專利名稱：光開關(guān)和光路由器以及光濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請公開了一種或多種發(fā)明。通常，這些發(fā)明涉及光開關(guān)，尤其是，其中一種發(fā)明涉及在光纖之間光切換一特定頻道的光的方法、裝置和系統(tǒng)。其它的發(fā)明通常涉及光濾波器的“開/關(guān)”切換，這些光濾波器分別專用于一個信號波段或多個頻道波段內(nèi)的一個波長或一個頻道的信號。
背景技術(shù)：
介質(zhì)微球在本領(lǐng)域是公知的。已經(jīng)顯示，利用對于一特定波長，或?qū)τ谝唤M是共振頻率的特定波長，該介質(zhì)微球在“回音壁”(whisperinggallery mode)(WGM)下的共振，適當(dāng)部分的微球能形成從一根光纖至另一根光纖的波長特定的連接。WGM可用于切換從一根光纖至另一光纖的光傳輸。取決于該微球的放置以及光纖的性質(zhì)，可獲得相當(dāng)高的耦合效率和光傳遞。這已在Opt.lett25，No.4，260(2000)上Ming，Cai和Kerry，Vahala所作的“使用對稱雙耦合裝置在Whispering Gallery Mode下的高效光功率傳輸(Highly Efficient Optical Power Transfer toWhispering Gallery Modes by Use of a Symmetrical Dual CouplingConfiguration)”公開了。
波分復(fù)用(WDM)是一種技術(shù)通過同時傳輸在單一波段內(nèi)的多個離散波長的光，即被稱為“頻道”來增強單模光纖的信號容量。由一通常在幾百GHZ量級的預(yù)定間隔將每個頻道中的波長分開。與WDM相比，密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)的特點在于包含多個頻道的各波長之間的較小間隔，從而允許更多的頻道在相同光纖內(nèi)的相同波段內(nèi)。
從一根光纖到另一根光纖的路由速度受到光切換產(chǎn)生的速率限制。以往，將光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電數(shù)據(jù)的開關(guān)已成為該系統(tǒng)得以發(fā)展的“瓶頸”。熟悉光交換的人將會記起，人們一直對達(dá)到直接的光-光交換目的以消除過去光電轉(zhuǎn)換所帶來的這個瓶頸有非常大的興趣。已經(jīng)研制了各種各樣的裝置以期達(dá)到這個目的。
許多光—光開關(guān)和光路由器的共同點在于，它們要么為全功能性的以切換一個頻道內(nèi)的所有信號，要么不具有任何功能，不切換一個頻道內(nèi)的所有信號。然而，當(dāng)應(yīng)用于小的或本地網(wǎng)絡(luò)，尤其是那些在較大或較小可控環(huán)境中的具有容易控制的光源(激光器)的網(wǎng)絡(luò)，光路由器必須能夠從各種各樣的光源接收信號并進行無縫多路傳輸，盡管信號的質(zhì)量有差別。光開關(guān)缺乏監(jiān)視、均衡和/或整飾(groom)納秒或甚至皮秒(其為光傳輸?shù)摹皩崟r”)的頻道的能力。這會在一個波段內(nèi)產(chǎn)生混亂，導(dǎo)致從一個頻道到另一頻道的不均衡的光傳輸(信號)，這可能引起噪聲、丟失部分信號或者頻道斷開。
因此，申請人一直確信需要一種光開關(guān)和路由器用于對光傳輸實時(是納秒級或皮秒級)工作。申請人還一直確信需要一種能進行實時光切換的光路由器，其能相對于一個光波段內(nèi)的其它頻道來監(jiān)視、整飾和/或均衡一個頻道。
此外，關(guān)于電介質(zhì)的通常領(lǐng)域，Grier和Dufresne在美國專利第6055106號中已經(jīng)描述，在一個或多個光陷阱中可包含小的電介質(zhì)粒子。如上所述，光捕獲是公知的，并可容納和操縱在亞微米至幾百微米的范圍內(nèi)的小粒子。
取決于WGM微球的放置、光纖的本性以及光纖的直徑或錐度，對于共振頻率可獲得高效率的光傳遞。參見Ming，Cai和Kerry Vahala在Opt.LETT25，No.4，260(2000)上的“使用對稱雙耦合裝置在whispering-gallery-mode下的高效光功率傳輸(Highly efficient opticalpower tansferto whispering-gallery modes by use of a symmetrical dualcoupling configuration)”；J.C.Knight，G.Cheung，F(xiàn).Jacques，和T.A.Berks，在Opt.LETT.22，No.15，1129(1997)的“光纖錐的WGM(whispering-gallery-mode)共振的相位—匹配激勵(Phase-matchedexcitation of whispering-gallery-mode resonances by a fiber taper)”。尤其應(yīng)當(dāng)注意圖2，以及R.W.Shaw，W.B.Whitten，M.D.Barnes，以及J.M.Ramsey，在 Opt.LETT.23，No.16，1301(1998)上的“在玻璃微球的whispering-gallery-mode下，光脈沖傳播的時域觀察(Time-domainobservation of optical pulse propagation in whispering-gallery modes of glassspheres)”。
在確定二氧化硅微球的Q值時，、將Q值減小至由材料損耗Q-1mat所確定的極限值以下的物理因子為Q-1cont、Q-1rad以及Q-1ss的損耗，其中，Q-1cont為由表面污染帶來的損耗，Q-1rad為由微球的直徑的較小帶來的損耗，Q-1ss為由表面瑕疵引起的散射所帶來的損耗。對損耗的測量表明，如果微球正在共振的光的波長除微球的直徑的所得值大于等于15，則Q-1rad＞1011。此外，對那些直徑大于100微米的微球來說，Q-1ss＜＜1×10-10。參見“光微球共振器的極限Q(Ultimate Q of optical microsphere resonators)”，M.L.Gorodetsky，A.A.Savchenkov，以及V.S.Ilchenko Opt.LETT.21.No.7，453-455。
Knight已經(jīng)描述，耦合到光纖的微球可在錐形部分達(dá)到高的耦合效率，其中剝?nèi)ス饫w的整個區(qū)域的聚合物涂層(包層)，該光纖在錐形的腰部區(qū)域被拉長。耦合到信號的漸漸消失的尾端，沿著圍繞錐形部分的光纖區(qū)域延伸出來進入自由空間。Knight報道在錐形腰部區(qū)域微球共振器的耦合效率，其Q的測量值高達(dá)5*107。
一種使光纖逐漸變細(xì)的方法是加熱光纖并在它們各自的熔融溫度之上涂敷包層，使得光纖將拉伸，并施加一個拉伸力。見Hmelar公開的US專利第5,729,643號。
如上所述，關(guān)于WDM，在各頻道的波長由一通常為幾百GHz量級的預(yù)定間隔分開，傳輸速率達(dá)到大約10Gb/s。DWDM系統(tǒng)的特點在于，各頻道之間具有量級為50至12.5GHz的較近間隔。與WDM相比，該較近間隔允許更多的頻道在相同波導(dǎo)的相同波段內(nèi)，例如，與產(chǎn)生800Gb/s的光纖容量的10Gb/s的80個頻道相比，10Gb/s的320個DWDM頻道產(chǎn)生-3200Gb/s的光纖容量。
除了WDM和DWDM之外，光纖網(wǎng)絡(luò)可增加時分復(fù)用(TDM)的光纖容量。通過將較少的頻道和較快的傳輸速率結(jié)合，TDM能獲得3200Gb/s的光纖容量。例如，40Gb/s的80個頻道產(chǎn)生3200Gb/s的光纖容量，并通過減小位周期來保持較大的頻道間隔。然而，位周期從10Gb/s減至40Gb/s，將減少窗口從100皮秒減至僅剩余25皮秒，其中通過所述窗口以測量波形。參見Daniel C.McCarthy在2001年第9期的PhotonicsSpectra的“較快對較密網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至另一十字路口(Faster vs.DenserNetworks Reach Another Crossroads)”。因此，在WDM、DWDM或TDM光纖網(wǎng)絡(luò)中，皮秒切換為“光實時”。
因此，需要具有如下能力的光濾波器，其能以“光實時”從一光傳輸波段內(nèi)的一組波長的光信號中選擇并轉(zhuǎn)換至少一個特定波長的光信號；而且其能從在一光傳輸波段的頻道內(nèi)可發(fā)現(xiàn)的所有不同波長的光信號中，“光實時”地濾出特定波長的光信號。

發(fā)明內(nèi)容
本申請公開了一個或多個發(fā)明。
一個發(fā)明提供了新的、改進的方法、系統(tǒng)和裝置以通過經(jīng)兩根光纖之間的WGM(whispering gallery mode)共振耦合介質(zhì)微球，來快速(在納秒、甚至皮秒的范圍內(nèi))切換兩根光纖之間的信號。通過控制許多光開關(guān)，能有選擇的切換來自一個光波段內(nèi)的特定頻道的選定信號。以下所提到的所有微球均指介質(zhì)微球。
在本發(fā)明所示的所有實施例中，光路由器由一系列光開關(guān)形成。這些光開關(guān)之間的共同點在于，具有一個接近一對光纖的裸露或薄包覆區(qū)域的微球。為切換光纖之間一個特定頻道(光波長)的信號，由電磁場產(chǎn)生的衰逝波與一光波段內(nèi)傳輸?shù)男盘栂嚓P(guān)。一特定頻道經(jīng)特定波長的微球的WGM與微球相耦合，并在該微球兩側(cè)發(fā)生共振，以將信號切換至另一光纖。
在光路由器的一個實施例中，形成光開關(guān)的每一微球具有穩(wěn)態(tài)折射率“n”，并對光(頻道)的特定波長，在WGM中共振。
通過控制微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”來完成切換。微球定位在光纖之間，并在薄包層或包層剝除區(qū)域具有大體上類似的折射率，適用的光纖包括Cai和Vahala確認(rèn)的那些錐形光纖。放置在每一微球兩側(cè)的一對電極，可用以向微球施加電壓。當(dāng)在電極對兩端施加足夠的電壓時，通過微球基底上電壓的極化效應(yīng)改變微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”。即，該極化改變基底的介電常數(shù)，而基底的介電常數(shù)反過來改變微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”。當(dāng)微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”大體上與光纖的折射率相近時，上述電壓將會使得微球穩(wěn)態(tài)折射率“n”變得與光纖的折射率非常不同，從而趨向于避免WGM共振。
為切換光路由器內(nèi)的一個特定光開關(guān)，僅需要暫時(幾納秒至幾皮秒量級)中斷所選電極對兩端的電壓，使得信號能在微球兩側(cè)發(fā)生共振，然后從一根光纖傳輸至另一光纖。因此，可獲得能用于WDM、DWDM以及波分解復(fù)用中的光路由器。
相反，通過選擇穩(wěn)態(tài)折射率“n”與光纖的折射率不同的微球，以及通過向所選電極對施加足夠的電壓以將微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”改變至大體上與光纖的折射率相近，可獲得微球的WGM共振。
對微球來說，電壓的調(diào)整也可提供一可控折射率“n±x”，其中x接近零時，信號的傳輸效率接近微球的最大耦合效率，該最大耦合效率用于頻道均衡、整飾以及功率平衡等應(yīng)用。
在光路由器的另一個實施例中，提供多個特定波長的微球，每一微球具有一光激活材料，例如一種染料，集成在它們的基底內(nèi)。為形成一光路由器，在非常接近兩根光纖的每一根的裸露或薄包覆區(qū)域的地方，安置一系列的光開關(guān)，每一光開關(guān)包含一被選擇對特定頻道在WGM中共振的已知微球該微球。
每一光開關(guān)通過足夠強的光束對微球的可控照射而工作。該照射激活該光激活材料，并且根據(jù)對光激活材料和微球基底的選擇，該照射要么改變光激活材料的介電常數(shù)，從而影響該微球的平均介電常數(shù)，要么影響光激活材料和基底的介電常數(shù)，從而改變微球的介電常數(shù)。在任一種情況下，介電常數(shù)的改變將會改變微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”。
如果微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”與光纖的折射率大體相近，那么上述照射可用于改變穩(wěn)態(tài)折射率“n”以變得與光纖的折射率不同，以中斷WGM共振。這種微球的一種實際應(yīng)用將是保持一適當(dāng)?shù)膹姽馐ㄏ蛟谠撐⑶?，直到需要切換與該微球相應(yīng)的頻道。該強光束的暫時中斷將會導(dǎo)致切換。另一方面，如果該微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”與該光纖的折射率明顯不同，一個短暫的照射脈沖可用于改變微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”以變得與光纖的折射率大體上相近，從而通過激發(fā)WGM共振來切換頻道。
在這兩種情況下，通過脈沖調(diào)制該強光束，在納秒至皮秒范圍內(nèi)“開/關(guān)”，切換能在納秒或皮秒內(nèi)發(fā)生。在納秒和皮秒的范圍內(nèi)工作的的一個脈沖機制是將強光束通過Mach-Zender干涉儀。
而且，調(diào)整該強光束的強度，對微球來說，在兩種情況下，可提供可控折射率“n±x”，其中，當(dāng)x接近零時，信號傳輸效率接近微球可獲得的最大耦合效率，這可用于頻道均衡、整飾和功率平衡等應(yīng)用。
在光路由器另一個實施例中，包括一特定光開關(guān)的每一微球具有一總是與光纖折射率相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)折射率“n”。當(dāng)所選微球物理地包含在一光陷阱中并朝著兩根光纖的裸露或薄包覆區(qū)域運動時，發(fā)生光交換。當(dāng)接近光纖到某一距離時，與選定頻道的信號相關(guān)的衰逝波將在選定微球表面共振，并將信號從一根光纖切換到另一光纖。當(dāng)切換完成時，光陷阱消失，微球停止與光纖耦合。
調(diào)整微球與光纖裸露或薄包覆區(qū)域的接近程度，可向微球提供一可控折射率“n±x”，當(dāng)x接近零時，信號傳輸效率接近微球可獲得的最大耦合效率，這可用于頻道均衡、整飾和功率平衡等應(yīng)用。
在每一實施例中，所選波長的光信號從一根光纖至另一根光纖的切換和/或路由由與微球相關(guān)的衰逝波的傳輸決定，對所選波長的信號，該微球在WGM中工作。微球的“開”或“關(guān)”是通過物理移動或者通過改變微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”。
還有，本申請公開的其它發(fā)明還涉及“光實時”地從一光傳輸波段的不同頻道內(nèi)的一組光信號中濾出至少一特定波長的光信號的方法、裝置和系統(tǒng)。
在其中一個發(fā)明中，光濾波器使用一WGM共振結(jié)構(gòu)以濾出一特定波長的光信號或一組特定波長的光信號，并使用WGM控制，或?qū)Α伴_/關(guān)”切換光濾波器起重要作用的信號損耗。如果用WGM控制用來“開/關(guān)”切換該光濾波器，則通過將WGM共振結(jié)構(gòu)混入其周圍介質(zhì)來進行，而不需光電轉(zhuǎn)換。此外，單個小的WGM共振結(jié)構(gòu)用于在WGM中共振，其中，對于WGM，僅有共振信號“RS”在正被過濾的光傳輸波段中。
在另一發(fā)明中，通過將WGM共振結(jié)構(gòu)放置在既與輸入波導(dǎo)接近又與輸出波導(dǎo)接近的位置來形成該光濾波器，該共振結(jié)構(gòu)能從輸入波導(dǎo)接收輸入光信號傳輸，從輸出波導(dǎo)接收濾出的光信號傳輸。通過在WGM共振結(jié)構(gòu)中的可控信號吸收來切換“開/關(guān)”光濾波器。
在還一發(fā)明中，通過連接兩個或更多子濾波器來形成光濾波器，其中每個子濾波器包含一共振結(jié)構(gòu)。該光濾波器放置在與輸入波導(dǎo)接近的位置，其能從該輸入波導(dǎo)接收輸入光信號傳輸。該濾波器能向輸出波導(dǎo)提供一由特定波長光信號傳輸組成的輸出信號。本發(fā)明的光濾波器可一直處于“開”狀態(tài)，或在“開”、“關(guān)”狀態(tài)之間進行切換。
特別地，該第一子濾波器結(jié)構(gòu)為“看門人(gate keeper)”，而第二子濾波器為“隔離者(isolator)”。該“隔離者”和“看門人”均包含對一組特定波長的光在WGM中進行共振的共振結(jié)構(gòu)，該特定波長的光即為已知的共振信號“RS”(參見圖27所示的表)。光濾波器是由僅在一光傳輸波段內(nèi)僅具有單個RS產(chǎn)生的，這是“看門人”和“隔離者”的共同點。
本文所涉及的所有共振結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)理解為包括這樣的結(jié)構(gòu)，即該結(jié)構(gòu)由一介電材料構(gòu)成，該介電材料包括所有具有非零介電常數(shù)而且是非導(dǎo)體的材料。優(yōu)選地，所選介電材料為非磁性材料。在某些實施例中，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)，該兩個或更多共振結(jié)構(gòu)中的一個可為一共振腔。為簡化起見，但并不作為一種限制，在詳細(xì)說明中將微球描述且顯示為共振結(jié)構(gòu)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，除了可預(yù)想到那些所描述的之外，可預(yù)想到采用任何合適的共振結(jié)構(gòu)，也可預(yù)想到采用由任何合適的材料所構(gòu)成的不同的且變化的結(jié)構(gòu)的組合，而且組合的結(jié)構(gòu)的數(shù)目可以與本文所描述的不同。
所有下文將要涉及的波導(dǎo)應(yīng)當(dāng)理解為任何適合于在縱向傳輸光信號的結(jié)構(gòu)，在傳輸期間其被提供光信號的有限損耗。波導(dǎo)應(yīng)當(dāng)被理解為任何適合于縱向傳播光信號的結(jié)構(gòu)。正如本文所用的波導(dǎo)為一種能提供與傳輸光波相應(yīng)的衰逝波的結(jié)構(gòu)。
對一組特定RS來說，一特定尺寸的共振結(jié)構(gòu)將在WGM在共振，該組特定的RS與共振結(jié)構(gòu)的有效尺寸“de”相對應(yīng)。有效尺寸為光在共振結(jié)構(gòu)中往返一次所經(jīng)過的實際距離乘以共振結(jié)構(gòu)的折射率“nrs”的函數(shù)，其中，往返一次所經(jīng)過的實際距離用“d”表示。d和de之間的這種關(guān)系用第一公式描述公式1de＝nrs·d (1)對介質(zhì)微球共振結(jié)構(gòu)來說，由特定尺寸的介質(zhì)微球構(gòu)成的共振結(jié)構(gòu)(如“看門人”或“隔離者”)將對RS在WGM中共振，每一RS的波長可由光在微球中傳播的有效距離除以一個非零整數(shù)“q”來得到，如第二公式所示公式2de/RS＝q和de/q＝RS (2)因此，可計算一組為RS的光的波長(λ0，λ1，λ2，...λn)。進一步，隨著共振結(jié)構(gòu)固定直徑的減小，RS的數(shù)量也減小(見圖27的表)。減少RS的代價是為了增加由Q-1rad引起的信號損耗。然而，通過用合適的介質(zhì)圍繞該共振結(jié)構(gòu)，可減小由Q-1rad引起的信號損耗。該適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)應(yīng)當(dāng)具有折射率“nmedium”，該折射率完全不同于nrs，以在共振結(jié)構(gòu)和介質(zhì)之間的界面上建立全內(nèi)反射的條件。
因此，在識別可能需要進行光切換(至一輸出波導(dǎo))的光通信波段內(nèi)(在輸入波導(dǎo)中)的信號之后，可選擇能切換該識別信號的合適的WGM共振結(jié)構(gòu)來構(gòu)建光纖。一組“n”個這樣的光濾波器可被組合，以用于將光傳輸波段的不同頻道中不同波長的光信號從一單個波導(dǎo)多路復(fù)用(MUX)或解多路復(fù)用(DEMUX)至一個或更多個其它的波導(dǎo)，或反之亦然，從而實現(xiàn)光交接波導(dǎo)。而且，一組“n”個這樣的光濾波器可被組合，以用于將一組“n”個信號從一輸入波導(dǎo)解多路復(fù)用至一個或更多“m”個輸出波導(dǎo)。此外，一組“n”個這樣的濾波器可用于將“m”個輸出波導(dǎo)中的信號多路復(fù)用至一單個輸出波導(dǎo)中。
在一個發(fā)明中，光濾波器可一直處于開狀態(tài)，或可在開或關(guān)狀態(tài)之間進行切換。“開/關(guān)”切換可通過兩個WGM控制中的一個或通過可控信號損耗來實現(xiàn)。通過改變共振結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)εrs的虛部“iε2”可實現(xiàn)控制的信號損耗(如下所述)。
在一個發(fā)明中，通過WGM控制來切換光濾波器的開/關(guān)狀態(tài)。所述的WGM控制被應(yīng)用到優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明中的幾種配置中。通常WGM控制的方法可用于介質(zhì)共振結(jié)構(gòu)。因此，將WGM控制應(yīng)用到其它的介質(zhì)共振結(jié)構(gòu)中，其中所述的其它的介質(zhì)共振結(jié)構(gòu)對光傳輸或光通信波段中的信號支持WGM共振，也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
在一直處于開狀態(tài)或在開/關(guān)狀態(tài)之間進行切換這兩種情況下的任一種情況下，所選的共振結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有最小的Q值(品質(zhì)因數(shù))，該Q值足以足以分辨在提供被濾波的信號的光傳輸或光通信波段中的間隔開的分立的頻道。
例如，在TDM、WDM和DWDM中，通常提及的頻道間隔結(jié)構(gòu)可大至幾百GHz或小至12.5GHz。對100GHz間隔來說，為保持頻道分立所需的最小Q值大約為2,000。對50GHz間隔來說，最小Q值大約為4,000，對12.5GHz頻道間隔來說，最小Q值大約為16,000。
通過WGM控制進行的“開/關(guān)”切換控制例子第一WGM控制用于通過調(diào)整nrs建立對期望的RS要么支持或要么不支持WGM共振的條件，來“開/關(guān)”切換濾波器。
調(diào)整nrs的機制包括通過施加電壓或電流產(chǎn)生線性光電效應(yīng)，或者通過施加光束產(chǎn)生光效應(yīng)來極化共振結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會記得具有介電常數(shù)“ε”的介質(zhì)結(jié)構(gòu)。如公式3所示，該共振結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)“εrs”可表示為實部“ε1”和虛部“iε2”的和。
公式3εrs＝(ε1+iε2) (3)對于那些例子，其中iε2較小并保持恒定，已知共振結(jié)構(gòu)的折射率nrs與其介電常數(shù)的實部的均方根 成比例。因此，可通過極化所得到的ε1的可控變化來改變nrs。而且，從第1式可知，當(dāng)“d”保持恒定，nrs改變時，“de”將會改變。從第2式可知，RS為de/q的函數(shù)，如果de改變，引起RS的相應(yīng)變化，共振結(jié)構(gòu)將在WGM中共振。
也可通過在共振結(jié)構(gòu)上涂敷液晶分子、有機光折射聚合物、GaAs、硝酸苯以及LiNbO3等光激活材料來控制ε1，通過應(yīng)用預(yù)定線性電光效應(yīng)或光效應(yīng)，可改變所述涂層材料的折射率，為了實現(xiàn)共振結(jié)構(gòu)中的WGM共振，該折射率成為參與WGM共振的那一部分共振結(jié)構(gòu)的折射率。將一組濾波器結(jié)合起來以多路復(fù)用或解多路復(fù)用經(jīng)光截面的光信號的一個波段。
第二WGM控制用于“開/關(guān)”切換該光濾波器，該切換基于相對于圍繞在至少一個共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面、或圍繞在發(fā)生耦合的區(qū)域的共振結(jié)構(gòu)的至少那部分周圍的介質(zhì)的折射率“nmedium”對共振結(jié)構(gòu)的nrs的調(diào)整，以建立中斷、或者激勵信號耦合的條件，或建立中斷、或者激勵共振結(jié)構(gòu)或子濾波器與輸入和/或輸出波導(dǎo)之間的光傳輸?shù)鸟詈稀?br> 調(diào)整nrs的機制與在第一WGM控制中使用的線性電光效應(yīng)和/或光效應(yīng)的類型相近。然而，對nrs的調(diào)整是為了使該共振結(jié)構(gòu)有效混合入介質(zhì)中。
第三WGM控制用于通過調(diào)整至少一個共振結(jié)構(gòu)的折射率來“開/關(guān)”切換濾波器。在“看門人”子濾波器中的共振結(jié)構(gòu)的折射率用“nrs(gate keeper)”來表示，在“隔離者”子濾波器中的共振結(jié)構(gòu)的折射率用“nrs(solator)”表示，它們建立對至少期望的RS支持或不支持WGM共振的條件。
例如，如果調(diào)整后的nrs與一nrs相對應(yīng)，該nrs對在通信波段外的RS支持WGM共振或者對“看門人”和“隔離者”之間沒有公用信號的一組RS支持WGM共振，則該信號將不會切換通過光濾波器。然而，如果該調(diào)整后的nrs對在通信波段內(nèi)的RS支持WGM共振，并且其中一個RS還是“看門人”和“隔離者”的RS，則該公用RS將切換通過該濾波器。
調(diào)整nrs(gate keeper)或nrs(isolator)的機制包括通過施加一電壓或一電流引起線性電光效應(yīng)所帶來的對共振結(jié)構(gòu)的極化，或通過一光束照射引起光效應(yīng)所帶來的對共振結(jié)構(gòu)的極化。
第四WGM控制用于“開/關(guān)”切換光濾波器，該切換基于相對于圍繞在至少一個共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面周圍的介質(zhì)的折射率“nmedium”對nrs(gate keeper)或nrs(isolator)的調(diào)整，以建立要么中斷或要么激勵在子濾波器與輸入和/或輸出波導(dǎo)之間的信號耦合的條件。調(diào)整nrs的機制與在第一WGM控制中使用的線性電光效應(yīng)和/或光效應(yīng)的類型相近。然而，對nrs的調(diào)整將使該共振結(jié)構(gòu)有效地混合到介質(zhì)中。
通過信號損耗進行的“開/關(guān)”切換控制的例子當(dāng)光信號在WGM共振結(jié)構(gòu)之內(nèi)時，通過改變共振結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)的虛部“iε2”可獲得可控信號損耗，如公式3所示。
信號損耗的機制是為了通過觸發(fā)共振結(jié)構(gòu)基底內(nèi)的光吸收材料的行為經(jīng)信號(光)的吸收來改變iε2。衰減機制也可光切換一起進行，或分開進行。通過僅控制“εrs”的虛部“iε2”，并且因為共振結(jié)構(gòu)的幾何形狀沒有改變，該共振結(jié)構(gòu)將持續(xù)支持相近的RS。然而，在共振結(jié)構(gòu)內(nèi)部，除了共振結(jié)構(gòu)先前所支持的特定模式的RS之外，吸收機制還可將該RS模式的光轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊?br> 經(jīng)對iε2的控制通過信號損耗“開/關(guān)”切換濾波器不需要改變與RS耦合的信號。因此，不需要改變在共振結(jié)構(gòu)與波導(dǎo)的界面上的共振結(jié)構(gòu)與光傳輸(信號)耦合的動態(tài)特性。
光吸收材料可為二氫中氮茚(dihydroindolizines)，diarylimylenes，ScGe，bisMienylperfluorocyclopentenes，螺芘(spiropyrens)，俘精酸酐(fulgides)，量子點，摻雜半導(dǎo)體納米團簇，PDLC，染料，半導(dǎo)體納米團簇，電致變色納米晶體，半導(dǎo)體，(響應(yīng)于施加的電勢，納米晶體已經(jīng)顯示以表示出可控的IR光/信號吸收)(“電致變色納晶量子點(Electrochronic Nanocrystal Quantum Dots)”，CongjunWang，Moonsub Shim，Philippe Guyot-Sionnest，SCIENCE Vol.291 page2390 March 23，2001)，或光致變色組合物，如光致變色雙噻吩乙烯(photochromic bisthienylethene)，該光致變色組合物能結(jié)合到共振結(jié)構(gòu)的基底中以及通過施加適量和/或質(zhì)量的觸發(fā)光或能量以引起信號的吸收而被有選擇地激發(fā)?！霸谌芤杭熬酆衔锉∧ぶ械墓庵伦兩p噻吩乙烯的光學(xué)特性及動態(tài)特性(Optical properties and dynamics of a photochromicbisthienylethene in solution and in a polymer film)”J.C.Owrutsky，H.H.Nelson，A.P.Baronavski，O-K.Kim，G.M.Tsivgoulis，S.L.Gilat和J.-M.Lehn.Chemical Physical Letter 293 555-563.(1998)。
本文所描述的共振結(jié)構(gòu)可小至幾微米。一種用于定位這些小共振結(jié)構(gòu)的方法是通過可移動光陷阱的產(chǎn)生和對其運動的控制來定位這些小共振結(jié)構(gòu)(如由Grier等人在美國專利6,055,106中所描述的)，其中，這些光陷阱能捕獲、容納、定位以及保持小的介電粒子。
因此，上述發(fā)明可用于任何由共振結(jié)構(gòu)傳輸?shù)男盘栍纱吮豢刂频膽?yīng)用中。例如，在一種分析格式中，通過涂敷與一樣本中要被檢測的分析物結(jié)合在一起的粘合劑，可制造共振結(jié)構(gòu)或在制造后改進該共振結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，一旦分析物暴露給樣本，就通過由于分析物與共振結(jié)構(gòu)上的粘合劑的結(jié)合而產(chǎn)生的輸出的結(jié)果信號的頻率的變化、衰減或破壞程度檢測分析物的存在所述輸出的結(jié)果信號是。這種結(jié)果信號在頻率上的變化、衰減或破壞程度，也可通過在暴露給樣本之前去掉與共振結(jié)構(gòu)上的粘合劑結(jié)合在一起的分析物而在一生物分析中得以實現(xiàn)。粘合劑/分析物對的實例包括抗原/抗體、抗體/抗原、配體/受體、受體/配體以及核酸/核酸。也可采用螯合劑、絡(luò)合劑和化學(xué)粘合劑。
本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將在如下所描述和顯示的優(yōu)選實施例和附圖的說明中部分地闡述，從而，本領(lǐng)域技術(shù)人員也將通過結(jié)合附圖的詳細(xì)說明來明了這些特點和優(yōu)點，或可通過對本發(fā)明的實踐來獲悉這些特點和優(yōu)點。本發(fā)明的優(yōu)點也可利用一些手段和組合，尤其是所附的權(quán)利要求書所指出的，來認(rèn)識和獲悉。


圖1圖示了根據(jù)一個發(fā)明的光路由器的組件視圖；圖2A圖示了光路由器的另一個實施例；圖2B圖示了圖2A的實施例的光開關(guān)組件的示意圖；圖3A圖示了光路由器另一個實施例的部分透視圖；圖3B圖示了顯示路由器的光開關(guān)處于“關(guān)”位置情況的圖3A的實施例沿A-A線的剖面圖；圖3C圖示了顯示路由器的光開關(guān)處于“開”位置情況的圖3A的實施例沿A-A線的剖面圖；圖4圖示了產(chǎn)生圖3A的光陷阱的光路由器和組件的示意圖；圖5圖示了根據(jù)另一個發(fā)明的光開關(guān)和濾波器的組件視圖；圖6圖示了電選通光開關(guān)和濾波器的組件視圖；圖7圖示了光選通光開關(guān)和濾波器的組件視圖；圖8圖示了信號損耗光開關(guān)和濾波器的組件視圖；圖9圖示了一DEMUX系統(tǒng)的組件視圖；圖10圖示了控制光開關(guān)組件的光捕獲系統(tǒng)；圖11A圖示了根據(jù)另一個發(fā)明的光濾波器的組件視圖；圖11B圖示了根據(jù)另一個發(fā)明的光濾波器的組件視圖；圖12圖示了一解多路復(fù)用系統(tǒng)的組件視圖；圖13圖示了一控制光開關(guān)組件的光捕獲系統(tǒng)；圖14圖示了根據(jù)另一個發(fā)明的光濾波器的組件視圖；圖15圖示了電選通光濾波器的組件視圖；圖16圖示了光選通光濾波器的組件視圖；圖17圖示了信號損耗光濾波器的組件視圖；圖18圖示了具有一中間光纖的光濾波器的組件視圖；圖19圖示用于解多路復(fù)用的濾波器系統(tǒng)的組件視圖；圖20圖示用于解多路復(fù)用的濾波器的另一實施例的組件視圖；圖21圖示了一控制光開關(guān)組件的光捕獲系統(tǒng)；
圖22圖示了根據(jù)另一個發(fā)明的電選通濾波器的組件視圖；圖23圖示了一光選通光濾波器的組件視圖；圖24圖示一解多路復(fù)用系統(tǒng)的組件視圖；圖25圖示了一控制光開關(guān)組件的光捕獲系統(tǒng)；圖26為顯示微球直徑和WGM共振信號之間關(guān)系的一個表。
具體實施例方式
為了方便以及作為參考，在以下說明中將使用某些術(shù)語，但并不作為一種限定。下面提供簡要的定義A.“衰逝波”是指當(dāng)一個波進入到其不能傳輸?shù)膮^(qū)域時而產(chǎn)生的波。尤其是，這種波的特點在于振幅隨著進入到其不能傳輸?shù)膮^(qū)域的距離成指數(shù)地衰減。
B.“WGM”指回音壁(whispering gallery mode)，這是共振結(jié)構(gòu)的一個性質(zhì)，可用于經(jīng)衰逝波在一根或多根光纖之間的一特定波長的光通道與共振結(jié)構(gòu)。
C.“子光束”是指通過定向光或由其它能源(例如由激光器產(chǎn)生的光或從發(fā)光二極管的準(zhǔn)直輸出所產(chǎn)生的光)穿過一介質(zhì)所產(chǎn)生的光或其它能源的子光束，其中該介質(zhì)將光或其它能源衍射成兩個或多個子光束。子光束的一個實例將是一個光柵的被衍射掉的高階激光光束。
D.“相剖面圖(phase profile)”是指在一光束或一子光束的橫截面上的光或其它能源的相位。
E.“相位模式化(phase patterning)”是指賦予給一束光或一子光束的圖案化相移，該相移改變其相位剖面圖，包括但不限于，相位調(diào)制、模式形成、分裂、衍射、合并、發(fā)散、成形和其它對光束或子光束的操作。
F.“光濾波器”通常指包括一個“核”的表面上為一園形橫截面的加長結(jié)構(gòu)，該“核”是被一較低折射率材料的“包層”所包覆的具有較高折射率的材料的核，該加長結(jié)構(gòu)適于在縱軸方向上傳輸光模式。
G.“WDM”通常指波分復(fù)用器一種在幾個波長頻道上能同時傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。
H.“DWDM”通常指密集波分復(fù)用一種在幾個波長頻道上能同時傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其頻道間隔比WDM系統(tǒng)中的頻道間隔小。
雖然本文中描述了而且附圖中顯示了對一組共振信號“RS”在WGM下共振的介質(zhì)微球，但這些說明不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是一種限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，任何可能包括諸如運動場狀物、環(huán)狀物、鐵箍、橢圓形和扁球形的球狀體或圓盤之類的結(jié)構(gòu)的共振結(jié)構(gòu)均可用于代替微球或與微球共同工作，所述的共振結(jié)構(gòu)支持高于最低Q值的Q值，所要求的最低Q值是為了保持在正被濾波和/或被切換的光傳輸波段(“C”波段中的波長范圍為1530至1565nm，而在“L”波段中的波長范圍為1570至1620nm)中的頻道的分離。
在一個關(guān)于光路由器的發(fā)明中，在其優(yōu)選實施例中，光路由器由一系列的光開關(guān)形成。這些光開關(guān)的共同點在于，在接近一對光纖的裸露或薄包覆區(qū)域的位置，放置一微球，以獲得微球與光纖的耦合。要么通過改變微球的位置，要么通過改變微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”來控制微球相對于衰逝波WGM的共振，以在兩根光纖之間切換來自特定頻道的信號(特定波長的光)，其中，該衰逝波是由與特定頻道中的信號相關(guān)的電磁場發(fā)出的。
為形成圖1中所示的光路由器10，通過第一和第二光纖F1和F2將一系列光開關(guān)14、16和18連接起來。利用光開關(guān)，光路由器10能光路由一光波段內(nèi)的許多不同頻道。每一頻道包含由一不同波長的光組成的信號。因此，路由器10中的光開關(guān)數(shù)量將確定路由器10能切換的不同頻道的數(shù)量。
每一光開關(guān)12、14和16分別包括位于一對電極E&E’之間、并放置在緊鄰每一根光纖F1&F2的裸露和薄包覆區(qū)域的微球S1、S2和S3。通過與電源(未示出)相連的相應(yīng)導(dǎo)電引線對22、24和26向每一電極對E&E’施加電壓。
每一光開關(guān)的頻道特定功能來自對適當(dāng)尺寸微球的選擇。適當(dāng)尺寸指滿足如下條件的微球半徑，即π乘以微球半徑大約是光波長的整數(shù)又1/2倍，其中，該微球具有穩(wěn)態(tài)折射率“n”，其對該光波長在WGM中共振。因此，每一微球根據(jù)其尺寸被選擇與光波段內(nèi)所載有的單個頻道相對應(yīng)。
在圖1中所示的實施例中，選擇穩(wěn)態(tài)折射率“n”大體上與光纖F1&F2的折射率相近的微球，或者，從光開關(guān)方面說，每一微球被切換至“開”，并且對于一個頻道的、從光纖發(fā)出的衰逝波將在WGM中操作，該頻道具有與給定的微球發(fā)生共振的光的波長相近相對應(yīng)的信號。因此，在電極對E&E’上的沒有足夠的電壓時，通過該三個微球S1、S2和S3的每一個的WGM共振，將會產(chǎn)生來自三個頻道的信號的切換，這些信號與每一微球S1、S2和S3共振時的光波長相對應(yīng)。
為獲得一頻道內(nèi)信號的選定路由，應(yīng)當(dāng)保持在每一電極對E&E’兩端有足夠的電壓，直至想要進行特定頻道的切換。在該電極對E&E’兩端施加足夠電壓的效果是為了，通過使形成這些微球的基底極化以改變每一微球S1-S3的穩(wěn)態(tài)折射率“n”。該極化將改變該基底的介電常數(shù)，從而改變微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”，使得其與光纖的折射率顯著不同以阻止WGM共振，從而將不會發(fā)生切換。
當(dāng)想要切換一頻道時，暫時終止施加在圍繞著選定微球S1、S2和S3的特定電極對E&E’兩端的電壓。在該短暫終止期間，該微球的折射率“n”返回到其穩(wěn)態(tài)折射率，該折射率基本上與光纖F1&F2的折射率相近，從而，切換并且路由適當(dāng)?shù)念l道。
相反地，可選擇穩(wěn)態(tài)折射率“n”與光纖F1&F2的折射率大體上不同的微球，由此，在一電極對E&E’兩端存在足夠的電壓改變該選定微球的折射率“n”，以使其變得基本上與光纖F1&F2的折射率大體上相近，從而切換并且路由適當(dāng)?shù)念l道。在這兩種情況的任一種情況下，在電極對E&E’兩端的電壓的“開”或“關(guān)”切換能在納秒或甚至在皮秒的范圍內(nèi)完成，提供了一種能實時路由頻道的系統(tǒng)。像通常情況一樣，在一切換后的光纖中的任何殘余光傳輸可用一衰減器28除去。
對一給定頻道，該電壓的調(diào)整也可向微球提供一可控折射率“n+x”，其中，當(dāng)“x”接近零時，信號傳輸效率接近該微球可獲得的最大耦合效率，該最大耦合效率對頻道均衡、整飾以及功率平衡等應(yīng)用是有用的。
在圖1中，為清楚起見，只顯示出3個微球S1、S2和S3和三個電極對22、24和26。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可提供多個與該路由器10所切換的頻道數(shù)量相對應(yīng)的多個這樣的微球和電極。也應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可將該具有與光纖的折射率大體相近的穩(wěn)態(tài)折射率“n”的微球與那些具有與光纖的折射率不同的穩(wěn)態(tài)折射率“n”的微球結(jié)合在一個路由器中，而不背離本發(fā)明想要保護的范圍。
圖2A和2B圖示了光路由器30和光開關(guān)31的另一個實施例。在本實施例中，在緊鄰第一光纖F1和第二光纖F2的位置處放置多個微球S1-S7。光纖F1&F2的包層32在緊鄰的區(qū)域34處是薄的或者被除去。在每一微球的基底內(nèi)是一光激活材料，例如染料，當(dāng)被一束強光足夠照射時，該光激活材料能改變這些微球的穩(wěn)態(tài)折射率。
通過微球的WGM共振來操作每一光開關(guān)，這可通過改變微球的折射率“n”來控制，使得從與一光纖內(nèi)特定頻道中的信號相關(guān)的電磁場發(fā)出的衰逝波在WGM下共振，并穿過所選定微球的表面進入另一光纖的一個頻道。
根據(jù)對光激活材料和包括微球的基底的材料的選擇，該照射要么改變光激活材料的介電常數(shù)，從而影響該微球的平均介電常數(shù)，要么影響光激活材料和基底的介電常數(shù)，從而改變微球的介電常數(shù)。在這兩種情況下，介電常數(shù)的改變將改變微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”。
通常，每一微球S1-S7的尺寸與激發(fā)該微球在WGM下進行有效的共振的光的波長(頻道)相對應(yīng)。因此，具有形成7個光開關(guān)31的7個不同尺寸的微球的光路由器30能路由7個頻道。微球的示例數(shù)目不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是對內(nèi)可以放置本發(fā)明的路由器中的微球數(shù)目的限制。光路由器的控制通過光開關(guān)31的控制來實現(xiàn)，這通過改變選定的光開關(guān)31內(nèi)的選定微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”來實現(xiàn)，即通過用強光束照射微球或者通過暫時終止這種照射來實現(xiàn)，通，。
在“不同”的配置下，微球S1-S7的穩(wěn)態(tài)折射率“n”與光纖F1&F2的折射率大體上不同。為光耦合給定的微球，從而切換光纖F1&F2之間的信號，一直接照射在光路由器30中的適當(dāng)微球上的足夠強的光束，將改變該微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”以變得大體與光纖F1&F2的折射率相近，從而通過WGM共振來切換光纖之間的信號。
在“相近”配置下，微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”與光纖F1&F2的折射率大體相近。為光耦合給定的微球，從而切換光纖F1&F2之間的信號，終止直接照射在光路由器30中的所選定的微球上的足夠強的光束，從而使微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”返回至大體與光纖F1&F2的折射率相近的其穩(wěn)定態(tài)，從而將產(chǎn)生經(jīng)WGM共振對光纖之間的信號的切換。
使用穿過一照明光纖37的激光光束36a&36b來實現(xiàn)對光路由器30的光開關(guān)31內(nèi)的微球S1-S7的照射。對每一光開關(guān)31(圖2B)，激光光束36a穿過一Mach-Zender干涉儀38，由此，該光束36a要么通過相長干涉得到加強，要么通過相消干涉得到削弱。因為該Mach-Zender干涉儀38在幾納秒甚至幾皮秒內(nèi)工作，因此，在短暫的時間內(nèi)，能產(chǎn)生定向在選定微球上的足夠強的光束，或者將其終止，從而允許快速的光切換和路由。計算機40用于控制Mach-Zender干涉儀38并選擇發(fā)生WGM共振的微球。像通常情況一樣，在切換后的光纖中的任何殘余光傳輸可以用衰減器42除去。
通過調(diào)整照射到微球上的激光光束36a或36b的強度，以控制折射率“n±x”來實現(xiàn)在給定頻道內(nèi)的監(jiān)視、均衡、整飾和頻道平衡，對微球來說，其中，當(dāng)“x”接近零時，頻道內(nèi)的光傳輸效率接近微球可獲得的最大耦合效率。
圖3A中圖示一光路由器，標(biāo)記為50，其包含一系列光開關(guān)51，每一光開關(guān)是通過微球S1、S2和S3移到緊鄰第一和第二光纖F1&F2的裸露或薄包覆區(qū)域52的位置或遠(yuǎn)離裸露或薄包覆區(qū)域52的位置來工作(圖3B和3C)。每一微球具有一大體上與光纖F1&F2的裸露或薄包覆區(qū)域52的折射率相近的穩(wěn)態(tài)折射率“n”，光路由器50切換該光纖F1&F2之間的光信號。
通常，每一微球S1-S3的尺寸與微球在WGM中有效共振的光的波長(頻道)相對應(yīng)。因此，具有3個光開關(guān)51的光路由器50能路由3個頻道，其中，每一光開關(guān)具有一不同尺寸的微球。然而為清楚起見，僅示出3個微球，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可選擇更多或更少的預(yù)定尺寸的微球，來形成路由器，而不背離本發(fā)明所保護的范圍。通過在每一可獨立運動的光陷阱T1、T2和T3陣列中包含一個相應(yīng)微球S1、S2或S3來控制微球S1、S2或S3的運動。
使子光束通過高數(shù)值孔徑聚焦透鏡52，然后會聚每一子光束，由此所產(chǎn)生的漸變力產(chǎn)生光陷阱。能控制諸如微球之類的小粒子的可獨立運動的光陷阱陣列的形成在本領(lǐng)域是公知的，因此僅提供這種形成的大概說明。
為將來自第一光纖F1中的頻道的信號路由至第二光纖F2中的頻道，需激活所選定的光開關(guān)51。為激活光開關(guān)51，使用光陷阱將最初遠(yuǎn)離第一和第二光纖F1&F2(圖3B)的裸露或薄包覆區(qū)域53的選定微球S1移至與緊鄰第一和第二光纖F1&F2的裸露或薄包覆區(qū)域S2的位置(圖3C)。
圖4圖示一生成和控制用于容納介質(zhì)微球S1-S3的光陷阱的系統(tǒng)的示意圖。通過傳輸一準(zhǔn)直光來形成光陷阱T1-T3(圖3A)，該準(zhǔn)直光優(yōu)選地是在一改變光束光元件63的區(qū)域“a”由激光器62產(chǎn)生的激光光束61。該改變光束光元件將該激光光束61衍射成多個子光束64，每一子光束穿過位于該聚焦透鏡52的后孔徑65的區(qū)域“b”，并容納一微球S1-S3。
任何合適的激光器均能用作激光光束62的光源?？捎玫募す馄靼ü腆w激光器，二極管泵浦激光器、氣體激光器、染料激光器、紅寶石激光器、自由電子激光器、VCSEL激光器、二極管激光器、鈦—藍(lán)寶石激光器、摻雜YAG激光器、摻雜YLF激光器、二極管泵浦YAG激光器以及閃光燈—泵浦YAG激光器。優(yōu)選功率在10mW和5W之間工作的二極管—泵浦Nd:YAG激光器。
當(dāng)該激光光束61定向在改變光束光元件63時，該改變光束光元件63通過改變激光光束61的相剖面圖來生成多個子光束64。根據(jù)想要的光陷阱的數(shù)量和類型，該改變可包括衍射、波前成形、相移、轉(zhuǎn)向、發(fā)散和會聚。
根據(jù)合適的改變光束光元件如何定向光或能量的聚焦光束，該光束改變光學(xué)元件的特點為透射的或反射的。當(dāng)光束或能量束穿過透射衍射光元件時，透射衍射光元件影響該光束或能量束，而當(dāng)光束或能量束被反射時，反射衍射光元件影響該光束或能量束。
改變光束光元件也能分類為動態(tài)或靜態(tài)。適用的靜態(tài)改變光束光元件的實例包括那些具有一個或多個確定表面的區(qū)域的元件，例如光柵、全息圖、模版、光整形全息濾波器、變色全息圖、透鏡、反射鏡、棱鏡和波片等。
具有與時間有關(guān)的功能的合適的動態(tài)改變光束光元件的實例包括計算機生成衍射圖案、相移材料、液晶相移陣列、微鏡陣列、延遲模式微鏡陣列、空間光調(diào)制器、光電致偏儀、聲-光調(diào)制器、變形鏡以及反射式MEMS陣列等。由于存在一動態(tài)改變光束光元件，包含該動態(tài)改變光束光元件的介質(zhì)可被改變，以改變賦予激光光束61的相剖面圖，這導(dǎo)致該激光光束61的相剖面圖的相應(yīng)變化，例如衍射或會聚。
該改變光束光元件也用于向該激光光束61賦予一局部模式。因此，其中一個子光束可以是高斯—拉蓋耳模式，而另一子光束是高斯模式。
優(yōu)選的動態(tài)光元件包括純調(diào)相的空間光調(diào)制器，例如由日本的Hamamatsu制造的“PAL-SLM系列X7665”以及由Layafette Colorado的Bouler Nonlimer Systems制造的“SLM 512SA7”。這些改變光束光元件是計算機65，對其進行控制以生成光陷阱T1-T3。
因為每一微球S1-S3的穩(wěn)態(tài)折射率“n”與光纖F1&F2的折射率相對應(yīng)，所以當(dāng)選定的微球S1與移動至足夠接近光纖F1&F2的裸露或薄包覆區(qū)域52時，會發(fā)生光切換。在離該光纖F1&F2的某一距離處，與選定的頻道的信號相關(guān)的衰逝波將經(jīng)WGN共振穿越選定的微球S1的表面，并切換光纖F1&F2之間的信號。當(dāng)該切換完成時，光陷阱迅速撤消，從而該微球S1停止切換信號。
通過調(diào)整從光纖F1&F2的裸露或薄包覆區(qū)域52到該微球S1的距離，可獲得對微球的可控折射率“n±x”，其中，當(dāng)x接近零時，信號傳輸?shù)男式咏⑶虻淖畲蟮目色@得的耦合效率，該最大的可獲得的耦合效率可在頻道均衡、整飾以及功率平衡等應(yīng)用方面是有用的。
圖5圖示了另一涉及光濾波器的發(fā)明中總是處與“開”狀態(tài)的光濾波器100。該光濾波器100由固定在接近輸入波導(dǎo)110和輸出波導(dǎo)120的位置的介質(zhì)微球“S”構(gòu)成，每一波導(dǎo)支持一組信號λrs0、λrs1、λrs2...λrsn的傳輸，并沿著該波導(dǎo)提供一衰逝波。介質(zhì)微球S將濾出與激發(fā)其在WGM下共振的共振信號“RS”(λrs2)相對應(yīng)的特定波長的信號。一特定尺寸的微球的RS能從第二式(de/q＝RS)獲得。
此外，如圖27的表所示，通過選擇較小直徑的微球S，能構(gòu)造這樣的光濾波器100，由此在一預(yù)定頻道間隔下的一通信波段內(nèi)，該光濾波器將僅對一單個信號在WGM中共振。優(yōu)選地，微球直徑在大約2至29微米之間，更優(yōu)選地，在大約2至19微米之間，最優(yōu)選地，在大約2至9微米之間。
該微球S固定在折射率為“nmedium”的介質(zhì)1000之內(nèi)，該介質(zhì)的折射率“nmedium”不同于微球S的折射率“nrs(microsphere)”，這些折射率之間的差異應(yīng)足以在介質(zhì)和微球S之間形成的共振結(jié)構(gòu)—介質(zhì)界面1500建立全內(nèi)反射的條件。對由硅制成的折射率為1.52的微球來說，該介質(zhì)應(yīng)當(dāng)具有大約低于1.52的折射率。適用的介質(zhì)包括塑料、油或水。
在共振結(jié)構(gòu)—介質(zhì)界面1500上建立全內(nèi)反射的條件，被用于通過減小由Qrad-1引起的Q值損耗(該Q值損耗是由于小的微球直徑所引起的)來增強小直徑的微球的Q值。
用于光濾波器的輸入和輸出波導(dǎo)110和120由輸入和輸出光纖F1和F2構(gòu)成，該兩個光纖的每一根均具有芯130，信號經(jīng)該苡傳播，該芯由一包層140包覆。該芯130通常由一高折射率材料構(gòu)成，例如氧化硅(Si，折射率為3.5)，而包層140由低折射率材料構(gòu)成，例如(SiO2，折射率為1.5)。除此之外，其它的高折射率材料，例如Ge、GaAs、InP和GaAlA，可用于形成該芯。適用的材料僅限于那些顯示出縱向信號傳播特性的材料，且可包括由半導(dǎo)體材料制成的波導(dǎo)，或光子波段陷阱材料，或光子晶體材料。
圍繞在該共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面150的包層是薄的或者已被剝除以形成一個減少包覆的區(qū)域160。此外，圖示的每根光纖F1&F2具有芯130，該芯具有減小了的部分170直至成一錐形芯180。已知的是將芯130削成具有一較小直徑或腰部的錐形芯180能建立如下條件當(dāng)光信號沿著光纖傳輸時，所形成的衰逝波能具有一進入圍繞該錐形芯180的自由空間延伸的衰逝末梢。通常，來自輸入光纖F1可提供用于耦合衰逝波的信號振幅隨著從固定微球的光纖到微球從其中接收衰逝波末梢的輸入光纖的位置的距離成指數(shù)衰減。
雖然圖示的以及優(yōu)選的光纖是錐形光纖，但是，并不限于錐形光纖，非錐形光纖或其它的波導(dǎo)可代替錐形光纖。在一些情況下，根據(jù)想要的RS信號振幅，其錐度可發(fā)生變化，以支持與一特定RS振幅相對應(yīng)的衰逝波的振幅。
將微球S放置在與輸入波導(dǎo)110和第二結(jié)構(gòu)120接近的位置，以耦合來自輸入波導(dǎo)110的光信號或耦合至輸出波導(dǎo)120。實際上，微球S將在共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面150處接收來自輸入波導(dǎo)110的其RS的衰逝波，并將在共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面150處的那些RS的一部分切換至輸出波導(dǎo)120。
微球S也可涂敷一具有特定折射率的涂層2000，由此特定折射率的涂層的折射率“nrs(coated microsphere)”是微球的有效折射率。適用的涂層包括，但不限于鍺、硅和SiGe。
圖6圖示一電控制的光濾波器200。其微球S放置在與輸入波導(dǎo)110(其支持一組光信號(λrs0，λrs1，λrs2，...λrsn))和輸出波導(dǎo)120接近的位置。通過放置一電極對E&E’形成該電控制，其中，通過在微球相對表面上的導(dǎo)電引線210將該對電極E&E’電連接至一控制器(未示出)。該電控制通過由兩個WGM控制中的一個“開/關(guān)”功能。
對第一或第二WGM控制來說，該電控制機制是基于該微球S的極化。通過線性電光效應(yīng)能獲得該微球S的極化。在處于微球相對面上的電極對E&E兩端施加一電功率(電壓和電流)并且通過導(dǎo)電引線210電連接至一控制器(未示出)可用于產(chǎn)生這樣的線性電光效應(yīng)。通過改變介電常數(shù)“εrs(microsphere)”，該線性電光效應(yīng)將極化該微球的基底。該“εrs(microsphere)”具有一實部“ε1”和一虛部“iε2”，如公式3所示，其為該兩部分的和εrs＝ε1+iε2(3)當(dāng)iε2保持恒定時，已知微球(共振結(jié)構(gòu))的折射率nrs(microsphere)與微球的介電常數(shù)的實部的均方根 成比例。因此，通過線性電光效應(yīng)通過ε1的可控變化能改變nrs(microsphere)。
基于調(diào)整微球的折射率“nrs(microsphere)”以通過微球“S”來建立支持或不支持WGM共振的條件，第一WGM控制能“開/關(guān)”切換光濾波器。該極化調(diào)整nrs，且從第一公式可知，當(dāng)“d”保持恒定時，改變nrs(microsphere)，de將改變。此外，從第二公式可知，RS是de/q的函數(shù)，如果改變de，在RS中將會相應(yīng)的改變。因此，調(diào)整nrs(microsphere)，被用于建立這樣的條件以對特定RS的WGM共振的nrs(microsphere)支持或不支持。
當(dāng)nrs(microsphere)支持對想要進行切換的特定波長的RS的WGM共振時，第一WGM控制的光濾波器默認(rèn)為“開”。在這種默認(rèn)為“開”的光濾波器中，“關(guān)”功能是調(diào)整nrs(microsphere)以對特定RS不再支持WGM共振。也可能使用nrs(microsphere)的調(diào)整來調(diào)節(jié)微球，并從不同波長RS的范圍內(nèi)選擇用于切換。
相反地，當(dāng)nrs(microsphere)對特定波長的RS不支持WGM共振時，第一WGM控制的光濾波器默認(rèn)為“關(guān)”。在這種默認(rèn)為“關(guān)”的光濾波器中，通過調(diào)整nrs(microsphere)來調(diào)節(jié)微球，使其支持對特定波長RS的WGM共振來實現(xiàn)對特定RS的WGM共振。
無論是在默認(rèn)“開”狀態(tài)下，還是在默認(rèn)“關(guān)”狀態(tài)下，通過極化或中斷極化來調(diào)整nrs(microsphere)。
第二WGM控制的“開/關(guān)”功能得自于在一個或多個區(qū)域的微球S和輸入光纖110和/或輸出波導(dǎo)120之間中斷或者建立耦合條件，其中，該一個或多個區(qū)域的每一區(qū)域形成一共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面150。微球S的極化還可用于調(diào)整nrs(microsphere)。然而，nrs的調(diào)整與包覆該微球S的介質(zhì)1000的折射率“nmedium”相關(guān)。
當(dāng)在共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面150處的nrs(microsphere)大體上等于nmedium時，在那個界面的微球S成為有效介質(zhì)，其對所有信號透明。當(dāng)nrs(microsphere)不等于nmedium時，該微球S不同于該介質(zhì)1000，并且當(dāng)提供一RS時，能通過WGM產(chǎn)生共振將信號從輸入波導(dǎo)110至輸出波導(dǎo)120的切換。
可在電控光濾波器200內(nèi)的微球S上涂敷一層液晶分子、有機光照射聚合物、GaAs、硝基苯和LiNbO3等光激活材料3000，這種情況下，施加在電極對210之間或微球S上的電壓或電流用于極化光激活涂層材料3000，并改變涂有涂層的微球的介電常數(shù)ε1(coated microsphere)，這調(diào)整涂有涂層的微球的nrs(coated microsphere)。因此，通過調(diào)整nrs(coated microsphere)可實現(xiàn)對第一或第二WGM控制的應(yīng)用。光激活層也可以是折射率特定涂層2000。
圖7中圖示一光控濾波器300。如參照圖5的描述，對一組RS(λrs0、λrs1和λrs2)在WGM中共振的微球“S”固定在接近輸入波導(dǎo)110和輸出波導(dǎo)120的位置。在本實施例中，通過光效應(yīng)可實現(xiàn)微球S的極化，其中該光效應(yīng)用一強光束照射微球S來極化微球S。
通過定向一強光束來形成光控制，該強光束可以“光實時”地脈沖調(diào)制開或關(guān)，從一激光束5000，經(jīng)過照明光纖320進入M-Z干涉儀340，并由M-Z干涉儀轉(zhuǎn)產(chǎn)生修正的激光束5010，然后從M-Z干涉儀340中輸出。該修正的激光束5010要么通過相長干涉由M-Z干涉儀340加強，要么通過相消干涉被M-Z干涉儀削弱。該M-Z干涉儀340在皮秒范圍內(nèi)工作，并且在同樣的時間間隔內(nèi)，能產(chǎn)生或終止定向在微球S的修正的激光束5010。使用諸如計算機360之類的控制器來控制該M-Z干涉儀340。
通過影響微球S的介電常數(shù)“ε(microsphere)”的實部“ε1”，該修正的激光束5010對微球進行極化。因此，當(dāng)ε(microsphere)的虛部“iε2”保持恒定時，可通過由光效應(yīng)減小ε1的可控變化來調(diào)整與 成比例的nrs(microsphere)。
正如對圖6中所示的電控光濾波器的詳細(xì)說明那樣，nrs(microsphere)的改變?yōu)槟苡糜凇伴_/關(guān)”切換光濾波器300的WGM控制提供支持。
正如參照圖6所描述的，也可以向位于光濾波器300內(nèi)的微球S上涂敷一光激活材料3000，在這種情況下，該光效應(yīng)能用于提供WGM控制以調(diào)整nrs(coated microsphere)。
圖8圖示一信號損耗光濾波器，其中，已控信號損耗用于中斷微球S的WGM共振。為提供信號損耗，在微球基底內(nèi)放置一可觸發(fā)信號吸收材料，例如光致變色雙噻吩乙烯420。
本實施例所示的觸發(fā)器是一從M-Z干涉儀340輸出的修正過的激光束5010，該激光束觸發(fā)信號吸收材料以吸收足夠的光信號來中斷WGM共振。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，光致變色雙噻吩乙烯僅僅是更廣泛的一組致變色材料中的一種，其可被結(jié)合入微球S基底以作為光吸收材料。而且，其它的具有光吸收特性并能被光波段外的一特定性質(zhì)或數(shù)量的光觸發(fā)的材料可用作光吸收材料。能用適當(dāng)?shù)挠|發(fā)器有選擇地激發(fā)的其它的材料包括，但并不限于，半導(dǎo)體納米團簇、電致變色納晶、量子點、摻雜半導(dǎo)體納米團簇、PDLC、半導(dǎo)體以及染料，該適當(dāng)?shù)挠|發(fā)器可包括施加在微球上的一束光或一束電能，從而其能泵浦該信號吸收材料至較高能態(tài)以提供它的信號吸收活動。
圖9中圖示一包括一組光濾波器的系統(tǒng)，該組光濾波器光學(xué)交接波導(dǎo)并解多路復(fù)用(DEMUX)光信號。該DEMUX系統(tǒng)500由“n”組特定波長的光濾波器構(gòu)成。該“n”組濾波器的每一組包含“m”個冗余光濾波器520、520’和520”、540、540’和540”以及560、560’和560”。“m”個冗余濾波器520-560”的每一個固定在接近輸入波導(dǎo)W1的位置上，通過該輸入波導(dǎo)W1提供不同波長的光信號(λrs0，λrs1，λrs2，λrs3...λrsn)。來自“n”組濾波器的每一組的“m”個冗余濾波器中的一個也固定在接近“m”個輸出波導(dǎo)W2、W2’和W2”中的一個波導(dǎo)的位置。由此，光信號能多路復(fù)用(MUX)入該輸出波導(dǎo)W2、W2’和W2”。整個DEMUX系統(tǒng)放在具有已知折射率的介質(zhì)1000中。光濾波器520-560’可總處于“開”狀態(tài)，并簡單交接在波導(dǎo)之間。
在DEMUX系統(tǒng)500中，光濾波器520-560″中的至少一些濾波器可被切換“開/關(guān)”。切換“開/關(guān)”可通過調(diào)整微球S的折射率nrs(microsphere)經(jīng)電或光控制所施加的極化作用來實現(xiàn)，或通過信號損耗來實現(xiàn)。在信號損耗控制的情況下，用例如一強光束600的觸發(fā)器被施加在其基底內(nèi)包含可觸發(fā)信號吸收材料的微球S。
圖10中示出的是一個通過使用一個或多個光陷阱來放置和/或容納WGM微球以形成一個光開關(guān)或一組諸如參照圖9所描述的光濾波器的系統(tǒng)或方法的概略圖，通常標(biāo)記為700。
為制造一光濾波器，在一組件容器710中生成可移動光陷阱10000&10020。該組件容器應(yīng)當(dāng)由至少部分透明的、且能使得形成光陷阱的光穿過并進入期望位置的材料構(gòu)成。
光陷阱10000&10020用于操縱小微球S1&S2并對它們進行定位以構(gòu)造一光濾波器。通過將一準(zhǔn)直光傳輸至位于生成子光束730&740的相位模式化光學(xué)元件720上的區(qū)域“A”，能形成光陷阱10000&10020，其中，該準(zhǔn)直光優(yōu)選為激光光束5000。然后，由該相位模式化光學(xué)元件720生成的每一子光束730&740穿過傳遞光學(xué)裝置L1&L2到達(dá)光束分離器750上。
該光束分離器750提供兩個定向在不同方向的光流760&770。第一光流760來自相位模式化光學(xué)元件720的子光束730&740，該子光束被光束分離器再定向后區(qū)域“B”到達(dá)聚焦透鏡790的后孔徑780，從而將子光束730&740重疊在聚焦透鏡790的后孔徑780上。在那些子光束730&740的端面在周邊具有較低強度，而在從周邊向內(nèi)的區(qū)域具有較高強度的實施例中，過度充填該后孔徑780的約低于15％的區(qū)域，與未過度充填該區(qū)域相比，用于形成在周邊具有較高強度的光陷阱。
通過產(chǎn)生在三維方向上容納和操縱該微球S1&S2所需的漸變條件，當(dāng)子光束730&740穿過聚焦透鏡790時，子光束730&740被會聚以形成光陷阱10000&10020。為清楚起見，僅圖示了兩組微球、子光束和光陷阱，但是應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)分析的性質(zhì)、范圍和其它參數(shù)，以及產(chǎn)生光陷阱的系統(tǒng)的性能，能提供更多或更少的組。改變相位模式化光學(xué)元件改變了光束的相剖面圖，這能改變光陷阱的位置。
任何適用的激光器能用作激光光束5000的光源?？捎玫募す馄靼ü腆w激光器，二極管泵浦激光器、氣體激光器、染料激光器、紅寶石激光器、自由電子激光器、VCSEL激光器、二極管激光器、鈦—藍(lán)寶石激光器、摻雜YAG激光器、摻雜YLF激光器、二極管泵浦YAG激光器、以及閃光燈—泵浦激光器。優(yōu)選功率在10mW和5W之間的二極管—泵浦Nd:YAG激光器。
當(dāng)激光光束5000從相位模式化光學(xué)元件720反射出來時，相位模式化光學(xué)元件產(chǎn)生子光束730&740，每個子光束具有一個相剖面圖。根據(jù)想要的光陷阱的數(shù)目和類型，可改變相剖面圖。該改變可包括衍射、波前成形、相移、轉(zhuǎn)向(steering)、發(fā)散和會聚?；谒x的相剖面圖，相位模式化光學(xué)元件能用于生成如下形式的光陷阱光鑷(opticaltweezers)、光學(xué)漩渦(optical vortices)、光學(xué)瓶頸(optical bottles)、光旋轉(zhuǎn)器和光籠(light cages)，以及這些形式中的兩個或多個的組合。
根據(jù)適用的相位模式化光學(xué)元件如何定向聚焦的光束或其它能源，適用的相位模式化光學(xué)元件的特征是透射性的或反射性的。透射衍射光元件傳輸光束或其它能源束，而反射衍射光元件反射該光束或能源束。
相位模式化光學(xué)元件也能分類為具有靜態(tài)或動態(tài)表面。適用的靜態(tài)相位模式化光學(xué)元件的實例包括具有一個或多個確定表面的區(qū)域的相位模式化光學(xué)元件，例如光柵，包括衍射光柵、反射光柵和透射光柵，全息圖，包括光致變色全息圖、模版、光整形全息濾波器、光致變色全息圖，以及透鏡、反射鏡、棱鏡和波片等。
具有與時間有關(guān)的功能的適用的動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的實例包括計算機生成衍射圖案、相移材料、液晶相移陣列、微鏡陣列—包括活塞式微鏡陣列、空間光調(diào)制器、光電致偏儀、聲-光調(diào)制器、變形鏡以及反射MEMS陣列等。用動態(tài)相位模式化光學(xué)元件，包含該動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的介質(zhì)能被改變，以賦予圖案化相移至聚焦光束，這導(dǎo)致聚焦光束的相剖面圖的相應(yīng)變化，例如衍射或會聚。此外，能改變包含相位模式化光學(xué)元件的介質(zhì)以產(chǎn)生光陷阱位置的變化。動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的一個優(yōu)點在于該介質(zhì)能被改變以獨立移動每一個光陷阱。
優(yōu)選的動態(tài)光元件包括純調(diào)相的空間光調(diào)制器，例如由日本的Hamamatsu制造的“PAL-SLM系列X7665”或者由Layafette Colorado的Bouler Nonlimer Systems制造的“SLM 512SA7”和“SLM 512SA15”。這些相位模式化光學(xué)元件是由計算機控制的，通過對介質(zhì)內(nèi)的全息圖進行編碼來產(chǎn)生子光束10000&10020。
該相位模式化光學(xué)元件也用于賦予激光光束一特定的拓?fù)淠Ｊ?。因此，一個子光束可形成為高斯—拉蓋耳模式，而另一子光束可形成為高斯模式。
回到光束分離器，光束分離器750也提供一來自成像照明源800的第二光流770。該第二光流770穿過工作區(qū)710和光束分離器750，并形成一光數(shù)據(jù)流820，該光數(shù)據(jù)流820提供關(guān)于工作區(qū)710中的微球S1&S2的位置的信息。該光數(shù)據(jù)流能轉(zhuǎn)換為視頻信號，通過操作員的視覺檢查，被光譜地和/或視頻地監(jiān)視或分析。光數(shù)據(jù)流820也可以由監(jiān)控強度的光探測器或者任何合適的裝置處理840以，將該光數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流供計算機使用。
為將微球容納、定位和保持在選定的位置，操作員和/或計算機能調(diào)整相位模式化光學(xué)元件720以定向光陷阱10000&10020的運動來首先獲得選定的微球，并將微球容納在一光陷阱中。接著，至于微球的位置，容納有微球的光陷阱可再配置。該光數(shù)據(jù)流820能用于識別和/或監(jiān)視一個或多個陷阱的位置。根據(jù)位置信息和本身特性信息，能改變在相位模式化光學(xué)元件720的介質(zhì)中編碼的全息圖。全息圖的此種改變能用于改變光陷阱的類型以及光陷阱的位置，并因而改變光陷阱所容納的微球的位置。
在另一個涉及光濾波器的發(fā)明中，圖11A和11B描繪了一光觸發(fā)光開關(guān)。該光開關(guān)4000由一第二結(jié)構(gòu)1200和一固定在接近于輸入波導(dǎo)1100的區(qū)域的直徑小于大約200微米的介質(zhì)微球“S”構(gòu)成，其中，該輸入波導(dǎo)1100支持一組信號λrs0，λrs1，λrs2...λrsn的傳播，該組信號中的每一個提供沿著波導(dǎo)1100的相應(yīng)的衰逝波。該第二結(jié)構(gòu)1200應(yīng)當(dāng)具有例如以下的結(jié)構(gòu)另一波導(dǎo)、光波段間隙波導(dǎo)、半導(dǎo)體波導(dǎo)、光液晶波導(dǎo)、WGM微球或其它支持信號傳播的共振結(jié)構(gòu)。該介質(zhì)微球S對一組共振信號“RS”(λrs0，λrs1，λrs2)在WGM下進行共振，該組共振信號能從第二公式(de/q＝RS)獲得。
微球S放置在接近輸入波導(dǎo)1100和第二結(jié)構(gòu)1200的位置，使得微球S處于能耦合來自輸入波導(dǎo)1100的光信號、或?qū)⒐庑盘栺詈现恋诙Y(jié)構(gòu)1200。實際上，微球S將接收從輸入波導(dǎo)1100發(fā)出的、位于共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面1400處的其RS(λrs0，λrs1)的衰逝波，并將共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面1400處的RS(λrs0，λrs1)切換至第二結(jié)構(gòu)1200。
在形成微球的基底中放置一可觸發(fā)信號吸收材料1500(例如光致變色雙噻吩乙烯)。如圖11B所示，經(jīng)過將一強光束定向在共振結(jié)構(gòu)，以觸發(fā)信號吸收材料1500的行為，改變介電常數(shù)的虛部(iε2)，從而能獲得信號損耗。激光束5000能用于提供強光束。激光光束的優(yōu)點在于，它能以“光實時”(納秒或皮秒量級)的方式由信號損耗對其進行脈沖“開/關(guān)”，提供納秒或皮秒量級的“開/關(guān)”切換，其中，該信號損耗是由通過觸發(fā)信號吸收材料1500來吸收足夠的光信號來斷開WGM共振引起的。
強光束能由激光束5000產(chǎn)生，其經(jīng)過照明光纖5005進入Mach-Zender干涉儀5200，并由Mach-Zender干涉儀產(chǎn)生一修正的激光束5010，然后從Mach-Zender干涉儀5200輸出。該修正激光束5010要么由Mach-Zender干涉儀通過相長干涉被加強，要么通過相消干涉被削弱。該Mach-Zender干涉儀5200在皮秒范圍內(nèi)工作，并且在同樣的時間間隔內(nèi)，能常產(chǎn)生或終止定向在微球S的修正的激光束5010。使用例如計算機5400的控制器來控制該Mach-Zender干涉儀5200。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，光致變色雙噻吩乙烯僅僅是一更大組光致變色材料中的一種，該材料可結(jié)合入微球S的基底以作為光吸收材料。而且，具有光吸收特性并能由光波段外的一特定性質(zhì)或數(shù)量的光觸發(fā)的其它的材料可用作光吸收材料。能被適當(dāng)?shù)挠|發(fā)器有選擇地激發(fā)的其它材料包括，但并不限于，半導(dǎo)體納米團簇、電致變色納晶、半導(dǎo)體、量子點、摻雜半導(dǎo)體納米團簇、PDLC、二氫中氮茚，diarylimylenes，ScGe，bisMienylperfluorocyclopentenes，螺芘，俘精酸酐以及染料，該適當(dāng)?shù)挠|發(fā)器可包括施加在微球上的一束光或電能，其反過來能將信號吸收材料泵浦至較高能態(tài)以提供該它的信號吸收活動。
雖然錐形光纖是優(yōu)選的波導(dǎo)1100，但是，并不限于錐形光纖，非錐形光纖或其它的波導(dǎo)可代替錐形光纖。
波導(dǎo)1100由輸入光纖構(gòu)成，該輸入光纖具有傳輸光的芯且由一包層包覆。該包層具有的折射率與所述芯具有的折射率之間的差別足夠大，以在芯—包層界面建立全內(nèi)反射的條件。該芯通常由一高折射率材料構(gòu)成，例如硅(Si，折射率為3.5)，而包層由低折射率材料構(gòu)成，例如氧化硅(SiO2，折射率為1.5)。其它的高折射率材料，例如Ge、GaAs、InP和GaAlA，可用于形成該芯。合適的材料僅限于那些顯示出縱向信號傳播的材料，可包括由半導(dǎo)體材料、或光波段間隙材料構(gòu)成的波導(dǎo)。
圍繞在具有波導(dǎo)的共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面1400，包層是薄的或者已被剝除以形成一個縮減了的包覆區(qū)域1600。已知將芯削減成一具有較小直徑或腰部的錐形芯能建立如下條件當(dāng)光信號沿著光纖傳輸時所形成的衰逝波能具有一延伸入圍繞該錐形芯的自由空間的衰逝末梢。
雖然優(yōu)選的光纖是錐形光纖，但是，并不限于錐形光纖，非錐形光纖或其它的波導(dǎo)，包括但并不限于由半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體波導(dǎo)，以及由半導(dǎo)體波導(dǎo)的構(gòu)建中使用的平板印刷法所構(gòu)建的半導(dǎo)體波導(dǎo)，可代替錐形光纖。在一些情況下，根據(jù)想要的RS的信號振幅，光纖錐形部分的錐度可變化以控制下游RS的振幅，其中，該RS從光濾波器1600開始繼續(xù)到輸入光纖下游。
圖12中所示的濾波器組能用于解多路復(fù)用(DEMUX)一光傳輸波段內(nèi)的不同波長信號。圖12中所示的解多路復(fù)用系統(tǒng)200由“n”組濾波器構(gòu)成，每一組包含“m”個濾波器220、220’、220”，240、240’、240”以及260、260’和260”。每一組“m”個濾波器是冗余的，在于它對同樣波長RS進行濾波。每一個濾波器固定在接近于輸入波導(dǎo)W1的位置上，通過該輸入波導(dǎo)W1可傳輸不同頻道內(nèi)的且每一個具有不同波長的光信號(λrs0，λrs1，λrs2，λrs3...λrsn)。接著，由濾波器(220-260”)將光信號定向至一組輸出波導(dǎo)W2、W2’和W2”，其中光信號能多路復(fù)用(MUX)入該輸出波導(dǎo)W2、W2’和W2”。優(yōu)選的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是在發(fā)生耦合的共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面使用具有縮減的包層的錐形區(qū)域的光纖，正如參照圖11A所描述的。每一濾波器內(nèi)的微球在其基底包含一可觸發(fā)光吸收材料。為阻止從微球至固定在接近一強光束的位置處的輸出波導(dǎo)W2、W2’和W2”的光切換，該強光束可用作對不期望進行切換的微球S的觸發(fā)器，其中，例如，該強光束為一修正的激光光束5010。
用于DEMUX和/或MUX的內(nèi)部系統(tǒng)僅是用于在波導(dǎo)之間光交接信號的濾波器的組合的一個實例?！癿”組濾波器的每一個可僅含有一個光濾波器?？杉尤腩~外的開關(guān)。此外，本發(fā)明的通過信號損耗來斷開WGM共振的光濾波器可配置在不同的、各種各樣的位置處，而不背離本發(fā)明的范圍。
圖13示出一個通過使用一個或多個光陷阱來放置和/或保持該WGM微球以形成一光開關(guān)或一組光濾波器的系統(tǒng)和方法的概略圖，通常標(biāo)記為3300，所述的一組光濾波器正如參照圖12所描述的。
為制造一光濾波器，在一組件容器3310中生成可移動光陷阱10000&10020。該組件容器應(yīng)當(dāng)由至少部分透明的、能使得形成光陷阱的光穿過并進入期望位置的材料構(gòu)成。
光陷阱10000&10020用于操縱小微球S1&S2并對它們進行定位以構(gòu)造一光濾波器。通過將一準(zhǔn)直光傳輸至位于能生成子光束3330&3340的相位模式化光學(xué)元件3320上的區(qū)域“A”，能形成光陷阱10000&10020，其中，該準(zhǔn)直光優(yōu)選為激光光束5000。接著，由該相位模式化光學(xué)元件3320生成的每一子光束3330&3340穿過傳遞光學(xué)部件L1&L2到達(dá)光束分離器3350上。
該光束分離器3350提供兩個定向在不同方向的光流3360&3370。第一光流3360來自相位模式化光學(xué)元件3320的子光束3330&3340，這些子光束由光束分離器3350再定向經(jīng)區(qū)域“B”到達(dá)聚焦透鏡3390的后孔徑3380，由此將子光束3330&3340重疊在聚焦透鏡的后孔徑3380。在那些在異型子光束(non section of the beamlets)3330&3340在周邊具有較低強度，而在從周邊向內(nèi)的區(qū)域具有較高強度的實施例中，過度充填該后孔徑3380的約低于15％的區(qū)域，與未過度充填該后孔徑3380相比，用于在周邊具有較高強度的光陷阱。
通過產(chǎn)生在三維方向上容納和操縱該微球S1&S2所需的漸變條件，當(dāng)子光束3330&3340穿過聚焦透鏡3390時，子光束3330&3340被會聚以形成光陷阱10000&10020。為清楚起見，僅圖示了兩組微球、子光束和光陷阱，但是應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)分析(assay)的本性、范圍和其它參數(shù)，以及產(chǎn)生光陷阱的系統(tǒng)的性能，能提供更多或更少。改變相位模式化光學(xué)元件改變了光束的相剖面圖，這能改變光陷阱的位置。
任何合適的激光器均能用作激光光束5000的光源?？捎玫募す馄靼ü腆w激光器，二極管泵浦激光器、氣體激光器、染料激光器、紅寶石激光器、自由電子激光器、VCSEL激光器、二極管激光器、鈦—藍(lán)寶石激光器、摻雜YAG激光器、摻雜YLF激光器、二極管泵浦YAG激光器以及閃光燈—泵浦YAG激光器。優(yōu)選功率在10mW和5W之間的二極管—泵浦Nd:YAG激光器。
當(dāng)激光光束5000反射離開相位模式化光學(xué)元件3320時，相位模式化光學(xué)元件產(chǎn)生子光束3330&3340，每個子光束具有一個相剖面圖。根據(jù)所期望的光陷阱的數(shù)目和類型，可改變相剖面圖。該相剖面圖的改變可包括衍射、波前成形、相移、轉(zhuǎn)向、發(fā)散和會聚?；谒x的相剖面圖，相位模式化光學(xué)元件能用于生成如下形式的光陷阱光鑷、光學(xué)漩渦、光學(xué)瓶頸、光旋轉(zhuǎn)器和光籠，以及上述形式的兩個或多個的組合。
根據(jù)合適的相位模式化光學(xué)元件如何定向聚焦光束或其它能源，所述的相位模式化光學(xué)元件的特征是透射的或反射的。透射衍射光元件傳輸光束或其它能源束，而反射衍射光元件反射該光束或能源束。
相位模式化光學(xué)元件也能分類為具有靜態(tài)表面或動態(tài)表面。合適的靜態(tài)相位模式化光學(xué)元件的實例包括那些具有一個或多個固定表面的區(qū)域的光元件，例如光柵，包括衍射光柵、反射光柵和透射光柵，全息圖，包括光致變色全息圖、模版、光整形全息濾波器、光致變色全息圖，以及透鏡、反射鏡、棱鏡和波片等。
具有與時間有關(guān)的功能的合適的動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的實例包括計算機生成衍射圖案、相移材料、液晶相移陣列、微鏡陣列—包括活塞式微鏡陣列、空間光調(diào)制器、光電致偏儀、聲-光調(diào)制器、變形鏡以及反射MEMS陣列等。用一動態(tài)相位模式化光學(xué)元件，包含該動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的介質(zhì)能被改變，以賦予圖案化相移至聚焦光束，這導(dǎo)致該聚焦光束的相剖面圖的相應(yīng)變化，例如衍射或會聚。此外，能改變包含相位模式化光學(xué)元件的介質(zhì)以產(chǎn)生光陷阱位置的變化。動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的一個優(yōu)點在于該介質(zhì)能被改變以獨立地移動每一個光陷阱。
優(yōu)選的動態(tài)光元件包括純調(diào)相的空間光調(diào)制器，例如由日本的Hamamatsu制造的“PAL-SLM系列X7665”或者由Layafette Colorado的Bouler Nonlimer Systems制造的“SLM 512SA7”和“SLM 512SA15”。這些相位模式化光學(xué)元件是由計算機控制的，通過對該介質(zhì)內(nèi)的全息圖進行編碼來產(chǎn)生子光束10000&10020。
該相位模式化光學(xué)元件也用于賦予該激光光束一特定的拓?fù)淠Ｊ健Ｒ虼?，一個子光束可形成為高斯—拉蓋耳模式，而另一子光束可形成為高斯模式。
返回光束分離器，該光束分離器3350也提供一來自成像照明源3340的第二光流3370。該第二光流3370穿過工作區(qū)3310和光束分離器3350，形成一光數(shù)據(jù)流4200，該數(shù)據(jù)流提供有關(guān)工作區(qū)3310中的微球S1&S2的位置的信息。該光數(shù)據(jù)流能轉(zhuǎn)換為視頻信號，能由操作員的視覺檢查進行光譜分析和/或視頻監(jiān)控。該光數(shù)據(jù)流4200也可以由監(jiān)控強度的光探測器或者使用任何合適的裝置處理4400，以將該光數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流來供計算機使用。
為將微球容納、定位和保持在選定位置，操作員和/或計算機能調(diào)整相位模式化光學(xué)元件3320以定向光陷阱10000&10020的運動來首先獲取選定微球，并將微球容納在一光陷阱中。接著，至于微球的位置，容納有微球的光陷阱可被再次配置。該光數(shù)據(jù)流4200能用于識別和/或監(jiān)視一個或多個陷阱的位置?；谠撐恢煤捅旧硖匦孕畔?，能改變在相位模式化光學(xué)元件3320的介質(zhì)中編碼的全息圖。全息圖的此種改變能用于改變光陷阱的類型以及光陷阱的位置，并因而改變光陷阱所容納的微球的位置。
在另一個關(guān)于光濾波器的發(fā)明中，圖14中圖示出一總是處于“開”狀態(tài)的光濾波器6000。一對子濾波器連接并固定在輸入波導(dǎo)W1和輸出波導(dǎo)W2之間，其中，第一個子濾波器為“看門人”1150，第二個為“隔離器”1250。
“看門人”子濾波器包含“隔離器”介質(zhì)微球“S1”，而“隔離器”子濾波器包含“看門人”微球“S2”。每個微球S1和S2固定在接近輸入波導(dǎo)或輸出波導(dǎo)的區(qū)域。
每個介質(zhì)微球?qū)σ唤M共振信號“RS”(λrs0，λrs1，λrs2)在WGM下進行共振，該組共振信號能從第二公式(de/q＝RS)獲得。對于本實施例的光濾波器的輸入和輸出波導(dǎo)W1和W2，每一個都由輸入光纖“F1”和輸出光纖“F2”構(gòu)成。每一光纖F1和F2具有信號傳輸?shù)男?350，且其由一包層1450包覆。該包層1450具有的折射率與該芯1350具有的折射率之間的差別足夠大，以在芯—包層界面建立全內(nèi)反射的條件。該芯1350通常由高折射率材料構(gòu)成，例如硅(Si，折射率為3.5)，而包層由低折射率材料構(gòu)成，例如氧化硅(SiO2，折射率為1.5)。其它的高折射率材料，例如Ge、GaAs、InP和GaAlA，可用于形成該芯。合適的材料僅限于那些顯示出縱向信號傳播的材料，而且可包括由半導(dǎo)體材料、或光波段間隙材料制成的波導(dǎo)。
在光纖的薄包覆或裸露區(qū)域形成一共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面1550，該光纖的薄包覆或裸露區(qū)域形成一縮減了的包層1650區(qū)域，其中，微球“S1”或“S2”固定在接近光纖的位置。每個微球S1和S2對一組共振信號“RS”(λrs0，λrs1，λrs2)在WGM下進行共振，該組共振信號能從第二公式(de/q＝RS)獲得。將該“看門人”微球S1放置在接近輸入光纖F1和“隔離者”微球S2的位置以將來自輸入光纖F1的光信號耦合至“隔離者”微球S2。
本實施例中，輸入和輸出光纖F1和F2被顯示為錐形。當(dāng)光纖的芯1350被縮減1750部分成一錐形芯1850時，可獲得錐形。已知將芯1350縮減成一具有較小直徑或腰部的錐形芯1850能建立如下條件當(dāng)光信號沿著光纖傳輸時所形成的衰逝波能具有一延伸入圍繞該錐形芯1850的自由空間的衰逝末梢。通常，來自輸入光纖F1的可提供用于耦合的衰逝波的信號振幅隨著從固定微球的光纖到微球從其中接收衰逝末梢的輸入光纖F1之間的距離成指數(shù)衰減。
雖然圖示的和優(yōu)選的光纖是錐形光纖，但是，并不限于錐形光纖，非錐形光纖或其它的波導(dǎo)可代替錐形光纖。在一些情況下，根據(jù)所期望的對于RS信號振幅，光纖錐形部分的錐度可變化以支持特定的下游RS的振幅，其中，該RS沿著來自光濾波器6000的輸入光纖F1下游繼續(xù)向下。
每一光纖F1和F2支持一組信號λrs0，λrs1，λrs2...λrsn的信號傳輸，該組信號提供相應(yīng)的衰逝波(以及每一衰逝波的末梢)延伸入沿著被縮減的包層1650的區(qū)域的空間。
在光濾波器6000中，信號從“看門人”子濾波器1150直接傳入“隔離者”子濾波器1250。因此，固定在彼此接近的區(qū)域的“看門人”子濾波器1150和“隔離者”子濾波器1250能在該接近區(qū)域的定向子濾波器界面1950處直接耦合。在“看門人”子濾波器1150中的微球S1將對一組RS(λrs0，λrs1，λrs2)在WGM下進行共振，而在“隔離者”子濾波器1250中的微球S2將對一組RS(λrs2，λrs7，λrs9)在WGM下進行共振。因此，由于“看門人”子濾波器1150和“隔離者”子濾波器1250僅有一個共有的RS(λrs2)，所以從輸入光纖F1傳入輸出光纖F2的通過信號(throughput)僅為該單個特定的光信號(λrs2)。此外，該共有的單個信號RS(λrs2)能耦合至第二結(jié)構(gòu)，例如，附加子濾波器的，或耦合至能接收和處理光信號的其它結(jié)構(gòu)。
這種光濾波器6000也可作為一加開關(guān)。尤其是，在圖14所示的實施例中，來自“隔離者”子濾波器1250的輸出光纖F2上游中缺少該共有的RS“λrs2”。來自“隔離者”子濾波器1250的下游，該缺少的RS(λrs2)位于輸出光纖F2中。
選定的微球S1和S2應(yīng)當(dāng)具有最小的“Q”(品質(zhì)因數(shù))，這是對一給定的信號在最大光譜頻率1/2處的全寬度的測量結(jié)果，足以分辨分立的頻道，這些分立的頻道在通信波段中被間隔開，其提供要被切換的信號。例如，在TDM、WDM和DWDM中發(fā)現(xiàn)的通常參考的頻道間隔結(jié)構(gòu)可大至幾百GHz或小至12.5GHz。對100GHz間隔來說，保持頻道分離所需的最小Q值大約為2,000。對50GHz頻道間隔來說，最小Q值大約為4,000。對12.5GHz頻道間隔來說，最小Q值大約為16,000。
為獲得接近材料極限的Q值，通過使用具有大直徑的微球，優(yōu)選地使用直徑大于100微米的微球，，使得由于Q-1rad和Q-1ss所帶來的共振結(jié)構(gòu)(本實施例中，為微球)損耗降至最低。不幸的是，通過使用具有足夠大的直徑的微球來最小化由Q-1rad和Q-1ss所帶來的損耗以獲得高Q值的方法具有一個缺點，即，大直徑的微球?qū)⒖赡芤鸲鄠€RS穿過“看門人”5150。然而，當(dāng)“隔離者”5250被選擇與“看門人”僅有一個共有的RS時，該缺點不會帶來任何不良后果。
然而，直徑并不限于100微米。實際上，給定微球的實際直徑部分地依賴于頻道間隔以及濾波器正在其中工作的系統(tǒng)的其它變量。California的Palo Alto的Duke Scientific Corporation可提供直徑在20-400微米范圍內(nèi)的硅微球。
圖15中所示的“開/關(guān)”切換的光濾波器6001由圖14的具有至少正被電控制2150的“隔離者”子濾波器1250的光濾波器6000構(gòu)成。
通過在“隔離者”子濾波器1250內(nèi)的微球S2的相對面上放置一由導(dǎo)電引線2250電連接至一控制器(未示出)的電極對E&E’來形成電門(electronic gate)。電門由兩個WGM控制中的一個來提供“開/關(guān)”功能。
對第一和第二WGM控制的任一個來說，該電控制機制是基于該微球S的極化。通過線性電光效應(yīng)能獲得該微球S的極化。在微球相對面上的電極對E&E’兩端施加一電功率(電壓和電流)可用于產(chǎn)生這種線性電光效應(yīng)，該電極對通過導(dǎo)電引線2250電連接至一控制器(未示出)。通過改變微球的介電常數(shù)“εrs(microsphere)”，該線性電光效應(yīng)將極化微球的基底。該“εrs(microsphere)”具有一實部“ε1”和一虛部“iε2”，如公式3所示，其為該兩部分的和εrs＝ε1+iε2(3)當(dāng)iε2保持恒定時，已知微球(共振結(jié)構(gòu))的折射率nrs(microsphere)通常與其介電常數(shù)的實部的均方根 成比例。因此，通過線性電光效應(yīng)對ε1的可控改變能改變nrs(microsphere)。調(diào)整nrs(microsphere)的能力提供了兩種相關(guān)的，但是不同的WGM控制方式。
基于微球的折射率nrs(microsphere)的調(diào)整來建立支持或不支持由微球“S2”對濾波器選定的特定RS的WGM共振的條件，第一WGM控制能切換“開/關(guān)”濾波器。雖然圖15圖示了在“隔離者”子濾波器1250中的微球S2上施加的第一WGM控制，但是，該圖示并不是一種限制，WGM控制能施加在任一子濾波器內(nèi)的微球上。
第一和第二公式描述了微球中的對一組特定RS的WGM共振機制。從第一公式可知，當(dāng)“d”保持固定而nrs(microsphere)改變時，de將改變，而從第二公式可知，RS是de/q的函數(shù)，如果de改變(響應(yīng)nrs(microsphere)的變化)，RS也將會相應(yīng)改變。因此，調(diào)整nrs(microsphere)可用于建立條件以選擇對特定RS支持或不支持WGM共振的nrs(microsphere)。
當(dāng)對想要進行切換的輸入波導(dǎo)F1中的特定RS nrs(microsphere)支持WGM共振時，第一WGM控制的濾波器默認(rèn)為“開”。在這種默認(rèn)為“開”的光開關(guān)中，“關(guān)”功能是調(diào)整nrs(microsphere)以對特定RS不再支持WGM共振。也可能對nrs(microsphere)使用這種調(diào)整以調(diào)節(jié)微球并從不同特定RS的范圍內(nèi)選擇一RS用于切換。在最簡單的情況下，nrs(microsphere)的調(diào)整調(diào)節(jié)默認(rèn)“開”的光開關(guān)對期望的RS不再WGM共振。然而這種調(diào)節(jié)能夠被用來選擇對其它的RS來切換，在這種最簡單的情況下，以防止其它信號的無意切換，該調(diào)節(jié)優(yōu)選地是對通信波段外的RS。
相反地，當(dāng)nrs(microsphere)對特定RS不支持WGM共振時，第一WGM控制的光濾波器默認(rèn)為“關(guān)”。在這種默認(rèn)為“關(guān)”的光開關(guān)中，通過調(diào)整nrs(microsphere)來調(diào)節(jié)微球以對特定RS支持WGM共振來實現(xiàn)對特定RS的WGM共振。
無論是在“開”默認(rèn)狀態(tài)下的濾波器，還是在“關(guān)”默認(rèn)狀態(tài)下的濾波器，都可以通過極化或中斷極化來調(diào)整nrs(microsphere)。
通過第二WGM控制的“開/關(guān)”切換是由斷開(disrupt)或建立在微球S2和輸入光纖F1之間的共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面1550的區(qū)域或者在直接子濾波器界面1950的區(qū)域的耦合條件，而產(chǎn)生的。微球S2的極化用于相對于圍繞在微球S2周圍的介質(zhì)100的折射率“nmedium”來調(diào)整nrs(microsphere)。該介質(zhì)應(yīng)當(dāng)為非導(dǎo)電介質(zhì)。
當(dāng)nrs(microsphere)大體上等于在共振結(jié)構(gòu)一波導(dǎo)界面1550處的nmedium時，或nrs(microsphere)大體上等于在直接子濾波器界面1950處的nmedium時，微球S2實際上是媒介并對所有信號透明。當(dāng)nrs(microsphere)不等于在共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面1550處和直接子濾波器界面1950處的nmedium時，該微球S2完全不同于該介質(zhì)，從而發(fā)生耦合。
第二WGM控制也可用于建立“開”或“關(guān)”默認(rèn)狀態(tài)。當(dāng)nrs(isolator)大體上不同于在共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面15的區(qū)域處的和在直接子濾波器界面1950的區(qū)域處的nmedium時，可獲得默認(rèn)“開”的濾波器。通過經(jīng)一電極對E&E’利用一電光效應(yīng)(參照對第一WGM控制的描述)能調(diào)整nrs(isolator)，從而通過調(diào)整nrs(isolator)變得與在共振結(jié)構(gòu)一波導(dǎo)界面1550的區(qū)域處或直接子濾波器界面1950的區(qū)域處的nmedium大體相等以將子濾波器切換為關(guān)。
相反地，當(dāng)nrs(isolator)大體上等于在共振結(jié)構(gòu)一波導(dǎo)界面1550的區(qū)域處或直接子濾波器界面1950的區(qū)域處的nmedium時，可獲得默認(rèn)“關(guān)”狀態(tài)。
也可在濾波器6001內(nèi)的微球S2上涂敷諸如液晶分子、有機光折射聚合物、GaAs、硝酸苯以及LiNbO3等光激活材料，在這種情況下，在電極對2250之間以及在微球S2上經(jīng)過的電壓或電流用于極化該涂層材料2550，涂層介電常數(shù)ε1(coated microsphere)的改變就是為應(yīng)用WGM控制的目的而對折射率nrs(coated microsphere)所進行的調(diào)整。
應(yīng)用在“隔離者”子濾波器上的電門2150的圖示并不是一種限制。通過在兩個子濾波器1150和1250上或其中的任一個上應(yīng)用電門也可獲得切換“開/關(guān)”的濾波器。
圖16中示出一帶有光控制的“開/關(guān)”切換光濾波器6002的一個實施例。通過定向強光束來極化在子濾波器1150中的微球S1或極化子濾波器1250中的微球S2來形成光門。
可以以“光實時”的方式脈沖為開或關(guān)的強光束可為一激光光束5000，該激光光束通過照明光纖3150進入M-Z干涉儀3250，以產(chǎn)生修正后的激光束5010，然后從M-Z干涉儀3250中輸出。該修正的激光束5010要么通過相長干涉由M-Z干涉儀加強，要么通過相消干涉被M-Z干涉儀削弱。該M-Z干涉儀3250在皮秒范圍內(nèi)工作，并且在同樣的時間間隔內(nèi)，能產(chǎn)生或終止定向在微球S上的修正的激光束5010。使用計算機3450來控制該M-Z干涉儀3250。通過影響微球S2的介電常數(shù)“ε(microsphere)”的實部“ε1”，該修正的激光光束5010極化微球S2。因此，當(dāng)ε(microsphere)的“虛部”“iε2”保掙恒定時，可通過光效應(yīng)引起的ε1的可控變化來調(diào)整如前所指出的通常與 成比例的nrs(microsphere)。
正如對圖15中所示的電選通光開關(guān)(electronically gatedoptical switch)的詳細(xì)說明那樣，nrs(microsphere)的改變能用于實施兩個WGM控制中的一個。通過光效應(yīng)切換“開/關(guān)”濾波器6002，能將WGM控制都施加在子濾波器1150和1250上，或施加在其中一個子濾波器上。當(dāng)實施第二WGM控制時，微球S2放置在介質(zhì)1000中。
正如參照圖15的描述，光控濾波器6002中的微球S2也可以涂敷一光激活材料2550，在這種情況下，該光效應(yīng)用于調(diào)整nrs(coated microsphere)。因此，調(diào)整nrs(coated microsphere)能用于實施WGM控制。
圖17中示出一信號損耗光濾波器6003，該光濾波器能由例如M-Z干涉儀3250產(chǎn)生的強光束切換“開/關(guān)”。該強光束用于激發(fā)微球S2內(nèi)的信號吸收材料(例如光致變色雙噻吩乙烯)的信號吸收行為。通過將從M-Z干涉儀3250的照明光纖3150輸出的修正激光光束5010定向在微球上來有選擇的施加信號損耗，這通過調(diào)整微球S2的介電常數(shù)的“虛部”(iε2)，觸發(fā)信號吸收材料3850的行為。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，光致變色雙噻吩乙烯僅僅是一較大組光致變色材料中的一種，其可結(jié)合入微球的基底以作為光吸收材料。而且，其它的具有光吸收特性并能被光波段外的一特定性質(zhì)或數(shù)量的光所觸發(fā)的材料可用作光吸收材料。能被適當(dāng)?shù)挠|發(fā)器有選擇地觸發(fā)的其它材料包括，但并不限于，半導(dǎo)體納米團簇、電致變色納晶、量子點、摻雜半導(dǎo)體納米團簇、半導(dǎo)體、PDLC、二氫中氮茚，diarylimylenes，ScGe，bisMienylperfluorocyclopentenes，螺芘，俘精酸酐以及染料，該適當(dāng)?shù)挠|發(fā)器可包括施加在微球上的一束光或一束電能，其反過來能將該信號吸收材料泵浦至較高能態(tài)以提供其信號吸收活動。
圖18中圖示出一帶有間接耦合子濾波器1150和1250的光濾波器6004，該間接耦合子濾波器1150和1250被一中間波導(dǎo)W3分開，并固定在接近中間波導(dǎo)W3的位置上?！翱撮T人”子濾波器1150中的微球S1固定在中間波導(dǎo)W3的上游，而“隔離者”子濾波器1250的微球S2固定在中間波導(dǎo)W3的下游。因此，從“看門人”子濾波器1150耦合到中間波導(dǎo)W3的信號傳輸至“隔離者”子濾波器1250。
該輸入、輸出和中間波導(dǎo)W1、W2和W3可由光纖構(gòu)成。為提供較大振幅的信號以用于耦合，該光纖也可為錐形。雖然圖14-17中所示的是錐形光纖，但并不限于使用錐形光纖，非錐形光纖或其它的波導(dǎo)，包括但并不限于由半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體波導(dǎo)，以及由半導(dǎo)體波導(dǎo)的構(gòu)建中所用的平板印刷法所構(gòu)建的半導(dǎo)體波導(dǎo)，可代替錐形光纖。
在一些情況下，中間波導(dǎo)W3可由在微球S1和S2之間的以端—對—端形式放置的光纖構(gòu)成。以端—對—端形式放置的中間光纖的一端或兩端均可被轉(zhuǎn)動一角度。該以端—對—端形式放置的光纖的末端應(yīng)當(dāng)被結(jié)束以支持全內(nèi)反射，通過全內(nèi)反射，信號能耦合至子濾波器。
正如參照圖14-17所描述的，子濾波器1150和1250的每一個包含對一組特定的RS在WGM下共振的微球S1和S2。通過在提供輸入信號λrs0、λrs1、λrs2...λrsn的光通信波段的頻道內(nèi)選擇僅共有一個RS(λrs2)的“看門人”子濾波器1150和“隔離者”子濾波器1250來獲得特定信號的光濾波器50。
實際上，光濾波器6004可總處于“開”狀態(tài)，或通過使用先前討論的WGM控制或通過信號損耗可切換開/關(guān)”。
為了使用WGM控制形成一切換“開/關(guān)”的光濾波器，在“看門人”和“隔離者”子濾波器1150和1250中的微球S1和S2的其中之一上施加極化能量5150。該極化能量5150可來自對電門(參照圖15所描述的)或光門(參照圖16所描述的)的應(yīng)用。
如前所討論的，已知微球的折射率“nrs(microsphere)”與其介電常數(shù)的“實部”的均方根 成比例。因此，通過在微球上施加光效應(yīng)或電光效應(yīng)，能調(diào)整nrs(microsphere)從而提供兩個WGM控制。
第一WGM控制能基于微球的折射率“nrs(microsphere)”的調(diào)整，以建立對濾波器選擇的特定RS由微球支持或不支持WGM共振的條件，來切換“開/關(guān)”濾波器。
第二WGM控制能基于斷開或建立在微球和波導(dǎo)之間的耦合條件來切換“開/關(guān)”光濾波器。微球的極化用于相對與圍繞著微球的介質(zhì)1000的折射率“nmedium”來調(diào)整nrs(microsphere)。當(dāng)nrs(microsphere)大體上等于在耦合區(qū)域(參照圖15所描述的，共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面)的nmedium時，微球混入介質(zhì)，并對所有信號透明。當(dāng)nrs(microsphere)不等于nmedium時，微球完全不同于介質(zhì)，從而能發(fā)生耦合。
在用信號損耗“開/關(guān)”濾波器的情況下，使用例如為一強光束的觸發(fā)器能量5250，通過先前所述的對微球的介電常數(shù)的“虛部”(iε2)的調(diào)整來觸發(fā)在微球內(nèi)的信號吸收材料的信號吸收行為。
圖19中圖示出一包括一組光濾波器的系統(tǒng)，該組光濾波器光學(xué)交接波導(dǎo)并且解多路復(fù)用(DEMUX)光信號。該DEMUX系統(tǒng)6005由“n”個固定在接近輸入波導(dǎo)W1的區(qū)域的光濾波器1070和1070’構(gòu)成，其中，通過輸入波導(dǎo)W1可提供在“n”個頻道內(nèi)的不同波長(λrs0，λrs1，λrs2，λrs3...λrsn)的光信號。每一光濾波器1070和1070’也固定在接近“n”個輸出波導(dǎo)W2和W2’中的一個的區(qū)域上。最基本的DEMUX系統(tǒng)光交接輸入波導(dǎo)和“n”個輸出波導(dǎo)W2和W2’之間的信號。本實施例中顯示的光濾波器1070和1070’總處于“開”狀態(tài)，正如參照圖14所詳細(xì)描述的那樣。
雖然顯示的是直接耦合光濾波器，例如參照圖14-17所描述的，但這種圖示并不是一種限制，參照圖18所描述的間接耦合光濾波器可代替直接耦合光濾波器。
為將“n”個頻道內(nèi)的信號從單個輸入波導(dǎo)W1 DEMUX至“m”個第三波導(dǎo)W4A、W4B或W4C，光開關(guān)761A、761B、761C、762A、762B和762C放置在輸出波導(dǎo)W2、W2’、W2”和第三波導(dǎo)W4A、W4B、W4C或W4D之間的交叉點處。優(yōu)選地，光開關(guān)761A、761B、761C、762A、762B和762C是為了避免任何光-電—光轉(zhuǎn)換。這樣光開關(guān)可為共振結(jié)構(gòu)，該共振結(jié)構(gòu)包括由運動場狀物、環(huán)狀物、鐵箍、橢圓形和扁球形的球狀體或圓盤和微球加上共振腔組成組。然而，根據(jù)該DEMUX系統(tǒng)6005的性能參數(shù)，可使用非光開關(guān)。優(yōu)選的光開關(guān)761A、761B、761C、762A、762B和762C不必具有由一組光濾波器1070和1070’DEMUX間隔較近的頻道所需的高Q值，因為僅有一個信號RS從光濾波器1070和1070’耦合至適當(dāng)?shù)妮敵霾▽?dǎo)W2和W2’。因此，多個光開關(guān)761A、761B、761C、762A、762B和762C不必區(qū)分間隔較近的信號。
圖19中所示的每一個光開關(guān)761A、761B、761C、762A、762B和762C中的微球是電控制的，就像參照圖15所描述的那樣。圖示的電控制的光開關(guān)并不是一種限制。光開關(guān)中的一個或多個也可是光控制的，如同參照圖16所描述的那樣，和/或由信號損耗切換“開/關(guān)”，如同參照圖17所示的光濾波器所的描述那樣。期望應(yīng)用第二WGM控制的任何光開關(guān)761A、761B、761C、762A、762B和762C應(yīng)當(dāng)放置在介質(zhì)1000中。而且，某些可總處于“開”狀態(tài)，而其它的是“開/關(guān)”切換的。
倒轉(zhuǎn)信號的方向，使得每一第三波導(dǎo)成為對于一個頻道的信號輸入端，而輸入波導(dǎo)成為輸出波導(dǎo)，從而產(chǎn)生一多路復(fù)用(MUX)系統(tǒng)。
圖20中圖示出一組被結(jié)合以解多路復(fù)用(DEMUX)的“n”個光濾波器5050和5050’。光信號從“n”個頻道傳入輸出波導(dǎo)W2、W2’和W2”。DEMUX系統(tǒng)7000中的每一個光濾波器由一單個“看門人”子濾波器711、711’和711”構(gòu)成，并固定在接近輸入波導(dǎo)W1和一中間波導(dǎo)W3、W3’和W3”的位置，其中該子濾波器711、711’和711”能對一組特定的RS在WGM下進行共振。
固定在接近每個中間波導(dǎo)W3和W3’以及每一“看門人”子濾波器下游的位置的是“n”組“m”個冗余“隔離者”子濾波器712A-A”和712B-B″。每一組中的“m”個冗余“隔離者”子濾波器“712A-A”和712B-B″的每一個包含微球S2A和S2B，該微球?qū)ν瑯拥奶囟ńMRS在WGM下進行共振，其中一個RS是相應(yīng)的“看門人”子濾波器711或711’的RS。該信號從“看門人”子濾波器711或711’傳輸至適當(dāng)?shù)闹虚g波導(dǎo)W3、W3’或W3”，并能與相應(yīng)組冗余“隔離者”子濾波器“712A-A”和712B-B″中的微球S2A和S2B中的一個或多個相耦合。
正如參照圖18所描述的那樣，一極化能量5150或一觸發(fā)器能量5250可被施加在子濾波器上，以通過WGM控制中的一個或通過信號損耗對該子濾波器進行“開/關(guān)”切換。如果施加第二WGM控制，那么一具有已知折射率的介質(zhì)1000應(yīng)當(dāng)圍繞受影響的子濾波器。
圖21中圖示出一個通過使用一個或多個光陷阱來放置和/或保持WGM微球以構(gòu)建例如參照圖18所描述的一個光開關(guān)或一組光濾波器的系統(tǒng)和方法的概略圖，通常被標(biāo)記為6006。
為制造一光濾波器，在一組件容器61中生成可移動光陷阱1000&1001。該組件容器應(yīng)當(dāng)由至少部分透明的、能使得用于形成光陷阱的光穿過并進入期望位置的材料構(gòu)成。
光陷阱10000&10020用于操縱小微球S1&S2并對它們進行定位以構(gòu)造一光濾波器。通過將一準(zhǔn)直光傳輸至能生成子光束863&864的相位模式化光學(xué)元件862上，能形成光陷阱10000&10020，其中，該準(zhǔn)直光優(yōu)選為激光光束5000。然后，由該相位模式化光學(xué)元件862所生成的每一子光束863&864穿過傳遞光學(xué)系統(tǒng)L1&L2到達(dá)光束分離器865上。
該光束分離器865提供兩個定向在不同方向的光流866&867。第一光流866來自相位模式化光學(xué)元件862的子光束863&864，該子光束被光束分離器865再定向后經(jīng)區(qū)域“B”到達(dá)聚焦透鏡869的后孔徑868，從而在聚焦透鏡的后孔徑868上重疊子光束863&864。在那些子光束863&864的強在周邊較低，而在從周邊向內(nèi)的區(qū)域較高的實施例中，過度充填后孔徑868的約低于15％的區(qū)域，與未過度充填后孔徑868相比，用于形成在周邊具有較高強度的光陷阱。
通過產(chǎn)生在三維方向上容納和操縱該微球S1&S2所需的漸變條件，當(dāng)子光束863&864穿過聚焦透鏡869時，子光束863&864被會聚以形成光陷阱10000&10020。為清楚起見，僅圖示了兩組微球、子光束和光陷阱，但是應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)分析的性質(zhì)、范圍和其它參數(shù)，以及產(chǎn)生光陷阱的系統(tǒng)的性能，能提供更多或更少的組。改變相位模式化光學(xué)元件改變了光束的相剖面圖，這能改變光陷阱的位置。
任何合適的激光器均能用作激光光束5000的光源?？捎玫募す馄靼ü腆w激光器，二極管泵浦激光器、氣體激光器、染料激光器、紅寶石激光器、自由電子激光器、VCSEL激光器、二極管激光器、鈦—藍(lán)寶石激光器、摻雜YAG激光器、摻雜YLF激光器、二極管泵浦YAG激光器以及閃光燈—泵浦YAG激光器。優(yōu)選功率在10mW和5W之間的二極管—泵浦Nd:YAG激光器。
當(dāng)激光光束5000反射離開相位模式化光學(xué)元件62時，相位模式化光學(xué)元件產(chǎn)生子光束863&864，每個子光束具有一個相剖面圖。根據(jù)所期望的光陷阱的數(shù)目和類型，可改變相剖面圖。該相剖面圖的改變可包括衍射、波前成形、相移、轉(zhuǎn)向(steering)、發(fā)散和會聚?；谒x的相剖面圖，相位模式化光學(xué)元件能用于生成如下形式的光陷阱光鑷、光學(xué)漩渦、光學(xué)瓶頸、光旋轉(zhuǎn)器和光籠，以及兩個或多個上述形式的組合。
根據(jù)合適的相位模式化光學(xué)元件如何定向會聚光束或其它能源的聚焦束，其特征是透射的或反射的。透射衍射光學(xué)元件透射光束或其它能量束，而反射衍射光元件反射該光束或能量束。
相位模式化光學(xué)元件也能分類為具有靜態(tài)表面或動態(tài)表面。合適的靜態(tài)相位模式化光學(xué)元件的實例包括那些具有一個或多個固定表面的區(qū)域的靜態(tài)相位模式化光學(xué)元件，例如光柵，包括衍射光柵、反射光柵和透射光柵，全息圖，包括光致變色全息圖、模版、光整形全息濾波器、光致變色全息圖，以及透鏡、反射鏡、棱鏡和波片等。
具有與時間有關(guān)的功能的合適的動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的實例包括計算機生成衍射圖案、相移材料、液晶相移陣列、微鏡陣列—包括活塞式微鏡陣列、空間光調(diào)制器、光電致偏儀、聲-光調(diào)制器、變形鏡以及反射MEMS陣列等。由于存在—動態(tài)相位模式化光學(xué)元件，包含該動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的介質(zhì)能被改變，以賦予圖案化相移至聚焦光束，這導(dǎo)致在聚焦光束的相剖面圖中的相應(yīng)變化，例如衍射或會聚。此外，包含動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的介質(zhì)能被改變以產(chǎn)生光陷阱位置的變化。動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的一個優(yōu)點在于該介質(zhì)能被改變以獨立移動每一個光陷阱。
優(yōu)選的動態(tài)光元件包括純調(diào)相的空間光調(diào)制器，例如由日本的Hamamatsu制造的“PAL-SLM系列X7665”或者由Layafette Colorado的Bouler Nonlimer Systems制造的“SLM 512SA7”和“SLM 512SA15”。這些相位模式化光學(xué)元件是計算機控制的，通過對介質(zhì)內(nèi)的全息圖進行編碼來產(chǎn)生子光束10000&10020。
該相位模式化光學(xué)元件也用于賦予該激光光束一特定的拓?fù)淠Ｊ?。因此，一個子光束可形成為高斯—拉蓋耳模式，而另一子光束可形成為高斯模式。
返回來談及光束分離器，該光束分離器865也提供一來自成像照明源870的第二光流867。該第二光流867穿過工作區(qū)861和光束分離器865，并形成一光數(shù)據(jù)流872，該數(shù)據(jù)流872提供關(guān)于在工作區(qū)861中的微球S1&S2位置的信息。該光數(shù)據(jù)流能轉(zhuǎn)換為視頻信號，由操作員的視覺檢查視頻監(jiān)控或光譜分析。光數(shù)據(jù)流872也可以由監(jiān)控強度的光探測器或者任何合適的裝置來處理874，以將光數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成適于計算機使用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。
為將微球容納、定位和保持在選定位置，操作員和/或計算機能調(diào)整相位模式化光學(xué)元件862以定向光陷阱10000&10020的運動來首先捕獲取選定的微球，并將微球容納在光陷阱中。接著，關(guān)于微球的位置，容納有微球的光陷阱可再次配置。該光數(shù)據(jù)流872能用于識別和/或監(jiān)視一個或多個陷阱的位置?；谖恢玫暮捅旧硖匦缘男畔?，能改變編碼在相位模式化光學(xué)元件862的介質(zhì)中的全息圖。全息圖的此種改變能用于改變光陷阱的類型以及光陷阱的位置，并因而改變光陷阱所容納的微球的位置。
在另一個涉及光濾波器的發(fā)明中，圖22描繪了一濾波器9000。該濾波器9000由固定在接近輸入波導(dǎo)911的區(qū)域的介質(zhì)微球“S”和一第二結(jié)構(gòu)912構(gòu)成，其中，該輸入波導(dǎo)支持一組信號λrs0，λrs1，λrs2...λrsn的傳輸，該組信號中的每一個提供沿波導(dǎo)911的相應(yīng)的衰逝波。該第二結(jié)構(gòu)912應(yīng)當(dāng)是這樣的一種結(jié)構(gòu)，例如，另一波導(dǎo)、光波段間隙波導(dǎo)、光晶波導(dǎo)、WGM微球或其它支持信號傳輸?shù)墓舱窠Y(jié)構(gòu)。該介質(zhì)微球S對一組共振信號“RS”(λrs0，λrs1，λrs2)在WGM下進行共振，該組共振信號能從第二公式(de/q＝RS)獲得。圖26中圖示出一個表來表示三個不同直徑的微球在“C”通信光波段內(nèi)的RS。
微球S放置在接近輸入波導(dǎo)911和第二結(jié)構(gòu)912的位置，使得微球S處于能耦合來自輸入波導(dǎo)911的光信號、或?qū)⒐庑盘栺詈现恋诙Y(jié)構(gòu)912的位置。實際上，微球S將接收從輸入波導(dǎo)911發(fā)出的、位于共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面914處的其RS的衰逝波，以及接收共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面914處的將要傳入第二結(jié)構(gòu)912的RS。
通過在微球的相對面上放置一電極對E&E’所形成的電控制來控制濾波器9000的“開/關(guān)”切換，其中，該對電極E&E’通過導(dǎo)電引線915電連接至一控制器(未示出)。通過一WGM控制，電門提供“開/關(guān)”功能。
WGM控制機制是基于該微球S的極化。通過線性電光效應(yīng)能獲得該微球S的極化，在處于微球相對面上的電極對E&E’上施加一電功率(電壓或電流)可用于產(chǎn)生該線性電光效應(yīng)。通過改變微球的介電常數(shù)“εrs(microsphere)”，該線性電光效應(yīng)能極化該微球的基底。該“εrs(microsphere)”具有一實部“ε1”和一虛部“iε2”，如公式3所示，其為該兩部分的和εrs＝ε1+iε2。
當(dāng)iε2保持恒定時，已知微球(共振結(jié)構(gòu))的折射率nrs(microsphere)與其介電常數(shù)的實部的均方根 成比例。因此，通過線性電光效應(yīng)對ε1的可控改變能改變nrs(microsphere)。
通過斷開或建立在微球S和輸入光纖911和/或第二結(jié)構(gòu)912之間的耦合條件在一個或多個區(qū)域的產(chǎn)生如下所述的WGM控制，其中，該一個或多個區(qū)域是共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面914。微球S的極化用于相對于圍繞在微球S周圍的介質(zhì)1000的折射率“nmedium”來調(diào)整nrs(microsphere)。為了提供WGM控制，介質(zhì)1000應(yīng)當(dāng)圍繞共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面914所涵蓋的輸入波導(dǎo)911和第二結(jié)構(gòu)912中的至少一個。該介質(zhì)應(yīng)當(dāng)具有一與電場有關(guān)的折射率，其取值范圍是從一低于nrs(microsphere)的較低值到一至少等于nrs(microsphere)的較高值，并且，該介質(zhì)不應(yīng)當(dāng)是導(dǎo)體。
當(dāng)nrs(microsphere)大體上等于在共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面914處的nmedium時，微球S在共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面914是有效媒介并對所有信號透明。當(dāng)nrs(microsphere)不接近medium時，微球S不同于介質(zhì)，從而信號能從輸入波導(dǎo)911中的信號濾出并傳入第二結(jié)構(gòu)912。
濾波器9000其默認(rèn)狀態(tài)可以為“開”也可以為“關(guān)”。當(dāng)nrs(microsphere)不同于在共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面914處或附近的nmedium時，且可獲得默認(rèn)“開”濾波器，從而激勵信號從微球耦合出去，或者信號耦合入微球。通過經(jīng)一電極對E&E’使用一電光效應(yīng)以使得nrs(microsphere)變得大體等于共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面914的區(qū)域處的nmedium，從而能中斷信號耦合至輸入波導(dǎo)911處的微球S，或者在第二結(jié)構(gòu)912處中斷來自微球S的信號耦合。
相反地，在至少一個共振結(jié)構(gòu)—波導(dǎo)界面914的區(qū)域，當(dāng)nrs(microsphere)大體上等于介質(zhì)折射率nmedium時，可獲得默認(rèn)“關(guān)”的光開關(guān)。
也可在電控濾波器9000內(nèi)的微球S上涂敷液晶分子、有機光折射聚合物、GaAs、硝酸苯以及LiNbO3等光激活材料916，在這種情況下，在電極對915之間及在微球S上施加的電壓或流過的電流能用于極化該涂層材料916，并改變其介電常數(shù)ε1(coated microsphere)，并由此調(diào)整其折射率nrs(coated microsphere)。因此，通過調(diào)整nrs(coated microsphere)能將WGM控制施加在微球上。
圖23中圖示出一帶有光控制器的濾波器9020。正如參照圖22所進行的描述那樣，對一組RS(λrs0，λrs1，λrs2)在WGM下進行共振的微球“S”固定在接近輸入波導(dǎo)911和第二結(jié)構(gòu)912的位置。在本實施例中，用于切換“開/關(guān)”濾波器的WGM控制保持微球S的極化。然而，極化是用一強光束照射微球S所引起的結(jié)果。
光控制用于有選擇的將強光束定向在微球S上。一激光束5000能“光實時”地脈沖調(diào)制強光束，該激光束被定向通過照明光纖922進入M-Z干涉儀924，生成修正的激光束5010，然后從M-Z干涉儀924中輸出。
該M-Z干涉儀924用于通過相長干涉加強激光光束5000，或通過相消干涉削弱激光光束5000。M-Z干涉儀924在皮秒范圍內(nèi)工作，并且在同樣的時間間隔內(nèi)，能產(chǎn)生或終止定向在微球S的修正的激光光束5010。計算機926用于控制該M-Z干涉儀924。通過影響微球S的介電常數(shù)“ε(microsphere)”的實部“ε1”，該修正的激光束5010對微球進行極化，并且，如前所述，極化能用于調(diào)整nrs(microsphere)，以大體上匹配nmedium，并通過建立一個使得微球混入該介質(zhì)的條件來關(guān)閉該濾波器，或者調(diào)整nrs(microsphere)，以通過生成一個使得微球S與介質(zhì)1000不同的條件來切換“開”該濾波器。
如參照圖23所描述的那樣，也可以對光控濾波器9020內(nèi)的微球S涂敷一光激活材料916，在這種情況下，光效應(yīng)能用于調(diào)整nrs(coated microsphere)。
圖24中圖示出一包括一組光濾波器的系統(tǒng)，該組光濾波器可光學(xué)交接波導(dǎo)并解多路復(fù)用(DEMUX)光信號。該DEMUX系統(tǒng)9030由“n”組特定波長的光濾波器構(gòu)成。該“n”組濾波器的每一組包含“m”個冗余光濾波器931A、931A’和931A”，931B、931B’和931B”以及931C、931C’和931C”?！癿”個冗余濾波器931A、931A’、931A”、931B、931B’、931B”或931C、931C’和931C”的每一組對同樣的RS進行共振?！癿”個冗余濾波器的每一個固定在接近輸入波導(dǎo)W1的位置上，通過該輸入波導(dǎo)W1提供不同波長的光信號(λrs0，λrs1，λrs2，λrs3...λrsn)。來自“n”組濾波器的每一組的“m”個冗余濾波器中的一個也固定在“m”個輸出波導(dǎo)W2、W2’和W2”中的一個波導(dǎo)附近的區(qū)域，由此，光信號能被多路復(fù)用(MUX)入輸出波導(dǎo)W2、W2’和W2”。整個DEMUX系統(tǒng)放在具有已知折射率的介質(zhì)1000中。
通過施加一極化能量，能電或光控制(如參照圖22或23所完整描述的那樣)在濾波器931A、931A’、931A”、931B、931B’、931B”或931C、931C’和931C”的每一個中的微球“S”的WGM共振，其中該極化能量用于通過調(diào)整nrs(microsphere)以大體上與介質(zhì)的折射率nmedium匹配，而將該濾波器切換至“關(guān)”。
圖25中所示的是一個通過使用一個或多個光陷阱來放置和/或保持WGM微球來構(gòu)建一個光開關(guān)或一組光濾波器(如參照圖26所描述的)的系統(tǒng)或方法的概略圖，通常標(biāo)記為9040。
為制造一光濾波器，在一組件容器9419中生成可移動光陷阱10000&10020。該組件容器應(yīng)當(dāng)由至少部分透明的、能使得用于形成光陷阱的光穿過并進入期望位置的材料構(gòu)成。
光陷阱10000&10020用于操縱小微球S1&S2并對它們進行定位以構(gòu)造一光濾波器。通過將一準(zhǔn)直光傳輸至區(qū)域“A”到能生成子光束9439&9449的相位模式化光學(xué)元件9429，能形成光陷阱10000&10020，其中，該準(zhǔn)直光優(yōu)選為激光束5000。然后，由相位模式化光學(xué)元件9429所生成的每一子光束9439&9449穿過傳遞光學(xué)元件L1&L2到達(dá)光束分離器9459上。
光束分離器9459提供兩個定向在不同方向的光流9469&9479。第一光流9469來自相位模式化光學(xué)元件9429的子光束9439&9449，該子光束被光束分離器9459再定向經(jīng)區(qū)域“B”到達(dá)聚焦透鏡9499的后孔徑9489的，由此在聚焦透鏡9499的后孔徑9489上重疊子光束9499&9459。在那些子光束9439&9449在周邊具有較低強度，而在從周邊向內(nèi)的區(qū)域具有較高強度的實施例中，過度充填后孔徑9489的約低于15％的區(qū)域，與未過度充填后孔徑9489相比，用于形成在周邊具有較高強度的光陷阱。
通過產(chǎn)生在三維方向上容納和操縱微球S1&S2所需的漸變條件，當(dāng)子光束9439&9449穿過聚焦透鏡9499時，子光束9439&9449被會聚以形成光陷阱10000&10020。為清楚起見，僅圖示了兩組微球、子光束和光陷阱，但是應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)分析的性質(zhì)、范圍和其它參數(shù)，以及產(chǎn)生光陷阱的系統(tǒng)的性能，能提供更多或更少的數(shù)目。改變相位模式化光學(xué)元件改變了光束的相剖面圖，這能改變光陷阱的位置。
任何合適的激光器均能用作激光光束5000的光源?？捎玫募す馄靼ü腆w激光器，二極管泵浦激光器、氣體激光器、染料激光器、紅寶石激光器、自由電子激光器、VCSEL激光器、二極管激光器、鈦—藍(lán)寶石激光器、摻雜YAG激光器、摻雜YLF激光器、二極管泵浦YAG激光器以及閃光燈—泵浦激光器。優(yōu)選功率在10mW和5W之間的二極管—泵浦Nd:YAG激光器。
當(dāng)激光光束5000反射離開相位模式化光學(xué)元件9629時，相位模式化光學(xué)元件產(chǎn)生子光束9439&9449，每個9439&9449具有一個相剖面圖。根據(jù)所期望的光陷阱的數(shù)目和類型，可改變相剖面圖，該改變可包括衍射、波前成形、相移、轉(zhuǎn)向、發(fā)散和會聚。基于所選擇的相剖面圖，相位模式化光學(xué)元件能用于生成如下形式的光陷阱光鑷、光學(xué)漩渦、光學(xué)瓶頸、光旋轉(zhuǎn)器和光籠，以及兩個或多個上述形式的組合。
根據(jù)合適的相位模式化光學(xué)元件如何定向會聚光束或其它能源的會聚束，合適的相位模式化光學(xué)元件的特征是透射的或反射的。透射衍射光學(xué)元件透射光束或能量束，而反射衍射光學(xué)元件反射光束或能量束。
相位模式化光學(xué)元件也能分類為具有靜態(tài)表面或動態(tài)表面。合適的靜態(tài)相位模式化光學(xué)元件的實例包括那些具有一個或多個固定表面的區(qū)域的相位模式化光學(xué)元件，例如光柵，包括衍射光柵、反射光柵和透射光柵，全息圖，包括光致變色全息圖、模版、光成形全息濾波器、光致變色全息圖，以及透鏡、反射鏡、棱鏡和波片等。
具有與時間有關(guān)的功能的合適的動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的實例包括計算機生成衍射圖案、相移材料、液晶相移陣列、微鏡陣列—包括活塞式微鏡陣列、空間光調(diào)制器、光電致偏儀、聲-光調(diào)制器、變形鏡以及反射MEMS陣列等。由于存在一動態(tài)相位模式化光學(xué)元件，包含該動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的介質(zhì)能被改變，以賦予圖案化相移至聚焦光束，這導(dǎo)致聚焦光束的相剖面圖的相應(yīng)變化，例如衍射或收斂。此外，能改變包含動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的介質(zhì)以產(chǎn)生光陷阱位置的變化。動態(tài)相位模式化光學(xué)元件的一個優(yōu)點在于該介質(zhì)能被改變以獨立地移動每一個光陷阱。
優(yōu)選的動態(tài)光元件包括純調(diào)相的空間光調(diào)制器，例如由日本的Hamamatsu制造的“PAL-SLM系列X7665”或者由Layafette Colorado的Bouler Nonlimer Systems制造的“SLM 512SA7”和“SLM 512SA15”。這些相位模式化光學(xué)元件是計算機控制的，通過對該介質(zhì)內(nèi)的全息圖進行編碼來產(chǎn)生子光束10000&10020。
相位模式化光學(xué)元件也用于賦予該激光束一特定的拓?fù)淠Ｊ?。因此，一個子光束可形成為高斯—拉蓋耳模式，而另一子光束可形成為高斯模式。
返回來說光束分離器，該光束分離器9459也提供一來自成像照明源9500的第二光流9479。該第二光流9479穿過工作區(qū)9419，并形成一光數(shù)據(jù)流9529，該數(shù)據(jù)流9529提供關(guān)于在工作區(qū)9419中的微球S1&S2位置有關(guān)的信息。該光數(shù)據(jù)流能轉(zhuǎn)換為視頻信號，由操作員的視覺檢查而被光譜分析和/或視頻監(jiān)控。也可以由監(jiān)控強度的光探測器或者由任何合適的裝置將該光數(shù)據(jù)流9529處理9549以將該光數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成適于計算機使用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。
為將微球容納、定位和保持在選定位置，操作員和/或計算機能調(diào)整該相位模式化光學(xué)元件9429以定向該光陷阱10000&10020的運動來首先捕獲得選定的微球，并將微球容納在一光陷阱中。接著，關(guān)于微球的位置，容納有微球的光陷阱可被再次配置。光數(shù)據(jù)流9529能用于識別和/或監(jiān)視一個或多個陷阱的位置?；谖恢玫暮捅旧硖匦缘男畔?，能改變編碼在相位模式化光學(xué)元件9429的介質(zhì)中的全息圖。全息圖的此種改變能用于改變光陷阱的類型以及光陷阱的位置，并因而改變光陷阱所容納的微球的位置。
以上發(fā)明可用于任何由共振結(jié)構(gòu)所傳輸?shù)男盘枌⒂纱吮豢刂频膽?yīng)用中。例如，在一分析格式中，通過涂敷與樣本中將要被檢測的分析物粘合在一起的粘合劑，可制造共振結(jié)構(gòu)或在制造過程之后對共振結(jié)構(gòu)進行改進。在本發(fā)明中，通過在頻率上的改變、輸出的結(jié)果信號的衰減或破壞可檢測該分析物的存在，這是因為在暴露給該樣本之前，分析物與共振結(jié)構(gòu)上的粘合劑已經(jīng)粘合在一起。在一生物分析中，也可通過在暴露給該樣本之前拿掉與共振結(jié)構(gòu)上的粘合劑粘合在一起的分析物來實現(xiàn)頻率的變化、結(jié)果信號的衰減或破壞。粘合劑/分析物對的實例包括抗原/抗體、抗體/抗原、配體/受體、受體/配體以及核酸/核酸。也可采用螯合劑、絡(luò)合劑和化學(xué)粘合劑。用于準(zhǔn)制備共振結(jié)構(gòu)例如微球的技術(shù)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，且這種準(zhǔn)備通過例如由Indiana州的Fishers的Bangs Laboratories簽定合同進行制造可提供。
為舉例說明本發(fā)明的原理和操作方法，以上相當(dāng)詳細(xì)的描述了本發(fā)明的特定實施例。然而，可進行各種變更，本發(fā)明的保護范圍并不限于上述實施例。
權(quán)利要求
1.一種光切換信號的方法，其包括在緊密接近一第一光纖和一第二光纖的裸露或薄包覆區(qū)域的位置，放置一個能對一特定波長的光進行WGM共振的介質(zhì)微球，該介質(zhì)微球具有大體上與該第一和第二光纖的折射率不同的可被電壓改變的穩(wěn)態(tài)折射率“n”；在該介質(zhì)微球的兩側(cè)放置一對電極；提供作為在該第一光纖內(nèi)的一個信號的一特定波長的光，其中，該介質(zhì)微球相對該特定波長的光進行共振；使電壓通過該對電極，該電壓足以能將該介質(zhì)微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”改變成大體上與該第一和第二光纖的折射率相近；切換該信號，使其從該第一光纖起，穿過該介質(zhì)微球，而進入該第二光纖；以及終止該電壓，從而該介質(zhì)微球的該折射率“n”返回至其穩(wěn)態(tài)；
2.一種光路由信號的方法，其包括提供一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第一光纖；提供一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第二光纖；在緊密接近該第一和第二光纖的裸露或薄包覆區(qū)域的位置，放置兩個或更多個能對一特定波長的光進行WGM共振的介質(zhì)微球，其中每一個介質(zhì)微球具有大體上與該第一和第二光纖的折射率相近的可被電壓改變的穩(wěn)態(tài)折射率“n”；在該每一個介質(zhì)微球的兩側(cè)放置一對電極；使電壓通過該對電極，該電壓足以能改變該每一個介質(zhì)微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”的；提供在該第一光纖內(nèi)在一光波段內(nèi)的多個信號，每一個信號具有不同的波長；選擇一個信號進行切換；選擇對該選定信號在WGM下進行共振的介質(zhì)微球，終止施加在該選定介質(zhì)微球上的電壓，從而該選定介質(zhì)微球的折射率“n”返回至其穩(wěn)態(tài)；通過該選定介質(zhì)微球的WGM共振，將該第一光纖中的選定信號切換入該第二光纖；以及再次向該選定介質(zhì)微球施加該電壓。
3.一種光路由信號的方法，其包括提供一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第一光纖；提供一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第二光纖；在緊密接近該第一和第二光纖的裸露或薄包覆區(qū)域的位置，放置兩個或更多個能對一特定波長的光進行WGM共振的介質(zhì)微球，該每一個介質(zhì)微球具有與該第一和第二光纖的折射率不同的可被電壓改變的穩(wěn)態(tài)折射率“n”；在該每一個介質(zhì)微球的兩側(cè)放置一對電極；提供在該第一光纖內(nèi)在一光波段內(nèi)的多個信號，每一個信號具有不同的波長；選擇一個信號進行切換；選擇對該選定信號在WGM下進行共振的介質(zhì)微球，施加電壓到該介質(zhì)微球，即施加在對電極上，從而該選定介質(zhì)微球的該穩(wěn)態(tài)折射率“n”能改變得與該第一和第二光纖的折射率大體上相近；通過該選定介質(zhì)微球的WGM共振，將該第一光纖中的選定信號切換入該第二光纖；以及終止施加在該選定介質(zhì)微球上的電壓。
4.一種光切換信號的方法，其包括在緊密接近一第一光纖和一第二光纖的裸露或薄包覆區(qū)域的位置，放置一個能對一特定波長的光進行WGM共振的介質(zhì)微球，該介質(zhì)微球具有大體上與該第一和第二光纖的折射率相近的可被光改變的穩(wěn)態(tài)折射率“n”；將一束足夠強的光定向在該微球上，從而改變該微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”；提供作為在該第一光纖內(nèi)的一個信號的一特定波長的光，其中，該介質(zhì)微球相對該特定波長的光進行共振；終止該束足夠強的光，從而該介質(zhì)微球的折射率“n”返回至其穩(wěn)態(tài)；切換該信號，使其從該第一光纖起，穿過該介質(zhì)微球，而進入該第二光纖；以及再次施加該束足夠強的光。
5.一種光切換信號的方法，其包括在緊密接近一第一光纖和一第二光纖的裸露或薄包覆區(qū)域的位置，放置一個能對一特定波長的光進行WGM共振的介質(zhì)微球，該介質(zhì)微球具有與該第一和第二光纖的折射率不同的可被光改變的穩(wěn)態(tài)折射率“n”；提供作為在該第一光纖內(nèi)的一個信號的一特定波長的光，其中，該介質(zhì)微球相對該特定波長的光進行共振；將一束足夠強的光定向在該微球上，從而將該介質(zhì)微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”改變成大體上與該第一和第二光纖的折射率相近；切換該信號，使其從該第一光纖起，穿過該介質(zhì)微球，而進入該第二光纖；以及終止該束足夠強的光。
6.一種光路由信號的方法，其包括提供一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第一光纖；提供一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第二光纖；在緊密接近該第一和第二光纖的裸露或薄包覆區(qū)域的位置，放置兩個或更多個能對一特定波長的光進行WGM共振的介質(zhì)微球，其中每一個介質(zhì)微球具有大體上與該第一和第二光纖的折射率相近的可被光改變的穩(wěn)態(tài)折射率“n”；將一束足夠強的光定向在該每一個介質(zhì)微球上，從而改變該每一個介質(zhì)微球的穩(wěn)態(tài)折射率“n”；提供在該第一光纖內(nèi)的在一光波段內(nèi)的多個信號，每一個信號具有不同的波長；選擇一個信號進行切換；選擇該介質(zhì)微球，終止施加在該介質(zhì)微球上的該束足夠強的光，從而該介質(zhì)微球的該折射率“n”返回至其穩(wěn)態(tài)；通過該選定微球的WGM共振，將該第一光纖中的選定信號切換入該第二光纖；以及向該選定介質(zhì)微球再次施加該束足夠強的光。
7.一種光路由信號的方法，其包括提供一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第一光纖；提供一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第二光纖；在緊密接近該第一和第二光纖的裸露或薄包覆區(qū)域的位置，放置兩個或更多個能對一特定波長的光進行WGM共振的介質(zhì)微球，該每一個介質(zhì)微球具有與該第一和第二光纖的折射率不同的可被光改變的穩(wěn)態(tài)折射率“n”；提供在該第一光纖內(nèi)在一光波段內(nèi)的多個信號，每一個信號具有不同的波長；選擇一個信號進行切換；選擇該介質(zhì)微球，將一束足夠強的光定向在該介質(zhì)微球上，從而該介質(zhì)微球的折射率“n”變得大體上與該第一和第二光纖的折射率相近；通過該選定微球的WGM共振，將該第一光纖中的選定信號切換入該第二光纖；以及終止定向在該選定介質(zhì)微球上的該束足夠強的光。
8.一種光開關(guān)，其包括一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第一光纖；一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第二光纖；一光陷阱；以及一個在該光陷阱內(nèi)的能對一特定波長的光進行WGM共振的介質(zhì)微球，該介質(zhì)微球具有大體上與該第一和第二光纖的折射率相近的穩(wěn)態(tài)折射率“n”。
9.一種光路由器，其包括一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第一光纖；一具有裸露或薄包覆區(qū)域的第二光纖；多個光陷阱；以及多個介質(zhì)微球，其中每一個介質(zhì)微球能對一特定波長的光進行WGM共振，并且每一個介質(zhì)微球容納在一個光陷阱內(nèi)，該每一個介質(zhì)微球具有大體上與該第一和第二光纖的折射率相近的穩(wěn)態(tài)折射率“n”。
10.一種光濾波器，其包括一輸入波導(dǎo)；一固定在接近該輸入波導(dǎo)的位置處的第一子濾波器，該第一子濾波器能切換第一組共振信號；一固定在接近該第一子濾波器的位置處的第二子濾波器，該第二組子濾波器能切換第二組共振信號，并且該第二組共振信號中的一個也是該第一子濾波器的一個共振信號；一固定在接近該第二子濾波器的位置處的輸出波導(dǎo)。
11.一種光濾波器，其包括一輸入波導(dǎo)；一固定在接近該輸入波導(dǎo)的位置處的第一子濾波器，該第一子濾波器能切換第一組共振信號，由此該第一子濾波器能接收該輸入波導(dǎo)中傳輸?shù)墓庑盘?；一固定在接近該第一子濾波器的位置處的第二子濾波器，該第二組子濾波器能切換第二組共振信號，并且該第二組共振信號中的一個也是該第一子濾波器的一個共振信號，由此該第二子濾波器能接收來自該第一子濾波器的光信號；一固定在接近該第二子濾波器的位置處的輸出波導(dǎo)；以及一用于控制該第一和第二子濾波器中的至少一個的“開/關(guān)”工具。
12.一種光濾波器，其包括一個輸入波導(dǎo)；一個輸出波導(dǎo)；一個第一WGM共振結(jié)構(gòu)，其對第一組共振信號在WGM下進行共振，并且其固定在接近該輸入波導(dǎo)的位置處，從而形成一個第一共振結(jié)構(gòu)一波導(dǎo)界面，由此，來自該輸入波導(dǎo)的衰逝波的光信號能傳輸至該第一共振結(jié)構(gòu)；一個第二WGM共振結(jié)構(gòu)，其對第二組共振信號在WGM下進行共振，其中，該第二組共振信號中的一個也是該第一共振結(jié)構(gòu)的一個共振信號；并且其固定在接近該第一WGM共振結(jié)構(gòu)的位置處，形成一個直接光一切換界面，由此，來自該第一WGM共振結(jié)構(gòu)的光信號能傳輸至該第二WGM共振結(jié)構(gòu)；以及在該第二WGM共振結(jié)構(gòu)和該輸出波導(dǎo)之間形成第二共振結(jié)構(gòu)一波導(dǎo)界面，從而來自該第二WGM共振結(jié)構(gòu)的光信號能傳輸至該輸出波導(dǎo)。
13.一種光濾波器，其包括一個中間波導(dǎo)；一個固定在接近一個輸入波導(dǎo)和該中間波導(dǎo)的位置處的、對第一組共振信號濾波的第一子濾波器；以及一個固定在接近一個該中間波導(dǎo)和一個輸出波導(dǎo)的位置處的、對第二組共振信號濾波的第二子濾波器，其中，該第二組共振信號中的一個也是該第一組共振信號中的一個。
14.一種切換“開/關(guān)”光濾波器的方法，其包括將一個光信號耦合至其上具有粘合劑的一個WGM共振結(jié)構(gòu)；將來自所述WGM共振結(jié)構(gòu)的光信號耦合入支持信號傳輸?shù)牡诙Y(jié)構(gòu)；通過該光信號在頻率上的變化、衰減和破壞程度中的一種來檢測所述分析物的存在，該光信號觸發(fā)所述“開/關(guān)”光濾波器的切換。
全文摘要
本發(fā)明一般地涉及光開關(guān)(31)和光路由器(10)，該光路由器(10)通過使用光開關(guān)(20)從一光波段內(nèi)的特定頻道(22，24)快速路由信號，而光開關(guān)(20)使用介質(zhì)微球(S1，S2，S3)的可控回音壁(whispering gallery mode)(WGM)共振以光切換信號。另一發(fā)明涉及使用WGM共振結(jié)構(gòu)(150)以分離和切換波導(dǎo)(F1，F(xiàn)2)之間的特定光信號的光濾波器。在其它發(fā)明中，通過在WGM共振結(jié)構(gòu)(150)內(nèi)的信號損耗來“開/關(guān)”切換該濾波器(100)，該WGM共振結(jié)構(gòu)(150)內(nèi)的信號損耗中斷該WGM共振；該濾波器(100)從一組不同波長的信號中分離并切換一特定波長之信號；以及通過將該共振結(jié)構(gòu)的折射率調(diào)整至大體上與周圍介質(zhì)的折射率相近來將該濾波器(100)切換為“關(guān)”。
文檔編號G02F1/313GK1854778SQ200610059420
公開日2006年11月1日 申請日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月20日
發(fā)明者肯尼思·A·布拉德利, 沃德·洛佩斯 申請人:阿爾利克斯公司