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Gebiet der Erfindung
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Das Gebiet der Erfindung sind optische Resonatoren.
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Hintergrund
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Die Beschreibung des Hintergrunds enthält Informationen, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich sein können. Es ist kein Eingeständnis, dass irgendeine der hier bereitgestellten Information Stand der Technik in Bezug oder relevant für die vorliegend beanspruchte Erfindung ist, oder dass irgendeine Veröffentlichung, auf die im Speziellen oder implizit verwiesen wird, Stand der Technik ist.
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Alle Veröffentlichungen hierin sind durch Referenz in demselben Ausmaß aufgenommen als wäre jede einzelne Veröffentlichung oder Patentanmeldung im Speziellen und individuell als durch Referenz aufgenommen angegeben worden. Wo eine Definition oder Verwendung eines Begriffs in einer aufgenommenen Referenz inkonsistent oder entgegen der Definition des Begriffs wie hierin bereitgestellt ist, gilt die hierin bereit gestellte Definition des Bergriffs und die Definition dieses Begriffs in der Referenz gilt nicht.
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Die verwendeten Materialien in Wellenleitern und Resonatoren haben lange die Art der Modenfamilien und die Stärke der Modenfamilien, welche durch einen Laserstrahl erzeugt werden, beeinflusst. Die Auswahl einer oder mehrerer Modenfamilien hängt in der Regel von der Änderung einer Geometrie der verwendeten Materialien ab.
EP 2 362 502 von Rofin offenbart beispielsweise eine Modenauswahltechnik, die es erlaubt, eine Mode auszuwählen, indem eine Vertiefung in einer Oberfläche eines Wellenleiters in dem Laser eingeführt wird. Wenn nötig, hilft die Länge der Vertiefung, die Mode mit der niedrigsten Ordnung auszuwählen. Das Schneiden einer solchen Vertiefung erfordert jedoch große Präzision bei der Handhabung der beteiligten Werkzeuge.
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US 5745 511 von Leger ermöglicht es dem Benutzer eine Modenfamilie auszuwählen, indem zuerst der erforderliche Spiegelreflexionsgrad, welcher für diese Modenfamilie erforderlich ist, berechnet und dann ein Spiegel erzeugt wird, der den benötigten Spiegelreflexionsgrad hat. Legers Spiegel kann jedoch andere Modenfamilien erzeugen, die nicht erwünscht sind, und ist nur bis innerhalb von 50 μm genau. Da Leger von einem chemischen Ätzprozess abhängt, um solche Moden-auswählende Spiegel zu erzeugen, können kleinere Spiegel für leistungsstarke Laser nicht hergestellt werden.
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US 2003 0 147 445 von Zeitner lehrt einen Wellenleiterresonator, der einen Wellenleiter hat, welcher in der Nähe der Facetten des Wellenleiters verdünnt ist, um Phasenstrukturen zu erzeugen, die Zirkulationsverluste für bestimmte Moden erhöhen. Zeitners Verfahren erlaubt jedoch nur, dass die Bereiche des Wellenleiters in der Nähe der Facetten angepasst werden, was die Arten von Moden, welche eliminiert werden können, begrenzt. Zeitners Verfahren kann nur auf Resonatoren angewendet werden, die aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sind, die dazu neigen, einen niedrigeren Q-Faktor als monolithische Resonatoren zu haben.
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US2009 0 154 503 von Peyghambarian lehrt ein Verfahren zum Auswählen einer Mode durch Verwendung eines chemische Dotierungsmittel, das Licht an einigen Wellenlängen absorbiert, es aber erlaubt, dass Licht an anderen Wellenlängen durchläuft. Vorausgewählte Modenfamilien werden Resonatoren und Wellenleiter verwenden, welche aus Dotierungsmitteln hergestellt sind, welche nur Wellenlängen erlauben, die in der Lage sind, innerhalb der vorausgewählten Modenfamilien Licht zu erzeugen. Es gibt jedoch einige Modenfamilien, die kein entsprechendes Dotierungsmittel haben, welches selektiv genug ist, es zu erlauben, dass nur die gewünschte Wellenlänge durch den Resonator läuft. Unter solchen Umständen müssen ältere Techniken verwendet werden.
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Somit bleibt ein Bedarf an für verbesserte Systeme und Verfahren zum Auswählen von Modenfamilien in monolithischen Resonatoren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die folgende Beschreibung enthält Information, die nützlich sein kann, um die vorliegende Erfindung zu verstehen. Es ist kein Eingeständnis, dass irgendeine der hierin bereitgestellten Information Stand der Technik ist oder relevant für die vorliegend beanspruchte Erfindung ist, oder dass irgendeine Veröffentlichung, auf die im Speziellen oder implizit verwiesen wird, Stand der Technik ist.
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In einigen Ausführungsformen sind die Zahlen, die Mengen von Bestandteilen, Eigenschaften wie Konzentration, Reaktionsbedingungen und so weiter ausdrücken, welche benutzt werden, um bestimmte Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben und zu beanspruchen, so zu verstehen, dass sie in einigen Fällen durch den Begriff „etwa” angepasst sind. Dementsprechend sind in einigen Ausführungsformen die numerischen Parameter, welche in der schriftlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind, Näherungen, die abhängig von den gewünschten Eigenschaften, welche gesucht werden, um durch eine spezielle Ausführungsform erhalten zu werden, variieren können. In einigen Ausführungsformen sollten die numerischen Parameter im Licht der Anzahl der angegebenen signifikanten Stellen und durch Anwendung gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden. Ungeachtet dessen, dass die numerischen Bereiche und Parameter, welche den breiten Umfang einiger Ausführungsformen der Erfindung darlegen, Näherungen sind, sind die numerischen Werte, die in den spezifischen Beispielen dargelegt sind, so genau wie möglich angegeben. Die numerischen Werte in einigen Ausführungsformen der Erfindung können bestimmte Fehler enthalten, die notwendigerweise von der Standardabweichung stammen, welche in den jeweiligen Testmessungen gefunden werden.
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Wie in der Beschreibung hierin und in den gesamten folgenden Ansprüchen verwendet, beinhaltet die Bedeutung von „ein” sowie „der”/„die”/„das” eine vielzählige Referenz, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Auch beinhaltet, wie in der Beschreibung hierin verwendet, die Bedeutung von „in” „in” und „auf”, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
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Wie hierin verwendet und sofern nicht der Zusammenhang anders vorschreibt, soll der Begriff „gekoppelt an” sowohl direkte Kopplung (in welcher zwei Elemente, die miteinander gekoppelt sind, miteinander in Kontakt stehen) als auch indirekte Kopplung (in welcher sich wenigstens eine zusätzliches Element zwischen den beiden Elementen befindet) beinhalten. Daher können die Begriffe „gekoppelt an” und „gekoppelt mit” synonym verwendet werden.
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Außer der Zusammenhang schreibt das Gegenteil vor, sollen alle hierin dargelegten Bereiche ausgelegt werden, als seien sie einschließlich ihrer Endpunkte, und offene Bereiche sollen ausgelegt werden, als umfassen sie kommerziell praktische Werte. Ebenso sollen alle Listen von Werten als einschließlich dazwischenliegender Werte verstanden werden, sofern der Zusammenhang nicht das Gegenteil anzeigt.
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Die Aufzählung von Wertebereichen hierin soll lediglich als Kurzverfahren dienen, um einzeln auf jeden separaten Wert, der in den Bereich fällt, zu verweisen. Sofern hierin nichts anderes angegeben ist, ist jeder einzelne Wert in die Beschreibung aufgenommen, als wäre er hierin individuell angegeben worden. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder anderweitig eindeutig durch den Zusammenhang widersprochen wird. Die Verwendung von irgendwelchen und allen Beispielen oder beispielhafter Sprache (z. B „so wie”) in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen hierin bereitgestellt soll lediglich die Erfindung besser beleuchten und stellt keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung dar. Keine Sprache in der Beschreibung sollte als Hinweis auf irgendein unbeanspruchtes Element ausgelegt werden, welches wesentlich für die Ausführung der Erfindung ist.
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Gruppierungen von alternativen Elementen oder Ausführungsformen der Erfindung, welche hierin offenbart ist, sind nicht als Beschränkungen auszulegen. Auf jedes Gruppenmitglied kann verwiesen werden und einzeln oder in beliebiger Kombination mit anderen Mitgliedern der Gruppe oder anderen hierin gefundenen Elementen beansprucht werden. Ein oder mehrere Mitglieder einer Gruppe können aus Gründen der Bequemlichkeit und/oder der Patentierbarkeit in eine Gruppe eingefügt oder aus ihr gelöscht werden. Wenn irgendeine solche Einfügung oder Löschung auftritt, gilt die Beschreibung hierin als enthielte sie die Gruppe wie angepasst, und erfüllt damit die schriftliche Beschreibung aller Markush-Gruppen, welche in den anhängenden Ansprüchen verwendet werden.
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Der Erfindungsgegenstand stellt eine Vorrichtung, Systeme und Verfahren bereit, in welchen ein monolithischer Resonator angepasst wird, um das Q eines oder mehrerer Modenfamilien des monolithischen Resonator zu verringern. Unter Verwendung dieses Verfahrens können eine oder mehrere Modenfamilien durch Verringern des Q von unerwünschten Modenfamilien vorausgewählt werden.
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Wie hierin verwendet, ist ein „monolithische Resonator” ein optischer Resonator, der aus einem einzigen Material, wie Kalziumfluorid, Magnesiumfluorid, synthetischem Quarzglas, Siliziumnitrid oder einer anderen Art von Kristall oder Glas hergestellt ist. Monolithische Resonatoren umfassen nicht Resonatoren, die durch die Verbindung einer Vielzahl von Substraten zu einem Verstärkungsmedium hergestellt sind, da solche Resonatoren aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sind. Wie hierin verwendet, ist ein „optischer Resonator” ein Hohlraum von Spiegeln, der einen Standwellenhohlraumresonator für Lichtspeicherung bildet, wie einen „Whispering-Gallery-Moden”-Resonator (WGM), einen Totalinternreflexionsresonator und eine verspiegelte Linse.
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Wenn eine Lichtquelle einer kontinuierlichen Welle („continuous wave”, CW), wie ein Laser, in einen monolithischen Resonator gerichtet wird, schwingt das reflektierte Licht im Allgemeinen in dem Hohlraum und erhöht die Intensität innerhalb einer oder mehrerer Modenfamilien von Lichtfrequenzen durch konstruktive Interferenz. Da Licht in diesen Familienmoden dazu neigt, nur entlang bestimmter optischer Pfade durch den Resonator zu schwingen, kann, wenn der Brechungsindex an jedem Punkt entlang dieses Pfads geändert wird, das Q des Lichts, welches durch diesen optischen Pfad schwingt, herabgesetzt werden. Dieses Verfahren funktioniert besonders gut mit Resonatoren, welche Modenfamilien mit optischen Pfaden haben, die nicht miteinander im Raum entlang einer Oberfläche des Resonators überlappen.
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Vorzugsweise wird das Q um mindestens zwei, drei, vier oder fünf Größenordnungen herabgesetzt, um die Modenfamilie wirksam nutzlos zu machen. Wie hierin verwendet, wird eine Modenfamilie „eliminiert”, wenn das Q der Modenfamilie um wenigstens fünf Größenordnungen herabgesetzt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Brechungsindex entlang der optischen Pfade aller Modenfamilien bis auf eine Modenfamilie verändert, um alle bis auf eine der Modenfamilien innerhalb des Resonators zu eliminieren. Ein System kann verwendet werden, das eine Benutzerschnittstelle präsentiert, die es einem Benutzer erlaubt, die Modenfamilie auszuwählen, welche ausgewählt werden soll (wirksam unter Auswahl der Herabsetzung aller anderen Modenfamilien), oder um die Modenfamilie (oder -familien) auszuwählen, die herabgesetzt werden soll(en).
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Ein Abschnitt des Resonators kann seinen Brechungsindex in einer Vielzahl von Arten rändern. Beispielsweise eine Vertiefung oder ein Schwingungshohlraum kann entlang einer Oberfläche des Resonators geschnitten oder geätzt werden, um eine Modenfamilie herabzusetzen, die unter Verwendung dieser Oberfläche schwingt. Wie hierin verwendet, ist eine „Vertiefung” eine Ausnahme, die entlang einer Fläche gebildet wird, während ein „Schwingungshohlraum” ein Bereich zwischen zwei Vertiefungen ist, der einen veränderten Brechungsindex hat. Solche Vertiefungen können in die Oberfläche beispielsweise unter Verwendung eines scharfen Werkzeugs, eines heißen Werkzeugs, eines Lasers oder einer ätzenden Chemikalie geschnitten oder geätzt werden. In Betracht kommende Vertiefungen sind vorzugsweise höchstens 1 oder 2 Mikrometer groß und können 1 Nanometer klein sein. Schwingungshohlräume sind im Allgemeinen mindestens 0,5 oder 1 Mikrometer breit.
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Wenn eine einzige Modenfamilie ausgewählt ist, kann eine ganze Oberfläche abgeschliffen werden, um einen Vorsprung zu bilden, wobei der Vorsprung als einziger optischer Pfad übrig ist, der nicht degradiert worden ist. In anderen Ausführungsformen können ein oder mehrere lokal angepasste Strukturen direkt unter einer Oberfläche des Resonators gebildet werden, um unter Verwendung eines Femtosekundenimpulslasers oder einer elektrischen Entladung den Brechungsindex zu verändern. Solche lokal angepassten Strukturen können zum Beispiel Abgründe, Implantationen oder Dichtverschiebungen in dem Material sein. Ionenimplantationen, wie Wasserstoffionenimplantationen, können auch verwendet werden, um lokal angepasste Strukturen unter der Oberfläche des Resonators zu erzeugen.
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Ein hoher Genauigkeitsgrad ist bevorzugt, wenn ein Brechungsindex verändert wird, insbesondere wenn mit kleineren Resonatoren gearbeitet wird. Vertiefungen und Schwingungshohlräume sind im Allgemeinen höchstens 5 Mikrometer dick, und vorzugsweise höchstens 1 Mikrometer dick. Gebildete Abgründe sind vorzugsweise mikroskopisch und sind höchstens 1 oder 2 Mikrometer im Durchmesser. Solche Abgründe werden also im Allgemeinen auch höchstens 1, 2, 3, 4 oder 5 Mikrometer von der Oberfläche des Resonators platziert.
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Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Gegenstands der Erfindung werden ersichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungsabbildungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bestandteile darstellen.
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Man sollte anerkennen, dass die beschriebenen Techniken viele vorteilhafte technische Effekte bereitstellen, einschließlich der Vorauswahl eines oder mehrerer Modenfamilien des Resonators.
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Die folgende Diskussion stellt viele Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung bereit. Obwohl jede Ausführungsform eine einzige Kombination von erfindungsgemäßen Elementen darstellt, wird der Erfindungsgegenstand so betrachtet, als umfasse er alle möglichen Kombinationen der offenbarten Elemente. Wenn also eine Ausführungsform Elemente A, B und C umfasst, und eine zweite Ausführungsform Elemente B und D umfasst, dann wird der Erfindungsgegenstand so betrachtet, als umfasse er auch andere übrige Kombinationen von A, B, C oder D, auch wenn sie nicht ausdrücklich offenbart sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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ist eine flächige Ansicht eines WGM-Resonators.
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ist eine Querschnittsansicht des „Whispering-Gallery-Mode”-Resonators von .
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ist eine flächige Ansicht eines Totalinternreflexionsresonators.
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ist eine Querschnittsansicht des Totalinternreflexionsresonators von .
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ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts eines „Whispering-Gallery-Mode”-Resonators, welcher mit Hohlräumen angepasst ist.
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ist eine Ansicht der Oberfläche des Abschnitts wie in gezeigt.
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ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts eines „Whispering-Gallery-Mode”-Resonators, welcher mit Abgründen angepasst ist.
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ist eine Ansicht der Oberfläche des Abschnitts wie in gezeigt.
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ist eine Seitenansicht eines WGM-Resonators, der durch Abschleifen zweier Seiten einer äußeren Oberfläche angepasst ist.
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ist eine Seitenansicht eines WGM-Resonators, der durch Abschleifen einer Vielzahl von Abschnitten der äußeren Oberfläche angepasst ist.
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ist ein optisches Spektrum des Resonators von .
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Detaillierte Beschreibung
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Der Erfindungsgegenstand stellt Vorrichtung, Systeme und Verfahren bereit, in welchen ein monolithischer Resonator angepasst ist, um eine Qualität einer oder mehrerer Modenfamilien des Resonators herabzusetzen.
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WGM-Resonatoren werden gemeinhin in nichtlinearer Optik, Opto-Mechanik und Mikrowellenphotonik verwendet, da sie eine signifikante Konzentration von Licht kontinuierlicher Wellen („continuous waves”, CW) in einem optisch transparenten, nichtlinearen Material ermöglichen. Externes Niedrigleistungs-CW-Pumpen eines hoch-Q-WGM-Resonators resultiert in GW/cm2-Intensitäten von Licht, welches in dem Schwingungsmodenvolumen zirkuliert. In und ist ein WGM-Resonator 110 gezeigt, der optische Pfade 112, 114 beziehungsweise 116 hat, von welchen jeder eine Modenfamilie darstellt. Jede der Modenfamilien schwingt entlang einer äußeren Kreislinie der „Whispering Gallery” wie in gezeigt, wobei ein Q-Faktor einer Lichtwelle, welche auf diesem Pfad schwingt, erhöht wird. Während jeder der Modenfamilien denselben optischen Pfade zu teilen scheinen, wenn in gesehen, zeigt , dass jeder der optischen Pfade 112, 114 beziehungsweise 116 nicht überlappend sind und über- oder untereinander platziert sind.
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Der WGM-Resonator wird in der Regel aus einer zylindrischen Vorform eines transparenten Materials oder Kristall gebildet, wie Kalziumfluorid, Magnesiumfluorid, synthetischem Quarzglas, Siliziumnitrid oder einer Saphirfaser. Die zylindrische Vorform kann dann mit einem Durchmesser entsprechend dem gewünschten Durchmesser des Resonators ausgewählt werden. Die Platzierung der optischen Pfade der verschiedenen Modenfamilien kann dann mathematisch oder experimentell bestimmt werden, und eine Benutzerschnittstelle, welche eine Ansicht zeigt ähnlich der in gezeigt, kann dem Benutzer angezeigt werden, was dem Benutzer erlaubt, auszuwählen, welche Modenfamilien herabgesetzt werden sollen.
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und zeigen eine alternative Ausführungsform eines monolithischen Resonators 210 in Form eines Totalinternreflexionsresonators, welche Seiten 211, 212, 213, 214, 215 und 216 hat. Seiten 211, 212, 213, 214 und 215 sind im Allgemeinen behandelt, um reflektierend sein, wobei Seite 214 behandelt ist, um halbreflektierend zu sein. In Betracht kommende Behandlungen beinhalten das Beschichten der Oberfläche mit dielektrischen reflektierenden und halbreflektierenden Materialien, obwohl solche Beschichtungen nicht erforderlich sind. Dies gewährleistet, dass Licht, das den monolithischen Resonator durch die Seiten 211 betritt, in dem Hohlraum schwingt, wobei der Q-Faktor einer Lichtwelle, welche durch konstruktive Interferenz schwingt, erhöht wird, bevor sie durch die halbreflektierende Oberfläche 214 austritt. Ein optischer Pfad 216 von einer Modenfamilie ist als von der Wand 212 reflektierend gezeigt und ein optischer Pfad 217 einer anderen Modenfamilie ist als von der Wand 213 reflektierend gezeigt.
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Verändern des Brechungsindex entlang einem der optischen Pfade 112, 114, 116, 216, oder 217 kann zu einer Herabsetzung der Modenfamilie führen, welche entlang dieses optischen Pfads schwingt. Wenn viele Abschnitte des optischen Pfades ausreichend herabgesetzt sind, kann der Q-Faktor von Wellen innerhalb dieser Modenfamilie wesentlich verringert werden, manchmal um bis zu 3–5 Größenordnungen. Um eine Qualität des optischen Pfads 112 herabzusetzen, kann beispielsweise der Brechungsindex des oberen Abschnitts des Resonators 110 wie in gezeigt verändert werden. In Bezug auf Resonator 210 kann, um eine Qualität des optischen Pfades 216 herabzusetzen, der Brechungsindex des Abschnitts der Wand 212, an der das Licht reflektiert, geändert werden.
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Wie oben diskutiert, kann der Brechungsindex von monolithischen Resonatoren in einer Vielzahl von Arten verändert werden. In den und wurde der Abschnitt 118 des WGM Resonators 110 angepasst, um Resonator 310 zu schaffen. Resonator 310 wurde geschaffen, um eine Qualität der optischen Pfade 112 und 116 herabzusetzen und gleichzeitig die Qualität des optischen Pfades 114 intakt zu halten. In sind Rippen 312 an einer Oberfläche des Resonators 110 durch Einkerben der Oberfläche des WGM Resonators an einer Vielzahl von Stellen gebildet worden. Dieses Einkerben kann in einer Vielzahl von Arten durchgeführt werden, beispielsweise unter Verwendung einer scharfen Spitze eines Werkzeugs oder mit Materialabschmelzen durch Laserlicht, während der Resonator auf einer Drehbank dreht. Die Subwellenlänge von Mikrorippen und Mikrogräben entspricht der Verringerung des Brechungsindex des Materials. Die Oberfläche entlang dem optischen Pfad 314 ist glatt gehalten, um sicherzustellen, dass die Qualität von Lichtwellen innerhalb dieser Modenfamilie um Größenordnungen höher ist als die Qualität von Lichtwellen, welche entlang der optischen Pfaden 312 bzw. 316 produziert werden. Die glatten und rauen Oberflächen sind leichter in zu sehen, die zeigt, wie der optische Pfad 114 entlang der Oberfläche 314 glatt bleibt im Gegensatz zu Oberfläche 312, die mit einer Vielzahl von Hohlräumen eingekerbt wurde.
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Modale Eigenschaften können durch Einstellen der Höhe des Resonators, der Breite der Banden, welche die Rippen umfassen, und der Dicke und der Tiefe jeder Rippe gestaltet werden. Die Rippen erzeugen im Allgemeinen Bereiche von niedrigerem Index in der Materialform, von der Licht von unerwünschten Moden gestreut wird. zeigt eine numerisch simuliert Feldverteilung der Mode, welche entlang dem optischen Pfad 314 erzeugt wird. In dieser Ausführungsform unterstützt Resonator 310 nur eine einzige Mode, wie von der Feldstärke innerhalb des Volumens des Resonators gezeigt, jedoch wird erwogen, dass eine Vielzahl von Moden ausgewählt werden können. Zum Beispiel kann die Oberfläche entlang dem optischen Pfad 114 eingekerbt werden, während die Oberflächen entlang den optischen Pfaden 112 beziehungsweise 116 unberührt bleiben. Dies würde einen Resonator mit zwei vorgewählten Moden erstellen und nur eine Mode würde herabgesetzt.
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und zeigen einen alternativen WGM-Resonator 410 in dem lokal angepasste Strukturen 412 unter der Oberfläche des Resonators gebildet wurden. Solche lokal angepasste Strukturen können ein Abgrund, eine Dichteverschiebung oder eine Implantation sein, die in einer Vielzahl von Arten gebildet werden können, so wie die Anwendung eines Femtosekundenimpulslasers, um ein Muster von mikroskopischen Abgründen in einem kristallinen Material zu schaffen. Dies verändert den Brechungsindex, wo die lokal angepassten Strukturen geschaffen wurden, was die Qualität der Modenfamilien, welche in jenen Abschnitten des WGM-Resonators 410 erschaffen wurden, ernsthaft herabsetzen kann. Ionenimplantationen (beispielsweise Wasserstoffionenimplantationen) können also verwendet werden, um in das Innere des Materials einzudringen und Energie in bestimmten Tiefen abzulagern. Vorzugsweise sind die lokal angepassten Strukturen innerhalb einer bestimmten Tiefe 414 ausgebildet, beispielsweise 1–2 Mikrometer von der Oberfläche des Resonators.
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Die lokal angepassten Strukturen erzeugen ein Muster von „Stellen”, wie in gezeigt, die gestaltet sind, um das modale Spektrum von Interesse entlang dem optischen Pfad 114 herzustellen. Da dieses Verfahren kein Material an einer Oberfläche des Resonators entfernt, wie es Meißeln oder Laserabschmelzen würde, kann die Integrität der Kristallstruktur in einer besseren Art und Wiese konserviert werden. Während nur eine Mode als ausgewählt dargestellt ist, können wieder eine Vielzahl von Betriebsarten ausgewählt werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der WGM-Resonator 400 angepasst wurde, um eine Qualität eines oberen optischen Pfads entlang der Oberfläche 414 und Oberfläche 416 herabzusetzen, während der optische Pfad entlang der Oberfläche 412 intakt bleibt. In dieser Ausführungsform kann sich die Feldverteilung der Mode nicht so signifikant ändern wie die Feldverteilung in zeigt, aber die Modenfamilien, welchen entlang der Oberflächen 414 und 416 schwingen, werden in der Regel um mindestens 1–2 Größenordnungen herabgesetzt.
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zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der WGM-Resonator 500 angepasst wurde, um eine Qualität einer Vielzahl von optischen Pfaden 514 herabzusetzen, während ausgewählte optische Pfade 512 intakt gehalten werden. In dieser Ausführungsform sind eine Vielzahl von Modenfamilien ausgewählt worden, wobei kollektive lokalisierte Zustände geschaffen wurden.
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zeigt ein optisches Spektrum des Resonators 310 wie in den und gezeigt. Dieses modale Spektrum ist praktisch auf eine einzige hoch-Q-Mode eingeschränkt, mit ein paar kleinen Moden mit deutlich vermindertem Q. Unterschied in Q sollte mit einer hohen Anzahl von Abgründen, die unter einer Oberfläche eines WGM Resonators gebildet wurden, noch dramatischer sein.
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Es sollte dem Fachmann offensichtlich sein, dass viele weitere Anpassungen neben den bereits beschriebenen möglich sind, ohne von den hierin beschriebenen erfinderischen Konzepten abzuweichen. Der Erfindungsgegenstand ist daher nicht eingeschränkt außer in dem Umfang der beigefügten Ansprüche. Außerdem sollten sowohl bei der Auslegung der Spezifikation als auch der Ansprüche alle Begriffe in möglichst breiter Art und Weise in Übereinstimmung mit dem Zusammenhang ausgelegt werden. Insbesondere die Begriffe „umfasst” und „umfassend” sollten als Referenz zu Elementen, Bestandteilen oder Schritten in einer nicht-exklusiven Art und Weise ausgelegt werden, was darauf hinweist, dass die referenzierten Elemente, Bestandteile oder Schritte vorhanden sein können, oder verwendet werden können, oder mit anderen Elementen, Bestandteilen oder Schritten auf eine nicht-exklusive Art und Weise kombiniert werden können, die nicht ausdrücklich referenziert sind. Wo die Spezifikation und die Ansprüche sich wenigstens auf etwas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus A, B, C... und N bezieht, sollte der Text ausgelegt werden, als erfordere er nur ein Element aus der Gruppe, nicht A plus N oder B plus N usw.
