上に形成する必要がないことが可能であり、本発明では、光エネルギーの「ストライプ」を微小円筒の周りに配置することで、それが波長のオーダに対して小さくない限り、微小円筒の周りを進行する光のストライプの幅が広がらず、むしろ柱状化されることも場合によっては可能である。ゼロ複屈折を得ることが可能である。図９は、例えば、微小円筒上の模型化されたささやきの回廊モードを示している。よって、もし光の広いストライプが広がらずに光ファイバの周りを通るならば、リッジを用いる共振導波管が微小円筒上に不要であることも可能である。それは、結合されるものの幅及び光エネルギーの角伝搬に対する導波管の周りの距離の関数である。例えば、狭い励起を備える大きな直径の微小円筒は有利ではない。何故ならば、それが周りを進行するとき、光エネルギーが回折するからである。それは回折損失によって支配されない。本発明は、微小円筒共振器及び十分に低い回折損失を達成するために十分に広いストライプを可能にする。これは設計の工学パラメータの関数である。塗膜がより一層有利である。
【００９０】
微小円筒上に形成される幅５ミクロンの共振導波管の２ミクロン内に光源導波管を位置付ける必要がないので、有利な位置決め問題がある。よって、それは動作可能であるので、モード又は接触がどこであるかは重要でない。
【００９１】
リッジとして共振導波管を含んでも含まなくてもよいテーパ状光ファイバを有することも可能であり、周波数同調及び選択のために、それを光源導波管に対して前後に滑動し得る。記載されたようなこれらのシステム及び装置の一部は偏光依存的であり、一部の場合には偏光依存性を有することが望ましいことが理解されるべきである。本発明によれば、双方の偏光が所与の波長範囲内で同一であるよう、複屈折を生成し且つ２つの偏光を同調及び整列させるために、塗膜又は層を微小円筒に塗布し得る。共振導波管を形成するリッジ又は他の共振器を覆って塗膜を塗布し得る。
【００９２】
光ファイバを使用するとき、使用者は偏光に対する制御を一般的に有さないことが理解されるべきである。前記のように微小円筒上に共振導波管を形成するリッジ又は他の共振構造は、正しい屈折率材料から成り、正しい高さを有し、よって、偏光独立特性を包含し得ることが可能である。その結果、正しい厚さ及び正しい屈折率材料を有する共振器、例えば、リッジと協働する一組のパラメータがあり、その結果として、偏光独立性が構築される。
【００９３】
一部の実施例では、下に位置する微小円筒材料と同一の屈折率を備えるリッジ自体が、所望の共振導波管を形成する。所望の導波管特性を設定するよう固有の厚さを備えるより高い屈折率の材料から共振導波管を形成することも可能である。例えば、塗膜は一部の偏光された光をより高速に伝搬させ、複屈折を構築し得る。一部の例では、微小円筒を覆う塗膜だけで所望の共振器構造を生成し得るのみならず、偏光効果を生成し且つ偏光状態を縮退させ得る
【００９４】
図２０及び２１は、示される軸方向及び径方向極モードを備え且つ全直径に亘って離間された状態の１０ミクロンのシリカ微小円筒及び３０ミクロンのシリカ微小円筒のそれぞれのＥＭＰ模型周波数応答を示している。
【００９５】
図２２は、０．４ミクロンの高分子塗膜２０２及び試験室２０６内で隣接する光源導波管２０４を備える９．５ミクロンの円筒２００のための非限定的な模型を示している。
【００９６】
図２３は、図２２に示される０．４ミクロンの高分子で被覆され、１．５５の屈折率を有し、軸方向偏光及び径方向偏光を示し、且つ、ノッドの良好な整合を示す９．５ミクロンのシリカ円筒のＥＭＰ模型周波数応答を示している。
【００９７】
図２４は、降下フィルタとして１つの光学マイクロ波共振器の挿入損を備え、且つ、光源導波管（イン）及び光出口導波管（アウト）を備える光ファイバとしての光源導波管の隣に隣接して示される差分時間領域模型を示している。
【００９８】
図２５Ａは、降下フィルタ２２４としての２つの非結合マイクロ波共振器２２０、２２２、及び、光源導波管２２６のイン及びアウト位置を示している。図２５Ｂは、図２５Ａに示される構造を用いた差分時間領域模型を示している。
【００９９】
図２６、２７、及び、２８は、１．５５のフィルム屈折率を備え且つ源スループット及び導波管出力を示す３００、４００、及び、５００ナノメータの厚さの層のための応答及び波長の関数としてのフィルタ伝達関数をそれぞれ示している。
【０１００】
図２９、３０、及び、３１は、１．５０のフィルム屈折率を備え且つ源スループット及び導波管出力を示す３００、４００、及び、５００ナノメータの塗膜のための応答をそれぞれ示している。
【０１０１】
溶剤が乾燥するまで溶剤内で浸漬塗装して塗膜が微小円筒を覆った状態にすることによって、本発明において用いられる塗膜を達成し得る。これは、ワニス上への吹付けと類似し、そこでは、溶剤は蒸発し、乾燥後に塗膜として残る。図８の装置において、これを制御された方法で達成し得る。レーザ内の如何なる紫外線ステップの前に或いは後続してそれを達成することもできる。前記のプラスチックのような高分子又はガラスから周縁塗膜を形成し得る。塗膜は、１つの非限定的な実施例において、約８．０〜約１５０ミクロンの直径の微小円筒上で、約０．２〜約１．０ミクロンの厚さに及び得る。フィルムの屈折率は、１つの非限定的な実施例において、約１．４〜約１．６に及び得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】光ファイバと微小球との間の結合をもたらすために光ファイバに隣接して位置する従来技術の微小球を示す部分図である。
【図２】ガウスフィルタのためのインパルス応答の遅延を備えるタップ電磁界強度重み分布を示し、且つ、周波数オフセットに対するフィルタ応答を示すグラフである。
【図３】１０ＧＨｚ帯域通過ガウスフィルタのインパルス応答を示し、且つ、ミリメートル単位のガラスにおける遅延に対する電磁界結合重みを示すグラフである。
【図４】ガウス及びバターワースフィルタのための帯域形状を示すグラフである。
【図５】本発明の１つの実施例に従った単一モードの４ポート光学マイクロ波共振器結合システムを部分的に示す立面図である。
【図６】微小円筒上に形成され、且つ、本発明の１つの非限定的な実施例に従った円周リッジとしての結合された共振器から形成された共振導波管を有する光学マイクロ波共振器を部分的に示す側面図である。
【図７】本発明の１つの非限定的な実施態様に従った、例えば、図６に示されるような、結合された共振器としての共振導波管を微小円筒上に形成する方法を例証する高レベルのフロー図である。
【図８】本発明の１つの実施例に従った、微小円筒上に共振導波管を形成するために用いられる装置を部分的に示す等角図である。
【図９】本発明の１つの実施例に従って、微小円筒上の模型化されたささやきの回廊モードを示し、且つ、ミクロンでの表面からの距離に対する電磁界強度を示すグラフである。
【図１０】本発明の微小円筒上の模型化されたリッジ導波を示し、且つ、ミクロン単位の半径距離に対する軸方向距離をミクロン単位で示すグラフである。
【図１１】フィルタとして使用される光学マイクロ波共振器結合システム、及び、本発明の１つの実施例に従った微小円筒上に形成された共振導波管を有する微小円筒を部分的に示す側面図である。
【図１２】本発明の１つの実施例に従った定常電磁界パターンを示し、且つ、ミクロン単位での導波管からの距離に対する電磁界強度を示すグラフである。
【図１３】本発明の光学マイクロ波共振器の１つの実施例に従った源導波管内の過渡電磁界パターン並びに導波管軸からの距離及びピコ秒単位の時間を示すグラフである。
【図１４】本発明の１つの実施例に従った共振導波管を有する光学マイクロ波共振器における過渡電磁界パターンを示し、且つ、ピコ秒単位の時間に対する導波管軸からの距離をミクロン単位で示すグラフである。
【図１５】光学マイクロ波共振器結合システム、及び、光学マイクロ波共振器に近接して位置する光源導波管及び出口導波管を部分的に示す側面図である。
【図１６】本発明の１つの実施例に従って、相互に結合され、且つ、結合導波管、マイクロ波共振器構造を形成する複数の光学マイクロ波共振器を部分的に示す側面図である。
【図１７】本発明の共振導波管及び結合素子を含む光学マイクロ波共振器を部分的に示す等角図である。
【図１８】本発明の結合素子、導波されない共振導波管、及び、広い接点を有する光学マイクロ波共振器を部分的に示す他の等角図である。
【図１９】それぞれ螺旋状共振導波管を有し且つ本発明の低速波光学マイクロ波共振器を形成する２つの微小円筒を部分的に示す側面図である。
【図２０】本発明の１つの実施例に従って、垂直軸上に共振導波管伝達関数を示し、水平軸上に波長をナノメータ単位で示す、１０ミクロンのシリカ微小円筒のためのＥＭＰ模型周波数応答を示すグラフである。
【図２１】図２０と類似するが、３０ミクロンのシリカ微小円筒を示し、且つ、本発明に従って全直径に亘って分離された状態の軸方向及び径方向極モードをより詳細に示すＥＭＰ模型周波数応答を示すグラフである。
【図２２】本発明の１つの実施例に従って光学マイクロ波共振器を形成するために０．４ミクロンの高分子塗膜を備える約９．５ミクロンの被覆された微小円筒を部分的に示す立面図である。
【図２３】本発明の１つの実施例に従って光学マイクロ波共振器を形成するために１．５５の屈折率を有する０．４ミクロンの高分子で被覆された９．５ミクロンのシリカ微小円筒ＥＭＰ模型周波数応答を示すグラフである。
【図２４】差分時間領域（ＦＤＴＤ）模型を示し、図２２に示されるものと類似し且つ本発明の１つの実施例に従って降下フィルタとして使用される光学マイクロ波共振器の挿入損を示すグラフである。
【図２５Ａ】本発明の１つの実施例に従って降下フィルタとして使用される２つの被覆された非結合の光学マイクロ波共振器を示す概略図である。
【図２５Ｂ】本発明の１つの実施例に従って降下フィルタとして使用される２つの非結合光学マイクロ波共振器のための挿入損を備える差分時間領域模型を示すグラフである。
【図２６】１．５５の屈折率を備える３００ナノメートルの厚さを有する微小円筒から形成される光学マイクロ波共振器の応答を示し、且つ、光源導波管スループット、光出口導波管出力、及び、ナノメートル単位の波長の関数としてのデシベル単位のフィルタ伝達関数（ＦＴＦ）を示すグラフである。
【図２７】図２６のグラフと類似するが、４００ナノメートルの厚さのサンプルの光源導波管スループット及び光出口導波管出力を示すグラフである。
【図２８】光源導波管及び光出口導波管のための図２６及び２７のグラフと類似するが、５００ナノメートルの厚さを示すグラフである。
【図２９】図２６乃至２８のグラフと類似するが、図２６乃至２８に示されるグラフにおけるような１．５５のフィルム屈折率の代わりに、１．５０のフィルム屈折率を有する微小円筒を備える。
【図３０】図２６乃至２８のグラフと類似するが、図２６乃至２８に示されるグラフにおけるような１．５５のフィルム屈折率の代わりに、１．５０のフィルム屈折率を有する微小円筒を備える。
【図３１】図２６乃至２８のグラフと類似するが、図２６乃至２８に示されるグラフにおけるような１．５５のフィルム屈折率の代わりに、１．５０のフィルム屈折率を有する微小円筒を備える。
【符号の説明】
【０１０３】
２０      微小球
２２      光ファイバ
２４      エアガイド領域
２６      残留コア
３０      光学マイクロ波共振器
３２      光源導波管
３４      光出口導波管
４０      リッジ
４０ａ    塗膜
４１      リッジ
４１ａ    塗膜
４２      微小円筒
４８      導波管
５０      導波管
７０      機器
７４ａ    第一離間フェルール
７４ｂ    第二離間フェルール
７６ａ    上部クランプ
７６ｂ    下部クランプ
７８      支持部材
７９      駆動構造
８０      ステージ
８６      処理ステーション
９０      フィルタ
９１      微小円筒
９２      光ファイバ
９２ａ    移行部
９３      光ファイバ
９３ａ    移行部
９５      微小円筒
９６      光源導波管
９７      光出口導波管
１００    微小円筒
１０１    マイクロ波共振器構造
１０２ａ  接点
１０２ｂ  接点
１０２ｃ  接点
１０２ｄ  接点
１０２ｅ  接点
１０４    光出口導波管
１０６    光源導波管
１１０    光源導波管
１１２    リッジ
１１４    微小円筒
１１６    回折素子
２００    光源導波管
２０２    共振螺旋状導波管
２０２ａ  微小円筒
２０４    共振螺旋状導波管
２０４ａ  微小円筒
２０６    結合素子
【図１】
2006309236.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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