(57)【要約】  横断方向閉ループファイバ共振器（１０）は、光を表面（３００）に閉じ込めるための閉ループ形状を周縁に形成する表面（３００）を有する内側クラッド（１０２）を含む。内側クラッドは、横断方向閉ループファイバ共振器（１０）の断面部において、第１の径厚さ（１０４）と第１の屈折率分布とを有する。閉ループ形状に対応するリングコア（１２０）は、内側クラッド（１０２）の対応する表面に配置される。リングコア（１２０）は、横断方向閉ループファイバ共振器の断面部において、第１の径厚さ（１０４）よりも薄い材料の第２の厚さ（１２４）と、リングコアが、閉ループ形状の周りで光をリングコア内に横断方向に導波できるように、屈折率Δによる内側クラッドの第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率分布とを有する。
2008516285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断方向閉ループ導波路共振器であって、
光を表面に閉じ込めるための閉ループ形状を周縁に形成する前記表面を有する内側クラッドであって、前記横断方向閉ループ共振器の断面部において、第１の径厚さと第１の屈折率分布とを有する内側クラッドと、
前記内側クラッドの対応する表面に配置された前記閉ループ形状に対応するリングコアであって、前記横断方向閉ループ共振器の断面部において、前記第１の径厚さよりも薄い材料の第２の厚さと、前記リングコアが、前記閉ループ形状の周りにおいて、光を前記リングコア内に横断方向に導波できるように、屈折率Δによる前記内側クラッドの前記第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率分布とを有するリングコアと、
を備えることを特徴とする横断方向閉ループ導波路共振器。
【請求項２】
前記閉ループ形状が略球面であることを特徴とする請求項１に記載の横断方向閉ループ共振器。
【請求項３】
前記閉ループ形状が、略円筒状の形状の周りで略周方向の光伝搬を行うために略円筒状であることを特徴とする請求項１に記載の横断方向閉ループ共振器。
【請求項４】
前記閉ループ形状が、前記リングコアの外側に存在する少なくとも０．１％の光パワーを有する共振波長において、屈折率導波による共振光学モードを維持するために、前記リングコア用の略円筒状の形状の周りで略周方向の光伝搬を行うために略円筒状であることを特徴とする請求項１に記載の横断方向閉ループ共振器。
【請求項５】
前記リングコアの対応する表面を囲む前記閉ループ形状に対応する外側クラッドであって、前記リングコアの前記第２の屈折率分布よりも小さい第３の屈折率分布を有する外側クラッドをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の横断方向閉ループ共振器。
【請求項６】
前記外側クラッドが、空気誘電体の屈折率を有する空気を含むことを特徴とする請求項５に記載の横断方向閉ループファイバ。
【請求項７】
前記外側クラッドが誘電体導波層を備えることを特徴とする請求項５に記載の横断方向閉ループ共振器。
【請求項８】
前記誘電体導波層が屈折率勾配を有することを特徴とする請求項７に記載の横断方向閉ループ共振器。
【請求項９】
前記誘電体導波層が、複合階段型屈折率を有する少なくとも２つの異なる誘電体層を備えることを特徴とする請求項７に記載の横断方向閉ループ共振器。
【請求項１０】
前記内側クラッドが、周囲空気で充填された細長い開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の横断方向閉ループ共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光ファイバカプラ、特に、閉ループの結合を損失せずに、高Ｑ光学共振器を形成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、カプラまたは他の導光構造の物理的境界によって決定された方向に電磁波を閉じ込めて導くためのカプラまたは他の導光構造として動作する標準的な光ファイバおよび平面導波路のような屈折率導波型導波路構造が知られている。全反射（ＴＩＲ）は、標準的なファイバ軸に沿って光学モードを伝搬するための既知の屈折率導波機構である。低損失導波路は、このような屈折率導波を用いて導波路の中央への光エネルギーの閉じ込めを行う。ＴＩＲについて、標準ファイバの光学モードは、エバネッセント波としてのより大きな屈折率の導波路コアよりも小さい屈折率を有する必要な外側クラッド層の外側に略周方向に存在しない。
【０００３】
「Ｄ」形状のファイバの形態の標準ファイバに基づくエバネッセントファイバセンサおよびエバネッセントファイバカプラが知られている。コアがファイバの表面に近接するまで、「Ｄ」ファイバが線引きされる予備成形体の一方の側面が研磨される。次に、ファイバが線引きされて、予め研磨された領域のコアに隣接して残留するクラッドガラスの薄層がファイバの短い長さに亘りエッチングされる。このようにして、ファイバ内を伝搬する光のエバネッセント場は、ファイバの側部の当該の短い長さにわたってのみ容易に進入可能であり、ファイバの接線面全体の外側に略周方向には進入不可能である。光学モードがクラッド層の外側に部分的に存在するように、光ファイバを再線引きすることによって、エバネッセントファイバセンサおよびエバネッセントファイバカプラを製造することもできる。「Ｄ」ファイバ形状と同様に、光学モードはファイバ軸を下方にさらに伝搬する。
【０００４】
あるタイプの閉ループまたはリング共振器のようなエネルギー蓄積要素として、ファイバ自体を使用できる。２つのファイバ方向性結合器を、横方向で円形リングへと構成される長さの長いファイバに結合して、長い光路長と広いフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）とを有する全光ファイバのリング共振器またはリング発振器を形成することができる。次に、エネルギー蓄積要素であるリングの周りに、振動信号または共振信号を発生させ得る。エネルギー蓄積要素の品質係数Ｑまたはエネルギー蓄積時間により、多数の異なる用途のために用いることができるそれぞれの振動信号のスペクトル線幅が決定される。
【０００５】
高いＱを有する極めて小さな装置では、ウィスパリングギャラリーモード共振器が他のタイプの閉ループ共振器として使用される。ウィスパリングギャラリーモードのまたは光マイクロキャビティの共振器または発振器は、エッチングされるように結合されて加工された平面導波路または微小球、あるいは不均一の平坦な他のファイバ、もしくはこれらの構成要素の種々の組み合わせによって実現されている。
【０００６】
これらのマイクロキャビティで生じる高い共振は、マイクロキャビティ内で維持されるウィスパリングギャラリーモード（ＷＧＭ）によるものである。それらのサイズが小さくなり、キャビティＱが高くなった結果として、電気光学、マイクロレーザの開発、測定学、高精密な分光法、信号処理、検出、変調、切換、マルチプレクス、およびフィルタリングのような分野に対するマイクロキャビティの可能な用途における重要性が、最近増してきている。これらの高いＱ値を用いることによって、微小球状キャビティが、多数の用途における前例のない性能を提供することが可能になる。例えば、これらの微小球状キャビティは、僅か数例を引用するために、極幅狭の線幅、長いエネルギー減衰時間、高いエネルギー密度、および環境変化の精密な検出と呼ばれるものの用途に有用であり得る。特に、マイクロキャビティ共振器装置に関する重要で可能な用途は、既知の化学剤／生物剤検出装置に適合する。関連技術で知られている化学センサは、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）化学センサ、光導波路ベースのセンサ、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）化学センサ、表面音響波（ＳＡＷ）化学センサ、質量分析計、およびＩＲ（赤外線）吸収分光計を含む。従来技術のＭＥＭＳセンサのような小型センサは、重要な利点を提供する。例えば、小型センサは、本来の機能に十分に適合される。また、小型センサは、遠隔探知のために、多数配置して実装できる程度に十分に小さい。
【０００７】
高Ｑ共振器は、共振器ループの周りの光路が低損失であることを必要とする。したがって、これらの共振器が、光学損失を最小限に抑えるために、導光を横方向と横断方向との両方に提供することが重要である（横方向が、伝搬方向に対して垂直であり、一方、横断方向が、伝搬方向に対して垂直であると共に導波路の面に対しても垂直である）。平面リング共振器、球面共振器、および接続ファイバリング共振器のような従来の大部分のリング共振器構成では、ある導波機構を使用して、導波モードが横方向に（共振器の曲率の面に対して垂直方向に）伝搬しないことを確実にしている。
【０００８】
しかし、それら自体には、従来の平面加工方法またはファイバ加工方法、すなわちエッチングが、高品質の光学共振器を製造するために用いられた場合に、多くの難点が存在するが、この理由は、表面の不均一性または他の不規則性による光散乱損失を最小限に抑えるために、平坦な表面またはファイバ表面が約数ナノメートルよりも小さいずれにならなければならないからである。他方、光学微小球共振器は、典型的な表面エッチングされた光マイクロ共振器よりも数桁大きいＱを有することができるが、この理由は、流動状態における、例えば、周知のファイバ線引き加工における製造中に、自然な表面張力によって、前記光学微小球共振器のマイクロキャビティを賦形できるからである。これらのマイクロキャビティは、安価に、簡単に製造でき、また集積光学部材に適合できる。
【０００９】
結合効率は、どのようなリング共振器が使用されているかに強く依存する。その効率は、平面導波路の形状、円筒、リングまたは球と平面導波路との間の距離、相互作用長、結合率などの要因による影響を受ける。このようにして、その効率は、極めて特定用途向けのものとなり、最大化することが複雑である。
【００１０】
したがって、微小球共振器においても、マイクロキャビティベースの装置を実現することを可能にするために、光を微小球に選択的および効率的に結合する必要がある。極めて高いＱ値のマイクロキャビティは、キャビティの内部に緊密に結合されているエネルギーから得られたものなので、Ｑに悪影響を与えることなく、光エネルギーを高Ｑキャビティの内外に結合させなければならない。さらに、入出力光結合媒体を有するマイクロキャビティの安定的一体化を実現する必要がある。また、これらのマイクロキャビティ内の共振モードの励起を制御するには、装置の適切な性能が必要となるので、従来の導波路では問題が生じる。
【００１１】
典型的に、導波路のエバネッセント場に進入することによって、優れた全性能が得られる。また、導波路構造のみが、簡単な位置合わせと、明確に画成された別個のポートとを提供する。しかし、入力光照射からのパワー抽出は、キャビティおよび導波路モードが基板内にまたファイバクラッド内のモード内に漏れることにより、従来の平面導波路にとっては非効率的であることが確認されている。
【００１２】
平面導波路に対する円筒共振器の受動位置合わせは、エバネッセント光結合が行われる場合に望ましいことが既知である。しかし、従来の構造は、相対横断方向位置が維持されるだけである結合または位置合わせに最適でない。その横断方向位置よりも重要なものが、導波路および共振器の相対垂直位置である。これらの従来の構造は、この位置合わせを行わないかまたは過度に複雑である。
【００１３】
ウィスパリングギャラリーモードを閉じ込めるために、平面導波路が円形構造に結合される既知のリング共振器手段では、共振器導波構造は、比較的小さな横方向の（平面導波路の面に対して平行の）および比較的小さな横断方向の（平面導波路の面に対して垂直の）範囲（例えば、５〜２０μｍの幅）または共振器導波を有する導波モードに結合するように最適化される。この範囲は、横方向（基板面またはファイバ軸に対して平行方向）または横断方向（基板面またはファイバ軸に対して垂直方向）におけるモードフィールド幅である。０．５〜２．０μｍの範囲の光波長では、このモードフィールドは、モード導波機構が設けられていない場合に急速に発散する。
【００１４】
例えば特許文献１における、平面導波路またはテーパ状ファイバの導波モードに結合された球面共振器の場合、光を球の周りに伝搬する際にモードの経路が常に湾曲しているので、モードの自然な外部シフトに組み合わせられた球の表面と空気クラッドとの間の高屈折率差によって、半径方向モード閉じ込めが行われる。勿論、球の湾曲面によって、方位角閉じ込め（平面導波路の面に対して平行の）が行われ、これにより、方位角方向において、屈折率勾配分布の等価物が生成される。
【００１５】
例えば、特許文献２と特許文献３とにおける、平面導波路またはテーパ状ファイバの導波モードに結合された円筒共振器の場合、光を球の周りに伝搬する際にモードの経路が常に湾曲しているので、モードの自然な外部シフトに組み合わせられた球の表面と空気クラッドとの間の高屈折率差によって、半径方向モード閉じ込めが再び行われる。共振器の導波路に密接する導波材料の局所的な除去、堆積または変更によって、横方向閉じ込め（平面導波路の面に対して平行の）が行われる。しかし、円筒共振器を製造するためのこのような加工方法は、発生するであろう種々の散乱損失を制御することが困難である。
【特許文献１】米国特許第６，５８３，３９９号明細書
【特許文献２】米国特許出願第２００２／００８１０５５号明細書
【特許文献３】米国特許出願第２００２／００４４７３９７３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、最大モード導波のために正確に制御可能であり、分解能が向上した生物センサまたは化学センサを含む種々の用途のために製造可能でありかつ費用効果的である小さな高Ｑ光学共振器を設けることによって、現在の課題を克服することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一形態は、光を表面に閉じ込めるための閉ループ形状を周縁に形成する表面を有する内側クラッドを含む横断方向閉ループファイバ共振器である。内側クラッドは、横断方向閉ループファイバ共振器の断面部において、第１の径厚さと第１の屈折率分布とを有する。閉ループ形状に対応するリングコアは、内側クラッドの対応する表面に配置される。リングコアは、横断方向閉ループファイバ共振器の断面部において、第１の径厚さよりも薄い材料の第２の厚さと、リングコアが閉ループ形状の周りで光をリングコア内に横断方向に導波できるように、屈折率Δによる内側クラッドの第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率分布とを有する。
【００１８】
他の形態では、本発明は、リングコアの屈折率導波による共振光学モードにエバネッセント結合するための伝送導波路を含む。
【００１９】
本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載されており、部分的に、以下の詳細な説明によって、または以下の詳細な説明と請求項と添付図面とを含む本明細書で説明されているような本発明を実施することによって当業者に容易に理解されるであろう。
【００２０】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、本発明の実施形態を示しており、主張されているような本発明の特性および特徴を理解するための概要または枠組みを提供するように意図されることを理解されたい。添付図面は、本発明をさらに理解するために含まれ、また本明細書に組み込まれてその一部を構成している。添付図面は、本発明の種々の実施形態を示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理および実施を説明するために用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。可能な場合は常に、図面全体を通して同一または同様の部分を指すために、同一の参照番号が用いられる。本発明の横断方向閉ループファイバ共振器の一実施形態が、図１に示されており、全体を通して、参照番号１０で示されている。
【００２２】
横断方向閉ループファイバ共振器１０は、光を表面３００に閉じ込めるための閉ループ形状を周縁に形成する表面３００を有する内側クラッド１０２を含む。内側クラッドは、横断方向閉ループファイバ共振器１０の断面部において、第１の径厚さ１０４と第１の屈折率分布とを有する。閉ループ形状に対応するリングコア１２０は、内側クラッド１０２の対応する表面に配置される。リングコア１２０は、閉ループ形状の周りにおいて、光をリングコア内に横断方向に導波できるように、横断方向閉ループファイバ共振器の断面部において、第１の径厚さ１０４よりも薄い材料の第２の厚さ１２４と、屈折率Δによる内側クラッドの第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率分布とを有する。
【００２３】
閉ループ形状が、例えば、約１２５μｍの第１の径厚さ１０４を有する溶融シリカファイバにおける円筒であった場合、本発明の共振ファイバ１０は、その表面３００、好ましくは円周（しかし、他の閉ループ形状、例えば、球３０１、あるいは八角形、楕円形または円錐形の部材３０２が可能である）の周りに、伝搬方向を有する。さらに、閉ループ共振ファイバ１０の光学モードは、外側エバネッセント場を有し、その外側テール３２８を図３と図４で見ることができる。円筒円周（長手方向ファイバ軸線１９０ではない）の周りに光を伝搬させるために、またファイバの円筒形状の外側にエバネッセント場を設けるために、屈折率分布が用いられる。円筒面３００の外側にごく僅かに延びる光学モード３２０（テール３２８によって理解できるように約０．１％以上の光パワー）を有する略円筒円周のまたは他の任意の形状の表面３００の周りに光を伝搬させつつ、屈折率導波を使用して光エネルギーを導波路の中央に閉じ込めることによって、低損失の全反射（ＴＩＲ）導波路が得られる。構造が、少なくとも０．１％またはそれと同様の利用可能なこのようなエバネッセント場を有することを必要とすることにより、導波モードを用いて、厚さと屈折率との適切な組み合わせを有する構造を設計できる。円筒の外側に存在する光パワーは、内側クラッドの形状が、円筒、球、または他の弓形部材（厚さ、屈折率、周囲材料の屈折率、および円筒径）および共振動作波長であるか否かにかかわらず、内側クラッドの形状の関数である。したがって、リングコアの屈折率が内側クラッドの屈折率よりも正確にどのくらい大きいかが、特定用途に依存する。内側クラッド１０２、リングコア１２０、および外側クラッド１３０として機能する各誘電体領域内の屈折率変化を許容するために、リングコア材料の平均屈折率１５２は、内側クラッド材料の平均屈折率１５１よりも確実に大きい。リングコアの平均屈折率１５２は、光を実際に導波する程度に十分に大きく、またシングルモードファイバコアの屈折率が、長手方向光軸内に光を導波するように僅かに上昇されることに極めて類似している。屈折率Δが小さすぎる場合、光はリングコア１２０に閉じ込められず、また光は導波されずに内側クラッド１０２内に回折し得る。少なくとも１つの導波モードが、内側クラッド層の平均屈折率１５１および外側クラッド層１３０の屈折率の両方よりも大きい（およびリングコア層の平均屈折率１５２よりも小さい）有効屈折率を有するような屈折率の差［Ｎリングコア＞Ｎ内側クラッドである平均屈折率の差（例えば、Ｎリングコア−Ｎ内側クラッド）］および層厚であるべきモデリングまたは他の評価によって、所望の屈折率分布が予め決定される。
【００２４】
ＴＩＲに関する適切な屈折率分布について、光は、同一の経路を多数回移動しており、またファイバ円周のまたは他の形状の表面３００に沿って経路自体に干渉する。共振器として使用するには、回帰光路（例えばレーザ共振器でフィードバックを行うために）と外側エバネッセント場とを有することが重要である。
【００２５】
図１に戻って参照すると、内側クラッド１０２の閉ループ形状に対応する外側クラッド１３０は、リングコア１２０の対応する表面を囲む。好ましくは、外側クラッドは、リングコアの第２の屈折率分布（あるいは屈折率段差、屈折率勾配、または他の屈折率変化がある分布を許容する平均屈折率１５２）よりも小さい第３の屈折率分布（あるいは屈折率段差、屈折率勾配、または他の屈折率変化がある分布を許容する平均屈折率１５３）を有する。リングコア１２０の平均屈折率が、内側クラッド１０２の平均屈折率よりも大きく、また外側クラッド１３０の平均屈折率よりも大きい限り、１つまたは３つのすべての誘電体領域、すなわち、内側クラッド１０２、リングコア１２０、および外側クラッド１３０のために、異なる屈折率を有する多層を使用し得る。
【００２６】
リングコア１２０によって提供された高屈折率導波層、およびその表面にある他の任意の選択層は、全反射導波路に基づいて選択されて設計される（厚さおよび屈折率）。このことにより、少なくとも１つの高屈折率層の各側に少なくとも１つの低屈折率層を有する少なくとも１つの高屈折率層が必要となる。最も簡単な例では、空気は、低屈折率層であると考えられ、外側クラッド１３０として機能できる。したがって、実際に外側に製造されたクラッド層は、選択的であり、破線１３０で示されている。外側に製造されたクラッドが存在する場合、光学モードの部分が外側クラッド１３０の外面を越えて存在することを許容する程度に、製造された外側クラッド１３０を十分に薄くしなければならない（「薄さ」は外側クラッド１３０の屈折率に依存する）。リングコア１２０の導波路層は、僅か数マイクロメートルの厚さ、約１〜３μｍの厚さであることが好ましい。リングコアの外側のこの厚さ（好ましくは１〜３μｍ、それを超える場合の可能な範囲は１〜５μｍ）を有する外側クラッド１３０が、ファイバのリングコア１２０の周りに周方向に延びる光学モードに適切であろう。異なる種々の用途のために、外側クラッド１３０は、内側クラッド１０２の第１の屈折率分布よりも小さい屈折率を有し、さらに、導波を行うことが可能である。勿論、このことは、外側クラッドとしての空気の場合に当てはまる。しかし、空気よりも大きいが、内側クラッドよりも小さい外側クラッド屈折率も可能である。例えば、外側クラッド１３０が水であるかまたは水と同等のものであった場合、外側クラッド１３０は約１．３３の屈折率を有する。
【００２７】
円筒の残部よりも僅かに大きい屈折率を有する単一面誘電体層、球、または他の任意の閉ループ形状は、リングコア１２０として十分であり得る。より複雑な多層構造も使用可能であるが、異なる屈折率層分布によって、異なるモードフィールド径がどの程度生じるかを示すために、光学モデルが必要となる（コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ）から入手可能なＬＥＡＦ（登録商標）ファイバと、コーニング社から同様に入手可能なＳＭＦ−２８（登録商標）ファイバとを比較するように）。一般に、厚さおよび屈折率は、円筒の導波モードのモデルによって選択される。
【００２８】
全反射に基づく（単一誘電体領域内のいくらかの屈折率変化としての任意の屈折率段差または任意の屈折率勾配の変化を有する）本発明の導波路構造は、ウィスパリングギャラリーモードに基づく導波路構造とは区別される。このようにして、本発明の構造は、少なくとも３つの誘電体材料領域を有する。これらの３つの領域により、円筒円周の周りに延びている間に、２つの側で屈折率導波モードが行われる。他方、ウィスパリングギャラリーモードは、導波を制御するために、必要な円筒の曲率に加えて、１つのみの屈折率変化に依存する。より具体的には、ウィスパリングギャラリーモードは、円筒の内側の第２の屈折率変化に依存しない。
【００２９】
共振円筒または共振ファイバは、選択的な伝送導波路なしに単独で使用できるが、次に、共振円筒または共振ファイバ１０は、自由空間ビーム源への接続を必要とする。ファイバ共振器の他の使用は、共振器内にまたそこから光を結合することである。
【００３０】
図４を参照すると、光軸４９０に対して平行の伝搬方向４８０を有し、かつ図１の共振ファイバまたは導波路１０に対する第１の外側エバネッセント場４９１を有する長手方向導波モードを有する伝送導波路４６０を付加することにより、直交共振結合器４００が得られる。図１と同一の番号は同一の機能を有する。しかし、図４には、平面形状、球、ファイバ、または他のタイプの導波路のような導波路１０または４６０の可能な実装方法ではなく、導波路１０または４６０の一般図が示されている。図１と同様に、共振導波路１０は、長手方向軸線１９０に対して円周の、球面の、さもなければ、円形のまたは環状の接線方向でありかつ第２の外側エバネッセント場３２０を有する周方向導波モードを備える伝搬方向４３３を有する。矢印３２と４２は伝搬方向を表している。このことから理解できるように、円筒共振器の軸線１９０は、光学共振器の導波路コア層に対して平行であり、この光学共振器の導波路コア層も、伝搬方向３２に対して垂直である横方向１９０に対して平行である。横断方向でもある半径方向３２８’は、共振器の導波路コア層に対して垂直方向である。したがって、参照矢印線４３３は、光学共振器モードの伝搬方向である。
【００３１】
それに応じて、光伝送導波路コア層は、伝搬方向４２および横断方向４２８’の両方に対して垂直である横方向を有する。
【００３２】
相互作用領域４７０は、第１および第２のエバネッセント場を光学モード４２８と３２８の第１および第２のエバネッセント場のエバネッセントテールにそれぞれ直交して結合するために、伝送導波路４６０と共振導波路１０との間で密接空間に設けられる。矢印４９１と３２０は、エバネッセント場が相互作用する相互作用領域４７０の導波路１０と４６０の間におけるパワー伝送の概念を示した矢印を意味している。
【００３３】
円筒共振器または他の円形形状の共振導波路１０の重要な形態は、エバネッセント場が共振器１０の表面を越えて延びることである。多数の中からの可能な１つの用途としては、屈折率検出を用いた生物学的検出または化学的検出のために共振器の表面の選択的な結合層を検査するためにも、共振器内にまたそこから光を結合するためにも、エバネッセント場が重要である。したがって、光学的なまたは誘電性の頂部リングコア層１２０の外側に存在する光学モード３２０の部分を有する円筒円周または他の円形表面３００に沿って光を伝搬するための屈折率導波構造を最適化するように、ファイバ共振器の屈折率分布が選択される。
【００３４】
図４の２ポート共振器装置の一般概略図において、機能的には、入力波が、円形共振器１０を通過するように入力から出力まで伝送導波路４６０によって導波される。伝送導波路４６０を共振器１０に近接させることにより、２つの要素４６０と１０の間に結合する比較的小さい大きさのパワーが生じる。結合波は共振器１０の周りに伝搬するので、結合波のパワーの大部分（共振器の放射損失が低いことを前提とする）は、導波路と共振器との結合領域４７０に戻ってくる。共振器の波パワーの小部分は伝送導波路４６０内に戻ってそれに結合し、一方、パワーの大部分は共振器１０の周りに伝搬し続ける。
【００３５】
波が共振器１０の周りに伝搬するときに、波が位相を累積する。大部分の入力波長では、共振器の周りの位相累積は２πの倍数ではない。結果として、一般には、共振器１０内を循環する波が、結合領域４７０の伝送導波路４６０から結合された波に衝突するときに、ある破壊的干渉が生じる。この合成波が、共振器１０の周りを循環し続けると、結合領域４７０において位相が不一致の状態になるので、各経路で損失が増加する。共振器１０の低いパワーレベルにより、結合領域４７０を横切ってまた伝送導波路４６０内に結合するパワーが最小になる。したがって、大部分の波長では、共振器装置１０の出力のパワーｂ２は、入力のパワーａ２にほぼ等しい（共振器１０および伝送導波路４６０における伝搬損失の程度に応じて）。
【００３６】
往復光路長リングの周りの位相累積が２πの倍数であるかまたはほぼ２πの倍数である入力波長では、結合領域４７０における建設的干渉により、共振器１０のパワーレベルが激増する。小部分のパワーのみが結合できるだけでも、共振器のパワーが大きく増加することにより、伝送導波路４６０内に戻ってそれに結合する大きなパワーが生じる。波が（いずれかの方向において）伝送導波路４６０と共振器１０との間に結合する毎に、約−π／２の位相シフトが、波によって生じる。結果として、伝送導波路４６０内に戻ってそれに結合された波の位相は、−πだけ元の入力波からシフトされる。
【００３７】
単一の共振器往復において損失されたパワーの割合が、伝送導波路４６０から共振器１０まで（またはその逆）結合されたパワーの割合に等しかった場合、共振器１０から伝送導波路４６０まで結合された波のパワーレベルは、元の入力波のパワーレベルに正確に一致する。この場合、共振器波の−πの位相シフトにより、２つの波が正確に相殺され、方向性結合器に極めて類似した直交共振結合器４００用のゼロ出力パワーが生じる。さらに、エネルギー保存の法則により、円筒共振器ポートａ１の電界振幅が単一（１）であるように、共振器１０の伝搬損失が直交共振結合器４００用の入力パワーに正確に一致することが規定される。
【００３８】
２ポート共振器からの典型的な出力パワーは、周期的な波長の共振によって櫛のように見える。出力パワー応答の実際の形態は、種々の物理的パラメータおよび波伝搬パラメータ（共振器光路長、結合間隙、導波路幅、波伝搬速度および波伝搬減衰）に依存する。この応答は、共振について２πｎの位相が一致した状態であるので周期的である（ｎ＝１、２．．．）。
【００３９】
平面導波路基板４６０に取り付けられた共振器１０としての図１の円筒ファイバ共振器のモデルにより、実用的な２ポート共振器装置が得られる。平面導波路基板４６０には、薄いオーバークラッド層５６２で被覆された入力光信号および出力光信号用の高屈折率導波層が設けられることが好ましい。同様の高屈折率導波路構造は、薄いオーバークラッド層１３０で被覆された高屈折率コア導波路１２０を有する円筒共振器１０の表面に形成される。この場合、導波層は、導波構造によって行われる横方向モード閉じ込めがないスラブ導波路４６０として示されている。一般に、スラブ導波路は、垂直面なしの基板の連続層を意味し、これに対して、平面導波路はスラブ導波路および他の基板導波路を組み込んでいる。（円筒径、伝搬波長、および円筒の往復損失要件に応じて、共振器１０のために、横方向モード閉じ込めを必要としてもよいし、必要としなくてもよい。）平面導波路４６０を円筒導波路１０に近接させることにより、構造間に結合するモードパワーが維持される。
【００４０】
１２５μｍ、２５０μｍおよび５００μｍの直径を有する円筒１０の内側クラッド１０２について、モデリングを行った。これらの直径は、線引き加工による既存のファイバ製造方法およびロッド製造方法に対する適合性のために選択され、ここで、一般に、直径を＜１μｍに制御できる。
【００４１】
モデリング結果のすべては、スラブコア５６１および円筒導波路コア１２０の厚さおよび屈折率が、関連の波長範囲にわたるシングル導波モード動作を補助するように選択されることを前提としている。この選択により、多数のウィスパリングギャラリーモードのみを維持する以前の空気クラッド円筒共振器装置の円筒共振器構造とは区別される。シングルモード動作は、マルチモードの共振器装置によって可能であるよりも迅速なフィルタ応答を行うことが予想される。
【００４２】
モデリングは、約１５５０ｎｍの波長で行われ、またコアとクラッドとの間で４．５％の屈折率Δ（Δｎ）を有する導波層を各々が有するスラブ４６０および円筒１０に基づいている（屈折率Δ（％）の式は、［（リングコアの屈折率値−内側クラッドの屈折率値）／内側クラッドの屈折率値］である）。４．５％の屈折率コントラストを有する平面導波路は、平面リング共振器装置に関する文献に記載されているが、共振ファイバ１０のために従来使用されてこなかった。同一の導波路屈折率コントラストが用いられた場合に、また平面リング共振器の導波路の幅がスラブ４６０および円筒導波路１０の厚さに等しい場合に、直交共振結合器４００の円筒共振器１０の性能は従来技術の平面リング共振器装置に極めて類似していると予想される。
【００４３】
４．５％のステップ屈折率コントラストでは、図１のコア層厚１２４は、典型的に、共振導波路１０のコア１２０に関して１．５〜２μｍである。コア層１２０、アンダークラッド層１０２およびオーバークラッド層１３０は、標準的なファイバ技術によって、ファイバを線引きする前の予備成形でゲルマニウムまたは他の一般的なファイバドーパントの半径方向分布を制御することにより形成できる。これらの層は、所望の光屈折率を有する有機化合物にファイバを浸漬させることによって形成することも可能である。円筒の外面の薄いオーバークラッド層１３０を正確に制御することにより、結合領域４７０のコア１２０と５６１の間の正確な基準距離を提供することもできる。ファイバ線引き加工により、平面装置に製造されたリング共振器に関する加工の利点を提供するコア分割および間隙屈折率を設定するための正確かつ繰り返し可能な製造方法が提供され、ここで、方向性結合器の性能は、複数のウエハ内でまたウエハ間で変化する導波路のエッチング均一性およびオーバークラッドの屈折率均一性に直接関連する。
【００４４】
円筒共振器ポートａ１の電界振幅は単一であることが前提とされる。出力ポートｂ１におけるおよびａ２の円筒内における結果として生じたパワーは、｜ｂ１｜２と｜ａ２｜２にそれぞれ比例していると予想される。第１のモデリングの例では、ｔ＝０．９９の結合器のバー伝送（｜ｂ１｜２／｜ａ１｜２）値が選択された。この場合、平面導波路４６０と円筒導波路１０との間の結合は弱く、１％のみの光が平面導波路４６０から円筒導波路１０の導波モード内に結合される。弱い結合構成は、オーバークラッド厚さおよび屈折率選択によって制御することが比較的簡単である。この例では、円筒導波路の往復伝送α＝０．９９が選択されており、このことは、円筒導波路の１％のみの光が、散乱、および導波路の曲げ損失の影響によって損失されることを示している。４．５％の大きな円筒導波路コア・クラッド屈折率Δは、この損失をできるだけ低くする確実な導波の実行を支援する。
【００４５】
平面導波路と円筒との結合のモデリングにおける重要な点は、平面導波路４６０および円筒導波路１０が、２Ｄ平面導波路とリング導波路との結合の問題と等価になるまで、３Ｄ平面と円筒との結合の問題を低減する程度に十分な幅であるという点である。この近似は、平面導波路４６０が、その厚さよりも幅が多数倍広い場合に有効であると予想される。モデリングについては、非常に幅広の平面導波路４６０を用いて、または円筒導波路１０の横方向損失を制限する円筒導波路のある横方向導波方法（例えばＵＶ調整）を実施することによって、横方向回折が最小化されることが前提とされる。
【００４６】
これらの前提が適切であれば、提供された平面導波路・円筒共振器モデルは、平面導波路を平面リング内に結合する以前のモデルに類似したものになる。共振ファイバ１０の内側クラッド１０２の径厚さとして、異なる直径を有する円筒では、予想されるように、円筒径が増加するにつれて、フィルタのフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）が減少する。
【００４７】
モデリング結果から、円筒径が増加されるにつれて、｜ｂ１｜２の伝送の最小幅も減少された。この狭窄化は、円筒径が増加されるにつれてＦＳＲが減少することにおける予想された結果である。また、円筒径を制御することによって、伝送の最小幅を調整できることを示している。典型的なファイバ線引き加工により、ファイバ径を＜＋／−０．５μｍに制御できるので、これらの直径の変更は、伝送の最小幅において最小の影響を有するであろう。
【００４８】
図５を参照すると、図４の伝送導波路４６０は物理的な平面形状をとり、一方、図４の共振導波路１０は物理的な円筒形状をとる。可能な一実施形態として、直交共振結合器４００は、基板５００の伝送導波路４６０としての平面導波路の頂部に取り付けられる閉じ込め構造または共振構造１０として、精密な１つ以上の誘電体リングコア層１２０を有する光ファイバを含む。このようにして、ファイバ平面共振器装置４００は、精密な狭帯域光フィルタとして機能する。多くの方法において、直交共振結合器４００は、平面リング共振器構造とコリメータベースの薄膜フィルタ装置との間のハイブリッド混合物として作用する。このハイブリッド混合物の動作および構造の個々の理論が既に知られているが、今まで組み合わせられたことがない。横方向において、直交共振結合器４００はマイクロ光学構成要素ベースの薄膜フィルタ（ＴＦＦ）に類似しており、すなわち、横方向閉じ込めは、横方向導波に関連する大部分のリング共振器構成とは異なり、共振器を励振する外側ビームの幅を介して共振器内で行われる。
【００４９】
本発明の教示によれば、共振導波路１０としての円筒ファイバ共振器は、伝送導波路４６０としての幅広の平面導波路に取り付けられ、好ましくは、幅広の平面導波路４６０の広範囲の基本モードによって励振される。外側エバネッセントテールを有する図４のファイバの、平面導波路の、またはこのような他の構造の光軸４９０に対して平行のコアに沿って導波されるモードを有する導波路は、ある程度のモードの一致が存在するならば、伝送導波路４６０としての使用に適切である。米国特許出願第２００２／００８１０５５号明細書と米国特許出願２００２／００４４７３９７３９号明細書とから理解できるように、伝送導波路４６０として使用するために、伝送ファイバを選択的にテーパ状にすることができる。
【００５０】
幅広の平面導波路４６０はチャネル導波路またはリッジ導波路であり得る。幅広の平面導波路４６０は、スラブが、例えばマイクロ光学コリメータからの「幅広の」または効果的にコリメートされた光ビームによって外側に励振された場合、スラブ導波路であることも可能である。スラブ導波路または他の平面導波路が、任意の曲がりくねった経路、螺旋経路、ジグザグ経路または他の同様の形状の経路をなすことが可能であり、また図１４から理解できるように、必要な用途に応じて、最も広い寸法を有するスラブ導波路または他の平面導波路の結合領域４７０をテーパ状にすることが可能であることが認識されるであろう。
【００５１】
図５に戻って参照すると、十分に幅広であるというのは、伝送導波路４６０の導波されない基本モードが、典型的な関連する距離（例えば、これらの装置では約３ｍｍまで）にわたってモード幅５６４’でそれほど変化しない［モードの幅が導波路の幅５６４の関数である］程度に、伝送導波路４６０としての平面導波路が十分に幅広であることを意味する。したがって、関連する距離にわたって、横方向に導波されないビーム（例えば、横方向閉じ込めなしに、共振導波路１０としての本発明の円筒ファイバ共振器の周りに伝搬するモード）は、劇的に伝搬しない（例えば、５％よりも大きい程度）。したがって、導波モードは横方向において幅広なので、導波モードが共振器１０の周りに伝搬するときに導波モードは最小の回折を生じさせ、その結果、横方向導波構造が共振器に必要でない。平面基板の直交して配向された十分に幅広の平面導波路を用いる有用性は、幅の広さが、円筒における追加の横方向導波構造（例えば、ブラッグ格子、軸方向テーパ）の必要性を排除することである。
【００５２】
この方法は、共振器１０の径厚さ１０４によって表されている、種々の幅の共振器１０に関する円筒共振器の往復損失のモデリングによって確立される。考慮の対象となる円筒ファイバ径（１２５〜２５０μｍ）では、伝送導波路４６０としての平面導波路の幅５６４は、約１．５５μｍの波長を有する幅広の平面導波路として機能するために、好ましくは、最小幅について２００μｍの幅（またはそれよりも幅広）である。実際値は、所望の共振器に関して、どのような往復損失が許容可能であるかに依存する。より幅狭（例えば５０μｍの幅）のビームは、共振器１０の周りに伝搬するときに横方向にさらに回折し、この結果、より高い往復損失が生じる。より幅広（例えば４００μｍの幅）のビームは、ごく僅かに回折し、この結果、より低い往復損失が生じ、またより高いＱ値が生じる。
【００５３】
約１．０の理想的な高い往復伝送値は、横方向モード伝搬による損失が低いことを前提としている。しかし、幅狭の平面導波路からの光が円筒共振器内に送出された場合に、横方向モード伝搬を行うことができる。モードが円筒の表面のスラブ導波路の周りに伝搬するときに、横方向伝搬は、モードが図４の結合領域４７０に戻った場合にモードフィールドをより幅広にする回折によって行われる。より幅広のモードフィールドは、平面導波路導波モードおよび元の円筒共振器モードフィールドに対するモードフィールド幅の不一致および小さな位相前面の不一致により、損失を導入する。この損失は、円筒導波路の表面を延びるフィールドによって生じた往復損失に寄与する。
【００５４】
図６を参照すると、平面導波路幅５６４に対する往復伝送のプロットは、導波されないビームの幅が円筒の周りにどのように伝搬するかについての種々の直径の円筒のモデリングに関する平面導波路幅（またはその幅の広さ）と往復伝送との間のトレードオフを示している。往復伝送αの計算値は、図５の平面導波路幅５６４の関数として図１の複数の円筒径１０４のために与えられる。２５０μｍよりも幅広の平面導波路のプロットは、往復伝送αの値が０．９９〜１．００を示すことによって、ｙ軸スケールが拡大された場合でも、横方向モードフィールド伝搬損失が、直径２ｍｍまでの円筒にとって無視できるものであることを示している。図１において５００μｍ以下の直径１０４を有する内側クラッド１０２としての円筒共振器のプロットは、図５の伝送導波路４６０としての平面導波路の幅５６４が、１０５μｍ程度の狭さになることができ、さらに、０．９９以上の往復伝送αの値を可能にすることを示している。このことは重要な結果であるが、この理由は、このことが、実用的な平面導波路寸法によって、横方向モードフィールド伝搬による往復損失を制御できることを示しているからである。
【００５５】
したがって、モードが、円筒、球、または他の共振導波路１０の表面のスラブ導波路４６０の周りに伝搬するときに、横方向伝搬は、モードが結合領域または相互作用領域４７０に戻った場合にモードフィールドをより幅広にする回折によって行われる。図６は、５００μｍ以下の直径を有する円筒ファイバを使用して０．１％未満の往復損失（α＝０．９９９）を達成するために、スラブ導波路４６０が少なくとも１８０μｍの幅でなければならないことを示している。
【００５６】
ＲＳｏｆｔ社（Ｒｓｏｆｔ，Ｉｎｃ．）製のＢｅａｍＰＲＯＰソフトウェアを用いた図５のリングコア１２０の薄い誘電体層に伝搬する周方向モードのモデリングは、２つの例について、すなわち、ｎ１５１が１．４４５をとる（ｎ１５３が約１である）と共にリングコア厚さ１２４が２．０μｍである空気で動作する内側クラッドを有するガラスファイバ、および１．５５μｍの波長を有するガラスファイバの両方について行われた。内側クラッド１０２としての直径１２５μｍのファイバの外面に堆積されたリングコア１２０としての誘電体コーティングについて、リングコア１２０のエネルギーがウィスパリングギャラリーモードに結合しないことを保証するための最小屈折率Δが約２．０％であり、ここで、屈折率Δ（％）の式は、［（リングコアの屈折率値−内側クラッドの屈折率値）／内側クラッドの屈折率値］である。
【００５７】
第２の例では、内側クラッドとしての直径５００μｍのファイバの外面に堆積されたリングコアとしての誘電体コーティングについて、リングコアのエネルギーがウィスパリングギャラリーモードに結合しないことを保証するための最小屈折率Δが約４．０％である。
【００５８】
図２を参照すると、エネルギーが、内側クラッド１０２としての直径５００μｍのファイバの表面の近傍において、ガウスビーム送出分布からウィスパリングギャラリーモードにどのように結合されるかについてのプロットが示されている。図２は、直交領域の直線スラブ導波路の伝搬を示していることが明らかであるが、座標系は、実際には、極から直交に変換されているので、ｘ方向は半径方向距離を表している（ｘ＝０は、ファイバ共振器１０の表面に近接している状態であり、またｘ＝−２０は、内部に向かっている状態である）。ｚ方向は、単独で共振器１０として存在する内側クラッド１０２としてのファイバの表面に沿った周方向伝搬を表している。
【００５９】
図３を参照すると、ウィスパリングギャラリーモードを維持する第１の平均屈折率を有する図２の同一の内側クラッドは、より大きな直交領域によって表されている。しかし、極めて薄いリングコア直交領域が付加され、またそれは、図２の内側クラッドを囲むリングコアを表しており、前記図２の内側クラッドは、十分に薄く、また内側クラッドの第１の平均屈折率よりも大きいモード屈折率を有する屈折率導波による周方向または他の接線方向の共振光学モード３２０を維持するために、内側クラッドの第１の平均屈折率よりも大きい第２の平均屈折率を有する。このようにして、２．０μｍの厚さと４．０％の屈折率Δとを有するリングコア領域１２０がファイバの表面に形成された場合、同一の送出エネルギーは表面の近傍の領域に閉じ込められたままである。
【００６０】
両方の例において、より大きな屈折率Δのリングコアを使用でき、またこのことにより、リングコアのマルチモード導波を行うことができるが（コア厚さに応じて）、このことは、特定用途に応じて必要としてもよいし、必要としなくてもよい。
【００６１】
２．０μｍのリングコア厚さが設計されたとしても、より厚いリングコア層も可能である。例えば、４％の屈折率Δにおける直径５００μｍのファイバでは、導波路は、リングコア厚さと同様に４．０μｍの幅にすることができ、さらに、シミュレーション結果に従って１つのみのモードを維持する。このことは重要な効果であるが、この理由は、この屈折率Δを有するより幅広のコアが、通常、マルチモードであるからである。リングコアの湾曲面は、より鋭いビーム幅用の共振モードを最小にするのに有利であり得るより高次のモードのストリップを補助することも可能である。
【００６２】
１％〜５％の屈折率Δの範囲の円筒ファイバ共振導波路では、リングコア厚さは１μｍ〜１０μｍの範囲であることが好ましい。５％よりも大きい屈折率Δの円筒ファイバ共振導波路（オキシ窒化ケイ素、Ｓｉ、ＧａＡｓ等のようなｎが約２．５〜３．３である高屈折率導波路材料を含む）では、０．２μｍから１０μｍまでのより薄いリングコア厚さが好ましい。
【００６３】
リングコアの誘電体導波層共振器手段とウィスパリングギャラリーモード共振器とを区別する方法は、有効なモード屈折率に基づく。モードシミュレーションは、以前の同一の２つの構造で設計された。
【００６４】
第１の例）空気に囲まれたガラス内側クラッドとしての直径１２５μｍのファイバ（ｎ＝１．４４５）および厚さ２μｍのリングコア層（Δｎ＝２％）。
【００６５】
第２の例）空気に囲まれたガラス内側クラッドとしての直径５００μｍのファイバ（ｎ＝１．４４５）および厚さ２μｍのリングコア層（Δｎ＝４％）。
【００６６】
両方の例において、構造はウィスパリングギャラリーモードおよび誘電体リングコアモードの両方を維持した。モデリング結果により、シングル誘電体リングコアモードが、リングコアの屈折率とガラス内側クラッドの屈折率との間の有効屈折率値を有していることが確認された。他方、マルチウィスパリングギャラリーモードのすべては、ガラス内側クラッドの屈折率と周囲空気の屈折率との間の極めて低い有効屈折率値を有した。
【００６７】
このようにして、最大屈折率から最小屈折率までについて、以下のリストが得られた。
【００６８】
誘電体リングコア層の屈折率
誘電体層導波モードの有効屈折率
ガラス内側クラッドの屈折率
ウィスパリングギャラリーモードの有効屈折率
外側空気クラッドの屈折率
直径１２５μｍのファイバでは、以下のような値になる。
【００６９】
誘電体リングコア層の屈折率                  １．５１３
誘電体層導波モードの有効屈折率              １．４８５
ガラス内側クラッドの屈折率                  １．４４５
ウィスパリングギャラリーモードの有効屈折率  １．４２８
１．４１４
１．４０１
１．３９１
１．３８６
１．３８０
１．３７１
外側空気クラッドの屈折率                    １．００３
直径５００μｍのファイバでは、以下のような値になる。
【００７０】
誘電体リングコア層の屈折率                  １．４８４
誘電体層導波モードの有効屈折率              １．４７１
ガラス内側クラッドの屈折率                  １．４４５
ウィスパリングギャラリーモードの有効屈折率  １．４１６
１．３８６
１．３７０
１．３４７
１．３２２
１．３００
外側空気クラッドの屈折率                    １．００３
ウィスパリングギャラリーモードの有効屈折率は、誘電体層導波モードの有効屈折率と、最も低次のウィスパリングギャラリーモードの有効屈折率との差に比べて、それよりも近接した間隔である。このことは、誘電体層導波モードの有効屈折率「セットオフ」を有するか、または値が、組のウィスパリングギャラリーモードの有効屈折率とは区別されるという利点がある。外側モードと共振器モードとの間の結合は、内側モード伝搬定数と外側モード伝搬定数とがいかによく一致するかということに部分的に依存するので、有効屈折率の不一致が大きくなることは、ウィスパリングギャラリーモード（モードフィールド形状のような他のすべてのものが同一である）への結合が弱くなることを意味する。このことにより、ウィスパリングギャラリーモードに結合されるエネルギー量が最小限に抑えられるときに（内部インターフェースと外部インターフェースとの結合領域およびリングの周りの伝搬の両方において）、１つの単一の鋭い共振ピークが形成されることが望ましい。
【００７１】
本発明の重要な１つの教示は、リングコアの屈折率を調整することによって、誘電体層導波モードの有効屈折率と、平面導波路４６０に存在する光学モードの有効屈折率とをより良く一致させることが可能になることである。これらの平面導波路４６０は、導波を低く設計することが可能であり（例えば、小さいコア・クラッド屈折率Δ）、この結果、これらの平面導波路は、コーニング社から入手可能な標準ＳＭＦ−２８（登録商標）ファイバへの結合を改善するために、より幅広またはより広範囲の基本モード（例えば８〜１０μｍ）を有する。
【００７２】
本発明の構造には、横方向モード閉じ込め構造がないので、特許文献２と特許文献３とに記載されている複雑な方法と比較して、共振器の製造工程が大幅に簡略化され、また本発明の共振器装置を組み立てる際の位置合わせ公差が著しく緩和される（特許文献１から３に記載されている共振器に関して）。
【００７３】
周知のファイバ線引き加工によって、所望の屈折率分布を有する多層ファイバ共振器を製造することにより、半径方向のファイバ円周の周りでリングコア１２０に実際の導波層が形成される。この半径方向モード制御は特有である。ウィスパリングギャラリーモード共振器（さらに、ウィスパリングギャラリーモードを行うために規定または使用される「周方向モード」共振器）は、光学モードを導波するために、内側クラッドの屈折率分布なしで、共振円筒の曲率のみに依存する。本発明の教示は、種々の屈折率の物理的導波路層によって導波される光学モードを有することである。
【００７４】
本発明の共振ファイバまたはファイバ共振器１０には、横方向モード制御の必要性がないことも特有である。特許文献２および特許文献３は、横方向閉じ込め領域を共振円筒に直接加工するか、エッチングするか、堆積させるか、またはドープする先端製造技術に依存する。これらの技術は、無駄な複数の追加の製造ステップを必要とし、組立中に、正確な位置合わせも必要とする。
【００７５】
対照的に、本発明のファイバ共振器１０の構造は、極めて優れた製造公差を有する。ファイバ共振器の利点は、従来のファイバ線引き加工製造技術を用いても、高い機械的誤差および材料の屈折率制御に合わせて、ファイバ共振器を製造できることである。単一のファイバ線引き加工により、ほぼ同一の物理特性および光学特性を有する円筒共振器装置を大量生産できる。このことは、平面共振器フィルタおよび薄膜共振器フィルタの製造に必要な精密な薄膜堆積技術とは対照的である。各ウエハ内におけるおよびウエハ間における薄膜厚さおよび材料を変更することにより、正確なフィルタ校正のために物理的または熱的な調整ステップを必要とする共振器フィルタ性能に変化が生じる。
【００７６】
図９を参照すると、共振導波路１０に可能な種々の断面の他の例は、図１の表面３００の少なくとも１つの弓形側面においてまたは他の円錐形状３０２において、傾斜角または結合角９７０でテーパ状になっている円筒閉ループ形状として示されている。テーパ状共振ファイバ１０は、テーパの各端部に最小ファイバ径９０４および最大ファイバ径９４４をそれぞれ有する。直径がテーパ状になることにより、調整可能なフィルタリング、レーザ等のような異なる検出／装置用途のために、正確な共振波長選択または他の形式の共振波長調整が可能であることが許容される。
【００７７】
図４の直交共振結合器４００のファイバ・スラブ共振器の実施形態用のテーパ状ファイバを使用したフィルタリング用途は、共振導波路１０として、またはより具体的には、内側クラッド１０２として円筒ファイバを使用しない可能な１つの別形態である。テーパの表面コーティングは、リングコア１２０を設けるために円筒ファイバに使用されるコーティングと同様である。
【００７８】
図９のファイバ・スラブ共振器４００用のテーパ状ファイバ１０の利点は、直径が異なるために僅かに異なる共振波長を有する多数の共振器を同一平面基板５００に製造でき、ここで、平面導波路の幅も共振調整のために変更し得ることである。
【００７９】
一般に、図１の円筒共振ファイバ用の同一のファイバ製造方法を用いて、図９のまたは図７のテーパ状ファイバを製造することが可能である。これらのファイバにおける制御される追加のテーパ成形ステップにより、ファイバの直径が、テーパの制限部にわたって単位長さ毎に均一に減少することが確立される。
【００８０】
次に、これらのテーパは、スラブ導波路のオーバークラッド層が相互作用領域４７０で局所的に薄くなるかまたは除去された領域において、スラブ導波路４６０を介して平面基板５００に取り付け得る。テーパ状ファイバ１０の端部の近傍で接着剤を使用して、または図１２のポリマーファイバ把持部１２７０のような他の取付技術を用いて、テーパ状ファイバ１０を基板５００に取り付けることが可能である。基板５００に加工された整合特徴（すなわち、Ｖ溝、トレンチ、階段またはメサ領域）を使用して、テーパ状ファイバ１０を平面導波路に整合させることも可能である。
【００８１】
テーパ状ファイバ・平面導波路共振器４００を使用することの重要な利点は、それらの共振器によって、共振波長の微調整が可能になることである。この調整操作は、構成要素の組立時に、屈折率および厚さのプロセス変化を補償するように実行することができるか、または操作調整できる装置を形成するために利用することができる。
【００８２】
テーパ状ファイバ１０をテーパ状ファイバ１０の軸方向に沿ってまたは横方向に移動させて、直接、スラブ導波路４６０を介して共振器の部分の光路長を変更することができる。屈折率分布によって、ファイバまたは円筒を物理的にテーパ状にするかまたは光学的にテーパ状にすることができる。テーパの軸方向移動は、組立時に手動で、または外部アクチュエータによる装置の操作中に能動的に行うことができる。
【００８３】
温度変化によりテーパを軸方向に移動させるブロックまたはアームにテーパを取り付けることによって、温度補償されたテーパ状ファイバ・平面導波路共振器を構成し得る。構成要素間の物理的な小間隙を許容するように、スラブとテーパ状ファイバとの間の結合係数を選択することが可能である。このことにより、スラブ４６０とテーパ１０との間の摩擦効果およびヒステリシス効果が防止されるが、実際には、パラメータを制御することが困難である場合がある。
【００８４】
一般に、スラブ４６０とテーパ状ファイバ１０との間の分離距離を変更することにより、共振器のバー伝送ｔの値が調整される。バー伝送ｔのこの変化により、フィルタの共振応答の帯域幅および深さの調整可能性が提供される。各波長チャネルフィルタ通過帯域の幅を調整して、調和波長帯域にわたる適用範囲を提供することが可能なので、調整効果がダイナミックイコライザで重要であり得る。所望の調整のために、テーパ状ファイバ共振器１０と上部基板または下部基板のスラブ導波路５００との間の分離距離を修正できる。例えば、伝送スラブ導波路４６０を横切って９０１の方向に横方向にテーパ状共振導波路１０を移動させて、調整可能なまたは温度補償されたフィルタとして（フィルタの中心波長を介して）使用するために温度補償または波長調整を行うことができる。他の例では、テーパ状共振導波路１０をファイバの長手方向軸線および図４のスラブ導波路の方向４９０の両方に対して垂直の９０２の方向に垂直方向に移動させて、調整可能なまたは温度補償されたフィルタとして（フィルタのノッチ幅を介して）使用するために、頂部に配置されかつ４ポート構成の第１の底部基板のスラブ導波路５００に対面する第２の基板のスラブ導波路５００のための通過帯域／停止帯域の帯域幅調整を行うことができる。その代わりに、ファイバの長手方向軸線および図４のスラブ導波路の方向４９０の両方に対して垂直の９０２の方向に、互いに垂直方向にテーパ状共振導波路１０または上部基板５００（図示せず）を移動させて、調整可能なまたは温度補償されたフィルタとして（フィルタの通過帯域幅を介して）使用するために、同一の４ポート構成の通過帯域／停止帯域の帯域幅を提供してもよい。図１３のように、調整方法を非テーパ状ファイバ・スラブ共振器装置４００に適用することも可能である。
【００８５】
熱・光学調整によって、ファイバコア層１２０、クラッド層１３０および／またはアンダークラッド層１０２の屈折率を局所的に修正することにより、ファイバ・平面導波路の調整を行うこともできる。例えば、ファイバ・平面導波路共振器の近傍に配置された平面基板加熱器は、１つ以上の層の屈折率を修正しかつ装置の共振波長をシフトさせる局所加熱を行うことが可能である。この方法を用いて、調整可能なＷＤＭ（波長分割マルチプレクサ）装置または分散補償器を実現し得る。この方法を用いて実現されたファイバ１０を横切る熱勾配により、テーパ状ファイバ・スラブ可変共振器４００を形成することが可能になる。
【００８６】
２つ以上の平面導波路４６０の平面光回路と共に、一列の可変共振器を使用して、可変波長チャネル間隔と可変開始波長とを有するマルチプレクサ装置またはデマルチプレクサ装置を形成することが可能である。これらの用途において、スラブ導波路４６０とファイバ１０との間の距離を調整することにより、波長チャネル通過帯域幅にわたって制御が行われる。一般に、この方法により、図１４に例示されているように、波長チャネルに関する顧客固有の要求に合わせて調整できるフレキシブルマルチプレクサ装置またはフレキシブルデマルチプレクサ装置が提供される。
【００８７】
種々の生化学的検出に対する適合性に加えて、スイッチ、マルチプレクサまたは変調器のようなフォトニック用途も考えられる。共振器の動作波長は、最適な結合層の光学的変化（例えば、屈折率、吸収変化）用の、特にシリカベースの材料系用のビーム源、検出器および波長のために用いられる方法に応じて、０．６〜１．５５μｍであり得る。しかし、本発明の共振器は、他の材料系で製造できる可能性があり、また２００〜２０００ｎｍを超えるＵＶ波長およびＩＲ波長で使用できる。例えば、２０００ｎｍを超える波長のフッ化物類のまたは他の重金属酸化物類の材料を使用してもよい。生化学的検出用途のいくつかでは、波長＞２μｍが必要となり、ここで、本発明の共振器を使用することもできる。
【００８８】
フォトニックバンドギャップファイバ、中空コアファイバ、または偏光ファイバのような他の任意のファイバは、リングコアがこのようなファイバの外側に存在しているときに、薄い導波路層が機能している限り、内側クラッド、内部共振器基板または内部共振器本体として使用することができる。これらの内部構造が共振器の表面からの少なくとも複数の波長である限り、内側クラッドとして種々のファイバタイプを使用できる。これらの異なる内側クラッド構造は高次導波モードを無効にしようとし、また結果として生じた減衰により、より大きな往復損失が導入される。内部ファイバ構造と増大された減衰とを安定化させるために、用途に応じて、構造のトレードオフが必要となる。
【００８９】
他の構造のトレードオフは、幅広の光ビーム源が利用可能であるかどうかを含む。１８０μｍの幅よりも幅狭の平面導波路幅が必要となる用途において、円筒ファイバモードの横方向閉じ込めは、往復損失を制限するために必要である。本発明は、横方向モード閉じ込めを行うためにファイバまたは円筒１０に適用し得る複数の技術を教示する。ある用途で幅狭のビームが必要となった場合、共振ファイバ１０は、周方向導波モードを相互作用領域４７０に横方向に閉じ込めるための一対の横方向閉じ込め部を提供するように加工された両側端部を有することができる。
【００９０】
横方向モード閉じ込めに関する１つの方法は、共振導波路１０の端部を加工（切開または研磨）して、切開または研磨されたその端部をファイバまたは円筒に設けることである。この方法は、著しく小さな直径を有するファイバには適切でない場合があるが、幸いにも、この場合、往復光路が短いので、横方向伝搬による損失は低いと予想される。ファイバの直径を減少させるか、または円筒１０を中央導波領域４７０から移動させることによって、横方向モード閉じ込めを実現することもできる。切開または研磨されたファイバ端部について、直径を減少させるために、研磨された端部をさらに火炎研磨できる。
【００９１】
図７を参照すると、一対の横方向閉じ込め部７０１と７０２は、相互作用領域４７０の外側に共振ファイバのテーパ状両側端部を含む。テーパ成形加工を用いて、ファイバ共振器１０の直径を選択的に減少させることができる。したがって、必要な場合、例えば、平面導波路または他の伝送導波路が十分に幅広でない場合、横方向閉じ込めのために、共振円筒ファイバ１０の両側縁部をテーパ状にすることを用いることができる。横方向閉じ込め構造により、中央導波路のリングコアの両側に、対称のテーパを得ることができる。したがって、両側テーパは、この場合、横断方向モードの横方向導波を主に行い、この結果、横断方向モードは、ファイバの表面の周りへの伝搬中に、ファイバの軸線に対して平行方向に伝搬せず、これによって、往復損失が制限され、またより高いＱ値が可能になる。
【００９２】
他の横方向モード閉じ込め方法では、テーパの代わりに、中央導波または相互作用領域４７０のリングコア導波層１２０、外側クラッド層１３０、あるいは内側クラッド層またはアンダークラッド層１０２の１つ以上が、屈折率を選択的に変更するように加工される。この屈折率変化は、ポリマー層またはドープされたガラス層を選択的にＵＶ暴露することによって、あるいは誘電体材料を付加するための制御浸漬コーティングまたはこれらの領域の誘電体を除去するためのエッチングによって生じさせ得る。
【００９３】
図８を参照すると、一対の横方向閉じ込め部７０１と７０２は、相互作用領域４７０の外側の共振ファイバ１０の両側端部に示されているファイバブラッグ格子８１０を含む。中央導波路のリングコアの両端で横方向閉じ込めを行うための円筒ファイバの共振部の各側のファイバブラッグ格子が示されている。格子は、共振ファイバの周方向伝搬方向に対してほぼ平行に形成される。このようにして、格子は、ファイバ軸に対して垂直であり、また伝搬方向は円筒円周に沿っている。
【００９４】
次に、ファイバコア導波層または円筒リングコア導波層１２０、外側クラッド層１３０、あるいはアンダークラッド層すなわち内側クラッド層１０２の１つ以上に周期格子構造を書き込むために、ＵＶ暴露が用いられる。制限波長範囲にわたり共振ファイバ１０の中央導波領域４７０に向かって戻るように光を反射するために、格子周期が選択される。
【００９５】
図１３を参照すると、ブラッグ格子８１０は、図８のようなファイバ共振器１０の上ではなく、平面導波路４６１または４６２に直接的に、または薄いオーバークラッド５６２の頂部に書き込まれる。ブラッグ格子８１０を平面導波路４６１または４６２に書き込むことによって、平面導波路４６１または４６２と円筒ファイバまたは球面共振器１０との間の結合が修正される。例えば、ブラッグ格子８１０を付加することによって、結果として生じる直交共振結合器４００のスペクトル応答を迅速にすることが可能になるが、この理由は、結合を共振波長で強化するかまたは近傍の波長で破壊することが可能であるからである。スラブ導波路４６１または４６２から、１３８３のような共振状態で伝搬光路に沿って、光を異なる角度で散乱させるように、ブラッグ格子８１０をチャープすることも可能である。これらの散乱角は、スラブ導波路導波モード間におけるモードフィールド位相前面の角度のずれを低減するように選択することが可能である。位相前面の角度のずれが小さくなることにより、スラブ導波路４６１と４６２と円筒ファイバ共振器または微小球共振器１０との間の結合が改善されることになる。
【００９６】
共振応答の迅速性は、往復伝送αの値と方向性結合器のバー状態伝送ｔの値とに関連する。これらのパラメータの一方が小さく変化することにより、共振応答の劇的な変化が生じる。実用的な共振器装置では、ｔの値は約１であり、一方、方向性結合器の交差状態伝送ｋは約０である。方向性結合器の交差状態伝送ｋの小さな値は、スラブ導波路４６１と４６２と共振導波路１０との間のより大きな分離に関連する。ｋの決定を支援する積分は、スラブ導波路４６１と４６２の指数関数的に減衰するテールと共振導波路モードフィールドとのオーバーラップを含む。結果として、モードフィールド間の分離距離が小さく変化することにより、ｋの値の大きな変化が生じ、したがって、装置の共振の大きな変化が生じる。
【００９７】
スラブ・ファイバ分離距離の小さな変化に対して直交共振結合器４００の感度を最小にするために、スラブ４６１または４６２に沿ってスラブ導波路の光を角度および軸方向位置の関数として不均一に散乱させるように、ブラッグ格子８１０を設計することが可能である。共振導波路１０がスラブ導波路４６１または４６２から移動されたときに、スラブ導波路４６１または４６２の少なくとも１つの近傍で散乱された光との結合が減少する。それと同時に、共振導波路１０は、それからさらに離れて位置決めされたスラブ導波路のブラッグ格子８１０から散乱された光も横切る。スラブ導波路４６１と４６２に沿って、散乱強度および散乱角を軸方向位置の関数として適切に選択することにより、スラブ・ファイバ分離の制限範囲にわたる平面導波路とファイバとの結合の均一性が向上する。均一性と全結合損失とを含む構造トレードオフが必要であるが、この理由は、すべての例について、スラブ導波路の散乱光のあるものが共振導波路の表面伝搬モードに結合しないからである。幸いにも、スラブ導波路４６１と４６２と共振導波路１０との間には、強い結合が不要なので、考慮の対象となる共振システムについて、全光学損失が低くなるであろう。
【００９８】
一般に、任意の種類の局所的な周期変化が、クラッド層（コア５６１の上または下の）においてコア層５６１の屈折率変化であったならば、導波路導波モードの有効屈折率における任意の種類の局所的な周期変化を導入することによって、あるいは導波モードの有効屈折率の変化を生じさせる導波路コアまたはクラッドの厚さが急激に変化することによって、格子が形成される。格子を動作させるために、材料屈折率が変化したことを導波モードフィールドで「確認」しなければならない。厚い頂部オーバークラッド５６３は、薄いオーバークラッド５６２と同一の材料であることができる。あらゆる材料について、相互作用領域４７０の薄いオーバークラッド５６２のみを残すように、厚い頂部オーバークラッド５６３が除去されることが重要である。例えば、薄い頂部オーバークラッド５６２が十分に厚かった場合、モードフィールドは、薄い頂部オーバークラッド５６２の表面においてほぼゼロになる。このことは通例であるが、この理由は、モードフィールドがゼロに近づかなかった場合、薄いオーバークラッド層５６２の頂面に、高い散乱損失が生じる可能性があるからである。導波モードフィールドがゼロでない領域に、格子８１０を配置する必要がある。このことは、格子８１０が導波コア５６１の頂部の真上の薄いオーバークラッド層５６２に製造された場合に、好ましい例となるであろう。一般に、薄い層は、導波モードの幅の半分よりも小さいものとして画成することが可能であり、一方、厚い層は、導波モードの幅の３倍よりも大きいものとして画成することが可能である。
【００９９】
格子８１０の有無にかかわらず、直交共振結合器４００の種々の用途について考慮の対象となる共振システムとして、図４の２ポート構成の代わりに、図１３の４ポート構成を用いることができる。このようにして、一般に、共振導波路１０としての被覆光ファイバを平面導波路基板５０１と５０２の間に取り付けて、４ポートリング共振器装置を形成することができる。下部基板５０１の左側の入力光１３８１は、共振状態でファイバ共振導波路１０に結合されて、上部基板導波路５０２に結合される。共振の波長において、下部基板５０１の左側の入力光１３８１は直線状に連続して右側１３９９から出射する。この構成において、共振器は波長ノッチフィルタとして機能する。上部基板５０２からの出力光１３８３を用いることにより、この構造を使用して、４ポート源フィルタを実現することが可能になる。
【０１００】
共振導波路１０のリングコア１２０が希土類イオンで積極的にドープされた場合、図１３の４ポートファイバ・スラブ共振器構成を用いた利得層ポンプを用いることも可能である。光信号は下部基板５０１に導波され、また光ポンプ光は上部基板５０２に導波される。一般に、スラブ４６１と４６２と共振ファイバ表面モードとの間に光を導波する方向性結合器構造は、波長に依存する。この特徴は、上部方向性結合器５０２がポンプ光のみに結合するように上部方向性結合器を設計するために、また下部方向性結合器５０１が信号光のみに結合するように下部方向性結合器を設計するために利用される。このようにして、上部結合器５０２および下部結合器５０１のそれぞれは、ファイバを使用しているエルビウムがドープされたファイバ増幅器に使用されるコーニング社のＭｕｌｔｉＣｌａｄ（登録商標）ＷＤＭ結合器に類似した波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）として機能する。ポンプ光および信号光の両方に関する共振状態を維持するように、共振導波路１０用のファイバの直径を選択し得る。結果として得られた装置４００により、非常に狭い波長にわたってまたは一組の信号チャネル波長にわたって、高い光利得が与えられる。
【０１０１】
４ポート共振器構成に使用されている場合、この迅速な調整により、直交共振結合器４００が高速光スイッチになる。他の用途では、高速狭帯域フィルタのリングコア１２０にまたは外側クラッド１３０に、電気光ファイバコーティングを使用し得る。これらのフィルタは、調整可能な狭帯域レーザ源の部分としてまたは高速分光計システムに使用することが可能である。このような調整可能な４ポートファイバ・スラブ共振器構成を使用して、偏光スプリッタおよびコントローラのような他の装置を製造し得る。
【０１０２】
図１４を参照すると、図９のテーパ状ファイバ共振器１０が、格子８１０のない図１３の４ポート構成で使用される。２つの伝送導波路基板の間に取り付けられた図９のテーパ状光ファイバ１０に基づいて、直交共振結合器４００をマルチポート波長デマルチプレクサとして使用することが可能であり、ここで、下部基板５０１は、下方に連続する平面導波路４６１と共に示されており、また上部基板には、平面導波路４６２がその上に配置される。集積平面導波路４６２を有する上部基板５０２は、図９のテーパ状ファイバ１０の結合角９７０によって規定された２つの基板５０１と５０２の間の傾斜角において、集積平面導波路４６１を有する下部基板５０１の上部に直接取り付けることが可能である。しかし、選択されたある範囲の共振に対して幅広の種々の幅を有する平面導波路４６１と４６２は、完全に重複しているのではなく、頂部伝送導波路４６２と底部伝送導波路４６１とをそれぞれ確認できるように僅かにずらされて示されている。
【０１０３】
したがって、図１４の構造は、図１３に示されているのと同様の４ポートファイバ・スラブ共振器を形成する。一組の波長λ１〜λ６を含む広帯域光１４６４１は、直交共振結合装置４００の左上コーナーに示されている入力ポートから直交共振結合装置４００に入射する。光は右に伝搬し、ここで、光はテーパ状光ファイバ１０に結合する。テーパ状ファイバ１０の直径は、波長λ１が共振状態になるように選択され、この結果、波長λ１の光はテーパ状ファイバ１０から結合されて、上部基板導波路４６２に入射する。この狭帯域波長λ１の光は、上部基板導波路４６２によって左に導波され、ここで、光は上部基板５０２から出射する。下部導波路４６１の残りの光は１８０°の導波路の湾曲に従い、この導波路により、共振ファイバ１０の直径が異なる位置にあるテーパ状ファイバ１０に光が導き戻される。したがって、異なる波長（この場合λ２）は共振状態でテーパ状ファイバ１０に結合され、ここで、次に、光は上部基板導波路４６２に結合される。この工程は、残りの４つの波長のために繰り返され、また抽出されていない光１４６４２は装置４００の左下コーナーの近傍の下部基板５０１から出射する。
【０１０４】
一方の層に幅狭の平面導波路の湾曲を使用している基板の片面に発生するすべての波長出力によって、波長デマルチプレクサを製造することが可能である。このような片面構造により、検出器アレイが平面基板の出力側の狭帯域出力のすべてに整合される波長チャネルモニタのようなより複雑な装置の組立が簡単になる。各波長出力からの光が分割検出器に結合されて、各波長チャネルのパワーに関する情報が提供される。
【０１０５】
スラブ導波路４６１と４６２に螺旋導波路パターンを用いて、マルチポート波長デマルチプレクサ装置を配置することもできる。平面導波路のために許容される最小湾曲半径に応じて、この方法により、平面デマルチプレクサ装置の全体サイズを小さくすることが可能になる。
【０１０６】
図１４のマルチポート波長デマルチプレクサのレイアウトを拡大して、ダイナミックゲインイコライザ装置のようなより複雑なフィルタ装置を形成することができる。スラブ導波路の配置により、一方の側には波長逆多重化が提供され、他方の側には波長多重化が提供される。２つのテーパ状ファイバ共振器１０の間にある一列の広帯域可変光減衰器（ＶＯＡ）を同一の基板に製造して、チャネル間で調整される波長チャネルパワーを提供することが可能である。
【０１０７】
共通の基板に、装置入力導波路および装置出力導波路を有することが望ましい用途では、ジグザグ状のまたは曲がりくねった他の配置が可能である。左側のテーパ状ファイバから右側のテーパ状ファイバまでの波長チャネル毎の光を導波するために、上部基板５０２が使用される。
【０１０８】
図１４のこのようなテーパ状ファイバ・スラブ共振器４００は、往復損失を考慮して評価してもなお実用的である。図５の円筒ファイバ・スラブ共振器では、スラブ導波路４６０からファイバ共振器１０に結合されたモードフィールドは、ファイバ共振器１０の周りに伝搬して、０度または横方向オフセットでスラブ導波路４６０に戻ってくる。ビームが、図９の４ポート構成のスラブ導波路４６１または４６２に、あるいは図９の２ポート構成の単一スラブ導波路４６０に再結合した場合、図９と図１４のテーパ状ファイバ１０の周りの同様の伝搬は横方向オフセットおよび角度オフセットの両方を導入する。ビームの横方向オフセットおよび角度オフセットは、ビームの幅に依存する結合損失を導入する。横方向オフセットおよび角度オフセットの量は、ファイバ共振器１０がどのような形状のテーパであるかに依存する。
【０１０９】
３つの異なるテーパ加工方法がシミュレートされた。各方法は、図９のテーパ状ファイバ共振器１０において、５ｍｍのテーパ長を有するが、テーパの各端部において、異なる最小ファイバ径９０４および異なる最大ファイバ径９４４をそれぞれ有する。図１の最小ファイバ径９０４または１０４としての検査された公称ファイバ径は、１２．５μｍ、１２５μｍ、５００μｍであった。より小さなファイバ径により、低次モードと大きなフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）とを有するファイバ・スラブ共振器が得られる。例えば、以下の表の第１のテーパ状ファイバは、電気通信Ｃ帯域（１５２８〜１５６３ｎｍ）に跨るＦＳＲを有する。
【表１】
2008516285.tif 000003
【０１１０】
シミュレーション結果は、これらのテーパから生じた往復結合角９７０のすべてが０．０１５°よりも小さいことを示している。１８０μｍ以下の幅を有する伝搬ビームでは、この角度オフセットによる結合損失は＜０．０２ｄＢである。テーパ状ファイバ１０による横方向オフセットの同様の分析（表示せず）により、無視できる結合損失寄与がもたらされた。
【０１１１】
適切なモード閉じ込め方法を用いて、往復損失を低くすることが重要である一方で、高Ｑ共振器の優れた性能に関する他の重大な問題はシングルモード動作である。このことは、１つのみの横方向（または方位角）モードと１つの半径方向（または横断方向）モードとを維持するように共振器導波構造を製造することを含む。
【０１１２】
特許文献２と特許文献３とに記載されている最小横方向モードは、共振器リブ構造の幅を狭くして、導波リブと導波されない隣接領域との間の半径差を小さくすることによって実現される。このことは、リブから離れた領域における円筒共振器材料の除去の正確な制御を必要とする。
【０１１３】
特許文献１では、最小横方向モードは球の直径に直接結合されるので、設計者は、より良い最小モードを提供する小さな球径を選択する自由度を有しないことがある。
【０１１４】
本発明の教示によれば、平面導波路の断熱テーパにより、シングルモード横方向動作を行うために、幅広のシングル横方向モードのみが円筒導波路またはファイバ導波路で励起されることが保証される。コリメータベースの薄膜フィルタとして機能することにより、このようなテーパ状平面導波路は、光コリメータの横方向動作を模倣するように形成することができ、一方、コア・クラッド屈折率差により、横断方向モード閉じ込めが行われる。このようなコリメート「レンズ」は、平面導波路の一方の端部が幅広であり（例えば＞２００μｍ）、他方の端部が一方の端部よりも幅狭であり、それらの端部の間のテーパ角が十分に小さくなるように（例えば＜１度）、平面導波路をパターン化することによって製造することが可能である。
【０１１５】
平面導波路がこのように断熱的に広げられた場合、より幅広の導波路が多数のモードを維持するとしても、より幅広の導波路の基本モードのみが励起される。このことにより、最終的には、テーパ状平面導波路をシングルモードファイバ（例えば、コーニング社から入手可能な「ＳＭＦ−２８」ファイバ）に結合することが重要となる。このシングルモードファイバは、シングルモードのみを維持する小サイズのテーパ状平面導波路（例えば、０．７５％の屈折率Δの導波路の６μｍ×６μｍの断面、または１７％の屈折率Δの導波路の２μｍ×２μｍの断面）に結合することが可能である。
【０１１６】
上記の特許文献１から３において、シングルモード半径方向動作用の最小半径方向モードは、円筒または球の半径を比較的小さく維持して、光路曲げを増大させることによって提供される。さらに、２つ以上のウィスパリングギャラリーモードを励起することが可能であり、複数のまたは櫛状のこのような共振によってマルチモードフィルタの帯域を広げることにより、フィルタのＱが低減される。不要なモードに結合された光は追加の往復損失を導入することが可能なので、Ｑをさらに低減することが可能である。
【０１１７】
対照的に、誘電体層の厚さおよび屈折率を適切に選択することによって、シングルモード半径方向動作用の１つの半径方向モードを正確に維持するように、本発明のファイバ共振器を製造できる。この誘電体層は、既存のファイバ線引き加工製造方法によって正確に製造することができる。標準的な光ファイバ製造技術により、特定の共振器の目標波長応答のために必要となる光ファイバの外径および誘電体層の特性（厚さおよび屈折率）を正確に制御することと、誘電体層を有する円筒共振器を製造するための低コストな方法を提供することが可能になる。このようなファイバ共振器により、およそ１０−７ＲＩＮ（屈折率単位）の有効屈折率感度を提供することが可能になる。
【０１１８】
確立されているファイバ再線引き加工技術により、材料の光学特性および半径方向厚さを正確に制御することが可能になる。導波路、モード制御または他の種類の制御用の誘電体層を被覆できるか、あるいはより好ましくは、ファイバ／円筒断面の残部と共に線引きすることができる。堆積／製造方法は、コーティング材料がどのようなものであるかに依存する。
【０１１９】
また、ファイバコーティング技術または同様の方法を用いて、有機フィルムの制御された厚さを円筒／ファイバ表面に堆積させることができる。火炎研磨製造および格子製造のような必要なすべての高温ガラス形成工程が行われた後に、結合剤被覆を行い得る。
【０１２０】
化学的検出または生物学的検出中に、特定の化学種が結合層３３の表面に結合した場合、１つ以上の光学特性（例えば、屈折率、光学損失）を変化させる結合剤を使用して、好ましくは溶融シリカコア１０２によって形成された光ファイバ本体または円筒本体を結合層３３で被覆することができる。ガラスファイバのみが、結合剤コーティングによって直接被覆された内側クラッド１０２を有している場合、内側クラッド１０２の円筒の表面の導波構造のみがモードを半径方向に完全に閉じ込めない。したがって、内側クラッド１０２のこのような構造のみによって、マルチ（損失のある）ウィスパリング−ギャラリーモードを維持できる。動作時、この構造により、各ピークにおいて、同等のシングルモードファイバ共振器よりも小さいパワーで、ウィスパリングギャラリーモードから複数の共振ピークが生じる。
【０１２１】
図１０を参照すると、最外側層としての約０．０１μｍよりも小さい薄い結合剤層３３または他の任意の屈折率分布層であることができる追加の表面層を有する図１と図４の共振導波路１０の断面が示されている。この図面は、実際の層が、実物の断面ではきわめて薄くなってしまうので、寸法通りでないことを理解されたい。表面の近傍に複数の誘電体層１２０、１３０および３３を有する内側クラッド１０２としてのガラスファイバまたは円筒を使用することによって、図４の直交共振結合器４００としてのシングルモードファイバ・平面導波路リング共振器を構成できる。導波（またはコア）層１２０、クラッド（またはオーバークラッド）層１３０およびガラスファイバ内側クラッド１０２（アンダークラッド層として機能する）の屈折率を制御することによって、特定の波長範囲にわたるファイバの表面の周りのシングル伝搬モードを維持する導波路を形成することが可能になる。外側クラッド層１３０は、モードのあるもの（少なくとも約０．１％の光パワー）が結合剤コーティング層３３内に伝搬することを許容するように薄くなっている（３〜５μｍ）。したがって、より大きな直径が用いられた場合、誘電体リングコア層１２０によって行われる半径方向導波により、共振導波路１０がシングル半径方向モードを維持することが可能になる。
【０１２２】
追加のコーティング（図示せず）を適用して、散乱損失を低減しまたファイバとスラブとの結合を最適化することも可能である。ファイバの外側クラッド層１３０を交換するかまたはその厚さを薄くすることによって、ファイバの外側クラッド層１３０から、図４に示されている薄いオーバークラッド層５６２の必要性を排除することも可能である。
【０１２３】
種々の技術を用いて、光ファイバの誘電体層１２０、１３０および３３を形成できる。従来のファイバ線引き加工により、半径方向屈折率分布の正確な制御が可能になり、このようにして、任意の近傍の表面層は、正確に規定された厚さおよび屈折率分布を有することが可能になる。浸漬・引き上げ法またはダイコーティングによって、ポリマーコーティング厚さを正確に制御でき、一方、組成制御によって、ポリマーコーティングの屈折率を設定できる。ファイバの表面に適用されたドーパントをファイバ内に熱拡散することもでき、これにより、任意の所望の性能の屈折率分布について、ドーパント濃度ならびに拡散時間および拡散温度によって制御された形状および屈折率を有する屈折率勾配分布層が形成される。したがって、リングコア１２０の内部または外部で追加の誘電体層の導波路分布法を用いて、導波モードの形状を修正して、外部導波路への結合を改善することもできる。すなわち、円筒共振器の断面にわたる正確な制御により、共振器使用が改善される。
【０１２４】
円筒断面全体にわたる制御を行うことにより、変調ユニットをファイバ共振器に直接組み込むことも可能になる。電気光学（ＥＯ）材料または利得媒体を共振器の表面に使用することにより、複数のユニットを一体化する必要なしに、共振器／変調器を単一の装置に形成することが可能になる。したがって、リングコア１２０の材料は、利得媒体（例えば、ポンピングされた、ドープされた導波路材料）または変調材料（例えばＥＯポリマー材料）として機能する。例えば、エルビウムまたは他の希土類材料、非線形材料、あるいは電気光学材料等のような活性材料から、リングコア層１２０を、さらに、内側クラッド中心層１０２を形成できる。
【０１２５】
それに応じて、異なる波長でポンピングされた場合に光利得を与えるリングコア１２０として機能する誘電体導波層によって、内側クラッド１０２として機能する光ファイバまたは光学筒を被覆することが可能である。リングコア１２０用の利得層材料は、希土類でドープされたコーティング、または色素でドープされたコーティングを含み得る。利得層材料をファイバの内側クラッド１０２の表面に拡散するか、またはファイバ再線引き加工の一環として形成することが可能である。複数の層をリングコア１２０に形成するように、利得層コーティングを有機材料またはゾルゲル層から構成し得る。
【０１２６】
他のコーティングを表面層３３としてのファイバ表面またはシリンダ表面に適用して、高速スイッチを実現することが可能である。例えば、電気光学（Ｅ−Ｏ）コーティング層を適用してもよい。局所的な基板または一体化ファイバ電極を使用して、前記層に付与された電界を変化させることによって、フィルタの共振波長を急速に変化させることが可能になる。
【０１２７】
液晶、光学セラミック、ニオブ酸リチウムまたは他の光学変化材料を表面層３３としてのまたはリングコア１２０としてのファイバ表面またはシリンダ表面に適用して、調整可能な複屈折を有する導波層を実現することが可能である。この方法を用いて、表面モードＴＥとＴＭが等しくなるように表面モードＴＥとＴＭの伝搬定数を調整することによって、偏光に依存しない共振器を製造することが可能になる。
【０１２８】
また、ファイバ／円筒は、ファイバの軸線の下方に光を供給するように設計することができ、一方、接線方向伝搬を有する共振器１０として使用することも可能である。このことにより、光子または他の非線形の２つの光学的相互作用が可能になる。
【０１２９】
内側クラッド１０２の断面は、内側クラッド１０２を囲む同一のリングコア１２０を有するようにファイバからガス切断されるか、引き上げられるか、さもなければ製造されたガラス球または微小球１０も意味し得る。したがって、微小球は、シングル表面モードを維持する円筒ファイバ共振器と全く同様の複数の誘電体層１２０、１３０および３３を有する。これらの共振器１０は、それらのシングルモード動作によって、さらに迅速な共振応答を行う。表面コーティング（例えばポリマー）によって、または微小球１０の表面の近傍の屈折率を変化させるドーパントを拡散させることによって、誘電体層１２０、１３０および３３を製造し得る。
【０１３０】
次に、図１１を参照すると、図４の直交共振結合器４００用の共振導波路１０としての周囲空気で充填された細長い開口部１１０を有する中実内側クラッド１０２が示されている。この代替構成は、内面に結合剤コーティング１１３を有する中空ファイバの使用を含む。中空ファイバの充填されていない空気開口部１１０は、試料流体用の導管として機能する。中空ファイバ共振器１０は、シングルモード動作を維持するために、リングコア１２０と外側クラッド１３０とに加えて、１つ以上の外面コーティング３３を有することも可能である。使用時、中空ファイバ１０のリングコア１２０によって外面の周りに伝搬する光のあるものは、結合層１１３によって覆われた内面とエバネッセント相互作用する。結合層１１３の内面の屈折率が変化することにより、表面モードの伝搬定数が僅かに変化され、これにより、生物学的目標または化学的目標の屈折率検出用の装置の共振波長がシフトされる。内面結合剤１１３を使用しなくても、共振導波路１０を使用して、流体における屈折率変化の変化、光吸収、または予め選択された物質の存在の有無を測定することが可能である。一般に、反対側の離れた外面に配置されるリングコア１２０の高屈折率材料が多くなると、それだけ多くのモードが、外部伝送導波路４６０に結合する優れたモードに当然必要な外面の周りに伝搬することになる。
【０１３１】
しかし、内側よりも外側に近接して配置されたリングコアのより大きな屈折率の材料により、円筒１０の内面にまたはその近傍に配置された流体または結合剤を検査するのに利用可能なフィールドの大きさが低減される。したがって、実際には、内側クラッド１０２によって画定された中空ファイバの壁部は、極めて薄くする必要があるか（すなわち、数マイクロメートルの厚さ）、さらには、表面モードのエバネッセント場が結合層１１３の内面と相互作用することを許容しない。内面結合剤層１１３とリングコア層１２０のモードフィールドとの間の最大オーバーラップでは、薄いインナークラッド層１０２が完全に存在してはならない。
【０１３２】
中空ファイバ表面が図５の平面導波路４６０に接触する領域において、ＵＶ暴露および湿式化学エッチングによって選択的に除去されるより厚い外側コーティング３３または選択的に極めて厚い外側クラッド１３０を使用して、共振導波路１０として機能する中空ファイバを機械的に補強し得る。
【０１３３】
本発明によって教示されているように、外側誘電体コーティングだけでなく、円筒断面全体にわたっても制御を行うことにより、流体またはガスを搬送するように、中空ファイバ／円筒を製造することが可能になる。この流体またはガスは、円筒共振器の温度安定性を維持するために、温度を制御するために、検出媒体を供給するために、または他の用途のために用いることができる。
【０１３４】
また、平面導波路基板は、薄い誘電体クラッド層５６２を平面導波路の表面に堆積させることによって、平面導波路と共振器構造との間の結合を正確に制御できるという点で、特許文献２と特許文献３とに記載されているテーパ状導波路の結合方法と比較して有利である。
【０１３５】
図５に戻って参照すると、薄いオーバークラッド層５６２によって覆われた基板５００の伝送導波路４６０としてのコアスラブ導波路が示されている。スラブ導波路４６０と基板５００との間に、アンダークラッド層（図示せず）を製造することもできる。基板材料は、シリカ、シリコン、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、または平面装置の基板５００のために一般に使用される他の任意の材料であり得る。ドープされたシリカ、シリコン、ＩｎＰまたはＧａＡｓのような種々の無機材料で、あるいはフッ化ポリマーのような有機材料で、コア層４６０、薄いオーバークラッド層５６２およびアンダークラッド層を製造できる。
【０１３６】
薄いオーバークラッド層５６２にわたって、厚いオーバークラッド層５６３を堆積させることができる。いくつかの位置において、特に、相互作用領域４７０において、薄いオーバークラッド層５６２を露出させるように、厚いオーバークラッド層５６３が、選択エッチングまたはフォトレジストリフトオフによってパターン形成される。
【０１３７】
一例の製造方法において、厚いオーバークラッド層５６３に、図１２のポリマー把持部１２７０を製造できる。コアスラブ導波路４６０にわたる位置で、円筒状の光ファイバ共振器１０を保持するように、ポリマー把持部が配向される。このような円筒状の光学共振器１０が、スラブ導波路４６０にわたって薄いオーバークラッド層５６２に接触保持された場合、この形状は、２ポートのファイバ・スラブリング共振器を形成する。
【０１３８】
ポリマー把持部を使用しない他の製造方法が可能である。例えば、成形または加工される外側取付部を使用して、ファイバを所定位置に保持してもよい。他の方法では、Ｓｉ製のＶ溝の導波構造を使用して、ファイバを正確に位置決めし得る。接着剤またはクランプ構造を使用して、位置合わせ後にファイバを所定位置に固定するか、あるいはポリマー把持部自体を固定することが可能である。
【０１３９】
図１２を参照すると、図４の伝送導波路４６０は、通常、内部コア１２２０を囲む内側クラッド１２０２を有するが、ここでは、図４の直交共振結合器４００としてのファイバ・ファイバ共振器を提供するために、露出された内部コア部１２２２を有する光ファイバ１２４６を含む。露出されたコア１２２２を相互作用領域４７０に示すために、図４の伝送導波路４６０として機能する光ファイバ１２４６の頂部または底部に配置できる球面ファイバ形状または円筒ファイバ形状の共振導波路１０が示されていない。示されていなくても、長手方向軸線に対して周方向の伝搬方向を有し、かつ露出されたコア１２２２を有する光ファイバ１２４６の第１のエバネッセント場に直交して結合するための第２の外側エバネッセント場を備える周方向導波モードを有する共振光ファイバの回帰経路を提供するために、円筒ファイバまたは微小球のリングコア１２０のような表面誘電体層が依然として使用されている。結果として得られる直交共振結合器は、共振ファイバまたは球１０の円筒または球の表面モードフィールドのシングルモード動作によって、さらに迅速な共振応答を提供する。
【０１４０】
図１０と同様に、化学種が、バイオセンサとして使用するための表面に結合した場合、共振器円筒ファイバまたは微小球１０は、その屈折率を変化させる結合剤３３で被覆される。下部ファイバの露出されたコア１２２２から共振導波路１０の円筒または球の表面モードに入る光により、所定の共振応答が生じる。このファイバ・ファイバ共振器による方法は、検出装置への入出力が光ファイバを介して行われるという点で有利である。低コストの光ファイバコネクタおよび相互接続方法が既に存在しているので、この方法により、センサの相互作用が簡単になり、またファイバ・平面導波路を予め位置合わせすることに関連する問題が回避される。
【０１４１】
伝送ファイバ１２４６をエッチングまたは研磨して、コア１２２０を一方の側面に露出させる代わりに、ファイバの中央部のモードフィールドを拡大しまた露出させるためのテーパ成形加工を用いて、露出されたコア領域１２２２の全周でファイバを細くしてもよい。光は、拡大されたコアモードから円筒または球の表面モードに再び結合する。２つのモードは種々のサイズおよび形状であるので、結合効率が低く、このことは、多数のファイバ共振器用途のために許容可能でありかつ望ましい。モードフィールド形状の不一致の程度が大きくなることは、ファイバとファイバとの結合において、ファイバ分離距離の変化に対する感度が低くなることを意味する。上記のファイバ・ファイバ共振器用の他の構成は、伝送導波路４６０として機能するテーパ状ファイバが共振導波路１０の頂部に取り付けられた場合のものである。
【０１４２】
したがって、直交共振結合器は、図５の平面導波路４６０が光ファイバ１２４６に置き換えられたファイバ・ファイバ共振器構成として示されている。ファイバコア１２２０の端部の従来のＤファイバまたは面結合されたファイバと同様に、中央部のファイバコア１２２０を露出させるかまたはほぼ露出させるために、ファイバ１２４６の内側クラッド１２０２が選択的に除去される（例えば、エッチングまたは研磨を用いて）。ポリマー把持部（図示せず）を含む種々の受動位置合わせ構造を使用して、光ファイバ１２４６が所定位置に位置決めおよび固定されることが好ましい。
【０１４３】
次に、相互作用領域４７０の共振導波路１０を保持するように適切に寸法決めされ、位置合わせされまた離間されるポリマー把持部１２７０を使用して、共振導波路１０として使用される共振器の円筒ファイバまたは微小球が光ファイバの上または下に位置決めされて所定位置に固定される。他のファイバまたは微小球の固定方法を用いることも可能である。
【０１４４】
このような直交共振結合器は、頂部共振導波路または底部共振導波路１０を位置決めするためのポリマー把持部１２７０、成形表面部または加工表面部、あるいはＳｉ製のＶ溝基板５００のような受動位置合わせ構造を使用して、１次元（１Ｄ）または２Ｄアレイになるように位置合わせして組み立てることができる（図示せず）。
【０１４５】
本発明の他の形態によれば、導波路および共振器の相対垂直位置を位置合わせするか、さもなければ制御することが重要である。このようにして、既知のポリマーファイバ把持部を使用して、光学面に接触させることなく、伝送導波路４６０および共振器１０のこの相対垂直位置を提供することができ、これによって、不要な散乱損失が導入される。ファイバ把持部の取付方法により、基板における共振器アレイの組立も簡単になる。
【０１４６】
図１５を参照すると、図５の直交共振結合器４００を１次元（１Ｄ）または２Ｄアレイになるように再現して、高密度の検出機能および／光学機能を提供することができる。このような複数の装置では、正確なファイバ線引き加工によってファイバ共振器で実現可能な安定性により、最大の利点が得られる。ウェルプレート１５１０の各ウェル１５１２によって分離されているような複数のセンサを共通の２次元（２Ｄ）基板５００に一体化して、測定スループットを増大させると共に組立コストを低減することができる。ファイバ・平面共振器センサとしての直交共振結合器４００の２Ｄ装置が製造可能である。この工程は、一列の平面導波路４６０を支持する平面基板材料５００から始まる。種々の有機材料または無機材料で、基板５００および平面導波路４６０を製造できる。次に、基板５００および平面導波路４６０は、厚いオーバークラッド層５６３でオーバーレイされた薄いオーバークラッド層５６２で覆われる。薄いオーバークラッド層５６２および厚いオーバークラッド層５６３により、ファイバ結合を改善するように、平面導波路４６０の散乱損失が低減され、また導波モード径が大きくなる。
【０１４７】
薄いオーバークラッド層５６２と厚いオーバークラッド層５６３とがそれぞれ堆積された後のオーバークラッド層において、薄いオーバークラッド層５６２を下方に露出させるように、厚いオーバークラッド層５６３の開口部が、選択エッチングまたはフォトレジストリフトオフによってパターン化される。円筒状の共振光ファイバ１０が結合相互作用領域のスラブ導波路に接触する（実際の物理的接触または密接した間隔）領域において、オーバークラッド層５６３の厚さを薄くするように、開口部が平面導波路４６０の上に形成される。光ファイバのクラッド層５６３と５６２の厚さおよび屈折率に応じて、基板における一方または両方のオーバークラッド層の除去を部分的に行ってもよいし、完全に行ってもよいし、全く行わなくてもよい。
【０１４８】
ポリマー把持部１２７０は、フォトリソグラフィ法によって、薄いオーバークラッド層５６２を下方に露出させる厚いオーバークラッド層の開口部の近傍に製造される。接着剤を使用して取り付けられる成形ファイバ導波構造、加工ファイバ導波構造またはエッチングファイバ導波構造を含む他のファイバ位置合わせ方法およびファイバ取付方法を用いることもできる。
【０１４９】
ポリマー把持部１２７０または他の位置合わせ構造を使用して、結合剤コーティングを有するより大きな屈折率のリングコアを有する共振光ファイバ１０が、オーバークラッド開口部または露出された薄いオーバークラッド層５６２の上に位置決めされる。基板５００全体にわたる共振ファイバ１０の挿入工程および取付工程を単一操作で適用できる。複数の平面導波路４６０によって、円筒状の共振光ファイバ１０を共有でき、これにより、組立工程が簡単になり、また導波路４６０にわたるファイバ・スラブ共振器の特性の均一性が向上する。
【０１５０】
この製造方法により、同一の結合剤を有する共振ファイバ１０を、すべてのファイバ・スラブ検出位置のために使用するか、または異なる共振ファイバ１０のために、異なる位置で使用することが可能になる。このようにして、この方法により、異なる検出用途（例えば、多数の異なる結合位置の種類を有する１つの流体試料、あるいは１つのまたは少数の異なる結合位置の種類を有する多数の流体試料）のために、２Ｄセンサを構成する可撓性が提供される。
【０１５１】
平面導波路４６０の上に共振ファイバ１０を配置した後に、ウェルプレート構造１５１０が２Ｄ検出基板５００の上に降ろされる。各ウェルプレートの孔またはウェル１５１２の底部の周りの接着シール１５１４により、各共振光ファイバ１０の周りの領域をシールしつつ、流体の漏れが防止される。検出基板５００の上に降ろされたウェルプレート１５１０の破断図により、各ウェルプレートの底部にある図４の直交共振結合器４００としてのファイバ・スラブ共振器を見ることが可能になる。
【０１５２】
完成された２Ｄセンサアレイを適切な測定システム内に取り付けることができる。粗い位置合わせ構造１５４０および細かい位置合わせ構造１５４４のそれぞれにより、２Ｄセンサアレイがレーザ源１５８１および検出器１５８３の導波路アレイに位置合わせされるように導波される。検出システムの完全な実装に必要な調整可能なレーザ源または調整可能な検出フィルタは図示されていない。
【０１５３】
２Ｄセンサアレイにより、１次元導波路アレイによる光学検査の利点が得られる。したがって、個々の検出位置を波長分割マルチプレクスでき、必要となるレーザ源および検出器の数が低減される。さらに、ファイバ・スラブ共振器の技術を用いて、システムの幅狭の通過帯域の調整可能な検出フィルタを実現し得る。
【０１５４】
本発明の精神と範囲から逸脱することなく、２つ以上の共振導波路１０または伝送導波路４６０を追加するような種々の修正および変更、ならびに異なる用途のために、複数の共振器１０へのさらに高いＱ共振の提供、マルチプレクスまたは通過帯域調整等のような異なる組み合わせにおける構成要素の変更を本発明になし得ることが当業者には明白であろう。したがって、本発明は、本発明の修正および変更が、添付された特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に含まれるならば、その本発明の修正および変更を網羅することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の横断方向閉ループファイバ共振器１０の斜視図である。
【図２】本発明による、図１の共振器１０の内側クラッド１０２のモード伝搬グラフである。
【図３】本発明による、図１の共振器１０の内側クラッド１０２および周囲リングコア１２０のモード伝搬グラフである。
【図４】本発明による、伝送導波路４６０にエバネッセント結合された図１の共振器１０の２ポート構成の図面である。
【図５】本発明による、伝送導波路４６０としての平面導波路にエバネッセント結合された図１の共振器１０の斜視図である。
【図６】図５の伝送導波路４６０の平面導波路幅５６４に対する図１の複数の円筒径１０４の往復伝送（α）を表したグラフである。
【図７】本発明による、横方向導波のためにテーパ状にされた端部を有しかつ伝送導波路４６０としての平面導波路にエバネッセント結合された図１の共振器１０の斜視図である。
【図８】本発明による、横方向導波のために格子状にされた端部を有しかつ伝送導波路４６０としての平面導波路にエバネッセント結合された図１の共振器１０の斜視図である。
【図９】本発明による、図１のテーパ状の円錐形状３０２を有しかつ伝送導波路４６０としての平面導波路にエバネッセント結合された共振器１０の斜視図である。
【図１０】本発明による、結合剤または他の光学コーティング層３３を添加した図４の共振器１０の断面図である。
【図１１】本発明による、結合剤または他の光学コーティング層１１３で被覆された細長いアパーチャ１１０を付加した図４の共振器１０の断面図である。
【図１２】本発明による、図４の伝送導波路４６０としての露出されたコアファイバの斜視図である。
【図１３】本発明による、２つの伝送導波路４６１と４６２にエバネッセント結合された図１の共振器１０の４ポート構成の断面図である。
【図１４】本発明による、２つの伝送導波路４６１と４６２にエバネッセント結合された図９の共振器１０の４ポート構成の平面図である。
【図１５】本発明による、伝送導波路４６０としての複数の平面導波路にエバネッセント結合された図５の複数の共振器１０の斜視図である。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
2008516285.tif 000019
2008516285.tif 000020