光微小共振器
光微小共振器システム及びセンサーが開示されている。光微小共振器システムは、光導波路と、該光導波路に直接的に光学的に結合される光微小共振器とを備える。光微小共振器システムは、光微小共振器にコア結合されるが、光導波路にはコア結合されない光微小空洞を更に含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して光学デバイスに関する。本発明は特に、微小共振器を組み込んだ光センサーのような光学デバイスに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
微小共振器は、光スイッチング、波長フィルタリング、光学レーザー、光偏光解消、並びに化学的及び生物学的感知等の様々な用途において益々注目を受けている。
【０００３】
いくつかの既知の微小共振器構成では、光ファイバー等の光導波路に近位してガラス球状微小共振器を置く必要がある。そのような場合、光エネルギーは、エバネッセント結合によって共振器と光導波路との間を移動することができる。共振器と光導波路との間の分離は、典型的には１マイクロメートル未満であり、再現可能な性能を提供するために、精密に制御されなければならない。微小共振器の他の形態は、円盤又は環形状の微小共振器を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概して、本発明は、光学デバイスに関する。また、本発明は、１つ以上の微小共振器を含む光センサーに関する。
【０００５】
本発明の一実施形態において、光微小共振器システムは、光導波路と、光導波路に直接的に光学的に結合される光微小共振器とを備える。光微小共振器は、光微小共振器にコア結合されるが、光導波路にはコア結合されない光微小空洞を更に備える。
【０００６】
本発明の別の実施形態において、光センサーは、光導波路を含む微小共振器システムと、光導波路に直接的に光学的に結合される光微小共振器と、光微小共振器に光学的に結合されるが、光導波路には光学的に結合されない光微小空洞と、を備える。光センサーは、光導波路と光通信して、微小共振器システムの共振モードに対応する波長で光を放射する光源を更に備える。光センサーは、微小共振器システムと光通信する検出器を更に備える。検出器は、共振モードの特性を検出する。検体が微小共振器システムの近位にもたらされた場合に共振モードの特性は変化する。検出器は、該変化を検出する。
【０００７】
本発明の別の実施形態において、光微小共振器システムは、導波モードを支持する光導波路と、導波モードにより直接励起される第一の共振モードを支持する光微小共振器と、第一の共振モードにより直接励起されるが、導波モードにより直接励起されない第二の共振モードを支持する光微小空洞と、を備える。
【０００８】
本発明の別の実施形態において、光微小共振器システムは、光導波路と、光導波路にコア結合した第一の光微小空洞と、第一の光微小空洞にコア結合されるが、光導波路にはコア結合されない光微小共振器と、光微小共振器にコア結合されるが、第一の光微小空洞にはコア結合されない第二の光微小空洞と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明がより完全に理解及び評価されよう。
【図１】微小共振器システムの概略平面図。
【図２】図１の微小共振器システムの概略側面図。
【図３】微小共振器システムの概略側面図。
【図４】微小共振器システムの概略平面図。
【図５】光導波路の概略三次元図。
【図６】微小共振器システムの概略平面図。
【図７】光導波路システムの概略平面図。
【図８】光導波路システムの概略平面図。
【図９】微小共振器システムの概略平面図。
【図１０】微小共振器システムの概略平面図。
【図１１】微小共振器システムの概略平面図。
【図１２】微小共振器システム概略平面図。
【図１３】微小共振器システム概略平面図。
【図１４】集積光学デバイスの概略三次元図。
【図１５】微小共振器システムの概略三次元図。
【図１６】様々な微小共振器システムに関する計算された信号強度対波長のプロット。
【図１７】光学デバイスの概略平面図。
【図１８】散乱中心を有さない微小共振器システムに関する計算された信号強度対波長のプロット。
【図１９】微小共振器システムの概略平面図。
【図２０】微小共振器システムの概略平面図。
【００１０】
本明細書において複数の図面で用いられる同じ参照符号は、同一又は同様の性質及び機能を有する同一又は同様の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、概して、微小共振器システムに関する。本発明は特に、光微小空洞を組み込んだ微小共振器システムに適用することができる。
【００１２】
本願は、光導波路及び光微小空洞に光学的に結合される、例えばコア結合される光微小共振器を備える微小共振器システムを開示する。光微小空洞は、一次的に１つ以上の共振モードを支持するよう設計され得る。微小共振器は、光共振モード等の光導波モードを支持することが可能である。微小空洞の共振モードを、微小共振器の共振モードに結合することにより、微小共振器システムの共振モードが形成される。微小共振器システムの共振モードは、システム内の電界の高い蓄積に対応し得る。例えばシステムの出力ポートが好適な位置に配置されるような場合、高い電界蓄積は、高いシステム光伝送及び狭いバンド幅を生じ、微小共振器を波長フィルタリング並びに化学的及び生物学的感知等の用途に好適なものとし得る。
【００１３】
本明細書で使用される場合、本願に開示される微小共振器システム等の任意の光学的構成では、光学モードは、光学的構成において可能な電磁界を指し、放射線又は放射モードは、光学的構成において、閉じ込められない光学モードを指し、導波モードは、光学的構成において、典型的にコア領域である高屈折率領域が存在するために、少なくとも一次元に閉じ込められる光学モードを指す。一次元（第１の次元）に閉じ込められる導波モードは、一次元導波モードと称され得、２つの互いに直交する次元（第１及び第２の次元）に閉じ込められる導波モードは、二次元導波モードを指す。
【００１４】
共振モードは、３つの互いに直交する次元（第１、第２及び第３の次元）に閉じ込められる光学モードを指す。共振モードは、三次元導波モード又は光学的構成において、第３の次元に沿った追加の境界条件要求を条件とする二次元導波モードと見なされてもよく、追加の要求は実際は典型的に周期的である。
【００１５】
共振モードは、光学的構成において、３つの互いに直交する次元に沿った光学モードの量子化から生じる離散モードである。一般に、光学的構成の共振モードに対応する周波数又は波長における光学的構成の励起又は活性化により、実質的により強力な蓄積電磁界が生じ、ある場合には、光学的構成により、非共振励起から生じる応答と比較して、例えば実質的により高い光スループット等のより強力な応答が生じる。
【００１６】
光学的構成の共振モードのモードプロファイルは、３つの互いに直交する次元に沿った境界条件によって確定され得る。場合によっては、共振モードは進行波モード又は一次的に進行波モードであってよい。いくつかの他の場合においては、共振モードは定在波モード又は一次的に定在波モードであってよい。場合によっては、共振モードは、一部定在波及び一部進行波であってよい。
【００１７】
場合によっては、光学モードは、一次的に共振モードであってよい。そのような場合、光学モードは、非共振進行波成分等の非共振成分を有してもよい。しかしながら、そのような場合、非共振成分は光学モードの共振成分に対する二次的なものである。例えば、非共振成分は、全光学モードの強度の小さい部分であってもよい。
【００１８】
場合によっては、共振モードは放射モードに結合可能であってよい。いくつかの他の場合において、光学モードは、共振である主成分と、放射であり閉じ込められていない二次的成分とを有してもよい。一般に、二次元導波モード等の導波モードは、共振モード又は非共振モードであってもよい。
【００１９】
図１及び図２に、それぞれ微小共振器システム１００の概略平面図及び概略側面図を示す。微小共振器システムは、光導波路１２０、光微小共振器１５０及び光微小共振器１５０にコア結合されるが、光導波路１２０にコア結合されない光微小空洞１４０を備える。光微小共振器１５０は、光導波路１２０に直接的に光学的に結合される。本明細書で使用されるように、２つのモード間の光結合は、結合が、主として２つの対応する電磁界の間で少なくとも部分的に重なり合うことにより生じる場合、直接的である。対応する電磁界間で重なり合いが全く又は殆ど存在しない箇所で２つのモード間での光結合が生じる場合、結合は間接的と見なされる。例えば、導波路１２０のモードは、微小共振器１５０のモードと直接的に結合し得る。別の例として、導波路１２０のモードは、間接的に、即ち微小共振器１５０を介して微小空洞１４０のモードに結合し得る。直接的な光結合は、本願のあらゆる部分に記載されているように、コア結合又はエバネセント結合、又はコア結合とエバネセント結合との組み合わせであってもよい。
【００２０】
光導波路１２０は、上部クラッド１０１と、基材１０３上に配置された下部クラッド１０２と、幅Ｗ３、高さ又は厚さＨ３、入力面１１４及び出力面１１６を有する光学コア１２２と、を備える。光導波路１２０は、正のｘ軸に沿って進行する導波モード１２８及び導波モード１２４、並びに負のｘ軸に沿って進行する導波モード１２９等の、１つ以上の光導波モードを支持することが可能である。場合によっては、１つ以上の導波モード１２４、１２８及び１２９は、単一の横方向導波モードであってよい。
【００２１】
光微小共振器１５０は、上部クラッド１０１と、下部クラッド１０２と、高さ又は厚さＨ２を有し、結合領域１９０においてエバネセント結合により光導波路１２０に光学的に結合される光学コア１５２と、を備える。光学コア１５２は、光学コア１２２から距離ｔ１により分離されている。一般に、光微小共振器１５０は、共振モード及び非共振モードを支持することが可能である。場合によっては、微小共振器の共振モード１６０は、一次的に定常波である。そのような場合、モード１６０は進行波成分であってもよいが、任意のそのような成分は、一次的な定在波成分又は共振モードの性質に対して二次的なものである。場合によっては、共振定在波モード１６０は、微小共振器１５０内で、反対方向等の概ね異なる方向に進行する第一の進行波１６２及び第二の進行波１６４のそれぞれのような２つ以上の進行波の干渉重ね合わせと同等であってよい。場合によっては、図１に示す環形状の微小共振器１５０の場合、進行波モード１６２及び１６４は、逆伝播（counter propagating）導波モードであってよい。定在波モード１６０並びに進行波モード１６２及び１６４は同一周波数及び／又は自由空間波長を有する。
【００２２】
場合によっては、微小共振器の共振モード１６０は、一次的に例えば微小共振器１５０内で反時計回りに進行する進行波である。そのような場合、モード１６０は、定在波成分を有してもよいが、任意のそのような成分は、一次的な進行波成分又は共振モードの性質に対して二次的なものである。
【００２３】
図１に示す例示的な光微小共振器１５０は、環状微小共振器である。一般に、微小共振器１５０は、導波路１２０及び微小空洞１４０に光学的に結合可能な光微小共振器であってよい。
【００２４】
場合によっては、微小共振器１５０は円対称性を有してもよく、円対称性とは、ｘｙ平面におけるコア１５２の断面の外辺部が、中心点からの距離のみの関数として表現することができることを意味する。図１に概略的に示される円形環状微小共振器１５０等、場合によっては、中心点は微小共振器のコア１５２の中心１５１であり得る。円対称性を有する別の例示的な微小共振器は、球、円盤及び円筒を含む。例えば、図３に、光導波路１２０に光学的に結合されるコア２５２を有する円盤微小共振器２５０と、円盤微小共振器２５０に光学的に結合されるコア２４２を有する光微小空洞２４０と、を備える微小共振器システム２００の概略平面図を示す。
【００２５】
光微小空洞２４０は、一次的に１つ以上の共振モードを支持することが可能であり、一般に、支持される共振モードは、一次的に共振定在波、共振進行波、又は実質的な進行及び定在波成分を有する共振モードであってよい。
【００２６】
場合によっては、微小共振器１５０は球状微小共振器の場合等、球対称を有することができる。場合によっては、微小共振器は、環状又はレーストラック微小共振器等、閉鎖ループ微小共振器であってよい。例えば、図４に微小共振器システム３００の概略平面図を示し、該システムは、結合領域１９０において光導波路１２０に光学的に結合されるコア３５２を有するレーストラック微小共振器３５０と、レーストラック微小共振器３５０に光学的に結合されるコア３４２を有する光微小空洞３４０と、を備える。光微小空洞３４０は、１つ以上の共振定在波モード等、一次的に１つ以上の共振モードを支持することが可能である。微小共振器３５０のコア３５２は、直線部分３６０及び３６２と、曲線部分３６４及び３６６とを有する。図４に示す例示的なレーストラックでは、曲線部分３６４及び３６６は、半円形である。詳細には、半円形の曲線部分３６６は、中心３５１と、内側半径ｒｓとを有する。一般に、曲線部分３６４及び３６６は、直線部分３６０及び３６２を接続する任意の種類の曲線部分であってよい。
【００２７】
一般に、微小共振器１５０は特定の方向に沿って単一又は多モードであってもよい。例えば、微小共振器１５０は微小共振器の高さ又は厚さ方向（ｚ軸）に沿って単一モード又は多モードであってよい。環形状微小共振器の場合等、場合によっては、微小共振器は半径方向に沿って単一又は多モードであってよい。環形状微小共振器の場合等、場合によっては、微小共振器１５０の進行波導波モード１６２及び１６４は微小共振器の方位角モードであってよい。
【００２８】
光微小空洞１４０は、上部クラッド１０１と、下部クラッド１０２と、高さ又は厚さＨ１を有する光学コア１４２と、を備える。微小空洞１４０は、一次的に１つ以上の共振モードを支持することが可能であり、場合により微小空洞の共振モードは一次的に進行波であってもよく、他の場合には、微小空洞の共振モードは一次的に定在波であってもよい。場合によっては、微小空洞の共振モードは、実質的な進行波成分及び定在波成分を有してもよい。
【００２９】
微小空洞１４０はそれぞれの共振モードが、例えば、進行波、定在波、又はその２つの組み合わせであってよい１つ以上の共振モードを一次的にサポートすることができる。場合によっては、微小空洞１４０は非共振進行波等の非共振モードをサポートすることが可能であり得るが、そのような非共振モードは微小空洞によってサポートされる共振モードに対する二次的なものである。
【００３０】
場合によっては、微小空洞１４０の共振モードは一次的に定在波モードであってよく、一般に、定在波は反対方向等の概して異なる方向に進行する２つの進行波の干渉重ね合わせと同等であってよい。そのような場合、微小空洞１４０によってサポートされる共振モードは共振進行部分を有してもよいが、このようないずれの進行部分も、共振モード全体のごく一部しか形成せず、共振モードは事実上、一次的に定在波であり、モードのいずれかの共振進行部分はモードの定在波部分に対して二次的なものでしかないことを意味する。
【００３１】
場合によっては、微小空洞１４０の共振モードは一次的に進行波モードであってよい。そのような場合、微小空洞１４０によってサポートされる共振モードは共振定在波部分を有してもよいが、このようないかなる定在波部分も、共振モード全体のごく一部しか形成せず、共振モードは事実上、一次的に進行しており、モードのいずれかの共振定在波部分はモードの進行部分に対する二次的なものでしかないことを意味する。
【００３２】
微小空洞１４０の共振モードは例えば、微小空洞がコア１４２の境界に沿って大きな反射を有し、結果として入射波の大部分が反射される場合、事実上、一次的に定在波であってよい。そのような場合、反射された波は入射波と干渉して、事実上、優位に定在波である波を形成する。共振モードのいかなる進行波成分も、共振モードの定在波部分に対する二次的なものである。
【００３３】
微小空洞１４０の共振モードは例えば、微小空洞がコア１４２の境界に沿って小さな反射を有し、結果として入射波の小さい部分が反射される場合、事実上、一次的に進行していてもよい。そのような場合、反射及び入射波は干渉して、事実上、優位に進行波である波を形成する。共振モードのいかなる定在波成分も、共振モードの進行波部分に対する二次的なものである。
【００３４】
図１及び図２に示す例示的な微小共振器システム１００において、光微小空洞のコア１４２は、ｘ軸に沿って長さＬ１を有し、ｙ軸に沿って幅Ｗ１を有し、ｚ軸に沿って高さＨ１を有する矩形固体である。一般に、微小空洞１４０は、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることが可能な任意の形状の微小空洞のコア１４２を含んでもよい。光微小空洞のコア１４２の例示的な形状には、球、円盤、円筒、環状、ドーナツ形状及びレーストラックが挙げられる。場合によっては、微小空洞のコア１４２は、規則的又は不規則的な多角形であってよい。場合によっては、微小空洞のコア１４２は、閉鎖ループ微小空洞のコアであってよい。例えば、図２０に、微小共振器１５０にコア結合される六角形の光微小空洞２０４０を含む光微小共振器システムの概略平面図を示す。場合によっては、六角形の微小空洞２０４０は規則的な六角形であり、その場合、６つの各内角、例えば角度α１及びα２は１２０°であり、六角形は６つの対称線を有する。場合によっては、六角形の微小空洞２０４０は不規則な六角形である。
【００３５】
図１及び図２に示す例示的な微小共振器システム１００において、導波路１２０、微小共振器１５０及び微小空洞１４０は、同一の上部クラッド１０１及び同一の下部クラッド１０２を有する。一般に、微小共振システム１００内の異なる導波要素は、異なる上部クラッド、及び／又は下部クラッド、及び／又は側部クラッドを有することが可能である。例えば、導波路１２０及び微小共振器１５０は、異なる上部クラッドを有してもよい。
【００３６】
一般に、微小共振器システム１００内の光導波路１２０等の導波要素は、異なる方向に沿って異なるクラッド、及び／又は多数のクラッドを有してもよい。例えば、図５に、基材５２１上に配置された、屈折率ｎｏを有する光学コア５２２、屈折率ｎ１を有する上部クラッド５０１、屈折率ｎ２を有する左側クラッド５０２、屈折率ｎ３を有する第一の下部クラッド５０３、屈折率ｎ４を有する第二の下部クラッド５０４、及び屈折率ｎ５を有する右側クラッド５０５を含む光導波路５２０を示す。場合によっては、コア屈折率ｎｏは、コアを包囲する数個又は全部のクラッドの屈折率よりも大きい。例えばｘ方向に沿って伝播する光導波路５２０の導波モード５１０は、コア５２２内でピークフィールド強度５１０Ａ、下部クラッド５０３及び５０４内でエバネセントテール（evanescent tail）５１０Ｂ、並びに上部クラッド５０１内でエバネセントテール５１０Ｃを有してもよい。光導波路５２０は、例えば微小共振器システム１００の光導波路１２０であってもよい。
【００３７】
図１及び図２に示す例示的な微小共振器システム１００において、微小空洞のコア１４２は、コア１５２の内側周辺１５６と、コア１５２の外側周辺１５７とを越えて等しく延びる。詳細には、距離ｄ１とｄ２とは、等しい。一般に、微小空洞のコア１４２は、一用途において微小空洞１４０と微小共振器１５０との間に光結合を提供する任意の位置に配置され、及び／又は任意の配向で配置され得る。
【００３８】
例えば、図６に、微小空洞のコア１４２が内側周辺１５６及び外側周辺１５７を越えて不均等に延びる、即ち距離ｄ１とｄ２とが等しくない微小共振器システム６００の概略平面図を示す。例示的な微小共振器システム６００において、距離ｄ１は、距離ｄ２よりも大きい。
【００３９】
例示的な微小共振器システム１００において、光微小共振器１５０のコア１５２は、第一の面１５４及び第二の面１５５において光微小空洞１４０のコア１４２から延びる。コア１４２及びコア１５２は一体構造を形成してもよく、これは、接続するコアの間に物理的インターフェースを有さない単一ユニットをコアが形成することを意味する。一体構造においては、コアは典型的に、同一のコア材料で作製される。一体構造はエッチング、鋳造、成形、エンボス加工及び押出成形等の様々な既知の方法を使用して作製することができる。
【００４０】
一般に、コア１４２及びコア１５２は一体構造を形成しても、又は一体構造をしなくてもよい。場合によっては、コア１４２及びコア１５２は、同一の屈折率を有する異なる材料で形成されてもよい。場合によっては、コア１４２及びコア１５２は、異なる屈折率を有する異なる材料で形成されてもよい。例えば、図６の微小共振器システム６００において、コア１５２は屈折率ｎｏ１を有し、コア１４２は、ｎｏ１とは異なる屈折率ｎｏ２を有する。コア１５２及びコア１４２は、２つのコアの間の屈折率の違いが、２つのコアの間で、それぞれ第一のインターフェース６５４と第二のインターフェース６５５を形成するために、一体構造を形成しない。
【００４１】
例示的な微小共振器システム６００において、微小空洞１４０と微小共振器１５０との間の光結合は、少なくとも一次的に光学コア結合であり、微小共振器１５０と光導波路１２０との間の光結合は、エバネセント結合である。
【００４２】
一般に、光導波路は、クラッド又はクラッド領域により包囲されるコア又はコア領域を有する。コア及びクラッドのそれぞれは、１種以上の材料を含んでもよい。典型的には、導波路の光導波モード等の、光導波路内に閉じ込められた光学モードに関して、クラッドの屈折率は、コアの屈折率よりも小さい。閉じ込められた光学モードは、典型的にコアフィールド成分及びエバネセントフィールド成分を有する。コアフィールドは、典型的にコア内に存在し（exit）、１つ以上のピークを含む。エバネセントフィールドは、典型的にクラッド内に存在する減衰フィールドである。エバネセントフィールドは時折、閉じ込められた光学モードのエバネセントテールと称される。
【００４３】
一般に、光エネルギーは、異なる方法により、第一の光導波路内の第一のモードから、第一の光導波路の近隣に配置された第二の光導波路内の第二のモードに移動することができる。例えば、光エネルギーは、コア結合により第一のモードから第二のモードに移動することができる。別の例として、２つのモード間の光エネルギーの移動は、エバネセント結合によるものであってもよい。別の例として、光エネルギーのいくらかがコア結合により移動され、光エネルギーのいくらかがエバネセント結合により移動されてもよい。
【００４４】
２つのモード間のエバネセント結合は、典型的には一次的に２つのモードのエバネセントフィールドの重なり合いによる光エネルギーの移動を指す。場合によっては、エネルギーのいくらかは、コア結合等、エバネセント結合以外の手段により移動されてもよいが、任意のそのようなエネルギー移動は、エバネセント結合によるエネルギー移動に対して二次的なものである。
【００４５】
２つのモード間のコア結合は、典型的には一次的に２つのモードのコアフィールドの重なり合いによる光エネルギーの移動を指す。場合によっては、エネルギーのいくらかは、エバネセント結合等、コア結合以外の手段により移動されてもよいが、任意のそのようなエネルギー移動は、コア結合によるエネルギー移動に対して二次的なものである。
【００４６】
２つのモードのコアフィールド間及び２つのモードのエバネセント間に重なり合いが存在する場合等、場合によっては、２つのモード間の光結合は、実質的なコア結合及びエバネセント結合部分を有し得る。
【００４７】
結合領域は、一般に、光エネルギーが第一の光導波路と第二の光導波路との間で移動され得る領域を指す。場合によっては、結合領域の一部分が２つのモードのコアフィールド間で重なり合う領域を含んでもよく、該結合領域の他の部分が２つのモードのエバネセントフィールド間で重なり合う領域を含んでもよい。
【００４８】
場合によっては、結合領域は、各モードが十分に高いフィールド強度を有する重なり合う領域を含む。場合によっては、結合領域は、移動されるエネルギーが移動可能なエネルギーの少なくとも２０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも３０％、移動可能なエネルギーの少なくとも４０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも５０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも６０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも７０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも８０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも９０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも９５％の領域である。
【００４９】
場合によっては、結合領域は、移動されるエネルギーが移動可能なエネルギーの１０％以下、又は移動可能なエネルギーの７％以下、又は移動可能なエネルギーの５％以下、又は移動可能なエネルギーの３％以下、又は移動可能なエネルギーの２％以下、又は移動可能なエネルギーの１％以下、又は移動可能なエネルギーの０．５％以下の領域である。
【００５０】
図７に、近位して離間された第一の光導波路７１０及び第二の光導波路７２０を含む光導波路システム７００の概略平面図を示す。第一の光導波路７１０は、クラッド７０１とクラッド７０２との間に配置されたコア７１２を含み、コア７１２内部のコアフィールド７３０Ａ、クラッド７０２内のエバネセントフィールド７３０Ｂ、及びクラッド７０１内のエバネセントフィールド７３０Ｃを含む第一の導波モード７３０をサポートすることができる。コアフィールド７３０Ａは、コア７１２内にピーク７３１を有する。
【００５１】
第二の光導波路７２０は、クラッド７０２とクラッド７０３との間に配置されたコア７２２を含み、コア７２２内部のコアフィールド７４０Ａ、クラッド７０２内のエバネセントフィールド７４０Ｂ、及びクラッド７０３内のエバネセントフィールド７４０Ｃを含む第二の導波モード７４０をサポートすることができる。コアフィールド７４０Ａは、コア７２２内にピーク７４１及びピーク７４２を有する。
【００５２】
エバネセントフィールド７３０Ｂとエバネセントフィールド７４０Ｂとの間の重なり合いは、第一の光導波路７１０と第二の光導波路７２０との間の光エネルギーの移動を生じ得る。例えば、導波路７１０内で起動される第一の導波モード７３０は、導波路７２０にエバネセント的に結合して、導波路７２０内の第二の導波モード７４０を励起し得る。領域７９０は、モード７３０とモード７４０に関する２つの導波路の間の結合領域を概略的に示す。
【００５３】
図８に、コア８１２を有する第一の光導波路８１０と、コア８２２を有する第二の光導波路８２０とを含む光導波路システム８００の概略平面図を示す。コア８１２及びコア８２２は、交差領域８５０にて交差又は連結する。場合によっては、コア８１２及びコア８２２は一体構造を形成してよい。そのような場合、コア８２２は、コア８１２から延びると見なされてもよく、又はコア８１２はコア８２２から延びると見なさてもよい。
【００５４】
コア８１２及びコア８２２は、クラッド８０１により包囲されている。第一の光導波路８０１は、コア８１２内部のコアフィールド８３０Ａを含む第一の導波モード８３０をサポートすることができる。コアフィールド８３０Ａは、コア８１２内にピーク８３１を有する。第二の光導波路８２０は、コア８２２内部のコアフィールド８４０Ａを含む第二の導波モード８４０をサポートすることができる。コアフィールド８４０Ａは、コア８２２内にピーク８４１を有する。
【００５５】
コアフィールド８３０Ａとコアフィールド８４０Ａとの間の重なり合いは、第一の光導波路８１０と第二の光導波路８２０との間の光エネルギーの移動を生じ得る。例えば、導波路８２０内で起動された導波モード８４０は、導波路８１０にコア結合して、結果として導波路８１０内の導波モード８３０を励起し得る。領域８９０は、モード８３０とモード８４０に関する２つの導波路の間の結合領域を概略的に示す。
【００５６】
１つの位置における２つの導波路間の光学結合は、例えば２つの導波路のコアが、その位置にて取り付け、接続、又は連結される場合、典型的にはコア結合である。例えば、微小共振器システム１００において、微小共振器１５０のコア１５２は、それぞれ、第一の面１５４と第二の面１５５において微小空洞１４０のコア１４２と連結されている。微小共振器１５０は、一次的にコア結合により、面１５４及び面１５５において、若しくは面１５４及び面１５５の近隣にて、及び／又はそれぞれの面を含む領域内で微小空洞１４０に光学的に結合する。面１５４における結合領域は、面１５４と、面１５４の近隣の、及び面１５４を包囲する領域と、を含む。同様に、面１５５における結合領域は、面１５５と、面１５５の近隣の、及び面１５５を包囲する領域とを含む。
【００５７】
１つの位置における２つの導波路間のエバネセント結合の場合、２つのコアは典型的に、２つの導波路のコアの間の間隙を占める１つ以上のクラッドにより、その位置において離間されている。例えば、導波路１２０と微小共振器１５０との間の光結合は、一次的にエバネセント結合である。クラッド１０１は、結合領域１９０においてコア１２２とコア１５２との間の間隙を占める。
【００５８】
一般に、開示した実施形態において、微小共振器コアと微小空洞のコアとは、平行な対称軸を有しても、又は平行な対称軸を有さなくてもよい。例えば、図３の微小共振器システム２００において、微小空洞のコア２４２は、結合領域１９０において概ね方向付けられた、例えば該領域１９０を通過する対称軸２１０をｙ軸に沿って有し、対称軸２１０に直交する対称軸２１５をｘ軸に沿って有する。対称軸２１０は、微小空洞の幅方向に沿っており、対称軸２１５は、微小空洞の長さ方向に沿っている。微小空洞は、微小空洞の長さ方向に沿って長さＬ１を有し、微小空洞の幅方向に沿った幅Ｗ１を有する。微小共振器コア２５２は、ｙ軸に沿った対称軸２３０、及びｘ軸に沿った対称軸２３０に直交する対称軸２３５を含む、多数の対称軸を有する。対称軸２３０は、対称軸２１０と一致し又は同一直線上にある。したがって、微小空洞のコア２４２と微小共振器コア２５２とは、ｙ軸に沿って同一の対称軸を共有し、共有された対称軸は、微小空洞の幅方向に沿っている。対称軸２１５と対称軸２３５とは同一直線上にない。詳細には、２つの軸は、ｙ方向に沿って距離ｔ２だけ互いに側方にずれている。
【００５９】
図９に、光導波路１２０、結合領域９９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア９５２を有する光微小共振器９５０と、微小共振器９５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア９４２を有する光微小空洞９４０と、を備える微小共振器システム９００の概略平面図を示す。光導波路１２０によりサポートされる導波モードは、光微小共振器９５０の第一の共振モード等のモードを直接励起することができ、これは例えば導波モードのエバネセントテールが、少なくとも部分的に第一の共振モードのエバネセントテールと重なり合うことを意味する。光微小空洞９４０は、１つ以上のモード、例えば第二の共振モード等の１つ以上の共振モードをサポートすることができる。第二の共振モードは、第一の共振モードにより直接励起されることができ、これは例えば、第一の共振モードのエバネセントテールが、少なくとも部分的に第二の共振モードのエバネセントテールと重なり合うことを意味する。しかしながら、第二の共振モードは導波モードにより直接励起されることができず、これは２つのモードのコアフィールド及び／又はテール間に重なり合いが存在しないためである。むしろ、第二の共振モードは導波モードにより間接励起され、これは導波モードが、最初に第一の共振モードを直接励起することにより、第二の共振モードを励起することを意味する。
【００６０】
微小共振器コア９５２は、ｙ軸に沿って、結合領域９９０において概ね方向付けられた対称軸９３０と、ｘ軸に沿って対称軸９３０と直交する対称軸９３５とを有する。微小空洞のコア９４２は、ｙ軸に沿って、軸９３０と平行であるが同一直線上にない対称軸９１０と、ｘ軸に沿って、軸９３５と平行であるが同一直線上にない対称軸９１５とを有する。
【００６１】
したがって、微小共振器コア９５２と微小空洞のコア９４２とは、同一直線上にある対称軸を有さず、又は対称軸を共有しない。詳細には、軸９１０は、軸９３０から距離ｔ４だけ側方にずれ、軸９１５は、軸９３５から距離ｔ３だけ側方にずれている。
【００６２】
図１０に、光導波路１２０と、結合領域１０９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア１０５２を有する光微小共振器１０５０と、微小共振器１０５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合さえないコア１０４２を有する光微小空洞１０４０と、を備える微小共振器システム１０００の概略平面図を示す。
【００６３】
微小共振器コア１０５２は、ｙ軸に沿って、結合領域１０９０において概ね方向付けられた対称軸１０３０と、ｘ軸に沿って対称軸１０３０と直交する対称軸１０３５と、を有する。微小空洞のコア１０４２は、ｙ軸に沿って、軸１０３０と平行であるが同一直線上にない対称軸１０１０と、ｘ軸に沿って、軸１０３５と同一直線上にある対称軸１０１５と、を有する。
【００６４】
微小共振器コア１０５２と微小空洞のコア１０４２とは、微小空洞の幅方向に沿っているが、結合領域１０９０において方向付けられていない対称軸を共有する。したがって、微小共振器コア１０５２と微小空洞のコア１０４２とは、同一直線上にある対称軸を有さず、又は結合領域１０９０において概ね方向付けられた共通の対称軸を共有しない。
【００６５】
図１１に、光導波路１２０と、結合領域１１９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア１１５２を有する光微小共振器１１５０と、微小共振器１１５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア１１４２を有する光微小空洞１１４０と、を備える微小共振器システム１１００の概略平面図を示す。
【００６６】
微小共振器コア１１５２は、結合領域１１９０において概ね方向付けられた、ｙ軸に沿った対称軸１１３０を有する。微小空洞のコア１１４２は、微小空洞の幅方向に沿った対称軸１１１０と、微小空洞の長さ方向に沿った対称軸１１１５とを有する。微小空洞の対称軸１１１０は、微小共振器コア１１５２に関する対称軸でもある。
【００６７】
微小共振器コア１１５２と微小空洞のコア１１４２とは、微小空洞の幅方向に沿っているが、結合領域１１９０において方向付けられない、対称軸を共有する。したがって、微小共振器コア１１５２と微小空洞のコア１１４２とは、同一直線上にある対称軸を有さず、結合領域１１９０において概ね方向付けられた、共通の対称軸を共有しない。
【００６８】
図１２に、光導波路１２０と、結合領域１２９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア１２５２を有する光微小共振器１２５０と、微小共振器１２５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア１２４２を有する光微小空洞１２４０と、を備える微小共振器システム１２００の概略平面図を示す。
【００６９】
微小空洞のコア１２４２は、微小空洞の幅方向に沿った対称軸１２１０と、微小空洞の長さ寸法に沿った対称軸１２１５とを有する。微小共振器コア１２５２は、軸１２１０と平行であるが同一直線上にない対称軸１２３０と、軸１２１５と平行であるが同一直線上にない対称軸１２３５とを有する。
【００７０】
微小共振器コア１２５２と微小空洞のコア１２４２とは、微小空洞の幅方向に沿っているが、結合領域１２９０において概ね方向付けられない対称軸を共有する。したがって、微小共振器コア１２５２と微小空洞のコア１２４２とは、同一直線上にある対称軸を有さず、又は結合領域１２９０において概ね方向付けられた共通の対称軸を共有しない。軸１２１０は、軸１２３０から距離ｔ５側方にずれ、軸１２１５は、軸１２３５から距離ｔ６側方にずれている。
【００７１】
図１の例示的な微小共振器システム１００は、単一の光微小空洞を含む。一般に、微小共振器システムは、１つ以上の光微小空洞を含むことができ、少なくとも１つの微小空洞は、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。
【００７２】
例えば、図１３に、光導波路１２０と、結合領域１３９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア１３５２を有する光微小共振器１３５０と、微小共振器１３５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア１３４２を有する第一の光微小空洞１３４０と、微小共振器１３５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア１３６２を有する第二の光微小空洞１３６０と、を備える微小共振器システム１３００の概略平面図を示す。場合によっては、微小空洞１３４０及び微小空洞１３６０の少なくとも１つは、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。
【００７３】
光微小共振器１３５０は、ｙ軸に沿って、微小空洞１３４０の幅寸法に沿って微小空洞１３４０に光学的に結合される。微小空洞のコア１３４２は、幅Ｗ２及び長さＬ２を有する。例示的な微小共振器システム１３００において、微小空洞のコア１３４２は、コア１３５２の内側周辺１３５６及び外側周辺１３５７を越えて、微小空洞の少なくとも１つの幅側、例えば幅側１３７１に沿って延びている。詳細には、距離ｄ３とｄ４とは等しい。一般に、微小空洞のコア１３４２は、一用途において微小空洞１３４０と微小共振器１３５０との間に光結合を提供する任意の位置に配置され、及び／又は任意の配向で配置されてもよい。
【００７４】
光微小共振器１３５０は、ｙ軸に沿って、微小空洞１３６０の幅寸法に沿って微小空洞１３６０に光学的に結合される。微小空洞のコア１３６２は、幅Ｗ３及び長さＬ３を有する。例示的な微小共振器システム１３００において、微小空洞のコア１３６２は、内側周辺１３５６及び外側周辺１３５７を越えて等しく、少なくとも幅側、例えば幅側１３７２に沿って延びている。詳細には、距離ｄ５とｄ６とは等しい。一般に、微小空洞のコア１３６２は、一用途において微小空洞１３６０と微小共振器１３５０との間に光結合を提供する任意の位置に配置され、及び／又は任意の配向で配置されてもよい。
【００７５】
例示的な微小共振器システム１３００において、微小空洞１３４０と微小空洞１３６０とは、互いに直接的に光学的に結合されない。例えば、コア１３４２とコア１３６２との間の分離ｋ１は十分大きいため、２つの微小空洞の間にエバネセント結合が全く又は殆ど存在しない。場合によっては、距離ｋ１は、２つの微小空洞の間の光結合を可能にするよう十分小さくてもよい。
【００７６】
場合によっては、２つの各微小空洞は、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。そのような場合、２つの微小空洞の共振モードの、微小共振器の共振モードとの光結合は、微小共振器システム１３００の共振モードの形成に繋がり得る。場合によっては、例えば、微小空洞と微小共振器とのそれぞれの１つ以上の共振モードが互いに十分接近し、例えば微小共振器システム１００において、距離ｔ１が約１００〜１０，０００ナノメーターの場合、システム共振モードが存在し得る。
【００７７】
微小共振器コア１３５２は、結合領域１３９０において方向付けられる対称軸１３３０をｙ軸に沿って有する。微小空洞のコア１３４２は、軸１３３０に平行であり、軸１３３０から距離ｋ２側方にずれた対称軸１３１０を有する。微小空洞のコア１３６２は、軸１３３０に平行であり、軸１３３０から距離ｋ３側方にずれた対称軸１３２０を有する。
【００７８】
再び図１を参照すると、光源１１０は光線１１２を放射することができ、その少なくとも一部分は入力面１１４を通って光導波路１２０に入る。場合によっては、光源１１０から光導波路１２０に入る光は導波モード１２８等の導波路の導波モードとして導波路に沿って伝播することができる。場合によっては、導波モード１２８は光微小共振器１５０の共振モード１６０を励起する。場合によっては、共振モード１６０は、光微小空洞１４０の共振モード１７０を励起する。場合によっては、共振モード１７０及び１６０はそれぞれ微小空洞１４０及び微小共振器１５０の定在波モードであってよい。一般に、共振モード１７０と１６０との間の光結合は微小共振器システム１００の共振モードを形成することができる。
【００７９】
場合によっては、微小共振器１５０の共振モード１６０は、正のｘ軸に沿って検出器１６６に向かって進行する光導波路１２０の導波モード１２４を励起し得る。導波モード１２４は、出力光１６８として出力面１１６から光導波路を抜け出すことができる。出力光１６８は検出器１６６によって検出することができる。一般に、検出器１６６は強度、波長、及び／又は位相等の出力光１６８の１つ以上の特性を検出することによって微小共振器システム１００の共振モード等のモードの１つ以上の特性を検出することができる。
【００８０】
場合によっては、出力光１６８の１つ以上の特性の変化は、微小共振器システム１００の１つ以上の特性に影響を与えることができる、散乱中心１８０等の外部物質の存在を示すことができる。例えば散乱中心と光微小共振器１５０のコア１５２との間の距離「ｔ」が十分に小さい場合、微小共振器と散乱中心との間に光結合が生じ得る。光結合は微小共振器システム１００の励起された共振モードの１つ以上の特性を変化させることができる。例えば光結合は微小共振器１５０の共振モード１６０の１つ以上の特性を変化させることができる。モード１６０の変化は、出力光１６８として光導波路１３０を抜け出す導波モード１２４の１つ以上の特性に変化をもたらすことができる。検出器１６６は出力光１６８における対応する変化を検出することによって微小共振器システム１００のモード１６０又は共振モードの変化を検出することができる。
【００８１】
図１に示される例示的な微小共振器システム１００においては、散乱中心１８０は微小共振器１５０に近位する。一般に、散乱中心１８０は微小共振器システムの共振モードの特性に変化をもたらすことができる、微小共振器システム１００のいずれかの部分と十分近くすることができる。例えば、散乱中心は散乱中心と微小空洞との間の光結合を可能にするために、微小空洞１４０に十分に近くてもよい。
【００８２】
散乱中心１８０と微小共振器１５０との間の光結合の強度の変化は、例えば共振モード１６０の特性の変化を引き起こすことができる。光結合の強度の変化は様々な手段によって達成することができる。例えば散乱中心１８０と微小共振器１５０又はコア１５２との間の間隔「ｔ」の変化は、散乱中心と微小共振器との間の光結合の強度を変化させることができる。別の例としては、散乱中心の屈折率ｎｓの変化は散乱中心と微小共振器との間の光結合の強度を変化させることができる。一般に、散乱中心１８０と微小共振器１５０との間の光結合の強度に変化を生じさせることができるいずれかの機構は出力光１６８及び微小共振器システムの共振モードの特性に変化を引き起こすことができる。
【００８３】
金のような一部の金属の場合など、一部の場合では、散乱中心の屈折率の実部は、１５５０ｎｍ付近の波長に関して１未満である。シリコンの場合などいくつかのその他の場合においては、１５５０ｎｍ付近の波長に対する散乱中心の屈折率の実部は１を超える。
【００８４】
散乱中心１８０として使用し得る散乱中心の例は、誘電体ナノ粒子、シリコンナノ粒子等の半導体ナノ粒子、並びに金及びアルミニウムナノ粒子等の金属ナノ粒子を含む。場合によっては、散乱中心は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅ、又はＣｄＳ等の半導体であってもよい。例えば、散乱中心は直径が８０ｎｍであり、関心波長に対する屈折率（実数部）が３．５である、シリコン粒子であってよい。散乱中心の別の例は、直径が８０ナノメートルであり、１５５０ナノメートル付近の波長に対する屈折率が０．５４＋９．５８ｉである、金粒子である。散乱中心の別の例は、直径が８０ナノメートルであり、１５５０ナノメートル付近の波長に対する屈折率が１．４４＋１６．０ｉである、アルミニウム粒子である。
【００８５】
場合によっては、散乱中心は誘電体粒子であってよい。場合によっては、散乱中心は非蛍光粒子であってよい。場合によっては、散乱中心は半導体ではない。
【００８６】
場合によっては、散乱中心１８０の寸法は約１０００ナノメートル以下、約５００ナノメートル以下、約１００ナノメートル以下、又は約５０ナノメートル以下である。
【００８７】
微小共振器システム１００は、例えば、検体１８２を感知することができるセンサーとして使用することができる。例えば、微小共振器１５０は検体１８２と接合可能であってもよい。このような接合性能は、例えば、微小共振器１５０又はコア１５２の外側表面の適した処理によって達成されてもよい。場合によっては、検体１８２は散乱中心１８０に付随している。このような付随は、例えば検体を散乱中心に付着させることによって達成することができる。散乱中心は、検体１８２が微小共振器の外側表面と接合する際に、微小共振器１５０に光学近位にもたらされてもよい。散乱中心は、共振モード１６０の特性に変化を引き起こし、これは次いで微小共振器システムの共振モードの特性に変化を生じさせる。光検出器１６６は、出力光１６８の１つ以上の特性の変化をモニタリングすることにより共振モード１６０の特性の変化を検出することによって検体１８２の存在を検出することができる。場合によっては、引き起こされる変化はモード１６０における周波数偏移であってよい。そのような場合、光検出器１６６は、例えば出力光１６８における周波数偏移を検出することにより、周波数偏移を検出することができる。検体１８２は、例えば、タンパク質、病原体又はＤＮＡ分子を含むことができる。
【００８８】
場合によっては、検体１８２は検出される抗原の第１の抗体を含むことができる。第１の抗体は、散乱中心１８０に付随することができる。抗原の第２の抗体は、微小共振器１５０に付随することができる。抗原は第１の抗体と第２の抗体との間の接合を促進する。結果として、散乱中心は微小共振器との光接触へともたらされ、微小共振器システムの共振モードの特性における変化を引き起こす。検出器は特性変化を検出することによって散乱中心の存在、したがって抗原の存在を検出することができる。場合によっては、第１の抗体は第２の抗体と同一であることができる。このような例示的な感知プロセスは、食品の安全性、食品加工、医療検査、環境試験、及び産業衛生等の様々な用途に使用することができる。場合によっては、散乱中心１８０は共振モード１６０、並びに、したがって微小共振器システムの対応する共振モードに周波数偏移を引き起こすことができ、偏移は検出器１６６によって検出することができる。
【００８９】
場合によっては、微小共振器システム１００はクラッド層１０１の屈折率の変化を検出可能であってよい。例えば、クラッド層１０１は初期は空気であってもよい。空気クラッドを用いて、微小共振器システムの共振モードを共振周波数ｆ１において出力光１６８を生じることができる、共振周波数ｆ１にすることができる。クラッド層１０１の屈折率の変化は、例えば空気クラッドが、例えば有機蒸気等の蒸気、ガス、液体、生物学的若しくは化学物質、又はクラッド１０１の屈折率に変化をもたらすことができるいずれかの他の物質によっても置き換えられる又はそれと混合される場合に生じ得る。クラッド１０１の屈折率の変化は微小共振器システムの共振モードの変化及び出力光１６８の、ｆ１とは異なるｆ２への、周波数ｆ２への偏移をもたらすことができる。光検出器１６６は周波数偏移Δｆ＝ｆ１−ｆ２を検出することができる。
【００９０】
場合によっては、導波路１２０、微小共振器１５０、並びに微小空洞１４０は共通基材上に集積することができる。集積はモノリシック集積であってもよく、その場合、異なる構成要素は典型的に、同一材料系を使用して全て共通基材上に加工される。このような集積は基材特有であってよく、集積がいくつかの基材では容易又は実現可能であり、いくつかのその他の基材ではより困難又は不可能であることを意味する。例えば、検出器、微小共振器、微小空洞及び導波路をＳｉ基材等の基材上に加工する又は作ることは可能であり得るが、同一基材上に例えば光源を作る又は加工することは困難又は不可能である場合がある。別の例としては、ＩｎＰ又はＧａＡｓ基材等のＩＩＩ〜Ｖ族半導体基材上に全てのシステム構成要素を作る又は加工することが可能であり得る。
【００９１】
集積は混成集積であってもよく、その場合、最初に少なくとも数個の構成要素を別々に作り、次いで例えば接着剤又ははんだ接合を用いることにより通常の基材上に集合されもよい。そのような場合、微小共振器、微小空洞及び導波路は、基材上にモノリシック集積されてもよい。場合によっては、接合は光源及び検出器の導波路との能動整合を必要とする場合がある。
【００９２】
図１４は集積光学デバイス１４の概略三次元図を示す。光源１１０及び検出器１６６は光学デバイス１５００の基材１０３上に集積される。導波路１２０、微小空洞１４０及び微小共振器１５０は上部クラッド１０１及び下部クラッド層１０２を有し、基材１０３上に集積される。光源１１０はギャップ１５０１によって導波路１２０から分離され、基材１０３上に集積された導線１５４０及び１５４１を含む。導線１５４０及び１５４１は、例えば、図１４には示されていない外部電源及び／又は制御装置との接続のために光学デバイス１５００の端部１５２１に延びる。検出器１６６はギャップ１５０２によって導波路１２０から分離され、基材１０３上に集積された導線１５３０及び１５３１を含む。導線１５３０及び１５３１は、例えば、図１４には示されていない外部電源及び／又はその他の電子機器との接続のために光学デバイス１５００の端部１５２２に延びる。
【００９３】
基材１０３は剛性又は可撓性であってよい。基材１０３は光学的に不透明であっても透過性であってもよい。基材は高分子、金属、半導体、又は任意の種類のガラスであってもよい。例えば、基材１０３はシリコンであってよい。別の例として、基材１０３はフロートガラスであってもよく、又は、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスルホン等の有機材料から作製されてもよい。
【００９４】
微小共振器１５０、微小空洞１４０及び光導波路１２０は既知の加工技術を使用して作製することができる。例示的な加工技術には、フォトリソグラフィ、印刷、鋳造、押出成形、エンボス加工、及び反応性イオンエッチング又は湿式化学エッチング等のエッチングが挙げられる。微小共振器システム１００内の異なる層は、スパッタリング、蒸着、火炎堆積法（flame hydrolysis）、鋳造、又は用途に適し得る任意のその他の成膜法等の既知の方法を使用して、形成することができる。
【００９５】
場合によっては、光源１１０は例えば、白色光を放射する広帯域光源であってよい。場合によっては、光源１１０は、調節可能な狭線幅レーザー源等の狭帯域光源であってよい。場合によっては、検出器１６６は、狭帯域検出器であってよく、又は検出器は、スペクトルに敏感な検出器であってよい。例えば、検出器１６６は、スペクトル分析器であってよい。場合によっては、検出器１６６は、広帯域検出器であってよい。
【００９６】
図１５に、コア１４２２を有する光導波路１４２０と、結合領域１４９０において導波路１４２０に光学的に結合されるコア１４５２を有する光微小共振器１４５０と、微小共振器１４５０に光学的に結合されるが、導波路１４２０には光学的に結合されないコア１４４２を有する光微小空洞を１４４０と、を備える微小共振器システム１４００の概略三次元平面図を示す。場合によっては、光微小空洞１４４０は、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。
【００９７】
光微小共振器１４５０は、微小空洞のコア１４４２の幅方向１４０１及び厚さ方向１４０３に沿って光微小空洞１４４０と光学的に結合され、厚さ方向１４０３は、幅方向１４０１と直交する。例示的な微小共振器システム１４００において、厚さ方向１４０３はｙ軸に沿っており、幅方向１４０１は負のｚ軸に沿っている。厚さ方向及び幅方向は、厚さ方向及び幅方向の両方と直交する長さ方向１４０２をか画定する。長さ方向１４０２は、ｘ軸に沿っている。微小空洞のコア１４４２は、幅方向１４０１に沿って最大の幅寸法Ｗｍを有し、厚さ方向１４０３に沿って最大の厚さ寸法Ｈｍを有し、長さ方向１４０２に沿って最大の長さ寸法Ｌｍを有する。
【００９８】
場合によっては、Ｈｍは、Ｗｍより大きくない。場合によっては、光微小空洞１４４０は、例えば代理人整理番号６２６８１ＵＳ００２を有する同一所有者の米国特許出願第１１／６１６３３８号に記載されているように、比Ｌｍ／Ｗｍが約１０以下の場合に一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。いくつかの他の場合において、光微小空洞１４４０は、比Ｌｍ／Ｗｍが約６以下、約４以下、約３以下、又は約２以下の場合に一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。いくつかの他の場合において、光微小空洞１４４０は、比Ｌｍ／Ｗｍが約１以下、約０．８以下、約０．５以下、約０．３以下、又は約０．１以下の場合に一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。
【００９９】
場合によっては、Ｌ３は約５０マイクロメートル以下、約３０マイクロメートル以下、約２０マイクロメートル以下、又は約１０マイクロメートル以下である。いくつかのその他の場合においては、Ｌ３は約５マイクロメートル以下、約３マイクロメートル以下、約２マイクロメートル以下、又は約１マイクロメートル以下である。いくつかのその他の場合においては、Ｌ３は約０．８マイクロメートル以下、約０．６マイクロメートル以下、又は約０．５マイクロメートル以下である。
【０１００】
場合によっては、光微小空洞１４４０は、１００以下の共振モード、５０以下の共振モード、２０以下の共振モード、１５以下の共振モード、１０以下の共振モード、８以下の共振モード、又は５以下の共振モードを一次的にサポートすることができる。
【０１０１】
場合によっては、光微小空洞１４４０は、少なくとも１つの共振モード、少なくとも２つの共振モード、少なくとも５つの共振モード、又は少なくとも１０の共振モードを一次的にサポートすることができる。場合によっては、光微小空洞１４４０は、１つの共振モード又は２つの共振モードを一次的にサポートすることができる。
【０１０２】
場合によっては、微小共振器システム１４００は約０．３マイクロメートル〜約１５マイクロメートル、０．３マイクロメートル〜約５マイクロメートル、約０．３マイクロメートル〜約２マイクロメートル、約０．４マイクロメートル〜約１．６マイクロメートル、又は約０．６マイクロメートル〜約１．６マイクロメートルの波長で一次的に動作するように設計される。場合によっては、微小共振器システム１４００は約６３３ｎｍ、約８５０ｎｍ、約９８０ｎｍ、約１３１０ｎｍ、約１５５０ｎｍ、又は約１０，６００ｎｍで一次的に動作するように設計される。
【０１０３】
場合によっては、微小空洞１４４０の共振モード、例えば共振モード１４７０は、進行波又は一次的に進行波である。いくつかのその他の場合においては、微小空洞１４４０の共振モードは、定在波又は一次的に定在波である。
【０１０４】
場合によっては、微小空洞１４５０の共振モードは微小共振器１４４０の共振モードを励起することができる。例えば、微小共振器の共振モード１４６０は、微小空洞の共振モード１４７０に光学的に結合して、共振モード１４７を励起することができる。場合によっては、微小空洞１４５０の定在波モードは微小空洞１４５０の定在波モードを励起することができる。例えば、微小共振器の共振定在波モード１４６０は、微小空洞の共振定在波モード１４７０に光学的に結合して、微小空洞の共振定在波モード１４７０を励起することができる。
【０１０５】
場合によっては、定在波モード１４７０は第１の進行波モード１４７１及び第２の進行波モード１４７２等の異なる方向に進行する２つの進行波モード間の光学干渉から生じ得る。場合によっては、定在波モード１４６０は第１の進行波モード１４６１及び第２の進行波モード１４６２等の異なる方向に進行する２つの進行波モード間の光学干渉から生じ得る。
【０１０６】
場合によっては、進行波モード１４６１は、一次的に同一の概ねの方向に進行する進行波モード１４７１に光学的に結合して進行波モード１４７１を励起することができ、進行波モード１４６２は、進行波モード１４７２に光学的に結合して進行波モード１４７２を一次的に励起することができ、両方のモードは時計回り等の同一の概ねの方向に進行する。そのような場合、励起される進行波モード１４７１及び１４７２は光学的に干渉し、定在波モード１４７０を形成することができる。
【０１０７】
光源１１０からの光１１２は、光導波路１４２０の光導波モードを励起することができる。モード１４２８は、光導波路１４２０と微小共振器１４５０との間に概ね位置する結合領域１４９０を介して、エバネセント結合により光微小共振器１４５０に結合することができる。導波モード１４２８は、同一波長において微小共振器の進行波モード１４６１等の進行波モードを励起することができる。導波モード１４６１は、例えば進行波モード１４７１を励起して、進行波モード１４７２及び定在波モード１４７０を生成させることができる。次に、モード１４７２は、進行波１４６２を励起することができる。進行波モード１４６２及び１４６１は干渉し、定在波モード１４６０を形成することができる。
【０１０８】
場合によっては、異なる波長において導波モード１４６１は、微小空洞１４４０の異なる定常波モードを一次的に励起してもよい。例えば、第一の波長λ１を有する導波モード１４６１は、一次的に１つの定在波モードを励起し得る一方、第二の波長λ２を有する導波モードは、異なる微小共振器の定在波モードを一次的に励起してもよい。
【０１０９】
場合によっては、微小空洞１４４０は縮退定在波モードをサポートできる可能性があり、これは波長λ３を有する導波モード１４６１が、一次的に同一の波長λ３を有する微小空洞の２つ以上の異なる定在波モードを励起することができることを意味する。
【０１１０】
図１９に、光学コア１９２２を有し、導波モード１９２８をサポートすることができる入力光導波路１９２０；光学コア１９３２を有し、導波モード１９２４をサポートすることができる出力光導波路１９３０；コア結合領域１９０１において入力光導波路１９２０にコア結合し、コア結合領域１９０２において出力光導波路１９３０にコア結合した第一の光微小空洞１９６０；光学コア１９５２を有し、コア結合領域１９０３及び１９０４において第一の光微小空洞にコア結合した光微小共振器１９５０；並びに光学コア１９４２を有し、コア結合領域１９０５及び１９０６において光微小共振器１９５０にコア結合した第二の光微小空洞１９４０を備える光微小共振器システムの概略平面図を示す。
【０１１１】
コア結合領域は、一般に、２つ以上の導波路の間にコア結合が生じる領域である。場合によっては、例えば２つの導波路のコアが異なる材料から形成されている場合等、コア結合領域は２つのコア間の境界面である物理的境界面を含んでもよい。場合によっては、例えば２つのコアが同一の材料から形成され、一体構造を形成している場合等、コア結合領域は、２つの導波路の間に物理的境界面を含まない。
【０１１２】
入力光導波路１９２０は、入力光１１２を放射する光源１１０と光通信する。出力光導波路１９３０は、出力導波路１９３０からの出力光１６８を受容する検出器１６６と光通信する。
【０１１３】
光微小共振器１９５０は、第一の光微小空洞１９６０とコア結合されるが、入力導波路１９２０及び出力導波路１９３０とはコア結合されない。第一の光微小共振器１９５０は、第一の光微小空洞１９６０と直接的に結合され、入力導波路１９２０及び出力導波路１９３０に間接的に、即ち第一の微小空洞１９６０を介して結合されている。
【０１１４】
第二の光微小空洞１９４０は、微小共振器１９５０とコア結合しているが、第一の光微小空洞１９６０、入力導波路１９２０及び出力導波路１９３０とはコア結合していない。第二の光微小空洞１９４０は、微小共振器１９５０に直接的に結合されている。第二の光微小空洞１９４０は、微小空洞１９６０に間接的に、即ち微小共振器１９５０を介して結合されている。
【０１１５】
例示的な微小共振器システム１９００において、第一の光微小空洞１９６０は、ｘ方向に沿って長さＬ４を有し、ｙ方向に沿って幅Ｗ４を有する矩形である。
【０１１６】
場合によっては、第一の光微小空洞１９６０は、例えばＳｏｌｄａｎｏ ｅｔ ａｌ．，「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ（登録商標） Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｌｆ−Ｉｍａｇｉｎｇ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １３（４），ｐｐ．６１５〜６２６，Ａｐｒｉｌ １９９５、及び例えば代理人整理番号６２６８１ＵＳ００２を有する、同一所有者の米国特許出願第１１／６１６３３８号に記載されている多モード干渉結合器（ＭＭＩＣ）であってよい。場合によっては、ＭＭＩＣ １９６０は、例えばｘ方向に沿って微小空洞内を伝播する微小空洞の進行波モードが、微小空洞の少なくともいくつかの境界、例えば微小空洞の側壁１９１２及び側壁１９１３等において反射を全く又は殆ど受けないよう設計される。
【０１１７】
場合によっては、微小空洞１９６０は、一次的に２つ以上、３つ以上、又は５つ以上の進行波モードをサポートすることができる。そのような場合、比Ｌ４／Ｗ４は、約２以上、約３以上、約４以上、約６以上、又は約１０以上である。いくつかの他の場合において、比Ｌ４／Ｗ４は、約２０以上、約４０以上、約６０以上、約８０以上、又は約１００以上である。
【０１１８】
場合によっては、Ｌ４は約５０マイクロメートルを越え、約１００マイクロメートルを越え、約２００マイクロメートルを越え、又は約５００マイクロメートルを越える。いくつかのその他の場合においては、Ｌ４は約１０００マイクロメートルを越え、約２０００マイクロメートルを越え、約５０００マイクロメートルを越え、又は約１０，０００マイクロメートルを越える。
【０１１９】
場合によっては、光微小空洞１９６０は、少なくとも１００の共振モード、少なくとも２００の共振モード、少なくとも４００の共振モード、少なくとも５００の共振モード、少なくとも７００の共振モード、少なくとも８００の共振モード、又は少なくとも１０００の共振モードを一次的にサポートすることができる。
【０１２０】
場合によっては、第一の光微小空洞１９６０はＭＭＩＣであり、第二の光微小空洞１９４０はＭＭＩＣではない。そのような場合、微小空洞１９６０は少なくとも５０の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は２０以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は２０以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は１５以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は１０以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は８以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は５以下の共振モードをサポートすることができる。
【０１２１】
開示される実施形態の利点の一部が、以下の実施例によって更に説明される。これらの実施例で挙げられる特定の材料、量及び寸法、並びにその他の条件及び詳細は本発明を不当に制限するものとして考慮すべきではない。
【実施例】
【０１２２】
（実施例１）
図１の微小共振器システム１００と類似する光学デバイスを、実効二次元時間領域差分（ＦＤＴＤ）法を使用して、数値的に解析した。模擬実験では、全てのコアは屈折率３．５及び実効厚さ０．４マイクロメートルを有するシリコンであった。光微小共振器は、０．２マイクロメートルの厚さと、３．６マイクロメートルの外径とを有する環状であった。結合領域１９０内のコア１２２とコア１５２との間の間隔ｔ１は、０．２マイクロメートルであった。微小空洞のコア１４２は、１．８マイクロメートルの幅Ｗ１及び０．６マイクロメートルの長さＬ１を有し、結果として約０．３３の比Ｌ１／Ｗ１を有する矩形固体であった。微小空洞１４０は、ｘ軸に沿って環状微小共振器１５０に対して対称的に配置され、これは微小空洞と微小共振器とが、ｙ軸に沿って同一の対称軸を共有することを意味する。距離ｄ１及びｄ２は、それぞれ０．８マイクロメートルであった。上部クラッド１０１は１の屈折率を有する空気であった。下部クラッド１０２は１．４６の屈折率を有する二酸化ケイ素であった。
【０１２３】
模擬実験において、光源１１０は２マイクロメートルで中心をとり、半値全幅（ＦＷＨＭ）が１マイクロメートルである、１フェムト秒長の離散型ガウス形パルスの形態で、光１１２を放射する、パルス光源であった。広帯域入力パルスは検出器１６６によって検出された約１マイクロメートル〜約３マイクロメートルの広帯域反応を生じた。
【０１２４】
図１６の曲線１６２０は散乱中心１８０がない状態で、（マイクロメートル単位の）波長の関数として、検出器１６６での（入力光の強度に対する任意の単位の）計算された信号強度を示す。曲線１６４０は散乱中心１８０の存在下での計算された出力信号強度を示す。散乱中心は、８０ｎｍと同等の直径及び、約１５５０ナノメートルで０．５４＋９．５８ｉと同等の複素屈折率を有する球状金粒子であった。散乱中心は、図１に概略的に示されるように、中心１５１を通過する微小共振器の水平な対称軸１９１に沿って定置された。粒子と微小共振器との間には５０ナノメートルのギャップ「ｔ」があった。図１６は、散乱中心が微小共振器システムの少なくとも多数の共振周波数に偏移を引き起こしたことを示す。曲線１６２０は、光学デバイスが、例えば約１．６２マイクロメートルに対応する位置１６１２における共振周波数等、いくつかの共振周波数を有したこと示す。比較のために、曲線１６１０は、図１７に概略的に示す参照デバイスが微小空洞を含まなかった以外は実施例１の光学デバイスと同一の参照光学デバイスに関する、検出器における計算された信号強度を示す。
【０１２５】
図１６に、微小空洞１４０の包含が光学デバイスの共振周波数に偏倚を生じさせ、少なくともいくつかの共振周波数にてピーク分裂を生じたことを示す。例えば、図１６に、位置１６１１におけるピーク分裂を示す。
【０１２６】
二次元ＦＤＴＤ法を使用して、微小空洞が共振モードを一次的にサポートしたことを証明した。導波路１２０内で光学デバイスの共振周波数で光を発し、時間の関数として微小空洞内の電界最高点の位置をモニタリングした。結果はこのような位置が本質的に静止していたことを示し、したがって微小空洞が一次的に共振定在波モードをサポートしたことを示唆する。
【０１２７】
（実施例２）
実施例１の微小共振器システムと類似する光学デバイスを、微小空洞が正のｙ軸に沿って０．２マイクロメートル偏倚してｄ１が１．０マイクロメートルに等しく、ｄ２が０．６マイクロメートルに等しかった以外は、実効二次元時間領域差分（ＦＤＴＤ）法を使用して数値的に解析した。
【０１２８】
図１６において曲線１６３０は、散乱中心１８０の不在下での、検出器１６６における計算された信号強度を示す。曲線１６３０は、光学デバイスが、例えば約１．４マイクロメートルに対応する位置１６３１における共振周波数等、いくつかの共振周波数を有したこと示す。
【０１２９】
二次元ＦＤＴＤ法を使用して、微小空洞が共振モードを一次的にサポートしたことを証明した。導波路１２０内で光学デバイスの共振周波数で光を発し、時間の関数として微小空洞内の電界最高点の位置をモニタリングした。結果はこのような位置が本質的に静止していたことを示し、したがって微小空洞が一次的に共振定在波モードをサポートしたことを示唆する。
【０１３０】
（実施例３）
図１３の微小共振器システム１３００と類似する光学デバイスを、実効二次元時間領域差分（ＦＤＴＤ）法を使用して、数値的に解析した。模擬実験では、全てのコアは屈折率３．５及び実効厚さ０．４マイクロメートルを有するシリコンであった。光微小共振器は、０．２マイクロメートルの厚さと、３．６マイクロメートルの外径とを有する環状であった。結合領域１３９０内のコア１２２とコア１３５２との間の間隔ｔ１は、０．２マイクロメートルであった。上部クラッド１０１は１の屈折率を有する空気であった。下部クラッド（微小共振器システム１００と類似）は、１．４６の屈折率を有する二酸化ケイ素であった。
【０１３１】
微小空洞のコア１３４２は、１．８マイクロメートルの幅Ｗ２及び０．６マイクロメートル長さのＬ２を有し、結果として約０．３３の比Ｌ２／Ｗ２を有する矩形固体であった。微小空洞１３４０は、ｘ軸に沿って環状微小共振器１３５０に対して対称的に配置され、０．４マイクロメートルと等しい距離ｋ２を生じた。距離ｄ３及びｄ４は、それぞれ０．８マイクロメートルであった。
【０１３２】
微小空洞のコア１３６２は、１．８マイクロメートルの幅Ｗ３及び長さ０．３マイクロメートルのＬ３を有し、結果として約０．１７の比Ｌ３／Ｗ３を有する矩形固体であった。微小空洞１３６０は、ｘ軸に沿って環状微小共振器１３５０に対して対称的に配置され、０．２５マイクロメートルと等しい距離ｋ３を生じた。距離ｄ５及びｄ６は、それぞれ０．８マイクロメートルであった。
【０１３３】
模擬実験において、光源１１０は２マイクロメートルで中心をとり、半値全幅（ＦＷＨＭ）が１マイクロメートルである、１フェムト秒長の離散型ガウス形パルスの形態で、光１１２を放射する、パルス光源であった。広帯域入力パルスは検出器１６６によって検出された約１マイクロメートル〜約３マイクロメートルの範囲の広帯域反応を生じた。
【０１３４】
図１８の曲線１８１０は散乱中心１８０がない状態で、（マイクロメートル単位の）波長の関数として、検出器１６６での入力光の強度に対する計算された信号強度を任意の単位で示す。曲線１８１０は、光学デバイスが、例えば約１．６３マイクロメートルに対応する位置１８１１における共振周波数等、いくつかの共振周波数を有したこと示す。
【０１３５】
２次元ＦＤＴＤ法を使用して、２つの微小空洞のうちの少なくとも１つが一次的に共振モードをサポートしたことを確認した。導波路１２０内で光学デバイスの共振周波数で光を発し、時間の関数として２つの微小空洞内の電界最高点の位置をモニタリングした。結果はこのような位置が各微小空洞内で本質的に静止していたことを示し、したがって各微小空洞が一次的に共振定在波モードをサポートしたことを示唆する。
【０１３６】
本明細書で使用するとき、「垂直の」、「水平の」、「上方の」、「下方の」、「左」、「右」、「上側」及び「下側」、「時計回り」及び「反時計回り」などの用語、並びに他の類似の用語は、諸図に示される相対的位置を指す。一般に、物理的な実施形態は、異なる配向を有する可能性があり、その場合、それらの用語は、そのデバイスの実際の向きに修正された相対的位置を指すものとする。例えば、図１４の構成が図面の配向と比較して反転されるとしても、クラッド１０２は依然として「下部」クラッドと見なされる。
【０１３７】
上記に引用したすべての特許、特許出願及び他の公開を、それらがあたかも完全に再現されたものとして本明細書に援用するものである。本発明の種々の態様の説明を容易にするために、本発明の特定の実施例について上で詳細に説明しているが、その意図は、本発明を実施例の細部に限定することではないことを理解されたい。むしろ、その意図は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨と範囲に包含される全ての修正物、等価物、及び代替物を網羅することである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して光学デバイスに関する。本発明は特に、微小共振器を組み込んだ光センサーのような光学デバイスに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
微小共振器は、光スイッチング、波長フィルタリング、光学レーザー、光偏光解消、並びに化学的及び生物学的感知等の様々な用途において益々注目を受けている。
【０００３】
いくつかの既知の微小共振器構成では、光ファイバー等の光導波路に近位してガラス球状微小共振器を置く必要がある。そのような場合、光エネルギーは、エバネッセント結合によって共振器と光導波路との間を移動することができる。共振器と光導波路との間の分離は、典型的には１マイクロメートル未満であり、再現可能な性能を提供するために、精密に制御されなければならない。微小共振器の他の形態は、円盤又は環形状の微小共振器を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概して、本発明は、光学デバイスに関する。また、本発明は、１つ以上の微小共振器を含む光センサーに関する。
【０００５】
本発明の一実施形態において、光微小共振器システムは、光導波路と、光導波路に直接的に光学的に結合される光微小共振器とを備える。光微小共振器は、光微小共振器にコア結合されるが、光導波路にはコア結合されない光微小空洞を更に備える。
【０００６】
本発明の別の実施形態において、光センサーは、光導波路を含む微小共振器システムと、光導波路に直接的に光学的に結合される光微小共振器と、光微小共振器に光学的に結合されるが、光導波路には光学的に結合されない光微小空洞と、を備える。光センサーは、光導波路と光通信して、微小共振器システムの共振モードに対応する波長で光を放射する光源を更に備える。光センサーは、微小共振器システムと光通信する検出器を更に備える。検出器は、共振モードの特性を検出する。検体が微小共振器システムの近位にもたらされた場合に共振モードの特性は変化する。検出器は、該変化を検出する。
【０００７】
本発明の別の実施形態において、光微小共振器システムは、導波モードを支持する光導波路と、導波モードにより直接励起される第一の共振モードを支持する光微小共振器と、第一の共振モードにより直接励起されるが、導波モードにより直接励起されない第二の共振モードを支持する光微小空洞と、を備える。
【０００８】
本発明の別の実施形態において、光微小共振器システムは、光導波路と、光導波路にコア結合した第一の光微小空洞と、第一の光微小空洞にコア結合されるが、光導波路にはコア結合されない光微小共振器と、光微小共振器にコア結合されるが、第一の光微小空洞にはコア結合されない第二の光微小空洞と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明がより完全に理解及び評価されよう。
【図１】微小共振器システムの概略平面図。
【図２】図１の微小共振器システムの概略側面図。
【図３】微小共振器システムの概略側面図。
【図４】微小共振器システムの概略平面図。
【図５】光導波路の概略三次元図。
【図６】微小共振器システムの概略平面図。
【図７】光導波路システムの概略平面図。
【図８】光導波路システムの概略平面図。
【図９】微小共振器システムの概略平面図。
【図１０】微小共振器システムの概略平面図。
【図１１】微小共振器システムの概略平面図。
【図１２】微小共振器システム概略平面図。
【図１３】微小共振器システム概略平面図。
【図１４】集積光学デバイスの概略三次元図。
【図１５】微小共振器システムの概略三次元図。
【図１６】様々な微小共振器システムに関する計算された信号強度対波長のプロット。
【図１７】光学デバイスの概略平面図。
【図１８】散乱中心を有さない微小共振器システムに関する計算された信号強度対波長のプロット。
【図１９】微小共振器システムの概略平面図。
【図２０】微小共振器システムの概略平面図。
【００１０】
本明細書において複数の図面で用いられる同じ参照符号は、同一又は同様の性質及び機能を有する同一又は同様の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、概して、微小共振器システムに関する。本発明は特に、光微小空洞を組み込んだ微小共振器システムに適用することができる。
【００１２】
本願は、光導波路及び光微小空洞に光学的に結合される、例えばコア結合される光微小共振器を備える微小共振器システムを開示する。光微小空洞は、一次的に１つ以上の共振モードを支持するよう設計され得る。微小共振器は、光共振モード等の光導波モードを支持することが可能である。微小空洞の共振モードを、微小共振器の共振モードに結合することにより、微小共振器システムの共振モードが形成される。微小共振器システムの共振モードは、システム内の電界の高い蓄積に対応し得る。例えばシステムの出力ポートが好適な位置に配置されるような場合、高い電界蓄積は、高いシステム光伝送及び狭いバンド幅を生じ、微小共振器を波長フィルタリング並びに化学的及び生物学的感知等の用途に好適なものとし得る。
【００１３】
本明細書で使用される場合、本願に開示される微小共振器システム等の任意の光学的構成では、光学モードは、光学的構成において可能な電磁界を指し、放射線又は放射モードは、光学的構成において、閉じ込められない光学モードを指し、導波モードは、光学的構成において、典型的にコア領域である高屈折率領域が存在するために、少なくとも一次元に閉じ込められる光学モードを指す。一次元（第１の次元）に閉じ込められる導波モードは、一次元導波モードと称され得、２つの互いに直交する次元（第１及び第２の次元）に閉じ込められる導波モードは、二次元導波モードを指す。
【００１４】
共振モードは、３つの互いに直交する次元（第１、第２及び第３の次元）に閉じ込められる光学モードを指す。共振モードは、三次元導波モード又は光学的構成において、第３の次元に沿った追加の境界条件要求を条件とする二次元導波モードと見なされてもよく、追加の要求は実際は典型的に周期的である。
【００１５】
共振モードは、光学的構成において、３つの互いに直交する次元に沿った光学モードの量子化から生じる離散モードである。一般に、光学的構成の共振モードに対応する周波数又は波長における光学的構成の励起又は活性化により、実質的により強力な蓄積電磁界が生じ、ある場合には、光学的構成により、非共振励起から生じる応答と比較して、例えば実質的により高い光スループット等のより強力な応答が生じる。
【００１６】
光学的構成の共振モードのモードプロファイルは、３つの互いに直交する次元に沿った境界条件によって確定され得る。場合によっては、共振モードは進行波モード又は一次的に進行波モードであってよい。いくつかの他の場合においては、共振モードは定在波モード又は一次的に定在波モードであってよい。場合によっては、共振モードは、一部定在波及び一部進行波であってよい。
【００１７】
場合によっては、光学モードは、一次的に共振モードであってよい。そのような場合、光学モードは、非共振進行波成分等の非共振成分を有してもよい。しかしながら、そのような場合、非共振成分は光学モードの共振成分に対する二次的なものである。例えば、非共振成分は、全光学モードの強度の小さい部分であってもよい。
【００１８】
場合によっては、共振モードは放射モードに結合可能であってよい。いくつかの他の場合において、光学モードは、共振である主成分と、放射であり閉じ込められていない二次的成分とを有してもよい。一般に、二次元導波モード等の導波モードは、共振モード又は非共振モードであってもよい。
【００１９】
図１及び図２に、それぞれ微小共振器システム１００の概略平面図及び概略側面図を示す。微小共振器システムは、光導波路１２０、光微小共振器１５０及び光微小共振器１５０にコア結合されるが、光導波路１２０にコア結合されない光微小空洞１４０を備える。光微小共振器１５０は、光導波路１２０に直接的に光学的に結合される。本明細書で使用されるように、２つのモード間の光結合は、結合が、主として２つの対応する電磁界の間で少なくとも部分的に重なり合うことにより生じる場合、直接的である。対応する電磁界間で重なり合いが全く又は殆ど存在しない箇所で２つのモード間での光結合が生じる場合、結合は間接的と見なされる。例えば、導波路１２０のモードは、微小共振器１５０のモードと直接的に結合し得る。別の例として、導波路１２０のモードは、間接的に、即ち微小共振器１５０を介して微小空洞１４０のモードに結合し得る。直接的な光結合は、本願のあらゆる部分に記載されているように、コア結合又はエバネセント結合、又はコア結合とエバネセント結合との組み合わせであってもよい。
【００２０】
光導波路１２０は、上部クラッド１０１と、基材１０３上に配置された下部クラッド１０２と、幅Ｗ３、高さ又は厚さＨ３、入力面１１４及び出力面１１６を有する光学コア１２２と、を備える。光導波路１２０は、正のｘ軸に沿って進行する導波モード１２８及び導波モード１２４、並びに負のｘ軸に沿って進行する導波モード１２９等の、１つ以上の光導波モードを支持することが可能である。場合によっては、１つ以上の導波モード１２４、１２８及び１２９は、単一の横方向導波モードであってよい。
【００２１】
光微小共振器１５０は、上部クラッド１０１と、下部クラッド１０２と、高さ又は厚さＨ２を有し、結合領域１９０においてエバネセント結合により光導波路１２０に光学的に結合される光学コア１５２と、を備える。光学コア１５２は、光学コア１２２から距離ｔ１により分離されている。一般に、光微小共振器１５０は、共振モード及び非共振モードを支持することが可能である。場合によっては、微小共振器の共振モード１６０は、一次的に定常波である。そのような場合、モード１６０は進行波成分であってもよいが、任意のそのような成分は、一次的な定在波成分又は共振モードの性質に対して二次的なものである。場合によっては、共振定在波モード１６０は、微小共振器１５０内で、反対方向等の概ね異なる方向に進行する第一の進行波１６２及び第二の進行波１６４のそれぞれのような２つ以上の進行波の干渉重ね合わせと同等であってよい。場合によっては、図１に示す環形状の微小共振器１５０の場合、進行波モード１６２及び１６４は、逆伝播（counter propagating）導波モードであってよい。定在波モード１６０並びに進行波モード１６２及び１６４は同一周波数及び／又は自由空間波長を有する。
【００２２】
場合によっては、微小共振器の共振モード１６０は、一次的に例えば微小共振器１５０内で反時計回りに進行する進行波である。そのような場合、モード１６０は、定在波成分を有してもよいが、任意のそのような成分は、一次的な進行波成分又は共振モードの性質に対して二次的なものである。
【００２３】
図１に示す例示的な光微小共振器１５０は、環状微小共振器である。一般に、微小共振器１５０は、導波路１２０及び微小空洞１４０に光学的に結合可能な光微小共振器であってよい。
【００２４】
場合によっては、微小共振器１５０は円対称性を有してもよく、円対称性とは、ｘｙ平面におけるコア１５２の断面の外辺部が、中心点からの距離のみの関数として表現することができることを意味する。図１に概略的に示される円形環状微小共振器１５０等、場合によっては、中心点は微小共振器のコア１５２の中心１５１であり得る。円対称性を有する別の例示的な微小共振器は、球、円盤及び円筒を含む。例えば、図３に、光導波路１２０に光学的に結合されるコア２５２を有する円盤微小共振器２５０と、円盤微小共振器２５０に光学的に結合されるコア２４２を有する光微小空洞２４０と、を備える微小共振器システム２００の概略平面図を示す。
【００２５】
光微小空洞２４０は、一次的に１つ以上の共振モードを支持することが可能であり、一般に、支持される共振モードは、一次的に共振定在波、共振進行波、又は実質的な進行及び定在波成分を有する共振モードであってよい。
【００２６】
場合によっては、微小共振器１５０は球状微小共振器の場合等、球対称を有することができる。場合によっては、微小共振器は、環状又はレーストラック微小共振器等、閉鎖ループ微小共振器であってよい。例えば、図４に微小共振器システム３００の概略平面図を示し、該システムは、結合領域１９０において光導波路１２０に光学的に結合されるコア３５２を有するレーストラック微小共振器３５０と、レーストラック微小共振器３５０に光学的に結合されるコア３４２を有する光微小空洞３４０と、を備える。光微小空洞３４０は、１つ以上の共振定在波モード等、一次的に１つ以上の共振モードを支持することが可能である。微小共振器３５０のコア３５２は、直線部分３６０及び３６２と、曲線部分３６４及び３６６とを有する。図４に示す例示的なレーストラックでは、曲線部分３６４及び３６６は、半円形である。詳細には、半円形の曲線部分３６６は、中心３５１と、内側半径ｒｓとを有する。一般に、曲線部分３６４及び３６６は、直線部分３６０及び３６２を接続する任意の種類の曲線部分であってよい。
【００２７】
一般に、微小共振器１５０は特定の方向に沿って単一又は多モードであってもよい。例えば、微小共振器１５０は微小共振器の高さ又は厚さ方向（ｚ軸）に沿って単一モード又は多モードであってよい。環形状微小共振器の場合等、場合によっては、微小共振器は半径方向に沿って単一又は多モードであってよい。環形状微小共振器の場合等、場合によっては、微小共振器１５０の進行波導波モード１６２及び１６４は微小共振器の方位角モードであってよい。
【００２８】
光微小空洞１４０は、上部クラッド１０１と、下部クラッド１０２と、高さ又は厚さＨ１を有する光学コア１４２と、を備える。微小空洞１４０は、一次的に１つ以上の共振モードを支持することが可能であり、場合により微小空洞の共振モードは一次的に進行波であってもよく、他の場合には、微小空洞の共振モードは一次的に定在波であってもよい。場合によっては、微小空洞の共振モードは、実質的な進行波成分及び定在波成分を有してもよい。
【００２９】
微小空洞１４０はそれぞれの共振モードが、例えば、進行波、定在波、又はその２つの組み合わせであってよい１つ以上の共振モードを一次的にサポートすることができる。場合によっては、微小空洞１４０は非共振進行波等の非共振モードをサポートすることが可能であり得るが、そのような非共振モードは微小空洞によってサポートされる共振モードに対する二次的なものである。
【００３０】
場合によっては、微小空洞１４０の共振モードは一次的に定在波モードであってよく、一般に、定在波は反対方向等の概して異なる方向に進行する２つの進行波の干渉重ね合わせと同等であってよい。そのような場合、微小空洞１４０によってサポートされる共振モードは共振進行部分を有してもよいが、このようないずれの進行部分も、共振モード全体のごく一部しか形成せず、共振モードは事実上、一次的に定在波であり、モードのいずれかの共振進行部分はモードの定在波部分に対して二次的なものでしかないことを意味する。
【００３１】
場合によっては、微小空洞１４０の共振モードは一次的に進行波モードであってよい。そのような場合、微小空洞１４０によってサポートされる共振モードは共振定在波部分を有してもよいが、このようないかなる定在波部分も、共振モード全体のごく一部しか形成せず、共振モードは事実上、一次的に進行しており、モードのいずれかの共振定在波部分はモードの進行部分に対する二次的なものでしかないことを意味する。
【００３２】
微小空洞１４０の共振モードは例えば、微小空洞がコア１４２の境界に沿って大きな反射を有し、結果として入射波の大部分が反射される場合、事実上、一次的に定在波であってよい。そのような場合、反射された波は入射波と干渉して、事実上、優位に定在波である波を形成する。共振モードのいかなる進行波成分も、共振モードの定在波部分に対する二次的なものである。
【００３３】
微小空洞１４０の共振モードは例えば、微小空洞がコア１４２の境界に沿って小さな反射を有し、結果として入射波の小さい部分が反射される場合、事実上、一次的に進行していてもよい。そのような場合、反射及び入射波は干渉して、事実上、優位に進行波である波を形成する。共振モードのいかなる定在波成分も、共振モードの進行波部分に対する二次的なものである。
【００３４】
図１及び図２に示す例示的な微小共振器システム１００において、光微小空洞のコア１４２は、ｘ軸に沿って長さＬ１を有し、ｙ軸に沿って幅Ｗ１を有し、ｚ軸に沿って高さＨ１を有する矩形固体である。一般に、微小空洞１４０は、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることが可能な任意の形状の微小空洞のコア１４２を含んでもよい。光微小空洞のコア１４２の例示的な形状には、球、円盤、円筒、環状、ドーナツ形状及びレーストラックが挙げられる。場合によっては、微小空洞のコア１４２は、規則的又は不規則的な多角形であってよい。場合によっては、微小空洞のコア１４２は、閉鎖ループ微小空洞のコアであってよい。例えば、図２０に、微小共振器１５０にコア結合される六角形の光微小空洞２０４０を含む光微小共振器システムの概略平面図を示す。場合によっては、六角形の微小空洞２０４０は規則的な六角形であり、その場合、６つの各内角、例えば角度α１及びα２は１２０°であり、六角形は６つの対称線を有する。場合によっては、六角形の微小空洞２０４０は不規則な六角形である。
【００３５】
図１及び図２に示す例示的な微小共振器システム１００において、導波路１２０、微小共振器１５０及び微小空洞１４０は、同一の上部クラッド１０１及び同一の下部クラッド１０２を有する。一般に、微小共振システム１００内の異なる導波要素は、異なる上部クラッド、及び／又は下部クラッド、及び／又は側部クラッドを有することが可能である。例えば、導波路１２０及び微小共振器１５０は、異なる上部クラッドを有してもよい。
【００３６】
一般に、微小共振器システム１００内の光導波路１２０等の導波要素は、異なる方向に沿って異なるクラッド、及び／又は多数のクラッドを有してもよい。例えば、図５に、基材５２１上に配置された、屈折率ｎｏを有する光学コア５２２、屈折率ｎ１を有する上部クラッド５０１、屈折率ｎ２を有する左側クラッド５０２、屈折率ｎ３を有する第一の下部クラッド５０３、屈折率ｎ４を有する第二の下部クラッド５０４、及び屈折率ｎ５を有する右側クラッド５０５を含む光導波路５２０を示す。場合によっては、コア屈折率ｎｏは、コアを包囲する数個又は全部のクラッドの屈折率よりも大きい。例えばｘ方向に沿って伝播する光導波路５２０の導波モード５１０は、コア５２２内でピークフィールド強度５１０Ａ、下部クラッド５０３及び５０４内でエバネセントテール（evanescent tail）５１０Ｂ、並びに上部クラッド５０１内でエバネセントテール５１０Ｃを有してもよい。光導波路５２０は、例えば微小共振器システム１００の光導波路１２０であってもよい。
【００３７】
図１及び図２に示す例示的な微小共振器システム１００において、微小空洞のコア１４２は、コア１５２の内側周辺１５６と、コア１５２の外側周辺１５７とを越えて等しく延びる。詳細には、距離ｄ１とｄ２とは、等しい。一般に、微小空洞のコア１４２は、一用途において微小空洞１４０と微小共振器１５０との間に光結合を提供する任意の位置に配置され、及び／又は任意の配向で配置され得る。
【００３８】
例えば、図６に、微小空洞のコア１４２が内側周辺１５６及び外側周辺１５７を越えて不均等に延びる、即ち距離ｄ１とｄ２とが等しくない微小共振器システム６００の概略平面図を示す。例示的な微小共振器システム６００において、距離ｄ１は、距離ｄ２よりも大きい。
【００３９】
例示的な微小共振器システム１００において、光微小共振器１５０のコア１５２は、第一の面１５４及び第二の面１５５において光微小空洞１４０のコア１４２から延びる。コア１４２及びコア１５２は一体構造を形成してもよく、これは、接続するコアの間に物理的インターフェースを有さない単一ユニットをコアが形成することを意味する。一体構造においては、コアは典型的に、同一のコア材料で作製される。一体構造はエッチング、鋳造、成形、エンボス加工及び押出成形等の様々な既知の方法を使用して作製することができる。
【００４０】
一般に、コア１４２及びコア１５２は一体構造を形成しても、又は一体構造をしなくてもよい。場合によっては、コア１４２及びコア１５２は、同一の屈折率を有する異なる材料で形成されてもよい。場合によっては、コア１４２及びコア１５２は、異なる屈折率を有する異なる材料で形成されてもよい。例えば、図６の微小共振器システム６００において、コア１５２は屈折率ｎｏ１を有し、コア１４２は、ｎｏ１とは異なる屈折率ｎｏ２を有する。コア１５２及びコア１４２は、２つのコアの間の屈折率の違いが、２つのコアの間で、それぞれ第一のインターフェース６５４と第二のインターフェース６５５を形成するために、一体構造を形成しない。
【００４１】
例示的な微小共振器システム６００において、微小空洞１４０と微小共振器１５０との間の光結合は、少なくとも一次的に光学コア結合であり、微小共振器１５０と光導波路１２０との間の光結合は、エバネセント結合である。
【００４２】
一般に、光導波路は、クラッド又はクラッド領域により包囲されるコア又はコア領域を有する。コア及びクラッドのそれぞれは、１種以上の材料を含んでもよい。典型的には、導波路の光導波モード等の、光導波路内に閉じ込められた光学モードに関して、クラッドの屈折率は、コアの屈折率よりも小さい。閉じ込められた光学モードは、典型的にコアフィールド成分及びエバネセントフィールド成分を有する。コアフィールドは、典型的にコア内に存在し（exit）、１つ以上のピークを含む。エバネセントフィールドは、典型的にクラッド内に存在する減衰フィールドである。エバネセントフィールドは時折、閉じ込められた光学モードのエバネセントテールと称される。
【００４３】
一般に、光エネルギーは、異なる方法により、第一の光導波路内の第一のモードから、第一の光導波路の近隣に配置された第二の光導波路内の第二のモードに移動することができる。例えば、光エネルギーは、コア結合により第一のモードから第二のモードに移動することができる。別の例として、２つのモード間の光エネルギーの移動は、エバネセント結合によるものであってもよい。別の例として、光エネルギーのいくらかがコア結合により移動され、光エネルギーのいくらかがエバネセント結合により移動されてもよい。
【００４４】
２つのモード間のエバネセント結合は、典型的には一次的に２つのモードのエバネセントフィールドの重なり合いによる光エネルギーの移動を指す。場合によっては、エネルギーのいくらかは、コア結合等、エバネセント結合以外の手段により移動されてもよいが、任意のそのようなエネルギー移動は、エバネセント結合によるエネルギー移動に対して二次的なものである。
【００４５】
２つのモード間のコア結合は、典型的には一次的に２つのモードのコアフィールドの重なり合いによる光エネルギーの移動を指す。場合によっては、エネルギーのいくらかは、エバネセント結合等、コア結合以外の手段により移動されてもよいが、任意のそのようなエネルギー移動は、コア結合によるエネルギー移動に対して二次的なものである。
【００４６】
２つのモードのコアフィールド間及び２つのモードのエバネセント間に重なり合いが存在する場合等、場合によっては、２つのモード間の光結合は、実質的なコア結合及びエバネセント結合部分を有し得る。
【００４７】
結合領域は、一般に、光エネルギーが第一の光導波路と第二の光導波路との間で移動され得る領域を指す。場合によっては、結合領域の一部分が２つのモードのコアフィールド間で重なり合う領域を含んでもよく、該結合領域の他の部分が２つのモードのエバネセントフィールド間で重なり合う領域を含んでもよい。
【００４８】
場合によっては、結合領域は、各モードが十分に高いフィールド強度を有する重なり合う領域を含む。場合によっては、結合領域は、移動されるエネルギーが移動可能なエネルギーの少なくとも２０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも３０％、移動可能なエネルギーの少なくとも４０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも５０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも６０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも７０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも８０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも９０％、又は移動可能なエネルギーの少なくとも９５％の領域である。
【００４９】
場合によっては、結合領域は、移動されるエネルギーが移動可能なエネルギーの１０％以下、又は移動可能なエネルギーの７％以下、又は移動可能なエネルギーの５％以下、又は移動可能なエネルギーの３％以下、又は移動可能なエネルギーの２％以下、又は移動可能なエネルギーの１％以下、又は移動可能なエネルギーの０．５％以下の領域である。
【００５０】
図７に、近位して離間された第一の光導波路７１０及び第二の光導波路７２０を含む光導波路システム７００の概略平面図を示す。第一の光導波路７１０は、クラッド７０１とクラッド７０２との間に配置されたコア７１２を含み、コア７１２内部のコアフィールド７３０Ａ、クラッド７０２内のエバネセントフィールド７３０Ｂ、及びクラッド７０１内のエバネセントフィールド７３０Ｃを含む第一の導波モード７３０をサポートすることができる。コアフィールド７３０Ａは、コア７１２内にピーク７３１を有する。
【００５１】
第二の光導波路７２０は、クラッド７０２とクラッド７０３との間に配置されたコア７２２を含み、コア７２２内部のコアフィールド７４０Ａ、クラッド７０２内のエバネセントフィールド７４０Ｂ、及びクラッド７０３内のエバネセントフィールド７４０Ｃを含む第二の導波モード７４０をサポートすることができる。コアフィールド７４０Ａは、コア７２２内にピーク７４１及びピーク７４２を有する。
【００５２】
エバネセントフィールド７３０Ｂとエバネセントフィールド７４０Ｂとの間の重なり合いは、第一の光導波路７１０と第二の光導波路７２０との間の光エネルギーの移動を生じ得る。例えば、導波路７１０内で起動される第一の導波モード７３０は、導波路７２０にエバネセント的に結合して、導波路７２０内の第二の導波モード７４０を励起し得る。領域７９０は、モード７３０とモード７４０に関する２つの導波路の間の結合領域を概略的に示す。
【００５３】
図８に、コア８１２を有する第一の光導波路８１０と、コア８２２を有する第二の光導波路８２０とを含む光導波路システム８００の概略平面図を示す。コア８１２及びコア８２２は、交差領域８５０にて交差又は連結する。場合によっては、コア８１２及びコア８２２は一体構造を形成してよい。そのような場合、コア８２２は、コア８１２から延びると見なされてもよく、又はコア８１２はコア８２２から延びると見なさてもよい。
【００５４】
コア８１２及びコア８２２は、クラッド８０１により包囲されている。第一の光導波路８０１は、コア８１２内部のコアフィールド８３０Ａを含む第一の導波モード８３０をサポートすることができる。コアフィールド８３０Ａは、コア８１２内にピーク８３１を有する。第二の光導波路８２０は、コア８２２内部のコアフィールド８４０Ａを含む第二の導波モード８４０をサポートすることができる。コアフィールド８４０Ａは、コア８２２内にピーク８４１を有する。
【００５５】
コアフィールド８３０Ａとコアフィールド８４０Ａとの間の重なり合いは、第一の光導波路８１０と第二の光導波路８２０との間の光エネルギーの移動を生じ得る。例えば、導波路８２０内で起動された導波モード８４０は、導波路８１０にコア結合して、結果として導波路８１０内の導波モード８３０を励起し得る。領域８９０は、モード８３０とモード８４０に関する２つの導波路の間の結合領域を概略的に示す。
【００５６】
１つの位置における２つの導波路間の光学結合は、例えば２つの導波路のコアが、その位置にて取り付け、接続、又は連結される場合、典型的にはコア結合である。例えば、微小共振器システム１００において、微小共振器１５０のコア１５２は、それぞれ、第一の面１５４と第二の面１５５において微小空洞１４０のコア１４２と連結されている。微小共振器１５０は、一次的にコア結合により、面１５４及び面１５５において、若しくは面１５４及び面１５５の近隣にて、及び／又はそれぞれの面を含む領域内で微小空洞１４０に光学的に結合する。面１５４における結合領域は、面１５４と、面１５４の近隣の、及び面１５４を包囲する領域と、を含む。同様に、面１５５における結合領域は、面１５５と、面１５５の近隣の、及び面１５５を包囲する領域とを含む。
【００５７】
１つの位置における２つの導波路間のエバネセント結合の場合、２つのコアは典型的に、２つの導波路のコアの間の間隙を占める１つ以上のクラッドにより、その位置において離間されている。例えば、導波路１２０と微小共振器１５０との間の光結合は、一次的にエバネセント結合である。クラッド１０１は、結合領域１９０においてコア１２２とコア１５２との間の間隙を占める。
【００５８】
一般に、開示した実施形態において、微小共振器コアと微小空洞のコアとは、平行な対称軸を有しても、又は平行な対称軸を有さなくてもよい。例えば、図３の微小共振器システム２００において、微小空洞のコア２４２は、結合領域１９０において概ね方向付けられた、例えば該領域１９０を通過する対称軸２１０をｙ軸に沿って有し、対称軸２１０に直交する対称軸２１５をｘ軸に沿って有する。対称軸２１０は、微小空洞の幅方向に沿っており、対称軸２１５は、微小空洞の長さ方向に沿っている。微小空洞は、微小空洞の長さ方向に沿って長さＬ１を有し、微小空洞の幅方向に沿った幅Ｗ１を有する。微小共振器コア２５２は、ｙ軸に沿った対称軸２３０、及びｘ軸に沿った対称軸２３０に直交する対称軸２３５を含む、多数の対称軸を有する。対称軸２３０は、対称軸２１０と一致し又は同一直線上にある。したがって、微小空洞のコア２４２と微小共振器コア２５２とは、ｙ軸に沿って同一の対称軸を共有し、共有された対称軸は、微小空洞の幅方向に沿っている。対称軸２１５と対称軸２３５とは同一直線上にない。詳細には、２つの軸は、ｙ方向に沿って距離ｔ２だけ互いに側方にずれている。
【００５９】
図９に、光導波路１２０、結合領域９９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア９５２を有する光微小共振器９５０と、微小共振器９５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア９４２を有する光微小空洞９４０と、を備える微小共振器システム９００の概略平面図を示す。光導波路１２０によりサポートされる導波モードは、光微小共振器９５０の第一の共振モード等のモードを直接励起することができ、これは例えば導波モードのエバネセントテールが、少なくとも部分的に第一の共振モードのエバネセントテールと重なり合うことを意味する。光微小空洞９４０は、１つ以上のモード、例えば第二の共振モード等の１つ以上の共振モードをサポートすることができる。第二の共振モードは、第一の共振モードにより直接励起されることができ、これは例えば、第一の共振モードのエバネセントテールが、少なくとも部分的に第二の共振モードのエバネセントテールと重なり合うことを意味する。しかしながら、第二の共振モードは導波モードにより直接励起されることができず、これは２つのモードのコアフィールド及び／又はテール間に重なり合いが存在しないためである。むしろ、第二の共振モードは導波モードにより間接励起され、これは導波モードが、最初に第一の共振モードを直接励起することにより、第二の共振モードを励起することを意味する。
【００６０】
微小共振器コア９５２は、ｙ軸に沿って、結合領域９９０において概ね方向付けられた対称軸９３０と、ｘ軸に沿って対称軸９３０と直交する対称軸９３５とを有する。微小空洞のコア９４２は、ｙ軸に沿って、軸９３０と平行であるが同一直線上にない対称軸９１０と、ｘ軸に沿って、軸９３５と平行であるが同一直線上にない対称軸９１５とを有する。
【００６１】
したがって、微小共振器コア９５２と微小空洞のコア９４２とは、同一直線上にある対称軸を有さず、又は対称軸を共有しない。詳細には、軸９１０は、軸９３０から距離ｔ４だけ側方にずれ、軸９１５は、軸９３５から距離ｔ３だけ側方にずれている。
【００６２】
図１０に、光導波路１２０と、結合領域１０９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア１０５２を有する光微小共振器１０５０と、微小共振器１０５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合さえないコア１０４２を有する光微小空洞１０４０と、を備える微小共振器システム１０００の概略平面図を示す。
【００６３】
微小共振器コア１０５２は、ｙ軸に沿って、結合領域１０９０において概ね方向付けられた対称軸１０３０と、ｘ軸に沿って対称軸１０３０と直交する対称軸１０３５と、を有する。微小空洞のコア１０４２は、ｙ軸に沿って、軸１０３０と平行であるが同一直線上にない対称軸１０１０と、ｘ軸に沿って、軸１０３５と同一直線上にある対称軸１０１５と、を有する。
【００６４】
微小共振器コア１０５２と微小空洞のコア１０４２とは、微小空洞の幅方向に沿っているが、結合領域１０９０において方向付けられていない対称軸を共有する。したがって、微小共振器コア１０５２と微小空洞のコア１０４２とは、同一直線上にある対称軸を有さず、又は結合領域１０９０において概ね方向付けられた共通の対称軸を共有しない。
【００６５】
図１１に、光導波路１２０と、結合領域１１９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア１１５２を有する光微小共振器１１５０と、微小共振器１１５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア１１４２を有する光微小空洞１１４０と、を備える微小共振器システム１１００の概略平面図を示す。
【００６６】
微小共振器コア１１５２は、結合領域１１９０において概ね方向付けられた、ｙ軸に沿った対称軸１１３０を有する。微小空洞のコア１１４２は、微小空洞の幅方向に沿った対称軸１１１０と、微小空洞の長さ方向に沿った対称軸１１１５とを有する。微小空洞の対称軸１１１０は、微小共振器コア１１５２に関する対称軸でもある。
【００６７】
微小共振器コア１１５２と微小空洞のコア１１４２とは、微小空洞の幅方向に沿っているが、結合領域１１９０において方向付けられない、対称軸を共有する。したがって、微小共振器コア１１５２と微小空洞のコア１１４２とは、同一直線上にある対称軸を有さず、結合領域１１９０において概ね方向付けられた、共通の対称軸を共有しない。
【００６８】
図１２に、光導波路１２０と、結合領域１２９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア１２５２を有する光微小共振器１２５０と、微小共振器１２５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア１２４２を有する光微小空洞１２４０と、を備える微小共振器システム１２００の概略平面図を示す。
【００６９】
微小空洞のコア１２４２は、微小空洞の幅方向に沿った対称軸１２１０と、微小空洞の長さ寸法に沿った対称軸１２１５とを有する。微小共振器コア１２５２は、軸１２１０と平行であるが同一直線上にない対称軸１２３０と、軸１２１５と平行であるが同一直線上にない対称軸１２３５とを有する。
【００７０】
微小共振器コア１２５２と微小空洞のコア１２４２とは、微小空洞の幅方向に沿っているが、結合領域１２９０において概ね方向付けられない対称軸を共有する。したがって、微小共振器コア１２５２と微小空洞のコア１２４２とは、同一直線上にある対称軸を有さず、又は結合領域１２９０において概ね方向付けられた共通の対称軸を共有しない。軸１２１０は、軸１２３０から距離ｔ５側方にずれ、軸１２１５は、軸１２３５から距離ｔ６側方にずれている。
【００７１】
図１の例示的な微小共振器システム１００は、単一の光微小空洞を含む。一般に、微小共振器システムは、１つ以上の光微小空洞を含むことができ、少なくとも１つの微小空洞は、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。
【００７２】
例えば、図１３に、光導波路１２０と、結合領域１３９０において導波路１２０に光学的に結合されるコア１３５２を有する光微小共振器１３５０と、微小共振器１３５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア１３４２を有する第一の光微小空洞１３４０と、微小共振器１３５０に光学的に結合されるが、導波路１２０には光学的に結合されないコア１３６２を有する第二の光微小空洞１３６０と、を備える微小共振器システム１３００の概略平面図を示す。場合によっては、微小空洞１３４０及び微小空洞１３６０の少なくとも１つは、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。
【００７３】
光微小共振器１３５０は、ｙ軸に沿って、微小空洞１３４０の幅寸法に沿って微小空洞１３４０に光学的に結合される。微小空洞のコア１３４２は、幅Ｗ２及び長さＬ２を有する。例示的な微小共振器システム１３００において、微小空洞のコア１３４２は、コア１３５２の内側周辺１３５６及び外側周辺１３５７を越えて、微小空洞の少なくとも１つの幅側、例えば幅側１３７１に沿って延びている。詳細には、距離ｄ３とｄ４とは等しい。一般に、微小空洞のコア１３４２は、一用途において微小空洞１３４０と微小共振器１３５０との間に光結合を提供する任意の位置に配置され、及び／又は任意の配向で配置されてもよい。
【００７４】
光微小共振器１３５０は、ｙ軸に沿って、微小空洞１３６０の幅寸法に沿って微小空洞１３６０に光学的に結合される。微小空洞のコア１３６２は、幅Ｗ３及び長さＬ３を有する。例示的な微小共振器システム１３００において、微小空洞のコア１３６２は、内側周辺１３５６及び外側周辺１３５７を越えて等しく、少なくとも幅側、例えば幅側１３７２に沿って延びている。詳細には、距離ｄ５とｄ６とは等しい。一般に、微小空洞のコア１３６２は、一用途において微小空洞１３６０と微小共振器１３５０との間に光結合を提供する任意の位置に配置され、及び／又は任意の配向で配置されてもよい。
【００７５】
例示的な微小共振器システム１３００において、微小空洞１３４０と微小空洞１３６０とは、互いに直接的に光学的に結合されない。例えば、コア１３４２とコア１３６２との間の分離ｋ１は十分大きいため、２つの微小空洞の間にエバネセント結合が全く又は殆ど存在しない。場合によっては、距離ｋ１は、２つの微小空洞の間の光結合を可能にするよう十分小さくてもよい。
【００７６】
場合によっては、２つの各微小空洞は、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。そのような場合、２つの微小空洞の共振モードの、微小共振器の共振モードとの光結合は、微小共振器システム１３００の共振モードの形成に繋がり得る。場合によっては、例えば、微小空洞と微小共振器とのそれぞれの１つ以上の共振モードが互いに十分接近し、例えば微小共振器システム１００において、距離ｔ１が約１００〜１０，０００ナノメーターの場合、システム共振モードが存在し得る。
【００７７】
微小共振器コア１３５２は、結合領域１３９０において方向付けられる対称軸１３３０をｙ軸に沿って有する。微小空洞のコア１３４２は、軸１３３０に平行であり、軸１３３０から距離ｋ２側方にずれた対称軸１３１０を有する。微小空洞のコア１３６２は、軸１３３０に平行であり、軸１３３０から距離ｋ３側方にずれた対称軸１３２０を有する。
【００７８】
再び図１を参照すると、光源１１０は光線１１２を放射することができ、その少なくとも一部分は入力面１１４を通って光導波路１２０に入る。場合によっては、光源１１０から光導波路１２０に入る光は導波モード１２８等の導波路の導波モードとして導波路に沿って伝播することができる。場合によっては、導波モード１２８は光微小共振器１５０の共振モード１６０を励起する。場合によっては、共振モード１６０は、光微小空洞１４０の共振モード１７０を励起する。場合によっては、共振モード１７０及び１６０はそれぞれ微小空洞１４０及び微小共振器１５０の定在波モードであってよい。一般に、共振モード１７０と１６０との間の光結合は微小共振器システム１００の共振モードを形成することができる。
【００７９】
場合によっては、微小共振器１５０の共振モード１６０は、正のｘ軸に沿って検出器１６６に向かって進行する光導波路１２０の導波モード１２４を励起し得る。導波モード１２４は、出力光１６８として出力面１１６から光導波路を抜け出すことができる。出力光１６８は検出器１６６によって検出することができる。一般に、検出器１６６は強度、波長、及び／又は位相等の出力光１６８の１つ以上の特性を検出することによって微小共振器システム１００の共振モード等のモードの１つ以上の特性を検出することができる。
【００８０】
場合によっては、出力光１６８の１つ以上の特性の変化は、微小共振器システム１００の１つ以上の特性に影響を与えることができる、散乱中心１８０等の外部物質の存在を示すことができる。例えば散乱中心と光微小共振器１５０のコア１５２との間の距離「ｔ」が十分に小さい場合、微小共振器と散乱中心との間に光結合が生じ得る。光結合は微小共振器システム１００の励起された共振モードの１つ以上の特性を変化させることができる。例えば光結合は微小共振器１５０の共振モード１６０の１つ以上の特性を変化させることができる。モード１６０の変化は、出力光１６８として光導波路１３０を抜け出す導波モード１２４の１つ以上の特性に変化をもたらすことができる。検出器１６６は出力光１６８における対応する変化を検出することによって微小共振器システム１００のモード１６０又は共振モードの変化を検出することができる。
【００８１】
図１に示される例示的な微小共振器システム１００においては、散乱中心１８０は微小共振器１５０に近位する。一般に、散乱中心１８０は微小共振器システムの共振モードの特性に変化をもたらすことができる、微小共振器システム１００のいずれかの部分と十分近くすることができる。例えば、散乱中心は散乱中心と微小空洞との間の光結合を可能にするために、微小空洞１４０に十分に近くてもよい。
【００８２】
散乱中心１８０と微小共振器１５０との間の光結合の強度の変化は、例えば共振モード１６０の特性の変化を引き起こすことができる。光結合の強度の変化は様々な手段によって達成することができる。例えば散乱中心１８０と微小共振器１５０又はコア１５２との間の間隔「ｔ」の変化は、散乱中心と微小共振器との間の光結合の強度を変化させることができる。別の例としては、散乱中心の屈折率ｎｓの変化は散乱中心と微小共振器との間の光結合の強度を変化させることができる。一般に、散乱中心１８０と微小共振器１５０との間の光結合の強度に変化を生じさせることができるいずれかの機構は出力光１６８及び微小共振器システムの共振モードの特性に変化を引き起こすことができる。
【００８３】
金のような一部の金属の場合など、一部の場合では、散乱中心の屈折率の実部は、１５５０ｎｍ付近の波長に関して１未満である。シリコンの場合などいくつかのその他の場合においては、１５５０ｎｍ付近の波長に対する散乱中心の屈折率の実部は１を超える。
【００８４】
散乱中心１８０として使用し得る散乱中心の例は、誘電体ナノ粒子、シリコンナノ粒子等の半導体ナノ粒子、並びに金及びアルミニウムナノ粒子等の金属ナノ粒子を含む。場合によっては、散乱中心は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅ、又はＣｄＳ等の半導体であってもよい。例えば、散乱中心は直径が８０ｎｍであり、関心波長に対する屈折率（実数部）が３．５である、シリコン粒子であってよい。散乱中心の別の例は、直径が８０ナノメートルであり、１５５０ナノメートル付近の波長に対する屈折率が０．５４＋９．５８ｉである、金粒子である。散乱中心の別の例は、直径が８０ナノメートルであり、１５５０ナノメートル付近の波長に対する屈折率が１．４４＋１６．０ｉである、アルミニウム粒子である。
【００８５】
場合によっては、散乱中心は誘電体粒子であってよい。場合によっては、散乱中心は非蛍光粒子であってよい。場合によっては、散乱中心は半導体ではない。
【００８６】
場合によっては、散乱中心１８０の寸法は約１０００ナノメートル以下、約５００ナノメートル以下、約１００ナノメートル以下、又は約５０ナノメートル以下である。
【００８７】
微小共振器システム１００は、例えば、検体１８２を感知することができるセンサーとして使用することができる。例えば、微小共振器１５０は検体１８２と接合可能であってもよい。このような接合性能は、例えば、微小共振器１５０又はコア１５２の外側表面の適した処理によって達成されてもよい。場合によっては、検体１８２は散乱中心１８０に付随している。このような付随は、例えば検体を散乱中心に付着させることによって達成することができる。散乱中心は、検体１８２が微小共振器の外側表面と接合する際に、微小共振器１５０に光学近位にもたらされてもよい。散乱中心は、共振モード１６０の特性に変化を引き起こし、これは次いで微小共振器システムの共振モードの特性に変化を生じさせる。光検出器１６６は、出力光１６８の１つ以上の特性の変化をモニタリングすることにより共振モード１６０の特性の変化を検出することによって検体１８２の存在を検出することができる。場合によっては、引き起こされる変化はモード１６０における周波数偏移であってよい。そのような場合、光検出器１６６は、例えば出力光１６８における周波数偏移を検出することにより、周波数偏移を検出することができる。検体１８２は、例えば、タンパク質、病原体又はＤＮＡ分子を含むことができる。
【００８８】
場合によっては、検体１８２は検出される抗原の第１の抗体を含むことができる。第１の抗体は、散乱中心１８０に付随することができる。抗原の第２の抗体は、微小共振器１５０に付随することができる。抗原は第１の抗体と第２の抗体との間の接合を促進する。結果として、散乱中心は微小共振器との光接触へともたらされ、微小共振器システムの共振モードの特性における変化を引き起こす。検出器は特性変化を検出することによって散乱中心の存在、したがって抗原の存在を検出することができる。場合によっては、第１の抗体は第２の抗体と同一であることができる。このような例示的な感知プロセスは、食品の安全性、食品加工、医療検査、環境試験、及び産業衛生等の様々な用途に使用することができる。場合によっては、散乱中心１８０は共振モード１６０、並びに、したがって微小共振器システムの対応する共振モードに周波数偏移を引き起こすことができ、偏移は検出器１６６によって検出することができる。
【００８９】
場合によっては、微小共振器システム１００はクラッド層１０１の屈折率の変化を検出可能であってよい。例えば、クラッド層１０１は初期は空気であってもよい。空気クラッドを用いて、微小共振器システムの共振モードを共振周波数ｆ１において出力光１６８を生じることができる、共振周波数ｆ１にすることができる。クラッド層１０１の屈折率の変化は、例えば空気クラッドが、例えば有機蒸気等の蒸気、ガス、液体、生物学的若しくは化学物質、又はクラッド１０１の屈折率に変化をもたらすことができるいずれかの他の物質によっても置き換えられる又はそれと混合される場合に生じ得る。クラッド１０１の屈折率の変化は微小共振器システムの共振モードの変化及び出力光１６８の、ｆ１とは異なるｆ２への、周波数ｆ２への偏移をもたらすことができる。光検出器１６６は周波数偏移Δｆ＝ｆ１−ｆ２を検出することができる。
【００９０】
場合によっては、導波路１２０、微小共振器１５０、並びに微小空洞１４０は共通基材上に集積することができる。集積はモノリシック集積であってもよく、その場合、異なる構成要素は典型的に、同一材料系を使用して全て共通基材上に加工される。このような集積は基材特有であってよく、集積がいくつかの基材では容易又は実現可能であり、いくつかのその他の基材ではより困難又は不可能であることを意味する。例えば、検出器、微小共振器、微小空洞及び導波路をＳｉ基材等の基材上に加工する又は作ることは可能であり得るが、同一基材上に例えば光源を作る又は加工することは困難又は不可能である場合がある。別の例としては、ＩｎＰ又はＧａＡｓ基材等のＩＩＩ〜Ｖ族半導体基材上に全てのシステム構成要素を作る又は加工することが可能であり得る。
【００９１】
集積は混成集積であってもよく、その場合、最初に少なくとも数個の構成要素を別々に作り、次いで例えば接着剤又ははんだ接合を用いることにより通常の基材上に集合されもよい。そのような場合、微小共振器、微小空洞及び導波路は、基材上にモノリシック集積されてもよい。場合によっては、接合は光源及び検出器の導波路との能動整合を必要とする場合がある。
【００９２】
図１４は集積光学デバイス１４の概略三次元図を示す。光源１１０及び検出器１６６は光学デバイス１５００の基材１０３上に集積される。導波路１２０、微小空洞１４０及び微小共振器１５０は上部クラッド１０１及び下部クラッド層１０２を有し、基材１０３上に集積される。光源１１０はギャップ１５０１によって導波路１２０から分離され、基材１０３上に集積された導線１５４０及び１５４１を含む。導線１５４０及び１５４１は、例えば、図１４には示されていない外部電源及び／又は制御装置との接続のために光学デバイス１５００の端部１５２１に延びる。検出器１６６はギャップ１５０２によって導波路１２０から分離され、基材１０３上に集積された導線１５３０及び１５３１を含む。導線１５３０及び１５３１は、例えば、図１４には示されていない外部電源及び／又はその他の電子機器との接続のために光学デバイス１５００の端部１５２２に延びる。
【００９３】
基材１０３は剛性又は可撓性であってよい。基材１０３は光学的に不透明であっても透過性であってもよい。基材は高分子、金属、半導体、又は任意の種類のガラスであってもよい。例えば、基材１０３はシリコンであってよい。別の例として、基材１０３はフロートガラスであってもよく、又は、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスルホン等の有機材料から作製されてもよい。
【００９４】
微小共振器１５０、微小空洞１４０及び光導波路１２０は既知の加工技術を使用して作製することができる。例示的な加工技術には、フォトリソグラフィ、印刷、鋳造、押出成形、エンボス加工、及び反応性イオンエッチング又は湿式化学エッチング等のエッチングが挙げられる。微小共振器システム１００内の異なる層は、スパッタリング、蒸着、火炎堆積法（flame hydrolysis）、鋳造、又は用途に適し得る任意のその他の成膜法等の既知の方法を使用して、形成することができる。
【００９５】
場合によっては、光源１１０は例えば、白色光を放射する広帯域光源であってよい。場合によっては、光源１１０は、調節可能な狭線幅レーザー源等の狭帯域光源であってよい。場合によっては、検出器１６６は、狭帯域検出器であってよく、又は検出器は、スペクトルに敏感な検出器であってよい。例えば、検出器１６６は、スペクトル分析器であってよい。場合によっては、検出器１６６は、広帯域検出器であってよい。
【００９６】
図１５に、コア１４２２を有する光導波路１４２０と、結合領域１４９０において導波路１４２０に光学的に結合されるコア１４５２を有する光微小共振器１４５０と、微小共振器１４５０に光学的に結合されるが、導波路１４２０には光学的に結合されないコア１４４２を有する光微小空洞を１４４０と、を備える微小共振器システム１４００の概略三次元平面図を示す。場合によっては、光微小空洞１４４０は、一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。
【００９７】
光微小共振器１４５０は、微小空洞のコア１４４２の幅方向１４０１及び厚さ方向１４０３に沿って光微小空洞１４４０と光学的に結合され、厚さ方向１４０３は、幅方向１４０１と直交する。例示的な微小共振器システム１４００において、厚さ方向１４０３はｙ軸に沿っており、幅方向１４０１は負のｚ軸に沿っている。厚さ方向及び幅方向は、厚さ方向及び幅方向の両方と直交する長さ方向１４０２をか画定する。長さ方向１４０２は、ｘ軸に沿っている。微小空洞のコア１４４２は、幅方向１４０１に沿って最大の幅寸法Ｗｍを有し、厚さ方向１４０３に沿って最大の厚さ寸法Ｈｍを有し、長さ方向１４０２に沿って最大の長さ寸法Ｌｍを有する。
【００９８】
場合によっては、Ｈｍは、Ｗｍより大きくない。場合によっては、光微小空洞１４４０は、例えば代理人整理番号６２６８１ＵＳ００２を有する同一所有者の米国特許出願第１１／６１６３３８号に記載されているように、比Ｌｍ／Ｗｍが約１０以下の場合に一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。いくつかの他の場合において、光微小空洞１４４０は、比Ｌｍ／Ｗｍが約６以下、約４以下、約３以下、又は約２以下の場合に一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。いくつかの他の場合において、光微小空洞１４４０は、比Ｌｍ／Ｗｍが約１以下、約０．８以下、約０．５以下、約０．３以下、又は約０．１以下の場合に一次的に１つ以上の共振モードをサポートすることができる。
【００９９】
場合によっては、Ｌ３は約５０マイクロメートル以下、約３０マイクロメートル以下、約２０マイクロメートル以下、又は約１０マイクロメートル以下である。いくつかのその他の場合においては、Ｌ３は約５マイクロメートル以下、約３マイクロメートル以下、約２マイクロメートル以下、又は約１マイクロメートル以下である。いくつかのその他の場合においては、Ｌ３は約０．８マイクロメートル以下、約０．６マイクロメートル以下、又は約０．５マイクロメートル以下である。
【０１００】
場合によっては、光微小空洞１４４０は、１００以下の共振モード、５０以下の共振モード、２０以下の共振モード、１５以下の共振モード、１０以下の共振モード、８以下の共振モード、又は５以下の共振モードを一次的にサポートすることができる。
【０１０１】
場合によっては、光微小空洞１４４０は、少なくとも１つの共振モード、少なくとも２つの共振モード、少なくとも５つの共振モード、又は少なくとも１０の共振モードを一次的にサポートすることができる。場合によっては、光微小空洞１４４０は、１つの共振モード又は２つの共振モードを一次的にサポートすることができる。
【０１０２】
場合によっては、微小共振器システム１４００は約０．３マイクロメートル〜約１５マイクロメートル、０．３マイクロメートル〜約５マイクロメートル、約０．３マイクロメートル〜約２マイクロメートル、約０．４マイクロメートル〜約１．６マイクロメートル、又は約０．６マイクロメートル〜約１．６マイクロメートルの波長で一次的に動作するように設計される。場合によっては、微小共振器システム１４００は約６３３ｎｍ、約８５０ｎｍ、約９８０ｎｍ、約１３１０ｎｍ、約１５５０ｎｍ、又は約１０，６００ｎｍで一次的に動作するように設計される。
【０１０３】
場合によっては、微小空洞１４４０の共振モード、例えば共振モード１４７０は、進行波又は一次的に進行波である。いくつかのその他の場合においては、微小空洞１４４０の共振モードは、定在波又は一次的に定在波である。
【０１０４】
場合によっては、微小空洞１４５０の共振モードは微小共振器１４４０の共振モードを励起することができる。例えば、微小共振器の共振モード１４６０は、微小空洞の共振モード１４７０に光学的に結合して、共振モード１４７を励起することができる。場合によっては、微小空洞１４５０の定在波モードは微小空洞１４５０の定在波モードを励起することができる。例えば、微小共振器の共振定在波モード１４６０は、微小空洞の共振定在波モード１４７０に光学的に結合して、微小空洞の共振定在波モード１４７０を励起することができる。
【０１０５】
場合によっては、定在波モード１４７０は第１の進行波モード１４７１及び第２の進行波モード１４７２等の異なる方向に進行する２つの進行波モード間の光学干渉から生じ得る。場合によっては、定在波モード１４６０は第１の進行波モード１４６１及び第２の進行波モード１４６２等の異なる方向に進行する２つの進行波モード間の光学干渉から生じ得る。
【０１０６】
場合によっては、進行波モード１４６１は、一次的に同一の概ねの方向に進行する進行波モード１４７１に光学的に結合して進行波モード１４７１を励起することができ、進行波モード１４６２は、進行波モード１４７２に光学的に結合して進行波モード１４７２を一次的に励起することができ、両方のモードは時計回り等の同一の概ねの方向に進行する。そのような場合、励起される進行波モード１４７１及び１４７２は光学的に干渉し、定在波モード１４７０を形成することができる。
【０１０７】
光源１１０からの光１１２は、光導波路１４２０の光導波モードを励起することができる。モード１４２８は、光導波路１４２０と微小共振器１４５０との間に概ね位置する結合領域１４９０を介して、エバネセント結合により光微小共振器１４５０に結合することができる。導波モード１４２８は、同一波長において微小共振器の進行波モード１４６１等の進行波モードを励起することができる。導波モード１４６１は、例えば進行波モード１４７１を励起して、進行波モード１４７２及び定在波モード１４７０を生成させることができる。次に、モード１４７２は、進行波１４６２を励起することができる。進行波モード１４６２及び１４６１は干渉し、定在波モード１４６０を形成することができる。
【０１０８】
場合によっては、異なる波長において導波モード１４６１は、微小空洞１４４０の異なる定常波モードを一次的に励起してもよい。例えば、第一の波長λ１を有する導波モード１４６１は、一次的に１つの定在波モードを励起し得る一方、第二の波長λ２を有する導波モードは、異なる微小共振器の定在波モードを一次的に励起してもよい。
【０１０９】
場合によっては、微小空洞１４４０は縮退定在波モードをサポートできる可能性があり、これは波長λ３を有する導波モード１４６１が、一次的に同一の波長λ３を有する微小空洞の２つ以上の異なる定在波モードを励起することができることを意味する。
【０１１０】
図１９に、光学コア１９２２を有し、導波モード１９２８をサポートすることができる入力光導波路１９２０；光学コア１９３２を有し、導波モード１９２４をサポートすることができる出力光導波路１９３０；コア結合領域１９０１において入力光導波路１９２０にコア結合し、コア結合領域１９０２において出力光導波路１９３０にコア結合した第一の光微小空洞１９６０；光学コア１９５２を有し、コア結合領域１９０３及び１９０４において第一の光微小空洞にコア結合した光微小共振器１９５０；並びに光学コア１９４２を有し、コア結合領域１９０５及び１９０６において光微小共振器１９５０にコア結合した第二の光微小空洞１９４０を備える光微小共振器システムの概略平面図を示す。
【０１１１】
コア結合領域は、一般に、２つ以上の導波路の間にコア結合が生じる領域である。場合によっては、例えば２つの導波路のコアが異なる材料から形成されている場合等、コア結合領域は２つのコア間の境界面である物理的境界面を含んでもよい。場合によっては、例えば２つのコアが同一の材料から形成され、一体構造を形成している場合等、コア結合領域は、２つの導波路の間に物理的境界面を含まない。
【０１１２】
入力光導波路１９２０は、入力光１１２を放射する光源１１０と光通信する。出力光導波路１９３０は、出力導波路１９３０からの出力光１６８を受容する検出器１６６と光通信する。
【０１１３】
光微小共振器１９５０は、第一の光微小空洞１９６０とコア結合されるが、入力導波路１９２０及び出力導波路１９３０とはコア結合されない。第一の光微小共振器１９５０は、第一の光微小空洞１９６０と直接的に結合され、入力導波路１９２０及び出力導波路１９３０に間接的に、即ち第一の微小空洞１９６０を介して結合されている。
【０１１４】
第二の光微小空洞１９４０は、微小共振器１９５０とコア結合しているが、第一の光微小空洞１９６０、入力導波路１９２０及び出力導波路１９３０とはコア結合していない。第二の光微小空洞１９４０は、微小共振器１９５０に直接的に結合されている。第二の光微小空洞１９４０は、微小空洞１９６０に間接的に、即ち微小共振器１９５０を介して結合されている。
【０１１５】
例示的な微小共振器システム１９００において、第一の光微小空洞１９６０は、ｘ方向に沿って長さＬ４を有し、ｙ方向に沿って幅Ｗ４を有する矩形である。
【０１１６】
場合によっては、第一の光微小空洞１９６０は、例えばＳｏｌｄａｎｏ ｅｔ ａｌ．，「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ（登録商標） Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｌｆ−Ｉｍａｇｉｎｇ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １３（４），ｐｐ．６１５〜６２６，Ａｐｒｉｌ １９９５、及び例えば代理人整理番号６２６８１ＵＳ００２を有する、同一所有者の米国特許出願第１１／６１６３３８号に記載されている多モード干渉結合器（ＭＭＩＣ）であってよい。場合によっては、ＭＭＩＣ １９６０は、例えばｘ方向に沿って微小空洞内を伝播する微小空洞の進行波モードが、微小空洞の少なくともいくつかの境界、例えば微小空洞の側壁１９１２及び側壁１９１３等において反射を全く又は殆ど受けないよう設計される。
【０１１７】
場合によっては、微小空洞１９６０は、一次的に２つ以上、３つ以上、又は５つ以上の進行波モードをサポートすることができる。そのような場合、比Ｌ４／Ｗ４は、約２以上、約３以上、約４以上、約６以上、又は約１０以上である。いくつかの他の場合において、比Ｌ４／Ｗ４は、約２０以上、約４０以上、約６０以上、約８０以上、又は約１００以上である。
【０１１８】
場合によっては、Ｌ４は約５０マイクロメートルを越え、約１００マイクロメートルを越え、約２００マイクロメートルを越え、又は約５００マイクロメートルを越える。いくつかのその他の場合においては、Ｌ４は約１０００マイクロメートルを越え、約２０００マイクロメートルを越え、約５０００マイクロメートルを越え、又は約１０，０００マイクロメートルを越える。
【０１１９】
場合によっては、光微小空洞１９６０は、少なくとも１００の共振モード、少なくとも２００の共振モード、少なくとも４００の共振モード、少なくとも５００の共振モード、少なくとも７００の共振モード、少なくとも８００の共振モード、又は少なくとも１０００の共振モードを一次的にサポートすることができる。
【０１２０】
場合によっては、第一の光微小空洞１９６０はＭＭＩＣであり、第二の光微小空洞１９４０はＭＭＩＣではない。そのような場合、微小空洞１９６０は少なくとも５０の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は２０以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は２０以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は１５以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は１０以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は８以下の共振モードをサポートすることができ、又は微小空洞１９６０は少なくとも１００の共振モードをサポートすることができ、かつ微小空洞１９４０は５以下の共振モードをサポートすることができる。
【０１２１】
開示される実施形態の利点の一部が、以下の実施例によって更に説明される。これらの実施例で挙げられる特定の材料、量及び寸法、並びにその他の条件及び詳細は本発明を不当に制限するものとして考慮すべきではない。
【実施例】
【０１２２】
（実施例１）
図１の微小共振器システム１００と類似する光学デバイスを、実効二次元時間領域差分（ＦＤＴＤ）法を使用して、数値的に解析した。模擬実験では、全てのコアは屈折率３．５及び実効厚さ０．４マイクロメートルを有するシリコンであった。光微小共振器は、０．２マイクロメートルの厚さと、３．６マイクロメートルの外径とを有する環状であった。結合領域１９０内のコア１２２とコア１５２との間の間隔ｔ１は、０．２マイクロメートルであった。微小空洞のコア１４２は、１．８マイクロメートルの幅Ｗ１及び０．６マイクロメートルの長さＬ１を有し、結果として約０．３３の比Ｌ１／Ｗ１を有する矩形固体であった。微小空洞１４０は、ｘ軸に沿って環状微小共振器１５０に対して対称的に配置され、これは微小空洞と微小共振器とが、ｙ軸に沿って同一の対称軸を共有することを意味する。距離ｄ１及びｄ２は、それぞれ０．８マイクロメートルであった。上部クラッド１０１は１の屈折率を有する空気であった。下部クラッド１０２は１．４６の屈折率を有する二酸化ケイ素であった。
【０１２３】
模擬実験において、光源１１０は２マイクロメートルで中心をとり、半値全幅（ＦＷＨＭ）が１マイクロメートルである、１フェムト秒長の離散型ガウス形パルスの形態で、光１１２を放射する、パルス光源であった。広帯域入力パルスは検出器１６６によって検出された約１マイクロメートル〜約３マイクロメートルの広帯域反応を生じた。
【０１２４】
図１６の曲線１６２０は散乱中心１８０がない状態で、（マイクロメートル単位の）波長の関数として、検出器１６６での（入力光の強度に対する任意の単位の）計算された信号強度を示す。曲線１６４０は散乱中心１８０の存在下での計算された出力信号強度を示す。散乱中心は、８０ｎｍと同等の直径及び、約１５５０ナノメートルで０．５４＋９．５８ｉと同等の複素屈折率を有する球状金粒子であった。散乱中心は、図１に概略的に示されるように、中心１５１を通過する微小共振器の水平な対称軸１９１に沿って定置された。粒子と微小共振器との間には５０ナノメートルのギャップ「ｔ」があった。図１６は、散乱中心が微小共振器システムの少なくとも多数の共振周波数に偏移を引き起こしたことを示す。曲線１６２０は、光学デバイスが、例えば約１．６２マイクロメートルに対応する位置１６１２における共振周波数等、いくつかの共振周波数を有したこと示す。比較のために、曲線１６１０は、図１７に概略的に示す参照デバイスが微小空洞を含まなかった以外は実施例１の光学デバイスと同一の参照光学デバイスに関する、検出器における計算された信号強度を示す。
【０１２５】
図１６に、微小空洞１４０の包含が光学デバイスの共振周波数に偏倚を生じさせ、少なくともいくつかの共振周波数にてピーク分裂を生じたことを示す。例えば、図１６に、位置１６１１におけるピーク分裂を示す。
【０１２６】
二次元ＦＤＴＤ法を使用して、微小空洞が共振モードを一次的にサポートしたことを証明した。導波路１２０内で光学デバイスの共振周波数で光を発し、時間の関数として微小空洞内の電界最高点の位置をモニタリングした。結果はこのような位置が本質的に静止していたことを示し、したがって微小空洞が一次的に共振定在波モードをサポートしたことを示唆する。
【０１２７】
（実施例２）
実施例１の微小共振器システムと類似する光学デバイスを、微小空洞が正のｙ軸に沿って０．２マイクロメートル偏倚してｄ１が１．０マイクロメートルに等しく、ｄ２が０．６マイクロメートルに等しかった以外は、実効二次元時間領域差分（ＦＤＴＤ）法を使用して数値的に解析した。
【０１２８】
図１６において曲線１６３０は、散乱中心１８０の不在下での、検出器１６６における計算された信号強度を示す。曲線１６３０は、光学デバイスが、例えば約１．４マイクロメートルに対応する位置１６３１における共振周波数等、いくつかの共振周波数を有したこと示す。
【０１２９】
二次元ＦＤＴＤ法を使用して、微小空洞が共振モードを一次的にサポートしたことを証明した。導波路１２０内で光学デバイスの共振周波数で光を発し、時間の関数として微小空洞内の電界最高点の位置をモニタリングした。結果はこのような位置が本質的に静止していたことを示し、したがって微小空洞が一次的に共振定在波モードをサポートしたことを示唆する。
【０１３０】
（実施例３）
図１３の微小共振器システム１３００と類似する光学デバイスを、実効二次元時間領域差分（ＦＤＴＤ）法を使用して、数値的に解析した。模擬実験では、全てのコアは屈折率３．５及び実効厚さ０．４マイクロメートルを有するシリコンであった。光微小共振器は、０．２マイクロメートルの厚さと、３．６マイクロメートルの外径とを有する環状であった。結合領域１３９０内のコア１２２とコア１３５２との間の間隔ｔ１は、０．２マイクロメートルであった。上部クラッド１０１は１の屈折率を有する空気であった。下部クラッド（微小共振器システム１００と類似）は、１．４６の屈折率を有する二酸化ケイ素であった。
【０１３１】
微小空洞のコア１３４２は、１．８マイクロメートルの幅Ｗ２及び０．６マイクロメートル長さのＬ２を有し、結果として約０．３３の比Ｌ２／Ｗ２を有する矩形固体であった。微小空洞１３４０は、ｘ軸に沿って環状微小共振器１３５０に対して対称的に配置され、０．４マイクロメートルと等しい距離ｋ２を生じた。距離ｄ３及びｄ４は、それぞれ０．８マイクロメートルであった。
【０１３２】
微小空洞のコア１３６２は、１．８マイクロメートルの幅Ｗ３及び長さ０．３マイクロメートルのＬ３を有し、結果として約０．１７の比Ｌ３／Ｗ３を有する矩形固体であった。微小空洞１３６０は、ｘ軸に沿って環状微小共振器１３５０に対して対称的に配置され、０．２５マイクロメートルと等しい距離ｋ３を生じた。距離ｄ５及びｄ６は、それぞれ０．８マイクロメートルであった。
【０１３３】
模擬実験において、光源１１０は２マイクロメートルで中心をとり、半値全幅（ＦＷＨＭ）が１マイクロメートルである、１フェムト秒長の離散型ガウス形パルスの形態で、光１１２を放射する、パルス光源であった。広帯域入力パルスは検出器１６６によって検出された約１マイクロメートル〜約３マイクロメートルの範囲の広帯域反応を生じた。
【０１３４】
図１８の曲線１８１０は散乱中心１８０がない状態で、（マイクロメートル単位の）波長の関数として、検出器１６６での入力光の強度に対する計算された信号強度を任意の単位で示す。曲線１８１０は、光学デバイスが、例えば約１．６３マイクロメートルに対応する位置１８１１における共振周波数等、いくつかの共振周波数を有したこと示す。
【０１３５】
２次元ＦＤＴＤ法を使用して、２つの微小空洞のうちの少なくとも１つが一次的に共振モードをサポートしたことを確認した。導波路１２０内で光学デバイスの共振周波数で光を発し、時間の関数として２つの微小空洞内の電界最高点の位置をモニタリングした。結果はこのような位置が各微小空洞内で本質的に静止していたことを示し、したがって各微小空洞が一次的に共振定在波モードをサポートしたことを示唆する。
【０１３６】
本明細書で使用するとき、「垂直の」、「水平の」、「上方の」、「下方の」、「左」、「右」、「上側」及び「下側」、「時計回り」及び「反時計回り」などの用語、並びに他の類似の用語は、諸図に示される相対的位置を指す。一般に、物理的な実施形態は、異なる配向を有する可能性があり、その場合、それらの用語は、そのデバイスの実際の向きに修正された相対的位置を指すものとする。例えば、図１４の構成が図面の配向と比較して反転されるとしても、クラッド１０２は依然として「下部」クラッドと見なされる。
【０１３７】
上記に引用したすべての特許、特許出願及び他の公開を、それらがあたかも完全に再現されたものとして本明細書に援用するものである。本発明の種々の態様の説明を容易にするために、本発明の特定の実施例について上で詳細に説明しているが、その意図は、本発明を実施例の細部に限定することではないことを理解されたい。むしろ、その意図は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨と範囲に包含される全ての修正物、等価物、及び代替物を網羅することである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、
前記光導波路に直接的に光学的に結合される光微小共振器と、
前記光微小共振器にコア結合されるが、光導波路にはコア結合されない第一の光微小空洞と、
を備える光微小共振器システム。
【請求項２】
前記第一の微小空洞が１つ以上の共振モードを一次的に支持することができる、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項３】
前記１つ以上の共振モードのうちの少なくとも１つが、２次元内に閉じ込められるが３次元内には閉じ込められない、請求項２に記載の光微小共振器システム。
【請求項４】
前記１つ以上の共振モードのうちの少なくとも１つが、３次元内に閉じ込められる、請求項２に記載の光微小共振器システム。
【請求項５】
前記１つ以上の共振モードのうちの少なくとも１つが、一次的に進行波である、請求項２に記載の光微小共振器システム。
【請求項６】
前記１つ以上の共振モードのうちの少なくとも１つが、一次的に定在波である、請求項２に記載の光微小共振器システム。
【請求項７】
前記光導波路がコア結合によって前記光微小共振器に結合される、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項８】
前記光導波路がエバネセント結合によって前記光微小共振器に結合される、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項９】
前記光導波路が、光源と光通信する入力面と、光検出器と光通信する出力面とを有する、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項１０】
前記光微小共振器にコア結合されるが、前記光導波路にはコア結合されない第二の光微小空洞を更に備える、請求項１に記載の光微小共振器。
【請求項１１】
前記第二の光微小空洞が１つ以上の共振モードを一次的に支持することができる、請求項１０に記載の光微小共振器システム。
【請求項１２】
前記光微小共振器が、前記光微小空洞の対称軸と平行な対称軸を有する、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項１３】
前記光微小共振器の対称軸が、前記光微小空洞の対称軸と同一直線上にある、請求項１２に記載の光微小共振器システム。
【請求項１４】
前記光微小共振器が、結合領域において前記光導波路と直接的に光学的に結合され、前記光微小共振器が該結合領域に概ね方向付けられた第一の対称軸を有する、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項１５】
前記光微小空洞が、前記第一の対称軸と平行な第二の対称軸を有する、請求項１４に記載の光微小共振器システム。
【請求項１６】
前記第二の対称軸が前記第一の対称軸と同一直線上にある、請求項１５に記載の光微小共振器システム。
【請求項１７】
前記第二の対称軸が前記第一の対称軸から側方にずれている、請求項１５に記載の光微小共振器システム。
【請求項１８】
前記光微小空洞のいずれの対称軸も前記第一の対称軸と平行ではない、請求項１４に記載の光微小共振器システム。
【請求項１９】
前記光微小共振器が、前記微小空洞のコアの幅方向及び厚さ方向に沿って前記光微小空洞と光学的に結合され、前記厚さ方向は前記幅方向と直交し、前記微小空洞のコアが、前記幅方向に沿って最大の幅寸法Ｗ、前記厚さ方向に沿って最大の厚さ寸法Ｈ、及び長さ方向に沿って最大の長さ寸法Ｌを有し、前記長さ方向は前記幅方向及び厚さ方向と直交し、ＨはＷ以下であり、Ｌ／Ｗは約６以下である、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項２０】
Ｌ／Ｗが約１以下である、請求項１６に記載の光微小共振器システム。
【請求項２１】
光導波路と、前記光導波路に直接的に光学的に結合される光微小共振器と、前記光微小共振器に光学的に結合されるが、前記光導波路には光学的に結合されない光微小空洞とを有する微小共振器システムと、
前記光導波路と光通信し、前記微小共振器システムの第一の共振モードに対応する波長において光を放射する光源と、
前記微小共振器システムと光通信する検出器であって、検体が前記微小共振器システムの近位にもたらされたときに前記第一の共振モードの特性が変化し、前記検出器が該変化を検出するように前記第一の共振モードの特性を検出する検出器と、
を備える光センサー。
【請求項２２】
前記光微小空洞が１つ以上の共振モードを一次的に支持する、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２３】
前記光微小空洞の前記１つ以上の共振モードのそれぞれが定在波モードである、請求項２２に記載の光センサー。
【請求項２４】
前記特性が前記第１の共振モードの強度を含む、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２５】
前記特性が前記第一の共振モードの波長を含む、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２６】
前記特性が前記第一の共振モードの位相を含む、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２７】
前記微小共振器が、前記微小空洞の長さに沿って前記微小空洞と光学的に結合され、前記微小空洞は長さ寸法Ｌ及び幅寸法Ｗを有し、Ｌ／Ｗが約６以下である、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２８】
Ｌ／Ｗが約１以下である、請求項２７に記載の光センサー。
【請求項２９】
導波モードを支持する光導波路と、
前記導波モードにより直接励起される第一の共振モードを支持することができる光微小共振器と、
前記第一の共振モードにより直接励起されるが、前記導波モードにより励起されない第二の共振モードを支持することができる光微小空洞と、
を備える光微小共振器システム。
【請求項３０】
前記第一の共振モードが進行波モードを含み、前記第二の共振モードが定在波モードを含む、請求項２９に記載の光微小共振器システム。
【請求項３１】
前記第一の共振モード及び第二の共振モードのそれぞれが定在波モードを含む、請求項２９に記載の光微小共振器システム。
【請求項３２】
前記光微小空洞が矩形固体である、請求項２９に記載の光微小共振器システム。
【請求項３３】
光導波路と、
前記光導波路にコア結合される第一の光微小空洞と、
前記第一の光微小空洞にコア結合されるが、前記光導波路にはコア結合されない光微小共振器と、
前記光微小共振器にコア結合されるが、前記第一の光微小空洞にはコア結合されない第二の光微小空洞と、
を備える光微小共振器システム。
【請求項３４】
前記第一の光微小空洞が多モード干渉結合器であるが、前記第二の光微小空洞は多モード干渉結合器ではない、請求項３３に記載の光微小共振器システム。
【請求項１】
光導波路と、
前記光導波路に直接的に光学的に結合される光微小共振器と、
前記光微小共振器にコア結合されるが、光導波路にはコア結合されない第一の光微小空洞と、
を備える光微小共振器システム。
【請求項２】
前記第一の微小空洞が１つ以上の共振モードを一次的に支持することができる、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項３】
前記１つ以上の共振モードのうちの少なくとも１つが、２次元内に閉じ込められるが３次元内には閉じ込められない、請求項２に記載の光微小共振器システム。
【請求項４】
前記１つ以上の共振モードのうちの少なくとも１つが、３次元内に閉じ込められる、請求項２に記載の光微小共振器システム。
【請求項５】
前記１つ以上の共振モードのうちの少なくとも１つが、一次的に進行波である、請求項２に記載の光微小共振器システム。
【請求項６】
前記１つ以上の共振モードのうちの少なくとも１つが、一次的に定在波である、請求項２に記載の光微小共振器システム。
【請求項７】
前記光導波路がコア結合によって前記光微小共振器に結合される、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項８】
前記光導波路がエバネセント結合によって前記光微小共振器に結合される、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項９】
前記光導波路が、光源と光通信する入力面と、光検出器と光通信する出力面とを有する、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項１０】
前記光微小共振器にコア結合されるが、前記光導波路にはコア結合されない第二の光微小空洞を更に備える、請求項１に記載の光微小共振器。
【請求項１１】
前記第二の光微小空洞が１つ以上の共振モードを一次的に支持することができる、請求項１０に記載の光微小共振器システム。
【請求項１２】
前記光微小共振器が、前記光微小空洞の対称軸と平行な対称軸を有する、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項１３】
前記光微小共振器の対称軸が、前記光微小空洞の対称軸と同一直線上にある、請求項１２に記載の光微小共振器システム。
【請求項１４】
前記光微小共振器が、結合領域において前記光導波路と直接的に光学的に結合され、前記光微小共振器が該結合領域に概ね方向付けられた第一の対称軸を有する、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項１５】
前記光微小空洞が、前記第一の対称軸と平行な第二の対称軸を有する、請求項１４に記載の光微小共振器システム。
【請求項１６】
前記第二の対称軸が前記第一の対称軸と同一直線上にある、請求項１５に記載の光微小共振器システム。
【請求項１７】
前記第二の対称軸が前記第一の対称軸から側方にずれている、請求項１５に記載の光微小共振器システム。
【請求項１８】
前記光微小空洞のいずれの対称軸も前記第一の対称軸と平行ではない、請求項１４に記載の光微小共振器システム。
【請求項１９】
前記光微小共振器が、前記微小空洞のコアの幅方向及び厚さ方向に沿って前記光微小空洞と光学的に結合され、前記厚さ方向は前記幅方向と直交し、前記微小空洞のコアが、前記幅方向に沿って最大の幅寸法Ｗ、前記厚さ方向に沿って最大の厚さ寸法Ｈ、及び長さ方向に沿って最大の長さ寸法Ｌを有し、前記長さ方向は前記幅方向及び厚さ方向と直交し、ＨはＷ以下であり、Ｌ／Ｗは約６以下である、請求項１に記載の光微小共振器システム。
【請求項２０】
Ｌ／Ｗが約１以下である、請求項１６に記載の光微小共振器システム。
【請求項２１】
光導波路と、前記光導波路に直接的に光学的に結合される光微小共振器と、前記光微小共振器に光学的に結合されるが、前記光導波路には光学的に結合されない光微小空洞とを有する微小共振器システムと、
前記光導波路と光通信し、前記微小共振器システムの第一の共振モードに対応する波長において光を放射する光源と、
前記微小共振器システムと光通信する検出器であって、検体が前記微小共振器システムの近位にもたらされたときに前記第一の共振モードの特性が変化し、前記検出器が該変化を検出するように前記第一の共振モードの特性を検出する検出器と、
を備える光センサー。
【請求項２２】
前記光微小空洞が１つ以上の共振モードを一次的に支持する、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２３】
前記光微小空洞の前記１つ以上の共振モードのそれぞれが定在波モードである、請求項２２に記載の光センサー。
【請求項２４】
前記特性が前記第１の共振モードの強度を含む、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２５】
前記特性が前記第一の共振モードの波長を含む、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２６】
前記特性が前記第一の共振モードの位相を含む、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２７】
前記微小共振器が、前記微小空洞の長さに沿って前記微小空洞と光学的に結合され、前記微小空洞は長さ寸法Ｌ及び幅寸法Ｗを有し、Ｌ／Ｗが約６以下である、請求項２１に記載の光センサー。
【請求項２８】
Ｌ／Ｗが約１以下である、請求項２７に記載の光センサー。
【請求項２９】
導波モードを支持する光導波路と、
前記導波モードにより直接励起される第一の共振モードを支持することができる光微小共振器と、
前記第一の共振モードにより直接励起されるが、前記導波モードにより励起されない第二の共振モードを支持することができる光微小空洞と、
を備える光微小共振器システム。
【請求項３０】
前記第一の共振モードが進行波モードを含み、前記第二の共振モードが定在波モードを含む、請求項２９に記載の光微小共振器システム。
【請求項３１】
前記第一の共振モード及び第二の共振モードのそれぞれが定在波モードを含む、請求項２９に記載の光微小共振器システム。
【請求項３２】
前記光微小空洞が矩形固体である、請求項２９に記載の光微小共振器システム。
【請求項３３】
光導波路と、
前記光導波路にコア結合される第一の光微小空洞と、
前記第一の光微小空洞にコア結合されるが、前記光導波路にはコア結合されない光微小共振器と、
前記光微小共振器にコア結合されるが、前記第一の光微小空洞にはコア結合されない第二の光微小空洞と、
を備える光微小共振器システム。
【請求項３４】
前記第一の光微小空洞が多モード干渉結合器であるが、前記第二の光微小空洞は多モード干渉結合器ではない、請求項３３に記載の光微小共振器システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公表番号】特表２０１１−５０５５４６（Ｐ２０１１−５０５５４６Ａ）
【公表日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３４０９３（Ｐ２０１０−５３４０９３）
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８２３２５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６４６３５
【国際公開日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８２３２５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６４６３５
【国際公開日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
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