CN110312918B - 基于高分辨率集成光学器件的光谱仪 - Google Patents

基于高分辨率集成光学器件的光谱仪 Download PDF

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Abstract

揭示一种高分辨率单芯片光谱仪。本发明的实施例类似于傅里叶变换光谱仪；然而，本发明的实施例不具有移动部件。说明性实施例是具有多个嵌套的马赫‑曾德尔干涉仪MZI的光谱仪，其中所有MZI在其样本臂及参考臂中的每一者中共享至少一个表面波导区段。所述样本臂及参考臂中的光信号沿其长度在一系列离散位置处经由电光学控制方向耦合器分接，所述电光学控制方向耦合器在每一臂中由均匀长度波导部分分开，但其中所述均匀长度在所述样本臂及参考臂中是不同的，从而为每一MZI的所述臂提供不同路径长度差。来自所述样本臂及参考臂的分接光在低损耗光束组合器处重新组合，以产生作为所述臂中的时间延迟差的函数的光功率分配。

Description

基于高分辨率集成光学器件的光谱仪
相关申请案的交叉参考
本案主张2016年9月26日申请的序列号为62/399,729的美国临时专利申请案(代理人案号：142-031PR1)及2016年9月26日申请的序列号为62/399,771的美国临时专利申请案(代理人案号：142-032PR1)的优先权，所述申请案中的每一者以引用的方式并入本文中。如果在本申请案与已以引用的方式并入本文中的案件中的一或多者之间存在的可能影响本案中的权利要求书的解释的语言上的任何矛盾或不一致，那么本案中的权利要求书应经解释以与本案中的语言相一致。
技术领域
本发明大体上涉及光谱仪，且更特定来说涉及基于集成光学器件的光谱仪。
背景技术
光学光谱仪是用于通过确定光信号在光信号中包含的多个波长下的强度来特性化光信号的光谱的系统。光信号的光谱特性可尤其用于确定待测试样本的化学或结构组成。因此，光谱仪已成为许多应用领域的重要工具，所述领域例如生化感测、材料分析、光学通信及医疗诊断。不幸的是，大多数常规光学光谱分析系统体积大、笨重且昂贵，这限制其了在需要便携性的情况下的使用(例如，用于在车祸现场的现场使用、肉类及/或生产质量的现场分析、葡萄藤上的葡萄成熟度评估等)。
已经提出许多方法来减小光学光谱仪的大小及成本。集成光学器件技术被视为一种可用于实现非常紧凑的光谱仪的特别有前途的候选技术，并且可能是开发集成在单个芯片上的实用光谱仪的关键。此外，集成光学器件系统可与微流体系统集成，从而实现可增加芯片实验室功能性的芯片上光谱仪。
集成光学器件系统包含形成在衬底表面上的一或多个光学波导。光学波导可以无数种布置组合(通常称为平面光波电路(PLC))，以提供复杂的光学功能性。这些“表面波导”(本文有时简称为“波导”)中的每一者包含由包层材料环绕的光导芯，其将由表面波导传送的光信号大体上限制到芯材料。
已经基于不同的配置开发若干基于集成光学器件的“微光谱仪”。遗憾的是，这些现有技术微光谱仪通常需要波长色散分量，其光谱分辨率与光学路径长度成反比；因此，此类系统不可避免地很大。
然而，傅里叶变换光普分析(FTS)使用干涉而不是色散来测量光信号的光谱内容。通常，FTS系统是基于迈克尔逊干涉仪布置，其中光信号被分离成一对大体上相同的光信号，光信号分别从静止镜及移动镜反射。然后，重新组合反射光信号，从而导致两个光信号之间的干涉。此干涉产生“干涉图”，其与镜子的运动同步地被检测到。干涉图的空间调制是移动镜的位移的函数。使用傅里叶变换，将空间调制转换成信号的光谱内容。FTS是一种极具吸引力的技术，因为其输出具有高信噪比(SNR)，并且可具有在大光谱区上相对恒定的高分辨率。
不幸的是，虽然FTS系统可相对紧凑，但其对扫描镜的需求限制了其速度，这在许多应用中是一个重要的考虑因素。然而，已经开发基于经修改迈克尔逊干涉仪方法的干涉测量傅立叶变换技术，即，空间-外差光谱分析(SHS)，其克服此限制。SHS避免对移动镜的需求，而是依赖于静态干涉图案的分析。迄今为止，SHS概念仅在体光学器件中成功实施；然而，车本(Cheben)等人在“基于傅里叶变换迈克尔逊型排列波导光栅的波长色散装置(Wavelength-dispersive device based on a Fourier-transform Michelson-typearrayed waveguide grating)”(《光学学报(Opt.Lett.)》，第30卷，第1824页到1826页(2005))中提出一种基于PLC的傅立叶变换排列波导光栅(FT-AWG)微光谱仪。另外，由弗拉杰克(Florjanczyk)等人在“由排列马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪形成的多孔径平面波导光谱仪(Multiaperture planar waveguide spectrometer formed by arrayedMach–Zehnder interferometers)”(《光学快报(Opt.Express.)》，第15卷，第18176页到18189页(2007))中提出包括马赫-曾德尔干涉仪(MZI)阵列的基于集成光学器件的SHS系统。然而，即使此类方法显展示了希望，但其需要非常长的延迟线来实现足够高的分辨率。此外，所提出的系统采用一组独立MZI布置，其各自具有不同的相位延迟。因此，所述系统占据过多的芯片占用面积，并且在单个衬底上制造如果不是不可能的话也可是困难的。
现有技术中仍然需要能够进行高分辨率测量的紧凑单芯片光谱仪。
发明内容
本发明使得高分辨率光谱仪能够安置在单个芯片上，其中整个系统仅占据小的芯片占据面积。本发明的实施例包含具有一对长波导总线的集成光学器件波导布置，所述波导总线的长度是以数字方式控制的。这些波导总线可用作多个MZI中的每一者的样本及参考臂的部分。每一MZI与样本总线及参考总线可逆地光学耦合，其方式为针对每一MZI产生不同的路径长度差。每一MZI基于其路径长度差而提供输出信号，其使用傅立叶变换进行数字处理以确定提供给系统的光信号的光谱内容。本发明的实施例特别适用于光学相干光谱分析、拉曼光谱分析及类似者。
与现有技术中的SHS系统类似，本发明采用可独立寻址的MZI阵列，其中每一MZI的特征在于其两个臂之间的不同路径长度差。然而，与现有技术相对照，本发明通过采用波导布置以紧凑的布局来实现MZI阵列，所述布置中MZI共享相同表面波导的至少一部分。因此，每一MZI不需要一组完整表面波导。换句话说，MZI阵列是“嵌套的”，使得每一连续MZI“构建”到其先前MZI的波导布置的较大部分上。
本发明的说明性实施例是一种包括第一及第二臂的光谱仪，输入光信号被分配到第一及第二臂中作为样本信号及参考信号。第一及第二臂、多个耦合波导对及多个波导开关对共同界定多个MZI，其特征在于其相应样本及参考臂之间的不同路径长度差。
第一臂用作样本总线，其包含每一MZI的样本臂的一部分，并且是包含一系列均匀长度的直线波导部分的大体上直线波导。每一s形弯曲部分为每一连续MZI的样本臂贡献恒定波导长度增量。
第二臂用作参考总线，其包含每一MZI的参考臂的一部分。参考总线是非线性波导，其包含一系列均匀长度的“s形弯曲”部分。每一s形弯曲部分为每一连续MZI的参考臂贡献恒定波导长度增量，其中由每一s形弯曲部分贡献的长度增量比其对应直部分长路径长度差α。
每一MZI还包含干涉区段，其包括一对波导开关、一对大体上相同的耦合波导、光束组合器及光电检测器。MZI的干涉区段沿样本总线及参考总线循序地布置，使得序列的每一干涉区段可经由其波导开关与样本总线及参考总线可逆地光学耦合，所述波导开关沿每一总线位于恒定间隔处-具体来说，在样本总线的直部分与参考总线的s形弯曲部分之间的每一交叉点之间的每一交叉点处。因此，每一间隔包含样本总线的一个直部分及参考总线的一个s形弯曲部分。样本信号及参考信号从样本总线及参考总线耦合到干涉区段的耦合波导中并传送到光束组合器。在光束组合器处，其被重新组合为干涉信号。干涉信号由光电检测器检测，光电检测器基于干涉信号的强度提供来自干涉仪的输出信号，所述干涉信号的强度基于包含所述干涉区段的MZI的路径长度差。
当干涉区段与样本总线及参考总线光学耦合时，其对应MZI的样本臂包含样本总线的部分直到干涉区段加上耦合波导中的一者，而其对应MZI的参考臂包含参考总线的部分直到干涉区段加上耦合波导中的另一者。因此，多个MZI中的每一MZI的特征在于其样本臂与参考臂之间的不同路径长度差，其中差异从一个MZI到下一个MZI增加路径长度差α。
来自多个MZI的输出信号共同界定作为路径长度差的函数的功率分配。使用傅里叶变换对功率分配进行数字处理，以确定输入光信号的光谱特性。
在一些实施例中，至少一个光束组合器是双模干涉光束组合器，其基于双模干涉重新组合样本信号及参考信号。
在一些实施例中，波导开关中的至少一者是电光学切换方向耦合器。在一些实施例中，电光学切换方向耦合器是1×2开关，其操作以用于将输入光信号引导到两个输出端口中的任一者中，使得光信号完全切换到所述输出端口。
本发明的实施例是一种基于集成光学器件的光学光谱仪，其包括：耦合器，其用于将输入光信号分配为第一光信号及第二光信号；多个马赫-曾德尔干涉仪(MZI)，其各自包括：(i)样本路径，其操作以用于传送第一光信号，所述样本路径具有第一长度；(ii)参考路径，其操作以用于传送第二光信号，所述参考路径具有第二长度；(iii)光束组合器，其光学耦合样本路径及参考路径，所述光束组合器操作以用于组合第一光信号及第二光信号，以在第一光信号已传播通过样本路径传播且第二光信号已传播通过参考路径之后产生干涉信号；及(iv)光电检测器，其用于提供基于干涉信号的光学功率的输出信号；其中多个MZI是嵌套的；其中多个MZI中的每一MZI的特征在于其相应第一长度与第二长度之间的不同路径长度差；且其中多个MZI集成在单个衬底上。
本发明的另一实施例是一种用于估计输入光信号的光谱内容的方法，所述方
法包括：将输入光信号分配为第一光信号及第二光信号；在安置在衬底上的多个
嵌套干涉仪中的每一者处产生输出信号，多个干涉仪中的每一干涉仪是马赫-曾德
尔干涉仪，其中多个干涉仪中的每一干涉仪包含：(i)样本路径，其具有第一长度；
(ii)参考路径，其具有第二长度；(iii)光束组合器，其操作以用于将第一光信号及
第二光信号组合成干涉信号，所述干涉信号是基于第一长度与第二长度之间的路
径长度差；及(iv)光电检测器，其用于基于干涉信号的光学功率而提供输出信号；
以及基于多个输出信号而估计输入光信号的光谱内容；其中多个干涉仪中的每一
干涉仪的特征在于独有的路径长度差。
附图说明
图1描绘根据本发明的说明性实施例的基于集成光学器件的光谱测定系统的示意图。
图2描绘根据说明性实施例的适合于执行光学光谱分析的方法的操作。
图3A描绘根据说明性实施例的表面波导的横截面视图的示意图。
图3B展示波导300内的输入信号110的传播模式的模拟横截面光束轮廓。
图4描绘根据说明性实施例的干涉区段的示意图。
图5A描绘根据说明性实施例的波导部分114A的示意图。
图5B描绘根据说明性实施例的波导部分114B的示意图。
图6A描绘根据说明性实施例的波导开关的俯视图的示意图。
图6B到C分别展示开关402在其导通及关断状态下的耦合关系的模拟。
图7描绘针对不同控制电压及电极长度的通过开关402的测量传输。
图8A及8B分别描绘在配置有干涉仪MZI-1及MZI-3时系统100的架构的示意图。
图9A描绘根据说明性实施例的光束耦合器的示意图。
图9B到D展示光束组合器406-i的BPM模拟结果。
图10描绘根据本发明的替代实施例的光学相干断层扫描系统的示意图。
具体实施方式
图1描绘根据本发明的说明性实施例的基于集成光学器件的光谱测定系统的示意图。系统100包含PLC 128、光电检测器120-1到120-N以及处理器124。
图2描绘根据说明性实施例的适合于执行光学光谱分析的方法的操作。方法200开始于操作201，其中在PLC 128处接收光信号。
PLC 128包含耦合器102、样本总线104A、参考总线104B、干涉区段106-1到106-N以及光束捕集器108，所有这些都单片集成在衬底126上。
在操作202，在耦合器102处将输入信号110分配为样本信号110A及参考信号110B中。在所描绘实例中，系统100经设计用于针对具有大约800nm的中心波长的光信号的高分辨率操作；然而，在不脱离本发明的范围的情况下，可使用其它操作波长。应注意，术语“样本”及“参考”应用于系统100的结构及信号以仅提供通过系统的单独路径之间的区别。
耦合器102是常规3-dB方向耦合器，其经定尺寸及布置以在其输入端口处接收输入信号110并将输入信号均等地分配到样本总线104A及参考总线104B作为样本信号110A及参考信号110B。在一些实施例中，耦合器102是不同的光学功率分离元件，例如y耦合器等。在一些实施例中，耦合器102的分离比率不是50:50。在一些实施例中，耦合器102在其输入端口处包含例如光斑尺寸转换器、透镜等的元件以减轻耦合损耗。在一些实施例中，耦合器102经由边缘耦合器、垂直光栅耦合器及类似者接收输入信号110。在一些实施例中，耦合器102从外部元件接收输入信号110，所述外部元件例如光纤、体透镜、透镜光纤、高数值孔径光纤、光子集成电路(PIC)或PLC的输出端口等。
样本总线104A及参考总线104B中的每一者是脊形波导，其从耦合器102延伸到常规光束捕集器108，其以减轻背反射的方式终止每一总线。基于获得系统100的期望光谱分辨率所需的样本总线104A及参考总线104B的总长度选择样本总线104A及参考总线104B的总长度。
图3A描绘根据说明性实施例的表面波导的横截面视图的示意图。波导300包含下包层302、芯304及上包层306，所有这些都安置在衬底126上。波导300代表样本总线104A及参考总线104B中的每一者的表面波导结构。
在所描绘实例中，芯304包括铌酸锂，并且下包层302及上包层306中的每一者包括二氧化硅；然而，所属领域的技术人员在阅读本说明书后将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，无数材料(例如，氮化硅、硅、化合物半导体、玻璃、氧化硅等)可用于波导300的芯及包层中。
衬底126是常规硅衬底。在一些实施例中，衬底126包括除硅之外的合适材料，例如不同的半导体、玻璃、铌酸锂、硅化合物(例如，硅锗、碳化硅等)及类似者。
下包层302是厚度约为3微米的二氧化硅层。
芯304是由光导材料308组成的层，其已被雕刻以界定单模脊形波导结构，其脊形部分的宽度w1约为900nm，厚度t1约为250nm。脊形波导结构的板条区具有大约200nm的厚度t2。
在所描绘实例中，材料308是铌酸锂(LN)，其特征在于在800nm的波长下折射率约为2.25并且电光系数约为30pm/V。
上包层306是厚度约为500nm的二氧化硅层。
应注意，尽管说明性实施例包括作为单模脊形波导的表面波导，但在不脱离本发明的范围的情况下，在本发明的实施例中可使用具有不同传播特性、几何形状、结构及/或材料的表面波导。
图3B展示波导300内的输入信号110的传播模式的模拟横截面光束轮廓。绘图310中描绘的结果是使用常规光束传播方法(BPM)产生的。示范性波导300的模拟结果预测出约150微米的最小弯曲半径，超过所述最小弯曲半径，波导将表现出可忽略的弯曲损耗。在一些实施例中，本发明利用对于波导300可能的紧密弯曲半径，以实现比现有技术中可实现的光谱仪显著更加紧凑的基于单个芯片集成光学器件的光谱仪。
系统100经定尺寸及布置以界定多个个别可寻址马赫-曾德尔干涉仪MZI-1到MZI-N，其中每一干涉仪的特征在于其样本臂及参考臂的长度之间的独有路径长度差。每一干涉仪MZI-i(其中i＝1到N)包含样本总线104A的一部分、参考总线104B的一部分及干涉区段106-i。如下文论述，每一干涉仪MZI-i从耦合器106接收样本信号110A及参考信号110B，并提供输出信号122-i，其量值是基于由于干涉仪的独有路径长度差而产生的光信号的干涉。
沿样本总线104A及参考总线104B的长度循序地排列干涉仪MZI-1到MZI-N，使得其“嵌套”在系统100的芯片占据面积内。出于本说明书的目的，包含所附权利要求书，术语“嵌套干涉仪”被界定为沿共同共享样本及参考总线循序布置的多个干涉仪，使得序列中的每一干涉仪具有样本及参考臂，其包含并扩展先前干涉仪的样本总线及参考总线。因此，样本总线及参考总线中的每一者的部分由序列中的所有干涉仪共享。
本发明的方面是“嵌套”MZI使得其能够共享(及重新使用)相同样本及参考臂(即，样本总线104A及参考总线104B)的部分，借此避免需要复制在每一MZI中用作大体上相同目的表面波导。因此，嵌套MZI使得可将系统100的整个波导布置装配在小得多的芯片占据面积中，这使得能够将样本总线的波导、参考总线的波导及干涉区段全部都单片集成在单个衬底上。
干涉仪MZI-1到MZI-N通过采用沿样本总线及参考总线的长度按顺序布置的多个大体上相同的干涉区段嵌套在系统100中。如下文论述，干涉仪MZI-1到MZI-N中的每一者可通过分别在其相应分接点PA-i及PB-i处将其相应干涉区段光学耦合到样本总线104A及参考总线104B并将MZI中的剩余者从样本总线及参考总线解耦而被选择性地激活。
图4描绘根据说明性实施例的干涉区段的示意图。干涉区段106-i包含开关402A及402B、耦合波导404A及404B以及光束组合器406-i。干涉区段106-i代表干涉区段106-1到106-N中的每一者。
开关402A及402B中的每一者是1×2波导开关，其操作以用于在其输入端口输入1处接收光信号，并将其引导到其两个输出端口输出1及输出2中的任一者。光信号被引导到的输出端口是基于施加到开关的控制电压CV-i的量值。开关402A位于分接点PA-i处，且开关402B位于分接点PB-i处。下文参考图6A到C及7详细描述代表性波导开关。
耦合波导404A及404B中的每一者类似于上文参考图3A描述的波导300。耦合波导404A及404B具有大体上相同的长度。耦合波导404A及404B操作以用于在传播损耗较低的情况下分别将样本信号110A及参考信号110B传送到的光束组合器406-i。
光束组合器406-i是操作以用于重新组合样本信号110A及参考信号110B以产生干涉信号118-i并将其提供给光电检测器120-i的光束组合器。在所描绘实例中，光束组合器406-i是基于双模干涉(TMI)；然而，在不脱离本发明的范围的情况下，其它光束组合器可用在干涉区段106-i中。下文参照图9A到D详细描述根据说明性实施例的代表性光束组合器。
现在返回到图1，当由处理器124激活时，每一干涉仪MZI-i具有样本臂以及参考臂，所述样本臂包含耦合波导404A的长度及样本总线104A在原点P0与其相应分接点PA-i之间的部分，所述参考臂包含耦合波导404B的长度及参考总线104B在原点P0与其相应分接点PB-i之间的部分。应注意，开关402A及402B中的每一者也对每一MZI的样本臂及参考臂的路径长度略有贡献，但由于这些长度非常短且大体上相同，因此其贡献不包含在此分析中。
通过大体上相同波导部分114A沿样本总线104A均匀地分开分接点PA-1到PA-N。通过大体上相同波导部分114B沿参考总线104B均匀地分开分接点PB-1到PB-N。在一些实施例中，至少一组分接点(即，分接点PA-1至PA-N及分接点PB-1至PB-N)沿其相应波导总线非均匀地间隔开。
图5A描绘根据说明性实施例的波导部分114A的示意图。波导部分114A是具有长度L1的大体上直线波导部分。在一些实施例中，波导部分114A中的至少一者具有除直线之外的形状。
图5B描绘根据说明性实施例的波导部分114B的示意图。波导部分114B是蛇形波导区段，其包含两个半圆形波导部分502，其各自具有半径R及两个直线波导部分504，其各自具有长度Ls。因此，波导部分114B的总长度等于(2πR)+2Ls。在一些实施例中，波导部分114B中的至少一者具有除蛇形之外的形状，例如弯曲、螺旋、不规则等。
在阅读本说明书之后，所属领域的技术人员将认识到，在波导部分114B中包含一或多个直线波导部分504通过显著地贡献光学路径长度而提供设计灵活性，同时在波导部分114B中包含一或多个弯曲波导部分502实现紧凑装置大小-甚至针对能够引起非常长的光学延迟的设计也是如此。换句话说，本发明实施例的紧凑性实现更大的最大长度变化ΔLmax，这又能够实现比现有技术基于单个芯片集成光学器件的光谱仪更好的光谱分辨率。
选择波导部分114A及114B的尺寸，使得波导部分114B具有L1+α的总长度。因此，α等于(2πR+2Ls)-L1。
因为路径长度差在连续MZI之间增加α，所以干涉仪MZI-N的特征在于系统100的最大路径长度差ΔLmax。通常，系统100中包含的MZI级的数目是基于系统100的期望分辨率而选择，其由系统中可达到的最大延迟界定，最大延迟是基于ΔLmax。所属领域的技术人员将认识到，ΔLmax还决定光谱仪所需的整体大小。ΔLmax的计算涉及特里罗(Littrow)条件，且定义如下：
Figure GDA0002007547610000091
其中δλ是光谱仪的光谱分辨率，ne是波导300的有效折射率，λ0是所关注的操作范围的中心波长。
在所描绘实例中，λ0是800nm并且期望15GHz的操作范围，波长分辨率为500MHz或更好；因此，ΔLmax约为30cm。为实现此性能，系统100包含60个MZI级(即，N＝60)，其能够实现所需的波长范围及光谱分辨率(根据奈奎斯特(Nyquist)采样理论)。因此，在所描绘实例中，α等于约500nm。然而，应该注意，在不脱离本发明的范围的情况下，ΔLmax、N及α中的任何者都可具有任何实际值。
所属领域的技术人员将认识到，使用现有技术集成光学光谱仪方法，此大的路径长度差如果不是不可能的话也是困难的，因为能够将其实现的现有技术布置将很可能太大而无法装配在单个衬底上。另一方面，本发明使可实现此大路径长度延迟的更紧凑波导布置成为可能。
干涉仪MZI-1到MZI-N的路径长度差循序地增加相同固定路径长度差α的整数倍，其等于ΔLmax/N。应注意，虽然是优选的，但干涉仪MZI-1到MZI-N的路径长度差不必均匀地间隔开。
现在返回到方法200，在操作203，针对i＝1到N中的每一者，处理器124循序地激活每一干涉仪MZI-i以建立路径长度差的序列，ΔL-1到ΔL-N。应注意，优选地MZI被循序地激活；然而，在不脱离本发明的范围的情况下，其可以任何顺序激活。通过导通包含在其相应干涉区段106-i中的波导开关并关断包含在所有其它干涉区段中的波导开关来激活每一干涉仪MZI-i。因此，与样本及参考总线光学耦合的唯一干涉区段是激活MZI的干涉区段，并且所有其它干涉区段被有效地从系统100移除。
在阅读本说明书之后，所属领域的技术人员将认识到，操作203执行的功能大体上是现有技术FTS系统中使用的上述连续镜像扫描的数字替代。然而，在本发明中，所得路径长度差是由系统100的固定波导布局确定的离散值。这为本发明的实施例提供优于此类现有技术系统的若干优点。首先，系统100从扫描到扫描在所得路径长度差中几乎没有变化(即，扫描系统大体上没有噪声)。另一方面，在现有技术中，例如冲击，振动、温度变化等的环境影响以及在迈克尔逊干涉仪的众多镜表面之间维持平行度的困难会引起显著测量噪声。其次，系统100是固态系统，并且样本总线104A及参考总线104B的路径长度可在小于10微秒内改变，这比可扫描物理镜的速度快几个数量级。
图6A描绘根据说明性实施例的波导开关的俯视图的示意图。波导开关402(本文称为“开关402”)是电光学切换方向耦合器，其包含总线104(其代表样本总线104A及参考总线104B中的任一者的一部分)、耦合波导404(其代表耦合波导404A及404B中的任一者)以及电极602。开关402的操作代表波导开关402A及402B中的每一者的操作。尽管说明性实施例包含经由电光效应操作的波导开关，但在阅读本说明书之后，所属领域的技术人员将清楚如何指定、制做及使用包含依赖于不同相位调谐效应(例如热光、压电、应力诱发、基于液晶及类似者)的波导开关的替代实施例。
总线104及耦合波导404由间距s分开，间距s足够小以使得能够在波导之间进行渐逝耦合。在所描绘实例中，s＝1微米。尽管说明性实施例包括共面的总线及耦合波导，但在一些实施例中，这些波导以垂直配置布置。
电极602是安置在耦合波导404的顶部上的导电材料层。顶部包层306的厚度通常部分地被选择以减轻由于与电极602的相互作用而导致的传播损耗。在所描绘实例中，电极602是厚度约为100nm的金层。电极602具有长度Lc，其界定耦合区404的长度。在所描绘实例中，Lc＝320微米；然而，在不脱离本发明的范围的情况下，可使用其它电极长度。应注意，尽管电极602在所描绘开关配置中安置在耦合波导上，但在一些实施例中，电极602安置在总线104上。
在所描绘实例中，开关402具有常导通开关配置。出于本说明书(包含所附权利要求书)的目的，术语“常导通”被界定为当控制电压CV-i＝0V时，开关处于其导通状态，其中两个总线波导中的光信号及耦合波导是同相的，因此，传播通过耦合区604中的总线104的光完全从总线波导渐逝耦合到耦合波导404中。因此，当控制电压CV-i＝0时，在输入端口输入1处进入总线104的光在输出端口输出2处离开开关402。
为致动开关402并使其进入其“关断”(即，非交叉耦合或“禁止”)状态，控制电压CV-i的量值改变为CVOFF，其中CVOFF是通过经由电光效应增加耦合区604中的耦合波导404的有效折射率来引起总线104及耦合波导404中的光信号之间的π相位差的电压。波导的折射率的相对改变引起传播通过其的光信号之间的相位差。由于其之间的π相位差，所以不会发生总线及耦合波导中的光信号的交叉耦合。因此，在输入端口输入1处进入总线104的光绕过开关402，保留在总线波导中，并且前进到输出端口输出1。
针对开关402的开关架构，有效折射率(对于TE偏振模式)之间的关系由下式给出：
Figure GDA0002007547610000111
其中ne是针对TE偏振光的总线104的有效折射率，Γ是重叠因子，t1是总线104的厚度，r33是电光系数。在所描绘实例中，ne＝2.0，Γ＝0.25，r33＝30pm/V，并且t1＝250nm，这产生约为12×10-5×CV预期折射率改变。
图6B到C分别展示开关402在其导通及关断状态下的耦合关系的模拟。绘图606展示当CV-i＝0时在总线104与耦合波导404之间发生的交叉耦合。绘图608展示当CV-i＝CVOFF时在总线104与耦合波导404之间不发生交叉耦合，CVOFF在所描绘实例中等于大约18V。
开关402优选地经设计使得在其导通及关断状态中的每一者中，其耦合比率跨越整个光谱带宽大体上是稳定的，对于所述光谱带宽，期望系统100的操作。在所描绘实例中，光学带宽约为10GHz。然而，应该注意，干涉区段106-1到106-N中的开关中的任何者的耦合比率的任何不均匀性可通过校准来解决。
此外，应注意，开关402经设计使得当开关被致动时样本信号110A及参考信号110B的大体上所有光学功率被耦合到耦合波导中以实现所述开关包含在其中的MZI中期望路径长度差。这使得系统100能够具有极低的光学衰减，这使其对于其中输入信号110较弱的应用非常有吸引力。
所属领域的技术人员将认识到，在电极602的长度及完全致动开关402(即，在耦合波导404中引起完整π相移)所需的电压之间存在折衷。电极长度与所需电压之间的关系由下式给出：
Figure GDA0002007547610000121
其中λ0是输入信号110的中心波导。
图7描绘针对不同控制电压及电极长度的通过开关402的测量传输。绘图700表示针对图6A中所展示的布置，在大约18伏的施加电压CV下，针对300微米的电极长度获得最好性能。
因此，当处理器124向干涉区段106-i提供0V的CV-i时，大体上整个样本信号110A经由开关402A从样本总线104A光学耦合到耦合波导404A中，并且大体上整个样本信号110B经由开关402B从参考总线104B光学耦合到耦合波导404B中。
如上所述，开关402A及402B分别将来自样本总线104A及参考总线104B的所有光能转移到耦合波导404A及404B中。因此，在一些实施例中，当干涉仪MZI-i被激活时，关断干涉仪MZI-(i+1)到MZI-N的干涉区段的波导开关是任选的，这是因为样本信号110A及参考信号110B的光能未保留在通过分接点PA-i及PB-i的样本总线及参考总线中；因此，即使后续干涉区段的开关处于其导通状态，也没有任何东西可耦合到后续干涉区段。
图8A描绘当干涉仪MZI-1被激活时系统100的架构的示意图。当干涉仪MZI-1被激活时，其样本臂802A-1包含波导部分112A(即，样本总线104A从原点P0延伸到分接点PA-1的部分)加上耦合波导404A的长度，同时其参考臂802B-1包含波导部分112B(即，样本总线104B从原点P0延伸到分接点PB-1的部分)加上耦合波导404B的长度。
在系统100中，耦合波导404A及404B中的每一者的路径长度相等，并且原点PO及分接点PA-1之间的距离等于原点PO与分接点PB-1之间的距离。因此，样本臂802A-1及参考臂802B-1具有相等长度，并且ΔL-1等于0。
图8B描绘当干涉仪MZI-3被激活时系统100的架构的示意图。当干涉仪MZI-3被激活时，其样本臂802A-3包含样本总线104A从原点P0延伸到分接点PA-3的部分及耦合波导404A的长度，而其参考臂802B-3包含样本总线104B从原点P0延伸到分接点PB-3的部分及耦合波导404B的长度。因此，其样本臂包含波长部分112A加上两个波导部分114A，而其参考臂包含波长部分112B加上两个波导部分114B。因此，干涉仪MZI-3的路径长度差等于2α(波长部分114A及114B的长度之差的两倍)。
在操作204，针对i＝1到N中的每一者，在光束组合器406-i处组合样本信号110A及参考信号110B以产生干涉信号118-i。
图9A描绘根据说明性实施例的光束耦合器的示意图。光束组合器406-i包括板条902及输出波导904，其每一者类似于上文参考图3A到B描述的波导300。光束组合器406-i代表包含在干涉区段106-1到106-N中的光束组合器中的每一者。
板条902是类似于波导300的区的波导结构的区，但其经定尺寸及布置以重新组合由耦合波导404A及404B传送的光信号，并将重新组合光信号提供到输出波导904作为干涉信号118-i。板条902具有宽度w2及长度L2，其经选择以在板条区内实现双模干涉(TMI)。光束组合器406-i的结构优于更常规Y形结，因为其制造误差容忍度更高，因此其性能更可再现。在所描绘实例中，w2是3微米，L1是15微米，并且耦合波导404A及404B通过为0.9微米的分隔距离d分开。
图9B到D展示光束组合器406-i的BPM模拟结果。光束组合器的辐射损耗取决于在板条902处接收的样本信号110A与参考信号110B之间的相位差，以及其相对功率。
绘图906展示当样本信号110A及参考信号110B同相并且具有相等功率时光信号的耦合。如绘图中所见，所有输入功率都耦合到一阶偶数模式，且因此通过板条区902传输到输出波导904。据估计，在此情况下，光束组合器406-i将提供干涉信号118-i，其具有从耦合波导404A及404B接收的光学功率的大约96％。换句话说，通过光束组合器的最小光学损耗约为4％。
绘图908展示当样本信号110A及参考信号110B同相并具有0.5的功率比率时光信号的耦合。相对于绘图906中描绘的相等功率情况，此功率差异仅引起仅2％的功率减小(即，干涉信号118-i具有从耦合波导404A及404B接收的光学功率的大约94％)。
绘图910展示当样本信号110A及参考信号110B具有π/6的相位差时光信号的耦合。在此情况下，干涉信号118-i的输出功率减小到样本信号110A及参考信号110B的组合光学功率的大约91％(即，从绘图800中描绘的同相相等功率情况减少5％)。
在操作205，针对i＝1到N中的每一者，光电检测器120-i检测干涉信号118-i并将输出信号122-i提供给处理器124。优选地，光电检测器120-1到120-N被制造衬底126上，使得其与系统100的表面波导单片集成。然而，在一些实施例中，光电检测器通过将其结合在系统顶部并将其耦合到其相应输出波导704(例如，经由垂直光栅耦合器)以混合方式集成。在一些实施例中，光电检测器是经由常规对接耦合方法与输出波导704光学耦合的外部装置。
光电检测器120-1到120-N是常规光电检测器，其操作以用于提供输出信号122-1到122-N(统称为输出信号122)，使得每一输出信号具有基于其相应干涉信号118-i的光学功率的量值。在一些实施例中，光电检测器中的每一者直接形成在衬底126上，使得其与样本总线104A、参考总线104B的波导及干涉区段106-1到106-N单片集成。在一些实施例中，光电检测器结合在衬底126的表面上，并经由光栅耦合器与输出波导704光学耦合。在一些实施例中，输出波导704延伸到衬底126的边缘以形成输出小平面，并且光电检测器安置在另一个衬底上并与输出小平面对接耦合(具有或不具有中间光学器件，例如透镜、透镜光纤、光斑尺寸转换器等等)。
方法200通过使i递增并且针对i＝1到N中的每一者重复操作203到205来继续，以产生对应于系统100中产生的N个路径长度差的一组完整N个光学功率测量值。
在操作206，处理器124使用傅里叶变换对所述组N个光学功率测量值(即，输出信号122-1到122-N)进行数字处理，以确定输入信号110的光谱内容。
处理器124是常规仪器控制器及处理系统，其操作以用于向干涉区段106-1到106-N提供控制信号并从光电检测器120-1到120-N接收输出信号(统称为光电检测器120)。通常，处理器124还操作以用于处理从PLC 128接收的输出信号，以在样本134的物点136处产生结构的估计。
图10描绘根据本发明的替代实施例的光学相干断层扫描系统的示意图。系统1000包含PLC 1002、源1004、光电检测器120-1到120-N及处理器124。
PLC 1002包含耦合器1006、样本总线1008A、参考总线1008B、干涉仪MZI-1到MZI-N以及光束捕集器108，所有这些都单片集成在衬底126上。PLC 1002类似于上文参考图1描述的PLC 128；然而，在PLC 1002中，样本总线1008A包含待测试样本的一部分，以及PLC与样本之间的短自由空间区。
源1004是宽带光源，其操作以用于向耦合器1006提供光信号1010。
耦合器1006类似于上文描述的3-dB耦合器106；然而，耦合器1006分离光信号1010，使得其80％的光在样本总线1008A中作为样本信号1010A传播，并且其20％的光在参考总线1008B中作为参考信号1010B传播。
样本总线1008A类似于上文参考图1描述的样本总线104A；然而，样本总线1008A被分成询问波导1012及返回波导1014，其分别包含输出小平面FC-1及输入小平面FC-2。输出小平面FC-1操作以用于向样本1016发射样本信号1010A作为自由空间光信号。以类似方式，输入小平面FC-2操作以用于将从样本反射的自由空间光耦合到返回波导1014中作为返回信号1020，其中返回信号1020是基于样本1016的询问区的表面及子表面结构。优选地，小平面FC-1及FC-2定位成彼此紧靠以减轻光学损失。
应注意，样本总线1008A还包含由样本信号1010A询问的样本1016的部分，以及样本1016与小平面FC-1及FC-2之间的短自由空间区。然而，此自由空间区代表样本总线1008A的可忽略部分，且因此不包含在此分析中。
以与系统100中描述的方式类似的方式，干涉仪MZI-1到MZI-N的干涉区段106以L1的均匀间隔(即，波导部分114A的长度)与样本总线1008A可逆地光学耦合，并且以L1+α的均匀间隔(即，波导部分114B的长度)与样本总线1008B可逆地光学耦合。
在操作中，样本1016在不同深度处的成像包括循序地激活干涉仪MZI-i，其中i＝1到N，这逐渐增加用于连续干涉仪的参考总线与样本总线的路径长度之间的差达α，将参考信号1010B与其相应反射信号1020组合，并产生干涉信号1022-i。
然后，由处理器124处理输出信号122-1到122-N以确定样本1016的表面及子表面结构。
根据奈奎斯特采样理论，优选路径长度差α小于或等于系统1000所需的轴向分辨率的一半。因此，在所描绘实例中，为实现20微米的轴向分辨率，波导部分114A及114B之间的路径长度差选择为10微米(忽略样本1016内的往返距离等)。所属领域的技术人员将认识到，虽然对L1的量值没有限制，但较小值使更紧凑装置成为可能。
应理解，本发明仅教示说明性实施例的一个实例，并且所属领域的技术人员在阅读本发明之后可容易地设计出本发明的许多变体，并且本发明的范围是由所附权利要求书确定。

Claims (10)

1.一种设备，其包含基于单芯片集成光学器件的光谱仪，其中所述光谱仪包括：
耦合器，其用于将输入光信号分配为样本总线上的第一光信号及参考总线上的第二光信号；
多个嵌套干涉仪，所述多个嵌套干涉仪中的每一干涉仪是马赫-曾德尔干涉仪，其包含：
(i)样本路径，其操作以用于传送所述第一光信号，所述样本路径具有第一长度且包含所述样本总线的一部分；
(ii)参考路径，其操作以用于传送所述第二光信号，所述参考路径具有第二长度且包含所述参考总线的一部分；
(iii)干涉区段，其包含光束组合器，其操作以用于将所述第一光信号及第二光信号组合成干涉信号，其中所述第一光信号和所述第二光信号在每个干涉仪的非重叠路径上传输；及
(iv)光电检测器，其用于提供基于所述干涉信号的光学功率的输出信号；
其中所述多个嵌套干涉仪中的每一干涉仪的特征在于其相应第一长度及第二长度之间的不同路径长度差。
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括处理器，所述处理器操作以基于所述多个输出信号而执行傅里叶变换，且基于所述傅里叶变换而产生所述输入光信号的光谱内容的估计。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个干涉仪的特征在于一系列路径长度差，其为第一路径长度差的不同整数倍。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个干涉区段中的每一干涉区段可逆地光学耦合所述样本总线和所述参考总线，且其中每一干涉区段进一步包括：
第一波导开关，其中所述第一波导开关操作以用于在所述样本总线上的多个第一分接点中的不同一者处可逆地光学耦合所述干涉区段与所述样本总线；及
第二波导开关，其中所述第二波导开关操作以用于在所述参考总线上的多个第二分接点中的不同一者处可逆地光学耦合所述干涉区段与所述参考总线；
其中所述样本总线、所述参考总线及所述多个干涉区段单片集成在衬底上；以及
其中所述多个干涉仪经配置以使得每一干涉仪可以被选择性地激活。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述多个第一分接点沿所述样本总线均匀分配，且所述多个第二分接点沿所述参考总线均匀分配。
6.一种用于估计输入光信号的光谱内容的方法，所述方法包括：
将所述输入光信号分配为样本总线上的第一光信号及参考总线上的第二光信号；
在安置在衬底上的多个嵌套干涉仪中的每一者处产生输出信号，所述多个干涉仪中的每一干涉仪是马赫-曾德尔干涉仪，其中所述多个干涉仪中的每一干涉仪的特征在于独有的路径长度差且包含：
(i)样本路径，其具有第一长度且包含所述样本总线的一部分；
(ii)参考路径，其具有第二长度且包含所述参考总线的一部分；
(iii)干涉区段，其包含光束组合器，其操作以用于将所述第一光信号及第二光信号组合成干涉信号，所述干涉信号是基于所述第一长度与所述第二长度之间的路径长度差，其中所述第一光信号和所述第二光信号在每个干涉仪的非重叠路径上传输；及
(iv)光电检测器，其用于基于所述干涉信号的光功率而提供所述输出信号；以及
基于所述多个输出信号而估计所述输入光信号的所述光谱内容。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述光谱内容是基于傅立叶变换来估计的，其中所述傅立叶变换是基于所述多个输出信号的。
8.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括提供所述多个干涉仪，使得所述多个干涉仪的所述路径长度差是第一路径长度差的不同整数倍。
9.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：
提供所述多个干涉区段中的每一干涉区段，使得其进一步包括：
第一波导开关，其操作以用于在所述样本总线上的多个第一分接点中的不同一者处可逆地光学耦合所述干涉区段与所述样本总线；及
第二波导开关，其操作以用于在所述参考总线上的多个第二分接点中的不同一者处可逆地光学耦合所述干涉区段与所述参考总线；
其中所述多个干涉仪经配置以使得每一干涉仪可以被选择性地激活；以及
其中所述样本总线、所述参考总线及所述多个干涉区段单片集成在所述衬底上。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：
提供所述多个第一分接点，使得其沿所述样本总线均匀分配；及
提供所述多个第二分接点，使得其沿所述参考总线均匀分配。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110702230B (zh) * 2019-12-10 2020-03-20 南京南智先进光电集成技术研究院有限公司 一种傅里叶变换光谱仪
CN112013959B (zh) * 2020-09-08 2021-10-08 浙江大学 一种高分辨率大测量范围的硅基片上傅里叶变换光谱仪
CN114184359B (zh) * 2021-10-25 2024-03-26 中国空间技术研究院 一种卫星波导开关抗弯矩能力的地面试验验证方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0191589A2 (en) * 1985-02-08 1986-08-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Coherent distributed sensor and method using short coherence length sources
WO1999052323A8 (en) * 1998-04-03 2000-03-23 Univ Leland Stanford Junior Folded sagnac sensor array
US6208590B1 (en) * 1999-05-04 2001-03-27 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Sagnac interferometric sensor array for acoustic sensing and method of detecting acoustic signals
CN101206155A (zh) * 2006-12-21 2008-06-25 中国科学院半导体研究所 光波导传输损耗的测量方法和测量装置
CN102395866A (zh) * 2009-02-24 2012-03-28 艾迪株式会社 平面光波导傅里叶变换光谱仪

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6175671B1 (en) * 1998-10-01 2001-01-16 Nortel Networks Limited Photonic crystal waveguide arrays
US20060034569A1 (en) 2004-08-11 2006-02-16 General Electric Company Novel folded Mach-Zehnder interferometers and optical sensor arrays
US8643929B2 (en) * 2010-01-12 2014-02-04 Alcatel Lucent Nested Mach-Zehnder modulator
US8406580B2 (en) * 2010-07-28 2013-03-26 Aidi Corporation Planar lightwave fourier-transform spectrometer measurement including phase shifting for error correction
ES2415555B2 (es) 2011-05-20 2014-07-09 Medlumics, S.L. Dispositivo de barrido para interferometría de baja coherencia.
EP2715277A4 (en) 2011-05-31 2015-02-11 Tornado Spectral Systems Inc INTERFEROMETRY ON A LEVEL SUBSTRATE
ES2396391B2 (es) 2011-06-28 2014-12-04 Medlumics, S.L. Dispositivo de retardo óptico variable para interferometría de baja coherencia.
US9464883B2 (en) 2013-06-23 2016-10-11 Eric Swanson Integrated optical coherence tomography systems and methods
US20140375999A1 (en) * 2013-06-25 2014-12-25 Katsunari Okamoto Complex-fish (fourier-transform, integrated-optic spatial heterodyne) spectrometer with n x 4 mmi (multi-mode interference) optical hybrid couplers
EP3106828B1 (en) 2015-06-16 2023-06-07 Academisch Medisch Centrum Common-path integrated low coherence interferometry system and method therefor
US10113858B2 (en) 2015-08-19 2018-10-30 Medlumics S.L. Distributed delay-line for low-coherence interferometry
US10006809B2 (en) * 2016-02-10 2018-06-26 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus, systems, and methods for on-chip spectroscopy using optical switches
WO2018055606A1 (en) 2016-09-26 2018-03-29 Ixa Amc Office / Academic Medical Center Single-chip optical coherence tomography device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0191589A2 (en) * 1985-02-08 1986-08-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Coherent distributed sensor and method using short coherence length sources
WO1999052323A8 (en) * 1998-04-03 2000-03-23 Univ Leland Stanford Junior Folded sagnac sensor array
US6208590B1 (en) * 1999-05-04 2001-03-27 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Sagnac interferometric sensor array for acoustic sensing and method of detecting acoustic signals
CN101206155A (zh) * 2006-12-21 2008-06-25 中国科学院半导体研究所 光波导传输损耗的测量方法和测量装置
CN102395866A (zh) * 2009-02-24 2012-03-28 艾迪株式会社 平面光波导傅里叶变换光谱仪

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