JP2023529832A - 共振器差分手法を用いたフォトニックデバイス - Google Patents

共振器差分手法を用いたフォトニックデバイス Download PDF

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Abstract

フォトニックデバイスは、温度に対する第１の共振周波数応答及び温度に対する異なる第２の共振周波数応答を有する１つ以上の光共振器を有する。少なくとも１つの実施形態では、第１の導波管は、第１の周波数を有する入力光を第１の光共振器に光学的に結合し、第２の導波管は、第２の周波数を有する入力光を第２の光共振器に光学的に結合する。１つ以上の光共振器からの光出力が組み合わされる。フォトニックデバイスの温度は、複合光出力におけるビート周波数から決定され得る。１つ以上の光検出器は、複合光出力を電気信号に変換し得、電気信号で検出された周波数は、複合光出力のビート周波数を示す。ビート周波数は、フォトニックデバイスの温度と相関している。一実施形態では、１つ以上の多モード光共振器が使用され得る。【選択図】図３

Description

本開示は、フォトニックデバイス及び方法に関し、特に、温度などの物理的条件を測定するためのフォトニックデバイス及び方法に関する。
フォトニック温度計は、温度測定値を取得するためにセンサ内の光の特性を検出する温度測定システムのクラスである。これらのシステムは、それらのサイズ、堅牢性、正確さ、精密さ、及び潜在的な用途の範囲について評価される。しかしながら、これらの温度測定システムにはある欠点が伴う。いくつかの測定デバイスの応答特性は、経時的なフォトニック温度計のドリフトにおける光の特性を検出するために使用される。その結果、測定システムの動作は、経時的に一貫した性能を得るために周期的な再較正を伴い得る。これらのシステムで使用される測定デバイスのいくつかのクラスは高価であり得、解像度が制限される場合がある。周囲温度の変動もまた、これらの測定デバイスの動作に大きく影響を及ぼし得るため、これらの測定デバイスを温度変動に晒すと、取得した測定値に不確実さが生じ得る。
本明細書では、フォトニックデバイスが、温度に対する第１の共振周波数応答及び温度に対する異なる第２の共振周波数応答を有する１つ以上の光共振器を有するシステム及び方法を開示する。フォトニックデバイスが光学温度計に実装される場合、共振周波数差によって、フォトニックデバイスの温度を示すビート周波数を有する出力信号が生成される。
様々な実施形態では、本開示のフォトニックシステムは、基板と、基板内又は基板上の、温度に対する第１の共振周波数応答を有する第１の光共振器と、基板内又は基板上の、温度に対する第２の共振周波数応答を有する第２の光共振器と、第１の光ビームを受けるように光学的に結合され、第１の光共振器に光学的に結合されている第１の導波管と、第２の光ビームを受けるように光学的に結合され、第２の光共振器に光学的に結合されている第２の導波管と、を含む、フォトニックデバイスを備える。フォトニックシステムは、フォトニックデバイスからの出力光を電気信号に変換するように構成された検出器を更に含む。検出器は、光検出器、波長計若しくは周波計、又は強度、波長、周波数などの出力光の態様を検出するように構成された他の検出回路であってもよい。検出器は、出力光の検出された態様を表す電気信号を生成することによって、出力光を電気信号に変換する。
フォトニックシステムは、第１の導波管からの第１の出力光及び第２の導波路からの第２の出力光を組み合わせて複合光にするように構成された光コンバイナであって、複合光は、フォトニックデバイスの出力光である、光コンバイナと、電気信号の特性を測定するように構成された１つ以上の測定デバイスと、を更に備え得る。電気信号の特性は、フォトニックデバイスの温度などのフォトニックデバイスの物理的条件に対応するか、又は別の方法で該物理的条件を示すものである。
様々な実施形態では、フォトニックデバイスを動作させる方法は、第１の光ビームをフォトニックデバイスの第１の導波管内へと方向付けることと、第２の光ビームをフォトニックデバイスの第２の導波管内へと方向付けることと、第１の導波管からの第１の出力光と第２の導波管からの第２の出力光との間の周波数差を決定することと、周波数差に基づいてフォトニックデバイスの温度を決定することと、を含み得る。場合によっては、第１の導波管からの第１の出力光及び第２の導波管からの第２の出力光は、組み合わされて複合光にされてもよく、周波数差は、複合光に基づいて決定される。
この方法は、第１の光ビームの周波数をフォトニックデバイス内の第１の光共振器の第１の共振共振周波数にロックすることと、第２の光ビームの周波数をフォトニックデバイス内の第２の光共振器の第２の共振共振周波数にロックすることと、を更に含み得る。周波数差は、第１の光ビームの周波数が第１の共振周波数にロックされ、第２の光ビームの周波数が第２の共振周波数にロックされた後に決定され得る。
図面では、同一の参照番号により類似の要素又は作用が識別される。図面における要素のサイズ及び相対位置は、必ずしも縮尺どおりに描かれていない。例えば、種々の要素の形状及び配向は必ずしも縮尺どおりに描かれているわけではなく、これらの要素の一部は、図面の明瞭性を向上させるために任意に拡大されかつ位置付けられていてもよい。なお、図示されるような要素の特定の形状は、必ずしも特定の要素の実際の形状に関する任意の情報を伝えることが意図されているわけではなく、単に図面において認識しやすいように選択されていてもよい。
温度測定に使用可能なフォトニックデバイスの一例の斜視図である。 図１Ａのフォトニックデバイスの光共振器の上面図である。 温度に対する図１Ａのフォトニックデバイスの屈折率の変化を示すグラフである。 温度に対する図１Ａのフォトニックデバイスの共振応答の変化を示すグラフである。 本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイスを含む測定システムの概略ブロック図である。 図３のフォトニックデバイスの第１の光共振器及び第２の光共振器の上面図である。 図４Ａの線Ａ－Ａに沿って取られた第１の光共振器の断面図である。 温度に対する図３のフォトニックデバイスの第１の光共振器及び第２の光共振器の光共振周波数の変化を示すグラフである。 温度に対する図３のフォトニックデバイスのビート周波数の変化を示すグラフである。 温度に対する図３の第１のフォトニックデバイスの第１の光共振器及び第２の光共振器の屈折率の変動を示すグラフである。 光共振器内の空洞のモード番号及び光路長に対する光共振器の共振波長の変動を示すグラフである。 図３のフォトニック温度計の温度を決定する方法を示すフロー図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニック温度計を含む温度測定システムの別の概略ブロック図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイスを含む測定システムの別の概略ブロック図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイスを含む測定システムの別の概略ブロック図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイスを含む測定システムの別の概略ブロック図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイスを含む測定システムの別の概略ブロック図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイスを含む測定システムの別の概略ブロック図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイスを含む測定システムの別の概略ブロック図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイスを含む測定システムの別の概略ブロック図である。 本明細書に記載の測定システムのフォトニックデバイスに実装され得る光共振器の例を示す。 本明細書に記載の測定システム内の光を共振させるために使用され得る複数のフォトニック結晶の例示的な構造を示す。
図１Ａは、例えば、温度を測定するためにフォトニック温度計で使用され得るフォトニックデバイス１０２を含むシステム１００の少なくとも１つの実施形態を示す。フォトニックデバイス１０２は、光共振器１０６と、光共振器１０６に近接する導波管１０４と、を有する基板１０８を含む。フォトニックデバイス１０２は、フォトニックデバイス１０２の温度の変化に対応する光共振器１０６を形成する材料の屈折率の変化など、光共振器１０６の熱光学効果によって変化する光共振器１０６の共振周波数に基づいて温度を測定するために使用可能である。導波管１０４は、導波管１０４の内外に光を伝達するために、基板１０８上の第１のポート１１０及び第２のポート１１２を含む光のための導管である。
基板１０８は、固定関係で光共振器１０６及び導波管１０４を支持する。基板１０８（導波管１０４及び光共振器１０６を含む）は、導波管１０４に入る光の少なくとも一部が導波管１０４内の内部反射を介して光共振器１０６内へと方向付けられるように、光学的に透明な性質を有する材料で形成され得る。例えば、基板１０８は、非限定的な例として、二酸化ケイ素などのケイ素、ケイ酸塩（例えば、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、ケイ酸アルミニウム）、炭酸塩（例えば、炭酸ナトリウム）、ガラスセラミック、アモルファス金属、又は無シリカガラスを含む金属から形成され得る。基板１０８は、フォトニックデバイス１０２の所望の用途又は性質に基づいて、他の好適な材料で形成されてもよい。基板１０８、導波管１０４、及び光共振器１０６を含むフォトニックデバイス１０２は、非限定的な例として、リソグラフィ方法（例えば、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、エンボス加工、直接パターン書き込み、３Ｄ印刷）、成膜、成膜拡張、及び膜エッチングなどの様々な製造方法を使用して形成され得る。
図２Ａは、基材１０８の屈折率と温度との間の関係を示すグラフ２００を示す。グラフ２００は、より具体的には、シリコンで形成された基板１０８の屈折率ｎと温度Ｔとの間の関係を示す。示されるように、基板１０８の屈折率ｎの変化は、温度Ｔの変化に正比例する。例えば、基板１０８の屈折率ｎは、基板１０８の温度Ｔに対して直線的に変化し得る。基板１０８は、いくつかの実施形態では、温度に対して異なる応答特性を有する光学的性質を有し得る。
図１Ａに戻って参照すると、光共振器１０６は、少なくともいくつかの実施形態では、導波管１０４に光学的に結合されている。いくつかの実施形態では、導波管１０４は、光共振器１０６から離間している。第１のポート１１０を介して導波管１０４に入る光の少なくとも一部は、光共振器１０６内で受けられる。光共振器１０６内の光の特性が修正され、修正された光は、導波管１０４に再び結合される。修正された光は、元の光と共に重なり合って導波管１０４の残部を通過する。修正された光及び元の光は、導波管１０４の第２のポート１１２から出力される。
図１Ｂは、光共振器１０６の光路１１６を示す。特に、光共振器１０６は、環状又はトロイダル形状を有する。光路１１６は、光共振器１０６の断面中心を通って円周方向に延在する。動作中、光共振器１０６に結合された光は、第１の点１１８で光共振器１０６に入り、光路１１６に沿って光共振器１０６の内面間で内部反射する。光は、第２の点１２０から光共振器１０６を出る。光共振器１０６を通過する光の特性は、導波管１０４を通過する光に対して修正され得る。当業者は、異なる光線がそれぞれ光共振器１０６の内外へと結合される、異なる第１の点１１８及び第２の点１２０が存在し得ることを理解するであろう。修正された光は、第２の点１２０から導波管１０４に再び結合され、元の光と共に導波管１０４から出る。
フォトニックデバイス１０２が受ける温度の変化と、それに伴う屈折率ｎの変化の結果として、光路１１６の有効長が変化し得る。例えば、光路１１６の有効長は、以下の等式に従って変化し得る。
Ｌｅｆｆ（Ｔ）＝ｎｅｆｆ（Ｔ）Ｌ
式中、Ｌｅｆｆは、光路１１６の有効長であり、Ｔは、フォトニックデバイス１０２が受ける温度であり、ｎは、基材１０８の屈折率である。見て分かるように、光路１１６の有効長Ｌｅｆｆは、フォトニックデバイス１０２が受ける温度Ｔの変化によって変化する。長さＬｅｆｆは、例えば、対応する温度上昇と共に増加し得る。
有効長Ｌｅｆｆの変化は、光共振器１０６内の光の対応する変化をもたらす。図２Ｂは、温度変化の結果として、第２のポート１１２から出力される光の特性の変化を示すグラフ２０２を示す。例えば、修正された光の強度は、第１の温度で波長に対して第１のプロファイル２０４を有し、第２の温度で波長に対して第２のプロファイル２０６を有し得る。
既存の熱測定システム又はフォトニック温度計は、フォトニックデバイス１０２と、フォトニックデバイス１０２の第２のポート１１２から出力される光を受けるように結合された波長計と、を含み得る。波長計は、光の波長を分析し、その共振を検出して、フォトニックデバイス１０２の共振と温度との既知の関係に基づいて、フォトニックデバイス１０２の温度を決定し得る。しかしながら、現在知られている波長計は、調達及び維持に費用がかかる。波長計はまた、経時的に大きなドリフトが生じる可能性があり、システム全体の較正に悪影響を及ぼす。経時的に正確な測定を確実にするために、システムの周期的な再較正が必要とされ得る。したがって、そのような測定システムの使用者には、かなりの訓練及び科学知識が適切であり、そのようなシステムを動作させることに関連付けられたコスト及び複雑さを増加させる。
図３は、本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニック温度計として動作するフォトニックデバイス３０２を含む測定システム３００の概略ブロック図である。フォトニックデバイス３０２は、基板３０８内又は基板３０８上に第１の導波管３０４及び第１の光共振器３０６を含み、第１の光共振器３０６は、第１の導波管３０４に光学的に結合されている。フォトニックデバイス３０２はまた、基板３０８内又は基板３０８上に第２の導波管３１０及び第２の光共振器３１２を含み、第２の光共振器３１２は、第２の導波管３１０に光学的に結合されている。第２の導波管３１０は、第１の導波管３０４から離間し、第１の導波管３０４とは別個の光路を画定する。いくつかの実施形態では、第１の導波管３０４、第１の光共振器３０６、第２の導波管３１０、及び第２の光共振器３１２は、同じチップ上に構築される。
フォトニックデバイス３０２に導入された光は、基板３０８の外部に設けられる、又は露出する、第１のポート３１４と第２のポート３１６との間の第１の導波管３０４を通過し得る。フォトニックデバイス３０２に導入された光はまた、同じく基板３０８の外部に設けられ得る、又は露出し得る、第１のポート３１８と第２のポート３２０との間の第２の導波管３１０を通過し得る。いくつかの実施形態では、第１のポート３１４、３１８の一方若しくは両方、又は第２のポート３１６、３２０の一方若しくは両方は、入力光を第１の導波管３０４又は第２の導波管３１０に結合するように構成された１つ以上の格子カプラ又は他のタイプのカプラを含み得る。いくつかの実施形態では、第１又は第２の導波管３０４、３１０の一方又は両方は、光の効率的な結合を容易にするために、第１のポート３１４、３１８の一方若しくは両方、又は第２のポート３１６、３２０の一方若しくは両方に別の形状を有し得る。いくつかの実施形態では、第１のポート３１４、３１８の一方若しくは両方、又は第２のポート３１６、３２０の一方若しくは両方は、第１又は第２の導波管３０４、３１０の一方又は両方に出入りする光をエッジ結合するように構成され得る。
基板３０８、第１の光共振器３０６、及び第２の光共振器３１２を含むフォトニックデバイス３０２は、様々な材料を使用して製造され得る。そのような材料の非限定的な例としては、ケイ素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素（別名、シリカ、オキシド、石英、溶融シリカ）、ヒ化ガリウム、サファイア（アルミナ、酸化アルミニウム）、ゲルマニウム、フッ化物材料、臭化物材料、及び塩化物材料が挙げられる。基板３０８、第１の光共振器３０６、及び第２の光共振器３１２を含むフォトニックデバイス３０２は、非限定的な例として、リソグラフィ方法（例えば、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、エンボス加工、直接パターン書き込み、３Ｄ印刷）、成膜、成膜拡張、及び膜エッチングなどの様々な製造方法を使用して形成され得る。
第２の光共振器３１２は、第１の光共振器３０６から離間している。第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２は、光共振器のうちの１つの光が他の光共振器に結合されないように、互いに光学的に分離されている。いくつかの実施形態では、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２は、同じタイプの光共振器である。しかしながら、第２の光共振器３１２の１つ以上の態様は、第１の光共振器３０６とは異なる。その結果、第２の光共振器３１２は、温度範囲に対して第１の光共振器３０６とは異なる共振周波数応答を有する。
第１の光共振器３０６と第２の光共振器３１２との間の共振周波数応答の差を生む多くの方法がある。例えば、１つ以上の薄膜領域が、第１の光共振器３０６若しくは第２の光共振器３１２のうちの一方の周りに位置付けられ、他方にはない場合もあり、又は異なるサイズ若しくは組成の薄膜領域が、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の両方の周りに位置付けられる場合もある。第１の光共振器３０６上又はその周りの機械的応力は、第２の光共振器３１２上又はその周りの機械的応力とは異なり得る。受動的な熱機構（例えば、チップ設計）を使用するか、又は能動的な熱機構（例えば、マイクロヒーター）によって、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２のそれぞれに異なる温度が適用されてもよい。更なる例として、第１の光共振器３０６の屈折率は、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２を作製するために使用されるドーパント（複数可）のタイプ又は濃度を変えるなど、能動的又は受動的屈折率変動を使用する第２の光共振器３１２の屈折率とは異なり得る。当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の光共振器３０６と第２の光共振器３１２との間の共振周波数応答の差が実装され得る無数の方法があることを理解するであろう。
第１の光共振器３０６に対する第２の光共振器３１２の異なる共振周波数応答は、第１の光共振器３０６に対する第２の光共振器３１２のサイズの１つ以上の違いに起因し得る。例えば、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２は、１つ以上の寸法において異なる値を有し得る。例えば、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２は、異なる光路長（図３に示される円周方向Ｃ）、異なる厚さ（図３に示される軸方向Ａ）、又は異なる幅（図３に示される半径方向Ｒ）を有し得る。非限定的な例として、第１の光共振器３０６は、１８６．５７２μｍの光路長を有し得、第２の光共振器３１２は、１８６．８００μｍの光路長を有し得る。別の非限定的な例として、第１の光共振器３０６は、５３３ｎｍの幅を有し得、第２の光共振器３１２は、５３０ｎｍの幅を有し得る。したがって、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２は、寸法差により、温度に対して異なる光共振周波数を有し得る。
第１の光共振器３０６に対する第２の光共振器３１２の異なる共振周波数応答は、第１の光共振器３０６に対する第２の光共振器３１２の材料の１つ以上の違いに起因し得る。第２の光共振器３１２は、例えば、第１の光共振器３０６とは異なる材料を含み得る。第２の光共振器３１２は、第１の光共振器３０６に含まれていない追加のクラッディングの層を含み得る。特定の非限定的な例として、第１の光共振器３０６は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層上に形成され得る。第２の光共振器３１２は、酸化ケイ素層上に形成される酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の層などの追加の材料を含み得るが、第１の光共振器３０６は、酸化アルミニウム層を含まないか、又は異なる厚さの酸化アルミニウム層を有する。
材料の違いは、第１の光共振器３０６のコアの材料と第２の光共振器３１２のコアの材料との違いであり得る。材料の違いは、第１の光共振器３０６のクラッディングの材料と第２の光共振器３１２のクラッディングの材料との違いであり得る。第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２のコア又はクラッディングの違いは、材料のタイプ又は組成、材料の光学的性質、材料の濃度、又は他の違いであり得る。
第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振波長は、以下の等式を使用して計算することができる。
Figure 2023529832000002
式中、ｌｉは、それぞれの光共振器の長さであり、ｎｉは、それぞれの共振器の屈折率であり、ｍｉは、それぞれの共振器のモード番号である。
第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の温度に対する共振波長の変化を表す曲線の傾きは、温度に関して変化し得る。特に、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振波長曲線の傾きの変化は、以下の等式によって表される。
Figure 2023529832000003
式中、
Figure 2023529832000004
は、それぞれの光共振器の温度の変化に対する波長の変化であり、
Figure 2023529832000005
は、それぞれの光共振器の温度の変化に対する屈折率の変化であり、ｌは、それぞれの光共振器の長さであり、ｍは、それぞれの光共振器のモード番号である。温度変化に関する適切なビート周波数ｆｂｅａｔを得るために、以下により詳細に記載されるように、適切なモード番号ｍ、光共振器長さｌ、及び有効屈折率ｎは、前述の関係に従って決定される。第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の異なる特性は、第１の光共振器３０６と第２の光共振器３１２との間の異なる共振周波数応答をもたらす。
第１の光共振器３０６に対する第２の光共振器３１２の異なる共振周波数応答は、第１の光共振器３０６に対する第２の光共振器３１２の構造の１つ以上の違いに起因し得る。一例として、図４Ａは、第１の光共振器４０２及び第２の光共振器４０４の上面図を示し、第１の光共振器４０２は、第２の光共振器４０４に存在しない構造的特徴を有する。特に、第１の光共振器４０２は、第１の光共振器４０２の光路上又は光路内にセクション４０６を有する。
図４Ｂは、図４Ａの線Ａ－Ａに沿って取られた第１の光共振器４０２の断面図を示す。第１の光共振器４０２は、基板４０８上に形成される。セクション４０６は、第１の光共振器４０２の光路の一部上又は該光路の一部内に形成される。第１の光共振器４０２は、幅Ｗ１及び厚さＴ１を有し得る。図４Ａ及び図４Ｂに示されるセクション４０６は、第１の光共振器４０２の残りの部分とは異なる１つ以上の属性を有する。この違いは、寸法若しくはサイズ、セクション４０６内又はセクション４０６周りの材料、機械的応力、又はセクション４０６を有さない光共振器に対して第１の光共振器４０２の共振周波数を変化させる、図３に関して上述した他の属性の違いであり得る。
例えば、図４Ｂでは、セクション４０６は、第１の光共振器４０２の残りの部分の幅Ｗ１とは異なる幅Ｗ２を有する。寸法の違いは、厚さＴ１の違いを含み得る。その他の場合、第１の光共振器４０２及び第２の光共振器４０４の他の寸法は同じであり得る。いくつかの実施形態では、セクション４０６は、第１の光共振器４０２の上に形成されてもよく、又は第１の光共振器４０２と基板４０８との間に形成されてもよく、又は第１の光共振器４０２の側面上又は該側面の近くで幅方向外側に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、セクション４０６は、第１の光共振器４０２の残りの部分とは異なる断面形状を有してもよい。例えば、セクション４０６は、円形の断面形状を有するのに対し、第１の光共振器４０２の残りの部分は、長方形の断面形状を有し得る。
図３に戻って参照すると、測定システム３００は、第１のポート３１４及び３１８に結合された入力部分３２２を含み、第２のポート３１６及び３２０に結合された出力部分３２４を含む。入力部分３２２は、光３２６を生成する光源３２８を含む。光源３２８は、光３２６の周波数を調整するように制御可能である調整可能光源であり得る。例えば、光３２６は、最初に第１の周波数ｆ１を有し得、光源３２８は、２回目に第２の周波数ｆ２を有するように光３２６を調整するように動作され得る。
いくつかの実施形態では、光源３２８は、レーザー光を生成するレーザー光源である。レーザー光源は、非限定的な例として、１５３０ｎｍ～１５６５ｎｍの波長範囲のレーザー光を生成するテレコム用Ｃバンドレーザーであり得る。光源３２８は、同じく非限定的な例として、可視スペクトル光、近赤外光、中赤外光、及び遠赤外光、Ｘ線スペクトル光、及び紫外線スペクトル光を含む他のスペクトルの光を生成し得る。いくつかの実施形態では、高周波電磁源が使用されてもよい。光源３２８は、連続波狭帯域レーザー光源、周波数コーム光源、広帯域光源、パルス光源、可干渉光源、非干渉光源、又はフォトニックデバイス３０２の光共振と互換性がある光を生成するように動作可能な任意の他のタイプの光源であり得る。
光３２６は、光３２６を第１の入力光３３２と補助光３３４とに分割する光学素子３３０内へと方向付けられる。光学素子３３０は、ビームを、同じ光学特性を有する、第１の入力光３３２及び補助光３３４の２つの光ビームに分割するビームスプリッタであり得る。補助光３３４は、光シフタ３３６内へと方向付けられ、光シフタ３３６は、補助光３３４の周波数を固定周波数量ｆＳだけシフトさせる。光シフタ３３６は、いくつかの実施形態では、補助光３３４の位相をシフトさせ得る。光シフタ３３６は、第１の入力光３３２の第２の周波数ｆ２とは異なる第３の周波数ｆ３を有する第２の入力光３３８を出力する。光シフタ３３６は、いくつかの実施形態では、補助光３３４の特性のシフトを達成するために電力を消費しない光学素子を含む、１つ以上の受動デバイスを含んでもよい。光シフタ３３６は、例えば、通過する光の周波数を変化させる結晶構造を有する材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光シフタ３３６は、特性のシフトを達成するために電力を消費する能動デバイス（例えば、周波数変調器）を含む。そのような実施形態では、光シフタ３３６は、第２の入力光３３８の周波数を第２の光共振器３１２の共振周波数に調整するように制御され得る。
光源３２８からの光３２６の周波数は、第１の周波数ｆ１から、第１の光共振器の共振周波数であり得る第２の周波数ｆ２へと調整され、光学素子３３０によって分割されて、第１の入力光３３２を提供し得る。第１の入力光３３２の周波数は、特定の温度及びモード番号（例えば、－２００℃の温度でモード番号３００）に対する第１の光共振器３０６の共振周波数である、第２の周波数ｆ２にロックされる。第２の入力光３３８の周波数は、同じ特定の温度及びモード番号（例えば、－２００℃の温度でモード番号３００）に対する第２の光共振器３１２の共振周波数である、第３の周波数ｆ３に調整され、ロックされる。いくつかの実施形態では、光シフタ３３６は、補助光３３４がシフトされる周波数量ｆｓを変化させるように選択的に制御可能である。いくつかの実施形態では、光シフタ３３６は、第１の入力光３３２に対して固定周波数量ｆｓだけ補助光３３４をシフトさせる。そのような実施形態では、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振周波数は、フォトニックデバイス３０２の出力において別個に決定され得る。第１の導波管３０４からの第１の出力光と第２の導波管３１０からの第２の出力光との間の周波数差が決定され得、その周波数差に基づいて、温度などのフォトニックデバイス３０２の物理的条件が決定され得る。
動作中、光源３２８の周波数は、一定期間にわたって第１の周波数ｆ１から第２の周波数ｆ２に掃引又は変更され得る。例えば、光源３２８は、放出された光３２６が最初に第１の周波数ｆ１を有するように制御され得る。光源３２８は、光３２６が、フォトニックデバイス３０２の現在の温度で第１の光共振器３０６の共振周波数である第２の周波数ｆ２を有するまで、一定期間にわたって放出された光３２６の周波数を増減させるように制御される。
補助光３３４及び第１の入力光３３２の両方は、光源３２６から分割されるため、補助光３３４の周波数は、第１の入力光３３２の周波数と共に変化する。光シフタ３３６は、補助光３３４に対して第２の入力光３３８の周波数を周波数量ｆｓだけ変化させ得る。光３２６の周波数は、定義された増分で連続的又は段階的に調整され得る。本明細書に記載されるように、フォトニックデバイス３０２の出力は、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振周波数を識別するために評価され、共振周波数は、フォトニックデバイス３０２の温度を決定するために使用される。入力部分３２２は、第１の入力光３３２の周波数に対して第２の光入力３３８の周波数を制御する光周波数ロックループを含み得る。
フォトニックデバイス３０２の温度は、メモリに記憶された温度対応データにアクセスすることによって決定され得る。いくつかの実施形態では、フォトニックデバイス３０２の温度は、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振周波数に基づいて決定される。いくつかの実施形態では、温度は、温度対応データに反映されるように、共振周波数の周波数差と温度との間の対応に基づいて決定される。温度対応データは、共振周波数（又はその態様、組み合わせ、又は差）とフォトニックデバイス３０２の温度との対応を表すルックアップテーブル及び／又は関数（すなわち、公式又は等式）を含み得る。
いくつかの実施形態では、測定システム３００は、第２の入力光３３８を生成する第２の光源（図示せず）を含んでもよい。そのような実施形態では、測定システム３００は、光学素子３３０及び光シフタ３３６を除外してもよい。例えば、第１の光源及び第２の光源は、それぞれがレーザー光を生成する別個の又は別個に動作可能なレーザー光源であってもよい。第２の光源によって生成された第２の入力光３３８は、第１のポート３１８を介して第２の導波管３１０内へと方向付けられる。第１の入力光３３２は、光源３２８によって生成され、第１のポート３１４を介して第１の導波管３０４内へと方向付けられる。光源３２８及び第２の光源は、第１の入力光３３２及び第２の入力光３３８の周波数を調整するように別個に制御される。特に、第１の入力光３３２の周波数は、第１の光共振器３０６の共振周波数にロックされ、第２の入力光３３８の周波数は、第２の光共振器３１２の共振周波数にロックされる。第２の光源は、光源３２８と実質的に同様であり得るため、その更なる説明は省略される。
第１の入力光３３２は、第１の導波管３０４内へと方向付けられるか又は導入され、第２の入力光３３８は、第２の導波管３１０内へと方向付けられるか又は導入される。第１の入力光３３２が第１の光共振器３０６の共振周波数に対応する周波数を有するとき、第１の光共振器３０６は、第１の入力光３３２の少なくとも一部を共振させ、第２のポート３１６から出力される第１の出力光３４０の特性（例えば、振幅）の対応する変化を引き起こす。第２の入力光３３８が第２の光共振器３１２の共振周波数に対応する周波数を有するとき、第２の光共振器３１２は、第２の入力光３３８の少なくとも一部を共振させ、第２のポート３２０から出力される第２の出力光３４２の特性（例えば、振幅）の対応する変化を引き起こす。第１の光共振器３０６は、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２が基板３０８を通して、ないしは別の方法で光を交換しないように、第２の光共振器３１２から光学的に分離されている。
いくつかの実施形態では、出力部分３２４は、第１の出力光３４０（「出力１」）及び第２の出力光３４２（「出力２」）を組み合わせて又は混合して複合光３４６にする光コンバイナ３４４を含む。光コンバイナ３４４は、第１の出力光３４０及び第２の出力光３４２を組み合わせて単一の光ビーム、すなわち複合光３４６にする、ビームコンバイナ又はダイクロイックミラーなどの光学素子である。光コンバイナ３４４が使用されない実施形態では、それぞれの光共振器３０６、３１２の共振波長は、第１の出力光３４０及び第２の出力光３４２から別個に（例えば、それぞれの光共振器３０６、３１２の検出された共振波長を表す別個の電気信号を生成することによって）決定され得、２つの光共振器３０６、３１２の波長（周波数）差は、フォトニックデバイス３０２の温度を決定するために使用される。
複合光３４６は、第１の出力光３４０と第２の出力光３４２との間の強め合い干渉及び弱め合い干渉に起因する、第１の出力光３４０と第２の出力光３４２との間の周波数差に対応するビート周波数ｆｂｅａｔを有する。出力部分３２４は、複合光３４６の１つ以上の特性に対応する電気信号３５０を生成する光検出器３４８を含む。特に、電気信号３５０は、複合光３４６のビート周波数ｆｂｅａｔに対応する周波数を有する。電気信号３５０の周波数範囲は、電気信号３５０の周波数がフォトニックデバイス３０２の温度を示すように、フォトニックデバイス３０２の温度範囲など、フォトニックデバイス３０２の物理的条件との既知の関係又は確認可能な関係を有し得る。他の実施形態では、例えば、フォトニックデバイス３０２の物理的条件は、フォトニックデバイスを形成する材料の圧力、ひずみ、延伸、又は圧縮であり得、これは、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振周波数の変化を引き起こし、電気信号３５０の対応する変化を生成する。そのような場合、例えば、電気信号３５０の周波数は、フォトニックデバイス３０２が経験する圧力、ひずみ、延伸、又は圧縮を示し得る。
出力部分３２４は、電気信号３５０の１つ以上の特性を測定する１つ以上の電気測定デバイス３５２を含む。電気信号３５０のそのような特性（複数可）は、フォトニックデバイス３０２の物理的条件を示す。１つ以上の電気測定デバイス３５２は、非限定的な例として、周波数カウンタなどの電気信号３５０の周波数を測定する測定デバイス、又はスペクトル分析器などの電気信号３５０の周波数スペクトルにおけるエネルギー分布を測定する測定デバイスを含み得る。測定デバイス（複数可）３５２は、電気信号３５０で測定された１つ以上の特性を表す、データ又は数値の視覚的表示（例えば、ディスプレイ上）などの出力３５４を生成する。測定デバイス（複数可）３５２は、振幅などの電気信号３５０の他の特性を決定し得る。１つ以上の測定デバイス３５２は、電気信号３５０の周波数に対する振幅などの、電気信号３５０内の別の特性に対する１つの特性、又は電気信号３５０の周波数に対する振幅変化などの、電気信号３５０内の別の特性に対する１つの特性の変化を決定するために使用され得る。スペクトル分析器を含む実施形態は、電気信号の周波数スペクトルにおけるエネルギー分布を分析し、周波数スペクトルにおける周波数に対する周波数スペクトルのエネルギー分布の大きさを測定し得る。
いくつかの実施形態では、出力部分３２４は、測定デバイス（複数可）３５２によって測定されるように電気信号３５０によって表されるビート周波数ｆｂｅａｔに対応する温度を決定するように構成されたコンピュータシステム３５６を含み得る。コンピュータシステム３５６は、１つ以上のプロセッサによる実行の結果として、コンピュータシステム３５６にフォトニックデバイス３０２の温度を決定させる命令を記憶するメモリに結合された１つ以上のプロセッサを含み得る。コンピュータシステム３５６のメモリは、フォトニックデバイス３０２の周波数測定値と温度との間の関係を示す情報を記憶し得る。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム３５６は、入力部分３２２及び出力部分３２４の１つ以上の特徴を含む特別に設計されたシステムであり得る。
いくつかの実施形態では、フォトニックデバイス３０２は、第１の入力光３３２及び第２の入力光３３８を内部的に生成する、光源３２８などの１つ以上の光源を含み得る。フォトニックデバイス３０２の内部にある１つ以上の光源は、第１の入力光３３２の周波数及び第２の入力光３３８の周波数を調整するために、コンピュータシステム３５６などの外部デバイスによって制御可能であり得る。フォトニックデバイス３０２は、第１の入力光３３２に対して第２の入力光３３８の周波数を調整するように制御可能な１つ以上の光シフタ又は光周波数ロックループを含み得る。
いくつかの実施形態では、フォトニックデバイス３０２は、光検出器３４８を含み得る。そのような実施形態では、フォトニックデバイス３０２は、光コンバイナ３４４を含み得、第１の出力光３４０及び第２の出力光３４２は、フォトニックデバイス３０２内の複合光３４６へと組み合わされ得る。複合光３４６は、フォトニックデバイス３０２内の光検出器３４８上に又は光検出器３４８内へと方向付けられて電気信号３５０を生成し、電気信号３５０は、複合光３４６の代わりに又は複合光３４６に加えて、フォトニックデバイス３０２から出力される。
図５は、本開示の１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイスの光共振器の温度に対する光共振周波数の変化の一例を示すグラフ５００である。グラフ５００は、第１の光共振器３０６など、第１の光共振器の共振周波数応答の傾向線５０２を含む。グラフ５００はまた、第２の光共振器３１２など、第２の光共振器の共振周波数応答の傾向線５０４を含む。傾向線５０２及び５０４は、第１の光共振器の共振周波数及び第２の光共振器の共振周波数が温度の変化に基づいて変化することを実証する。例えば、第１及び第２の光共振器の共振周波数応答は、光共振器がより低い温度でより高い共振周波数を有し、かつより高い温度でより低い共振周波数を有するように、温度に反比例し得る。
第１の光共振器の傾向線５０２は、第２の光共振器の傾向線５０４とは異なる。傾向線５０２の傾きは、例えば、傾向線５０４の傾きとは異なる。いくつかの実施形態では、傾向線５０２の形状は、傾向線５０４の形状とは異なり得る。したがって、第１及び第２の光共振器の光共振周波数間の差は、温度によって変わる。例えば、温度５０８では、第１の光共振器及び第２の光共振器の光共振周波数間に第１の差５１０が存在する。別の温度５１２では、第１の光共振器及び第２の光共振器の光共振周波数間に第２の差５１４が存在し、第２の差５１４は、第１の差５１０とは異なる。
光共振器の共振周波数応答は、経時的にドリフトし得る。傾向線５０２及び５０４は、例えば、経時的に光共振周波数軸に沿って上方又は下方にドリフトし得る。しかしながら、光共振周波数の傾向線５０２及び５０４は一緒にドリフトすることになる。結果として、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振周波数応答が経時的にドリフトしても、フォトニックデバイス３０２を使用する温度測定は、測定システム３００を再較正することなく、光共振器の共振周波数間の差に基づいて継続的に正確かつ精密に取得され得る。対照的に、図１Ａのフォトニックデバイス１０２の光共振器１０６が共振周波数応答のドリフトを経験する場合、正確かつ精密な温度測定を継続的に取得するために、フォトニックデバイス１０２を実装する測定システムの再較正が必要とされ得る。
更に、測定システム３００は、フォトニックデバイス１０２を実装する測定システムよりも安価であり、信頼性が高い。フォトニックデバイス１０２の温度を決定するために使用される測定システムでは、波長計を使用して、フォトニックデバイス１０２によって出力される光の波長が検出され得る。しかしながら、周囲温度は、そのような波長計の動作に大きい影響を及ぼし得、そのようなデバイスを使用して取得された温度測定値の確実性を低減し得る。波長計のいくつかの特性はまた、経時的にドリフトしやすいため、システムの十分な正確さ及び精密さを維持するために周期的な較正が適切である。
フォトニックデバイス３０２の設計上、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振周波数の差が検出されることにより、フォトニックデバイス３０２の温度は、波長計を使用せずに決定され得る。結果として、測定システム３００は、より長い期間にわたって改善された正確さ及び精密さを有し得、製造及び運用にかかる費用が低くなり得、図１Ａのフォトニックデバイス１０２を実装する測定システムに対するメンテナンス（例えば、較正）が少なくなり得る。測定システム３００の潜在的な利点又は改善点としては、解像度の改善、コストの削減、周囲温度の変動に対する堅牢性の改善、及び較正頻度の減少が挙げられる。
図６は、１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイス３０２の温度範囲に対する複合光３４６のビート周波数曲線６０２のグラフ６００を示す。本明細書に記載されるように、複合光３４６のビート周波数は、第１の出力光３４０及び第２の出力光３４２の共振周波数間の差に等しい。図５を参照すると、ビート周波数曲線６０２は、温度範囲に対する傾向線５０２と傾向線５０４との間の差に対応する。光検出器３４８は、例えば、温度範囲にわたってビート周波数曲線６０２に対応する周波数応答を有する電気信号３５０を出力し得る。コンピュータシステム３５６は、測定デバイス３５２の出力３５４とフォトニックデバイス３０２の温度との間の対応を示す温度対応データを記憶し得る。コンピュータシステム３５６のメモリは、例えば、ビート周波数曲線６０２のビート周波数値が対応する温度値に関連付けられているルックアップテーブル又は他のデータ構造を記憶し得る。あるいは、又は加えて、温度対応データは、ビート周波数曲線６０２を表す関数（すなわち、公式又は等式）を含み得る。コンピュータシステム３５６は、メモリに記憶された温度対応データを使用して受信された出力３５４に基づいて、出力を（例えば、データとして、ディスプレイ上に）提供し得る。
示差的フォトニック共振温度測定の不確実性の１つ以上の原因は、本明細書に記載の枠組みに存在し得る。かかる原因は、レーザーロック周波数の不確実性及び周波数カウンタの不確実性を潜在的に含む。しかしながら、不確実性のレベルは、フォトニックデバイス１０２を実装するシステムなどの他の測定システムに関連する不確実性と比べると、経時的に著しく良好であり、安定している。
図７は、温度に対する第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の屈折率の変動を示すグラフ７００を示す。グラフ７００は、温度範囲に対する第１の光共振器３０６の第１の屈折率７０２を示す。グラフ７００はまた、温度範囲に対する第２の光共振器３１２の第２の屈折率７０４を示す。示されるように、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の有効屈折率は、フォトニックデバイス３０２が経験する温度の変化によって変化する。この例では、第１の屈折率７０２及び第２の屈折率７０４は同じ傾きを有し、経時的に同じ速度でドリフトし得る。
図８は、本明細書に記載の光共振器のモード番号ｍ及び光路長ｌに対する共振波長λの変動を示すグラフ８００を示す。グラフ８００の線によって表される光共振器（例えば、１３００ｎｍ～１６５０ｎｍ）の複数の共振波長λが存在し得る。したがって、異なる共振光波長λｉが、光路長ｌｉ及び光学モード番号ｍｉの組み合わせに基づいて光共振器から出力され得る。本明細書に記載の他の考察も、本明細書の光共振器によって出力される光の共振波長λに関与する。
図９は、本開示の１つ以上の実施形態による、測定システム３００などの異なる共振周波数応答を有する２つ以上の光共振器を有するフォトニックデバイス（この場合、フォトニック温度計）を含む測定システムを動作させる方法９００を示す。方法９００は、光３２６を放出するように光源３２８を制御すること（９０２）を含む。制御すること（９０２）は、特定の周波数及び光束を有する光を放出するように光源３２８を制御することを含み得る。いくつかの実施形態では、制御すること（９０２）は、一定期間にわたって第１の値から第２の値に光３２６の特性を調整することを含み得る。例えば、光源３２８は、最初に第１の周波数ｆ１を有する光３２６を放出するように制御され得、次いで、光３２６の周波数は、光３２６が第１の光共振器３０６の共振周波数に一致する第２の周波数ｆ２を有するまでの期間にわたって調整（例えば、増加、減少）される。第１の光共振器３０６の共振周波数は、第１の出力光３４０の振幅の変化、又は電気信号３５０の振幅の変化を検出することによって決定され得る。例えば、第１の出力光３４０又は電気信号３５０の振幅は、第１の入力光３３２の周波数が、第１の光共振器３０６の共振周波数に一致するように調整されるとき、大幅に変化（例えば、振幅が増加、振幅が減少）し得る。光３２６の周波数の変化は、連続変化又は段階的若しくは漸増的変化であり得る。
方法９００は、光３２６を、補助光３３４などの第１の光ビーム、及び第１の入力光３３２などの第２の光ビームに分割すること（９０４）を含む。第１の光ビーム及び第２の光ビームは、同じ周波数及び位相を有する。光３２６を分割すること（９０４）は、光３２６を光学素子３３０又は他のかかる光学素子に導入することを含む。
方法９００は、第２の光ビームの特性をシフトすること（９０６）を含み得る。シフトすること（９０６）は、第２の光ビーム（補助光３３４）を光シフタ３３６内に導入する又は方向付けることを含む。いくつかの実施形態では、シフトすること（９０６）は、第２の入力光３３８の周波数を第１の入力光３３２に対してシフトすることを含む。シフトすること（９０６）はまた、第１の入力光３３２の周波数に対して光周波数ロックループを使用して、第２の入力光３３８の周波数を調整することを含み得る。
シフトすること（９０６）は、いくつかの実施形態では、第１の入力光３３２の周波数が第１の光共振器３０６の共振周波数にロックされていると決定する結果として実行される。光シフタ３３６は、第２の入力光３３８の周波数が第２の光共振器３１２の共振周波数と一致するまで、第２の入力光３３８の周波数を第１の入力光３３２に対してシフトさせるように選択的に制御され得る。第２の光共振器３１２の共振周波数は、第２の出力光３４２の振幅の変化、又は電気信号３５０の振幅の変化を検出することによって決定され得る。例えば、第２の出力光３４２又は電気信号３５０の振幅は、第２の入力光３３８の周波数が、第２の光共振器３１２の共振周波数に一致するように調整されるとき、大幅に変化（例えば、振幅が増加、振幅が減少）し得る。
いくつかの実施形態では、光シフタ３３６は、第２の入力光３３８の周波数を固定量だけシフトさせるように構成されている。第２の光ビームをシフトさせること（９０６）の結果として、第２の入力光３３８は、第２の入力光３３８の特性が第２の光ビーム（すなわち、補助光３３４）の特性とは異なる光シフタ３３６の出力から取得される。いくつかの実施形態では、方法９００は、本明細書で先に記載されたように、第２の光源によって生成された第２の光ビームを制御することを含み得る。特に、方法９００は、第２の光共振器３１２の共振周波数にロックされる周波数を有する光を放出するように、第２の光源を制御することを含み得る。そのような実施形態では、方法９００の他の動作は、第１及び第２の光源の使用に適応するために、必要に応じて省略又は適合され得る。
方法９００は、第１の入力光３３２及び第２の入力光３３８を、基板３０８の第１の導波管３０４及び第２の導波管３１０内へとそれぞれ方向付けること（９０８）を更に含む。次いで、第１の出力光３４０及び第２の出力光３４２が、それぞれ、第１の導波管３０４及び第２の導波管３１０から受けられる（９１０）。第１の出力光３４０及び第２の出力光３４２を受けること（９１０）は、第１の出力光３４０又は第２の出力光３４２の振幅を検出することを含み得る。例えば、第１の入力光３３２の周波数を調整することに関連して、第１の出力光３４０の振幅は、第１の入力光３３２の周波数が第１の光共振器３０６の共振周波数と一致するときを決定するために監視され得る。別の例として、第２の入力光３３８の周波数を調整することに関連して、第２の出力光３４２の振幅は、第２の入力光３３８の周波数が第２の光共振器３１２の共振周波数と一致するときを決定するために監視され得る。
方法９００は、任意選択的に、第１の出力光３４０及び第２の出力光３４２を組み合わせて複合光３４６にすること（９１２）を含む。測定システム３００に関して記載されるように、第１の出力光３４０及び第２の出力光３４２を組み合わせること（９１２）は、第１の出力光３４０及び第２の出力光３４２を光コンバイナ３４４内に導入する又は方向付けることを含み得る。複合光３４６は、第１の出力光３４０と第２の出力光３４２との間の周波数差に対応するビート周波数ｆｂｅａｔを有する。方法９００はまた、複合光３４６を電気信号３５０に変換すること（９１４）を含む。複合光３４６を変換すること（９１４）は、光検出器３４８上に又は光検出器３４８内へと複合光３４６を方向付ける又は導入することを含む。
方法９００は、１つ以上の測定デバイス３５２を使用して、電気信号３５０の１つ以上の特性を検出すること（９１６）を含む。電気信号３５０は、第１の入力光３３２の周波数が第１の光共振器３０６の共振周波数と一致するとき、又は第２の入力光３３８の周波数が第２の光共振器３１２の共振周波数と一致するときを決定するために監視され得る。例えば、第１の入力光３３２及び第２の入力光３３８の周波数を調整することに関連して、電気信号３５０の振幅が監視され、第１の入力光３３２及び第２の入力光３３８の周波数は、電気信号３５０の振幅の変化に応答して、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振周波数にそれぞれロックされ得る。
９１６で検出することは、第１の入力光３３２及び第２の入力光３３８の周波数がそれぞれ第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振周波数にロックされていると決定した後に、電気信号３５０の周波数を取得することを含み得る。複合光３４６の対応するビート周波数ｆｂｅａｔは、電気信号３５０の周波数に基づいて決定され得る。いくつかの実装形態では、ビート周波数ｆｂｅａｔ及び電気信号３５０の周波数は同じであり得る。いくつかの実装形態では、周波数間の定義された比など、ビート周波数ｆｂｅａｔと電気信号３５０の周波数との間には定義された関係が存在し得る。
方法９００は、電気信号３５０の検出された特性（９１６）に基づいて、フォトニックデバイスの温度を決定すること（９１８）を更に含む。図６に関して記載されるように、ビート周波数ｆｂｅａｔは、フォトニックデバイス３０２の特定の温度を示す。したがって、温度を決定すること（９１８）は、検出されたビート周波数ｆｂｅａｔに対応する温度を決定することを伴う。これは、例えば、コンピュータシステム３５６を使用して、ビート周波数曲線６０２のビート周波数値が対応する温度値に関連付けられるデータ構造にアクセスすることを含み得る。９１８で決定された温度を示すデータ又は視覚的表示が、ユーザに（例えば、ディスプレイ上で、ネットワークを介して）出力又は提示され得る。
コンピュータシステム３５６は、方法９００の１つ以上の動作を自動的に実行するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム３５６は、例えば、制御線３５８のセットを介して、光源３２８に動作可能に結合され得る。コンピュータシステム３５６は、光３２６の１つ以上の光学特性（例えば、周波数、振幅）を制御するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム３５６は、光シフタ３３６に動作可能に結合され、第２の入力光３３８の１つ以上の光学特性（例えば、周波数、振幅）を制御するように構成され得る。そのような実施形態における測定システム３００は、コンピュータシステム３５６が、電気信号３５０で検出された特性に基づいて、第１の入力光３３２及び第２の入力光３３８の周波数を第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２の共振周波数にロックするフィードバックループを含み得る。コンピュータシステム３５６は、例えば、電気信号３５０の振幅の変化を検出することに応答して、第１の入力光３３２の周波数又は第２の入力光３３８の周波数をロックし得る。
図１０は、１つ以上の実施形態による、フォトニックデバイス１００２を含む測定システム１０００を示す。フォトニックデバイス１００２は、基板１００４、導波管１００６、及び複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎを含む。測定システム１０００は、光１０１０を生成するように構成された光源１００８を含む。測定システム１０００はまた、導波管１００６から出力される出力光１０１４を電気信号１０１６に変換するように構成された光検出器１０１２と、電気信号１０１６の１つ以上の特性を検出するように構成された１つ以上の測定デバイス１０１８と、電気信号１０１６の特性に基づいてフォトニックデバイス１００２の温度を決定するように構成されたコンピュータシステム１０２０と、を含む。１つ以上の測定デバイス１０１８は、例えば、電気信号１０１６の周波数を検出するように構成された周波数カウンタを含み得る。
フォトニックデバイス１００２の複数の光共振器は、導波管１００６に隣接して位置付けられた複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎを含む。複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎはそれぞれ、図３及び本明細書の他の箇所に関して記載されるように、温度に対する光に対して異なる共振周波数応答を有する。複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎは、それぞれの光共振器が他の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎのうちの１つ以上、又は光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎの残りのものとは異なる共振周波数応答を有するように構成されている。共振周波数応答の差は、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２に関して説明したように、材料組成、サイズ、周囲構造／応力などの違いの結果であり得る。いくつかの実施形態では、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎは、３つ以上の光共振器を含む。いくつかの実施形態では、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎは、１つの光共振器の光が、隣接する光共振器などの別の光共振器に結合されないように、互いに光学的に分離されている。
システム１０００は、フォトニックデバイス１００２の温度を決定するために複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎを含む。いくつかの実施形態では、光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎは、第１の光共振器の対、例えば、例えば、共振器１０２２ａ及び１０２２ｂが第１の温度範囲に関連付けられ、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎのうちの別の共振器の対が第２の温度範囲に関連付けられる、というように、対で関連付けられ得る。
いくつかの実施形態では、測定システム１０００は、光源１００８に結合された複数の光スイッチ１０２４及び光シフタ１０２６を含み得る。測定システム１０００は、ビームコンバイナ及びビームスプリッタを含み得る。光源１００８は、選択された周波数を有する光を放出するように制御可能である。複数の光スイッチは、光源１００８を導波管１００６に光学的に結合する、光源１００８を光シフタ１０２６に光学的に結合する、光シフタ１０２６を導波管１００６に光学的に結合する、又は前述の組み合わせであるように動作可能である。光スイッチ１０２４は、ビームコンバイナを導波管１００６に光学的に結合して、光源１００８及び光シフタ１０２６からの光を組み合わせるように制御可能であり得る。光スイッチ１０２４は、第１の光１０２８を光源１００８から２つのビームに分割するように制御可能であり得る。
第１の動作モードでは、光スイッチ１０２４は、光源１００８を導波管１００６に光学的に結合し、導波管１００６から光シフタ１０２６を光学的に分離するように制御され得、その結果、導波管１００６に入る入力光１０１０が、光源１００８から放出される第１の光１０２８となる。第２の動作モードでは、光スイッチ１０２４は、光源１００８を導波管１００６から光学的に分離し、光源１００８を光学シフタ１０２６に光学的に結合し、光シフタ１０２６を導波管１００６に光学的に結合するように制御され得る。第２の動作モードでは、導波管１００６に入る入力光１０１０は、光シフタ１０２６からの第２の光１０３０である。第３の動作モードでは、光スイッチ１０２４は、光源１００８をビームスプリッタに光学的に結合し、第１の光１０２８を２つのビームに分割するように制御され得、一方のビームは光シフタ１０２６に方向付けられ、他方のビームはビームコンバイナに方向付けられる。第３の動作モードでは、光スイッチ１０２４はまた、第２の光１０３０を光シフタ１０２６からビームコンバイナに光学的に結合するように制御される。したがって、第１の光１０２８及び第２の光１０３０は、入力光１０１０が第３の動作モードで導波管１００６に入るときに組み合わされる。測定システム１０００は、第１の光１０２８の周波数に対して第２の光１０３０の周波数を制御又はロックする光周波数ロックループを含み得る。
フォトニックデバイス１００２の温度を決定するために、光スイッチ１０２４は、最初に測定システム１０００を第１の動作モードで動作させるように制御される。第１の動作モードでは、光源１００８の周波数は、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎのうちの第１の光共振器の共振周波数に対応する第１の周波数ｆ１を有する光を放出するように制御される。光スイッチ１０２４は、２回目に測定システム１０００を第２の動作モードで動作させるように制御される。第２の動作モードでは、光源１００８は、第１の周波数ｆ１を有する光を放出するように制御され、光シフタ１０２６は、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎのうちの第２の光共振器の共振周波数に対応する第２の周波数ｆ２を有する光を生成するように制御される。複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎのうちの個々の光共振器の共振周波数は、方法９００、測定システム３００、及び本明細書の他の箇所に関して記載されるように決定され得る。
次いで、３回目に、光スイッチ１０２４は、測定システム１０００を第３の動作モードで動作させるように制御される。第３の動作モードでは、光源１００８は、第１の周波数ｆ１を有する第１の光１０２８を放出するように制御され、光シフタ１０２６は、第２の周波数ｆ２を有する光を（第１の光１０２８と同相で）生成するように制御される。導波管１００６を出る出力光１０１４は、光検出器１０１２上に又は光検出器１０１２内へと方向付けられる。出力光１０１４は、光共振器の第１の共振周波数ｆＲ１と第２の共振周波数ｆＲ２との間の差に対応するビート周波数ｆｂｅａｔを有する。入力光１０１０は、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２の重ね合わせにより、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎのいずれにおいても共振し得ないが、出力光１０１４は、依然として、第１の共振周波数ｆＲ１と第２の共振周波数ｆＲ２との間の差に等しいビート周波数ｆｂｅａｔを有する。１つ以上の測定デバイス１０１８は、電気信号１０１６に基づいて出力光１０１４のビート周波数ｆｂｅａｔを検出する。次いで、フォトニックデバイス１００２の温度は、図３、図５、図９、及び本明細書の他の箇所に関して記載されるように、ビート周波数ｆｂｅａｔに基づいて決定され得る。
コンピュータシステム１０２０は、第１の接続１０３２上の制御信号を介して光源１００８及び光シフタ１０２６に動作可能に結合され得る。コンピュータシステム１０２０は、第１の接続１０３２を介して、光源１００８及び光シフタ１０２６から放出された光１０２８及び１０３０の光学特性を制御するように構成され得る。コンピュータシステム１０２０は、第１の接続１０３２上の制御信号を介して複数の光スイッチに動作可能に結合され、複数の光スイッチのうちの個々の光スイッチのスイッチングを制御するように構成され得る。コンピュータシステム１０２０は、１つ以上の測定デバイス１０１８から測定値を受信するように構成され得る。コンピュータシステム１０２０は、いくつかの実施形態では、光源１００８及び光シフタ１０２６の動作を選択的に制御して、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎの共振周波数を決定することなどによって、本明細書に記載される特徴のうちの１つ以上を実行するように構成されている。
いくつかの実施形態では、フォトニックデバイス１００２は、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎの個々の光共振器を導波管１００６に結合するように動作可能である複数の光スイッチ（図示せず）を含み得る。フォトニックデバイス１００２は、フォトニックデバイス１００２内の複数の光スイッチのうちの個々の光スイッチのスイッチング状態を制御するための制御信号を受信するための１つ以上の端子１０３４を含み得る。いくつかの実施形態では、複数の光スイッチは、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ．．．１０２２Ｎのグループを導波管１００６に光学的に結合するように制御され得る。例えば、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎのうちの一対の光共振器は、導波管１００６に光学的に結合され得、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎのうちの残りの光共振器は、導波管１００６から光学的に分離され得る。入力光１０１０の周波数は、結合された光共振器の対の共振周波数に制御され得、出力光１０１４のビート周波数ｆｂｅａｔは、本明細書に記載されるように決定され得る。コンピュータシステム１０２０は、フォトニックデバイス１００２の複数の光スイッチのスイッチング状態を制御するために、第２の接続１０３６を介して１つ以上の端子１０３４に結合され得る。
いくつかの実施形態では、測定システム１０００は、複数の光共振器１０２２ａ、１０２２ｂ、．．．１０２２Ｎの共振周波数に対応する周波数を生成するように個別に制御可能な複数の光源１００８を含み得る。そのような実施形態では、複数の光スイッチ１０２４は、複数の光源１００８のうちの１つ以上と導波管とを選択的に結合及び分離するように制御可能であり得る。
いくつかの実施形態では、フォトニックデバイス１００２は、光に対する２つ以上の共振周波数応答を有する１つ以上の多モード光共振器を含み得る。例えば、多モード光共振器は、所与の温度で、第１の周波数で光を共振させ、第２の周波数で光を共振させ得る。そのような多モード光共振器の例は、本明細書の他の箇所に記載されている。
図１１は、フォトニックデバイス１１０２を含み、この例では、フォトニックデバイス１１０２の温度を検出するように構成されている測定システム１１００を示す。測定システム１１００の様々な態様は、測定システム３００、方法９００、及び本明細書の他の箇所に関して記載された対応する特徴と実質的に同様であるため、その更なる説明は簡潔にするために省略される。測定システム１１００は、基板１１０４と、複数の導波管１１０６ａ、１１０６ｂ、．．．１１０６Ｎと、複数の光共振器１１０８ａ、１１０８ｂ、．．．１１０８Ｎと、を含む。複数の導波管１１０６ａ、１１０６ｂ、．．．１１０６Ｎのそれぞれは、複数の光共振器１１０８ａ、１１０８ｂ、．．．１１０８Ｎのうちの１つに光学的に結合されている。測定システム１１００は、光を生成するように構成された光源１１１０と、光源１１１０からの光を第１の入力光１１１３及び補助光１１１４に分割するように構成された光ビームスプリッタ１１１２と、を含む。測定システム１１００は、補助光１１１４の光学特性をシフトして、第２の入力光１１１８を生成する光シフタ１１１６を含む。
測定システム１１００はまた、第１の出力光１１２２及び第２の出力光１１２４を組み合わせて複合光１１２６にするように構成されたビームコンバイナ１１２０を含む。光検出器１１２８は、複合光１１２６を受け、複合光１１２６を電気信号１１３０に変換する。電気信号１１３０は、１つ以上の測定デバイス１１３２によって受信され、フォトニックデバイス１１０２の温度は、電気信号１１３０の１つ以上の特性に基づいて決定される。測定システム１１００は、本明細書に記載されるように、フォトニックデバイス１１０２の温度を決定し得、測定システム１１００の態様を制御し得るコンピュータシステム１１３４を含み得る。
複数の光共振器１１０８ａ、１１０８ｂ、．．．１１０８Ｎは、特定の条件で温度を測定するために使用され得る光共振器の対を含む。光共振器の対は、いくつかの実施形態では、一定の温度範囲内の温度を測定するために割り当てられ得る。例えば、第１の光共振器の対１１０８ａ及び１１０８ｂは、第１の温度範囲で測定するために割り当てられ得、第２の光共振器の対１１０８ｃ及び１１０８ｄ（図示せず）は、第１の温度範囲とは異なる第２の温度範囲で測定するために割り当てられ得る、というようになる。
測定システム１１００は、第１の入力光１１１３及び第２の入力光１１１８を、複数の導波管１１０６ａ、１１０６ｂ、．．．１１０６Ｎのうちの一対の導波管に光学的に結合するように制御可能な第１の複数の光スイッチ１１３６を含み得る。例えば、第１の温度範囲について、第１の複数の光スイッチ１１３６のうちの１つ以上のスイッチは、第１の入力光１１１３を導波管１１０６ａに結合し、第２の入力光１１１８を導波管１１０６ｂに結合する。第２の温度範囲について、第１の複数の光スイッチ１１３６のうちの１つ以上のスイッチは、第１の入力光１１１３を導波管１１０６ｃ（図示せず）に結合し、第２の入力光１１１８を導波管１１０６ｄ（図示せず）に結合する。
測定システム１１００は、複数の導波管１１０６ａ、１１０６ｂ、．．．１１０６Ｎのうちの一対の導波管からの第１の入力光１１２２及び第２の入力光１１２４をビームコンバイナ１１２０に光学的に結合するように制御可能である第２の複数の光スイッチ１１３８を含み得る。例えば、第１の温度範囲について、第２の複数の光スイッチ１１３８のうちの１つ以上のスイッチは、導波管１１０６ａからの第１の出力光１１２２及び導波管１１０６ｂからの第２の出力光１１２４をビームコンバイナ１１２０に結合する。第２の温度範囲について、第２の複数の光スイッチ１１３８のうちの１つ以上のスイッチは、導波管１１０６ｃ（図示せず）からの第１の出力光１１２２及び導波管１１０６ｄ（図示せず）からの第２の出力光１１２４をビームコンバイナ１１２０に結合する。
第１の複数のスイッチ１１３６及び第２の複数のスイッチ１１３８は、フォトニックデバイス１１０２の外部にあるものとして示されている。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１の複数のスイッチ１１３６及び第２の複数のスイッチ１１３８は、フォトニックデバイス１１０２に含まれ得る。そのような実施形態では、第１の複数のスイッチ１１３６のうちの第１のスイッチは、第１の入力光１１１３を受けるためにフォトニックデバイス１１０２の入力ポート１１４０ａに結合され得、第１の複数のスイッチ１１３６のうちの第２のスイッチは、第２の入力光１１１８を受けるために入力ポート１１４０ｂに結合され得る。複数のスイッチ１１３６のうちの第１及び第２のスイッチは、入力ポート１１４０ａ及び１１４０ｂを、複数の導波管１１０６ａ、１１０６ｂ、．．．１１０６Ｎのうちの対応する対に光学的に結合するように制御可能であり得る。また、そのような実施形態では、第２の複数のスイッチ１１３８のうちの第１のスイッチは、第１の出力光１１２２を出力するためにフォトニックデバイス１１０２の出力ポート１１４２ａに結合され得、第２の複数のスイッチ１１３８のうちの第２のスイッチは、第２の出力光１１２４を出力するために出力ポート１１４２ｂに結合され得る。フォトニックデバイス１１０２内の第２の複数のスイッチ１１３８のうちの第１及び第２のスイッチは、複数の導波管１１０６ａ、１１０６ｂ、．．．１１０６Ｎのうちの対応する対を出力ポート１１４２ａ及び１１４２ｂに光学的に結合するように制御可能であり得る。
コンピュータシステム１１３４は、第１の複数の光スイッチ１１３６及び第２の複数のスイッチ１１３８のスイッチング状態を制御するように結合され得る。基板１１０４が第１の複数のスイッチ１１３６及び第２の複数のスイッチ１１３８を含む実施形態では、フォトニックデバイス１１０２は、第１の複数のスイッチ１１３６及び第２の複数のスイッチ１１３８を制御する信号を受信するための１つ以上の端子１１４４を含み得る。コンピュータシステム１１３４は、第１の複数のスイッチ１１３６及び第２の複数のスイッチ１１３８のスイッチング状態を制御するために、１つ以上の端子に通信可能に結合され得る。
図１２は、フォトニックデバイス１２０２を含み、フォトニックデバイス１２０２の温度を検出するように構成されているシステム１２００を示す。測定システム１２００の様々な態様は、測定システム３００、測定システム１１００、方法９００、及び本明細書の他の箇所に関して記載された対応する特徴と実質的に同様であるため、その更なる説明は簡潔にするために省略される。測定システム１２００は、基板１２０４と、複数の入力導波管１２０６ａ、１２０６ｂ、．．．１２０６Ｎと、複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎと、複数の出力導波管１２１０ａ、１２１０ｂ、．．．１２１０Ｎと、光源１２１２と、光ビームスプリッタ１２１４と、光学ビームコンバイナ１２１６と、を含む。
複数の入力導波管１２０６ａ、１２０６ｂ、．．．１２０６Ｎのそれぞれは、複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎのうちの対応する１つに光学的に結合される。複数の出力導波管１２１０ａ、１２１０ｂ、．．．１２１０Ｎはそれぞれ、複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎのうちの対応する１つに光学的に結合される。複数の入力導波管１２０６ａ、１２０６ｂ、．．．１２０６Ｎは、複数の出力導波管１２１０ａ、１２１０ｂ、．．．１２１０Ｎのうちの対応する出力導波管から光学的に分離されている。例えば、入力導波管１２０６ａは、出力導波管１２１０ａが入力導波管１２０６ａから直接入力光１２１８ａを受けないように、出力導波管１２１０ａから光学的に分離され、入力導波管１２０６ｂは、出力導波管１２１０ｂが入力導波管１２０６ｂから直接入力光１２１８ｂを受けないように、出力導波管１２１０ｂから光学的に分離される、というようになる。
測定システム１２００は、この例では、第１の周波数と第２の周波数との間のスペクトル範囲を有する光スペクトルＳを有する入力光１２１７を放出するように構成された、広帯域光源１２１２を含む。入力光１２１７は、入力光１２１７を入力光１２１８ａ、１２１８ｂ、．．．１２１８Ｎのビームに分割する光ビームスプリッタ１２１４に方向付けられるか又は導入される。入力光１２１８ａ、１２１８ｂ、．．．１２１８Ｎのビームは、複数の入力導波管１２０６ａ、１２０６ｂ、．．．１２０６Ｎのうちの対応する入力導波管内へと方向付けられるか又は導入される。
複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎは、それぞれの光共振器の共振周波数に対応する周波数を有する光を共振させるようにそれぞれ構成されている。複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎのそれぞれの共振器は、例えば、図３、図４、及び本明細書の他の箇所に関して記載されるように、共振器間の違いに基づいた異なる共振周波数応答を有する。複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎのうちの１つ以上の光共振器の共振周波数が光スペクトルＳに含まれる周波数に対応する結果として、対応する周波数を有する光は、複数の入力導波管１２０６ａ、１２０６ｂ、．．．１２０６Ｎのうちの対応する導波管から１つ以上の光共振器内で共振することになる。１つ以上のそれぞれの光共振器内の共振光は、複数の出力導波管１２１０ａ、１２１０ｂ、．．．１２１０Ｎのうちの対応する出力導波管に結合され、フォトニックデバイス１２０２から出力される。
例えば、スペクトルＳが、光共振器１２０８ａの共振周波数ｆＲ１に対応する周波数ｆ１を含む場合、対応する周波数ｆ１を有する入力光１２１８ａは、光共振器１２０８ａに結合され、その中で共振する。共振光１２２０ａは、光共振器１２０８ａから出力導波管１２１０ａに結合され、出力導波管１２１０ａから出力される。別の例として、スペクトルＳが、光共振器１２０８ｂの共振周波数ｆＲ２に対応する周波数ｆ２を含む場合、対応する周波数ｆ２を有する入力光１２１８ｂは、光共振器１２０８ｂに結合され、その中で共振する。共振光１２２０ｂは、光共振器１２０８ｂから出力導波管１２１０ｂに結合され、出力導波管１２１０ｂから出力される。光コンバイナ１２１６は、光１２２０ａ及び１２２０ｂを組み合わせて複合光１２２２にし、複合光１２２２は、光検出器１２２５によって電気信号１２２４に変換され、電気信号１２２４は、本明細書に記載されるように、複合光１２２２のビート周波数ｆｂｅａｔを決定するために測定デバイス１２２７によって分析される。測定システム１２００は、スペクトルＳの周波数範囲を制御することなどによって、光源１２１２の動作を制御し、本明細書に記載されるように、フォトニックデバイス１２０２の温度を決定するように構成されたコンピュータシステム１２２６を含み得る。
スペクトルＳは、複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎのうちの他の光共振器の共振周波数に対応する周波数を除外し得る。例えば、入力光１２１７は、光共振器１２０８（Ｎ－１）の共振周波数に対応する周波数を有する光、又は光共振器１２０８Ｎの共振周波数に対応する周波数を有する光を含まない場合がある。その結果、光は、対応する出力導波管１２１０（Ｎ－１）及び１２１０Ｎに結合されず、該導波管から出ることもない。光源１２１２は、複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎの第１のセットの共振周波数を含み、複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎの第２のセットの共振周波数を除外するように制御され得る。結果として、複数の光共振器１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．１２０８Ｎのうちの光共振器のセットが、入力光１２１８ａ、１２１８ｂ、．．．１２１８Ｎのビームを複数の入力導波管１２０６ａ、１２０６ｂ、．．．１２０６Ｎに結合するために光スイッチを使用することなく、フォトニックデバイス１２０２の温度を決定するために使用されるものとして選択され得る。
いくつかの実施形態では、測定システム１２００は、測定システム１１００に関して記載されるように、複数の入力導波管１２０６ａ、１２０６ｂ、．．．１２０６Ｎのうちの選択された出力導波管内へと光を選択的に方向付けるように制御可能な複数の光スイッチ、又は複数の出力導波管１２１０ａ、１２１０ｂ、．．．１２１０Ｎのうちの選択された出力導波管からの光を選択的に方向付けるように制御可能な複数の光スイッチを含み得る。そのような実施形態では、複数のスイッチは、フォトニックデバイス１２０２の内部又は外部にあり得る。
図１３は、フォトニックデバイス１３０２を含み、フォトニックデバイス１３０２の温度を検出するように構成されている測定システム１３００を示す。測定システム１３００の様々な態様は、測定システム３００、測定システム１２００、方法９００、及び本明細書の他の箇所に関して記載された対応する特徴と実質的に同様であるため、その更なる説明は簡潔にするために省略される。フォトニックデバイス１３０２は、基板１３０４と、入力導波管１３０６と、複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎと、出力導波管１３１０と、を含む。この例では、測定システム１３００は、第１の周波数と第２の周波数との間のスペクトル範囲を有する光スペクトルＳを有する入力光１３１４を生成するように構成された広帯域光源１３１２を含む。
入力導波管１３０６は、複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎに光学的に結合される。出力導波管１３１０はまた、複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎに光学的に結合される。入力導波管１３０６は、出力導波管１３１０が入力導波管１３０６から直接入力光１３１４を受けないように、出力導波管１３１０から離間し、光学的に分離されている。
複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎは、それぞれの光共振器の共振周波数に対応する周波数を有する光を共振させるようにそれぞれ構成されている。複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎのそれぞれの共振器は、例えば、図３、図４、及び本明細書の他の箇所に関して記載されるように、共振器間の違いに基づいた異なる共振周波数応答を有する。複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎのそれぞれの共振周波数ｆＲは、複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎのそれぞれの間の差によるそれぞれの光共振器の温度に基づいて変化する。複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎのうちの１つ以上の光共振器の共振周波数が光スペクトルＳに含まれる周波数に対応する結果として、対応する周波数を有する光は、入力導波管１３０６からの１つ以上の光共振器内で共振することになる。１つ以上のそれぞれの光共振器内の共振光１３１３ａ、１３１３ｂ、．．．、１３１３Ｎは、出力導波管１３１０に結合され、フォトニックデバイス１３０２から出力される。
いくつかの実施形態では、フォトニックデバイス１３０２は、入力導波管１３０６と複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎとを選択的に結合及び分離するように制御可能な複数の光スイッチを含み得る。そのような実施形態では、複数のスイッチは、フォトニックデバイス１３０２の内部又は外部であり得る。複数の光スイッチは、フォトニックデバイス１３０２の内部にあってもよく、フォトニックデバイス１３０２は、複数の光スイッチのスイッチング状態を制御するための制御信号を受信するための１つ以上の端子（図示せず）を含み得る。
出力導波管１３１０から出力される出力光１３１６は、複数の光共振器１３０８ａ、１３０８ｂ、．．．１３０８Ｎのうちの１つ以上からの共振光１３１３を含む。例えば、スペクトルＳが、光共振器１３０８ａの共振周波数ｆＲ１に対応する周波数ｆ１を含む場合、対応する周波数ｆ１を有する入力光１３１４からの光は、光共振器１３０８ａに結合され、その中で共振する。共振光１３１３ａは、光共振器１３０８ａから出力導波管１３１０に結合され、出力導波管１３１０から出力光１３１６内に出力される。スペクトルＳが、光共振器１３０８ｂの共振周波数ｆＲ２に対応する周波数ｆ２を更に含む場合、対応する周波数ｆ２を有する入力光１３１４からの光は、光共振器１３０８ｂに結合され、その中で共振する。共振光１３１３ｂは、光共振器１３０８ｂから共振光１３１３ａに沿って出力導波管１３１０に結合され、出力導波管１３１０から出力される。そのような場合、出力光１３１６は、互いに重なり合った共振光１３１３ａ及び共振光１３１３ｂを含む。結果として、出力光１３１６は、光共振器１３０８ａ及び１３０８ｂのそれぞれの第１の共振周波数ｆＲ１と第２の共振周波数ｆＲ２との間の差に対応するビート周波数ｆｂｅａｔを有する。光検出器１３１８及び測定デバイス１３２０を使用して、例えば、測定システム３００、方法９００、及び本明細書の他の箇所に関して説明されるように、出力光１３１６のビート周波数ｆｂｅａｔが検出され、フォトニックデバイス１３０２の温度が決定され得る。測定システム１３００は、広帯域光源１３１２によって放出される入力光１３１４のスペクトルＳの周波数範囲を制御すること又はビート周波数ｆｂｅａｔに基づいてフォトニックデバイス１３０２の温度を決定することなどによって、測定システム１３００の様々な態様の動作を制御するように構成されたコンピュータシステム１３２２を含み得る。
いくつかの実施形態では、フォトニックデバイス１３０２は、所定の温度での光に対する２つ以上の共振周波数応答を有する１つ以上の多モード光共振器を含み得る。例えば、多モード光共振器は、本明細書に例として記載されるように、所与の温度で、第１の周波数を有する光を共振させ、第２の周波数を有する光を共振させ得る。
図１４は、フォトニックデバイス１４０２を含み、フォトニックデバイス１４０２の温度を検出するように構成されている測定システム１４００を示す。測定システム１４００の様々な態様は、測定システム３００、測定システム１２００、方法９００、及び本明細書の他の箇所に関して記載された対応する特徴と実質的に同様であるため、その更なる説明は簡潔にするために省略される。フォトニックデバイス１４０２は、基板１４０４と、入力導波管１４０６と、第１の光共振器１４０８と、第２の光共振器１４１０と、第１の出力導波管１４１２と、第２の出力導波管１４１４と、を含む。測定システム１４００はまた、この例では、第１の周波数と第２の周波数との間のスペクトル範囲を有する広帯域光スペクトルＳを有する入力光１４１８を生成するように構成された、広帯域光源１４１６を含む。
入力導波管１４０６は、第１の光共振器１４０８及び第２の光共振器１４１０に光学的に結合される。第１の出力導波管１４１２は、第１の光共振器１４０８に光学的に結合され、第２の光共振器１４１０は、第２の出力導波管１４１４に光学的に結合される。入力導波管１４０６は、第１の出力導波管１４１２及び第２の出力導波管１４１４が入力導波管１４０６から直接入力光１４１８を受けないように、第１の出力導波管１４１２及び第２の出力導波管１４１４から離間し、光学的に分離されている。
第１の光共振器１４０８は、第１の光共振器１４０８の共振周波数ｆＲ１に対応する周波数ｆ１を有する光を共振させるように構成されている。第２の光共振器１４１０は、第２の光共振器１４１０の共振周波数ｆＲ２に対応する周波数ｆ２を有する光を共振させるように構成されている。第１の光共振器１４０８の共振周波数ｆＲ１は、第２の光共振器１４１０の共振周波数ｆＲ２とは異なる。更に、第１の光共振器１４０８は、図３、図４、及び本明細書の他の箇所に関して記載されるように、共振器間の差に起因して、第２の光共振器１４１０とは異なる共振周波数応答を有する。第１の光共振器１４０８の共振周波数ｆＲ１及び第２の光共振器１４１０の共振周波数ｆＲ２は、それぞれの光共振器の温度に基づいて変化する。
第１の光共振器１４０８及び第２の光共振器１４１０の共振周波数が光スペクトルＳに含まれる周波数に対応する結果として、対応する周波数を有する光は、第１の光共振器１４０８及び第２の光共振器１４１０内で共振することになる。共振周波数ｆＲ１及びｆＲ２以外の周波数の光は、第１の光共振器１４０８及び第２の光共振器１４１０によって共振されない。第１の光共振器１４０８内の共振光１４２０は、第１の出力導波管１４１２に結合され、該導波管から出力される。第２の光共振器１４１０内の共振光１４２２は、第２の出力導波管１４１４に結合され、該導波管から出力される。共振光１４２０は、周波数ｆ１に対応する周波数を有し、共振光１４２２は、周波数ｆ２に対応する周波数を有する。共振光１４２０及び１４２２は、光コンバイナ１４２４内へと方向付けられるか又は導入され、組み合わされて複合光１４２６となり、光検出器１４２７に提供される。複合光１４２６は、第１の共振光１４２０及び第２の共振光１４２２の周波数差に対応するビート周波数ｆｂｅａｔを有し、このビート周波数ｆｂｅａｔは、光検出器１４２７によって測定デバイス１４３０に提供される電気信号において検出可能である。測定デバイス１４３０は、例えば、電気信号の周波数に対する電気信号の大きさを測定するように構成されたＲＦスペクトル分析器であり得る。
測定システム１４００は、広帯域光源１４１６によって放出される入力光１４１８のスペクトルＳの周波数範囲を制御すること、又は測定デバイス１４３０によって検出されるビート周波数ｆｂｅａｔに基づいてフォトニックデバイス１４０２の温度を決定することなどによって、測定システム１４００の様々な態様の動作を制御するように構成されたコンピュータシステム１４２８を含み得る。
図１５は、フォトニックデバイス１５０２を含み、フォトニックデバイス１５０２の温度を検出するように構成されている測定システム１５００を示す。測定システム１５００の様々な態様は、測定システム３００、方法９００、及び本明細書の他の箇所に関して記載された対応する特徴と実質的に同様であるため、その更なる説明は簡潔にするために省略される。フォトニックデバイス１５０２は、入力導波管１５０４と、第１の導波管接合部１５０６と、第１の導波管ループ１５０８と、光共振器１５１０と、第２の導波管ループ１５１２と、第２の導波管接合部１５１４と、出力導波管１５１６と、を含む。測定システム１５００はまた、この例では、第１の周波数と第２の周波数との間のスペクトル範囲を有する広帯域光スペクトルＳを有する入力光１５２０を生成するように構成された光源１５１８を含む。
第１の導波管接合部１５０６では、入力導波管１５０４は、第１の入力導波管部分１５２２及び第２の入力導波管部分１５２４に分割される。第１の導波管ループ１５０８は、第１の入力導波管部分１５２２及び第２の入力導波管部分１５２４を含む連続導波管である。入力光１５２０は、第１の導波管１５０４に入り、第１の導波管接合部１５０６において、第１の光部分１５２６及び第２の光部分１５２８に分割される。第１の光部分１５２６及び第２の光部分１５２８は、入力光１５２０の同じ特性を有する。入力光１５２０は、いくつかの実施形態では、第１の光部分１５２６と第２の光部分１５２８との間に等しく分割される。
光共振器１５１０は、第１の共振器部分１５１０ａ及び第２の共振器部分１５１０ｂを含む二峰性光共振器である。第１の共振器部分１５１０ａは、温度に対する第１の共振応答を有する光共振器１５１０の一部分である。第２の共振器部分１５１０ｂは、温度に対する第２の共振応答を有する光共振器１５１０の異なる部分であり、第２の共振応答は、第１の共振応答とは異なる。第１の共振器部分１５１０ａは、光共振器１５１０の第１の半円又は半ディスクを含み得、第２の共振器部分１５１０ｂは、光共振器１５１０の第２の半円又は半ディスクを含み得る。いくつかの実施形態では、光共振器１５１０は、第１の共振器部分１５１０ａ及び第２の共振器部分１５１０ｂを含む単一の連続共振構造を有する。第１及び第２の共振器部分１５１０ａ及び１５１０ｂの異なる共振周波数応答は、サイズ、形状、材料組成、機械的応力、追加の特徴若しくは異なる特徴（例えば、追加の空洞）の違い、又は本明細書に記載の他の違いに起因し得る。あるいは、又は加えて、光共振器１５１０に隣接して位置付けられた特徴１５１１は、光共振器１５１０の対称性を破壊するように動作し、それによって、光共振器１５１０（以下で論じられる）の時計回り及び反時計回りの共振モードは、異なる周波数を有することになる。
動作中、入力光１５２０の第１の光部分１５２６は、第１の導波管ループ１５０８を介して第１の方向（例えば、時計回り）に循環し、入力光１５２０の第２の光部分１５２８は、第１の導波管ループ１５０８を介して、第１の方向と反対側の第２の方向（例えば、反時計回り）に循環する。第１の光部分１５２６が第２の共振器部分１５１０ｂの共振周波数ｆＲ１に対応する周波数ｆ１を有する結果として、第１の光部分１５２６は、第２の共振器部分１５１０ｂに結合され、その中で共振する。第２の光部分１５２８が第１の共振器部分１５１０ａの共振周波数ｆＲ２に対応する周波数ｆ２を有する結果として、第２の光部分１５２８は、第１の共振器部分１５１０ａに結合され、その中で共振する。
第２の導波管接合部１５１４では、出力導波管１５１６は、第１の出力導波管部分１５３０及び第２の出力導波管部分１５３２に分割される。第２の導波管ループ１５１２は、第１の出力導波管部分１５３０及び第２の出力導波管部分１５３２を含む連続導波管である。第２の共振器部分１５１０ｂで共振する第１の共振光１５３４は、第１の出力導波管部分１５３０に結合され、第２の導波管ループ１５１２を第１の方向（例えば、反時計回り）に移動する。第１の共振器部分１５１０ａで共振する第２の共振光１５３６は、第２の出力導波管部分１５３２に結合され、第２の導波管ループ１５１２を第１の方向とは反対の第２の方向（例えば、時計回り）に移動する。第１の共振光１５３４及び第２の共振光１５３６は、第２の導波管接合部１５１４に入り、出力導波管１５１６から出力される出力光１５３８を形成するように組み合わされる。出力光１５３８は、第１の共振光１５３４と第２の共振光１５３６との間の差に等しいビート周波数ｆｂｅａｔを有する。出力光１５３８のビート周波数ｆｂｅａｔは、本明細書に記載の方法で光検出器１５４０及び測定デバイス１５４２を使用して決定される。
測定システム１５００は、光源１５１８によって放出される入力光１５２０のスペクトルＳの周波数範囲を制御すること又はビート周波数ｆｂｅａｔに基づいてフォトニックデバイス１５０２の温度を決定することなどによって、測定システム１５００の様々な態様の動作を制御するように構成されたコンピュータシステム１５４４を含み得る。
図１６は、フォトニックデバイス１６０２を含む測定システム１６００を示す。測定システム１６００は、フォトニックデバイス１６０２の温度を検出するように構成されている。測定システム１６００の様々な態様は、測定システム３００、方法９００、及び本明細書の他の箇所に関して記載された対応する特徴と実質的に同様であるため、その更なる説明は簡潔にするために省略される。フォトニックデバイス１６０２は、ポート１６０３と、導波管１６０４と、導波管接合部１６０６と、第１の導波管１６０８と、第１の光共振器１６１０（拡大図示）と、第２の導波管１６１４と、第２の光共振器１６１６（拡大図示）と、を含む。測定システム１６００はまた、この例では、第１の周波数と第２の周波数との間のスペクトル範囲を有する広帯域光スペクトルＳを有する入力光１６２２を生成するように構成された光源１６２０を含む。
導波管接合部１６０６では、入射光が分割され、第１の導波管１６０８及び第２の導波管１６１４内へと方向付けられる。第１の光共振器１６１０は、第１の導波管１６０８の光路内に位置付けられ、第２の光共振器１６１６は、第２の導波管１６１４の光路内に位置付けられる。本明細書で論じられるように、第１の光共振器１６１０は、第２の光共振器１６１６とは異なる共振周波数応答を有する。第１及び第２の光共振器１６１０及び１６１６は、ウィスパリングギャラリーモード共振器、フォトニック結晶空洞、リング共振器、ブラッググレーティング、ファブリ・ペロー干渉計（例えば、エタロン）、ディスク共振器、又は任意の他の適切な光共振器であり得る。いくつかの実施形態では、第１の光共振器１６１０は、第２の光共振器１６１６とは異なる種類の光共振器であり得る。
入力光１６２２は、ポート１６０３を介して導波管１６０４に入り、導波管接合部１６０６では、第１の導波管１６０８に入る第１の光部分及び第２の導波管１６１４に入る第２の光部分に分割される。第１の光共振器１６１０は、第１の光部分を共振させ、第２の光共振器１６１６は、第２の光部分を共振させる。共振した第１の光部分は、導波管１６０４を通って戻り、ポート１６０３から出力される。共振した第２の光部分は、共振した第１の光部分と共に導波管１６０４を通って戻り、ポート１６０３から出力される。入力光１６２２の非共振光はまた、第１の導波管１６０８及び第２の導波管１６１４を通って戻り、第１及び第２の共振光部分と組み合わせてポート１６０３から出力される。
ポート１６０３から出力される光１６２４は、共振光及び非共振光を含み得る。測定システム１６００は、入力光１６２２が移動することを可能にし、出力光１６２４を反射する光アイソレータ１６２６を含み得る。測定システム１６００は、光アイソレータ１６２６から反射光１６３０を受けるように位置付けられた１つ以上の測定デバイス１６２８を含む。１つ以上の測定デバイス１６２８は、少なくともいくつかの実施形態では、光検出器１６３２によって検出された放出光１６２４内の共振光及び非共振光を分析して、第１の光共振器１６１０及び第２の光共振器１６１６によって誘発された共振周波数を検出するスペクトル分析器１６３４を含む。フォトニックデバイス１６０２の温度は、本明細書で論じられるように、例えば、コンピュータシステム１６３６によって、共振周波数間の差に基づいて決定され得る。
図１７は、フォトニックデバイス１７０２を含み、フォトニックデバイス１７０２の温度を検出するように構成されている測定システム１７００を示す。光源１７２０、光アイソレータ１７２２、光検出器１７２４、及び測定システム１７２６を含む測定システム１７００の様々な態様は、測定システム１６００、方法９００、及び本明細書の他の箇所に関して記載された対応する特徴と実質的に同様であるため、その更なる説明は簡潔にするために省略される。フォトニックデバイス１７０２は、導波管接合部１７０４と、第１の光共振器が隣接している第１の導波管１７０６と、第２の光共振器が隣接している第２の光共振器１７０８と、を含む。図１７は、第１及び第２の光共振器の拡大図を示し、それぞれ第１の導波管１７０６及び第２の導波管１７０８に隣接するフォトニクス結晶又は他のタイプの光共振器を含み得る。
第１の導波管１７０６は、光学反射端１７１０を含み、第２の導波管１７０８は、光学反射端１７１２を含む。第１の導波管１７０６内の第１の光部分は、反射端１７１０から反射され、第２の導波管１７０８内の第２の光部分は、反射端１７１２から反射される。第１及び第２の光共振器による共振光、並びに非共振光を含む、反射された第１及び第２の光部分は、それぞれの第１の導波管１７０６及び第２の導波管１７０８を介して戻り、次いで、例えば、測定システム１６００及び本明細書に記載の他の測定システムに関して記載される方法で、戻り光のビート周波数を決定し、決定したビート周波数を温度と相関させる光検出器１７２４、測定デバイス１７２６、及びコンピュータシステム１７２８によって、フォトニックデバイス１７０２の温度を決定するために組み合わされて測定される。反射端１７１０、１７１２の代替として、第１の導波管１７０６及び第２の導波管１７０８は、それぞれの第１及び第２の光部分が、第１の導波管１７０６及び第２の導波管１７０８を介して移動し、導波管接合部１７０４及び光アイソレータ１７２２に戻る導波管ループでそれぞれ終端してもよく、光アイソレータ１７２２は、戻り光を光検出器１７２４に方向付ける。
図１８は、本明細書に記載の測定システムのフォトニックデバイスに実装され得る複数の光共振器を示す。光共振器は、その表面から反射された複数のオフセットビームが共振光を生成するファブリ・ペロー干渉計１８０２を含む。示される光共振器はまた、ウィスパリングギャラリーモードの形態で光を共振させるウィスパリングギャラリー共振器１８０４を含む。示される光共振器はまた、特定の周波数範囲内の光を伝播させ、他の周波数範囲の光の伝播を阻止するように構成された周期的な誘電構造を有するフォトニック結晶１８０６を含む。これらの光共振器は、本明細書に記載の測定システムに実装され得る、無数のタイプの光共振器の例として提供される。いくつかの実施形態では、光共振器は、２つ以上の共振モード、例えば、第１の周波数での第１の共振モード及び第２の周波数での第２の共振モードを有し得る。そのような実施形態では、本明細書に記載のフォトニック温度計は、２つ以上の対応する周波数の共振モードを有する単一の光共振器のみを含み得る。例えば、２Ｄフォトニクス結晶はまた、単一の光ポート及び単一の導波管が、入力光及び出力光のために入力光路及び出力光路の両方をそれぞれ提供し得るように、共振光の反射を提供し得る。
図１９は、本明細書に記載の測定システム内の光を共振するために使用され得る複数のフォトニック結晶の例示的な構造を示す。第１のタイプのフォトニック結晶１９０２は、１方向に周期的である結晶構造を有する。例えば、第１のタイプのフォトニック結晶１９０２は、第１の方向に沿って周期的である（例えば、反復する）結晶原子配列を有する。第２のタイプのフォトニック結晶１９０４は、２方向（例えば、互いに直交する２方向）に周期的である結晶構造を有する。第３のタイプのフォトニック結晶１９０６は、互いに直交する３方向に周期的である結晶構造を有する。これらのタイプのフォトニック結晶のうちの１つ以上は、本明細書に記載の実施形態に実装され得る。
様々な異なるタイプの光共振器が、本明細書に記載のフォトニックデバイスに実装され得る。本明細書に記載のフォトニックデバイス（例えば、フォトニックデバイス３０２）に実装され得る光共振器の非限定的な例としては、ウィスパリングギャラリーモード共振器、フォトニック結晶空洞、リング共振器、ブラッググレーティング、ファブリ・ペロー干渉計（例えば、エタロン）、及びディスク共振器が挙げられる。単一の光共振器は、１つ以上のタイプの光共振器の組み合わせを含み得る。異なる共振周波数応答を有する光共振器の対（例えば、第１の光共振器３０６及び第２の光共振器３１２）は、第１のタイプの第１の光共振器及び第２のタイプの第２の光共振器を含み得る。いくつかの実施形態では、２つの別個の光共振器の代わりに単一の光共振器が使用されてもよい。そのような実施形態では、単一の光共振器は、異なる共振周波数応答を提供する２つ以上の光学モード（横方向又は長手方向のいずれか）を有し得る。
これらの変形としては、光共振器設計の変形、導波管寸法、導波管経路、光路内の異なるカプラ（例えば、方向性カプラ、多モード干渉カプラ）、光共振器との異なるタイプの結合（例えば、インライン、断熱）、又はチップへの任意のタイプの入力若しくは出力（例えば、格子カプラ、エッジ結合、ループファイバ結合、テーパファイバ）が挙げられる。
上記の説明及び添付の図面は、様々な開示された実施形態の完全な理解を提供するために、特定の具体的な詳細を記載している。しかしながら、当業者は、開示された実施形態が、これらの具体的な詳細のうちの１つ以上を有さない、又は他の方法、構成要素、デバイス、材料などを有する様々な組み合わせで実施され得ることを認識するであろう。その他の場合、限定するものではないが、通信システム及びネットワーク及び環境を含む、本開示の環境に関連付けられた周知の構造又は構成要素は、実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、図示又は記載されていない。加えて、様々な実施形態は、方法、システム、媒体、又はデバイスであり得る。したがって、様々な実施形態は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態、又はソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせた実施形態であり得る。
加えて、明細書、特許請求の範囲及び図面全体で、内容が明確に他の意味を示していない限り、以下の用語は、本明細書に明確に関連する意味を採用する。「本明細書」との用語は、本文書に関連する明細書、特許請求の範囲及び図面を指す。「一実施形態において、」、「別の実施形態において、」、「種々の実施形態において、」、「いくつかの実施形態において、」、「他の実施形態において、」との句及び他のこれらの変形語は、本開示の１つ以上の特徴、構造、機能、限定又は特徴を指し、内容が明確に他の意味を示していない限り、同じ実施形態又は異なる実施形態に限定されない。本明細書で使用される場合、「又は」との用語は、包括的な「又は」であり、「Ａ又はＢ、又はその両方」又は「Ａ又はＢ又はＣ、又はこれらの任意の組み合わせ」との句と同義であり、更なる要素を含むリストが同様に処理される。「～に基づく」との用語は、排他的ではなく、内容が明確に他の意味を示していない限り、記載されていないさらなる特徴、機能、態様又は限定に基づくものであることを許す。それに加え、明細書全体で、「１つの（a）」、「１つの（an）」及び「その（the）」の意味は、単数形及び複数形の対象物を含む。本明細書で使用される場合、「セット」（例えば、「アイテムのセット」）との用語への言及は、別段の記載又は文脈上の矛盾がない限り、１つ以上の部材又は実例を含む空ではない集合体として解釈されるべきである。
したがって、前述の開示を考慮して、フォトニックデバイスの様々な例は、基板と、１つ以上のポートを有する基板と、複数の光共振器と、基板内又は基板上の第１の光共振器と、第１の共振周波数を有する第１の光共振器と、温度に対する第１の共振周波数応答を有する第１の光共振器と、複数の導波管と、１つ以上のポートに光学的に結合された第１の導波管と、第１の光共振器に光学的に結合された第１の導波管と、基板内又は基板上の第２の光共振器と、第２の共振周波数を有する第２の光共振器と、温度に対する第２の共振周波数応答を有する第２の光共振器と、第１の光共振器の第１の共振周波数応答とは異なる第２の光共振器の第２の共振周波数応答と、１つ以上のポートに光学的に結合された第２の導波管と、第２の光共振器に光学的に結合された第２の導波管と、からなる特徴のうちのいずれか１つ又はいずれかの組み合わせを含み得る。
１つ以上の例では、第１の光共振器は、第２の光共振器のサイズとは異なるサイズを有し、サイズの差は、第１の共振周波数応答と第２の共振周波数応答との間の差に影響を与える。
１つ以上の例では、第１の光共振器は、第２の光共振器に存在しない構造的特徴を有し、その構造的特徴は、第１の共振周波数応答と第２の共振周波数応答との間の差に影響を与える。場合によっては、構造的特徴は追加のセクションである。
１つ以上の例では、第１の光共振器は、第２の光共振器の構造的特徴とは異なる構造的特徴を有し、その構造的特徴は、第１の共振周波数応答と第２の共振周波数応答との間の差に影響を与える。
１つ以上の例では、第１の光共振器は、第２の光共振器の材料組成とは異なる材料組成物を含み、材料組成の違いは、第１の共振周波数応答と第２の共振周波数応答との間の差に影響を与える。
１つ以上の例では、第１の光共振器は、第１の導波管から離間しており、第２の光共振器は、第２の導波管から離間しており、第１の光共振器は、第２の光共振器から離間している。
１つ以上の例では、第１の光共振器及び第２の光共振器は、リング共振器である。
１つ以上の例では、第１の光共振器に隣接する領域は、第２の光共振器に隣接する対応する領域に隣接する材料組成とは異なる材料組成を含み、材料組成の違いは、第１の共振周波数応答と第２の共振周波数応答との間の差に影響を与える。
１つ以上の例では、第１の光共振器に加えられる第１の機械的応力は、第２の光共振器に加えられる第２の機械的応力とは異なり、機械的応力の差は、第１の共振周波数応答と第２の共振周波数応答との間の差に影響を与える。
１つ以上の例では、第１の光共振器は、第２の光共振器から光学的に分離されている。
１つ以上の例では、第１の導波管は第１のポートを含み、第２の導波管は第２のポートを含み、第１の導波管は、第２の導波管から光学的に分離されている。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第３のポートを含む第３の導波管を更に含み得、第３の導波管は、第１の導波管及び第２の導波管から光学的に分離され、第３の導波管は、第１の光共振器及び第２の光共振器のうちの少なくとも１つに光学的に結合されている。
１つ以上の例では、第１の導波管は第３のポートを含み、第２の導波管は第４のポートを含む。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第１の光共振器に光学的に結合された第３の導波管を更に含み得、第３の導波管は、第３のポートを含み、第１の導波管から光学的に分離されており、第４の導波管は、第２の光共振器に光学的に結合されており、第４の導波管は、第４のポートを含み、第２の導波管から光学的に分離されている。
１つ以上の例では、第１の導波管は、第２の光共振器に光学的に結合されており、第２の導波管は、第１の光共振器に光学的に結合されている。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、基板内又は基板上に、温度に対する第３の共振周波数応答を有する第３の光共振器を更に含み得、第３の共振周波数応答は、第１の共振周波数応答及び第２の共振周波数応答とは異なる。第３の光共振器は、第１の導波管及び第２の導波管に光学的に結合され得る。第３の導波管は、第３の光共振器に光学的に結合され得、第３の導波管は第３のポートを含み得る。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、基板内又は基板上に、温度に対する第４の共振周波数応答を有する第４の光共振器を更に含み得、第４の共振周波数応答は、第１の共振周波数応答、第２の共振周波数応答、及び第３の共振周波数応答とは異なる。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第３の光共振器に光学的に結合された第３の導波管であって、第３の導波管は第３のポートを含む、第３の導波管と、第４の光共振器に光学的に結合された第４の導波管であって、第４の導波管は第４のポートを含む、第４の導波管と、を更に含み得る。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第１の導波管を第２の光共振器に光学的に結合するように選択的に制御可能な１つ以上の光スイッチを更に含み得る。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第１の導波管と第２の導波管との間の導波管接合部と、導波管接合部と１つ以上のポートのうちの１つのポートとの間に光学的に結合された第３の導波管と、を更に含み得る。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第１の導波管の端部に光学的に結合された第１の導波管ループと、第２の導波管の端部に光学的に結合された第２の導波管ループと、を更に含み得る。
１つ以上の例では、第１の導波管は、第１の光学反射端部分を含み、第２の導波管は、第２の光学反射端部分を含む。
１つ以上の例では、第１の光共振器は、第１のタイプの光共振器であり、第２の光共振器は、第１のタイプの光共振器とは異なる第２のタイプの光共振器である。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第１の導波管又は第２の導波管内へと方向付けられた入力光を生成するように構成された１つ以上の光源を更に含み得る。１つ以上の光源は、第１の光ビームを放出するように構成された第１の光源を含み得、第１の光源は、第１の光ビームの周波数を調整するように制御可能である。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第１の光ビームを分割して第２の光ビームを形成するように構成された光学ビームスプリッタと、第２の光ビームを受け、第２の光ビームの周波数を調整するように構成された光シフタと、を更に含み得、第１の光ビームは、第１の導波管内へと方向付けられ、第２の光ビームは、第２の導波管内へと方向付けられる。
１つ以上の例では、１つ以上の光源は、第２の光ビームを放出するように構成された第２の光源を含み、第２の光源は、第２の光ビームの周波数を調整するように制御可能である。第１の光源は、第１のレーザー光源であってもよく、第２の光源は、第２のレーザー光源であってもよい。１つ以上の例では、第１及び第２のレーザー光源は、それぞれ、第１及び第２の光ビームの周波数を調整するように別個に制御可能である。
前述の開示を考慮して、フォトニックデバイスを含む測定システムを動作させる方法の様々な例は、第１の光ビームをフォトニックデバイスの第１の導波管内へと方向付けることと、第２の光ビームをフォトニックデバイスの第２の導波管内へと方向付けることと、第１の導波管から受けた第１の出力光及び第２の導波管から受けた第２の出力光を組み合わせて複合光にすることと、複合光に基づいて、第１の出力光と第２の出力光との間の周波数の差を決定することと、測定システムが温度測定システムである場合、周波数差に基づいてフォトニックデバイスの温度を決定することと、からなる特徴のうちのいずれか１つ又はいずれかの組み合わせを含み得る。
１つ以上の例では、方法は、第１の光ビームの周波数をフォトニックデバイス内の第１の光共振器の第１の共振周波数にロックすることと、第２の光ビームの周波数をフォトニックデバイス内の第２の光共振器の第２の共振周波数にロックすることと、を更に含み得る。周波数差は、第１の光ビームの周波数が第１の共振周波数にロックされ、第２の光ビームの周波数が第２の共振周波数にロックされた後に決定される。
１つ以上の例では、方法は、第１の光ビーム及び第２の光ビームに光ビームを分割し、第２の光ビームを第２の導波管内へと方向付ける前に、第２の光ビームの光学特性を第１の光ビームに対してシフトすることを更に含み得る。光学特性は、第１の光ビームの周波数に対してシフトされる第２の光ビームの周波数であり得る。
１つ以上の例では、方法は、複合光を電気信号に変換することと、電気信号に基づいて複合光のビート周波数を検出することと、を更に含み得る。
１つ以上の例では、方法は、メモリに記憶された温度対応データにアクセスすることと、温度対応データ内の周波数の差と温度との間の対応に基づいてフォトニックデバイスの温度を決定することと、を更に含み得る。
１つ以上の例では、方法は、第１の光ビームの周波数を第１の周波数から第２の周波数に調整するように第１の光源を制御することを更に含み得、第２の周波数は、第１の導波管に光学的に結合された第１の光共振器の第１の共振周波数に対応する。
１つ以上の例では、方法は、第２の光ビームの周波数を第３の周波数に調整するように光周波数シフタを制御することを更に含み得、第３の周波数は、第２の導波管に光学的に結合された第２の光共振器の第２の共振周波数に対応する。
１つ以上の例では、方法は、第２の光ビームの周波数を第３の周波数に調整するように第２の光源を制御することを更に含み得、第３の周波数は、第２の導波管に光学的に結合された第２の光共振器の第２の共振周波数に対応する。このように、本明細書に記載の方法は、温度を検出する方法、フォトニックデバイスを用いて温度を検出する方法、測定システムを動作させる方法、温度測定システムを動作させる方法、及びフォトニックデバイスを含む測定システムを動作させる方法に関し得る。
本明細書の開示を考慮すると、フォトニックシステムの様々な例は、フォトニックデバイスと、基板を含むフォトニックデバイスと、複数の光共振器と、基板内又は基板上の第１の光共振器と、第１の共振周波数応答を有する第１の光共振器と、温度に対する第１の共振周波数応答を有する第１の光共振器と、基板内又は基板上の第２の光共振器と、第２の共振周波数応答を有する第２の光共振器と、温度に対する第２の共振周波数応答を有する第２の光共振器と、第１の光ビームを受けるように光学的に結合された第１の導波管と、第１の光共振器に光学的に結合された第１の導波管と、第２の光ビームを受けるように光学的に結合された第２の導波管と、第２の光共振器に光学的に結合された第２の導波管と、第１の導波管からの第１の出力光及び第２の導波管からの第２の出力光を組み合わせて複合光にするように構成された光コンバイナと、光コンバイナからの複合光を電気信号に変換するように構成された光検出器と、からなる特徴のうちのいずれか１つ又はいずれかの組み合わせを含み得る。
１つ以上の例では、フォトニックシステムは、電気信号の特性を測定するように構成された１つ以上の測定デバイスを更に備え得る。電気信号の特性は、フォトニックデバイスの温度を示し得る。
１つ以上の例では、１つ以上の測定デバイスは、電気信号の周波数を測定するように構成された周波数カウンタを含む。
１つ以上の例では、１つ以上の測定デバイスは、電気信号の周波数スペクトルにおけるエネルギー分布を分析し、周波数スペクトル内の周波数に対する周波数スペクトルにおけるエネルギー分布の大きさを測定するように構成されたスペクトル分析器を含む。
１つ以上の例では、フォトニックシステムは、第２の導波管が第２の光ビームを受ける前に、第２の光ビームを受け、第２の光ビームの光学特性をシフトするように構成された光シフタを更に備え得る。光学特性は、第２の光ビームの周波数であり得る。
１つ以上の例では、フォトニックシステムは、第１の光ビームの周波数に対して第２の光ビームの周波数を制御するように構成された光周波数ロックループを更に備え得る。
１つ以上の例では、フォトニックシステムは、光源によって放出された光を第１の光ビーム及び第２の光ビームに分割するように構成された光ビームスプリッタを更に備え得る。
１つ以上の例では、フォトニックシステムは、第１の光ビームを放出するように構成された第１の光源を更に備え得る。第１の光源は、第１の光ビームの周波数を調整するように制御可能であり得る。１つ以上の例では、フォトニックシステムは、第２の光ビームを放出するように構成された第２の光源を更に備え得る。第２の光源は、第２の光ビームの周波数を調整するように制御可能であり得る。
１つ以上の例では、第１の光源及び第２の光源は、別個に制御可能な第１及び第２のレーザー光源である。
１つ以上の例では、フォトニックシステムは、第１の周波数と第２の周波数との間の周波数スペクトルを有する広帯域光を放出するように構成された広帯域光源を含み得る。広帯域光源は、第１の光ビーム及び／又は第２の光ビームを提供し得る。
本明細書の開示を考慮すると、フォトニックデバイスの追加の例は、多モード光共振器と、入力光を受けるように光学的に結合された第１の導波管と、多モード光共振器に光学的に結合された第１の導波管と、第１の周波数を有する光を共振させ、第２の周波数を有する光を共振させるように構成された多モード光共振器と、第１の導波管から出力される光のビート周波数に基づいて、フォトニックデバイスの温度を決定するように構成された測定デバイスと、からなる特徴のうちのいずれか１つ又はいずれかの組み合わせを含み得る。
１つ以上の例では、多モード光共振器は、第１の周波数を有する光を共振させる第１の部分と、第２の周波数を有する光を共振させる第２の部分と、を有する二峰性光リング共振器である。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第１の導波管を多モード光共振器に光学的に結合する第１の導波管ループを更に含み得る。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、入力光を受けるように光学的に結合された第２の導波管と、第２の導波管を多モード光共振器に光学的に結合する第２の導波管ループと、を更に含み得る。
１つ以上の例では、多モード光共振器の第１の部分は、多モード光共振器の第２の部分とは異なる材料組成を有する。
１つ以上の例では、多モード光共振器の第１の部分は、多モード光共振器の第２の部分とは異なるサイズを有する。
１つ以上の例では、多モード光共振器の第１の部分は、多モード光共振器の第２の部分とは異なる形状を有する。
１つ以上の例では、多モード光共振器の第１の部分は、多モード光共振器の第２の部分とは異なる機械的応力が加えられる。
１つ以上の例では、多モード光共振器は、２つ以上の方向に周期的な結晶構造を有するフォトニック結晶である。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、入力光として第１の導波管によって受けられる光を放出するように構成された第１の光源を更に含み得る。
１つ以上の例では、第１の光源は、第１の周波数と第２の周波数との間のスペクトルを有する広帯域光を放出するように構成された広帯域光源である。
１つ以上の例では、第１の光源は、多モード共振器の第１の共振周波数にロックされた第１の周波数で光を放出するように構成されている。フォトニックデバイスは、同じ多モード共振器の第２の共振周波数にロックされた第２の周波数で光を放出するように構成された第２の光源を更に含み得る。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、第１の導波管から出力される光を電気信号に変換するように構成された１つ以上の光検出器を更に含み得、測定デバイスは、電気信号において検出された周波数に基づいて光のビート周波数を決定するように構成されている。
前述の開示を考慮して、フォトニックデバイスを動作させる方法の様々な例は、共振周波数を有するフォトニックデバイス内へと広帯域光を方向付けることと、フォトニックデバイスによって出力光を生成することと、出力光を電気信号に変換することと、電気信号に基づいて出力光のビート周波数を決定することと、決定したビート周波数に基づいてフォトニックデバイスの温度を決定することと、からなる特徴のうちのいずれか１つ又はいずれかの組み合わせを含み得る。
１つ以上の例では、フォトニックデバイスは、少なくとも広帯域光における光の第１の周波数に対応する第１の共振周波数と、広帯域光における光の第２の周波数に対応する第２の共振周波数と、を含む複数の共振周波数を有し、方法は、フォトニックデバイスを横断した少なくとも第１及び第２の周波数の光を組み合わせることを含む、出力光を生成することを含む。
上述の様々な実施形態及び例を組み合わせて、更なる実施形態及び例を提供することができる。上記の発明を実施するための形態を考慮して、これら及び他の変更を実施形態及び例に対して行うことができる。概して、以下の特許請求の範囲では、使用される用語は、特許請求の範囲を本明細書に開示される特定の実施形態又は例に限定するものと解釈されるべきではないが、かかる特許請求の範囲に権利が与えられる等価物の全範囲と共に全ての可能な実施形態を包含するものと解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本開示によって制限されるものではない。

Claims (20)

  1. フォトニックシステムであって、
    フォトニックデバイスを備え、前記フォトニックデバイスは、
    基板と、
    前記基板内又は前記基板上の、温度に対する第１の共振周波数応答を有する第１の光共振器と、
    前記基板内又は前記基板上の、温度に対する第２の共振周波数応答を有する第２の光共振器と、
    第１の光ビームを受けるように光学的に結合され、前記第１の光共振器に光学的に結合されている、第１の導波管と、
    第２の光ビームを受けるように光学的に結合され、前記第２の光共振器に光学的に結合されている、第２の導波管と、
    前記フォトニックデバイスからの出力光を電気信号に変換するように構成された検出器であって、前記電気信号は、前記フォトニックデバイスの物理的条件を示す特性を有する、検出器と、を含む、フォトニックシステム。
  2. 前記第１の導波管からの第１の出力光と、前記第２の導波管からの第２の出力光とを組み合わせて複合光にするように構成された光コンバイナであって、前記複合光は、前記フォトニックデバイスの前記出力光である、光コンバイナと、
    前記電気信号の前記特性を測定するように構成された１つ以上の測定デバイスであって、前記電気信号の前記特性は、前記フォトニックデバイスの温度を示す、１つ以上の測定デバイスと、
    を更に備える、請求項１に記載のフォトニックシステム。
  3. 前記電気信号の前記特性は、前記電気信号の周波数であり、前記１つ以上の測定デバイスは、前記電気信号の前記周波数を測定するように構成された周波数カウンタを含む、請求項２に記載のフォトニックシステム。
  4. 前記電気信号の前記特性は、前記電気信号の周波数スペクトルにおけるエネルギー分布であり、前記１つ以上の測定デバイスは、前記エネルギー分布を分析し、前記周波数スペクトル内の周波数に対する前記周波数スペクトルにおける前記エネルギー分布の大きさを測定するように構成されたスペクトル分析器を含む、請求項２に記載のフォトニックシステム。
  5. 前記第２の導波管が前記第２の光ビームを受ける前に、前記第２の光ビームを受け、前記第２の光ビームの光学特性をシフトするように構成された光シフタを更に備える、
    請求項１～４のいずれか一項に記載のフォトニックシステム。
  6. 前記光学特性は、前記第２の光ビームの周波数である、請求項５に記載のフォトニックシステム。
  7. 前記第１の光ビームの周波数に対して前記第２の光ビームの周波数を制御するように構成された光周波数ロックループを更に備える、
    請求項１～４のいずれか一項に記載のフォトニックシステム。
  8. 光源によって放出された光を前記第１の光ビーム及び前記第２の光ビームに分割するように構成された光ビームスプリッタを更に備える、
    請求項１～４のいずれか一項に記載のフォトニックシステム。
  9. 前記第１の光ビームを放出するように構成された第１の光源であって、前記第１の光源は、前記第１の光ビームの周波数を調整するように制御可能である、第１の光源と、
    前記第２の光ビームを放出するように構成された第２の光源であって、前記第２の光源は、前記第２の光ビームの周波数を調整するように制御可能である、第２の光源と、
    を更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のフォトニックシステム。
  10. 前記第１の光源及び前記第２の光源は、それぞれ、前記第１の光ビーム及び前記第２の光ビームの前記周波数を調整するように別個に制御可能である第１のレーザー光源及び第２のレーザー光源である、請求項９に記載のフォトニックシステム。
  11. 第１の周波数と第２の周波数との間の周波数スペクトルを有する前記第１の光ビームを放出するように構成された広帯域光源を更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のフォトニックシステム。
  12. 測定システムを動作させる方法であって、
    第１の光ビームをフォトニックデバイスの第１の導波管内へと方向付けることと、
    第２の光ビームを前記フォトニックデバイスの第２の導波管内へと方向付けることと、
    前記第１の導波管からの第１の出力光と前記第２の導波管からの第２の出力光との間の周波数差を決定することと、
    前記周波数差に基づいて、前記フォトニックデバイスの温度を決定することと、を含む、方法。
  13. 前記第１の光ビームの周波数を第１の周波数から第２の周波数に調整するように第１の光源を制御することであって、前記第２の周波数は、前記第１の導波管に光学的に結合された第１の光共振器の第１の共振周波数に対応する、
    ことを更に含む、請求項１２に記載の測定システムを動作させる方法。
  14. 前記第２の光ビームの周波数を第３の周波数に調整するように光周波数シフタを制御することであって、前記第３の周波数は、前記第２の導波管に光学的に結合された第２の光共振器の第２の共振周波数に対応する、
    ことを更に含む、請求項１３に記載の測定システムを動作させる方法。
  15. 前記第２の光ビームの周波数を第３の周波数に調整するように第２の光源を制御することであって、前記第３の周波数は、前記第２の導波管に光学的に結合された第２の光共振器の第２の共振周波数に対応する、
    ことを更に含む、請求項１３に記載の測定システムを動作させる方法。
  16. 前記第１の光ビームの周波数を、前記フォトニックデバイス内の第１の光共振器の第１の共振周波数にロックすることと、
    前記第２の光ビームの周波数を、前記フォトニックデバイス内の第２の光共振器の第２の共振周波数にロックすることと、を更に含み、前記周波数差は、前記第１の光ビームの前記周波数が前記第１の共振周波数にロックされ、前記第２の光ビームの前記周波数が前記第２の共振周波数にロックされた後に決定される、
    請求項１２～１５のいずれか一項に記載の測定システムを動作させる方法。
  17. 光ビームを前記第１の光ビーム及び前記第２の光ビームに分割することと、
    前記第２の光ビームを前記第２の導波管内へと方向付ける前に、前記第１の光ビームに対して前記第２の光ビームの光学特性をシフトすることと、
    を更に含む、請求項１２～１５のいずれか一項に記載の測定システムを動作させる方法。
  18. 前記光学特性は、前記第１の光ビームの周波数に対してシフトされる前記第２の光ビームの周波数である、請求項１７に記載の測定システムを動作させる方法。
  19. 前記第１の導波管から受けた前記第１の出力光及び前記第２の導波管から受けた前記第２の出力光を組み合わせて複合光にすることと、
    前記複合光を電気信号に変換することと、
    前記電気信号に基づいて前記複合光のビート周波数を検出することであって、前記ビート周波数は、前記第１の出力光と前記第２の出力光との間の前記周波数差を示す、ことと、
    前記ビート周波数に基づいて、前記フォトニックデバイスの温度を決定することと、
    を更に含む、請求項１２～１５のいずれか一項に記載の測定システムを動作させる方法。
  20. メモリに記憶された温度対応データにアクセスすることと、
    前記温度対応データにおける前記周波数差と前記温度との間の対応に基づいて、前記フォトニックデバイスの前記温度を決定することと、
    を更に含む、請求項１２～１５のいずれか一項に記載の測定システムを動作させる方法。
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