Een micro-ring resonator is een cirkelvormige golfgeleider die dusdanig is opgesteld dat deze dicht naast een andere (meestal rechte) golfgeleider is geplaatst zodat koppeling van licht mogelijk is. In afbeelding 33 zie je hiervan een schematische weergave, waarbij de cirkelvormige golfgeleider is gepositioneerd tussen twee rechte golfgeleiders.

Stel dat licht aan de linkerzijde van de onderste golfgeleider (golfgeleider B) binnenkomt en zich hierbij naar rechts door de golfgeleider verplaatst. Bij aankomst bij de micro-ring wordt het licht gekoppeld en verplaatst het zich voor een deel naar de micro-ring. Bij het doorlopen van de cirkelvormige baan in de microring zal een staande golf op de omtrek van de ring ontstaan. Het licht zal immers voortdurend in de ring rond blijven gaan en hierbij met zichzelf interfereren. Zolang de golflengte van het licht een geheel aantal malen in de omtrek van de microring past zal het bij ieder rondgang precies op zichzelf passen en zal er versterking (constructieve interferentie) optreden. De golflengten van het licht die niet een geheel aantal malen in de omtrek van de microring passen zullen zichzelf uiteindelijk uitdoven. Omdat alleen het licht behouden blijft met de specifieke golflengten die passen bij de omtrek van de ring zullen uiteindelijk ook alleen die specifieke golflengten gekoppeld worden naar de bovenste golfgeleider (golfgeleider A). Het licht dat uiteindelijk in de bovenste golfgeleider terecht komt zal dus alleen uit golflengten bestaan die passend zijn bij de omtrek van de microring. Afhankelijk van de omtrek van de microring is het dus mogelijk om op die manier golflengten te selecteren.

Het koppelen van licht in een microring wordt mooi zichtbaar gemaakt in de onderstaande video:

Nemen we een microring met omtrek L dan zal er resonantie (een staande golf) optreden als de golflengte van het licht een geheel aantal malen in de omtrek van de ring past. Er moet dus gelden: L = nλ , waarbij n een geheel getal groter dan nul is. Omdat voor de omtrek L van een cirkel geldt L = 2πr kunnen we ook zeggen dat een microring alleen golflengten doorgeeft waarvoor geldt:

Waarbij:

r = de straal van de microring

n = een positief geheel getal

λ = de golflengte waarvoor resonantie zal optreden.

Tegenwoordig is het mogelijk om de brekingsindex van het materiaal van de microring die op een fotonische chip is geplaatst enigszins aan te passen. Dit kan bijvoorbeeld door dichtbij de microring een of meerdere kleine elektrische verwarmingselementjes aan te brengen. Door de stroomsterkte door de verwarmingselementjes te variëren zal de microring meer of minder verwarmd kunnen worden. Ten gevolge van die temperatuursverandering zal de brekingsindex van de microring veranderen. Zoals je in de paragraaf over golfgeleiders hebt kunnen leren zal door een veranderende brekingsindex ook de golflengte van het licht veranderen. Gevolg is dat de golflengten die in de micro-ring resoneren hierdoor ook zullen veranderen en er daardoor ook andere golflengten uiteindelijk de micro-ring zullen verlaten. Als een micro-ring voorzien is van een elektrisch verwarmingselement kan de golflengte die wordt doorgegeven door de micro-ring dus ingesteld worden door de stroomsterkte in het verwarmingselement te variëren. 

Een dubbele micro-ring

Door het gebruik van twee micro-ringen kan er nog sterker op golflengtes gefilterd worden. In de afbeelding hieronder zie je hoe een opstelling van twee micro-ringen er op een fotonische chip uit kan zien. Deze afbeelding zal worden gebruikt om uit te leggen hoe de selectie van golflengtes plaatsvindt bij de dubbele micro-ring resonator.

Stel dat licht van links via de bovenste golfgeleider (golfgeleider 1) binnenkomt. Dit licht zal koppelen naar ring 1. In deze ring zullen alleen die golflengtes overblijven die een geheel aantal malen in de omtrek van ring 1 passen. Deze golflengtes zullen worden doorgegeven naar golfgeleider 2. Dat licht koppelt vervolgens naar ring 2. In ring 2 zullen van de binnenkomende golven alleen die golflengtes overblijven die een geheel aantal malen in de omtrek van ring 2 passen. Het licht dat uiteindelijk in golfgeleider 3 verder gaat bevat daarom alléén golflengtes die zowel in ring 1 als in ring 2 resoneren. We zullen dit met een voorbeeld nog wat verduidelijken. Stel dat de golflengtes die passen in de omtrek van ring 1 de golflengtes zijn die zijn weergegeven in afbeelding 35.

Afbeelding 35: resonantiegolflengten van ring 1.

Als ring 2 precies gelijk is aan ring 1 zullen de golflengtes uit afbeelding 35 óók passend zijn in de omtrek van ring 2. In dat geval zullen al deze golflengtes worden doorgegeven naar golfgeleider 3.

Maar stel nu eens dat ring 2 voorzien is van een verwarmingselement waarmee ring 2 verwarmd kan worden. Door het verwarmen zal de brekingsindex iets veranderen. De golflengtes die dan passen in de omtrek van de ring zullen daardoor ook iets veranderen. Stel dat de golflengtes die in de iets verwarmde micro-ring 2 passen de golflengtes zijn die zijn weergegeven in afbeelding 36.

Afbeelding 36: resonantiegolflengten van ring 2.

De golflengtes die uiteindelijk in golfgeleider 3 overblijven zijn de golflengtes die zowel in ring 1 als in ring 2 passen. Om te zien welke dit zijn zijn de afbeeldingen van de golflengtes die passend zijn bij de omtrek van ring 1 en ring 2 onder elkaar gezet. Het onderste diagram toont de golflengtes die zowel passend zijn bij de omtrek van ring 1 als ring 2 en uiteindelijk zullen worden doorgegeven naar golfgeleider 3.

Zoals je kunt zien blijven er slecht een paar golflengtes over die uiteindelijk in de output van golfgeleider 3 terecht zullen komen. Door ring 2 meer of minder te verwarmen kan met zo’n dubbele micro-ring eenvoudig een aantal golflengtes uit het binnenkomende licht worden gefilterd.