[发明专利]具有有效折射率梯度的电磁波谐振器

说明书

技术领域

本发明涉及电磁波谐振器领域，特别涉及用于光通信的谐振器领域。

背景技术

谐振器是许多现在和未来集成光子部件的基本构件，集成光子部件例如是开关、激光器、滤波器和传感器。例如，图1示出通过在典型的现有技术环形谐振器中模拟波传播而获得的结果，其特征是内(内部)半径r_i，外(外部)半径r_o和平均半径r_m。

这种谐振器的首要问题来源于它们产生的小倏逝场(evanescent field)，这使得不能满意地电磁耦合至周围材料。用于环的高折射率材料对于急弯(tight bend)和由此的致密集成(dense integration)是必要的。然而，随后，光被强有力地限制在环中。仅小部分光是倏逝的，并允许耦合至覆层/周围中的材料(例如，电光聚合物、增益材料或传感器应用下的待检测材料/颗粒)。此外，峰值强度局限于高折射率材料，并且不适用于耦合至周围材料。这还使得光学俘获纳米颗粒、生物实体(例如，细胞)十分困难(高功率、低效率)。在图1中，典型的平面电场|E_xy|被叠加到环形谐振器结构。使用的灰度级使得未清楚地呈现场的符号相反的值，这将在随后进一步讨论。

现有技术解决方案如下：

-对于具有非常高的品质因子(Q-factor)(即，十分低的损耗)的环形谐振器，据本发明人所深知，没有实际的解决方案是已知的；

-对于具有中等品质因子(通常Q＜10000)的环形谐振器，可以使用开槽环(slotted ring)。然而，开槽环在技术上具有挑战性(即，复杂和昂贵的制造)，并且不适于许多材料、它们的组合、纳米颗粒或与微流体传感器系统的组合(小于100nm的窄槽难以制造和填充)。图2A-B示出开槽环形谐振器的示例(图2A：具有垂直于结构中间平面的竖直狭槽的谐振器，图2B：具有水平狭槽的谐振器。在两种情况下，活性材料位于环材料的中央)。

另一问题是耦合强度精密地取决于环和邻近波导之间的距离(例如，纳米级)。也就是，由于加工误差，即波导和/或间隙的宽度变化，难以可靠地获得临界耦合。

下列文献提供关于本领域背景技术的详细内容：

-“Subwavelength grating periodic structures in silicon-on-insulator：a new type of microphotonic waveguide”，Bock et a1.，Optics Express18，20251(2010)；

-“Interface Device for Performing Mode Transformation in Optical Waveguides”，Cheben et al.，US2008/0193079A1；

-“Subwavelength waveguide grating for mode conversion and light coupling in integrated Optics”，Cheben et al.，Optics Express14，4695(2006)；

-“Refractive index engineering with subwavelength gratings for efficient microphotonic couplers and planar waveguide multiplexers”，Cheben et al.，Optics Letters35，2526(2010)；

-“Gradient-index antireflective subwavelength structures for planar waveguide facets”，Schmid et al.，Optics Letters32，1794(2007)；以及

-Z.Yu and S.Fan，“Complete optical isolation created by indirect interband photonic transitions”.Nature photonics3，91-94，(2009)。

发明内容

在一方面，本发明体现为一种电磁波谐振器，包括主体，其中，所述主体：

-具有实质上在一平面中延伸的结构；