CN110873611A - 一种硅光芯片温度传感器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种硅光芯片温度传感器，包括：N级非对称MZI，每一级的非对称MZI均包括两个波导臂和一个合束器，第一级的光信号接收端还包括一个分束器，除第一级外的每级光信号接收端还包括两个分束器，分束器用于接收硅光芯片的分光信号。N级非对称MZI的每一级中合束器的信号输出端均连接一光电探测器。硅光芯片温度发生变化后，由于各级非对称MZI的光程差发生变化，导致各级光电探测器探测结果相应的变化，以此来感知芯片温度的变化。光程差越大，探测器探测精度越高，但同时会标定出多个可能的温度范围。因此，利用前一级非对称MZI探测结果标定后一级非对称MZI的探测结果来实现高精度的温度探测。

Description

一种硅光芯片温度传感器

技术领域

本申请涉及硅光芯片技术领域，尤其涉及一种硅光芯片温度传感器。

背景技术

基于硅材料的硅光子器件由于具有小尺寸、低功耗、低成本等优点，因此在光通信、传感、计算等领域得到广泛的应用。硅光子器件经过器件耦合，外部封装组成硅光芯片，由于硅材料本身的高折射率和热-光系数，使得硅光子器件具有较高的热敏感性，因此为了保证硅光芯片正常工作，需要对硅光芯片的温度进行探测。

现有技术中，为了能够对光芯片的温度进行探测，一般在光芯片上放置温度传感器，温度传感器将探测到的温度反馈给温度控制系统，温度控制系统实现对硅光芯片的温度调节。但是，由于硅光子器件包裹在二氧化硅包层中，外置的温度传感器件不能实时精确探测到硅光芯片内部的温度变化。因此，为了实现对硅光芯片温度变化的精确探测，则采用分路监控法，从硅光芯片发出的光信号中分一部分光信号进入一种硅光滤波器件，通常为硅光微环滤波器或者非对称MZI(Mach-Zehnder Interferometer，马赫-曾德干涉仪)，通过光电探测器探测进入的光信号功率的变化，进而判断硅光芯片的温度变化情况。其中，硅光微环滤波器只针对单一工作波长的硅光芯片，如果对工作波长发生变化，则可能导致无法探测到硅光芯片的温度变化。

非对称MZI可应用于波长不敏感的温度探测传感器。如图1所示，非对称MZI包括分束器、两个非对称的波导臂和合束器，硅光芯片分出一部分光信号通过分束器分别传输给两个非对称的波导臂，当硅光芯片温度发生变化时，两个波导臂中光信号的相位差会发生变化，相位差不同的两路光信号进入合束器后会发生干涉效应，导致光电探测器接收的光信号功率发生变化，根据功率变化确定硅光芯片的温度变化。但是对于温度较敏感的硅光芯片，为了提高探测精度，需要提高进入分束器的光信号功率，进而导致硅光芯片的损耗较大，影响硅光系统的传输性能。

发明内容

本申请提供了一种硅光芯片温度传感器，以解决传统技术中为了提高非对称硅光子MZI的温度探测精确度，需要提高分光功率，导致硅光芯片损耗大的问题。

第一方面，本申请提供了一种硅光芯片温度传感器，其特征在于，包括：N级非对称马赫-曾德干涉仪MZI，N≥2，且N为整数；所述N级非对称MZI的每一级非对称MZI均包括两个波导臂和一个合束器，第一级非对称MZI的光信号接收端还包括一个分束器，除第一级非对称MZI外的每级非对称MZI的光信号接收端还包括两个分束器；在所述N级非对称MZI中，第K级非对称MZI的一个分束器的信号输入端与第K-1级非对称MZI的一个波导臂的信号输出端相连接，所述第K级非对称MZI的一个分束器的信号输出端分别连接第K-1级非对称MZI中合束器的第一信号输入端和第K级非对称MZI一个波导臂的信号输入端；另一个分束器的信号输入端与第K-1级非对称MZI的另一个波导臂的信号输出端相连接，所述另一个分束器的信号输出端分别连接第K-1级中合束器的第二信号输入端和第K级的另一个波导臂的信号输入端，所述第K级非对称MZI为所述N级非对称MZI中除第一级非对称MZI以外的任一级非对称MZI；所述N级非对称MZI的每一级非对称MZI中所包括的合束器的信号输出端均连接一光电探测器。

硅光芯片的分光信号输入到硅光芯片温度传感器中后，可以通过N级非对称MZI中每一级之间的两个分束器依次将分光信号部分传输。当硅光芯片温度发生变化后，在每一级两个波导臂中的光信号均发生相位变化，进而产生光程差的变化。由于第K级的光程差变化为该级与前K-1级光程差变化的累加，随着级数的增加，光信号的光程差越来越大。对于光电探测器，光程差越大，在相同的光功率条件下，光电探测器探测到的温度范围越多，温度范围精度越高。第一级光程差小，光电探测器只能探测到一个温度范围，因此根据第一级探测到的温度范围从后面N-1级分别选择正确的温度范围，从而提高温度探测的精度。整个过程不需要提高硅光芯片的分光功率，进而减少了硅光芯片的损耗。

结合第一方面的实现方式，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述N级非对称MZI中多组非对称的两个波导臂输出光信号的光程差随着级数的增加逐渐增大。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，随着级数的增加，所述N级非对称MZI中的光电探测器探测到的温度范围误差逐渐减小。

结合第一方面或第一方面第一至二种可能的实现方式其中任意一种，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述N级非对称MZI中第一级非对称MZI对应的光电探测器探测到的第一温度范围在所述硅光芯片工作温度范围内是唯一的。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述第一温度范围包含所述硅光芯片当前的工作温度。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述N级非对称MZI中第一级的通光率在所述第一温度范围内随着温度的增大单调递增或单调递减。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述N级非对称MZI中除第一级非对称MZI以外的任一级非对称MZI对应的光电探测器探测到的硅光芯片温度范围在所述硅光芯片工作温度范围内对应多个。

结合第一方面第六种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，根据所述第一温度范围从除第一级非对称MZI以外的任一级非对称MZI对应的光电探测器探测到的多个硅光芯片温度范围筛选出第二温度范围，所述第一温度范围包含所述第二温度范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统技术中的温度传感器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种两级非对称MZI硅光芯片温度传感器的结构示意图；

图3为两级非对称MZI硅光芯片温度传感器的一级MZI通光率随温度变化示意图；

图4为两级非对称MZI硅光芯片温度传感器的两级MZI通光率随温度变化示意图；

图5为本申请实施例提供的一种三级非对称MZI硅光芯片温度传感器的结构示意图；

图6为三级MZI硅光芯片温度传感器的三级非对称MZI通光率随温度变化示意图；

图1-6中，符号表示为：

10-一级非对称MZI,100-第一光电探测器，101-第一分束器，102-第一波导臂，103-第二波导臂，104-第二分束器，105-第三分束器，106-第一合束器，20-两级非对称MZI，200-第二光电探测器，201-第三波导臂，202-第四波导臂，203-第二合束器，204-第四分束器，205-第五分束器，30-三级非对称MZI，300-第三光电探测器，301-第五波导臂，302-第六波导臂，303-第三合束器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面结合附图对本申请实施例中技术方案作进一步详细的说明。

为了能够更好的对本申请提供的技术方案进行说明，首先说明一下非对称MZI温度传感器的工作原理，如上所述非对称MZI温度传感器包括接收硅光芯片分光信号的分束器、两个非对称的波导臂、合束器和光电探测器。其中两个波导臂的非对称性主要表现在以下两个方面：一，两个波导臂的有效长度非对称；二，两个波导臂的结构非对称。其中，有效长度的非对称性从大的方面也属于结构的非对称性，然而结构的非对称性还会影响两个波导臂的波导有效折射率。需要指出的是，当两个波导臂满足以上两个条件中的任何一个时，两个波导臂即组成一对非对称波导臂。当光信号通过分束器分别进入两个波导臂之后，由于两个波导臂的非对称性，当硅光芯片温度发生变化时，两路光信号相位差发生变化，即两路信号从两个波导臂输出后光程差会发生变化，光程差的大小与两个波导臂的有效长度差和波导有效折射率两个因素相关。存下光程差的两路光信号进入到合束器后，发生干涉效应，干涉效应引起光电探测器接收的光信号功率发生变化，从而实现温度传感功能。

非对称MZI温度传感器的温度探测灵敏度与两个波导臂的非对称程度相关，非对称程度越大，最终进入到合束器的光信号光程差越大，光电探测器的探测灵敏度也更高。但是由于非对称MZI的两个波导臂在制作时非对称性已经固定，因此对于包含单一非对称MZI的温度传感器，在光信号功率一定的情况下，无法改善探测灵敏度。而提高光信号功率，则会导致硅光芯片的功率损耗。因此，本申请实施例提出了一种多级非对称MZI硅光芯片温度传感器。

参见图2，硅光芯片温度传感器包括一个两级非对称MZI 20、第一光电探测器100和第二光电探测器200，两级非对称MZI 20中的第一级非对称MZI包括第一分束器101、第一波导臂102、第二波导臂103和第一合束器106。第二级非对称MZI包括第三波导臂201、第四波导臂202和第二合束器203。第二分束器104和第三分束器105作为第一级非对称MZI和第二级非对称MZI的公共部分。本实施例提供的两级非对称MZI 20中的第一级非对称MZI也可作为一个完整的一级非对称MZI 10，两级非对称MZI 20包括一级非对称MZI 10。

由图2可知，第一分束器101包括一个光信号接收端和两个光信号输出端，其中第一分束器101的光信号接收端接收硅光芯片分出的部分光信号，两个光信号输出端分别与第一波导臂102和第二波导臂103的光信号输入端相连接。进入第一分束器101的光信号被平均分为两路相同的光信号，分别送入第一波导臂102和第二波导臂103。由于第一波导臂102和第二波导臂103为一组非对称波导臂，如果硅光芯片温度不发生变化，则第一波导臂102和第二波导臂103的光信号输出端输出的光信号不会发生变化。但是当硅光芯片温度发生变化时，第一波导臂102和第二波导臂103中的光信号相位差发生变化，进而导致输出的两路光信号存在一定的光程差。

第一波导臂102的信号输出端与第二分束器104的信号输入端相连接，对应的第二波导臂103的信号输出端与第三分束器105的信号输入端相连接。第二分束器104和第三分束器105均包含两个光信号输出端。其中，第二分束器104的两个光信号输出端分别与第一合束器106的一个光信号输入端和第三波导臂201的信号输入端相连接。从第一波导臂102输出的光信号在第二分束器104中平均分配后，分别送入第一合束器106和第三波导臂201。第三分束器105的两个光信号输出端分别与第一合束器106的另一个光信号输入端和第四波导臂202的信号输入端相连接。从第二波导臂103输出的光信号在第三分束器105中平均分配后，分别送入第一合束器106和第四波导臂202。

由于第二分束器104和第三分束器105只是将第一波导臂102和第二波导臂103输出的光信号进行平均分配，因此不会改变光的特性，因此输入到第一合束器106中的两路光信号的光程差与从第一波导臂102和第二波导臂103输出的两路光信号光程差一致。因此进入到第一合束器106中的两路光信号由于存在光程差的原因，必然会发生干涉效应。第一光电探测器100与第一合束器106光信号输出端相连接，第一光电探测器100接收来自第一合束器106输出的光信号获得硅光芯片的第一温度范围。

第一波导臂102和第二波导臂103输出的光信号还分别分出一部分输入到第三波导臂201和第四波导臂202。第三波导臂201和第四波导臂202也是一组非对称的波导臂，此时输入第三波导臂201和第四波导臂202的两路光信号已经存在初始的光程差，因此两路存在光程差的光信号经过第三波导臂201和第四波导臂202输出后，两路光信号的光程差会进一步变大。

第三波导臂201和第四波导臂202的光信号输出端分别与第二合束器203的两个光信号输入端相连接。由于第三波导臂201和第四波导臂202输出的两路光信号光程差进一步变大，因此输入到第二合束器203后干涉效应更加明显。第二光电探测器200的与第二合束器203光信号输出端相连接，第二光电探测器200接收来自第二合束器203输出的光信号。

本实施例中的一级非对称MZI 10通光率设计为在硅光芯片的工作温度范围内呈单调递增或单调递减。这样当第一光电探测器100的接收功率为P₁±ΔP时，其中，ΔP为光电探测器所致探测误差，对应的温度范围只有一个唯一的第一温度范围T₁±Δt₁。如图3所示，一级非对称MZI 10通光率在硅光芯片的工作温度范围内呈单调递增。

由于第三波导臂201和第四波导臂202最终输出的两路光信号的光程差要大于第一波导臂102和第二波导臂103输出两路光信号的光程差。因此两级非对称MZI 20的通光率在硅光芯片温度传感器的工作温度范围内周期变化，变化周期与光程差相关。如果第三波导臂201和第四波导臂202最终输出的两路光信号的光程差是第一波导臂102和第二波导臂103输出两路光信号的光程差的X倍，则两级非对称MZI 20的通光率在硅光芯片温度传感器的工作温度范围内X/2个周期变化。因此，第二光电探测器200在相同的接收功率为P₁±ΔP时，对应多个温度范围。

如图4所示，两级MZI 20的通光率在硅光芯片温度传感器的工作温度范围内1.5个周期变化，因此第三波导臂201和第四波导臂202最终输出的两路光信号的光程差是第一波导臂102和第二波导臂103输出两路光信号的光程差的3倍。此时第二光电探测器200在相同的接收功率为P₁±ΔP时，对应3个温度范围分别为T₂±Δt₂、T₃±Δt₂和T₄±Δt₂，其中Δt₂小于Δt₁，而且具体到温度数值上，Δt₂的精确度也要高于Δt₁。

虽然第二光电探测器200探测到的温度范围精度更高，而且范围误差更小，但是由于温度范围存在多个，在同一时刻硅光芯片内部的温度是唯一的。因此需要从第二光电探测器200探测到的多个温度范围确定出一个准确的第二温度范围，保证硅光芯片内部的当前温度处于第二温度范围内。此时则需要根据第一光电探测器100探测到的第一温度范围T₁±Δt₁从第二光电探测器200探测到的多个温度范围中确定出准确的第二温度范围。

因为同一时刻，硅光芯片内部的温度只能存在一个，而第一温度范围T₁±Δt₁又是唯一的，因此在第一光电探测器100和第二光电探测器200同时探测的第一时刻，第一时刻硅光芯片内部的温度必然在第一温度范围T₁±Δt₁中。因此，只需要从第二光电探测器200探测到的多个温度范围中寻找出包含于第一温度范围T₁±Δt₁的温度范围即为第二温度范围。

一示意性实施例，如图3所示，假设第一光电探测器100接收功率为0.52w-0.6w，此时接收功率对应的第一温度范围为32-36℃。此时可以确定的是，硅光芯片内部的温度大于32℃小于36℃。如果此时硅光芯片内部的温度为32.6℃在第一温度范围内，然而当硅光芯片内部温度变化为32.8℃时也同样在第一温度范围内，但是第一光电探测器100由于其探测精度达不到小数级，因此无法精确的探测硅光芯片内部的温度变化。如图4所示，第二光电探测器200接收功率同样为0.52w-0.6w时，其探测到的温度范围对应多个，假设T₂±Δt₂、T₃±Δt₂和T₄±Δt₂分别对应为8.1-9.9℃、32.8-34.6℃和57.8-59.6℃。很显然，温度范围32.8-34.6℃在第一温度范围内，因此第二温度范围为32.8-34.6℃。通过第一温度范围仅可以确定硅光芯片内部的温度在32℃到36℃之间，而根据第二温度范围则可以将硅光芯片内部的温度缩小在32.8℃和34.6℃之间，而且精度更高。此时，如果当硅光芯片内部的温度为32.8℃时，第二温度范围不会变化，但是当硅光芯片内部的温度为33.1℃，第二温度范围可能会发生变化，而对应第一温度范围则不会因温度小数级的变化而产生变化。因此第二光电探测器200探测到的温度的误差要比第一光电探测器100测到的温度的误差小，且测到温度的灵敏度更高。

由上述实施例可知，本申请提供了一种硅光芯片温度传感器，包括：两级非对称MZI 20，两级非对称MZI 20的每一级均包括两个波导臂和一个合束器。其中两级非对称MZI20中的一级非对称MZI 10的光信号接收端包括第一分束器101，第一分束器101连接第一波导臂102和第二波导臂103，第一波导臂102和第二波导臂103还分别连接第二分束器104和第三分束器105，第二分束器104分别连接第一合束器106和第三波导臂201，第三分束器105分别连接第一合束器106和第四波导臂202，第三波导臂201和第四波导臂202还分别连接第二合束器203。第一合束器106连接第一光电探测器100，第二合束器203连接第二光电探测器200。

硅光芯片的分光信号输入到硅光芯片温度传感器中后，可以通过第二分束器104和第三分束器105将分光信号部分传输。当硅光芯片温度发生变化后，在每一级两个波导臂中的光信号均发生相位变化，产生光程差。由于第一波导臂102和第二波导臂103输出的两路光信号已经存在光程差，因此第三波导臂201和第四波导臂202接收的光信号开始就存在光程差，因此从第三波导臂201和第四波导臂202输出的两路光信号的光程差要大于第一波导臂102和第二波导臂103输出的两路光信号的光程差。对于光电探测器，光程差越大，在相同的光功率条件下，光电探测器探测到的温度范围越多，温度范围精度越高。第一级光程差小，光电探测器只能探测到一个温度范围，因此根据第一级探测到的温度范围从第二级探测到的多个温度范围内选择正确的温度范围，从而提高硅光芯片温度传感器的温度探测的精度，整个过程不需要提高硅光芯片的分光功率，进而减少了硅光芯片的损耗。

本申请实施例还提供了另外一种硅光芯片温度传感器，如图5所示，本实施例提供的硅光芯片温度传感器包括一三级非对称MZI 30、第一光电探测器100、第二光电探测器200和第三光电探测器300。相对上述实施例提供的硅光芯片温度传感器中的两级MZI 20，本实施例提供的硅光芯片温度传感器中的三级非对称MZI 30增加了第三级非对称MZI结构，包括第四分束器204、第五分束器205、第五波导臂301、第六波导臂302和第三合束器303。其中，第四分束器204和第五分束器205作为第三级非对称MZI 30中第二级非对称MZI与第三级非对称MZI的公共部分。

由图5可知，三级非对称MZI 30的前两级结构与上述实施例提供的两级MZI 20基本一致，不同的是在三级非对称MZI 30中，第三波导臂201的光信号输出端连接第四分束器204，第四波导臂202的光信号输出端连接第五分束器205。第四分束器204的两个光信号输出端分别连接第五波导臂301的光信号输入端和第二合束器203的一个光信号输入端；第五分束器205的两个光信号输出端分别连接第六波导臂302的光信号输入端和第二合束器203的另一个光信号输入端。第三波导臂201输出的光信号在第四分束器204内平均分配，并通过两个光信号输出端分别传输给第五波导臂301和第二合束器203；第四波导臂202输出的光信号在第五分束器205内平均分配，并通过两个光信号输出端分别传输给第六波导臂302和第二合束器203。

第五波导臂301和第六波导臂302的光信号输出端分别连接第三合束器303的两个光信号输入端，第三合束器303的光信号输出端连接第三光电探测器300。第三光电探测器300接收来自第三合束器303输出的光信号获得硅光芯片的第三温度范围。

由上述分析可知，当硅光芯片内部温度发生变化时，从第一波导臂102和第二波导臂103输出的光信号已经存在光程差，存在光程差的两路光信号又被分别送入第三波导臂201和第四波导臂202，输出后的光信号进一步增大。而本实施例中，从第三波导臂201和第四波导臂202输出的两路光信号，又分别送入第五波导臂301和第六波导臂302中，很显然地，当两路光信号从第五波导臂301和第六波导臂302中输出时，新的两路光信号的光程差会比从第三波导臂201和第四波导臂202输出的两路光信号的光程差更大。因此三级非对称MZI 30的通光率在硅光芯片温度传感器的工作温度范围内的变化周期要比两级非对称MZI20的还要小。因此第三光电探测器300在相同的接收功率为P₁±ΔP时，同样对应多个温度范围，而且温度范围的个数要比第二光电探测器200探测到的更多，且精确度更高。

如图6所示，三级MZI 30的通光率在硅光芯片温度传感器的工作温度范围内3个周期变化，因此第五波导臂301和第六波导臂302最终输出的两路光信号的光程差是第一波导臂102和第二波导臂103输出两路光信号光程差的6倍，是第三波导臂201和第四波导臂202输出两路光信号光程差的2倍。此时第三光电探测器300在相同的接收功率为P₁±ΔP时，对应6个温度范围分别为T₅±Δt₃、T₆±Δt₃、T₇±Δt₃、T₈±Δt₃、T₉±Δt₃和T₁₀±Δt₃，其中Δt₃小于Δt₂，而且具体到温度数值上，Δt₃的精确度也要高于Δt₂。

同样的问题，虽然第三光电探测器300探测到的温度范围相比第二光电探测器200的探测精度更高，而且范围误差更小，但是由于温度范围也存在多个，在同一时刻硅光芯片内部的温度是唯一的。因此需要从第三光电探测器300探测到的多个温度范围确定出一个准确的第三温度范围，保证硅光芯片内部的当前温度处于第三温度范围内。此时则需要根据第一光电探测器100探测到的第一温度范围T₁±Δt₁从第二光电探测器200探测到的多个温度范围中确定出准确的第二温度范围，然后根据第二温度范围从第三光电探测器300探测到的多个温度范围中确定出准确的第三温度范围。因此只要从第三光电探测器300探测到的6个温度范围中确定出一个包含于第二温度范围的温度范围即为第三温度范围。

同样以上述给出的示意性实施例为例，第一光电探测器100、第二光电探测器200和第三光电探测器300接收功率均为0.52w-0.6w时，此时第一温度范围为32-36℃，第二温度范围确定出为32.8-34.6℃，假设T₅±Δt₃、T₆±Δt₃、T₇±Δt₃、T₈±Δt₃、T₉±Δt₃和T₁₀±Δt₃分别对应为0.01-0.10℃、10.01-10.10℃、22.92-23.01℃、34.47-34.56℃、48.92-49.01℃和61.46-61.55℃。很显然，温度范围34.47-34.56℃在第二温度范围32.8-34.6℃内，因此第三温度范围为34.47-34.56℃。

对比第一温度范围、第二温度范围和第三温度范围，可以很明显的看出第一温度范围两个温度值差值为4℃，而且第一光电探测器100探测精度只为整数级。第二温度范围两个温度值差值为1.8℃，此时第二光电探测器200探测精度为小数点后一位。而第三温度范围两个温度值差值仅为0.09℃，此时第三光电探测器300探测精度为小数点后两位。假设当硅光芯片内部温度为34.51℃时，第三温度范围对应的34.47-34.56℃与34.51℃非常相近，误差几乎可以忽略。相应的，当硅光芯片内部温度发生微弱变化时，第三光电探测器300可以准确探测到。

由上述实施例可知，本申请提供了一种硅光芯片温度传感器，包括：三级非对称MZI 30、第一光电探测器100、第二光电探测器200和第三光电探测器300，通过第一光电探测器100探测到的第一温度范围从第二光电探测器200探测到的多个温度范围中确定出准确的第二温度范围，进而通过第二温度范围从第三光电探测器300探测到的多个温度范围内确定出准确的第三温度范围。从第一级到第三级，随着每组非对称波导臂输出的两路光信号的光程差越来越大，从第一温度范围到第三温度范围，温度范围误差越来越小，光电探测器的探测精度越来越高。进而相比上一个实施例提供的硅光芯片温度传感器，可以在保证硅光芯片的分光功率不变的情况下，进一步提高温度探测的精度。

以上给出了本申请提出的硅光芯片温度传感器的两种实现方式，可以看出随着硅光芯片温度传感器中N级非对称MZI中N的增大，硅光芯片温度传感器探测到的温度精度越来越高，误差越来越小。而且上述给出的包含两级非对称MZI和三级MZI的硅光芯片温度传感器仅是示意性的，可以根据硅光芯片中硅光子器件对温度的敏感性不同，将硅光芯片温度传感器中的非对称MZI的级数，增加到4级、5级……N级，对此不做具体限定。对应的随着级数的增加，光电探测器的探测精度会进一步提高，误差进一步减小，例如探测精度可能会精确到小数点后3位，甚至更多，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种硅光芯片温度传感器，其特征在于，包括：N级非对称马赫-曾德干涉仪MZI，N≥2，且N为整数；所述N级非对称MZI的每一级非对称MZI均包括两个波导臂和一个合束器，第一级非对称MZI的光信号接收端还包括一个分束器，除第一级非对称MZI外的每级非对称MZI的光信号接收端还包括两个分束器；在所述N级非对称MZI中，第K级非对称MZI的一个分束器的信号输入端与第K-1级非对称MZI的一个波导臂的信号输出端相连接，所述第K级非对称MZI的一个分束器的信号输出端分别连接第K-1级非对称MZI中合束器的第一信号输入端和第K级非对称MZI一个波导臂的信号输入端；另一个分束器的信号输入端与第K-1级非对称MZI的另一个波导臂的信号输出端相连接，所述另一个分束器的信号输出端分别连接第K-1级中合束器的第二信号输入端和第K级的另一个波导臂的信号输入端，所述第K级非对称MZI为所述N级非对称MZI中除第一级非对称MZI以外的任一级非对称MZI；

所述N级非对称MZI的每一级非对称MZI中所包括的合束器的信号输出端均连接一光电探测器。

2.根据权利要求1所述的硅光芯片温度传感器，其特征在于，所述N级非对称MZI中多组非对称的两个波导臂输出光信号的光程差随着级数的增加逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的硅光芯片温度传感器，其特征在于，随着级数的增加，所述N级非对称MZI中的光电探测器探测到的温度范围误差逐渐减小。

4.根据权利要求1-3任一项所述的硅光芯片温度传感器，其特征在于，所述N级非对称MZI中第一级非对称MZI对应的光电探测器探测到的第一温度范围在所述硅光芯片工作温度范围内是唯一的。

5.根据权利要求4所述的硅光芯片温度传感器，其特征在于，所述第一温度范围包含所述硅光芯片当前的工作温度。

6.根据权利要求4所述的硅光芯片温度传感器，其特征在于，所述N级非对称MZI中第一级的通光率在所述第一温度范围内随着温度的增大单调递增或单调递减。

7.根据权利要求6所述的硅光芯片温度传感器，其特征在于，所述N级非对称MZI中除第一级非对称MZI以外的任一级非对称MZI对应的光电探测器探测到的硅光芯片温度范围在所述硅光芯片工作温度范围内对应多个。

8.根据权利要求7所述的硅光芯片温度传感器，其特征在于，根据所述第一温度范围从除第一级非对称MZI以外的任一级非对称MZI对应的光电探测器探测到的多个硅光芯片温度范围筛选出第二温度范围，所述第一温度范围包含所述第二温度范围。

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