微环谐振器：原理、结构与应用

"微环谐振器是一种重要的光学元件，常用于光通信和光信号处理。它们具有紧凑的尺寸、低成本、高集成度以及低插入损耗等优点。微环谐振器可以分为滤波器和波分复用器两种基本结构，其中单环谐振器是最简单的形式，而更复杂的结构则是由多个单环组成。根据信道位置的不同，微环谐振器可以是平行信道或竖直信道结构，也可以是微环与信道在同一平面内或微环位于信道之上。这些结构在光滤波、波分复用、调制、开关等功能中有广泛应用。" 微环谐振器的基本原理和功能主要体现在其光学谐振特性上。它们利用微环中的光波在环内反射多次形成驻波，通过调整环的尺寸，可以使其在特定的波长处产生谐振，从而实现对光信号的选择性过滤或复用。这种谐振不需要外部腔面或光栅的反馈，方便与其它光电子元件集成。 在实际应用中，通过串联和并联多个微环，可以扩大自由光谱范围（FSR），增加可用的信道数量，创建出近乎平坦的光谱带宽，这对于密集型波分复用系统尤其重要。例如，使用Si、GaAs、GaInAsP/InP等材料已经制成了各种结构的微环谐振器，包括单环、并联双环、串联双环、串联多环以及并联串联多环阵列。 微环谐振波分复用器的研究相对较晚，但自1999年以来，日本的研究者已经在Si基Ta2O5/SiO2材料上研制出了具有8个信道的微环谐振波分复用器，展示了其在光通信中的潜力。这类器件能够将不同波长的光信号分开，实现高效复用和解复用。 在设计和优化微环谐振器时，需要考虑的关键参数包括微环波导和信道波导的截面尺寸、耦合间距、微环半径、相邻微环间的半径差等。同时，还需要分析谐振级数、FSR、微环半径与波长之间的色散关系、输出光谱、插入损耗和串扰等特性，以确保器件性能的最优。 微环谐振器作为现代光电子技术中的关键组件，不仅在基础研究中占有重要地位，而且在实际的光通信网络中发挥着不可或缺的作用，为未来的光子集成电路提供了可能。