專利名稱：光學微諧振器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及光學裝置。本發(fā)明尤其適用于諸如采用微諧振器的光學傳感器之類的光學裝置。
背景技術(shù)：
對于生物、化學和氣態(tài)物質(zhì)的檢測而言，光學傳感成為一項重要的技術(shù)。光學傳感可提供速度和靈敏度方面的優(yōu)勢。近年來，已經(jīng)開發(fā)出多種新型光子結(jié)構(gòu)和材料來制造非常靈敏的光學裝置。一種用于被分析物檢測的光學傳感方法使用了集成光波導。這種傳感器已被證明能夠檢測吸附在波導表面上的化學和生物物質(zhì)。但是為了獲得用于多種分析應(yīng)用的足夠的光學信號變化，集成光波導化學分析可能需要大型傳感裝置(通常為數(shù)厘米長)。目前正針對生物、化學和氣體傳感中的應(yīng)用對光學微諧振器進行深入的研究。光學微諧振器是可具有高品質(zhì)因數(shù)⑴因數(shù))的非常小的裝置，其中Q因數(shù)通常指諧振波長與諧振線寬之比。例如，由玻璃球體制成的微諧振器可用來制作非常靈敏的光學傳感器，這是由于在微球體諧振器內(nèi)捕獲的光多次循環(huán)，從而制備具有高Q因數(shù)(> IO6)的裝置，所述裝置使得微球表面上的被分析物與在諧振器內(nèi)循環(huán)的光之間的光學相互作用有效增強。在光學微諧振器傳感器中，第一主波導用于激發(fā)靠近微諧振器表面設(shè)置的導向光學模式。諧振光學模式的一個實例是回音壁模式。然后將被分析物放置在微諧振器模式的漸逝場內(nèi)。通過諧振頻率的偏移來檢測傳感器的折射率變化。可經(jīng)由第一主波導的通過端口或通過使用連接至檢測器的第二主波導的分光端口從微諧振器提取偏移的光譜。為了制造光學傳感器，已經(jīng)研究了多種光學微諧振器，但微球體、微環(huán)和微盤最受關(guān)注。基于半導體制造工藝的微盤或微環(huán)相對來說易于進行大量和/或高密度的制造。可采用諸如干/濕刻蝕和層沉積等制造技術(shù)調(diào)節(jié)它們相對于波導的位置。然而這些諧振器的 Q因數(shù)通常在IO4以下，至少部分原因是由于表面粗糙度和材料吸收性能。在采用微諧振器傳感的常規(guī)方法中，被分析物與微諧振器的表面的結(jié)合導致微諧振器的有效折射率發(fā)生小的變化。這導致諧振光譜中波峰的波長位置發(fā)生小的偏移。這些偏移通常在皮米范圍內(nèi)。為了檢測這種小偏移，需要昂貴的設(shè)備來進行光譜分析。此外，微諧振器必須設(shè)計具有非常窄的線寬，以使得能夠檢測到小的波峰偏移。這要求高精度(自由光譜范圍除以線寬)，或換句話講，高品質(zhì)因數(shù)(工作波長除以線寬)的微諧振器。這轉(zhuǎn)化為微諧振器中對低損耗波導的需要以及微諧振器與主波導之間的弱耦合的需求，以便檢測小的頻率偏移。還要求微諧振器系統(tǒng)以高精度和小誤差制造，結(jié)果制造這些系統(tǒng)價值不菲。需要采用制造成本較低的微諧振器的改進的光學傳感系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本發(fā)明涉及光學裝置。本發(fā)明還涉及包括一個或多個微諧振器的光學傳感器。本發(fā)明的一個實施例涉及一種光學裝置，其包括光源，其能夠發(fā)射寬帶光；以及光學微諧振器，其支持沿第一方向傳播的至少第一光學導向模式和沿與第一方向不同的第二方向傳播的至少第二光學導向模式。至少所述第一光學導向模式由發(fā)射的寬帶光激發(fā)， 而所述第二光學導向模式不由發(fā)射的寬帶光激發(fā)。寬帶光電檢測器布置用于接收和波長平均化來自光學微諧振器的至少第二光學導向模式的光。本發(fā)明的另一個實施例涉及一種操作光學傳感系統(tǒng)的方法。該方法包括將來自光源的寬帶光耦合到微諧振器中的第一組光學導向模式中的至少一個，第一組光學導向模式在微諧振器內(nèi)沿第一方向傳播；以及將第一組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分耦合到第二組光學導向模式中的至少一個，第二組光學導向模式在微諧振器中沿不同于第一方向的第二方向傳播。使用寬帶的、波長平均化的光電檢測器檢測來自第二組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分。本發(fā)明的另一個實施例涉及一種光學裝置，其包括寬帶光源，其能夠發(fā)射寬帶光；以及光學微諧振器，其支持沿第一方向傳播的第一多個光學導向模式和沿與第一方向不同的第二方向傳播的第二多個光學導向模式。來自寬帶光源的寬帶光激發(fā)第一多個光學導向模式中的至少一個，而基本不激發(fā)第二多個光學導向模式?？烧{(diào)諧檢測器布置用于接收來自光學微諧振器的第二多個光學導向模式中的至少一個的光。本發(fā)明的另一個實施例涉及一種操作光學傳感系統(tǒng)的方法，其包括將來自寬帶光源的光耦合到微諧振器中的第一組光學導向模式中的至少一個，第一組光學導向模式在微諧振器內(nèi)沿第一方向傳播。將第一組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分耦合到第二組光學導向模式中的至少一個，第二組光學導向模式在微諧振器中沿與第一方向相反的第二方向傳播。在可調(diào)諧檢測器處接收來自第二組光學導向模式中的至少一個的光。 檢測接收到的光的選定波長部分。本發(fā)明的另一個實施例涉及一種光學裝置，其具有窄帶光源，其能夠發(fā)射窄帶光；以及光學微諧振器，其支持沿第一方向傳播的第一多個光學導向模式和沿與第一方向不同的第二方向傳播的第二多個光學導向模式。來自窄帶光源的窄帶光激發(fā)第一多個光學導向模式中的至少一個，而基本不激發(fā)第二多個光學導向模式。光學微諧振器包括芯和調(diào)諧元件，調(diào)諧元件耦合以調(diào)諧微諧振器的諧振模式頻率。當微諧振器進行調(diào)諧時，寬帶檢測器接收來自光學微諧振器的第二多個光學導向模式中的至少一個的光。本發(fā)明的另一個實施例涉及一種操作光學傳感系統(tǒng)的方法，其包括將來自光源的光耦合到微諧振器中的第一組光學導向模式中的至少一個，第一組光學導向模式在微諧振器內(nèi)沿第一方向傳播。在第一頻率范圍上調(diào)諧微諧振器的第一組光學導向模式。將第一組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分耦合到第二組光學導向模式中的至少一個，第二組光學導向模式在微諧振器中沿與第一方向相反的第二方向傳播。當在第一頻率范圍上調(diào)諧第一組光學導向模式時，使用寬帶的、波長平均化的光電檢測器檢測來自第二組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分。本發(fā)明的另一個實施例涉及一種光學裝置，其包括可調(diào)諧光源，其能夠發(fā)射光； 以及光學微諧振器，其支持沿第一方向傳播的第一多個光學導向模式和沿與第一方向不同的第二方向傳播的第二多個光學導向模式。由可調(diào)諧光源發(fā)射的光激發(fā)第一多個光學導向模式中的至少一個，而基本不激發(fā)第二多個光學導向模式。寬帶檢測器布置用于接收來自光學微諧振器的第二多個光學導向模式中的至少一個的光。本發(fā)明的另一個實施例涉及一種光學裝置，其包括窄帶光源，其能夠發(fā)射光；以及光學微諧振器，其支持沿第一方向傳播的第一多個光學導向模式和沿與第一方向不同的第二方向傳播的第二多個光學導向模式。由光源發(fā)射的光激發(fā)第一多個光學導向模式中的至少一個，而基本不激發(fā)第二多個光學導向模式。頻率選擇檢測器布置用于接收來自光學微諧振器的第二多個光學導向模式中的至少一個的光。


結(jié)合附圖對本發(fā)明的各種實施例所做的以下詳細描述將有利于更完整地理解和領(lǐng)會本發(fā)明，其中圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明原理的采用諧振模式散射的微諧振器系統(tǒng)的實施例；圖2和3示意性地示出穿過根據(jù)本發(fā)明原理的圖1所示類型集成微諧振器系統(tǒng)的實施例的剖視圖；圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明原理的采用諧振模式散射的微諧振器系統(tǒng)的另一個實施例；圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明原理的圖4所示類型的集成微諧振器系統(tǒng)的實施例的剖視圖；圖6-9示意性地示出根據(jù)本發(fā)明原理的采用諧振模式散射的微諧振器系統(tǒng)的另外的實施例；和圖10示意性地示出根據(jù)本發(fā)明原理的可調(diào)諧微諧振器的實施例。在說明書中，多個附圖中使用的相同附圖標記是指具有相同或類似特性和功能的相同或類似元件。
具體實施例方式本發(fā)明整體涉及光學裝置。本發(fā)明尤其適用于諸如采用微諧振器的光學傳感器之類的光學裝置。本發(fā)明描述了近期開發(fā)的采用微諧振器進行光學傳感的方法，其中散射中心朝向或遠離微諧振器的移動引起微諧振器系統(tǒng)中信號的顯著增強。這種信號的增強使得能夠使用比以前的微諧振器傳感系統(tǒng)更便宜的光源和檢測器。本發(fā)明的一些實施例允許在一個系統(tǒng)中一起使用寬帶光源和檢測器，或在其它實施例中，容許使用具有寬帶檢測器的窄帶可調(diào)光源。在其它實施例中，寬帶元件的各種組合與可調(diào)諧元件一起使用。使用寬帶元件的優(yōu)點是降低了整個系統(tǒng)的成本?，F(xiàn)在參照圖1的示意性俯視圖描述微諧振器-波導系統(tǒng)100的一個實施例。光學系統(tǒng)100包括光學微諧振器118、第一光波導104和可任選的第二光波導132。光波導104、 132光學耦合至微諧振器118。在一些實施例中，例如如圖2和3中示意性所示，微諧振器 118和波導104、132以單片形成，例如作為生長在下包層105上的元件，該下包層105布置在基板103上。
通過施加一個或多個邊界條件，諸如一個或多個周期性條件，微諧振器118允許的光學模式通常被量化為離散模式。在一些情況下，微諧振器118能夠支持至少兩種不同的導向光學模式，例如第一導向光學模式1 和第二導向光學模式164，其中導向光學模式 1 與導向光學模式164不同。在一些情況下，模式1 和164具有相同的波長。在一些情況下，模式1 和164具有不同的波長。本文所用術(shù)語“光學模式”是指在光學構(gòu)造中允許的電磁場；術(shù)語“輻射”或“輻射模式”是指在光學構(gòu)造中不受限制的光學模式；術(shù)語“導向模式”或“導向光學模式”是指由于存在相對高折射率區(qū)域而在光學構(gòu)造內(nèi)至少在一維上受限的光學模式；以及術(shù)語“諧振模式”指在受制于光學構(gòu)造中附加的邊界條件要求的導向模式，其中該附加要求本質(zhì)上可為周期性的。諧振模式通常為離散的導向模式。在一些情況下，諧振模式可以能夠耦合到輻射模式。一般來講，微諧振器118的導向模式可為諧振或非諧振模式。例如，光學模式1 和 164可為微諧振器118的諧振模式。在一些情況下，當保持恒定電場振幅分布時，第一導向光學模式1 和/或第二導向光學模式164能夠在微諧振器內(nèi)傳播。在這種情況下，即便由于例如吸收或輻射損耗使該模式逐漸損失能量，傳播模式的形狀或分布隨時間推移仍基本保持相同。在一些情況下， 第一導向光學模式128的傳播方向與第二導向光學模式164的傳播方向相反。參照圖1-3，第一主波導104接收來自光源102的光。接收來自光源102的光的波導104的端部為輸入端口 106。波導104的另一端部稱為通過端口 108。輸入端口檢測器110可位于輸入端口 106處。在一些實施例中，光學元件112與光源102、輸入檢測器110和輸入端口 106光學連通，從而將輸入光IM導向到輸入端口 106， 和/或?qū)⒊蜉斎攵丝?106行進的光從第一主波導104導向到輸入檢測器110。在某些實施例中，光學元件112可為分光器，諸如部分反射鏡或光環(huán)形器。輸入端口檢測器110經(jīng)由光學元件112與第一主波導104光學連通。微諧振器118能夠分別支持第一和第二諧振光學模式1 和164。微諧振器118 光學耦合至第一主波導104，可以是如圖1示意性所示的漸耦合，或可以是后面討論的直接耦合。在輸入端口 106處輸入的光能夠主要光學耦合至第一諧振模式128。將來自光源102 的光IM射入第一主波導104，并沿著第一主波導104向通過端口 108傳播。光124中的一部分在第一主波導104之外耦合至微諧振器118。通常，光耦合至微諧振器118的一個或多個諧振模式，諸如第一諧振光學模式128。微諧振器118可由至少部分包圍芯120的包層122構(gòu)成。在一些實施例中，例如如圖2和3中所示，包層122可覆蓋芯120的頂部及側(cè)面。在一些情況下，包層122可例如在不同位置包含不同的材料。例如，包層122的一些區(qū)域可包含水或空氣，而上包層的一些其他區(qū)域可包含諸如玻璃等其他材料。通常，包層122 由一種材料或多種材料形成，這些材料的折射率低于芯120的折射率，從而限制進入芯120 的光。在所示的實施例中，將第二主波導132設(shè)置成與微諧振器118光學連通。第一分光端口 136位于第二主波導132的一端，而第二分光端口 138位于第二主波導的另一端。第一分光端口 136主要能夠光學耦合至第一諧振光學模式128，而不是耦合至第二諧振光學模式164。第二分光端口 138主要能夠光學耦合至第二諧振光學模式164，而不是耦合至第一諧振光學模式128。在一些實施例中，第一諧振光學模式1 中的光圍繞微諧振器沿第一方向傳播，使得第一諧振光學模式1 之外的耦合到第二主波導132在的光主要朝向第一分光端口 136導向。同時，第二諧振光學模式164中的光圍繞微諧振器118沿相反方向傳播，使得第二諧振光學模式164之外的耦合到第二主波導132中的光148主要朝向第二分光端口 138導向。第二分光端口檢測器144可位于第二分光端口 138處。也可將另一檢測器(未示出)設(shè)置在第一分光端口 136處。可將微諧振器118設(shè)置為與波導104和132直接接觸或非常接近，從而使沿波導傳播的光的一部分漸耦合到微諧振器118中。另外，在微諧振器118內(nèi)傳播的光的一部分會漸耦合到波導104和132中。圖2示意性地示出沿第一主波導104的軸線穿過第一主波導104的實施例的剖視圖。圖3示意性地示出垂直于第一主波導104的軸線穿過微諧振器118和兩個主波導的剖視圖。第一和第二光波導104、132中的每一個可由布置在多個包層之間的芯形成。例如， 第一光波導104具有厚度為Ii2且布置在上包層122與下包層105之間的芯。類似地，第二光波導132可具有厚度為Ii3且布置在上包層122與下包層105之間的芯。在一些情況下， 包層122可包括空氣或水。在圖1-3的示例性光學裝置100中，微諧振器118、光波導104和132具有不同的厚度、、、和、。通常，hi、t!2和t!3的值可相同或者可不同。在一些應(yīng)用中，微諧振器118 與光波導104和132具有相同厚度。外部散射中心150對微諧振器系統(tǒng)100運行的影響是光學系統(tǒng)中令人關(guān)注的方面。但是，在描述散射中心150的影響之前，將描述沒有散射中心150的微諧振器系統(tǒng)100 的使用。在一種使用微諧振器進行傳感的常規(guī)方法中，微諧振器118的芯120的表面149 具有能夠與被分析物以特定化學方式結(jié)合的功能。被分析物結(jié)合至微諧振器118的表面使微諧振器118內(nèi)傳播的光受到的有效折射率有小變化，這將使諧振器光譜中波峰的波長位置偏移。在通過端口 108和第一分光端口 136處檢測的光中可觀察到這些偏移。因此，檢測到通過端口 108處透射光譜的凹陷和/或第一分光端口 136處的波峰的偏移可表明存在被分析物。存在其它使用微諧振器進行傳感的常規(guī)方法，在美國公開專利申請2006/0062508 中詳細說明了各種方法的一些實例，該申請以引用方式并入本文。由光源102發(fā)射的光IM通過第一主波導104傳播，微諧振器118與在第一主波導104之外的光IM的一部分耦合，使得外耦合的光在微諧振器118內(nèi)以微諧振器118的一個或多個諧振頻率下，例如以第一光學諧振模式1 傳播。微諧振器的諧振模式的一個實例為“回音壁模式”。在幾何光學中，回音壁模式(WGM)中的光線圍繞微諧振器從起點經(jīng)由若干全內(nèi)反射傳播，直到返回該起點。在這些WGM中，從起點開始的光的相位與圍繞微諧振器一次行程之后的光的相位相同，因此WGM為諧振模式。除WGM之外，許多其他諧振模式也可用于微諧振器。對不存在散射中心150的高質(zhì)量微諧振器118而言，第一諧振模式128中的光耦合至通過端口 108和分光端口 136，在那里檢測器可檢測到微諧振器中諧振頻率的光譜。 諧振模式1 弱耦合或基本不耦合到第二分光端口 138或輸入端口 106。通過端口輸出圖 151示出在通過端口 108處檢測到的光譜的實例，顯示了光強隨波長的變化。圖線152(實線)為不存在散射中心時可以檢測到的光譜的實例。圖線152示出光在大部分波長下沿著第一主波導104傳播至通過端口 108，多個光強極小值表示耦合至微諧振器118的那些波長。例如由于被分析物結(jié)合到微諧振器118的表面，因而使在微諧振器118內(nèi)傳播的光受到的有效折射率發(fā)生改變。有效折射率中的變化導致光強極小值的波長以幾皮米的數(shù)量級偏移。因此在常規(guī)的傳感系統(tǒng)的一個實施例中，可檢測到被分析物與微諧振器的表面149 的結(jié)合。類似地，在微諧振器118內(nèi)傳播的第一導向光學模式1 中的光以光146耦合至第二主波導132，且在第一分光端口 136處可檢測到。分光端口輸出圖160示出在第一分光端口 136處檢測到的光譜的實例，顯示了隨波長變化的光強。圖線162(實線)為不存在散射中心時可檢測到的光譜的實例。圖線162的波峰表示在微諧振器118的諧振模式之外耦合的光。當由于被分析物結(jié)合至波導的表面149而微諧振器118的有效折射率改變時，這些峰經(jīng)歷了幾皮米數(shù)量級的偏移。為了在第一分光端口 136或通過端口 108處檢測到幾皮米數(shù)量級的光譜偏移，可使用相當昂貴的可調(diào)諧的窄線寬激光源來掃描諧振器輸出光譜的相關(guān)光譜區(qū)域?；蛘撸赏瑫r使用寬帶光源和光譜分析器，這樣的組合通常價值不菲。此外，設(shè)計出具有相對窄線寬的諧振模式的微諧振器118，從而可檢測皮米量級的小的波峰偏移。當精度高時，微諧振器產(chǎn)生窄線寬，其中精度被定義為自由光譜范圍除以線寬。高精度的微諧振器也具有高品質(zhì)因數(shù)，該品質(zhì)因數(shù)被定義為工作波長除以線寬。窄線寬可例如通過使用弱耦合到主波導的低損耗諧振器實現(xiàn)。這些要求使得對微諧振器118的制造工藝要求更高，從而導致傳感系統(tǒng)更加昂貴。與上述示例性傳感方法相比，散射中心的使用導致在分光端口 136和通過端口 108處諧振波峰的光譜位置發(fā)生較大的變化，通常在納米數(shù)量級而非皮米數(shù)量級。此外，觀察到諧振器的寬帶傳輸特性的變化較大。這些傳輸特性可在第二分光端口 138和輸入端口 106處觀察到，并且有可能通過降低對來自光源102光的線寬和/或檢測器的波長分辨率的要求來簡化系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明一些實施例，在傳感事件過程中散射中心與微諧振器之間的光學耦合強度有所改變。這種情況的發(fā)生是由于例如散射中心光學耦合到微諧振器，或?qū)⑸⑸渲行膹呐c微諧振器的光學耦合移除。當散射中心光學耦合至微諧振器時，諧振器的一個或多個諧振模式的光場與散射中心重疊。散射中心150是使微諧振器118的諧振模式沿傳播方向受到的有效折射率具有一些空間非均勻性的元件。非均勻性的大小取決于若干因素，包括微諧振器芯120和包層122 的折射率，以及散射中心150的折射率。非均勻性的大小還取決于散射中心150與芯120 之間的空間間距當散射中心150靠近芯120時，非均勻性尺寸增大。當光學耦合至微諧振器118時，散射中心150能夠擾亂微諧振器118內(nèi)諧振模式的波函數(shù)，從而使能量從由輸入光源102激發(fā)的模式傳遞到不是由輸入光源102激發(fā)的模式，或傳遞到僅最低限度地由來自輸入光源102的光激發(fā)的模式。在本實施例中，第一諧振光學模式128由來自光源102的光激發(fā)，而第二光學諧振模式164基本保持不由來自光源 102的光激發(fā)。當散射中心充分緊密地靠近微諧振器118時，光從第一光學諧振模式1 散射為第二光學諧振模式164。在一些實施例中，散射中心150的存在增加了從第一模式至第二模式的能量傳遞，即使不存在散射中心時也會發(fā)生一些從第一模式至第二模式的一些能量傳遞。此外，在諸如圖1中所示的一些實施例中，由來自光源102的光直接激發(fā)的第一光學諧振模式128中的光圍繞微諧振器118沿第一方向傳播，而通過第一光學諧振模式1 的散射而激發(fā)的第二光學諧振模式164中的光圍繞微諧振器118沿與第一方向相反的第二方向傳播?？膳c本發(fā)明的傳感方法一起使用的散射中心的實例包括顆粒，例如納米顆粒。如本文所用，術(shù)語“納米顆?！敝妇哂凶畲蟪叽鐬榧s1000納米或少于1000納米的顆粒。在某些實施例中，散射中心至少為20納米、至多100納米，或者至少20納米且至多100納米。在其他實施例中，散射中心為至少10納米、至多150納米，或者至少10納米且至多150納米。 在本發(fā)明的一些實施例中，可用具有尺寸大于1000納米的顆粒作為散射中心。在本發(fā)明的一些實施例中，與在傳感事件過程中包圍散射中心的介質(zhì)相比較，該介質(zhì)可為水，散射中心具有高折射率差。在本發(fā)明的一個實施例中，散射中心具有高吸收值。例如，散射中心材料的復折射率的虛部為至少1。在一些情況下，例如就一些諸如金等金屬的情況而言，散射中心的折射率的實部小于1。在其他一些情況下，例如硅的情況，散射中心的折射率的實部大于2. 5。適于本發(fā)明所使用的散射中心的實例包括但不限于半導體顆粒和金屬顆粒，所述金屬顆粒包括金和鋁顆粒。在一些情況下，散射中心可以是半導體，例如Si、GaAs、InP, CdSe、或CdS。例如，散射中心可以是硅顆粒，該硅顆粒具有80納米的直徑，所關(guān)注的波長的折射率為3. 5(實部)。散射中心的另一個實例是金顆粒，其直徑為80納米，對1550nm 附近波長的折射率為0. 54+9. 58i。散射中心的另一個實例是鋁顆粒，其直徑為80納米，對 1550nm附近波長的折射率為1. 44+16. Oi。在其它實施例中，散射中心可以是電介質(zhì)顆粒，例如金屬氧化物、金屬氮化物或金屬氧氮化物，或者可由諸如聚合物、共混聚合物等有機材料構(gòu)成。該顆?？捎纱判圆牧闲纬伞Ｉ⑸渲行目梢杂蔁晒獠牧闲纬苫虿挥蔁晒獠牧闲纬?。在一些實施例中，散射中心可為芯殼顆粒，例如芯殼納米顆粒，其中第一材料的芯由第二材料的外殼包封。但是并不打算限制可以用于芯殼顆粒的材料，以上列出的任何材料可用于殼或芯兩者中的任何一個。例如， 芯殼顆?？砂ㄓ捎袡C外殼覆蓋的金屬芯。另外，芯材料可包含液體或氣體，諸如空氣。當散射中心150與微諧振器118光學連通時，通常為漸逝的光學連通，第一諧振光學模式1 的光被散射為至少第二導向光學模式164，該第二導向光學模式164與第一諧振光學模式1 不同。第二導向光學模式164中的光主要耦合至輸入端口 106和第二分光端口 138。曲線圖166示出第二分光端口 138處輸出的光的光譜。實線168為不存在無散射中心150時，或?qū)⑸⑸渲行?50完全從芯120移除而沒有散射發(fā)生時，即基本上沒有光或非常少的光傳播到第二分光端口 138時，輸出光的圖線。圖線169(虛線)示出散射中心150 與微諧振器118光學連通時，第二分光端口 138處輸出的光的光譜。圖線169中可觀察到明顯的波峰。散射中心150的存在使寬范圍的工作頻率的能量傳遞至第二分光端口 138。 因此，可以通過監(jiān)測第二分光端口 138處的輸出來檢測散射中心150是否附接至微諧振器 118?？舍槍μ囟úㄩL處的較大波峰和/或全部波長范圍的較大的光輸出來監(jiān)測該輸出。對于輸入端口 106出射的光也可觀測到類似的變化。圖170示出了由輸入端口檢測器110檢測的從輸入端口 106輸出的光的光譜。圖線172(實線)示出不存在散射中心150時的光輸出，該光輸出在所有波長范圍為0或接近于0，或者至少振幅很小。圖線 174(虛線)示出散射中心150與微諧振器118光學連通時光輸出的光譜。與圖線172相比，圖線174中可觀察到明顯的波峰。因此散射中心的存在會使寬范圍的工作波長傳遞的能量反射回輸入端口 106。因此，通過監(jiān)測輸入端口 106的光的輸出可以檢測散射中心150 是否附接至微諧振器118上?？舍槍μ囟úㄩL處的較大波峰和/或全部波長范圍的較大的光輸出來監(jiān)測該輸出。在輸入端口 106、第二分光端口 138或在輸入端口 106和第二分光端口 138兩處都可觀察到由于散射中心150引起的從第一諧振模式1 至第二諧振模式164的光學散射。 相應(yīng)地，各實施例僅在輸入端口 106處包括檢測器、僅在第二分光端口 138處包括檢測器， 或在輸入端口 106和第二分光端口 138兩處都包括檢測器。散射中心150與微諧振器118 之間光學耦合中的改變也可能會在通過端口 108和分光端口 136處觀察到的輸出中引起變化。在一些實施例中，折射率與環(huán)境包層材料的折射率不同的散射中心可引起納米數(shù)量級的明顯的諧振頻率偏移。例如，在許多生物傳感應(yīng)用中，環(huán)境包層材料是水。在一些情況下，包層的折射率與散射中心的折射率之間差異較大。每個折射率可為復折射率。圖1 中概念性地示出了所得的頻率偏移。在通過端口 108處，曲線圖151的實線152示出不存在散射中心的情況下在通過端口檢測器114處檢測到的光譜。圖線176(虛線)示出當散射中心與微諧振器光學耦合時檢測到的光譜，與圖線152相比，波峰發(fā)生了偏移。在示例性曲線圖151中，與例如散射中心的折射率的實部大于包層材料的折射率相對應(yīng)，圖線152和 176之間的偏移朝向更長的波長移動或為紅移。在分光端口 136可以看到類似的改變，其中圖線178(虛線)示出存在散射中心 150時檢測到的光譜，圖線162(實線)示出不存在散射中心150時檢測到的光譜。采用散射中心的微諧振器傳感系統(tǒng)在以下專利中有進一步的說明2006年12月1 日提交并且2008年6月5日公布的共同所有的美國專利申請No. 2008/0129997A1 ；2006年 12月1日提交并且2008年6月5日公布的美國專利申請No. 2008/0131049A1,以上兩個申請均以引用方式并入本文中。當將散射中心150從與微諧振器118光學鄰近的位置移除時，該移除引起了第一和第二導向光學模式1 和164之間光學散射的變化。檢測器110或144可檢測導向光學模式1 與164之間傳遞的能量的變化，并且通過這樣做能夠檢測散射中心150的移除。散射中心150與微諧振器118之間的光學耦合強度的變化可引起第一與第二導向光學模式1 與164之間的光學散射的變化?？梢酝ㄟ^多種方式實現(xiàn)散射中心150與微諧振器118之間的光學耦合強度的變化。例如，散射中心150與微諧振器118之間的間距“d” 的變化可改變散射中心與微諧振器之間的光學耦合強度。又如，散射中心150的折射率\ 的變化可以改變散射中心和微諧振器之間的光學耦合的強度。通常，任何可以導致散射中心150與微諧振器118之間的光學耦合強度變化的機制都可以引起導向模式1 與164之間的光學散射的變化?？蓪⒐鈱W系統(tǒng)100用作能夠感測例如被分析物的傳感器，。例如，微諧振器118能夠與被分析物結(jié)合。這種結(jié)合能力可以通過例如對微諧振器118的外表面進行適當處理來實現(xiàn)。在一些情況下，被分析物與散射中心150相連。這種相連可以通過例如將被分析物附接至散射中心150來實現(xiàn)。當被分析物與微諧振器的外表面結(jié)合時，可以使散射中心150 與微諧振器118光學鄰近。因此，散射中心150引起第一和第二導向光學模式1 和164 之間的光學散射。光學檢測器110和144可通過檢測導向光學模式1 與164之間傳遞的能量的變化來檢測被分析物的存在。被分析物例如可包括蛋白質(zhì)、病毒或DNA。在一些情況下，被分析物可包含待檢測的抗原。待檢測的抗原的第一抗體可與散射中心150相連?？乖牡诙贵w可與微諧振器118相連?？乖沟谝豢贵w與第二抗體之間易于結(jié)合。因此，使散射中心150與微諧振器118光學鄰近，且散射中心150引起微諧振器118內(nèi)的光學散射的變化，該變化可光學檢測到。在一些情況下，第一抗體可能與第二抗體相同。這種示例性傳感方法可以在諸如食品安全、食品加工、醫(yī)學測試、環(huán)境測試和工業(yè)衛(wèi)生之類的多種應(yīng)用中使用。可使用已知制造技術(shù)制造微諧振器118與光波導104和132。示例性的制造技術(shù)包括光刻法、干/濕刻蝕、印刷、鑄造、擠出和壓花。光學裝置100中的不同層可使用已知的方法形成，例如濺射、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、其他氣相沉積法、火焰水解、鑄造或適于應(yīng)用的任何其他沉積法?；?03可以是剛性或柔性的。基板103可以是不透光的或者是透光的。該基底 103可以是聚合物、金屬、半導體或任何類型的玻璃。例如，基板103可以是硅。又如，基板 103可以是浮法玻璃，或者基板103可由諸如聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚砜等有機材料制成。圖4和5分別示出了集成光學微諧振器系統(tǒng)400的實施例的示意性俯視圖和側(cè)視圖。在此實施例中，光學系統(tǒng)400包括光學微諧振器410、第一光波導420和第二光波導 430，該三者均布置在下包層465上，該下包層465布置在基板461上。一般來講，微諧振器410可以是沿特定方向的單模式或多模式。例如，微諧振器 410可以是沿微諧振器的厚度方向(如ζ軸)的單模式或多模式。在一些情況下，例如在球形或圓盤形微諧振器的情況下，微諧振器可以是沿徑向的單模式或多模式。在一些情況下， 例如在圓盤形微諧振器的情況下，微諧振器410的導向光學模式450和452可以是微諧振器的方位角模式。在某些實施例中，微諧振器410包括布置在下包層465與上包層414之間的芯或腔體412。芯412具有平均厚度hp通常，對于與微諧振器410的模式相連的電場，場的漸逝尾部位于微諧振器的包層區(qū)，并且電場的峰值或最大值位于微諧振器的芯區(qū)。例如，如圖 5示意性所示，微諧振器410的導向模式451在上包層414中具有漸逝尾部451A，在下包層 465中具有漸逝尾部451B，在芯412中具有峰451C。導向光學模式451例如可以是微諧振器的模式450或452。在示例性的光學系統(tǒng)400中，芯412布置在兩個包層414與465之間。通常，微諧振器410可具有一個或多個上包層及一個或多個下包層。在一些情況下，光學裝置400中可以不存在下包層465。在這種情況下，基板461可充當微諧振器410的下包層，換句話說， 基板的折射率比微諧振器410的芯412的折射率小。在一些其他情況下，微諧振器410不包括上包層414。在這種情況下，環(huán)境介質(zhì)，諸如環(huán)境空氣或水可以形成微諧振器的上包層。
芯412具有折射率IV包層414具有折射率nu。，包層465具有折射率nlc;。通常，對于至少一個關(guān)注的波長，且沿著至少一個方向，nm大于nu。和nlc;。在一些應(yīng)用中，在關(guān)注的波長范圍內(nèi)，nm大于nu。和nle。例如，對于在從約400nm至約1200nm的范圍內(nèi)的波長，nm可大于nu。和nle。又如，對于在從約700nm至約1500nm的范圍內(nèi)的波長，nm可大于nu。和nlc。微諧振器芯412具有輸入端口 415A和輸出端口 415B，其中輸出端口 415B與輸入端口 415A是不同的端口。例如，在示例性的光學裝置400中，輸入端口 415A和輸出端口 415B位于芯412的外表面416周圍的不同位置處。第一和第二光波導420和430中的每一個可以具有布置在多個包層之間的芯。在示出的實施例中，第一光波導420具有厚度為Ii2的芯422，該芯422布置在上包層414與下包層465之間。類似地，第二光波導430具有厚度為Ii3的芯432，該芯432布置在上包層 414與下包層465之間。芯422具有折射率nwl，通常，其大于nu。和nlc;。類似地，芯432具有折射率nw2，通常，其大于nu。和nle。在一些情況下，芯412、422和432可以由具有相同或不同折射率的不同的芯材料制成。在一些其他情況下，芯412、422和432可以形成一體構(gòu)造，意味著芯形成單一單元， 相連的芯之間沒有物理界面。在一體構(gòu)造中，芯可由相同的芯材料制成。一體構(gòu)造可以使用各種公知的方法(例如蝕刻、澆鑄、模鑄、壓印以及擠壓)來制造。芯422具有輸入422A和輸出422B。輸入422A與光源440光學連通。輸出422B 與芯412的輸入端口 415A物理接觸。在一些情況下，諸如在一體構(gòu)造中，輸出422B可與輸入端口 415A是同一個。在一些情況下，輸出422B與輸入端口 415A之間有明顯的重疊。在一些情況下，輸出422B和輸入端口 415A種的一個完全覆蓋另一個。例如，在一些情況下， 輸出422B大于且完全覆蓋微諧振器410的輸入端口 415A。芯432具有輸入面432A和輸出面432B。輸出面432B與光學檢測器460光學連通。輸入面432A與微諧振器410的芯412的輸出端口 415B物理接觸。光源440能夠發(fā)射光束442，光束442中的至少一部分通過輸入面422A進入第一光波導420。在一些情況下，從光源440進入光波導420的光可以波導的導向模式沿波導傳播。例如，第一光波導420和輸入端口 415A相對于彼此和/或微諧振器設(shè)置成使得在第一光波導420中沿正y方向朝向輸入端口 415A行進的光能夠主要與微諧振器的第一導向光學模式450耦合，而不與微諧振器的第二導向光學模式452耦合。例如，沿光波導420傳播且到達輸出面422B的光能夠主要激發(fā)第一導向光學模式450，而非第二導向光學模式452。 在一些情況下，在光波導420中傳播的光與導向光學模式452之間可能存在一些光學耦合。 這樣的耦合可能是設(shè)計的，或者由于例如輸入端口 415A處的光學散射造成的。又如，這樣的耦合可能是由于制備或制造缺陷而造成的光學散射。在光波導420中傳播的光與導向光學模式452之間存在一些光學耦合的情況下，傳播的光主要耦合至光學模式450。例如，第二光波導430和輸出端口 415B相對于彼此和微諧振器410設(shè)置成使得在第二光波導430中沿正y方向遠離輸出端口 415B行進的光能夠主要與微諧振器的第二導向光學模式452耦合，而不與微諧振器的第一導向光學模式450耦合。例如，在輸出端口 415B處或其附近的導向模式452能夠在第二光波導中激發(fā)沿正y方向朝向輸出面432B傳播的導向模式433。相反，導向光學模式450不能激發(fā)導向模式433或激發(fā)導向模式433的能力很弱。在一些情況下，由于例如在輸出端口 415B處的光學散射，導向光學模式450和導向模式433之間可能存在一些光學耦合。但是任何這樣的耦合相對于導向模式452與433之間的光學耦合是次要的。光波導420和430可以是能夠支持諸如導向模式等光學模式的任何類型的波導。 光波導420和430可以是一維波導，諸如平面波導，其中一維波導指將光限制為沿一個方向。在一些應(yīng)用中，光波導420和430可以是二維波導，其中二維波導指將光限制為沿兩個方向。示例性的光波導包括波導管、帶狀負載波導、肋型或脊型波導以及離子交換波導。諸如在圖4和5中所示的波導直接耦合至微諧振器的微諧振器系統(tǒng)的一個優(yōu)點是，消除了至少一個光學波導與微諧振器之間的耦合間隙。在現(xiàn)有的微諧振器系統(tǒng)中，通常在光波導與微諧振器之間存在間隙。在這種情況下，光在波導與微諧振器之間漸耦合。除了其他因素以外，這種耦合對耦合間隙的尺寸非常敏感。在制造條件下，由于例如制造誤差， 通常難以控制間隙尺寸再現(xiàn)。即使在可以足夠精確地控制間隙的制造方法中，這樣的控制可顯著地增加制造成本。在通過使光波導的芯與光學微諧振器的芯之間形成直接物理接觸來消除耦合間隙的那些實施例中，可降低制造成本，并且可提高再現(xiàn)性。圖6是單個主波導環(huán)形微諧振器系統(tǒng)600的示意圖，其中光源602在輸入端口 606 處與單個波導604光學連通。輸入端口檢測器610位于輸入端口 606處。諸如分光器或光循環(huán)器等光學元件612與輸入端口 606、光源602和輸入端口檢測器610光學連通。環(huán)形微諧振器618與波導604光學連通。來自光源602的光6 射入第一主波導 604中，且朝向通過端口 608傳播。微諧振器618與光擬4的在第一主波導604之外的一部分漸耦合，外耦合光以微諧振器618的一個或多個諧振頻率，諸如第一諧振光學模式6 在微諧振器618內(nèi)傳播。在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的傳感事件中，散射中心650與微諧振器618之間的光學耦合強度有所改變。當散射中心650與微諧振器618光學連通時，第一導向光學模式6 中的光可以被散射成至少第二導向光學模式，例如模式664，該第二導向光學模式664不同于第一導向光學模式628。第二導向光學模式664中的光主要耦合至輸入端口 606，并且以光擬6射出輸入端口。散射中心650的存在導致寬范圍工作頻率范圍上，相對大的傳遞能量反射回輸入端口 606。因此，在輸入端口 606處通過檢測器610監(jiān)測光626，可以探知散射中心650的耦合變化。在替代實施例中，可由圓盤諧振器代替環(huán)形諧振器618。圖7示出包括能夠分別支持至少第一和第二導向光學模式750和752的微諧振器 710的另一微諧振器系統(tǒng)700的示意性俯視圖，其中第二導向光學模式752與第一導向光學模式750不同。系統(tǒng)700還包括耦合到微諧振器710的單個光波導720。微諧振器710具有芯712，光波導720具有芯722。為了簡明并且不喪失一般性，在圖7中沒有明確顯示或標示微諧振器和光波導的某些部分，例如一個或多個包層。波導芯722具有與光源740光學連通的輸入722A。波導芯722的另一端終止在微諧振器芯712的端口 715A處。光波導720和端口 715A相對于彼此和微諧振器芯712布置成使得在光波導720內(nèi)沿著正y方向傳播的光，諸如光701能夠主要耦合到微諧振器710 的第一導向光學模式750，而不是耦合到微諧振器710的第二導向光學模式752。而且，光波導720和端口 715A布置成使得來自微諧振器710的在光波導720內(nèi)沿負y方向傳播的光，諸如光702能夠主要來自與微諧振器710的第二導向模式752的耦合，而不是來自與微諧振器710的第一導向光學模式750的耦合。
光源740能夠發(fā)射光742。光742的至少一部分通過波導的輸入722A進入光波導 720，且以光701沿與y軸基本平行的方向傳播。在一些情況下，光701可以是光波導720 的導向模式。在端口 715A處，光701的至少一部分光學耦合進微諧振器710的第一導向光學模式750。在一些情況下，光701可弱耦合至第二導向光學模式752，但是任何這樣的耦合通常都較弱，并且相對于到第一導向光學模式750的光學耦合來講是次要的。當散射中心770與微諧振器710光學鄰近時，散射中心770引起第一導向光學模式750與第二導向光學模式752之間的光學散射，從而導致光學能量從第一導向光學模式 750傳遞至第二導向光學模式752。如果在由散射中心770散射之前在微諧振器710中激發(fā)第二導向光學模式752，則散射中心770的引入會導致存在于第二導向光學模式752中的光量增加。第二導向光學模式752中的光的一部分光學耦合至光波導720，且以光702在波導720內(nèi)部朝向輸入722A傳播。光學元件730將光702的至少一部分作為檢測光703朝向檢測器760重新導向。檢測器760檢測導向光學模式750與752之間的能量傳遞，通過這樣做能夠檢測散射中心770的存在。光學元件730在透射輸入光742的至少一部分的同時，例如通過反射，將光702的至少一部分沿χ軸重新導向為光703。光學元件730可以是分束器，或者在其他實施例中， 可以是光循環(huán)器。圖8示出雙主波導軌道微諧振器系統(tǒng)800的實施例的示意圖，其中光源802在輸入端口 806處與第一波導804光學連通。輸入端口檢測器810設(shè)置在輸入端口 806處。通過端口 808可存在于第一波導804的另一端處。光學元件812，諸如分光器或光循環(huán)器與輸入端口 806、光源802和輸入端口檢測器810光學連通。來自光源802的光擬4射入第一主波導804，且朝向通過端口 808傳播。軌道微諧振器818包括兩個彎曲部分819和兩個直線部分820。微諧振器818與光824的在第一主波導804外部的一部分漸耦合，該外耦合光在微諧振器818內(nèi)以微諧振器818的一個或多個諧振頻率，諸如第一諧振光學模式8 傳播。在一些情況下，軌道818是單橫向模式軌道，意味著軌道支持沿與微諧振器818內(nèi)傳播的光的方向垂直的方向的單一模式。在一些其他情況下，微諧振器818可支持多光學橫向模式。第二主波導832可設(shè)置成與微諧振器818光學連通。第一分光端口 836位于第二主波導832的一端處，而第二分光端口 838位于第二主波導832的另一端處。第一分光端口 836主要能夠與第一導向光學模式擬8光學耦合。第二分光端口 838能夠弱耦合到或不能耦合到第一導向光學模式828。第二分光端口檢測器844位于第二分光端口 838處。第二分光端口能夠耦合到第二導向光學模式864。在輸入端口 806處、在第二分光端口 838處或在輸入端口 806和第二分光端口 838 兩處可觀察到，由于存在散射中心850而在微諧振器818內(nèi)引起從第一導向光學模式828 至第二導向光學模式864的光學散射。相應(yīng)地，各個實施例包括與輸入端口 806光學連通的檢測器、與第二分光端口 838光學連通的檢測器或同時包括分別與輸入端口 806以及第二分光端口 838光學連通的第一和第二檢測器。在美國專利申請2008/0129997A1和2008/0131049A1中，圖示并描述了微諧振器波導系統(tǒng)的另外的實施例，這些實施例構(gòu)造用于引起從第一諧振導向光學模式到至少第二導向光學模式的光學散射。光波導在圖1-8所示的示例性光學裝置中線性延伸。通常，耦合到微諧振器的光波導可具有應(yīng)用中可能需要的任何形狀。例如，在圖9示中意性所示的光學裝置900中，光波導920和930具有彎曲部，諸如彎曲部901和902。波導930的芯932與微諧振器910的芯912在附接位置915處相交。芯932與912之間的角為β 3，β 3定義為直線940與直線 942之間的角，直線940在位置915處與芯932相切，直線942在相同位置處與芯912相切。在一些情況下，波導彎曲部的曲率足夠小，以至于這樣的曲率不會造成輻射損耗， 或者造成很小的輻射損耗。在一些情況下，耦合到微諧振器的光波導可以是非線性波導、分段線性波導或具有線性部分和非線性部分的波導。在一些情況下，第一和第二導向光學模式中的至少一個可以是微諧振器的行波導向模式。例如，第一和第二導向光學模式可以是微諧振器的“回音壁模式”(WGM)。WGM通常是被限制為靠近微諧振器空腔的周邊表面的行波模式，并且具有相對低的輻射損耗。由于 WGM被限制在微諧振器的芯的外表面附近，因而它們非常適合與微諧振器表面上或附近的被分析物光學耦合。行波導向光學模式可以圍繞微諧振器以相反方向傳播。例如，在圓盤或球形微諧振器中，通常第一導向光學模式可以沿逆時針方向傳播，而第二導向光學模式通常可以沿順時針方向傳播。在這樣的情況下，第一和第二導向光學模式是反向傳播的光學模式。在一些情況下，第一和第二導向光學模式中的至少一個可以是微諧振器的駐波模式。駐波模式可通過例如疊加具有適當相位關(guān)系的兩個行波模式形成。在一些情況下，兩個行波模式中的一個可以是另一個行波模式的反射?？蓪⒃S多不同類型的光源應(yīng)用于本文公開的微諧振器系統(tǒng)中。雖然本發(fā)明不是僅限于半導體光源，但諸如半導體二極管激光器和發(fā)光二極管(LED)等半導體光源非常適合與微諧振器系統(tǒng)的其余部分結(jié)合，并且提供從光源至主波導的適當?shù)鸟詈闲?。更廣泛地， 也可以使用諸如燈等分布式光源，但可能會遭遇到主波導的低耦合效率?？梢允褂玫牧硪环N光源類型是光纖光源，其中產(chǎn)生光的物類復合到光纖本身中。例如，當光抽運時，光纖放大器可在一端提供光。這種光可以是放大自發(fā)輻射(ASE)形式。當由光源發(fā)射的光的輸出光譜的寬度寬于微諧振器的自由光譜范圍時，該光源被稱為“寬帶”光源。如果輸出光譜的寬度小于微諧振器的自由光譜范圍，則認為光源是“窄帶”光源。將輸出光譜的寬度視為半高寬值(FWHM)的寬度。在激光的輸出是多模輸出的情況下，輸出光譜的寬度是包圍不同輸出模式的包絡(luò)線的寬度。如果包絡(luò)線的寬度寬于微諧振器的自由光譜范圍，那么認為該激光為寬帶光源。在一些實施例中，LED或二極管激光器可與光纖連接器結(jié)合，并且將來自光纖連接器的輸出導向到輸入主波導。半導體二極管激光器可以以單縱向模式發(fā)射光，或者可以產(chǎn)生多縱向模式輸出。由于激光二極管通常是比LED更亮的光源，因此激光對于相對于檢測器處的噪聲低信號的情況下是有利的。亮度常以瓦特每球面度為單位進行測量。此外，可以調(diào)諧半導體激光器，不論其輸出是單模還是多模，從而使激光器的輸出光譜可掃略過一定的波長范圍。半導體激光器可有利地進行調(diào)諧，以使一個或多個輸出模式的頻率能夠與微諧振器的一個或多個模式的頻率相匹配。可以以多種方式調(diào)諧二極管激光器。例如，激光器的工作溫度中的變化導致輸出光的頻率中的變化?？赏ㄟ^例如對激光器加熱，或通過改變激光器的冷卻程度，例如，可以是通過熱電制冷器或一些其它有源冷卻系統(tǒng)冷卻激光器的情況，從而改變工作溫度。在其他實施例中，可通過使用在激光器芯片外部或集成為激光器芯片一部分的調(diào)諧元件來改變二極管激光器的輸出頻率。這種調(diào)諧激光二極管的方法是已知的。在其他實施例中，尤其是采用激光器作為光源的情況，可以調(diào)諧微諧振器的諧振頻率來代替調(diào)諧光源，或可以調(diào)諧微諧振器的諧振頻率，同時可調(diào)諧光源。微諧振器的諧振頻率值特別依賴微諧振器的有效折射率和微諧振器的物理尺寸這些因素中的至少一個的變化可以導致微諧振器的諧振頻率中的變化。相應(yīng)地，微諧振器可包括用于調(diào)諧其諧振頻率的調(diào)諧元件。微諧振器調(diào)諧元件可采用任何適當形式來改變微諧振器的諧振頻率。例如，在圖 10中示意性示出的示例性實施例中，微諧振器系統(tǒng)1000包括位于基板1008上的微諧振器 1002和兩個主波導1004、1006。包層1010壓覆在微諧振器1002和波導1004、1006上。調(diào)諧元件1012靠近微諧振器1002設(shè)置，用于調(diào)諧微諧振器頻率。調(diào)諧元件1012可以采用諸如電阻器等加熱元件的形式，該加熱元件加熱微諧振器1002。在其他實施例中，調(diào)諧元件 1012可以是向微諧振器1002施加壓力的元件，諸如壓電元件，或可以是能夠用來向微諧振器兩端施加電壓的電極，從而通過改變其載流密度來改變微諧振器的折射率。在其他實施例中，調(diào)諧元件1012可以是冷卻元件，例如熱電制冷器。檢測器可以是能夠檢測來自微諧振器的光的任何適當類型的檢測器，并且檢測器可包括固態(tài)光電檢測器或非固態(tài)光電檢測器。固態(tài)光電檢測器的一些實例包括光電二極管、光電晶體管、雪崩光電二極管、光電導體和電荷耦合器件(CCDs)。非固態(tài)光電檢測器的實例包括光電倍增器和光子計數(shù)器。光電檢測器可包括單個檢測元件，或可包括檢測元件陣列，例如光電二極管陣列或CCD陣列。通常，光電檢測器是吸收光子并響應(yīng)于吸收的光子而產(chǎn)生輸出信號的裝置。在許多情況下，光電檢測器是例如光電二極管和光電晶體管等基于半導體的光電檢測器，所述光電檢測器可在相對較寬的波長范圍上檢測光。在一些實施例中，檢測器也可包括可用來提供波長選擇性的波長選擇元件，例如色散元件或濾光元件。這種元件的實例包括棱鏡和光柵、多層濾光器、法布里-珀羅濾光器、光纖光柵、集成光學光柵等。通常，色散元件，諸如棱鏡或光柵根據(jù)其波長在空間中散布光。然后可使用單個光電檢測器元件檢測色散的光?？衫缤ㄟ^旋轉(zhuǎn)光柵或移動光電檢測器元件改變導向到單光電檢測器元件的光的波長。在這樣的情況下，檢測的波長可掃略過一定范圍的波長。在其他實施例中，可使用光電檢測器元件陣列同時檢測處于不同波長的光。這種布置方式的一個實例可能使用作為色散元件的光柵以及光電檢測器元件陣列來同時檢測在不同色散波長范圍上的光。濾光元件，諸如多層濾光器或法布里-珀羅濾波器通常在任何時刻都允許檢測窄帶的選定頻率。在一些實施例中，諸如可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器等，可改變通過波長。因此，光電檢測器或光電檢測器陣列可檢測掃略過一定波長范圍的一個或多個通過波長。與使用單個光電檢測器檢測選定波長信號還是使用光電檢測器陣列檢測選定波長信號無關(guān)，如果檢測器使用波長選擇元件，則認為該檢測器具有波長選擇性。波長選擇檢測器可以是調(diào)諧的，即，檢測器能夠在任何時刻改變待檢測的波長的范圍。在進入微諧振器的光激發(fā)的第一組諧振微諧振器模式中的一個或多個模式的情況下，由散射中心散射的光激發(fā)第二組諧振模式中的一個或多個模式，該第二組諧振模式通常在微諧振器內(nèi)以與第一組模式相反的方向傳播。檢測器可檢測來自第二組諧振模式中的一個或多個模式的光。在一些實施例中，檢測器檢測來自第二組模式中的至少五個模式的光，并且可以檢測來自第二組模式中的至少十個模式的光?？梢砸远喾N不同的方式操作微諧振器系統(tǒng)，所述不同的方式與以下不同的組合有關(guān)i)光源是窄帶或?qū)拵Ч庠春?或是可調(diào)諧的或具有固定波長，ii)微諧振器是可調(diào)諧的或不可調(diào)諧的，以及iii)檢測器是寬帶的或波長選擇的和/或可調(diào)諧的。例如，可用寬帶光源產(chǎn)生耦合到微諧振器的光，并且使用寬帶檢測器檢測從微諧振器接收的光。在這種情況下，使用寬帶檢測器在由光源發(fā)射的波長光譜的全部范圍上或很大一部分上檢測光。可將這種操作稱為波長平均化。在這種情況下，微諧振器可以是可調(diào)諧的微諧振器或可以是不可調(diào)諧的微諧振器。在操作的另一示例性模式中，微諧振器系統(tǒng)可采用窄帶光源和寬帶檢測器。在一些實施例中，窄帶光源可以是可調(diào)諧的，在這樣的情況下，光源可在一定的波長調(diào)諧范圍上進行調(diào)諧。在其他實施例中，微諧振器可以調(diào)諧，而窄帶光源的波長是固定的。當光源產(chǎn)生的波長與微諧振器的諧振相對應(yīng)時，一部分光耦合到微諧振器中，這可能產(chǎn)生可檢測的信號。當光源產(chǎn)生的光不與微諧振器的諧振相對應(yīng)時，那么幾乎沒有或沒有光耦合到微諧振器，結(jié)果幾乎檢測不到信號或檢測不到信號。使用這種系統(tǒng)的一種方法是記錄一個時期內(nèi)檢測器接收到的光的功率水平，使得每個時刻記錄的功率能夠與可調(diào)諧光源的每個波長或微諧振器的諧振波長的功率相關(guān)聯(lián)。在光源或微諧振器的一個波長掃描期間，通過將所記錄的功率水平積分或求和，可得到所得輸出的平均波長。通常采用計算機或微處理器以數(shù)字形式執(zhí)行該波長平均化。在波長掃描和波長平均化期間記錄功率的步驟可在設(shè)定的掃描間隔，例如可以是每幾秒重復進行。積分或求和的平均波長的功率中隨時間的變化可表明散射中心的存在。應(yīng)當注意的是，在一些實施例中，光源和微諧振器兩者可以都是可調(diào)諧的。一種操作根據(jù)本發(fā)明一個實施例的系統(tǒng)的方法是將來自寬帶光源的光耦合到微諧振器中的第一組光學導向模式的至少一個中，該第一組光學導向模式在微諧振器內(nèi)沿第一方向傳播；在第一波長范圍上調(diào)諧來自可調(diào)諧光源的光；提供在微諧振器外部的散射中心；通過與散射中心相互作用，將第一組光學導向模式中的至少一個中的光的至少一部分耦合到第二組光學導向模式中的至少一個中，該第二組光學導向模式基本上不由來自可調(diào)諧光源的光激發(fā)；以及在調(diào)諧來自可調(diào)諧光源的光時，使用寬帶的、波長平均化的光電檢測器檢測來自第二組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分。操作根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的另一種方法是將來自窄帶光源的光耦合到微諧振器中第一組光學導向模式的至少一個中，該第一組光學導向模式在微諧振器內(nèi)沿第一方向傳播；提供在微諧振器外部的散射中心；通過與散射中心相互作用，將第一組光學導向模式中的至少一個中的光的至少一部分耦合到第二組光學導向模式中的至少一個中，該第二組光學導向模式基本上不由來自可調(diào)諧光源的光激發(fā)；以及在調(diào)諧波長選擇檢測器時， 使用波長選擇檢測器檢測來自第二組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分。如本文所用，諸如“豎直”、“水平”、“上方”、“下方”、“左側(cè)”、“右側(cè)”、“上部”和“下部”等術(shù)語以及其他類似術(shù)語是指圖中所示的相對位置。通常，物理實施例可具有不同的取向，在這種情況下，所述術(shù)語意在指修改到裝置的實際取向的相對位置。
盡管上面詳細描述了本發(fā)明的具體實例以有利于說明本發(fā)明的各個方面，但是應(yīng)該理解的是，并不意圖將本發(fā)明限于這些實例的具體描述。相反，本發(fā)明的目的在于涵蓋所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式和替代形式。
權(quán)利要求
1.一種光學裝置，包括光源，所述光源能夠發(fā)射寬帶光；光學微諧振器，所述光學微諧振器支持沿第一方向傳播的至少第一光學導向模式和沿與所述第一方向不同的第二方向傳播的至少第二光學導向模式，至少所述第一光學導向模式由所發(fā)射的寬帶光激發(fā)，所述第二光學導向模式不由所發(fā)射的寬帶光激發(fā)；和寬帶光電檢測器，所述寬帶光電檢測器布置用于接收并且波長平均化來自所述光學微諧振器的至少第二光學導向模式的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學裝置，還包括輸入主波導，與所述光源光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器；和輸出主波導，與所述寬帶光電檢測器光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學裝置，還包括散射中心，所述散射中心將所述至少第一光學導向模式的光的至少一部分散射為所述至少第二多個光學導向模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學裝置，其中，所述散射中心包括納米顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學裝置，其中，所述光源包括發(fā)光二極管(LED)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學裝置，其中，所述寬帶光電檢測器包括半導體光電檢測ο
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學裝置，其中，所述光學微諧振器、所述輸入主波導和所述輸出主波導以單件形式形成在基板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學裝置，還包括主波導，耦合至所述光學微諧振器，并且耦合至所述光源和寬帶光電檢測器，其中來自所述光源的光經(jīng)由所述主波導進入所述微諧振器，并且來自所述微諧振器的至少第二光學導向模式的光經(jīng)由所述主波導到達所述寬帶光電檢測器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學裝置，其中，所述主波導在第一端處耦合至所述光學微諧振器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學裝置，其中，所述光源將光耦合至所述主波導的第二端，所述寬帶光電檢測器耦合來自所述主波導的第二端的光。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學裝置，還包括光學分離元件，布置在從所述光源至所述主波導的第二端的光路上以及從所述主波導的第二端至所述寬帶光電檢測器的光路上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學裝置，其中，所述光學分離元件包括分光器和循環(huán)器中的至少一者。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學裝置，還包括調(diào)諧元件，所述調(diào)諧元件耦合以調(diào)諧所述微諧振器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學裝置，其中，所述光源包括激光器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學裝置，其中，所述光源包括半導體二極管激光器。
16.一種操作光學傳感系統(tǒng)的方法，包括將來自光源的寬帶光耦合到微諧振器中的第一組光學導向模式中的至少一個，所述第一組光學導向模式在所述微諧振器內(nèi)沿第一方向傳播；將所述第一組光學導向模式的所述至少一個中的光的至少一部分耦合到第二組光學導向模式中的至少一個，所述第二組光學導向模式在所述微諧振器中沿不同于所述第一方向的第二方向傳播；和使用寬帶的、波長平均化光電檢測器檢測來自所述第二組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，耦合來自所述光源的寬帶光包括將所述寬帶光經(jīng)由第一主波導耦合至所述微諧振器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，檢測所述光的至少一部分包括將來自所述微諧振器的光經(jīng)由第二主波導耦合至所述光電檢測器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，檢測所述光的至少一部分包括將來自所述微諧振器的光經(jīng)由所述第一主波導耦合至所述光電檢測器。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括靠近所述微諧振器引入散射中心，并且監(jiān)測由所述引入導致的檢測光的變化。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，引入所述散射中心包括將所述散射中心附著至第一分子，所述第一分子吸附到設(shè)置在所述微諧振器的表面上的第二分子。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括調(diào)諧所述微諧振器的諧振頻率。
23.一種光學裝置，包括寬帶光源，能夠發(fā)射寬帶光；光學微諧振器，支持沿第一方向傳播的第一多個光學導向模式和沿與所述第一方向不同的第二方向傳播的第二多個光學導向模式，來自所述寬帶光源的寬帶光激發(fā)所述第一多個光學導向模式中的至少一個，而基本不激發(fā)所述第二多個光學導向模式；和可調(diào)諧檢測器，布置用于接收來自所述光學微諧振器的第二多個光學導向模式中的至少一個的光。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學裝置，還包括輸入主波導，與所述可調(diào)諧光源光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器；和輸出主波導，與所述可調(diào)諧檢測器光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的光學裝置，其中，所述光學微諧振器、所述輸入主波導和所述輸出主波導以單件形式形成在基板上。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學裝置，還包括散射中心，所述散射中心將所述第一光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分散射為所述第二多個光學導向模式中的至少一個。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的光學裝置，其中，所述散射中心包括納米顆粒。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學裝置，其中，所述可調(diào)諧檢測器包括與波長選擇濾光器耦合的寬帶光電檢測器。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的光學裝置，其中，所述寬帶光電檢測器包括半導體光電檢測器。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學裝置，還包括主波導，所述主波導i)在第一端處耦合至所述光學微諧振器，并且ii)耦合至所述光源和所述可調(diào)諧光電檢測器，其中來自所述光源的光經(jīng)由所述主波導進入所述微諧振器， 并且來自所述微諧振器的光經(jīng)由所述主波導到達所述可調(diào)諧光電檢測器。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光學裝置，其中，所述光源將光耦合至所述主波導的第二端，并且所述可調(diào)諧光電檢測器耦合來自所述主波導的第二端的光。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學裝置，還包括光學分離元件，布置在從所述光源至所述主波導的第二端的光路上以及從所述主波導的第二端至所述寬帶光電檢測器的光路上。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的光學裝置，其中，所述光學分離元件包括分光器和循環(huán)器中的至少一者。
34.根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學裝置，其中，所述微諧振器包括調(diào)諧元件，所述調(diào)諧元件耦合以調(diào)諧所述第一光學導向模式的諧振頻率。
35.一種操作光學傳感系統(tǒng)的方法，包括將來自寬帶光源的光耦合到微諧振器中的第一組光學導向模式中的至少一個，所述第一組光學導向模式在所述微諧振器內(nèi)沿第一方向傳播；將所述第一組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分耦合到第二組光學導向模式中的至少一個，所述第二組光學導向模式在所述微諧振器中沿與所述第一方向相反的第二方向傳播；在可調(diào)諧檢測器處接收來自所述第二組光學導向模式中的至少一個的光；和檢測所接收到的光的選定波長部分。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括調(diào)諧所接收到的光的所述選定波長部分。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，耦合來自所述光源的光包括將所述光經(jīng)由第一主波導耦合至所述微諧振器。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，檢測所述光的至少一部分包括將來自所述微諧振器的光經(jīng)由第二主波導耦合至所述光電檢測器。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，檢測所述光的至少一部分包括將來自所述微諧振器的光經(jīng)由所述第一主波導耦合至所述光電檢測器。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括靠近所述微諧振器引入散射中心，并且監(jiān)測由所述引入導致的檢測光的變化。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，引入所述散射中心包括將所述散射中心附著到第一分子，所述第一分子吸附到設(shè)置在所述微諧振器的表面上的第二分子。
42.一種光學裝置，包括窄帶光源，能夠發(fā)射窄帶光；光學微諧振器，所述光學微諧振器支持沿第一方向傳播的第一多個光學導向模式和沿與所述第一方向不同的第二方向傳播的第二多個光學導向模式，來自所述窄帶光源的窄帶光激發(fā)所述第一多個光學導向模式中的至少一個，而基本不激發(fā)所述第二多個光學導向模式，所述光學微諧振器包括芯和調(diào)諧元件，所述調(diào)諧元件耦合以調(diào)諧所述微諧振器的諧振模式頻率；和寬帶檢測器，在所述微諧振器進行調(diào)諧時，所述寬帶檢測器接收來自所述光學微諧振器的第二多個光學導向模式中的至少一個的光。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光學裝置，還包括輸入主波導，與所述窄帶光源光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器；和輸出主波導，與所述寬帶檢測器光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的光學裝置，其中，所述光學微諧振器、所述輸入主波導和所述輸出主波導以單件形式形成在基板上。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光學裝置，還包括散射中心，所述散射中心將所述第一多個光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分散射為所述第二多個光學導向模式中的至少一個。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的光學裝置，其中，所述散射中心包括納米顆粒。
47.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光學裝置，其中，所述窄帶光源包括激光器。
48.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光學裝置，其中，所述寬帶檢測器包括半導體光電檢測器。
49.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光學裝置，還包括主波導，所述主波導i)在第一端處耦合至所述光學微諧振器，以及ii)耦合至所述光源和所述寬帶檢測器，其中來自所述光源的光經(jīng)由所述主波導進入所述微諧振器，并且來自所述微諧振器的光經(jīng)由所述主波導到達所述寬帶檢測器。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的光學裝置，其中，所述光源將光耦合至所述主波導的第二端，并且所述寬帶檢測器耦合來自所述主波導的第二端的光。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的光學裝置，還包括光學分離元件，所述光學分離元件布置在從所述光源至所述主波導的第二端的光路上以及從所述主波導的第二端至所述寬帶檢測器的光路上。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的光學裝置，其中，所述光學分離元件包括分光器和循環(huán)器中的至少一者。
53.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光學裝置，其中，所述窄帶光源是可調(diào)諧窄帶光源。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的光學裝置，其中，所述窄帶光源包括半導體二極管激光器。
55.一種操作光學傳感系統(tǒng)的方法，包括將來自光源的光耦合到微諧振器中的第一組光學導向模式中的至少一個，所述第一組光學導向模式在所述微諧振器內(nèi)沿第一方向傳播；在第一頻率范圍上調(diào)諧所述微諧振器的第一組光學導向模式；將所述第一組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分耦合到第二組光學導向模式中的至少一個，所述第二組光學導向模式在所述微諧振器中沿與所述第一方向相反的第二方向傳播；和當在所述第一頻率范圍上調(diào)諧所述第一組光學導向模式時，使用寬帶的、波長平均化的光電檢測器檢測來自所述第二組光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，耦合來自所述光源的光包括將所述光經(jīng)由第一主波導耦合至所述微諧振器。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中，檢測所述光的至少一部分包括將來自所述微諧振器的光經(jīng)由第二主波導耦合至所述光電檢測器。
58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中，檢測所述光的至少一部分包括將來自所述微諧振器的光經(jīng)由所述第一主波導耦合至所述光電檢測器。
59.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，還包括靠近所述微諧振器引入散射中心，并且監(jiān)測由所述引入導致的檢測光的變化。
60.一種光學裝置，包括可調(diào)諧光源，能夠發(fā)射光；光學微諧振器，支持沿第一方向傳播的第一多個光學導向模式和沿與所述第一方向不同的第二方向傳播的第二多個光學導向模式，由所述可調(diào)諧光源發(fā)射的光激發(fā)所述第一多個光學導向模式中的至少一個，而基本不激發(fā)所述第二多個光學導向模式；和寬帶檢測器，布置用于接收來自所述光學微諧振器的所述第二多個光學導向模式中的至少一個的光。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的光學裝置，其中，所述可調(diào)諧光源是窄帶可調(diào)諧光源，能夠發(fā)射帶寬小于所述光學微諧振器的自由光譜范圍的光。
62.根據(jù)權(quán)利要求60所述的光學裝置，其中，所述可調(diào)諧光源是可調(diào)諧的寬帶可調(diào)諧光源，所述寬帶可調(diào)諧光源的帶寬大于所述光學微諧振器的自由光譜范圍。
63.根據(jù)權(quán)利要求60所述的光學裝置，其中，所述微諧振器包括調(diào)諧元件，所述調(diào)諧元件適于調(diào)諧所述微諧振器的諧振頻率。
64.根據(jù)權(quán)利要求60所述的光學裝置，還包括輸入主波導，與所述光源光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器；和輸出主波導，與所述寬帶檢測器光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的光學裝置，其中，所述光學微諧振器、所述輸入主波導和所述輸出主波導以單件形式形成在基板上。
66.根據(jù)權(quán)利要求60所述的光學裝置，還包括散射中心，所述散射中心將所述第一多個光學導向模式中的至少一個的光的至少一部分散射為所述第二多個光學導向模式中的至少一個。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的光學裝置，其中，所述散射中心包括納米顆粒。
68.根據(jù)權(quán)利要求60所述的光學裝置，其中，所述可調(diào)諧光源包括激光器。
69.根據(jù)權(quán)利要求60所述的光學裝置，其中，所述寬帶檢測器包括半導體光電檢測器。
70.根據(jù)權(quán)利要求60所述的光學裝置，還包括主波導，具有第一端和第二端，所述主波導i)在所述第一端處耦合至所述光學微諧振器，以及ii)在所述第二端處耦合至所述可調(diào)諧光源和所述寬帶檢測器，其中來自所述光源的光經(jīng)由所述主波導進入所述微諧振器，并且來自所述微諧振器的光經(jīng)由所述主波導到達所述寬帶檢測器。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的光學裝置，還包括光學分離元件，所述光學分離元件布置在從所述光源至所述主波導的第二端的光路上以及從所述主波導的第二端至所述寬帶光電檢測器的光路上。
72.根據(jù)權(quán)利要求72所述的光學裝置，其中，所述光學分離元件包括分光器和循環(huán)器中的至少一者。
73.一種光學裝置，包括窄帶光源，所述窄帶光源能夠發(fā)射光；光學微諧振器，所述光學微諧振器支持沿第一方向傳播的第一多個光學導向模式和沿與所述第一方向不同的第二方向傳播的第二多個光學導向模式，由所述光源發(fā)射的光激發(fā)所述第一多個光學導向模式中的至少一個，而基本不激發(fā)所述第二多個光學導向模式；和頻率選擇檢測器，布置用于接收來自所述光學微諧振器的第二多個光學導向模式中的至少一個的光。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的光學裝置，其中，所述窄帶光源包括激光器。
75.根據(jù)權(quán)利要求73所述的光學裝置，其中，所述微諧振器包括調(diào)諧元件，所述調(diào)諧元件適于調(diào)諧所述微諧振器的諧振頻率。
76.根據(jù)權(quán)利要求73所述的光學裝置，還包括輸入主波導，與所述光源光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器；和輸出主波導，與所述檢測器光學連通，并且光學耦合至所述光學微諧振器。
77.根據(jù)權(quán)利要求76所述的光學裝置，其中，所述光學微諧振器、所述輸入主波導和所述輸出主波導以一體形式形成在基板上。
78.根據(jù)權(quán)利要求73所述的光學裝置，還包括主波導，具有第一和第二端，所述主波導i)在所述第一端處耦合至所述光學微諧振器，以及ii)在所述第二端處耦合至所述光源和所述檢測器，其中來自所述光源的光經(jīng)由所述主波導進入所述微諧振器，并且來自所述微諧振器的光經(jīng)由所述主波導到達所述檢測器。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的光學裝置，還包括光學分離元件，所述光學分離元件布置在從所述光源至所述主波導的第二端的光路上以及從所述主波導的第二端至所述檢測器的光路上。
80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的光學裝置，其中，所述光學分離元件包括分光器和循環(huán)器中的至少一者。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學裝置，包括光源(102)；光學微諧振器(118)，其支持沿第一方向傳播的至少第一光學導向模式(128)和沿與所述第一方向不同的第二方向傳播的至少第二光學導向模式(164)；以及檢測器(110，114)。至少所述第一光學導向模式由發(fā)射的寬帶光激發(fā)，而所述第二光學導向模式不由發(fā)射的寬帶光激發(fā)。在一些實施例中，所述檢測器接收并且波長平均化來自所述光學微諧振器的至少第二光學導向模式的光。在一些實施例中，所述光源、所述微諧振器和所述檢測器中的至少一者是可調(diào)諧的。
文檔編號G01N21/77GK102326108SQ200980157423
公開日2012年1月18日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者巴里·J·科赫, 張俊穎, 易亞沙, 特里·L·史密斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司