CN101375189A - 光学元件的热控制 - Google Patents

Abstract

利用有效的温度调节，集成光路的线性热和光模式能够用于温度稳定一个或多个电路(455)的光学元件。为了稳定单个光学元件，诸如阵列波导光栅(AWG)、温度传感器(425)、和加热器(427)可以邻近光栅设置。随后，热和光系数可以用于选择用于温度控制器(400)的合适温度设定点，该温度传感器(400)接收来自传感器的读数并确定加热器中消耗的功率。多个AWG可以单独地被稳定，交叉加热因素和其它环境因素可以合在一起。

Description

光学元件的热控制

技术领域

概括而言，本发明涉及光纤通信，更具体地说，本发明涉及光波导滤光器和其它温度敏感的集成光学器件的调整和温度稳定性。

背景技术

现在光导纤维技术已经用于电讯数十年了。在高带宽应用中，光导纤维实际上已经取代了老式铜线。这种转变的理由有很多。光导纤维与铜线相比的优点包括宽的带宽、低信号衰减、轻的重量、对电磁干扰的不敏感性、没有电火花、串扰的有效消除、物理挠性、小尺寸、和低成本。

在光网络中，被转换的电信号调制光，一般红外型的(infraredvariety)具有1.3或1.5μm带的波长。调制的光在光导纤维上传输、接收、和解调，以恢复原始电信号的拷贝。

大量的光导纤维网络是要用于数据的商业传输。因此，网络操作员以低成本、高可靠性、高保真、高效率、和高安全性追求宽的带宽容量。单光纤的传输带宽非常高。在单波长信道上以10Gbit/s(OC-192)和40Gbits/s(OC-768)传输数据的节约成本的系统目前可买到。但是光纤理论上可以实现的总产量远远较高，几十太赫。密集波分复用(DWDM)系统已经发展到使用更多的该可获得的光谱。在这种系统中，同时使用许多不同的波长信道，以在相同的光纤上传输携带数据信号。已经开发了使用高达160种不同波长的系统，每个波长携带差不多10Gbit/s并且在单光纤中提供1.6Tbit/s的总容量。对于需要更小容量的光纤连接，以相似的方式使用以更宽间隔波长具有更少信道的更不密集结构，这种结构称为粗波分复用(CWDM)。DWDM和CWDM将统称为波分复用或WDM。

在WDM光网络中，在传输时需要多路复用(结合)多个独立的波长，在接收时需要将那些波长多路分解(分离)成单独的信道。多路复用和多路分解功能通过滤光器、波导干涉仪来进行，滤光器典型的是薄膜干扰滤光器，波导干涉仪诸如是阵列波导光栅(AWG)或纤维布拉格光栅。光网络的节点一般提供两种功能，在一个或多个入站的(inbound)光纤上提取一些或所有单个的波长信道，和将具有来自本地信号源的新波长携带数据的那些波长的一些重组到一根或多根输出(outbound)光纤。实现这些和其它功能的光纤遍及WDM光网络充足地分布。

主要的成本与从光表示到电表示、或从电表示到光表示的转换数据有关。因此，通常优选连接到或来自节点局部交通(local traffic)的数据透彻地(transparently)通过节点，即，没有转换或非线性处理。因为透彻性，特定的光信号在其通过网络的路径中可以通过几根光纤。为了避免信号保真度过度地下降，光纤带形和相位响应的精度和稳定性在分布网络中需要比直接连接更严格地控制。

AWG由整体的面波导制造并且准确达到(scale elegantly to)较高的信道数。尽管它们是最新开发的常用滤光器结构，由于其高性能和成本效率，AWG开始主宰支配八个或更多光信道被多路复用或多路分离的应用。图1图示了典型的阵列波导光栅10，其具有输入波导12、一个或多个输出波导14、并排排列的波导的相位阵列16、和一对聚焦平板区域18和19。聚焦平板区域18将来自输入波导12的光耦合到相位阵列波导16的近端，而聚焦平板区域19将在相位阵列波导16的远端形成的光耦合到输出波导14。相位阵列波导16具有不同的长度，在相邻波导之间具有恒定的光程长度差AL_op。

当单色光照射输入波导12时，平板18将光能量传播到波导16a—16n的近端。因为波导16a—16n的不同光程长度，在波导16a—16n的远端形成的光根据光传播的特定波导具有不同的相位。在形成的光被聚焦平板区域19结合后，根据光的波长，不同相位在一些点结构性地干涉。如果该点与输出波导14之一重合，光被耦合到该光波导中。改变单色光的波长改变结构干涉点，该点从一个输出波导(例如，14a)移到另一波导(例如，14b)。

由线性系统理论已知，具有

光谱分布的非单色WDM光信号可以简单地作为单个单色信号c_i*λ_i来处理。因此，如果输入波导12用该WDM信号照射，它的组成波长成分λ_i的每一个将在不同的点聚焦并且将耦合到不同的输出波导14。因此，WDM信号的组成波长信道λi被物理地分离(即，多路分离)到不同的输出波导14。虽然互易原理可应用于电磁场，如果入射到输入波导12上的波长λ_j被引导到输出波导14_j，那么入射到输出波导14_j上的相同波长信号λ_j将被引导(即，多路复用)到输入波导12。因此，根据选作输入的端部，阵列波导光栅10可以用作多路复用器，又可以用作多路分离器。

用于制造AWG的平面波导技术是光学集成技术。随着光学网络节点变得越来复杂，AWG变成在芯片上集成的多个光电路元件中的唯一一个。具有较高集成比率(scales of integration)的器件的实例包括配对的多路复用器/多路分离器、分插复用器、可编程波长阻断器(programmable wavelength blocker)、和波长选择路径开关。当然，具有可包括一个或多个阵列波导光栅的其它集成光电路。

更严格控制滤光器波形和AWG相位响应的精度和稳定性的一种方法是控制AWG的中心波长。AWG的中心波长λ_c取决于通过AWG相位波导的相移。(“中心波长”是指最理想地或接近理想地导入特定输出波导的波长。)相移取决于波导的折射率，波导的折射率又取决于波导的温度。对于硅基波导，折射率的温度系数

的量级是10^-5/(℃)、或每摄氏度10的百万分之一，其转换成波长温度系数

的相似量级，且在1.5μm波长处转换成大约2GHz/(℃)的温度频率系数

对于大约100GHz和更小的信道间隔，阵列波导光栅在平均60℃的商业温度范围的操作存在问题。而且，对于相当窄的信道间隔，不用昂贵的调整(trimming)难以制造具有足够中心波长精度的阵列波导光栅。出于这个原因，阵列波导光栅和相似光学元件是中心波长稳定的。

最普通的是，这种稳定性通过积极调整光学芯片的温度来实现。根据这种方法，加热元件均匀地将构件的温度升高到设定点温度。改变设定点温度的选择让光栅调整到所选择的中心波长，消除或降低调整的需要，并增加产量。在热调整阵列波导光栅的基本方法的一种变化中，集成加热器图案化(patterned)成覆盖相位阵列的一些波导的长度比覆盖其它阵列波导的长度更长。如果正确地选择加热器的形状，通过所图案化的加热器的操作产生的局部变热使得相邻波导之间的有效光程长度差增加。换言之，通过比阵列波导上均匀分布的加热器所获得的系数更高的系数，它使得波形倾斜增大(或减小)。因为图案化的加热器不平衡地影响相位波导，中心波长对加热器温度的灵敏度增加，光栅的调整范围也随之增加。因此，中心波长的移动变得更加有效，更少的热能可以用于产生相同的输出波形的热光倾斜。在本文中，这种图案化的加热器将称为“高效图案化的加热器”。

集成光路可包含阵列波导光栅、波导、光耦合器、分离器(spliter)、三维光学存储器件、布拉格光栅、光学衰减器、分光器、滤光器、光开关、激光、调制器、互连器(interconnect)、光频隔离器、关学分插复用器(OADM)、光学放大器、偏光器、光陀螺、相移器、光学镜面/反射器、光学相位延时器、光学检测器、和其它光学元件。应该理解，尽管它们类似于集成电路而通常被称为集成光路，集成光路不是严格意义上的“电路”(例如，它们没有“接地”路径)。在集成电路(半导体)的情况下，在共用的基材上的几个光学构件的制造有几个优点，包括在制造过程中实质的成本节约、和组件更小的尺寸。在公共基材上由面波导构成的多器件集成光路称为“面光波回路”，或PLC。

为了直接将AWG制造成通常用于DWDM的100GHz光频率光栅，绝对折射率的精度需要比10^-5更好。这样的加工控制水平目前难以达到。如已经讨论的所述，通过调整有效稳定性的选择操作温度可以补偿实际的制造变化。相同芯片上的两个AWG不太可能需要相同的稳定温度。考虑到目前采用的波长稳定的方法，对于在特定PLC上热控制多于一个光栅来说是挑战。

发明内容

因此，需要有精确地温度稳定光学元件的方法。还需要有在共用基材上包括多个温度稳定构件的光波回路，特别是阵列波导光栅。还需要有高精度控制光学元件温度以保持元件的中心波长稳定的方法。

本发明涉及满足这些需要中的一个或多个的装置和方法。在此公开的本发明是集成光学器件，其包括具有作为光学元件温度的函数的光波长响应(例如，中心波长)的光学元件，和邻近光学元件设置的加热元件，能够促使光学元件的温度升高。在光学元件的第一有效温度，光学元件的光波长响应基本上等于预定波长。集成光学器件还包括温度传感元件，其能够产生在温度传感元件位置处的温度指示，其中在该位置由加热元件导致的温度升高超过在光学器件的至少一个区域由加热元件导致的相应温度升高。温度传感元件和加热元件两者都可以连接到温度控制器，其从温度传感元件接收温度指示，并基于温度指示设定加热元件中消耗的功率，以将光波长响应驱动到预定波长。集成光学器件的设计是这样，在光学器件的稳定热状态，由温度传感元件产生的温度指示按照加热元件中消耗的功率的第一基本成线性的函数而变化，而光学元件的有效温度按照加热元件中消耗的功率的第二基本成线性的函数而变化。

第一基本成线性的函数由第一热常数表征，其是温度指示的增加与加热元件消耗的功率的比率，而第二基本成线性的函数由第二热常数表征，其是光波长响应的变化与加热元件中消耗的功率的比率。

在操作时，温度控制器基于(i)在第一周期中从温度传感元件接收的一个或多个温度指示，(ii)在第一周期中由加热元件消耗的功率，和(iii)第一热常数，来估算在第一周期中的光学元件的全局温度(globaltemperature)。然后，在紧跟第一周期的第二周期中，通过进行下列计算，温度控制器确定温度控制器要将温度传感元件的温度指示驱动到的设定点：

(1)计算第一周期中第一有效温度与光学元件的全局温度的估计值之间的差值；

(2)计算第一热常数与第二热常数的比率；

(3)计算差值与比率的乘积；和

(4)将乘积加到第一周期中光学元件的全局温度的估算值中，以获得设定点。

集成光学器件的另一实施方式包括两组上述部件，即，两个光学元件、两个加热和温度传感元件、和两个温度控制器。每组元件基本上与另一组独立地起作用，以将每个光学元件(例如，滤光器)稳定在对应于特定中心波长的元件特定有效温度。两个中心波长可以相同，既使两个波长相同，两个光栅的有效温度一般会不同。任选地，单个温度控制器可用于稳定两个光学元件。

在另一实施方式中，集成光学器件包括第一和第二光学元件、第一和第二加热元件、温度传感元件和温度控制器。第一光学元件具有第一光波长响应，第一光波长响应是第一光学元件的温度的函数，其中第一光波长响应基本上等于在第一光学元件的第一有效温度的第一预定波长。第一加热元件邻近第一光学元件设置，能够促使第一光学元件的温度升高，而温度传感元件能够产生在第一温度传感元件的第一位置处的温度指示。第一位置是这样的，由第一加热元件导致的第一位置处的温度升高超过在远离光学器件的第一位置的第一区域处由第一加热元件导致的温度升高。一般地，第一温度传感元件设置在第一加热元件和第一光学元件附近。温度控制器可以连接第一加热元件和第一温度传感元件，以从第一温度传感元件接收温度指示，并基于从第一温度传感元件接收的温度指示设定在第一加热元件中消耗的功率，从而将第一光波长响应驱动到第一预定波长。

第二光学元件具有第二光波长响应，第二光波长响应是第二光学元件的温度的函数，其中第二光波长响应基本上等于在第二光学元件的第二有效温度的第二预定波长。第二加热元件邻近第二光学元件设置，并且能够导致第二光学元件的温度升高。

本实施方式的元件布置和其它设计选择是这样的，在稳定热状态，由第一温度传感元件产生的温度指示随着在第一加热元件中消耗的功率的第一基本成线性的函数而变化，第一基本成线性的函数由第一热常数表征，其是由第一温度传感元件产生的温度指示的变化与第一加热元件中消耗的功率的比率。在稳定热状态，第一光学元件的有效温度随着第一加热元件中消耗的功率的第二基本成线性的函数而变化，第二基本成线性的函数由第二热常数表征，其是第一光学元件的有效温度的变化与第一加热元件中消耗的功率的比率。在稳定热状态，第二光学元件的有效温度随着第二加热元件中消耗的功率的第三基本成线性的函数而变化，其中第三基本成线性的函数由第三热常数表征，其是第二光学元件的有效温度的变化与第二加热元件中消耗的功率的比率。

在操作中，温度控制器可以至少部分地基于(i)从第一温度传感元件接收的一个或多个温度指示，(ii)由第一加热元件消耗的功率，和(iii)第一热常数，用于估算在第一周期中的第一光学元件的全局温度。然后，在紧跟第一周期的第二周期中，温度控制器可以用于确定温度控制器要将第一温度传感元件产生的温度指示驱动到的第一设定点。第一设定点可以确定如下：

温度控制器(1)计算第一有效温度与全局温度的估计值之间的第一差值，(2)计算第一热常数与第二热常数的比率，(3)计算第一差值与比率的第一乘积，和(4)将第一乘积加到全局温度的估算值中，获得第一设定点。

温度控制器还可以用于确定温度控制器要将第二加热元件中消耗的功率设定到的第二设定点。第二设定点可以确定如下：

温度控制器(1)计算第二热常数与第一加热元件消耗的功率的第二乘积，(2)从第二有效温度减去第二有效温度计算第二差值，(3)将第二乘积与第二差值相加计算总和，和(4)将总和除以第三热常数，获得第二设定点。参照下面说明书和所附的权利要求，将更好地理解本发明的这些和其它特征以及方面。

附图说明

图1图示了阵列波导光栅；

图2A是根据本发明的温度控制的阵列波导光栅的顶视图；

图2B是沿图2A的线A—A’进行剖面的温度控制阵列波导光栅的剖面图；

图3是根据本发明的具有集成图案化加热器的阵列波导光栅的顶视图，元件覆盖多个波导；

图4是根据本发明的用于驱动阵列波导光栅的加热器的温度控制系统的高级、简化示意框图；

图5是根据本发明的具有局部温度传感器的阵列波导光栅的顶视图；

图6A和6B图示了根据本发明的温度稳定阵列波导光栅的叠代处理的选择步骤；

图7是两个阵列波导光栅组合的高级、简化示意框图，每个用图案化加热器覆盖并具有温度传感器；且

图8是两个阵列波导光栅组合的高级、简化示意框图，每个用图案化加热器覆盖，共用一个温度传感器。

具体实施方式

现在详细参照附图中图示的本发明的几个实施方式。无论在什么情况下，在附图和说明书中对相同或类似的零件使用相同或相似的附图标记。附图是简化的形式并且没有按精确的比例。只是出于方便和清楚的目的，方向术语，诸如顶、底、左、右、上、下、在上面、上方、下方、在下面、后面和前方在附图中使用。这些和相似的方向术语无论如何不应该用于限制本发明的范围。此外，术语阵列波导光栅、光栅、和AWG可互换使用，除非注明了差别或与上下文有明显的不同。AWG和等同术语也用于指物理波导阵列和基于这种阵列的滤光器器件。

更具体地参照附图，图2A和2B分别图示了根据本发明的示例性的温度控制的阵列波导光栅200的顶视图和剖面图(沿线A—A’)。光栅200可以在平面基材205上构成，在这个具体的实施方式中，基材可以由硅制成。下包层210可以沉积在基材205上，且多个波导220可以在下包层210上形成。上包层215可以在下包层210和在波导220上形成，使得两层包层210和215包围波导220。包层210和215可以由二氧化硅制成，而波导220可以由掺杂二氧化硅制成。波导220的材料的折射率可以高于包层210和215的材料的折射率，使得光可以通过波导220沿垂直于所述剖面平面的方向传播。从图2A可以看出，波导220可以是弯曲的，这样在它们各个终端之间提供不同的长度和相移。

集成图案化加热器227可以是楔形，尽管也可以使用其它的形状。它包括总线230A—D，和加热器元件235A和235B。在图示的实施方式中，每个加热器元件235跨在波导220之一上的一对总线230之间，并且可以设计成每单位长度耗相同的功率。总线230可以比加热器元件235厚，以向每个加热器元件235提供相对恒定的工作电压。因此，被加热器元件235覆盖的波导220的部分的每单位长度产生的热量也可以基本相同。因此，由于加热器227的操作的光波倾斜，发生相对小的由加热器227的操作引起的变形。

波导220的折射率对加热器227施加的电力变化的响应时间可以大于1毫秒(尽管响应时间小于1毫秒也是可能的)。这样能够使加热器227不仅用直流(DC)操作，而且用交流(AC)操作，或者用脉冲宽度调制(PWM)电信号操作，只要AC或PWM信号具有适当的高频。在有些实施方式中，频率可以在由响应时间的倒数确定的阈值以上。在其它更具体的实施方式中，频率可以在大约1KHz以上。

附图标记225表示监控光栅200的温度的示例性温度传感器。在一个实施方式中，它可以由与加热器227相同的材料制成并且沉积在上包层215上，与加热器总线230和加热器元件235一起成形。用于温度传感器225的材料具有正电阻温度系数，且在关注的温度(例如，在大约30至大约120摄氏度的范围)的光谱上基本上显示线性特性。在光栅200的一些变化中，铂、镍、钨是用于构成传感器225的材料。如图2A所示，温度传感器225的特定图案沿总线230A和230B的基本部分延伸，提供沿其位置的一些温度平均值。另一示例性的温度传感器设计如图5所示，其中温度传感器525提供光栅500温度的更多局部读数。

图3图示了根据本发明的示例性阵列波导光栅300的顶视图。从该图可以看出，图案化加热器327的加热器元件335在每对总线330之间呈锯齿形。每个加热器元件335的长度可以基本上相同，每个加热器元件335每单位长度的电阻也可以基本上不变。随之是每个元件335每单位长度可以基本上消耗相同的功率。加热器元件335成锯齿形，以覆盖不同数量的波导320，因为波导320朝向图3的顶部更长，朝向图3的底部更短。而且，一个波导320的不同部分可以用不同的加热器元件335覆盖。例如，参见加热器元件335A和335B，每个覆盖两个波导320A和320B的部分。

在平面光波回路上制造阵列波导结构的方法对本领域技术人员来说是公知的，因此，没有必要在这里详细描述。为了完整起见，简要描述如下。

再来参照图2A和2B，下包层210可以利用已知技术在基材205上生长或沉积，已知技术诸如是，热氧化、化学蒸汽沉积(CVD)、火焰水解沉积(FHD)、和激光反应沉积(LRD)。掺杂二氧化硅层也可以利用CVD、FHD或LRD沉积在下包层210上。掺杂硅层的折射率比下包层210的折射率高。光刻技术可以用于将限定曲线波导220的光致抗蚀剂层掩模转移到掺杂硅层上，且波导220可以由通过掩模曝光的掺杂二氧化硅层的区域的活性离子蚀刻形成。接下来，可以去除光致抗蚀剂掩模，可以利用CVD、FHD或LRD在波导220上和下包层210上沉积上包层215。上包层215可以由折射率低于波导220的折射率的二氧化硅或掺杂二氧化硅制成。在一个具体的实施方式中，上包层215的折射率基本上与下包层210的折射率匹配，且在波导220的上表面上具有大约5微米与大约20微米之间的厚度。

例如，利用CVD、LRD、FHD、旋转涂敷、蒸发、或喷镀技术，在上包层215上可以形成薄膜导电层。利用另一光致抗蚀剂掩模和蚀刻工艺，导电层可以图案化成集成加热器227和温度传感器225。在光栅200的一些变化中，整个器件随后可以涂敷例如通过CVD或LRD或FHD沉积的二氧化硅或氮氧化硅形成的保护层。

图4图示了根据本发明的用于驱动阵列波导光栅的加热器的示例性的温度控制系统400的高级示意框图。数字427和425分别指光栅的加热器和温度传感器。温度补偿电源440可以驱动RTD(电阻温度器件)传感器425。各种热敏电阻、二极管、和热电偶也可以用作温度传感器。还应该注意，电源440可以用电流变换器(sink)来代替，而不影响系统400的操作原理。

在温度传感器425上产生的电压可以输入到温度读出装置442，诸如图4所示的模拟-数字(A/D)转换器。比较器445可以将从温度读出装置442接收的读数与从输入端446接收的设定点电压比较，并且可以在输出端447上产生差信号。然后，差信号可以通过过滤机构450并且可以控制加热器驱动电路455。在图示的实施方式中，加热器驱动电路455可以是脉冲宽度调制器，而过滤机构450可以是低通时间平均滤波器。

比较器445和过滤机构450可以通过微控制器执行的程序编码来实现。微控制器可以周期性地启动A/D转换器442(其可以是同一微控制器的部分)的操作，并可以读取由A/D转换器442产生的输出。然后，微控制器可以将读数与在输入端446的设定点温度信号比较，可以计算两个信号之间的差值，还可以求预定时间周期上的差值的平均值，以产生在输出端451的加热器控制信号。

在示例性的温度控制系统400的一些变化中，平均周期可以是系统400的热时间常数的量级(order)，即，描述加热器输出的变化到滤光器的波长响应变化的传播的时间常数。在温度控制系统400的更具体的变化中，平均周期可以在大约1.5与5倍的系统热时间常数之间。

过滤机构450的输出端451控制加热器驱动电路455的输出端456的信号脉冲宽度。当比较器445检测到对应于其输入端446的温度高于传感器425检测的温度时，比较器455的极性可以使得电路455输出的脉冲宽度增加。这样，改变设定点的电压一一对应地改变温度传感器425的温度。

有许多其它方式来实施用于本发明的阵列波导光栅的温度控制器，包括模拟和数字控制器的器具。现成的温度控制器也可以从许多来源获得，包括从Omega Engineering，Inc.，1Omege Drive，Stamford，CT，www.omega.com，1-800-872-9436可买到的温度控制器。

现在，转向调节和温度稳定阵列波导光栅(例如，图2的光栅200)的方法，定义“有效温度”或T_λ的概念。从本文上面提出的阵列波导光栅的操作理论，清楚地看到光栅中心波长λ_c是光栅均匀温度t的函数。由此这个函数关系表示为λ_c(t)。当光栅的温度在整个光栅不均匀时，会导致光栅通带的一些变形和相位误差，但是，很可能保持可识别的中心波长λ_c＝λ₁。在该热状态中光栅的有效温度T_λ参照相同的光栅来定义，只是均匀地加热：λ_c(T_λ)＝λ₁。换言之，具有中心波长λ₁的非均匀加热光栅的有效温度T_λ等于具有相同中心波长λ₁的相同光栅的均匀温度。

还要定义传感器温度T_r、和整体或环境温度T_e的概念，整体或环境温度是影响阵列波导光栅整体的温度。对于覆盖有图案化集成加热器的光栅，预计接近加热器的传感器的温度T_r高于环境温度T_e，因为图案化加热器覆盖部分光栅，且热量从加热器流向远离加热器的芯片的区域。

经验性的研究结果以及有限元件热和光学分析导致两个有用的结果：

$T_r=T_e+\left(\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dW}}\right)*W,$ 和      (1)

$T_{\mathrm{\λ}}=T_e+\left(\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}}{\mathrm{dW}}\right)*W.$        (2)

在等式(1)和(2)中，W是在图案化加热器中耗费的功率；

是表示T_r对图案化加热器的功率的灵敏度的常数；且

是表示有效温度对图案化加热器的功率的灵敏度的常数。等式(1)基本上是恒定热敏电阻的表达式，即，温度上升与加热器消耗的功率之间的线性关系的表达式。因此，光栅和环境之间的温度差(T_e)是热常数与从光栅加热器流到环境的总功率(W)的乘积。通过确定中间点的温度(T_r)，知道总热流量(W)和与热常数

的相关性，可以计算环境温度(T_e)和在光栅下的温度。等式(2)只是转换成加热器导致的有效温度(T_λ)的滤光器固有热相关性的表达式。预计

大于

因为在比均匀加热器更有效的光栅中图案化加热器被设计成使波前倾斜。

应该注意，有可能设计光学芯片，其中等式(1)和(2)的准确性下降，例如，当传感器测量T_r离热流太远时。在根据本发明的一些实施方式中，光和热的设计能够使得等式(1)和(2)的准确性足以适于目前具体应用的规定限度之内。例如，可能需要如下设计，在整个环境温度范围偏离等式(1)和(2)不大于大约1摄氏度。经验性地或通过光和热模型可以进行确认。

上面两个等式的每一个具有三个变量：在等式(1)中的T_r、T_e和W；和等式(2)中的T_λ、T_e和W。在加热器中消耗的功率W可以通过检测(或确定)加热器驱动器施加的电压和电流直接测量(或设定)。通过温度传感器可以估算或测量T_r和T_e。事实上，T_r是温度传感器225的温度读数。给出T_r和W，我们可以由等式(1)： $T_e=T_r-\left(\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dW}}\right)*W$ 计算T_e。因此，不需要测量T_e。一旦已知T_e，从等式(2)可以直接计算T_λ。将这两个步骤结合成一个，可以获得由T_r计算T_λ的等式：

$T_{\mathrm{\λ}}=T_r-\left(\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dW}}\right)*W+\left(\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}}{\mathrm{dW}}\right)*W\≡T_r+[\left(\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}}{\mathrm{dW}}\right)-\left(\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dW}}\right)]*W\≡T_r+B*W.$     (3)

在根据这个等式实现温度稳定时，W可以测量或设定；也可以选择T_r的目标，其被称为设定点温度并标记为T_s。在这个实施方式中，T_s不表示均匀光栅温度，但是，至少对于预期环境条件下的良好设计，直接类似于被温度控制器保持的设定点温度。常数和

可以根据经验确定或精确地估算，例如利用有限元的热和光学分析。因此，利用单个传感器提供的温度读数T_r和所知道的施加给加热器的功率，等式(3)可以用于保持光栅的设计有效温度(因此，保持光栅的设计中心波长)。动态负反馈处理可以用于稳定在T_λ(设计)的光栅，T_λ是对应于设计中心波长的有效温度。一种这样的处理描述如下。应该注意，在一些实施方式中，反馈回路(feedback loop)可以是数字的；在其它实施方式中，回路和反馈处理可以是模拟的，或合适的数字和模拟的混合。

首先，用其它常数和参数来表示W。等式(1)给出这种关系：

$W=\frac{T_r-T_e}{\left(\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dW}}\right)}---\left(4\right)$

这个结果可以代入等式(2)：

$T_{\mathrm{\λ}}=T_e+(T_r-T_e)*\left(\frac{\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}}{\mathrm{dW}}}{\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dW}}}\right)---\left(5\right)$

类似地，用T_λ和T_e可以表示T_r：

$T_r=T_e+(T_{\mathrm{\λ}}-T_e)*\left(\frac{\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dW}}}{\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}}{\mathrm{dW}}}\right)---\left(6\right)$

在稳定控制处理的开始，初始温度传感器测量值T_r(1)可以用作初始有效温度T_λ(1)和初始全局温度T_e(1)的估算值，其应该在给集成加热器提供功率之前产生精确的估算值，至少用作迭代处理的初始点。然后，由变形等式(6)可以计算温度控制器的初始设定点温度T_s(1)：

其中T_λ(设计)代表需要达到光栅的设计中心波长的有效温度。温度控制器设定为计算的设定点温度T_s(1)，将功率施加给加热器。这样升高传感器的温度(T_r)和全局温度(T_e)，传感器的温度(T_r)的升高一般较少。接下来，由温度传感器获得随后的温度读数T_r(2)，并测量W(2)，任选地，在比小信号热响应时间更长的一些时间周期内取平均值。由变形的等式(1)计算在此时的全局温度(T_e(2))：

$T_e\left(2\right)=T_r\left(2\right)-\left(\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dW}}\right)*W\left(2\right)---\left(8\right)$

反馈回路指示控制器在T_r低于T_s时，增加施加给加热器的功率，并在T_r高于T_s时减少功率，从而迫使T_r朝T_s移动。在确定增加或减少功率多少时，控制器不仅考虑是否传感器温度只是在设定点温度之上或之下，而且考虑温度之间的差值的大小(‘比例’)、温度差变化有多快(‘微分’)、最近的温度历程(‘积分’)、和其它因素，诸如，加速度和带宽。在确定施加给加热器的功率时利用这些因素的技术已经在PID(比例-积分-微分)温度控制器的文献中描述。

光栅的有效温度T_λ(2)从等式(2)可获得：

$T_{\mathrm{\λ}}\left(2\right)=T_e\left(2\right)+\left(\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}}{\mathrm{dW}}\right)*W\left(2\right)---\left(9\right)$

接下来，由变形的等式(6)可以计算集成加热器的第二设定点温度T_s(2)：

图6A和6B所示的这个迭代处理的步骤可以不断地反复，以使光栅达到设计有效温度，并保持在该温度。在稳定的操作中，T_r和T_s应该大约相同。计算的T_λ和设计的T_λ之间的差值是所采用的温度稳定方案的性能的量度。尽管稳定技术已经作为离散数字操作描述，计算和响应(response)可以是线性的和连续的。因此，本领域技术人员应该理解通过离散的或连续形式的模拟处理可以进行等同的操作。

在这点上，一种另外的观测是合适的。集成图案化加热器的操作不必，并且一般不是完全停留在它的覆盖区(footprint)；它在某种程度上影响光栅的所有部分。然而，加热器的非局域化效应概念上类似于影响T_e的许多其它环境因素。出于这个原因，在本讨论的过程中，忽略加热器的非局域化效应。

注意上面的分析，现在分析在同一基材上制造多个光栅(或其它光学元件、或多个光学元件的合适构造)的情况。图7图示两个阵列波导光栅701A和701B的示例性组合700，每个覆盖有有效的图案化加热器并且具有温度传感器。两个光栅在同一基材上制造。

光栅701A可以与加热器727A和温度传感器725A相联合；光栅701B可以与加热器727B和温度传感器725B相联合。如图7所示，每个温度传感器可以设置成基本上响应其相关光栅的局部温度。可以存在相对光栅/传感器上的加热器的交叉加热效应(例如由加热器727B对光栅701A的加热)，但是，这些二次影响再次包括在影响两个光栅的全局温度的其它因素中。因此，利用与图4的温度控制器400相似的温度控制器，和类似于图6A和6B的处理600的叠代处理，每个光栅可以分开(即，单独)稳定。

交叉加热效应有一个有利的结果：它们减小两个加热器727消耗的总功率。实际上，两个加热器727消耗的组合功率能够明显小于单个光栅/加热器组合的功率的两倍。当然，两个加热器的组合功率可以仅仅稍微高于单个光栅/加热器组合消耗的功率。

图8图示了在一个基材上制造的两个阵列波导光栅801A和801B的组合800，具有两个相关的加热器827A和827B。组合800类似于组合700，但是采用单个温度传感器825来温度稳定两个光栅801A和801B。温度传感器825靠近光环三801B设置，使得它的读数更能表示光栅801B的温度，而不是光栅801A的温度。光栅801B被称为主光栅，光栅801A称为次要或从属光栅。

用于温度稳定多光栅、单温度传感器芯片(基材)的方法与双传感器的情况类似，唯一的区别在于，光栅之一的温度控制取决于另一光栅的控制，因此从属光栅的控制变成开路(open-loop)处理。

在进行处理之前，下列变量、参数、和常数定义如下：

1.

是光栅801A的有效温度；

2.

是光栅801B的有效温度；

3.W^A是供给加热器827A并由加热器827A消耗的功率；

4.W^B是供给加热器827B并由加热器827B消耗的功率；

5.

是

对W^A的灵敏度；

6.是

对W^B的灵敏度；

7.T_r是温度传感器的温度指示(如上面处理的单光栅的情况)；

8.

是温度传感器的温度T_r对功率W^A的灵敏度；

9.

是温度传感器的温度T_r对功率W^B的灵敏度。

经验性结果和有限元的热和光分析导致几个因素中的有利关系：

$T_{\mathrm{\λ}}^A-T_{\mathrm{\λ}}^B=\left(\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}^A}{{\mathrm{dW}}^A}\right)*W^A-\left(\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}^B}{{\mathrm{dW}}^B}\right)*W^B---\left(11\right)$

其中常数和

可以经验性地或利用有限元的热和光分析来估算。选择光栅801A作为从属光栅，现在等式(11)可以重新整理，将W^A表示为W^B和静态参数的函数，得到以下关系式：

$W^A=\frac{T_{\mathrm{\λ}}^A-T_{\mathrm{\λ}}^B+\left(\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}^B}{{\mathrm{dW}}^B}\right)*W^B}{\left(\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{\λ}}^A}{{\mathrm{dW}}^A}\right)}---\left(12\right)$

在这个实施方式中，根据前述用于单光栅情况的方法可以控制用于使主光栅稳定的驱动功率W^B，将加热器827A对主光栅801B的温度的影响与其它环境影响合在一起。因此，可获得驱动功率W^B，因为它由温度控制器直接设定或可以例如利用表示通过主光栅801B的电流的电流传感器测量。确定W^A所需的等式(12)的所有其它条件也可获得：(1)用于

和

的值是达到每个设计中心波长所需的各个光栅的有效温度，因此，其用

(设计)和(设计)表示；且(2)响应系数

和是经验性或通过对预期操作建模(光和热)而确定的器件的常数。对于W^B的每个操作点，提供给从属光栅801A的加热器827A并由你消耗的合适功率可以利用下面的公式确定：

仅仅出于解释的目的，本文相当详细地描述了发明的光学器件及热调节和稳定它们的方法。本发明的具体实施方式的整体或其特征均不限制本发明的普遍原理。特别地，本发明不限于阵列波导光栅，还包括其它光学器件。本发明也不限于特定的温度控制器、加热器、温度传感器、和所述的其它元件，还延伸到支撑本发明的原理的所有应用。不违背本发明阐述的精神和范围，在此所述的具体特征可以用于有些实施方式，但不能用于其它实施方式。而且，稳定器件的波长响应的所述的具体迭代处理不限制本发明。其它迭代处理可以用于在它们的设计中心波长调节和稳定光学元件。元件的不同物理设置和不同步骤顺序也落入本发明的预期范围内，具有两个光栅的实施方式是要解释原理，可等同地应用于具有三个或更多光栅的实施方式。还应该注意，在说明书和权利要求书中涉及本发明的装置实施方式，“连接(couple)”、“连接(connect)”和带有变形词素的类似单词不必含有紧接着或直接连接的意思，而是包括在它们的含义内的中间元件的连接。在本文中，关于参数或数量使用的“大约是(of the order of)”和类似表达表示沿任一方向的大约一个数量级(10倍)的变化。类似地，如本文使用的术语“在......范围内”或“在......之间”包括由术语“在......范围内”或“在......之间”中间列出的数值限定的范围，以及在该范围内包含的任何和所有子范围，其中每个这种子范围被限定为在该范围内的任何值作为第一端点，且在该范围内的大于第一端点的任何值作为第二端点。许多另外的改型在上述公开内，且本领域的普通技术人员应该理解，在有些情况下，本发明的一些特征将在缺少其它特征的相应使用的情况下采用。因此，示例性的实例不限定本发明的边界和范围以及本发明提供的合法保护，权利要求及其等同物起上述作用。

Claims (51)

1.一种集成光学器件，包括：

具有光波长响应的光学元件，所述光波长响应是所述光学元件的温度的函数；

邻近所述光学元件设置的加热元件，其能够导致所述光学元件的温度升高；

温度传感元件，其能够产生所述温度传感元件的位置处的温度指示，其中在所述位置由所述加热元件导致的温度升高超过在所述光学器件的至少一个区域由所述加热元件导致的相应温度升高；和

连接到所述加热元件和所述温度传感元件的温度控制器，用于接收温度的指示，并基于从所述温度传感元件接收的温度指示，设定在所述加热元件中消耗的功率，从而驱动所述光波长响应至预定的波长。

2.如权利要求1所述的集成光学器件，其中：

在所述光学器件的稳定热状态，由所述温度传感元件产生的温度指示按照在所述加热元件中消耗的功率的第一基本成线性的函数而变化；且

在稳定热状态，所述光学元件的有效温度按照在所述加热元件中消耗的功率的第二基本成线性的函数而变化。

3.如权利要求2所述的集成光学器件，其中所述光学元件包括干涉滤光器，所述干涉滤光器包括多个不同长度的光程。

4.如权利要求3所述的集成光学器件，其中所述干涉滤光器包括阵列波导光栅。

5.如权利要求4所述的集成光学器件，其中所述加热元件包括高效图案化加热器。

6.如权利要求5所述的集成光学器件，其中所述温度传感元件包括电阻温度器件。

7.如权利要求4所述的集成光学器件，其中所述温度控制器进行所述加热元件中消耗的功率的迭代调整，以将所述光波长响应驱动到所述预定波长。

8.如权利要求4所述的集成光学器件，其中：

所述第一基本成线性的函数由第一热常数表述，所述第一热常数是温度指示的增加与所述加热元件中消耗的功率的比率；

所述第二基本成线性的函数由第二热常数

表述，所述第二热常数

是所述光波长响应的变化与所述加热元件中消耗的功率的比率；

所述温度控制器能够基于(i)在第一周期中从所述温度传感元件接收的一个或多个温度指示，(ii)在第一周期中由所述加热元件消耗的功率，和(iii)所述第一热常数，来估算在第一周期中的所述光学元件的全局温度(T_e)；

所述光学元件的光波长响应基本上等于所述光学元件的第一有效温度处的预定波长；且

所述温度控制器能够通过执行以下操作来确定，在跟随第一周期的第二周期中，所述温度控制器要将所述温度传感元件的温度指示驱动到的设定点，

计算第一周期中所述第一有效温度与所述光学元件的全局温度的估算值之间的差值，

计算所述第一热常数与所述第二热常数的比率，

计算所述差值与所述比率的乘积，和

将所述乘积加到第一周期中所述光学元件的全局温度的估算值中，以获得设定点。

9.如权利要求8所述的集成光学器件，其中所述第一周期的持续时间达到热时间常数的量级，所述热时间常数表征所述加热元件中消耗的功率的变化至所述光波长响应的变化的传播。

10.如权利要求8所述的集成光学器件，其中所述第一周期的持续时间超过热时间常数，所述热时间常数表征所述加热元件中消耗的功率的变化至所述光波长响应的变化的传播。

11.如权利要求4所述的集成光学器件，其中：

所述加热元件包括基本上消耗由加热元件消耗的所有功率的加热器活性部分；

所述温度传感元件包括电阻按照温度的函数变化的传感器活性部分；且

所述加热器活性部分和传感器活性部分由相同的材料制成。

12.如权利要求4所述的集成光学器件，其中所述温度传感元件包括设置在所述阵列波导光栅上的第一图案化导电薄膜。

13.如权利要求12所述的集成光学器件，其中所述加热元件包括设置在所述阵列波导光栅上的第二图案化导电薄膜。

14.如权利要求4所述的集成光学器件，其中所述加热元件包括设置在所述阵列波导光栅上的图案化导电薄膜。

15.如权利要求4所述的集成光学器件，其中所述温度控制器能够利用模拟处理确定温度控制器要将所述温度传感元件的温度指示驱动到的设定点。

16.一种集成光学器件，包括：

具有第一光波长响应的第一光学元件，所述第一光波长响应是所述第一光学元件的温度的函数；

邻近所述第一光学元件设置的第一加热元件，其能够导致所述第一光学元件的温度升高；

第一温度传感元件，其能够产生在所述第一温度传感元件的第一位置处的温度指示，其中在所述第一位置由所述第一加热元件导致的温度升高超过在远离所述光学器件的所述第一位置的第一区域中由所述加热元件导致的相应温度升高；

连接到所述第一加热元件和所述第一温度传感元件的第一温度控制器，用于接收来自所述第一温度传感元件的温度指示，并基于从所述第一温度传感元件接收的温度指示设定在所述第一加热元件中消耗的功率，从而将所述第一光波长响应驱动到第一预定波长；

具有第二光波长响应的第二光学元件，所述第二光波长响应是所述第二光学元件的温度的函数；和

邻近所述第二光学元件设置的第二加热元件，其能够导致所述第二光学元件的温度升高。

17.如权利要求16所述的集成光学器件，还包括：

第二温度传感元件，其能够产生在所述第二温度传感元件的第二位置处的温度指示，其中所述第二加热元件在所述第二位置处导致的温度升高超过所述第二加热元件在所述光学器件的第二区域处导致的相应温度升高；和

连接到所述第二加热元件和所述第二温度传感元件的第二温度控制器，用于接收来自所述第二温度传感元件的温度指示，并基于从所述第二温度传感元件接收的温度指示设定所述第二加热元件消耗的功率，从而将所述第二光波长响应驱动到第二预定波长。

18.如权利要求17所述的集成光学器件，其中

在稳定热状态，由所述第一温度传感元件产生的温度指示按照在所述第一加热元件中消耗的功率的第一基本成线性的函数而变化；

在稳定热状态，所述第一光学元件的有效温度按照在所述第一加热元件中消耗的功率的第二基本成线性的函数而变化；

在稳定热状态，由所述第二温度传感元件产生的温度指示按照在所述第二加热元件中消耗的功率的第三基本成线性的函数而变化；

所述第二光学元件的有效温度按照在所述第二加热元件中消耗的功率的第四基本成线性的函数而变化。

19.如权利要求18所述的集成光学器件，其中所述第一光学元件包括第一阵列波导光栅。

20.如权利要求19所述的集成光学器件，其中所述第二光学元件包括第二阵列波导光栅。

21.如权利要求20所述的集成光学器件，其中所述第一预定波长等于所述第二预定波长。

22.如权利要求19所述的集成光学器件，其中所述第一加热元件包括高效图案化加热器。

23.如权利要求22所述的集成光学器件，其中：

所述第一基本成线性的函数由第一热常数表征，所述第一热常数是所述第一温度传感元件产生的温度指示的增加与在所述第一加热元件中消耗的功率的比率；

所述第二基本成线性的函数由第二热常数表征，所述第二热常数是所述第一光波长响应的有效温度变化与在所述第一加热元件中消耗的功率的比率；

所述第一温度控制器能够基于(i)在第一周期中从所述第一温度传感元件接收的一个或多个温度指示、(ii)在第一周期中由所述第一加热元件消耗的功率、和(iii)第一热常数，来估算在第一周期中所述第一光学元件的全局温度；

所述第一光波长响应基本上等于所述第一光学元件的第一有效温度处的第一预定波长；且

所述第一温度控制器能够通过执行以下操作来确定，在跟随第一周期的第二周期中，所述第一温度控制器要将所述第一温度传感元件产生的温度指示驱动到的设定点，

计算第一周期中所述第一有效温度与所述第一光学元件的全局温度的估算值之间的差值，

计算所述第一热常数与所述第二热常数的比率，

计算所述差值与所述比率的乘积，和

将所述乘积加到第一周期中所述第一光学元件的全局温度的估算值中，以获得设定点。

24.如权利要求16所述的集成光学器件，其中：

在稳定热状态，由所述第一温度传感元件产生的温度指示按照在所述第一加热元件中消耗的功率的第一基本成线性的函数而变化，所述第一基本成线性的函数由第一热常数表征，所述第一热常数是所述第一温度传感元件产生的温度指示的变化与在所述第一加热元件中消耗的功率的比率；

在稳定热状态，所述第一光学元件的有效温度按照在所述第一加热元件中消耗的功率的第二基本成线性的函数而变化，所述第二基本成线性的函数由第二热常数表征，所述第二热常数是所述第一光学元件的有效温度的变化与在所述第一加热元件中消耗的功率的比率；

在稳定热状态，所述第二光学元件的有效温度按照在所述第二加热元件中消耗的功率的第三基本成线性的函数而变化，所述第三基本成线性的函数由第三热常数表征，所述第三热常数是所述第二光学元件的有效温度的变化与在所述第二加热元件中消耗的功率的比率；

所述第一温度控制器能够至少部分地基于(i)从所述第一温度传感元件接收的一个或多个温度指示、(ii)由所述第一加热元件消耗的功率、和(iii)第一热常数，来估算在第一周期中所述第一光学元件的全局温度；

所述第一光波长响应基本上等于所述第一光学元件的第一有效温度处的第一预定波长；

所述第二光波长响应基本上等于所述第二光学元件的第二有效温度处的第二预定波长；

所述第一温度控制器能够通过执行以下操作来确定，在跟随第一周期的第二周期中，所述第一温度控制器要将所述第一温度传感元件产生的温度指示驱动到的第一设定点，

计算所述第一有效温度与所述全局温度的估算值之间的第一差值，

计算所述第一热常数与所述第二热常数的比率，

计算所述第一差值与所述比率的第一乘积，和

将所述第一乘积加到所述全局温度的估算值中，获得第一设定点；且

所述第一温度控制器能够通过执行以下操作来确定，所述第一温度控制器要将在所述第二加热元件中消耗的功率设定到的第二设定点，

计算所述第二热常数与在所述第一加热元件中消耗的功率的第二乘积，

从所述第二有效温度中减去所述第二有效温度来计算第二差值，

将所述第二乘积加到所述第二差值中来计算总和，和

将所述总和除以所述第三热常数，以获得所述第二设定点。

25.如权利要求24所述的集成光学器件，其中所述第一加热元件包括第一高效图案化加热器，所述第二加热元件包括第二高效图案化加热器，所述第一光学元件包括第一阵列波导光栅，且所述第二光学元件包括第二阵列波导光栅。

26.如权利要求24所述的集成光学器件，其中所述第一预定波长等于所述第二预定波长。

27.如权利要求25所述的集成光学器件，其中所述第一加热元件包括设置在所述第一阵列波导光栅上的第一材料的第一图案化导电薄膜。

28.如权利要求27所述的集成光学器件，其中所述第一温度传感元件包括邻近所述第一阵列波导光栅设置的所述第一材料的第二图案化导电薄膜。

29.一种度光学器件的光学元件进行温度稳定的方法，所述光学元件具有光波长响应，所述光波长响应是所述光学元件的温度的函数，所述方法包括：

提供在所述光学器件上邻近所述光学元件处设置的加热元件，所述加热元件能够导致所述光学元件的温度升高；

提供在所述光学器件上的温度传感元件，其中所述温度传感元件能够产生在所述温度传感元件位置处的温度指示，其中在所述位置由所述加热元件导致的温度升高超过在所述光学器件的至少一个区域由所述加热元件导致的相应温度升高；

提供连接到所述加热元件和所述温度传感元件的温度控制器，以接收温度指示，并基于从所述温度传感元件接收的温度指示设定在所述加热元件中消耗的功率，从而将所述光波长响应驱动到预定波长；

其中所述温度控制器根据所述光学器件的线性化模型驱动所述光波长响应。

30.如权利要求29所述的方法，其中所述光学元件包括干涉滤光器，所述干涉滤光器包括不同长度的多个光程。

31.如权利要求29所述的方法，其中所述光学元件包括阵列波导光栅。

32.如权利要求31所述的方法，其中提供加热元件包括提供高效图案化加热器。

33.如权利要求31所述的方法，其中提供加热元件包括提供在所述阵列波导光栅上设置的第一图案化导电薄膜。

34.如权利要求31所述的方法，其中提供温度传感元件包括提供在所述阵列波导光栅上设置的第二图案化导电薄膜。

35.如权利要求34所述的方法，其中提供第一图案化导电薄膜包括提供由第一材料制成的第一图案化导电薄膜，且提供第二图案化导电薄膜包括提供由所述第一材料制成的图案化导电薄膜。

36.如权利要求29所述的方法，其中：

所述光学元件的光波长响应基本上等于所述光学元件的第一有效温度处的第一预定波长；且

所述温度控制器

能够基于(i)从所述温度传感元件接收的一个或多个温度指示、(ii)由所述加热元件消耗的功率、和(iii)在稳定热状态温度指示的增加与在所述加热元件中消耗的功率的比率，来估算所述光学元件的全局温度(T_e)；

能够通过执行以下操作来确定所述温度控制器要将所述温度传感元件的温度指示驱动到的设定点，

计算所述第一有效温度与所述光学元件的全局温度的估算值之间的差值，

计算所述第一热常数与所述第二热常数的比率，

计算所述差值与所述比率的乘积，和

将所述乘积加到所述全局温度的估算值中，以获得所述设定点。

37.一种对光学器件的光学元件进行温度稳定的方法，所述光学元件具有光波长响应，所述光波长响应是所述光学元件的温度的函数，当所述光学元件在第一有效温度时，所述光波长响应等于预定波长，所述方法包括：

从所述光学器件上的温度传感元件接收温度指示，所述温度传感元件能够产生在所述温度传感元件位置处的温度指示；和

调节提供给所述光学器件上的加热元件的功率，以将所述光学元件的有效温度驱动到所述第一有效温度，其中调节功率包括利用所述光学器件的线性化模型，其中在稳定热状态，所述光学元件的有效温度以第一速率随着提供给所述加热元件的功率的增加而升高，且所述温度指示以第二速率随着提供给所述加热元件的功率的增加而升高。

38.如权利要求37所述的方法，其中所述光学元件包括阵列波导光栅。

39.如权利要求38所述的方法，其中所述光学器件包括在所述阵列波导光栅上设置的高效图案化加热器。

40.一种对光学器件的第一和第二光学元件进行温度稳定的方法，所述第一光学元件具有第一光波长响应，所述第一光波长响应是所述第一光学元件的温度的函数，当所述第一光学元件在第一有效温度时，所述第一光波长响应等于第一预定波长，所述第二光学元件具有第二光波长响应，所述第二光波长响应是所述第二光学元件的温度的函数，当所述第二光学元件在第二有效温度时，所述第二光波长响应等于第二预定波长，所述方法包括：

从所述光学器件上邻近所述第一光学元件设置的第一温度传感元件接收第一温度指示，所述第一温度传感元件能够产生在所述第一温度传感元件位置处的第一温度指示，

调节提供给所述光学器件上邻近所述第一光学元件设置的第一加热元件的第一功率，以将所述第一光学元件的有效温度驱动到所述第一有效温度，其中调节第一功率包括利用第一反馈控制回路中的所述第一温度指示，根据所述光学器件的线性化模型设定所述第一功率；

从所述光学器件上邻近所述第二光学元件设置的第二温度传感元件接收第二温度指示，所述第二温度传感元件能够产生在所述第二温度传感元件位置处的第二温度指示；和

调节供给所述光学器件上邻近所述第二光学元件设置的第二加热元件的第二功率，以将所述第二光学元件的有效温度驱动到所述第二有效温度，其中调节第二功率包括利用第二反馈控制回路中的所述第二指示，根据所述光学器件的线性化模型设定所述第二功率；

其中所述线性化模型限定：在稳定热状态，所述第一光学元件的有效温度以第一速率随着所述第一功率增加而升高，所述第一温度指示以第二速率随着所述第一功率增加而升高，所述第二光学元件的有效温度以第三速率随着所述第二功率的增加而升高，且所述第二温度指示以第四速率随着所述第二功率的增加而升高。

41.如权利要求40所述的方法，其中所述第一光学元件包括第一阵列波导光栅，且所述第二光学元件包括第二阵列波导光栅。

42.如权利要求41所述的方法，其中所述第一加热元件包括第一高效图案化光栅。

43.如权利要求40所述的方法，其中所述第一预定波长等于所述第二预定波长。

44.一种对光学器件的第一和第二光学元件进行温度稳定的方法，所述第一光学元件具有第一光波长响应，所述第一光波长响应是所述第一光学元件的温度的函数，当所述第一光学元件在第一有效温度时，所述第一光波长响应等于第一预定波长，所述第二光学元件具有第二光波长响应，所述第二光波长响应是所述第二光学元件的温度的函数，当所述第二光学元件在第二有效温度时，所述第二光波长响应等于第二预定波长，所述方法包括：

从所述光学器件上邻近所述第一光学元件设置的温度传感元件接收温度指示，所述温度传感元件能够产生在所述温度传感元件位置处的温度指示，

调节提供给所述光学器件上邻近所述第一光学元件设置的第一加热元件的第一功率，以将所述第一光学元件的有效温度驱动到所述第一有效温度，其中调节第一功率包括利用反馈控制回路中的所述温度指示，根据所述光学器件的线性化模型设定所述第一功率；

调节提供给所述光学器件上邻近所述第二光学元件设置的第二加热元件的第二功率，以将所述第二光学元件的有效温度驱动到所述第二有效温度，其中调节第二功率包括在所述光学器件的线性化模型中利用所述温度指示和所述第一功率水平来设定所述第二功率；

其中所述线性化模型限定：在稳定热状态，所述第一光学元件的有效温度以第一速率随着所述第一功率的增加而升高，所述温度指示以第二速率随着所述第一功率的增加而升高，且所述第二光学元件的有效温度以第三速率随着所述第二功率的增加而升高。

45.如权利要求44所述的方法，其中所述第一光学元件包括第一阵列波导光栅，且所述第二光学元件包括第二阵列波导光栅。

46.如权利要求45所述的方法，其中所述第一加热元件包括第一高效图案化光栅。

47.如权利要求44所述的方法，其中所述第一预定波长等于所述第二预定波长。

48.一种对光学器件的第一和第二光学元件进行温度稳定的方法，所述第一光学元件具有第一光波长响应，所述第一光波长响应是所述第一光学元件的温度的函数，当所述第一光学元件在第一有效温度时，所述第一光波长响应等于第一预定波长，所述第二光学元件具有第二光波长响应，所述第二光波长响应是所述第二光学元件的温度的函数，当所述第二光学元件在第二有效温度时，所述第二光波长响应等于第二预定波长，所述方法包括：

从所述光学器件上邻近所述第一光学元件设置的第一温度传感元件接收第一温度指示，所述第一温度传感元件能够产生在所述第一温度传感元件位置处的所述第一温度指示，

调节提供给所述光学器件上邻近所述第一光学元件设置的第一加热元件的第一功率，以将所述第一光学元件的有效温度驱动到所述第一有效温度，其中调节第一功率的步骤包括利用第一反馈控制回路中的所述第一温度指示，根据所述光学器件的线性化模型设定所述第一功率；

从所述光学器件上邻近所述第二光学元件设置的第二温度传感元件接收第二温度指示，所述第二温度传感元件能够产生在所述第二温度传感元件位置处的所述第二温度指示；和

调节提供给所述光学器件上邻近所述第二光学元件设置的第二加热元件的第二功率，以将所述第二光学元件的有效温度驱动到所述第二有效温度，其中调节第二功率包括利用第二反馈控制回路中的所述第二指示，根据所述光学器件的线性化模型设定所述第二功率。

49.一种对光学器件的第一和第二光学元件进行温度稳定的方法，所述第一光学元件具有第一光波长响应，所述第一光波长响应是所述第一光学元件的温度的函数，当所述第一光学元件在第一有效温度时，所述第一光波长响应等于第一预定波长，所述第二光学元件具有第二光波长响应，所述第二光波长响应是所述第二光学元件的温度的函数，当所述第二光学元件在第二有效温度时，所述第二光波长响应等于第二预定波长，所述方法包括：

从所述光学器件上邻近所述第一光学元件设置的温度传感元件接收温度指示，其中所述温度传感元件能够产生在所述温度传感元件位置处的温度指示，

调节提供给所述光学器件上邻近所述第一光学元件设置的第一加热元件的第一功率，以将所述第一光学元件的有效温度驱动到所述第一有效温度，其中调节第一功率的步骤包括利用反馈控制回路中的所述温度指示，根据所述光学器件的线性化模型设定所述第一功率；

调节提供给所述光学器件上邻近所述第二光学元件设置的第二加热元件的第二功率，以将所述第二光学元件的有效温度驱动到所述第二有效温度，其中调节第二功率包括在所述光学器件的线性化模型中利用所述温度指示和所述第一功率水平来设定所述第二功率。

50.一种集成光学器件，包括：

具有光波长响应的光学元件，所述光波长响应是所述光学元件的温度的函数；和

用于通过在所述光学元件中消耗功率来调整所述光学元件的温度的装置，其中利用所述光学元件的有效温度或所述光学元件的温度指示中的至少一个的至少一个线性函数确定消耗的功率。

51.一种集成光学器件，包括：

具有第一光波长响应的第一光学元件，所述第一光波长响应是所述第一光学元件的温度的函数；

具有第二光波长响应的第二光学元件，所述第二光波长响应是所述第二光学元件的温度的函数；和

至少一个用于通过在所述第一光学元件和第二光学元件中消耗功率来调整所述第一光学元件和第二光学元件的温度的装置，其中利用所述光学元件的有效温度或所述光学元件的温度指示中的至少一个的至少一个线性函数，确定每个装置用于调节温度所消耗的功率。

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