KR20230017791A - 광 간섭계를 통한 광 신호 전송을 사용한 온도 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

광 간섭계를 통한 광 신호 전송을 사용한 온도 측정 시스템 및 방법 Download PDF

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모하마드 아민 타다욘
케빈 알. 윌리엄슨
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플루커 코포레이션
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Abstract

온도 측정 기술은, 광 신호 발생기를 사용하여 파장에서 입력 광 신호를 발생시키는 단계, 입력 광 신호를 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하는 단계, 간섭계의 제1 아암을 통해 제1 빔을 광학적으로 전송하는 단계, 제1 빔에 대해 제2 빔에 위상 시프트를 도입하는 간섭계의 제2 아암을 통해 제2 빔을 전송하는 단계, 전송된 제1 빔의 적어도 일부분과 전송된 위상 시프트된 제2 빔을 결합하여 출력 광 신호를 생성하는 단계, 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정하는 단계, 및 측정된 광 신호 강도를 온도와 상관시켜 측정된 온도를 생성하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 입력 광 신호는 2개 이상의 간섭계들을 통해 전송될 수 있다.

Description

광 간섭계를 통한 광 신호 전송을 사용한 온도 측정 시스템 및 방법
본 개시내용은 온도 측정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 간섭계를 통한 광 신호들의 전송을 사용하는 온도 측정에 관한 것이다.
온도 측정을 위한 광학 시스템들이 당업계에 알려져 있다. 이러한 시스템들은 크고 튜닝 가능한 범위(예컨대, 70 나노미터(nm))의 출력 신호 파장을 갖는 고가의 입력 레이저를 필요로 한다. 이러한 시스템들은 광범위한 파장 범위에 걸쳐 입력 광 신호의 파장을 변화시키고 시스템에서 더 큰 공진을 갖는 입력 신호 파장을 식별함으로써 온도를 검출한다. 식별된 입력 신호 파장은 온도와 상관된다. 현재 알려진 광학 온도계들보다 더 실용적이고, 제조 비용이 더 저렴하고, 구현이 더 콤팩트하고, 더 강건하게 동작하는 방법들 및 시스템들이 필요하다.
본 명세서에는 하나 이상의 간섭계들에 기초하여 온도들을 측정하기 위한, 온도 측정 시스템 온 칩 및 관련 방법들이 개시된다. 개시된 시스템은 온도를 검출, 측정 또는 보고하기 위해, 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer, MZI) 또는 마이컬슨 간섭계(Michelson interferometer, MI)와 같은 광 간섭계를 통해 광 신호를 전송한다. 간섭계의 온도가 변함에 따라, 간섭계를 통해 전송되는 광 신호의 강도에서 대응하는 변화가 발생한다. 온도를 결정하기 위해 광 신호 강도의 측정된 변화들이 사용된다.
온도 측정을 위한 개시된 방법은, 단일 파장에서 간섭계에 입력 광 신호를 제공하는 단계, 간섭계의 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정하는 단계, 및 출력 광 신호 강도들의 범위를 온도들의 범위에 관련시키는 특성 곡선에 기초하여 온도를 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 입력 광 신호를 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하는 단계, 제1 빔에 대해 제2 빔에 온도 의존적 위상 시프트를 야기하여 위상 시프트된 제2 빔을 생성하는 단계, 및 제1 빔의 적어도 일부분과 위상 시프트된 제2 빔을 결합하여 출력 광 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 특성 곡선은 룩업 테이블 또는 수학적 함수로 표현될 수 있다. 따라서, 온도는 룩업 테이블에 대한 인덱스로서 또는 수학적 함수에 대한 파라미터로서 광 신호 강도를 사용하여 결정될 수 있다.
도 1a는 본 개시내용의 원리에 따라 온도를 결정하기 위해 마하-젠더 간섭계(MZI)를 사용하는 온도 측정 시스템의 개략도이다.
도 1b는 MZI의 온도와 MZI에 의한 광 신호 출력의 정규화된 측정된 강도 사이의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 개시내용의 원리에 따라 온도를 검출하는 마하-젠더 간섭계(MZI)를 포함하는 다른 온도 측정 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 명세서에 기술된 바와 같은 MZI로부터의 광 신호 출력의 온도 의존성을 도시한 다른 그래프이다.
도 4는 MZI와 함께 기준 아암을 포함함으로써 입력 전력 변동에 대해 더 큰 감도를 제공하는 온도 측정 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예들에서 광 신호들을 분할하거나 결합하는 데 사용될 수 있는 다양한 광학 접합부들 또는 지향성 커플러들을 도시한 차트이다.
도 6은 본 개시내용의 원리에 따라 온도를 결정하기 위해 마이컬슨 간섭계(MI)를 사용하는 온도 측정 시스템의 개략도이다.
도 7은 본 개시내용에 따른 온도 측정 방법의 흐름도이다.
온도를 검출, 측정 또는 보고하기 위해 마하-젠더 간섭계(MZI) 또는 마이컬슨 간섭계(MI)와 같은 광 간섭계를 통한 광 신호의 전송을 사용하는 방법들 및 시스템들이 본 명세서에 개시된다. 간섭계의 온도가 변함에 따라, 간섭계를 통해 전송되는 광 신호의 강도에서 대응하는 변화가 발생한다. 온도를 결정하기 위해 광 신호 강도의 측정된 변화들이 사용된다.
도 1a는 온도를 검출하는 데 사용될 수 있는 마하-젠더 간섭계(MZI)(10)를 포함하는 시스템의 일례를 예시한 개략도이다. MZI(10)는 광 신호 입력(12) 및 광 신호 출력(14)을 갖는다. 광 신호 입력(12)은 미리 결정된 파장에서 광 신호를 발생시키는 광 신호 발생기(16)에 커플링된다. 발생된 광 신호는 MZI(10)에 입력된다. 다양한 실시예들에서, 광 신호 발생기(16)는 예를 들어, 좁은 파장 범위에서 레이저 빔을 발생시키는 협대역 레이저일 수 있다. 많은 경우들에서, 협대역 레이저는 단파장 레이저로 지칭될 수 있다.
광 신호 발생기(16)는 그의 광 신호 출력의 파장 주위로 낮은 튜닝 가능성을 가질 수 있다. 협대역 레이저가 사용되는 다양한 실시예들에서, 레이저는 예를 들어, 출력 파장을 중심으로 0.001 내지 0.004 nm 또는 1 내지 4 nm의 튜닝 가능성 범위를 가질 수 있다. 본 명세서의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명을 구현하는 시스템의 적어도 하나의 이점은 시스템이 광 신호 발생기(16)에 의해 발생되고 MZI(10)에 입력되는 광 신호의 파장 튜닝을 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는다는 것이다.
도 1a에서, 광 신호 발생기(16)에 의해 발생된 광 신호는 광 신호 입력(12)에서 MZI(10)에 의해 수신된다. 그 후, 입력 광 신호는 광 신호 입력(12)으로부터 빔 분할기(20)로 광 전송 경로를 제공하는 도파관(18)을 따라 전파된다. 도 1a에 도시된 빔 분할기(20)는 입력 광 신호를 2개의 빔들로 분할하는 Y-접합 분할기이다. 2개의 빔들 중 제1 빔은 MZI(10)의 제1 아암(22)을 구성하는 도파관을 따라 전파되고, 2개의 빔들 중 제2 빔은 MZI(10)의 제2 아암(24)을 구성하는 도파관을 따라 전송된다. 제1 아암(22)은 길이(L)의 길이를 갖는 광 전송 경로를 제공하는 한편, 제2 아암(24)은 더 긴, 그리고 길이(L+ΔL)의 길이를 갖는 광 전송 경로를 제공한다.
MZI(10)의 제1 아암(22) 및 제2 아암(24)은 빔 분할기(20)로부터 빔 결합기(26)로의 별개의 광 전송 경로들을 제공한다. 도 1a의 빔 결합기(26)는 제1 및 제2 아암들(22, 24)을 따라 전송된 제1 및 제2 광 빔들을 수신하고, 빔들을 결합된 광 신호로 결합하는 Y-접합 결합기로서 도시되어 있다. 빔 결합기(26)는 결합된 광 신호를 출력하고, 이는 도파관(28)을 따라 광 신호 출력(14)으로 전파된다. 도파관들(18, 28)은 특정 구현예들에 필요한 임의의 길이일 수 있거나, 심지어 생략될 수 있다(이때 광 신호 발생기(16)는 광 신호를 빔 분할기(20)에 직접 입력하고, 빔 결합기(26)는 결합된 출력 광 신호를 광 신호 검출기(30)에 직접 출력한다). 도 1a에 도시된 예에서 빔 분할기(20) 및 빔 결합기(26)가 Y-접합 커플러들로 도시되어 있지만, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 지향성 커플러들 및 다중 모드 간섭 커플러들을 포함하는 다른 유형들의 커플러들이 제한없이 사용될 수 있다.
광 신호 출력(14)에 커플링되는 것은 출력 광 신호의 강도를 수신하고 검출하는 광 신호 검출기(30)이다. 다양한 실시예들에서, 광 신호 검출기(30)는 출력 광 신호의 강도를 검출하도록 구성된 광검출기(photodetector)일 수 있다. 광 신호 검출기(30)는, 예를 들어, 출력 광 신호의 광 전력(예컨대, 광검출기의 단위 면적당 전력(W/㎠))을 측정하여 출력 광 신호의 강도를 검출할 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 제2 아암(24)의 전송 경로는 제1 아암(22)의 전송 경로보다 길이(ΔL)만큼 더 길다. 제1 및 제2 아암들(22, 24)의 전송 경로들의 길이의 차이는 빔 결합기(26)에 의해 수신되는 광 빔들에 상대적 위상차를 도입한다. 제1 및 제2 아암들(22, 24)을 통해 전송된 2개의 광 빔들의 위상차에 따라, 광 빔들은 보강 간섭으로 결합될 수 있거나(여기서, 결합된 빔들의 광 강도가 가산됨), 광 빔들은 상쇄 간섭으로 결합될 수 있다(여기서, 결합된 광 신호에서 하나의 빔의 광 강도가 다른 빔의 광 강도로부터 감산되거나 이를 감소시킴).
MZI(10)의 제1 및 제2 아암들(22, 24)을 통해 전송되는 광 빔들의 위상차는 MZI(10)의 온도에 따라 변화한다. 이러한 온도 의존적 위상차는 주로 제1 및 제2 아암들(22, 24)의 도파관들을 포함하는 재료들의 굴절률의 온도 의존적 변화들에 기인한 것이다. 재료의 굴절률은 광이 얼마나 빨리 재료를 통해 이동하는지를 나타내는 무차원 값이다. MZI(10)의 온도가 증가하거나 감소함에 따라, 재료 내의 광 경로가 변화하여, 제1 및 제2 아암들(22, 24)을 횡단하는 광 빔들의 가변 상대적 위상차를 초래한다. 훨씬 더 적은 정도로, 광 빔들 사이의 위상차는 제1 및 제2 아암들(22, 24)의 도파관들을 제조하는 재료들의 열팽창 지수로 인해 MZI(10)의 온도에 따라 변화한다. MZI(10)의 온도의 변화들은 제1 및 제2 아암들(22, 24)의 전송 경로들의 길이에 약간의 변화들을 초래할 수 있다. MZI(10)는 MZI(10)의 온도에 의존하는 측정 가능한 강도를 갖는 결합된 출력 광 신호를 출력한다.
(측정된 광 전력일 수 있는) 출력 광 신호의 측정된 강도는 메모리(34)에 저장된 실행 가능한 명령들에 응답하여 동작하는 프로세서(32)에 제공된다. 실행될 때, 명령어들은 프로세서(32)로 하여금, 측정된 광 신호 강도를 시스템의 온도와 상관시켜 측정된 온도를 생성하게 한다. 측정된 온도는 메모리(34)에 저장될 수 있고, 또는 보고될 수 있으며, 예컨대 프로세서(32)에 커플링된 디스플레이(36)에 표시될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 측정된 온도는 프로세서(32)에 의해 다른 장비로 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(32)는 측정된 광 신호 강도를 광 신호 발생기(16)에 의해 발생된 입력 광 신호의 강도로 나눔으로써 출력 광 신호의 측정된 광 신호 강도를 정규화할 수 있다. 광 신호 강도의 정규화된 측정치는 시스템의 온도와 상관되고, 측정된 온도를 생성하는 데 사용되며 이는 저장 또는 보고된다.
도 1b는 MZI(10)에 의해 출력된 광 신호의 정규화된 측정 강도를 시스템의 온도와 상관시키는 특성 곡선의 일례를 나타내는 그래프(38)를 예시한다. 도 1b에서, 정규화된 측정된 강도는 1과 0 사이에서 변화한다. 정규화된 값 1에서, MZI(10)의 제1 및 제2 아암들(22, 24)을 통해 전송된 광 빔들의 상대 위상은 완전한 보강 간섭으로 빔 결합기(26)에서 결합된다. 정규화된 값 0에서, 제1 및 제2 아암들(22, 24)을 통해 전송된 광 빔들의 상대 위상은 완전한 상쇄 간섭으로 결합된다. 도 1b에 도시된 예에서, MZI(10)는 MZI(10)의 온도가 제1(예컨대, 낮은) 온도(T1)일 때, 광 신호 강도의 정규화된 측정치가 1이 되고(또는 이에 근접하고), MZI(10)의 온도가 제2(예컨대, 높은) 온도(T2)에 있을 때, 광 신호 강도의 정규화된 측정치가 0이 되도록(또는 이에 근접하도록) 구성된다. 광 신호 강도의 정규화된 측정치가 1과 0 사이의 분율인 경우, 정규화된 측정치는 도시된 바와 같이 특성 곡선(39)에 따라 T1과 T2 사이에 있는 시스템 온도를 나타낸다. 특성 곡선(39)은 MZI(10)의 온도가 알려진 온도들로 설정되는 시스템의 교정에 의해 발생될 수 있고, 알려진 온도들에서 MZI(10)에 의해 출력되는 광 신호들의 강도들이 측정되고, 정규화되며, 알려진 온도들과 상관되어 기록된다.
도 2는 본 명세서의 개시내용의 원리에 따라 온도를 검출하는 데 사용 가능한 마하-젠더 간섭계(MZI)(40)를 포함하는 시스템의 다른 예를 예시한 개략도이다. 도 1a의 MZI(10)이 광학 Y-접합 커플러들로 구성된 빔 분할기(20) 및 빔 결합기(26)를 포함하는 한편, 도 2의 MZI(40)는 MZI의 아암들을 통해 전파되는 광 빔들을 분할 및 결합하기 위해 지향성 커플러들을 사용한다.
도 2에서, MZI(40)는 제1 광 신호 입력(42) 및 제2 광 신호 입력(44)을 갖는다. MZI(40)의 특정 구성에 따라, 제1 광 신호 입력(42)이 제1 광 신호 발생기(46)에 커플링될 수 있거나, 제2 광 신호 입력(44)이 제2 광 신호 발생기(48)에 커플링될 수 있다. 제1 또는 제2 광 신호 입력들(42, 44)에서 MZI(40)에 입력되는 광 신호들은 광 신호 입력들(42, 44)로부터 지향성 커플러(54)로 광 전송 경로들을 제공하는 각자의 도파관들(50, 52)을 따라 전파된다. 아래에서 이해되는 바와 같이, 도 2는 제1 및 제2 광 신호 발생기들(46, 48)을 포함하는 일반적인 경우를 예시한다. 일부 실시예들에서, 제1 또는 제2 광 신호 발생기들(46, 48) 중 하나만이 제1 또는 제2 광 신호 입력들(42, 44) 중 하나에 커플링될 수 있는 한편, 제1 또는 제2 광 신호 입력들 중 다른 하나는 광 신호 발생기에 커플링되지 않는다.
지향성 커플러(54)는 전송 경로들 중 하나에서의 광 신호의 신호 전력의 일부분이 전송 경로들 중 다른 하나에 광학적으로 커플링되거나 그 반대가 되도록 근접하게 되는 전송 경로들을 포함한다. 이러한 방식으로, 지향성 커플러(54)는 근거리 커플링을 사용하여 각자의 도파관들(50, 52)로부터 수신된 광 신호들의 혼합을 유발한다. 도파관(50)을 MZI(40)의 제1 아암(56)에 연결하는 전송 경로는 근거리 커플링 계수(k1)를 가지며, 도파관(52)을 MZI(40)의 제2 아암(58)에 연결하는 전송 경로는 근거리 커플링 계수(1 - k1)를 갖는다. 커플링 계수(k1)가 0.5인 경우, 지향성 커플러(54)는 50:50 커플러이어서, 전송 경로들의 각각에서의 광 신호의 광 신호 전력의 절반이 전송 경로들의 다른 경로에서의 광 신호 전력의 다른 절반과 혼합된다.
예를 들어, 도 2는 제1 광 신호 입력(42)이 광 신호를 수신하지 않는 한편(즉, 입력이 0이거나 0의 강도 또는 전력을 가짐), 제2 광 신호 입력(44)이 E0의 강도(광 전력)를 갖는 광 신호를 수신하는 특정 실시예를 예시하는 것으로 고려될 수 있다. 커플링 계수(k1)가 0.5인 경우, 지향성 커플러(54)는 입력 광 신호의 신호 전력(E0)의 절반이 도파관에 커플링되어 MZI(40)의 제1 아암(56)을 형성하고, 신호 전력(E0)의 나머지 절반이 도파관에 유지되어 제2 아암(58)을 형성하는 빔 분할기 역할을 한다.
그 후, MZI(40)의 제1 및 제2 아암들(56, 58) 내의 2개의 광 빔들은 각자의 도파관들을 따라 제2 지향성 커플러(60)로 전파된다. 도 1a의 MZI(10)와 유사하게, 제1 아암(56)은 길이(L)의 길이를 갖는 광 전송 경로를 제공하는 한편, 제2 아암(58)은 더 긴, 그리고 길이(L+ΔL)의 길이를 갖는 광 전송 경로를 제공한다.
제1 지향성 커플러(54)와 유사하게, 제2 지향성 커플러(60)는 전송 경로들 중 하나에서의 광 빔의 신호 전력이 전송 경로들 중 다른 하나에 커플링되거나 그 반대가 되도록 근접하게 되는 전송 경로들을 포함한다. 따라서 지향성 커플러(60)에서의 근거리 커플링은 MZI(40)의 제1 및 제2 아암들(56, 58)로부터 수신되는 광 빔들의 혼합을 야기한다.
지향성 커플러(60)에서, MZI(40)의 제1 아암(56)을 출력 도파관(62)에 연결하는 전송 경로는 근거리 커플링 계수(k2)를 가지고, MZI(40)의 제2 아암(58)을 출력 도파관(66)에 연결하는 전송 경로는 근거리 커플링 계수(1-k2)를 갖는다. 제1 지향성 커플러(54)와 유사하게, 제2 지향성 커플러(60)의 커플링 계수(k2)가 0.5인 경우, 지향성 커플러(60)는 2개의 아암들(56, 58)로부터 수신된 광 빔들이 동일하게 혼합되어 도파관들(62, 66)을 따라 각자의 제1 및 제2 광 신호 출력들(64, 68)로 전파되는 각자의 광 출력 신호들을 생성하는 50:50 커플러이다. 이러한 방식으로, 지향성 커플러(60)는 MZI(40)의 제1 및 제2 아암들(56, 58)을 횡단하는 광 빔들의 결합기로서 작용한다.
지향성 커플러(60)(또는 대안적으로, 예를 들어, 다중 모드 간섭 커플러)는 제1 및 제2 아암들(56, 58)을 통해 전송되는 광 빔들을 수신하며, 이들은 제1 및 제2 아암들(56, 58)의 상이한 전송 경로들로 인해 상이한 위상으로 커플러(60)에 도달한다. (Y-접합과 비교하여) 지향성 커플러를 사용함으로써, MZI(40)는 상이한 위상을 갖는(즉, 예를 들어, 커플러(60)에서 발생되고 제1 및 제2 아암들(56, 58)의 전송 경로들에 의해 발생되지 않은 신호 출력들 사이의 π/2 위상차를 갖는) 코사인 형상 또는 사인 형상 특성 곡선들을 갖는 출력 광 신호들을 제1 및 제2 광 신호 출력들(64, 68)에서 각각 발생시킬 수 있다. 이것은 적어도 두 가지 면에서 유리할 수 있다: (1) 온도 변화에 대한 가장 큰 감도(즉, 온도 변화에 대한 신호 강도의 가장 큰 미분)를 갖는 아암(56 또는 58)에 의해 가장 영향을 받는 신호 출력(64, 68)이 온도 측정을 위해 선택될 수 있고; (2) 2개의 아암들(56, 58)의 광 빔 출력들이 온도에 대한 감도를 증가시킬 수 있는 탄젠트/코탄젠트 형태 기능을 달성하도록 상호 분할될 수 있다. 이들 이점들은 또한 아래에서 기술되는 바와 같이 2개 이상의 MZI들의 적용을 통해 실현될 수 있다.
도파관들(50, 52, 62, 66)은 필요에 따라 임의의 길이일 수 있거나, 광 신호(들)가 지향성 커플러(54)에 직접 입력되고 지향성 커플러(60)가 결합된 광 신호들을 하나 이상의 광 신호 검출기들로 직접 출력하도록 생략될 수도 있다.
제1 광 신호 출력(64)은 도파관(62)을 통해 지향성 커플러(60)로부터 출력되는 광 신호를 수신하는 제1 광 신호 검출기(70)에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 제2 광 신호 검출기(72)는 제2 광 신호 출력(68)에 커플링될 수 있고, 도파관(66)을 통해 지향성 커플러(60)로부터 출력되는 광 신호를 수신할 수 있다. 제1 또는 제2 광 신호 검출기들(70, 72)은 도파관들(62, 66) 상에서 각각 전파되는 출력 광 신호들의 강도를 검출한다. 다양한 실시예들에서, 광 신호 검출기들(70, 72)은 각자의 출력 광 신호들의 강도를 검출하도록 구성된 광검출기들일 수 있다. 출력 광 신호들의 강도는, 예를 들어, 각자의 광 신호 검출기들(70, 72)의 단위 면적당 출력 광 신호들의 광 전력(예컨대, W/㎠)을 측정함으로써 측정될 수 있다.
도 1a에 MZI(10)로 도시된 바와 같이, 도 2의 MZI(40)의 제2 아암(58)의 전송 경로는 제1 아암(56)의 전송 경로보다 길이(ΔL)만큼 더 길다. 전송 경로들의 길이의 이러한 차이는 지향성 커플러(60)가 제1 및 제2 아암들(56, 58)로부터 수신하는 광 빔들에서 상대적 위상차를 발생시킨다. 2개의 광 빔들의 상대적 위상차에 따라, 광 빔들은 지향성 커플러(60)에서 보강 간섭 또는 상쇄 간섭, 또는 중간 정도의 간섭으로 결합된다.
본 개시내용에서, 광 신호 검출기들(70, 72) 둘 모두를 제1 및 제2 광 신호 출력들(64, 68)에 커플링할 필요는 없다. MZI(40)의 온도는 제1 광 신호 출력(64) 또는 제2 광 신호 출력(68) 중 하나에 커플링된 단지 하나의 광 신호 검출기(70 또는 72)에 의해 측정된 광 신호 강도를 사용하여 검출 가능하다. 제1 및 제2 광 신호 출력들(64, 68)을 통해 출력되는 두 광 신호들의 강도는 MZI(40)의 온도에 따라 변화하며, 각각의 광 신호 출력의 측정치는 예컨대, 도 1a에 도시된 프로세서(32)와 유사한 프로세서(미도시)에 의해 도 1b에 도시된 곡선(39)과 같은 특성 곡선을 사용하여 MZI(40)의 온도와 상관될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 특성 곡선(39)은 알려진 온도들에서 간섭계(여기서, MZI(40))를 통한 입력 광 신호의 전송을 사용하고, 알려진 온도들에서 출력 광 신호의 광 신호 강도들의 대응하는 측정치들을 기록하는 온도 측정 시스템의 교정에 의해 발생될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출 및 보고된 온도의 정확도는 광 신호 검출기들(70, 72) 둘 모두를 각자의 제1 및 제2 광 신호 출력들(64, 68)에 커플링하고, 출력 광 신호들 둘 모두의 측정치들을 사용하여 MZI(40)의 온도를 결정함으로써 개선될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 개선된 온도 측정 감도를 위해, 온도 측정 시스템은 제1 또는 제2 광 신호 출력(64, 68)에서 광 신호들 중 적어도 하나의 위상을 다른 광 신호 출력에 대해 시프트하는 하나 이상의 추가의 위상 시프팅 요소들을 포함할 수 있다. 위상 시프팅 요소(들)는 지향성 커플러들(54, 60) 중 어느 하나(또는 둘 다)에 통합되거나, 광 전송 경로들 중 하나의 다른 위치들에 통합되어 다른 광 신호 출력에 대한 특성 곡선과 상이한 특성 곡선을 갖는 광 신호 출력을 생성할 수 있다. 상이한 특성 곡선들을 갖는 출력들을 갖는 것은 온도 측정 시스템이 주어진 온도에서 상이한 온도 감도를 갖는 출력 광 신호들을 생성할 수 있게 한다.
도 3은, 하나의 예시적인 실시예에 대해, 전술한 마하-젠더 간섭계들(10, 40)과 같은 마하-젠더 간섭계로부터 출력되는 광 신호의 온도 의존성을 예시한 다른 그래프(80)이다. 또한, 그래프(80)는 정규화된 출력 광 강도(출력 전력 대 입력 전력의 비)가 입력 광 신호의 파장에 어떻게 의존하는지를 보여준다. 도 3에서, 특성 곡선(82)은 제1(예컨대, 낮은) 온도(T1)에서 MZI에 대한 정규화된 전송 전력 출력을 나타내는 한편, 특성 곡선(84)은 제2(예컨대, 높은) 온도(T2)에서 MZI에 대한 정규화된 전송 전력 출력을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 두 온도들의 각각에서 MZI 출력의 정규화된 전송 전력은 입력 광 신호의 파장에 따라 변화한다. 예를 들어, 파장(λ)에서 광 신호를 MZI에 입력하는 협대역(예컨대, 단일 파장) 레이저를 사용하여, 그래프(80)에 도시된 정규화된 전송 전력 출력은 도 1b의 그래프(38)에 도시된 예와 대응된다. MZI 온도(T2)에서, 정규화된 전송 전력 출력은 대략적으로 0인 한편, MZI 온도(T1)에서 정규화된 전송 전력 출력은 대략적으로 1이다.
이론적 수준에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 MZI의 출력 광 전력 대 입력 광 전력의 비는 다음과 같이 식 1에 따라 계산될 수 있다:
Figure pct00001
식 1에서, P0은 입력 광 전력, P1은 출력 광 전력, n eff 는 MZI에서 도파관들의 유효 굴절률, 그리고 ΔL은 MZI의 2개의 아암들의 길이의 차이이다. 지향성 커플러들의 전송 경로들의 커플링 계수들은 k1 및 k2이다. MZI 아암들의 전송 계수들을
Figure pct00002
, 및
Figure pct00003
이다.
Figure pct00004
(즉, 전송 라인에서 흡수가 없음)로 가정하고,
Figure pct00005
(즉, 50: 50 지향성 커플러)로 가정하면, 식 1은 다음으로 단순화된다:
Figure pct00006
본 명세서에 기술된 온도 측정 시스템들에서의 구성요소의 가변 특성들은 측정된 온도에서 특정량의 온도 불확실성을 초래할 수 있다.
온도 결정을 개선하기 위해, 일부 실시예들에서 추가의 간섭계들 및 대응하는 광검출기들이 추가된다. 상이한 간섭계들은 이들이 상이한 특성 곡선들을 가질 수 있고 상이한 수준들의 온도 감도들 또는 해상도들을 제공할 수 있도록 (예컨대, 위상 지연에 의해) 상이하게 구성되거나 서로 상이하도록 구성될 수 있다. 다수의 간섭계들은 각각 도 1a 및 도 2에 도시된 MZI들(10, 40)에 따라 구성된 다수의 MZI들일 수 있다. 이러한 다수의 MZI들은 동일한 칩 상에 구성될 수 있고, MZI 온도계의 해상도, 감도(반응도) 및 정확도를 높이도록 도울 수 있다.
일부 실시예들에서, 이들 추가의 간섭계들은 이들의 상대적인 최대값들 또는 최소값들이 상이한 온도들에서 발생하도록 상이한 위상 관계들을 갖도록 구성될 것이다. 예로서, 2개의 간섭계들은 90도의 위상차를 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 위상 시프트는 일부 실시예들에서, 특성 곡선이 코사인형 또는 사인형 형태일 때 특성 곡선의 좌측 또는 우측으로의 병진(translation)을 유도한다.
일부 실시예들에서, 각각의 간섭계는 상이한 자유 스펙트럼 범위를 갖는다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시예에서, 온도 측정 시스템은 3개의 MZI들을 포함할 수 있으며, 큰 자유 스펙트럼 범위(더 넓은 범위의 입력-출력 특성 곡선을 가짐)를 갖는 하나의 MZI는 온도를 대략적으로 추정하는 데 사용되고, 더 작은 자유 스펙트럼 범위(더 좁은 범위의 입력-출력 특성 곡선을 가짐)를 갖는 2개의 MZI들은 제1 MZI에 의해 추정된 온도 범위 내에서 더 높은 정밀한 온도 측정에 대해 사용된다. 더 좁은 범위의 입력-출력 특성 곡선들을 갖는 2개의 MZI들은 2개의 MZI들 사이의 상대적 위상차(예컨대, 90도 위상차)를 가지고 배열된다. 또한, 이 예에서, 3개의 MZI들은 더 높은 온도 측정 정확도를 제공한다. 일부 실시예들에서, 다수의 간섭계들은 하나 이상의 MZI들, MI들, 또는 임의의 다른 간섭계들을 포함할 수 있다.
다음의 실시예에서, 제1 간섭계는 온도 측정의 제1 수준 또는 제1 숫자 정보를 제공하는 것으로 이해될 수 있는, 비정밀(coarse) 온도 범위를 커버하기 위한 비정밀 센서의 역할을 하도록 구성된다. 제2 간섭계는 비정밀 온도 범위 내에서 상이한 온도 범위들을 구별하기 위해 더 정밀한 센서로서 역할을 하도록 구성된다. 제2 간섭계의 사인 곡선의 주기는 제1 간섭계의 사인 곡선의 주기보다 좁게, 예컨대, 단지 1/10로 구성된다. 이러한 방식으로, 개시된 기술을 사용하여 온도 측정의 제2 수준 또는 제2 숫자 정보가 얻어질 수 있다.
다른 실시예에서, 더 높은 해상도 온도 측정들을 달성하기 위해 더 넓은 범위 간섭계의 강도 정보 및 더 좁은 범위 간섭계의 파장 정보가 함께 이용된다. 예를 들어, 비정밀 온도 범위는 이전에 개시된 바와 같이 더 넓은 범위의 간섭계의 출력 광 신호의 광 신호 강도 및 그에 대응하는 특성 곡선에 기초하여 추정될 수 있다. 다음으로, 비정밀 온도 범위 내의 더 정밀한 온도 범위는 더 좁은 범위 간섭계의 피크(peak) 또는 딥(dip)의 주파수/파장에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 여러 수준들의 온도 측정으로 더 높은 온도 해상도가 얻어질 수 있다.
하나의 실시예에서, 더 높은 해상도 온도는 제2 간섭계의 판독값(예컨대, 주기 카운트 또는 주기들) 및 간섭계들의 각자의 특성 곡선들에 기초하여 결정된다. 또한, 다른 실시예들은 더 많은 간섭계들을 추가함으로써 온도 측정의 더 높은 정밀도 정보 또는 더 큰 해상도를 얻을 수 있다. 이와 같이, 개시된 기술은 이러한 온도 검출 칩들의 감도, 정밀도 또는 해상도를 증가시킨다.
2개 이상의 간섭계들을 채용하는 시스템들에서, 간섭계들은 바람직하게는 동일한 칩 상에 구성되고 병렬로 동작된다. 2개 이상의 더 많은 간섭계들이 동일한 입력 광 신호(예컨대, 빔 분할기에 의해 분할되는 단일 광 신호 발생기로부터의 광 신호)를 수신하고 각자의 출력 광 신호들의 강도들을 측정할 수 있으며, 이들은 시스템의 온도와 각각 상관된다. 예컨대 도 4를 참조하여 아래에서 도시되고 기술되는 바와 같은 기준 아암은 다수의 간섭계들 중 하나 이상과 연관되어 다수의 간섭계들로부터 측정된 출력 광 신호들을 정규화할 수 있다. 다수의 간섭계들의 각각은 MZI들(10, 40) 또는 MI(100)를 참조하여 본 명세서에 기술된 바와 유사하거나 동일한 방식으로 동작할 수 있다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 파장(λ)의 입력 광 신호가 사용되는 경우, 특성 곡선들(82, 84)의 기울기는 각각 온도들(T1, T2)의 주위에서 실질적으로 감소한다. 시스템이 적어도 2개의 MZI들을 사용하는 경우 - 이때 하나의 MZI에 대해 주어진 온도에서의 상대적인 최대 광 신호 전송율이 다른 MZI에 대해 (예컨대, 90도만큼) 시프트됨 -, 더 넓은 온도들의 범위에 걸친 온도차에 대해 더 큰 감도가 달성될 수 있다. 예를 들어, 주어진 온도(T) 및 입력 광 신호 파장(λ)에서, 하나의 MZI에 대한 특성 곡선의 기울기는 다른 MZI에 대한 것보다 실질적으로 더 클 수 있다. 그 주어진 온도(T) 및 입력 신호 파장(λ)에서, 기울기가 더 높은 특성 곡선을 갖는 MZI는 온도의 더 작은 차이들에 더 민감하다. 상이한 주어진 온도(및 동일한 입력 신호 파장)에서, 동일한 MZI는 더 낮은 기울기 특성 곡선을 가질 수 있는 한편, 다른 MZI는 더 높은 기울기 특성 곡선을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 더 높은 기울기는 특성 곡선의 더 짧은 주기와 관련된다. 반대로, 더 낮은 기울기는 특성 곡선의 더 긴 주기와 관련된다. 2개 이상의 간섭계들을 사용하여, 광범위한 온도들에 걸친 온도 차이들에 대해 더 큰 감도 또는 더 높은 해상도가 달성될 수 있다.
입력 광 신호(들)의 전력 변동은 위의 시스템들에서의 온도의 결정에 영향을 미칠 수 있다. 위의 실시예들에서의 전력 변동에 대한 감도는 도 4에 예시된 바와 같이 기준 아암을 추가하고, 기준 아암에 의해 출력되는 광 신호의 측정된 강도와 관련하여 간섭계 출력 신호의 측정된 강도를 평가함으로써 최소화될 수 있다. 기준 아암에서의 출력 신호 강도의 측정치가 시스템의 간섭계(또는 간섭계들)로부터의 출력 신호 강도를 정규화하는 데 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템의 온도는 입력 신호 전력의 변동들에 대한 감도가 거의 또는 전혀 없이 결정될 수 있다.
도 4에 도시된 예에서, 시스템은 도 2에 도시된 MZI(40)와 유사하거나 동일한 MZI(90)를 채용한다. 광 신호 출력들(64, 68) 중 하나 또는 둘 모두에서 출력되는 광 신호들의 광 신호 강도를 측정하는 것에 추가하여, 시스템은 MZI(90)와 병렬로 동작하는 기준 아암(92)을 형성하는 도파관을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 기준 아암(92)은 MZI(90)와 동일한 칩 상에 구성된 도파관이고, 기준 아암(92)을 통해 전파되는 광 신호의 강도를 측정하는 광 신호 검출기(94)에 커플링된다. 기준 아암(92)은 MZI(90)에 입력되는 동일한 입력 광 신호를 수신한다. 기준 아암(92)은 도파관(52)에 (예컨대, 근거리 커플링을 제공하는 지향성 커플러(96)에 의해) 커플링될 수 있고, 광 신호 발생기(48)에 의해 발생되는 광 신호의 광 신호 전력의 일부분을 수신할 수 있다. 대안적으로, 기준 아암(92)을 도파관(52)에 커플링하지 않고 발생된 광 신호의 부분들을 MZI(90)의 입력 및 기준 아암(92)의 입력 둘 모두로 지향시키기 위해 다른 형태들의 빔 분할(온-칩 또는 오프-칩)이 사용될 수 있다. 그러한 대안적인 배열에서, 기준 아암(92)은 도 4에 도시된 바와 같이 커플러(96)의 도파관(52) 근처를 통과하지 않지만, 대신에 MZI(90)로부터 온 또는 오프-칩으로 다른 곳으로부터 입력 광 신호의 일부분을 수신한다.
기준 아암(92)의 출력 신호 강도 측정치가 MZI(90)의 출력 신호 강도 측정치를 정규화하는 데 사용되기 때문에, 기준 아암(92)은 어떠한 온도 또는 다른 환경 제어도 필요로 하지 않는다. 정규화된 출력 신호 측정치는 MZI(90)의 출력 신호 측정치를 기준 아암(92)의 출력 신호 측정치로 나눔으로써 계산될 수 있다. 온도는, 예컨대, 도 1b에 도시된 곡선(39)에 의해 예시된 바와 같이, 정규화된 출력 신호 측정치를 특성 곡선에 따라 온도와 상관시킴으로써 도 1a에 도시된 프로세서(32)와 유사한 프로세서(미도시)에 의해 결정된다. 특성 곡선은 출력 신호 측정치들을 온도들과 관련시키는, 메모리(예컨대, 도 1a의 메모리(34))에 저장된 수학적 함수, 룩업 테이블 등으로 표현될 수 있다.
예를 들어, 특성 곡선은 룩업 테이블에 의해 표현될 수 있고, 프로세서는 측정된 광 신호 강도를 룩업 테이블에 대한 인덱스로서 사용하여 간섭계의 측정된 광 신호 강도를 온도와 상관시켜 온도를 결정하도록 구성된다. 특성 곡선이 수학적 함수로 표현되는 실시예들에서, 프로세서는 측정된 광 신호 강도를 사용하여 수학적 함수에 따라 온도를 계산함으로써 간섭계의 측정된 광 신호 강도를 온도와 상관시키도록 구성될 수 있다.
도 5는 접합들 또는 커플러들에 입사되는 광 신호(들)를 분할하거나 결합하기 위해 본 개시내용의 실시예들에서 사용될 수 있는 비제한적인 다양한 광학 접합들 또는 지향성 커플러들을 예시한 차트이다. 예를 들어, 도 5에서, 개략도들 (a), (e) 및 (f)는 광 신호들을 분할하거나 결합하는 데 사용하기에 적합한 특성들을 갖는 Y-접합들의 형태들을 나타내는 한편, 개략도들 (b), (c) 및 (d)는 분할되거나 결합될 광 신호(들)의 전파 방향에 따라, 광 신호들을 분할 또는 결합하기에 적합한 근거리 커플링을 제공하는 커플러들을 나타낸다. 본 개시내용의 실시예들은 또한 예를 들어 개략도 (g)에 도시된 바와 같이 2개의 입력들 및 2개의 출력들을 갖는 하나 이상의 다중모드 간섭 커플러들을 사용하여 광 신호들을 분할 또는 결합할 수 있다.
도 6은 온도의 측정을 위해 광 간섭계를 사용하는 시스템의 또 다른 예를 나타내는 개략도이다. 도 6의 시스템은 MI(100)의 제1 및 제2 아암들(102, 104)을 형성하는 상이한 길이의 도파관들에서 전파되는 광 신호들의 반사를 사용하는 마이컬슨 간섭계(MI)(100)를 포함한다. MI(100)는 제1 광 신호 입력 및 출력(106)과 제2 광 신호 입력 및 출력(108)을 갖는다. MI(100)의 특정 구성에 따라, 제1 광 신호 입력/출력(106)은 제1 광 신호 발생기(110)에 커플링될 수 있거나, 제2 광 신호 입력/출력(108)은 제2 광 신호 발생기(112)에 커플링될 수 있다.
제1 또는 제2 입력들(106, 108)에서 MI(100)에 입력되는 광 신호(들)는 광 신호 입력/출력들(106, 108)로부터 지향성 커플러(118)로 전송 경로들을 제공하는 각자의 도파관들(114, 116)을 따라 전파된다. 일부 실시예들에서, 제1 또는 제2 광 신호 발생기들(110, 112) 중 하나만이 제1 또는 제2 광 신호 입력/출력(106, 108)에 커플링될 수 있는 한편, 제1 또는 제2 광 신호 입력/출력(106, 108) 중 다른 하나는 광 신호 발생기에 커플링되지 않는다.
지향성 커플러(118)는 전송 경로들을 포함하며, 이들은 전송 경로들에서 전파되는 광 신호들의 신호 전력의 근거리 커플링을 제공하여, 지향성 커플러(118)에서 광 신호들의 혼합을 생성한다. 지향성 커플러(118)는 근거리 커플링 계수(k1)를 가지며, k1이 0.5와 같으면, 지향성 커플러(118)는 도 2와 관련하여 논의된 지향성 커플러들(54, 60)과 유사한 50:50 커플러이다. 이러한 경우, 입력 광 신호에 대해, 지향성 커플러(118)는 입력 광 신호의 신호 전력의 절반을 MI(100)의 제1 아암(102)에서 전파되는 광 빔에 커플링시키는 빔 분할기로서 작용하고, 신호 전력의 다른 절반은 제2 아암(104)에서 전파되는 광 빔에서 전파된다. 도 1a의 MZI(10)와 유사하게, MI(100)의 제1 아암(102)은 길이(L)의 길이를 갖는 광 전송 경로를 제공하는 한편, 제2 아암(104)은 더 긴, 그리고 길이(L+ΔL)의 길이를 갖는 광 전송 경로를 제공한다.
MI(100)의 제1 아암(102)은 제1 아암(102)을 통해 전파되는 입사 광 빔을 반사하는 제1 반사기(120)에 커플링된다. MI(100)의 제2 아암(104)은 제2 아암(104)을 통해 전파되는 입사 광 빔을 반사하는 제2 반사기(122)에 커플링된다. 반사된 광 빔들은 제1 및 제2 아암들(102, 104)의 상이한 경로 길이들로 인한 위상차에도 불구하고 제1 및 제2 아암들(102, 104)을 통해 지향성 커플러(118)로 복귀한다. 지향성 커플러(118)는 근거리 커플링을 사용하여 복귀하는 반사된 광 빔들을 혼합하여 결합된 출력 신호들을 생성하며 이들은 제1 및 제2 입력/출력들(106, 108)로 전파된다.
제1 광 신호 입력/출력(106)은 도파관(114)을 통해 지향성 커플러(118)로부터 출력되는 광 신호를 수신하는 제1 광 신호 검출기(124)에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 제2 광 신호 검출기(126)는 제2 광 신호 입력/출력(108)에 커플링될 수 있고, 도파관(116)을 통해 지향성 커플러(118)로부터 출력되는 광 신호를 수신할 수 있다. 제1 및/또는 제2 광 신호 검출기들(124, 126)은 - 이들은 광검출기들일 수 있음 -예를 들어, 각자의 광 신호 검출기들의 단위 면적당 출력 광 신호들의 광 전력(예컨대 W/㎠)을 측정함으로써 출력 광 신호들의 강도를 검출한다.
MZI(10)(도 1a) 및 MZI(40)(도 2)로 도시된 바와 같이, 도 6의 MI(100)의 제2 아암(104)의 전송 경로는 제1 아암(102)의 전송 경로보다 길이(ΔL)만큼 더 길다. MI의 동작의 원리는 앞서 기술한 MZI들과 유사하다. 제1 및 제2 아암들(102, 104)의 이러한 길이의 차이는 지향성 커플러(118)가 제1 및 제2 아암들(102, 104)을 통해 제1 및 제2 반사기들(120, 122)로부터 수신하는 광 빔들에서 상대적 위상차를 생성한다. 2개의 복귀하는 광 빔들의 상대적 위상차에 따라, 광 빔들은 보강 또는 상쇄 간섭으로 지향성 커플러(118)에서 혼합된다.
광 신호 검출기들(124, 126) 둘 모두를 제1 및 제2 광 신호 입력/출력들(106, 108)에 커플링할 필요는 없다. MI(100)의 온도는 제1 또는 제2 광 신호 입력/출력들(106, 108) 중 하나에 커플링된 단지 하나의 광 신호 검출기(124 또는 126)에 의해 획득된 광 신호 강도의 측정치를 사용하여 검출 가능하다. 출력 광 신호들의 강도는 MI(100)의 온도에 따라 변화하며, 각각의 광 신호 출력의 측정치는 예컨대, 도 1a에 도시된 프로세서(32)와 유사한 프로세서(미도시)에 의해 예컨대, 도 1b에 도시된 특성 곡선(39)과 유사한 MI(100)의 특성 곡선을 사용하여 MI(100)의 온도와 상관될 수 있다. 다른 실시예들에서, 온도 결정은 광 신호 검출기들(124, 126) 둘 모두를 각자의 제1 및 제2 광 신호 입력/출력들(106, 108)에 커플링시키고, 출력 광 신호들 둘 모두의 측정치들을 사용하여 MI(100)의 온도를 결정함으로써 개선될 수 있다.
전술한 실시예들에서 알 수 있는 바와 같이, 본 개시내용은 광 간섭계를 사용한 온도의 측정을 위한 방법들을 제공한다. 도 7은 본 개시내용의 온도 측정 방법(130)의 적어도 하나의 실시예를 예시한 흐름도이다.
블록(132)은 광 신호 발생기, 예컨대, 광 신호 발생기(16, 46, 48, 110, 또는 112)를 사용하여 미리 결정된 파장에서 입력 광 신호를 발생하는 것이다. 하나의 실시예에서, 블록(132)은 튜닝 가능성이 없거나 1 내지 4 나노미터의 튜닝 가능성 범위를 갖는 단일 파장에서 입력 광 신호를 발생하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 기재된 바와 같은, 마하-젠더 간섭계 또는 마이컬슨 간섭계와 같은 광 간섭계를 사용하는 온도 검출 시스템 및 방법은 현재 알려진 시스템들에 비해 상당한 비용 이점을 갖는다. 전형적인 광학 온도 측정 시스템들은 크고 튜닝 가능한 파장 범위를 갖는 고가의 입력 레이저를 필요로 한다. 이러한 시스템들은 광범위한 파장 범위에 걸쳐 입력 광 신호를 변화시키고 시스템에서 더 큰 공진을 갖는 입력 신호 파장을 식별함으로써 온도를 결정한다. 그 후, 식별된 입력 파장은 시스템의 온도와 상관된다. 그러나, 본 개시내용에 따르면, 온도 측정 시스템들은 예를 들어, 70 nm 튜닝 가능성 범위를 갖는 크고 민감한 레이저를 사용하는 것에서, 예를 들어, 1 내지 4 nm의 튜닝 가능성 범위를 갖는 더 저렴하고, 컴팩트하고, 더 강건한 협대역 레이저로 전환할 수 있으며, 여기에는 큰 튜닝 가능한 범위 레이저의 가격의 단지 일부의 비용이 든다. 단일 파장 레이저를 사용하는 본 개시내용의 실시예들은 레이저에 의해 발생된 입력 신호 파장에서 간섭계의 특성 곡선에 대해 출력 광 신호 강도를 평가함으로써 온도를 결정한다.
따라서, 도 1a의 광 신호 발생기(16) 또는 도 2의 광 신호 발생기들(46, 48)에서와 같이, 도 6의 광 신호 발생기들(110, 112)은 넓은 파장 튜닝 가능성 범위를 가질 필요가 없다. 일부 실시예들에서, 광 신호 발생기들은 예를 들어 출력 파장을 중심으로 0.001 내지 4 nm 또는 1 내지 4 nm의 튜닝 가능성 범위를 갖는 협대역 레이저를 발생시킨다.
블록(134)에서, 방법은 입력 광 신호를 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하는 단계, 및 이후 블록(136, 138)에서, 간섭계의 제1 아암을 통해 제1 빔을 광학적으로 전송하는 단계, 및 간섭계의 제2 아암을 통해 제2 빔을 광학적으로 전송하는 단계를 각각 포함한다. 전술한 바와 같이, 간섭계의 제2 아암은 제1 빔에 대해 제2 빔에 위상 시프트를 도입한다. 블록(140)에서, 방법은 전송된 제1 빔의 적어도 일부분과 전송된 위상 시프트된 제2 빔을 결합하여 출력 광 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
블록(142)에서, 출력 광 신호의 광 신호 강도가 측정된다. 일부 실시예들에서, 이 블록은 기준 아암의 기준 광 신호 강도에 의해 간섭계의 출력 광 신호 강도를 정규화하는 단계를 더 포함한다. 이러한 정규화를 위해, 기준 아암을 통해 입력 광 신호의 적어도 일부분을 전송하여 기준 출력 광 신호를 생성하는 단계 및 기준 아암의 기준 출력 광 신호의 기준 광 신호 강도를 측정하는 단계를 포함하는 추가 단계들이 수행된다.
블록(144)에서, 측정된 광 신호 강도는 예컨대 특성 곡선을 사용하여 온도와 상관되어 측정된 온도를 생성한다. 앞서 언급한 바와 같이, 특성 곡선은 알려진 온도들에서 간섭계를 통해 입력 광 신호를 전송하고, 알려진 온도들에서 출력 광 신호의 광 신호 강도들의 대응하는 측정치들을 기록함으로써 얻어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 특성 곡선들을 구성하는 방법은 복수의 알려진 온도들에서 간섭계를 통해 교정 광 신호를 전송하는 단계, 간섭계의 대응하는 출력 광 신호들의 광 신호 강도들을 기록하는 단계, 및 복수의 알려진 온도들 및 대응하는 출력 광 신호들에 기초하여 특성 곡선을 발생시키는 단계를 포함한다.
다중 간섭계 구성 시스템에서, 블록(142)은 입력 광 신호를 수신하는 제2 간섭계의 제2 출력 광 신호의 제2 광 신호 강도를 측정하는 단계, 및 출력 광 신호 강도들의 제2 범위를 온도들의 제2 범위에 관련시키는 제2 특성 곡선에 기초하여 제2 온도 범위를 결정하는 단계를 더 포함한다. 한편, 블록(144)은 제1 간섭계를 통해 결정된 제1 온도 범위 및 제2 간섭계를 통해 결정된 제2 온도 범위에 기초하여 더 높은 해상도 온도를 결정하는 단계를 더 포함한다. 초기에 논의된 바와 같이, 제2 온도 범위는 예컨대, 주기 카운트들 또는 주기들에 기초하여 제1 온도 범위에서의 상대 위치를 나타낸다.
또한, MZI들(10, 40) 및 MI(100)와 같은 본 명세서에 기술된 광 간섭계들에 사용되는 도파관들은 광의 전파를 위한 전송 경로를 제공하는 다양한 재료들 중 임의의 재료로 구성될 수 있다. 이러한 재료들은 실리콘, 질화규소, 이산화규소(일명, 실리카, 산화물, 석영, 용융 실리카), 비화갈륨, 사파이어(알루미나, 산화알루미늄), 게르마늄, 불화물 재료, 브롬화물 재료, 및 염화물 재료, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
또한, 제한 없이 포토리소그래피, e-빔 리소그래피, 엠보싱, 직접 패턴 기록, 3D 프린팅, 필름 증착, 필름 성장, 및 필름 에칭과 같은, 칩 상에 광 간섭계들의 구성요소들을 구성하기 위한 알려진 임의의 유형의 제조 방법들이 사용될 수 있다.
또한, 본 개시내용은 2개 이상의 간섭계 아암들에서 전파되는 광 빔들에서 상대적 위상차를 생성하는 방법들 및 시스템들을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 여기에는 다양한 차원들의 광 경로들, 광 경로들의 기하학적 변화들 및 그 설계, 도파관들의 상이한 치수들, 상이한 간섭계 아암들에 대한 상이한 재료 또는 이들의 주변 환경, 간섭계 아암들 주변의 상이한 박막, 단일 원자층 또는 다중 원자층(2D 또는 1D) 재료들, 간섭계 아암들 주변의 상이한 기계적 응력 또는 압력, 임의의 수동 칩 설계 또는 능동(예컨대, 마이크로히터) 열 메커니즘에 의해 각각의 아암에 상이한 온도를 적용하는 것, 및 간섭계들의 구성 요소들을 형성하는 재료의 임의의 능동 또는 수동 굴절률 변화(예컨대, 도펀트들의 차이)를 사용하는 방법들 및 시스템들이 포함된다.
본 개시내용의 실시예들은 온도 측정을 위한 마하-젠더 간섭계 또는 마이컬슨 간섭계의 개념들을 구현하는 칩 설계의 변형예들을 갖는 방법들 및 시스템들을 추가로 포함한다. 이러한 변형예들에는 간섭계 설계 변형, 도파관 치수들 또는 도파관 경로들의 변형, 광 신호들의 전파에서 상이한 유형들의 커플러들(예컨대, 지향성 커플러, 다중 모드 간섭 커플러 또는 Y-접합 커플러), 또는 칩에 대한 임의의 유형의 입력 또는 출력(예컨대, 격자 커플러, 에지 커플링, 루프 파이버 커플링 또는 테이퍼진 광섬유)이 포함될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 상세히 예시되고 논의되는 예시적인 실시예들은 광 간섭계 온도 측정을 위해 협대역 레이저를 사용하는 것을 언급하지만, 전자기 복사는 방대한 스펙트럼에 걸쳐 있음이 잘 인식된다. 본 발명의 다른 적합한 실시예들은, 예를 들어, 가시 스펙트럼, 근적외선, 중간 적외선, 및 원적외선 파장 범위들에서 광 신호들을 발생시키는 광 신호 발생기들을 채용할 수 있다. 무선 주파수들에서 신호들을 발생시키는 신호 발생기들은 공진기들에 커플링될 수 있으며, 본 명세서에 기술된 광 간섭계 온도 측정에 대한 "광 신호 소스"로서 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, X-선 및 자외선 신호 발생기들이 MZI에 커플링되고 본 명세서에 기술된 광 간섭계 온도 측정에 사용될 수 있다. 광 신호 발생기들에 대해 상이한 동작 모드들이 또한 사용될 수 있다. 많은 실시예들에서, 광 신호 발생기는 연속파 협대역 레이저이다. 다른 형태들의 신호 발생기들이 주파수 콤(frequency comb) 소스들, 광대역 소스들, 펄스형 소스들, 간섭성, 비간섭성(광간섭 단층촬영과 유사함), 또는 임의의 다른 유형의 광 소스와 같이, 입력 광 신호를 발생시키는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 광 간섭계 온도 측정과 함께 사용하도록 구성된 이러한 대안적인 방사선 소스들 및 동작 모드들은 본 개시내용의 원리로부터 벗어나지 않는다.
위에서 논의된 실시예들은 출력 광 신호들을 측정하기 위해 도 2 및 도 4의 검출기들(70, 72, 94), 또는 도 6의 검출기들(124, 126)과 같은 다수의 광 신호 검출기들을 채용할 수 있다. 광 신호 검출기들의 수는 위에서 논의된 바와 같이 2개 이상의 간섭계들을 사용하는 실시예들에서 추가로 곱해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 실시예들에서 사용될 수 있는 바와 같이, 더 적은 광 신호 검출기들이 사용되고, 간섭계들 또는 기준 아암들의 다양한 광 신호 출력들에 하나 이상의 다중화 스위치들에 의해 연결될 수 있다. 다중화 스위치(들) 및 광 신호 검출기(들)는 간섭계(들) 및 기준 아암(들)과 함께 온-칩으로 구성되거나 이들로부터 오프-칩으로 구성될 수 있다. 실제로, 다양한 실시예들에서, 광 신호 발생기(들), 간섭계(들), 및 광 신호 검출기(들)의 일부 또는 전부가 동일한 칩 상에 구성될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들은 간섭계 출력의 광 신호 강도(전력)를 측정할 뿐만 아니라 특정 파장에서의 간섭계의 특성 곡선 및 출력 신호의 측정된 강도의 기울기를 측정하도록 추가로 구성될 수 있다. 측정된 출력 광 신호 강도 및 곡선 기울기 둘 모두를 평가하는 것은 온도 검출의 전체 감도를 증가시킬 수 있다. 입력 광 신호의 파장을 약간 변조하면, 검출된 강도에서 간섭계 특성 곡선의 기울기를 결정할 수 있다. 측정된 기울기는 측정된 신호 강도를 온도에 더 정확하게 상관시키도록 돕고 온도 측정의 불확실성을 감소시키는 추가 파라미터를 제공한다. 예를 들어, 측정된 강도에 대한 결정된 기울기의 비율은 계산들에서(예컨대, 위의 식 1에서와 같음) 코사인 항으로부터 탄젠트 항으로 이동함으로써 측정 감도를 증가시킬 수 있다. 추가적으로, 이들 기술들은 락인(lock-in) 증폭 기술들과 결합하여 출력 광 신호를 보다 정확하게 측정하고 평가하여 시스템의 온도를 결정할 수 있다.
이해되는 바와 같이, 전술된 다양한 실시예들이 또 다른 실시예들을 제공하도록 결합될 수 있다. 실시예들의 양태들은 본 명세서에 개시된 본 발명의 개념들을 사용하기 위해 필요한 경우 수정될 수 있다. 전술된 설명에 비추어 실시예들에 대해 이들 및 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 일반적으로, 다음의 청구범위에서, 명세서에 사용되는 용어들은 청구범위를 명세서에 개시된 특정 실시예들로 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 그러한 청구범위의 자격이 주어지는 등가물들의 전체 범주와 함께 모든 가능한 실시예들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 청구범위는 본 발명에 의해 제한되지 않는다.
따라서, 전술한 개시내용을 고려하여, 개시된 시스템들 또는 방법들의 다양한 예들은 다음의 특징들 중 임의의 하나 또는 결합을 포함할 수 있다.
이러한 특징들은 광 신호 발생기, 간섭계, 광 신호 검출기, 및 프로세서를 포함한다. 광 신호 발생기는 미리 결정된 파장에서 입력 광 신호를 발생시킨다.
간섭계는 마하-젠더 간섭계로서, 또는 마이컬슨 간섭계로서 구성될 수 있다. 간섭계는 광 신호 발생기에 커플링된 빔 분할기를 포함한다. 빔 분할기는 광 신호 발생기로부터 입력 광 신호를 수신하고 입력 광 신호를 제1 빔 및 제2 빔으로 분할한다. 간섭계는 제1 빔을 수신하고 광학적으로 전송하기 위해 빔 분할기에 커플링되는 제1 아암, 및 제2 빔을 수신하고 광학적으로 전송하기 위해 빔 분할기에 커플링되는 제2 아암을 더 포함하며, 제2 아암은 제1 빔에 대해 제2 빔에 위상 시프트를 도입한다. 간섭계는 또한 제1 아암 및 제2 아암에 커플링된 빔 결합기를 더 포함한다. 빔 결합기는 제1 빔 및 위상 시프트된 제2 빔을 수신하고, 제1 빔의 적어도 일부분과 위상 시프트된 제2 빔을 결합하여 출력 광 신호를 생성한다.
광 신호 검출기는 빔 결합기에 커플링되고 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정한다. 프로세서는 광 신호 검출기에 커플링되고, 측정된 광 신호 강도를 수신한다. 프로세서는 신호 강도를 온도와 상관시켜 측정된 온도를 생성한다.
간섭계는 제1 아암을 형성하는 제1 도파관 및 제2 아암을 형성하는 제2 도파관을 포함한다. 제2 아암은 제1 아암에 의해 반송되는 광 빔에 대해 자신이 운반하는 광 빔에 위상 시프트를 도입한다. 제2 도파관은 제2 빔에 대한 광 전송 경로를 제공하며, 이는 제1 빔에 대해 제1 도파관에 의해 제공되는 광 전송 경로보다 더 길다. 제1 아암 및 제2 아암을 구성하는 데 사용되는 재료의 차이는 제1 및 제2 아암들에 의해 반송되는 광 빔들에 상대 위상 시프트를 생성할 수 있다. 제1 아암과 비교하여 제2 아암의 응력, 변형 또는 도핑의 차이가 상대 위상 시프트를 도입할 수 있다.
프로세서는 측정된 광 신호 강도를 온도에 관련시키는 특성 곡선에 따라 측정된 광 신호 강도를 온도와 상관시킨다. 특성 곡선은, 예컨대, 알려진 온도들에서 간섭계를 통해 입력 광 신호를 전송하고, 알려진 온도들에서 출력 광 신호의 광 신호 강도들의 대응하는 측정치들을 기록함으로써 온도 측정 시스템을 교정함으로써 발생될 수 있다.
특성 곡선은 룩업 테이블에 의해 표현될 수 있고, 프로세서는 측정된 광 신호 강도를 룩업 테이블에 대한 인덱스로서 사용하여 간섭계의 측정된 광 신호 강도를 온도와 상관시켜 온도를 결정한다. 특성 곡선은 수학적 함수로 표현되고, 프로세서는 측정된 광 신호 강도를 사용하여 수학적 함수에 따라 온도를 계산함으로써 간섭계의 측정된 광 신호 강도를 온도와 상관시킨다.
적어도 2개의 출력 광 신호들이 생성될 수 있다. 출력 광 신호들의 각자의 특성 곡선들이 서로에 대해 위상 시프트되도록, 하나 이상의 위상 시프팅 요소들이 다른 출력 광 신호(들)에 대해 적어도 하나의 출력 광 신호의 위상을 시프트하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 임의의 주어진 온도에서, 출력 광 신호들의 상이한 특성 곡선들은 상이한 온도 감도(즉, 온도 변화당 출력 신호 강도의 변화)를 반영한다.
시스템은 2개 이상의 간섭계들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 제1 간섭계는 측정된 제1 광 신호 강도에서 출력 광 신호를 생성하는 한편, 제2 간섭계는 측정된 제2 광 신호 강도에서 출력 광 신호를 생성한다. 제2 간섭계는 입력 광 신호의 일부분을 제1 빔으로서 수신하고 광학적으로 전송하는 제1 아암, 및 입력 광 신호의 일부분을 제2 빔으로서 수신하고 광학적으로 전송하는 제2 아암을 포함한다. 제1 간섭계에서와 같이, 제2 간섭계의 제2 아암은 제1 빔에 대해 제2 빔에 위상 시프트를 도입하고, 전송된 제1 빔과 위상 시프트된 제2 빔은 결합하여 출력 광 신호를 생성한다. 광 신호 검출기는 제2 간섭계의 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정하고, 측정된 제2 광 신호 강도를 생성한다.
프로세서는 제1 간섭계의 측정된 제1 광 신호 강도 및 제2 간섭계의 측정된 제2 광 신호 강도를 수신하고, 제1 및 제2 광 신호 강도들 둘 모두를 온도와 모두 상관시켜 측정된 온도를 생성한다.
제1 및 제2 간섭계들은 각각 측정된 제1 및 제2 광 신호 강도들을 온도에 관련시키는 각자의 특성 곡선을 가질 수 있다. 이러한 경우, 프로세서는 제1 간섭계의 제1 광 신호 강도 및 제2 간섭계의 제2 광 신호 강도 둘 모두를 각자의 특성 곡선들에 따라 온도와 상관시킨다. 임의의 주어진 온도에서, 제1 간섭계의 특성 곡선은 제2 간섭계의 온도 감도와 상이한 온도 감도(즉, 온도 변화당 출력 신호 강도의 변화)를 반영하는 기울기를 가질 수 있다. 제2 간섭계의 특성 곡선은 임의의 주어진 온도에 대해, 제1 및 제2 간섭계들을 통해 전송된 입력 광 신호가 상이한 측정된 광 신호 강도들을 갖는 각자의 출력 광 신호들을 생성하도록 제1 간섭계의 특성 곡선에 대해 위상 시프트될 수 있다.
온도 측정 시스템은 입력 광 신호의 적어도 일부분이 그를 통해 전송되어 출력 광 신호를 생성하는 기준 아암을 더 포함할 수 있다. 기준 아암에 커플링된 광 신호 검출기는 출력 광 신호를 수신하고 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정한다. 간섭계 또는 간섭계들의 측정된 광 신호 강도는 기준 아암의 측정된 광 신호 강도에 의해 정규화된다.
다른 특징들은 광 신호 발생기를 사용하여 미리 결정된 파장에서 입력 광 신호를 발생시키는 것; 입력 광 신호를 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하는 것; 간섭계의 제1 아암을 통해 제1 빔을 광학적으로 전송하는 것; 간섭계의 제2 아암을 통해 제2 빔을 광학적으로 전송하는 것 - 간섭계의 제2 아암은 제1 빔에 대해 제2 빔에 위상 시프트를 도입함 -; 제1 빔의 적어도 일부분과 위상 시프트된 제2 빔을 결합하여 출력 광 신호를 생성하는 것; 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정하는 것; 및 측정된 광 신호 강도를 온도와 상관시켜 측정된 온도를 생성하는 것을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 간섭계의 제2 아암은 제2 빔을 전송하기 위한 광 전송 경로를 제공하며, 이는 제1 빔을 전송하기 위해 제1 아암에 의해 제공되는 광 전송 경로보다 더 길다.
다른 특징들은 출력 광 신호 강도들의 범위를 온도들의 범위에 관련시키는 특성 곡선에 따라 측정된 광 신호 강도를 온도와 상관시키는 것을 포함한다. 특성 곡선은 알려진 온도들에서 간섭계를 통해 입력 광 신호를 전송하고, 알려진 온도들에서 출력 광 신호의 광 신호 강도들의 대응하는 측정들을 기록함으로써 발생될 수 있다.
다른 특징들은 2개 이상의 간섭계들을 사용하여 온도를 측정하는 것 - 예를 들어, 제1 간섭계는 측정된 제1 광 신호 강도에서 출력 광 신호를 생성하고, 제2 간섭계는 측정된 제2 광 신호 강도에서 출력 광 신호를 생성함 -; 측정된 제1 광 신호 강도와 제2 광 신호 강도 둘 모두를 온도와 상관시켜 측정된 온도를 생성하는 것을 포함한다. 제1 광 신호 강도 및 제2 광 신호 강도는 제1 및 제2 광 신호 강도들을 온도에 각각 관련시키는 제1 및 제2 간섭계들의 각자의 특성 곡선들에 따라 온도와 상관될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제2 간섭계의 특성 곡선은 제1 및 제2 간섭계들을 통해 전송되는 입력 광 신호가 상이한 측정된 광 신호 강도들을 갖는 각자의 출력 광 신호들을 생성하도록 제1 간섭계의 특성 곡선에 대해 위상 시프트된다.
다른 특징들은 기준 아암을 통해 입력 광 신호의 적어도 일부분을 전송하여 출력 광 신호를 생성하는 것; 기준 아암의 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정하는 것; 및 간섭계의 측정된 출력 광 신호 강도를 기준 아암의 측정된 광 신호 강도에 의해 정규화하는 것을 포함한다.

Claims (20)

  1. 온도 측정 시스템 온 칩으로서,
    미리 결정된 파장에서 입력 광 신호를 발생시키도록 구성된 광 신호 발생기;
    간섭계 - 상기 간섭계는,
    상기 광 신호 발생기에 커플링된 빔 분할기 - 상기 빔 분할기는 상기 광 신호 발생기로부터 상기 입력 광 신호를 수신하고 상기 입력 광 신호를 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하도록 구성됨 -;
    상기 제1 빔을 수신하고 광학적으로 전송하기 위해 상기 빔 분할기에 커플링된 제1 아암;
    상기 제2 빔을 수신하고 광학적으로 전송하기 위해 상기 빔 분할기에 커플링된 제2 아암 - 상기 제2 아암은 상기 제1 빔에 대해 위상 시프트를 상기 제2 빔에 도입하여 위상 시프트된 제2 빔을 생성함 -; 및
    상기 제1 아암 및 상기 제2 아암에 커플링된 빔 결합기 - 상기 빔 결합기는 상기 제1 빔 및 상기 위상 시프트된 제2 빔을 수신하고, 상기 제1 빔의 적어도 일부분과 상기 위상 시프트된 제2 빔을 결합하여 출력 광 신호를 생성하도록 구성됨 - 를 포함하며;
    상기 빔 결합기에 커플링된 광 신호 검출기 - 상기 광 신호 검출기는 상기 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정하고 상기 간섭계의 측정된 광 신호 강도를 생성하도록 구성됨 -; 및
    상기 광 신호 검출기에 커플링된 프로세서 - 상기 프로세서는 상기 간섭계의 상기 측정된 광 신호 강도를 온도와 상관시키도록 구성됨 - 를 포함하는, 온도 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 간섭계는 상기 제1 아암을 형성하는 제1 도파관 및 상기 제2 아암을 형성하는 제2 도파관을 포함하고, 상기 제2 도파관은 상기 제2 빔에 대한 광 전송 경로를 제공하며 상기 광 전송 경로는 상기 제1 빔에 대한 상기 제1 도파관에 의해 제공되는 광 전송 경로보다 더 긴, 온도 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 간섭계의 상기 측정된 광 신호 강도를 상기 온도에 관련시키는 특성 곡선에 따라 상기 간섭계의 상기 측정된 광 신호 강도를 상기 온도와 상관시키도록 구성되는, 온도 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 특성 곡선은 룩업 테이블에 의해 표현되고, 상기 프로세서는 상기 측정된 광 신호 강도를 상기 룩업 테이블에 대한 인덱스로서 사용하여 상기 간섭계의 상기 측정된 광 신호 강도를 상기 온도와 상관시켜 상기 온도를 결정하도록 구성되는, 온도 측정 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 특성 곡선은 수학적 함수로 표현되고, 상기 프로세서는 상기 측정된 광 신호 강도를 사용하여 상기 수학적 함수에 따라 상기 온도를 계산함으로써 상기 간섭계의 상기 측정된 광 신호 강도를 상기 온도와 상관시키도록 구성되는, 온도 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 간섭계는 상기 제1 간섭계의 측정된 제1 광 신호 강도에서 출력 광 신호를 생성하는 제1 간섭계이고,
    상기 온도 측정 시스템은 상기 입력 광 신호의 일부분을 제1 빔으로서 수신하고 광학적으로 전송하도록 구성된 제1 아암, 및 상기 입력 광 신호의 일부분을 제2 빔으로서 수신하고 광학적으로 전송하도록 구성된 제2 아암을 포함하는 제2 간섭계를 더 포함하고, 상기 제2 아암은 상기 제1 빔에 대해 상기 제2 빔에 위상 시프트를 도입하여 상기 제2 간섭계의 위상 시프트된 제2 빔을 생성하고, 상기 제2 간섭계의 상기 제1 빔 및 위상 시프트된 제2 빔은 결합하여 출력 광 신호를 생성하고,
    광 신호 검출기는 상기 제2 간섭계의 상기 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정하고, 상기 제2 간섭계의 측정된 제2 광 신호 강도를 생성하도록 구성되고,
    상기 프로세서는 상기 제1 간섭계의 상기 측정된 제1 광 신호 강도 및 상기 제2 간섭계의 상기 측정된 제2 광 신호 강도를 수신하고, 상기 각자의 제1 간섭계 및 제2 간섭계들의 상기 측정된 제1 광 신호 강도 및 제2 광 신호 강도 모두를 상기 온도와 상관시키도록 구성되는, 온도 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 간섭계 및 제2 간섭계는 상기 측정된 제1 광 신호 강도 및 제2 광 신호 강도를 상기 온도에 관련시키는 각자의 특성 곡선들을 가지고, 상기 프로세서는 상기 각자의 특성 곡선들에 따라 상기 각자의 제1 간섭계 및 제2 간섭계의 상기 측정된 제1 광 신호 강도 및 제2 광 신호 강도 모두를 상기 온도와 상관시키도록 구성되는, 온도 측정 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 간섭계의 상기 특성 곡선은 임의의 주어진 온도에 대해, 상기 제1 간섭계 및 제2 간섭계를 통해 전송되는 상기 입력 광 신호가 상이한 측정된 광 신호 강도들을 갖는 각자의 출력 광 신호들을 생성하도록 상기 제1 간섭계의 상기 특성 곡선에 대해 위상 시프트되는, 온도 측정 시스템.
  9. 제3항에 있어서, 상기 빔 결합기는 각자의 특성 곡선들을 갖는 적어도 2개의 출력 광 신호들을 생성하고, 상기 온도 측정 시스템은, 주어진 온도에서, 상기 적어도 2개의 출력 광 신호들의 상기 각자의 특성 곡선들이 상이한 온도 측정 감도를 제공하도록 상기 적어도 2개의 출력 광 신호들 사이에 위상차를 도입하는 위상 시프팅 요소를 더 포함하는, 온도 측정 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 광 신호의 적어도 일부분이 그를 통해 전송되어 출력 광 신호를 생성하는 기준 아암; 및
    상기 출력 광 신호를 수신하고 상기 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정하여 상기 기준 아암의 측정된 광 신호 강도를 생성하기 위해 상기 기준 아암에 커플링되는 광 신호 검출기를 더 포함하며,
    상기 간섭계의 상기 측정된 광 신호 강도는 상기 기준 아암의 상기 측정된 광 신호 강도에 의해 정규화되는, 온도 측정 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기준 아암은 상기 입력 광 신호의 상기 간섭계에 대한 커플링으로부터 분리된 상기 입력 광 신호의 일부분을 수신하도록 커플링되는, 온도 측정 시스템.
  12. 온도를 측정하기 위한 방법으로서,
    단일 파장에서 간섭계에 입력 광 신호를 제공하는 단계;
    상기 간섭계의 출력 광 신호의 광 신호 강도를 측정하는 단계; 및
    출력 광 신호 강도들의 범위를 온도들의 범위에 관련시키는 특성 곡선에 기초하여 온도를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 입력 광 신호를 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하는 단계;
    상기 제1 빔에 대해 상기 제2 빔에 온도 의존적 위상 시프트를 야기하여 위상 시프트된 제2 빔을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 빔의 적어도 일부분과 상기 위상 시프트된 제2 빔을 결합하여 상기 출력 광 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 간섭계는 제1 간섭계이고, 상기 광 신호 강도는 제1 광 신호 강도이고, 상기 특성 곡선은 제1 특성 곡선이고, 상기 온도는 제1 온도 범위이고, 상기 방법은,
    상기 입력 광 신호를 수신하는 제2 간섭계의 제2 출력 광 신호의 제2 광 신호 강도를 측정하는 단계; 및
    출력 광 신호 강도들의 제2 범위를 온도들의 제2 범위에 관련시키는 제2 특성 곡선에 기초하여 제2 온도 범위를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 온도 범위가 상기 제1 온도 범위보다 더 정밀 수준 정밀도를 갖게 하도록 상기 제1 간섭계 및 상기 제2 간섭계를 구성하는 단계; 및
    상기 제1 온도 범위 및 상기 제2 온도 범위에 기초하여 더 높은 해상도 온도를 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 온도 범위는 상기 제1 온도 범위에서의 상대 위치를 나타내는, 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 간섭계는 제1 간섭계이고, 상기 온도는 제1 온도 범위이고, 상기 방법은,
    제2 간섭계의 피크(peak) 또는 딥(dip)의 파장 정보에 기초하여 상기 제1 온도 범위 내에서 제2 온도 범위를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 온도 범위 및 상기 제2 온도 범위에 기초하여 더 높은 해상도 온도를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    복수의 알려진 온도들에서 상기 간섭계를 통해 교정 광 신호를 전송하는 단계;
    상기 간섭계의 대응하는 출력 광 신호들의 광 신호 강도들을 기록하는 단계; 및
    상기 복수의 알려진 온도들 및 상기 대응하는 출력 광 신호들에 기초하여 상기 특성 곡선을 발생시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    기준 아암을 통해 상기 입력 광 신호의 적어도 일부분을 전송하여 기준 출력 광 신호를 생성하는 단계;
    상기 기준 아암의 상기 기준 출력 광 신호의 기준 광 신호 강도를 측정하는 단계; 및
    상기 기준 아암의 상기 기준 광 신호 강도에 기초하여 상기 간섭계의 상기 출력 광 신호의 상기 광 신호 강도를 정규화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 특성 곡선은 룩업 테이블 또는 수학적 함수로 표현되고, 상기 온도를 결정하는 단계는 상기 광 신호 강도를 상기 룩업 테이블에 대한 인덱스로서 또는 상기 수학적 함수에 대한 파라미터로서 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    튜닝 가능성이 없거나 또는 0.001 나노미터 내지 4 나노미터의 튜닝 가능성 범위를 갖는 상기 단일 파장에서 상기 입력 광 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
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