CN100474013C - 混合球体波导谐振器 - Google Patents

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Abstract

微型谐振器，例如微球体谐振器(312)和平面微型谐振器(612)，其被光学耦合到用于光输入和输出的波导管(304，604)上。重要的是保持微型谐振器和波导管的相对位置的稳定，而同时保持谐振腔的高Q值以及发射和提取光束的简易性。在基底上设有结构(308，608)，该结构用于保持微型谐振器相对于波导管的位置。该结构提供了波导管和微型谐振器之间的竖直或水平的耦合。

Description

混合球体波导谐振器
发明领域
本发明总的涉及光学装置，并更具体地涉及以微型谐振器为基础的无源和有源光学装置，例如光学传感器、滤光器和微型激光器。
背景技术
在包括生物传感的光电和传感应用中，介电微型谐振器已经引起了越来越多的注意。微型谐振器的常见构型包括玻璃微球体，其直径一般为20μm到几个毫米，并且该微球体被放到光波导管的附近，例如经过加热和削尖或刻蚀成总厚度为1-5μm的光纤。
在这里，光纤的锥形变型形成了光纤外侧的相当大的光场强度，因此光能够耦合到微球体中并激发其固有模式(eigenmode)，该固有模式通常被称作回音壁模式(WGM)。当微型谐振器由低损耗材料制成并且具有高表面质量时，在WGM模式下传播的光的传播损耗可以是非常低的，并且能够获得非常高的质量因数，也被称为Q值(Q-factor)：其值可高达109。由于该高Q值，因而光能够在微型谐振器中传播很长时间，从而在空腔模式中产生了较大的场强和较长的有效光路。这使得这些光学装置可用于线性、非线性和光学传感应用。
在实现上述的光纤—微球体的结合中存在许多实际困难。第一，光纤的直径必须削减到几个微米。这通常导致了相对较长(几个cm)并且易碎的锥形区域。第二，如果光耦合和Q值保持不变，则微球体和光纤圆锥的相对位置必须保持在几个纳米以内不变。这在不受约束的球体和变细的光纤的情况下是较难。
其它形式的微光学谐振器采用了圆盘或环作为光学谐振腔，而不是采用球体作为光学谐振腔，其中该圆盘和波导管被在同一平面基底上制造。这种整体的方法通常在半导体波导管中实现，并且其在波导管和谐振器之间提供了极好的耦合稳定性。蚀刻工艺常常被用于制作圆盘谐振器，但其不可避免地引入了表面粗糙度，这产生了散射损耗，严重地降低该谐振腔的Q值。使用该方法而形成的谐振腔一般地具有几千左右的Q值。
另一种方法是将玻璃微球体悬挂在制造于平面基底上的波导管的上方，使得该球体和波导管之间的光学耦合发生在竖直方向上。该方法保持了玻璃球体的高Q值，但是并未解决如何精确地控制微球体和波导管之间的耦合的问题。
发明内容
无论相对于波导是平面腔还是球面腔，都存在增加微腔相对于波导管的位置稳定性的需要，而同时仍旧保持谐振腔的高Q值以及发射和提取光束的简易性。这里描述的本发明的一个具体方面涉及在基底上设置若干结构，该结构有用于保持微型谐振器相对于用于将光耦合到微型谐振器中和耦合出微型谐振器的波导管或多个波导管的位置。
本发明的一个具体实施例涉及一种微型谐振器装置，该微型谐振器装置包括第一基底和相对于该第一基底设置的第一波导管，该基底具有位于表面上的至少一个自对准特征(feature)。微型谐振器借助于该自对准特征而被定位于该基底上，从而使该微型谐振器与第一波导管光耦合。
本发明的另一实施例涉及一种制造微型谐振器光学装置的方法，该方法包括以下步骤：在第一基底上提供至少一个自对准特征和提供第一波导管。利用该至少一个自对准特征，定位微型谐振器，以使得该微型谐振器与第一波导管成光学耦合的关系。
本发明的上述概要并不想要描述本发明的每个说明性实施例或每个实施过程。下面的附图和详细描述将更具体地举例说明这些实施例。
附图说明
通过参照下面结合附图对本发明的各个实施例的详细说明，可以更全面地理解本发明，在附图中：
图1A和图1B示意性示出了微球体谐振器光学装置的实施例；
图2示出了在微球体内的内部反射和在微型谐振器内侧和外侧的回音壁模式的电场的分布的示意图；
图3A-3F示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的实施例；
图4A和图4B示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的另一实施例；
图5示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的另一实施例；
图6A和图6B示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的另一实施例；
图7A—图7D示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的其它实施例；
图8示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的另一实施例；
图9A和图9B示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的另一实施例；
图10A和图10B示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的另一实施例；
图11A和图11B示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的另一实施例；
图12示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的另一实施例；
图13示意性示出了根据本发明原理的微球体谐振器装置的另一实施例。
虽然本发明可适合于各种变型和替代性的形式，但是其说明以示例的方式在图中示出，并将详细描述。应该理解的是，其目的并不在于将本发明限于所描述的具体实施例。相反地，其目的是覆盖所有落入如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的变型、等同物和替代性方案。
具体实施方式
本发明可适用于无源和有源光学装置，例如传感器、滤光器、放大器和/或使用例如微球体和微型平面环形谐振腔的微型谐振器的微型激光器。本发明可被相信是尤其有用于制造这样的装置，由于可以控制微型谐振器和波导管的相对位置，因而该微型谐振器的Q值可以较高，并且可以容易地发射和接收光束。
在图1A中示意性地示出了使用微型谐振器的微球体波导系统100。光源102将光沿波导管104导向到检测器单元106。微型谐振器110被光学耦合到波导管104上。光108从光源102发射到波导管104中并朝检测器单元106传播。微型谐振器110将光108中的一些光渐逝地耦合到波导管104外，耦合出去的光112以微型谐振器110的谐振频率中的一个频率在微型谐振器110内传播。
光源102可以是任何适用类型的光源。为了增加效率和敏感度，有利的是光源产生有效地耦合到波导104中的光，例如光源可以是诸如激光二极管的激光。光源104产生所需波长的光108。例如，在微型谐振器被用在传感器中时，光源102产生与将被检测的样品相互作用的波长。将被检测的样品一般位于微型谐振器110表面的附近，以使在WGM中传播的光与将被检测的样品相互作用。在另一例子中，在微型谐振器110被用作微型激光器时，光源102一般在适用于光学泵激(pumping)处于微型谐振器110中掺杂的激励介质的波长下工作。
光源102可以将光引导到多种不同的波导管中，波导管104便是其中之一。波导管104可以是任何适用类型的波导管，并且可以例如是形成在基底中或基底上的平面波导管或通道波导管，诸如形成在硅基底中的波导管。波导管104还可以是光纤。
检测器单元106包括光检测器，例如用来检测光的光电二极管或光电晶体管。检测器单元106还可以包括对波长敏感的装置，该装置选择到达光检测器的光波长。该选择波长的装置可以例如是滤光器或分光计。该波长选择装置、例如分光计可以是可调的，从而允许用户主动地改变入射到光检测器上的光波长。
微型谐振器110可以与波导管104物理接触定位，或者与波导管104非常地靠近定位，以使沿波导管104传播的部分光112渐逝地耦合到微型谐振器110中。在微型谐振器110与波导管104相耦合的点处，该波导管104一般没有或有很少的包层，以使微型谐振器110直接与波导管104的芯耦合。
在图1B中示意性地示出了另一种类型的微型谐振装置150。在该装置150中，来自微型谐振器110的光158被耦合到第二波导管154中，并且传播到检测器106。在该构造中，检测器106仅检测已从微型谐振器110耦合的光。
光在微型谐振器中以被称作“回音壁模式”的模式传播，在图2中示意性地示出了它的一个例子。在回音壁模式(WGM)202中，光从原点出发经多次内部全反射而在微型谐振器210的周围传播，直至光返回原点。在该图示的实施例中，WGM 202在单次环行内包括八次内部全反射。将要理解的是，光可以在微型谐振器210中以对应于不同数量的内部全反射的其它的WGM传播。
此外，微型谐振器210的WGM是光波长等于回音壁模式的一次环行的长度的整数分之一的模式。换句话说，该WGM仅在光经历一次环行后具有相干干涉波长的情况下表现出高Q值。该谐振条件用数学表示为：
λm＝L/m                          (1)
其中λm是第m个模式的波长，L是WGM一次环行的光程，且m是整数，被称作模式数。满足谐振条件(1)的、来自波导管104的光可被有效地耦合到谐振器中。
WGM的电场强度在微型谐振器210的内表面处达到峰值。WGM的电场强度在微型谐振器210外以指数衰减因子d呈指数衰减，该指数衰减因子d由d≈λ/n给出，其中λ是光在真空中的波长，n是微型谐振器210外部介质的折射率。在沿横截面线AA’的WGM 202的图2中示意性地示出了场强E。
微型谐振器较小，其直径一般在20μm至几个毫米的范围内。此外，波导管经常逐渐变细，以增加波导管外的光场强度，由此增加了耦合到微型谐振器中的光量。在光纤波导管的情况下，加热、削尖或刻蚀光纤，使其总厚度大约为1-5μm。同样地，在平面波导管或通道波导管中，可以减小波导管在光耦合到微型谐振器中的区域上的厚度。除了可以减小波导管尺寸外，还可以减小围绕波导管的包层的厚度。
这在装配微型谐振器传感器单元中产生了一些实际困难。例如，在光纤波导管的情况下，光纤在直径上逐渐变细到几个微米，这导致了相对较长的锥形区域，一般长度为几个cm，而且还易碎。而且，微型谐振器和该波导管的相对位置应该保持不变，一般在几个纳米以内，以保持波导管和微型谐振器之间的光学耦合的恒定角度。在不受约束的微球体和变细的光纤波导管的情况下，这较为困难。
在本发明中，在允许使用高Q值的微型谐振器的同时保持微型谐振器和波导管之间的光学耦合的恒定水准的方法包括以下步骤：使用具有位于表面上的至少一个自对准特征的基底。该波导管相对于第一基底设置，并且微型谐振器借助于该自对准特征而被定位于基底上，以便于与第一波导管光学耦合。
在图3A和3B中示意性地示出了本发明的一个具体实施例装置300。在该例子中，在表面306上形成了带有平面波导管304的基底302。在该表面306上设有自对准特征308，这里所显示出的其呈对准的凹槽或沟槽的形式，并具有倾斜的侧壁310。该侧壁310将微型谐振器312的位置导向成横跨波导管304。在该具体例子中，微型谐振器312相对于波导管304的横向位置可以由侧壁310上的接触点来确定。形成凹槽的侧壁310可以是垫片或在表面306上形成的其它结构309的壁。该结构可以以铸造或其它方式在表面306上形成，或者可以与表面306分开形成，然后再联接到该表面上。
侧壁310可以定位成与波导管304平行。由于在波导管304和侧壁310之间实现平行可能会较难，因而侧壁310可以定位成与波导管304不平行。在图3B示出的具体实施例中，侧壁310与波导管304不平行或者侧壁310彼此不平行。通过在侧壁310内沿波导304转动微型谐振器312直到微型谐振器312与侧壁310之间接触为止，这种构造可使微型谐振器312与波导管304和侧壁对准。在另一未示出的实施例中，侧壁可以彼此平行但是与波导管不平行。
微型谐振器312可以以若干不同方式相对于波导管保持在适当的位置上。例如，凹槽310可以使用粘合剂(未示出)填充满，或者至少部分地填充，以便于将微型谐振器312保持在适当的位置上。在图3C中示意性示出了另一种方法，其示出了微型谐振器312通过一个或多个保持装置而保持在适当的位置上，例如保持部件314。该保持部件314例如可由涂敷在结构309上或基底302的表面上的聚合物基的材料制成。在示例实施例中，保持微型谐振器312相对于波到管304位置的该保持装置在微型谐振器312中的光传播平面上的位置处并不与微型谐振器312接触。在所示出的例子中，光传播的平面位于线316处，形成了与图3B和3C的平面相垂直的平面。在微型谐振器312内光传播的平面取决于光从波导管304进入微型谐振器312所沿的方向。WGM由波导304管激发，其处于光传播的平面中。如果保持装置在光传播的平面上接触微型谐振器312的外表面，则微型谐振腔的Q值可能会被减小，从而降低了微型谐振器传感器的敏感度。
在其它实施例中，波导管是通道波导管，现将参照图3D-3F描述这些实施例。在图3D中，波导管304可以是被设置在基底302的表面306上的通道波导管。相对于波导管304，侧壁310在横向上对准微型谐振器312。该微型谐振器312可以如图所示的靠在波导管上，或者可以保持不与波导管304相接触。
在基底302低于波导管304上的与微型谐振器312耦合的点的情况下，可以减小包层的折射率。这减小了伸展到基底中的电场的大小，并且导致波导管304与微型谐振器312耦合的上侧上的电场强度增加。该折射率可以例如借助于掺杂基底302而减小。
用来减小在波导管304和微型谐振器312耦合所在点的波导管包层的折射率的另一种方法是除去一些基底材料，从而在波导管304下方留出一空隙。这如图3E和图3F所示，其示出了装置沿在图3E中所示的剖面EE’的部分横截面。这致使波导管304的一部分322形成了位于空隙320上方的桥。
自对准特征并不必需是具有倾斜的侧壁的凹槽，而是可以呈其它几何形状。例如，如图4A和4B中示意性所示的，自对准特征408可以是具有竖直侧壁410的凹槽。在该具体例子中，该微型谐振器312的横向位置取决于侧壁410的顶部边缘。
根据给出的描述，将理解的是，自对准特征还可以具有其它几何形状。例如，自对准特征可以包括具有两个以上侧面的表面的凹槽，或具有两个侧面和一个底表面的凹槽。一个这种例子是具有四个或更多表面的凹槽。
如上所述，本发明一个或多个实施例的微型谐振器光学装置可被设计成用于无源或有源应用。例如，该光学装置可以用作滤光器或传感器。除了这里所描述的其它传感实施例，在生物传感应用中，微型谐振器可涂上一种或多种抗体、蛋白质或其它生物试样。检测器可被用于感应自生物材料中以光学方式输出或荧光放射的变化。有源应用，例如放大器和微型激光器的应用，可以通过例如在微型谐振器312中掺杂一种或多种材料来实现，例如掺杂铒，以便于产生增益介质。在激光器应用中，将来自光源的、具有第一波长(例如980nm)的光渐逝地耦合到微型谐振器中，以便于通过从微型谐振器中输出的第二波长的光、例如大约1550nm的光来光学泵激微型激光器。很明显地，虽然给出了目前的描述，但光学装置300可以根据具体应用的需要而进行修改。
根据另一个示例实施例，参照图5说明了具有耦合到微型谐振器两个波导管的微型谐振器光学装置。在该具体实施例中，微型谐振器512被夹在由中间部件510分隔开的两个基底502a和502b之间。该基底502a和502b中的每一个都具有自对准特征508a和508b，用于将微型谐振器512和位于基底502a和502b上相应的波导管504a和504b对准。这种类型的传感器单元可使光经过第一波导管、例如504a而被导入微型谐振器512，并且还可使光经过第二波导管、例如504b而被检测到。
将要理解的是，本发明的范围意在覆盖对图5所示的实施例进行的各种变化。例如，中间部件510并不需要存在，并且基底502a和502b可以互相接触或者可互相不接触。此外，还可以有用于保持微型谐振器512的额外构件。而且，自对准特征508a和508b并不需要具有竖直侧壁，而是可以采用不同的几何形状。另外，自对准特征508a和508b并不需要具有相同的几何形状，且微型谐振器512可以与波导管504a和504b直接物理接触，或者可以不与波导管504a和504b直接物理接触。
在图6A和6B所示意性示出的另一实施例中，微型谐振器可以是平面的，例如其可视为来自光纤的一段。如果其是光纤段，则图6A示出了从侧面看的光纤段。该平面微型谐振器612的平面平行于光平面616。在该具体实施例中，基底612具有自对准特征608，其呈凹槽的形式，将平面微型谐振器612限制到相对于波导管604的特定横向位置上。平面微型谐振器可以通过任何合适的方法保持在适当的位置上，例如使用粘合剂(未示出)，或一个或多个保持部件614。图6B示意性示出传感器单元在光传播平面612上的横截面。
现将参照附图7A—7D描述组装微型谐振器光学装置的另一种方法。图7A示意性示出了该光学装置的平面图，而图7B则示意性示出了AA’处的局部横截面。在所示出的实施例中，在基底702上形成或安装有带可触及面705的波导管704，该可触及面705横跨基底702水平地面对。
在基底702的表面上设有自对准特征708，示出为具有倾斜侧壁710的槽或腔。微球体712可借助于该自对准特征708而定位在位置上，以使微球体712和波导管704之间产生光学耦合。将理解的是，该自对准特征708不需要具有倾斜侧壁，而是可以具有例如竖直侧壁。
波导管704在包层706内形成。波导管704具有可触及表面705的那部分可以变成比波导管的其它部分细，例如在变细的波导管部分704a处。对波导管704的哪些侧面上变细并不做限制。例如，在波导管704面向微型谐振器712的前侧和后侧上都可以变细。而且，波导管704的高度也可以在该变细的区域上逐渐减小。在这种方式下，可以增加波导管704外的电场强度，从而保证了波导管704更好地光学耦合到微型谐振器712。另外，包层706例如在变细的区域706a上可以变细，以便于增加波导管704和微型谐振器712之间耦合的光场大小。而且，波导管704可以在光纤耦合器722处耦合到光纤720中，或者耦合到用于将光耦合出入光源和检测器的其它波导管中。
微型谐振器712可以通过若干不同的方法而保持在自对准特征中。一种方法是涂敷粘合剂，用以将微型谐振器712固定到基底702上。该粘合剂可以例如定位在腔708内，或者可将微型谐振器712联接到基底702的上表面上。可任选地是，可使用在图7C中以虚线示出的保持部件714将微型谐振器712保持在适当的位置上。而且，图7C示出了包层706仅从耦合区域处的一侧变细时的一个实施例。
当微型谐振器712接触自对准特征708的两个边缘708a和708b时，需要顾及某些条件。波导管704相对于特征708的位置取决于几个因素，例如微型谐振器712的半径、波导管704在表面713上的的高度、自对准特征708的尺寸和侧壁710a和710b的斜率。例如，为了使波导管704与微型谐振器712最佳地光学耦合，波导管704可以远离边缘708a凹陷、设置在边缘708a上或可以悬臂在边缘708a上方。当需要将微型谐振器保持距波导管边缘受控的距离时，该具体方法可以是有用的。
可用于增加波导管704的前部的电场、并且从而增加波导管704和微型谐振器712之间光学耦合量的一种方法是减小包层706在变细的波导管区域704a上的有效折射率。这可以通过掺杂包层706而做到，或通过在波导管704光学耦合到微型谐振器712的区域中，减小包层706a沿着波导管704的厚度来做到。在图7B中示意性示出了后一种方法。
在图7D中示意性示出的了另一种方法，其中将微型谐振器712保持在波导管704和后侧壁710b之间，并且不与前侧壁710a接触。这种布置可以被称作过度限定(overconstrained)布置。这种布置的一个优点是增加了波导管704和微型谐振器712之间良好物理接触的可能性。
将理解的是，自对准特征708的形状不必为如图7A中所示的正方形，而是可以呈现其它形状。例如，自对准特征808可以沿与波导管704基本平行的方向伸长，如图8中示意性图示的那样。这里，自对准特征在平行于波导704的方向上较长，形成了凹槽或沟槽。另外，将要理解的是，该自对准特征808的边缘808a和808b不必都平行于波导管704。如图所示，在边缘808a和808b彼此平行、但并不平行于波导管704时，微型谐振器712和波导管704之间的距离可以简单地借助于沿特征808移动微型谐振器712而调整。
在过度限定布置的另一个实施例中，仅有一个边缘、例如后边缘808b可以不与波导管704平行。这提供了使微型谐振器712相对于波导管704定位的灵活性。
将要理解的是，自对准特征需要不仅和平面波导管一起使用，而且还同光纤波导管一起使用。在图9A和9B中示意性示出了这种布置的一个例子。自对准特征908形成在基底902中，用以保持微型谐振器912。光纤波导管904被放置在微型谐振器912上方，并且经由光纤安装件906而被保持在适当的位置上。在示出的实施例中，自对准特征908是具有倾斜侧壁910的腔或者槽。光纤波导管904可以被布置成以使其不平行于特征908的边缘。因此，光在微型谐振器912内的传播的平面不会与该微型谐振器表面上接触侧壁910的任何点相交：这种结构可以有助于保持微型谐振器的高Q值。
微型谐振器912可以通过粘合剂、保持部件、两者的组合或通过一些其它方法而保持在腔908中。将要理解的是，自对准特征不必具有倾斜侧壁，而是可以具有弯曲的或竖直的侧壁。此外，特征908的形状不必为如在图9B中所示的正方形，而是可以具有一些其它形状。
微型谐振器912的顶部可以与基底902的上表面齐平，或者可以突出高于该基底902的表面。此外，光纤波导管904可以在少许张力的作用下定位在微型谐振器912的上方，以便于在光纤波导管904和微型谐振器912之间保持紧密的物理接触。
在图10A和10B中示意性示出了光纤波导管和微型谐振器之间垂直光学耦合的另一种方法。在该实施例中，光纤波导管1004定位于形成在基底1002上的对准特征1008内。虽然对准特征1008被示出为呈带倾斜侧壁1010的凹槽的形式，但是侧壁也可以是竖直的。微型谐振器1012被相对于光纤波导管1004横向地限定。此外，微型谐振器1012可以例如通过粘合剂或保持部件而保持在凹槽1008中，以保持波导管1004和微型谐振器1012之间的光学耦合。光纤波导管1004可以例如通过位于凹槽下表面1016上的安装件(未示出)而保持不与该下表面1016接触。如果该安装件被定位成远离波导管1004其芯外光场大小较高的那部分，换句话说是远离波导1004的耦合区域，则可以降低与安装件有关的光学损耗。这种构造减小了光学损耗，否则光学损耗可能从接触下表面1016的光纤的变细部分产生。
在另一实施例(未示出)中，例如以类似于图5中所示的方式，在微型谐振器的任一侧上，通过提供具有相关的光纤波导管的分隔开的基底，可以将两根光纤波导管耦合到微型谐振器中。
自对准特征还可以被用在基底上，以提供光纤波导管和微型谐振器之间的水平光学耦合，例如如在图11A和11B中示意性地图示的。图11A示出了平面图，而图11B则示出了BB’截面处的部分横截面图。在该具体实施例中，基底1102具有被保持在两根光纤保持器1106之间的光纤波导管1104。对准特征1108，其示出为腔，该对准特征1108将微型谐振器1112定位成与光纤波导管1104非常靠近或与光纤波导管1104接触。光纤波导管1104与微型谐振器1112接触的那部分一般为变细的部分1105。微型谐振器1112可以通过任何适合的方法、例如通过粘合剂或保持部件而相对于对准特征1108保持在适当的位置上。
在图12中示意性示出了另一实施例，在图12中，保持在光纤保持器1206之间的第二光纤1204与微型谐振器1112光学耦合。该构造可使光经过光纤1104和1204中的一根而被导向到微型谐振器1112中，并且将微型谐振器1112中的光沿光纤1204和1104中的另一根传播。
对准特征可以通过若干不同的方法而形成在基底上。一种具体的方法是使用半导体基底，例如硅基底，并且使用平面微型制造技术，例如光刻技术、掩模和蚀刻法来形成所述装置。例如，可在硅上蚀刻凹槽或者腔。一种用以获得具有倾斜表面的凹槽或腔的方法是在<100>的硅基底上进行非各向同性蚀刻：凹槽角度的峰值大约为70.5°，且由晶体几何形状确定。沿另一晶体方向蚀刻硅可以允许制成竖直壁。蚀刻特征的宽度可以借助于在基底表面上形成的抗蚀层图案来控制。在硅基底的情况下，该抗蚀层可以是氮化硅层。因此，借助于适当地掩模和蚀刻基底，可以形成诸如凹槽的对准特征，例如为V型凹槽或平底凹槽。而且，基底表面可以形成有孔，例如由腔设置，用于定位微型谐振器。这种光刻技术可使特征在基底上精确定位，从而允许在微型谐振器组件中的元件的被动对准。波导管可在硅基底上方形成的硅或氧化硅层中形成。
这里所使用的术语基底并不必仅限为载有微型谐振器的单块材料，而是应当理解成表示用于微型谐振器组件中的元件的支撑件。所述基底可由一个以上的部件形成。而且，所述对准特征不必仅被设置成蚀刻在基底上表面中的部件。对准特征可以例如从微型谐振器所靠的表面上突出，或者微型谐振器其自身可以靠在与基底一起设置的对准特征上，例如如参照图3A描述的实施例中所示。
在图13中示意性示出了另一个例子，其示出了具有自对准特征1308的基底1302，该自对准特征1308具有竖直凹槽，用以定位微型谐振器1312。光纤波导管1304可以保持在光纤保持器1306(仅示出其中一个)之间，以使光纤波导管1304和微型谐振器1312之间产生良好的光学耦合。凹槽的壁的形状可以被设置成以便于减小在微型谐振器1312内的光传播平面上对准特征1308和微型谐振器1312之间的接触，例如通过退切槽(relief groove)1314。
将要理解的是，对这里描述的实施例的各种变型均落入本发明的范围之内。例如，虽然附图示出的微型谐振器具有环形或圆形的横截面，但是这并不必须是这样的情形。微型谐振器可以例如具有椭圆的横截面。在这种情况下，微型谐振器的谐振光程并不必须是圆形的，而是可以是非圆形的。另外，虽然仅示出一个微型谐振器被保持在基底上，但是将要理解可以在单个基底上定位多个微型谐振器，并且可以耦合到单个波导管或若干不同的波导管中。
如上所述，本发明可适用于微型谐振腔，并且相信本发明尤其有用于在例如传感和激光器应用的有源或无源应用中所使用的微型谐振腔。本发明不应当被认为限于上述的具体例子，而是应该理解覆盖如所附权利要求中完全地阐述的本发明的所有方面。在浏览本说明书后，可适用本发明的各种变型、等同方法和多种结构对于本发明所涉及的领域的技术人员是显而易见的。所述的权利要求旨在覆盖这些变型和装置。

Claims (11)

1、一种微型谐振器装置，包括：
第一基底，该基底具有位于表面上的至少一个自对准特征；
第一波导管，该第一波导管相对于所述第一基底设置；和
微型谐振器，该微型谐振器接触所述自对准特征而定位在所述基底上，以便于光学耦合到所述第一波导管上，其中在第一波导管上的与所述微型谐振器耦合的点之下，所述第一波导管的包层的折射率减小，以增加与所述微型谐振器光学耦合的所述波导管的上侧的电场强度。
2、如权利要求1所述的微型谐振器装置，其中所述自对准特征是位于所述第一基底的表面上的接收腔。
3、如权利要求1所述的微型谐振器装置，其中所述自对准特征是位于所述第一基底上的沟槽，且所述微型谐振器定位在沿所述沟槽的位置上。
4、如权利要求3所述的微型谐振器装置，其中所述第一波导管定位在所述沟槽中。
5、如权利要求1所述的微型谐振器装置，其中所述第一波导管被设置在所述基底上，该第一波导管在其耦合区域处不由所述基底支撑。
6、如权利要求1所述的微型谐振器装置，其中所述第一波导管是光纤、平面波导管和通道波导管中的一种。
7、如权利要求6所述的微型谐振器装置，其中所述第一波导管是锥形光纤。
8、如权利要求1所述的微型谐振器装置，其还包括粘合剂材料，其被设置成用以将微型谐振器保持在所述自对准特征上。
9、如权利要求1所述的微型谐振器装置，其还包括至少一个保持部件，其被设置成用以将所述微型谐振器保持在所述自对准特征的所期望的位置上。
10、如权利要求1所述的微型谐振器装置，其还包括第二基底和相对于该第二基底设置的第二波导管，该第二波导管被光学耦合到所述微型谐振器上。
11、如权利要求1所述的微型谐振器装置，其还包括产生光的光源和一光检测器，所述光被耦合到所述第一波导管上并且从该第一波导管耦合到所述微型谐振器上，所述光检测器被光学耦合以检测来自所述微型谐振器的光。
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