リング共振器
リング共振器の導波路を伝播している光は全反射と呼ばれる幾何光学的現象により、導波路内に留まる。全反射とは光線が媒質の境界に入射したとき、屈折して媒質から出ていく光が全くなくなるという光学的現象である。外側の媒質の屈折率が内側のものよりも小さく、光線の入射角(境界面の法線との成す角度)が臨界角よりも大きい場合は全反射が起こり、光は境界面を越えて出て行くことはなくなる。リング共振器がうまく動作するためには全反射の条件が満たされており、導波路内の光が決して外に出ていかないことが必要である。
したがって、モード指数は正整数でなければならない。結果として、入射光が(白色光のように)複数の波長成分を含んでいる場合は共振周波数のみがリング共振器を通過できることになる。
リング共振器のQ値は次の公式により定量的に記述される。
Q = m F = m ν f δ ν {\displaystyle \mathbf {Q} =m{\mathcal {F}}=m{\frac {\nu _{\mathrm {f} }}{\delta \nu }}}
ここで、 F {\displaystyle {\mathcal {F}}} はリング共振器のフィネス値、νf は自由スペクトル領域(英語版)、δν は透過スペクトルの半値全幅である。リング共振器の共振条件のスペクトル領域を決定するためにQ値が通常つかわれる。Q値はリング共振器における損失を定量するのにも便利で、Q値が低いほど通常は損失が大きい。
リング共振器の性質と、特定の波長の光のみを通す「フィルタ」としての挙動から、多数のリングを直列につなぐことによって高次の光学フィルターを構成することが可能である。これにより「小サイズ、低損失で(既存の)光ネットワークに組み込み可能」な光学フィルターを構成可能である。加えて、共振周波数は単純にリングの半径を増やしたり減らしたりすることで変更が可能であり、フィルターのチューニングの可能性も考えられる。この基本的な性質を用いてある種の機械的センサを構成することができる。光ファイバーになんらかの機械的応力が加わったとき、光ファイバーの形状に変化が生じ、したがって共振条件も変化する。このことを利用して光ファイバーや導波路の形状変化を監視することができる。電磁光学的もしくは全光学的効果などの様々な方法によって屈折率を変化させることによってもチューニングを行なうことができる。電磁光学的・全光学的チューニングは熱的および機械的チューニングよりも高速であり、光通信などの様々分野に応用例がある。高Q値マイクロリングを備えた光変調器により、入力光へのチューニングというコストを払えば著しく小さな変調電力で >50 Gbps の高速の変調が可能であることが報告されている。ファブリ・ペローレーザー共振器の内部にリング変調器を設置することにより、レーザー周波数への自動整合が生じるため、チューニング電力を不要とすることができ、Si マイクロリング変調器による高速・超低電力変調が可能となる。
リング状、円筒上、球状の共振器はバイオセンシングの分野でも有用性が証明されつつある。