TW202207558A - 使用共振器差分技術之光子裝置 - Google Patents

使用共振器差分技術之光子裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW202207558A
TW202207558A TW110120017A TW110120017A TW202207558A TW 202207558 A TW202207558 A TW 202207558A TW 110120017 A TW110120017 A TW 110120017A TW 110120017 A TW110120017 A TW 110120017A TW 202207558 A TW202207558 A TW 202207558A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
frequency
light
optical
waveguide
optical resonator
Prior art date
Application number
TW110120017A
Other languages
English (en)
Inventor
穆罕默德 塔達永
凱文 威廉森
Original Assignee
美商富克有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商富克有限公司 filed Critical 美商富克有限公司
Publication of TW202207558A publication Critical patent/TW202207558A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
    • G01D5/35335—Aspects of emitters or receivers used by an interferometer in an optical fibre sensor arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0818—Waveguides
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12138—Sensor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

一種光子裝置具有一或多個光學共振器，該一或多個光學共振器具有相對於溫度的一第一共振頻率響應及相對於溫度的不同之一第二共振頻率響應。在至少一實施例中，一第一波導將具有一第一頻率之輸入光光學耦接至一第一光學共振器；及一第二波導將具有一第二頻率之輸入光光學耦接至一第二光學共振器。組合來自該一或多個光學共振器的光輸出。可從經組合光輸出中的一拍頻判定該光子裝置之一溫度。一或多個光偵測器可將該經組合光輸出轉換成一電信號，且該電信號中的一所偵測頻率指示該經組合光輸出之該拍頻。該拍頻與該光子裝置之一溫度相關。在一實施例中，可使用一或多個多模式光學共振器。

Description

使用共振器差分技術之光子裝置
本揭露係關於光子裝置及方法，且具體而言，係關於用於測量物理狀況(諸如溫度)之光子裝置及方法。
光子溫度計係一種偵測一感測器中之光特性以獲得一溫度測量的溫度測量系統的類別。這些系統針對其大小、穩固性、準確度、精確度、及可能的應用範圍進行估值。然而，某些缺失與這些溫度測量系統相關聯。用以偵測在一光子溫度計中之光特性的一些測量裝置之響應特性隨時間漂移。結果，測量系統的操作可涉及週期性重新校準，以達成時間上之一致效能。這些系統中使用的一些類別的測量裝置可能昂貴且解析度受限。環境溫度的變化亦會顯著影響這些測量裝置的操作，所以這些測量裝置暴露於溫度變化會在所獲得的測量中引入不確定性。
本文揭示系統及方法，其中一光子裝置具有一或多個光學共振器，該一或多個光學共振器具有相對於溫度的一第一共振頻率響應及相對於溫度的不同之一第二共振頻率響應。在光子裝置以光學溫度計實施的情況中，共振頻率的一差產生具有一拍頻之一輸出信號，該拍頻指示該光子裝置之一溫度。
在各種實施例中，一種本揭露之光子系統包含一光子裝置，該光子裝置包括一基材、一第一光學共振器、一第二光學共振器、一第一波導及一第二波導，該第一光學共振器在該基材中或該基材上並具有相對於溫度之一第一共振頻率響應，該第二光學共振器在該基材中或該基材上並具有相對於溫度之一第一共振頻率響應，該第一波導經光學耦接以接收一第一光束且經光學耦接至該第一光學共振器，該第二波導經光學耦接以接收一第二光束且經光學耦接至該第二光學共振器；一光學組合器，其經組態以將來自該第一波導之第一輸出光與來自該第二波導之第二輸出光組合成經組合光；及一光偵測器，其經組態以將來自該光學組合器的該經組合光轉換成一電信號。
該光子系統可進一步包含一或多個測量裝置，該一或多個測量裝置經組態以測量該電信號之一特性。該電信號之該特性對應於或以其他方式指示該光子裝置之一物理狀況，諸如該光子裝置之一溫度。
在各種實施例中，一種操作一光子裝置之方法可包含：引導一第一光束至一光子裝置之一第一波導中；引導一第二光束至該光子裝置之一第二波導中；將從該第一波導接收的第一輸出光與從該第二波導接收的第二輸出光組合成經組合光；基於該經組合光判定該第一輸出光與該第二輸出光之間的一頻率差；及基於該經判定頻率差來判定該光子裝置之一溫度。
該方法可進一步包含將該第一光束之一頻率鎖定至該光子裝置中的一第一光學共振器之一第一共振頻率、及將該第二光束之一頻率鎖定至該光子裝置中的一第二光學共振器之一第二共振頻率。可繼該第一光束之該頻率鎖定至該第一共振頻率及該第二光束之該頻率鎖定至該第二共振頻率之後判定該頻率差。
圖1A描繪包括一光子裝置102之一系統100的至少一個實施例，該光子裝置可例如用於測量溫度的光子溫度計。光子裝置102包括一基材108，該基材具有一光學共振器106及鄰近於光學共振器106之一波導104。光子裝置102可用於基於光學共振器106之一共振頻率來測量溫度，該共振頻率由於光學共振器106的熱光效應而改變，諸如形成光學共振器106之材料對應於光子裝置102之溫度變化之折射率的變化。波導104係用於光的導管，該波導包括在基材108上的第一埠110及第二埠112，用於使光傳達至波導104中並且離開該波導。
基材108依一固定關係支撐光學共振器106及波導104。基材108(包括波導104及光學共振器106)可由具有光學透明性質的材料形成，使得進入波導104中之光之至少一部分經由在波導104中之內反射而引導至光學共振器106中。例如，基材108可由包括矽之一材料所形成，舉非限制性實例，諸如二氧化矽、矽酸鹽(例如，硼矽玻璃、鉛玻璃、矽酸鋁)、碳酸鹽(例如，碳酸鈉)、玻璃-陶瓷、非晶金屬、或無矽玻璃。基於光子裝置102之所欲應用或性質，基材108可由其他合適材料形成。舉非限制性實例，可使用諸如微影方法(例如，微影蝕刻、電子束微影、壓紋、圖案直寫、3D列印)、膜沉積、膜生長、及膜蝕刻等各種製造方法形成光子裝置102，該光子裝置包括基材108、波導104，及光學共振器106。
圖2A展示描繪基材108之折射率與溫度之間之一關係的一圖200。更具體而言，圖200描繪由矽所形成之基材108之折射率n與溫度T之間的關係。如所示，基材108之折射率n的改變與溫度T之變化成比例。例如，基材108之折射率n可相對於基材108之溫度T線性改變。在一些實施例中，基材108可具有具有不同響應特性之光學性質。
參照回圖1A，在至少一些實施例中，光學共振器106經光學耦接至波導104。在一些實施例中，波導104與光學共振器106間隔開。經由第一埠110進入波導104的光之至少一部分被接收至光學共振器106中。光學共振器106內之光之一特性經修改，且該經修改光經耦接回至波導104中。該經修改光連同原始光疊加地行進通過波導104的剩餘部分。從波導104之第二埠112輸出該經修改光及原始光。
圖1B展示光學共振器106之一光路徑116。具體而言，光學共振器106具有一環形或環狀形狀。光路徑116在一圓周方向上延伸穿過光學共振器106之一橫截面中心。在操作中，耦接至光學共振器106中的光在一第一點118處進入光學共振器106，且沿著光路徑116在光學共振器106之內部表面之間內反射。光自一第二點120離開光學共振器106。可相對於行進通過波導104之光而修改行進通過光學共振器106的光之特性。所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，可有不同的第一點118及第二點120，不同光射線分別在該第一點及該第二點處耦接至光學共振器106中及離開該光學共振器。該經修改光係從第二點120耦接回至波導104中，且連同原始光從波導104離開。
由於光子裝置102所經歷的溫度改變及隨之發生的折射率n改變，光路徑116的有效長度可改變。例如，光路徑116的有效長度可根據下列方程式改變：
Figure 02_image001
其中Leff 係光路徑116的有效長度、T係由光子裝置102所經歷的溫度，而n 係基材108之折射率。如所能見到的，光路徑116的有效長度Leff 由於光子裝置102所經歷的溫度T變化而改變。例如，長度Leff 可隨溫度之對應增加而增加。
有效長度Leff 之變化造成光學共振器106中之光的對應變化。圖2B展示描繪由於溫度變化而自第二埠112輸出的光之特性變化的圖202。例如，該經修改光之強度可具有在一第一溫度相對於波長的一第一輪廓204，且具有在一第二溫度相對於波長的一第二輪廓206。
現有的熱測量系統或光子溫度計可包括光子裝置102及一波長計，該波長計經耦接以接收從光子裝置102之第二埠112輸出的光。該波長計可分析光的波長，並偵測其共振，以基於光子裝置102之共振與溫度之已知關係來判定光子裝置102之溫度。然而，目前已知的波長計對於獲得及維持係昂貴的。波長計亦可經歷顯著的隨時間漂移，其對於系統整體之校準具有不利的影響。為了確保隨時間準確測量，需要週期性重新校準系統。因此，大量訓練及科學知識適合使用此類測量系統的人員，這會增加與操作此類系統相關聯的成本及複雜性。
圖3係根據本揭露之一或多個實施例之包括操作為一光子溫度計的一光子裝置302之一測量系統300的示意方塊圖。光子裝置302包括一第一波導304及在基材308中或在該基材上的一第一光學共振器306，其中第一光學共振器306經光學耦接至第一波導304。光子裝置302亦包括一第二波導310及在基材308中或在該基材上的一第二光學共振器312，其中第二光學共振器312經光學耦接至第二波導310。第二波導310與第一波導304間隔開並界定一分開的光學路徑。在一些實施例中，第一波導304、第一光學共振器306、第二波導310、及第二光學共振器312經建構在相同晶片上。
引入至光子裝置302的光可行進通過經提供或暴露在基材308外部的第一埠314與第二埠316之間的第一波導304。引入至光子裝置302的光亦可行進通過亦可經提供或暴露在基材308外部的第一埠318與第二埠320之間的第二波導310。在一些實施例中，第一埠314、318或第二埠316、320中之一或兩者可包括經組態以將輸入光耦接至第一波導304或第二波導310中的一或多個光柵耦接器或其他類型的耦接器。在一些實施例中，第一波導304或第二波導310中之一或兩者可具有在第一埠314、318中之一者或兩者或第二埠316、320中之一或兩者處的另一形狀，以促進有效率的光耦接。在一些實施例中，第一埠314、318中之一或兩者或第二埠316、320中之一或兩者可經組態用於將光邊緣耦接至第一波導304或第二波導310中之一或兩者中或將光邊緣耦接出第一波導或第二波導中之一或兩者。
可使用各種材料製造包括基材308、第一光學共振器306及第二光學共振器312的光子裝置302。此類材料之非限制性實例包括矽、氮化矽、二氧化矽(亦稱，二氧化矽、氧化物、石英、熔融矽石)、砷化鎵、藍寶石(礬土、氧化鋁)、鍺、氟化物材料、溴化物材料、及氯化物材料。舉非限制性實例，可使用諸如微影方法(例如，微影蝕刻、電子束微影、壓紋、圖案直寫、3D列印)、膜沉積、膜生長、及膜蝕刻等各種製造方法形成光子裝置302，該光子裝置包括基材308、第一光學共振器306，及第二光學共振器312。
第二光學共振器312與第一光學共振器306間隔開。第一光學共振器306及第二光學共振器312彼此光學解耦，使得該等光學共振器之一者中的光不耦接至另一光學共振器中。在一些實施例中，第一光學共振器306及第二光學共振器312係相同類型的光學共振器。然而，第二光學共振器312之一或多個態樣不同於第一光學共振器306。因此，第二光學共振器312與第一光學共振器306具有相對於一溫度範圍的一不同共振頻率響應。
有許多方式建立第一光學共振器306與第二光學共振器312之間的共振頻率響應之差異。例如，一或多個薄膜區域可經定位而圍繞第一光學共振器306或第二光學共振器312中之一者，而不圍繞另一者，或多個不同大小或組成物的薄膜區域可經定位而圍繞第一光學共振器306及第二光學共振器312兩者。第一光學共振器306上或周圍的機械應力可不同於第二光學共振器312上或周圍的機械應力。可使用被動熱機構(例如，晶片設計)或藉由主動熱機構(例如，微加熱器)將一不同的溫度施加至第一光學共振器306及第二光學共振器312之各者。作為一進一步實例，使用主動或被動折射率變化(諸如改變用來建立第一光學共振器306及第二光學共振器312之摻雜劑之類型或濃度)，第一光學共振器306之折射率可不同於第二光學共振器312之折射率。所屬技術領域中具有通常知識者將理解，有許多方式實施第一光學共振器306與第二光學共振器312之間的共振頻率響應差異，而不會偏離本揭露之範疇。
第二光學共振器312相對於第一光學共振器306之不同共振頻率響應可歸因於第二光學共振器312相對於第一光學共振器306之一或多個大小差異。例如，第一光學共振器306及第二光學共振器312在一或多個維度上可具有不同的值。例如，第一光學共振器306及第二光學共振器312可具有不同的光學路徑長度(在圖3所示之圓周方向C中)、不同厚度(在圖3所示之軸向方向A中)、或不同寬度(在圖3所示之徑向方向R中)。作為一非限制性實例，第一光學共振器306可具有186.572 µm之一光學路徑長度，且第二光學共振器312可具有186.800 µm之一光學路徑長度。作為另一非限制性實例，第一光學共振器306可具有533 nm之一寬度，且第二光學共振器312可具有530 nm之一寬度。因此，由於尺寸之差異，第一光學共振器306及第二光學共振器312可具有相對於溫度的不同之光學共振頻率。
第二光學共振器312相對於第一光學共振器306之不同共振頻率響應可歸因於第二光學共振器312相對於第一光學共振器306之一或多個材料差異。第二光學共振器312可例如包括與第一光學共振器306不同的材料。第二光學共振器312可包括一額外包覆層，該額外包覆不包括在第一光學共振器306中。作為一具體非限制性實例，第一光學共振器306可形成於氧化矽(SiO2 )層上。第二光學共振器312可包括額外材料，諸如形成在該氧化矽層上的氧化鋁(Al2 O3 )層，而第一光學共振器306不包括氧化鋁層或具有不同厚度的氧化鋁層。
材料之差異可係第一光學共振器306之核心材料及第二光學共振器312之核心材料的差異。材料之差異可係第一光學共振器306之包覆層的材料與第二光學共振器312之包覆層的材料之差異。第一光學共振器306與第二光學共振器312之核心或包覆層的差異可係材料的類型或組成物、材料的光學性質、材料濃度、或其他差異。
可使用下列方程式計算第一光學共振器306及第二光學共振器312之共振波長：
Figure 02_image003
其中，li 係各別光學共振器之長度，ni 係各別共振器之折射率，且mi 係各別共振器之模數。
表示相對於第一光學共振器306及第二光學共振器312之溫度的共振波長變化的曲線之斜率可相對於溫度變化。具體而言，第一光學共振器306及第二光學共振器312之共振波長曲線的斜率變化係由下列方程式表示：
Figure 02_image005
其中
Figure 02_image007
係相對於各別光學共振器之溫度變化的波長變化，
Figure 02_image009
係相對於各別光學共振器之溫度變化的折射率變化，l 係各別光學共振器之長度，且m 係各別光學共振器之模數。為了達到關於溫度變化之適當的拍頻fbeat ，如將於下文更詳細描述者，根據前述關係來判定適當的模數m 、光學共振器長度l 、及有效折射率n 。第一光學共振器306與第二光學共振器312的不同特性導致第一光學共振器306與第二光學共振器312之間的一不同的共振頻率響應。
第二光學共振器312相對於第一光學共振器306之不同共振頻率響應可歸因於第二光學共振器312相對於第一光學共振器306之一或多個結構差異。作為一實例，圖4A展示一第一光學共振器402及一第二光學共振器404之一俯視圖，其中第一光學共振器402具有不存在於第二光學共振器404的一結構特徵。具體而言，第一光學共振器402具有在第一光學共振器402之光學路徑上或在該光學路徑中的一區段406。
圖4B展示沿圖4A之線A-A所取得之第一光學共振器402的截面圖。第一光學共振器402形成在基材408上。區段406形成在第一光學共振器402之光學路徑之一部分上或在該部分中。第一光學共振器402可具有一寬度W1及一厚度T1。圖4A及圖4B所示之區段406具有不同於第一光學共振器402之其餘部分的一或多個屬性。差異可係尺寸或大小、在區段406中或周圍的材料、機械應力、或上文關於圖3所描述相對於無區段406之一光學共振器來改變第一光學共振器402之共振頻率之其他屬性的差異。
例如，在圖4B中，區段406具有之一寬度W2不同於第一光學共振器402之其餘部分的寬度W1。尺寸差異可包括厚度T1之差異。第一光學共振器402及第二光學共振器404之其他尺寸可相同。在一些實施例中，區段406可形成在第一光學共振器402之頂部上、或可形成在第一光學共振器402與基材408之間、或形成在側向於寛度方向的第一光學共振器402之一側上或附近。在一些實施例中，區段406可具有與第一光學共振器402之其餘部分不同的截面形狀。例如，區段406可具有一圓形橫截面形狀，而第一光學共振器402之其餘部分具有一矩形截面形狀。
參照回圖3，測量系統300包括耦接至第一埠314與318的一輸入部分322，且包括耦接至第二埠316與320的一輸出部分324。輸入部分322包括產生光326的一光源328。光源328可係一可控制以調整光326之一頻率的一可調諧光源。例如，光326可在第一時間具有第一頻率f1 ，且光源328可經操作以調整光326以在第二時間具有第二頻率f2 。
在一些實施例中，光源328係產生雷射光的雷射光源。舉非限制實例，該雷射光源可係產生在1530 nm與1565 nm(含)之間的波長範圍中的雷射光的一電信C頻帶雷射。光源328可產生在其他光譜中的光，包括可見光譜光、近紅外光、中紅外光、及遠紅外光、X射線光譜光、及紫外光譜光，亦舉非限制實例。在一些實施例中，可使用射頻電磁源。光源328可係一連續波窄頻帶雷射光源、一頻率梳光源、一寬頻光源、一脈衝光源、一同調光源、一非同調光源、或可操作以產生與光子裝置302中之光學共振相容之光的任何其他類型光源。
光326經引導至一光學元件330中，該光學元件將光326分裂成一第一輸入光332及一輔助光334。光學元件330可係分光器，其將光束分裂成具有相同光學特性的兩個光束(第一輸入光332及輔助光334)。輔助光334經引導至一光學偏移器336中，該光學偏移器將輔助光334之一頻率偏移一固定頻率量fS 。在一些實施例中，光學偏移器336可偏移輔助光334之一相位。光學偏移器336輸出具有一第三頻率f3 之一第二輸入光338，該第三頻率不同於第一輸入光332之一第二頻率f2 。在一些實施例中，光學偏移器336可包括一或多個被動裝置，該一或多個被動裝置包括不消耗電力的光學元件，以達成輔助光334之特性的偏移。光學偏移器336可例如包括具有結晶結構的材料，該結晶結構改變通過其的光之頻率。在一些實施例中，光學偏移器336包括消耗電力之主動裝置(例如，頻率調變器)，以達成特性偏移。在此類實施例中，光學偏移器336可經控制以調整第二輸入光338之一頻率至第二光學共振器312之一共振頻率。
來自光源328的光326之頻率可自第一頻率f1 調整至第二頻率f2 (該第二頻率可係第一光學共振器之一共振頻率)，並被光學元件330分裂以提供第一輸入光332。對於特定溫度及模數(例如，在-200℃溫度下的300之模數)，第一輸入光332之頻率被鎖定至第二頻率f2 (該第二頻率係第一光學共振器306之共振頻率)。對於相同的特定溫度及模數(例如，在-200℃溫度下的300之模數)，第二輸入光338之頻率經調整並鎖定至第三頻率f3 (該第三頻率係第二光學共振器312之共振頻率)。在一些實施例中，光學偏移器336係選擇性地可控制以改變輔助光334偏移的頻率量fS 。在一些實施例中，光學偏移器336使輔助光334相對於第一輸入光332偏移一固定頻率量fS 。在此類實施例中，可分開地判定在光子裝置302之輸出中的第一光學共振器306及第二光學共振器312之共振頻率。
在操作中，在一段時期內，光源328之頻率可從第一頻率f1 掃掠或改變至第二頻率f2 。例如，光源328可經控制使得所發射之光326在第一時間具有第一頻率f1 。 光源328經控制以在一段時期內增加或減少發射光326之頻率，直到光326具有第二頻率f2 ，該第二頻率係在光子裝置302之目前溫度下的第一光學共振器306之共振頻率。
輔助光334之頻率連同第一輸入光332之頻率一起改變，因為輔助光334及第一輸入光332兩者皆從光源光326分裂。光學偏移器336可使第二輸入光338之頻率相對於輔助光334改變頻率量fs 。可依經定義之增量連續地或逐步調整光326之頻率。如本文所述，評估光子裝置302之輸出，以識別第一光學共振器306及第二光學共振器312之共振頻率，而共振頻率係用以判定光子裝置302之溫度。輸入部分322可包括一光學頻率鎖定迴路，該光學頻率鎖定迴路相對於第一輸入光332之頻率控制第二光輸入338之頻率。
可藉由存取儲存在記憶體中的溫度對應資料而判定光子裝置302之溫度。在一些實施例中，基於第一光學共振器306與第二光學共振器312之共振頻率來判定光子裝置302之溫度。在一些實施例中，基於共振頻率之頻率差與溫度之間的對應性來判定溫度，如溫度對應資料所反映。溫度對應資料可包括表示共振頻率(或其態樣、組合或其差)與光子裝置302之溫度的對應性的查找表及/或函數(即，公式或方程式)。
在一些實施例中，測量系統300可包括產生第二輸入光338的一第二光源(未圖示)。在此類實施例中，測量系統300可排除光學元件330及光學偏移器336。例如，該第一光源及該第二光源可係各自產生雷射光之分開或分開操作之雷射光源。由該第二光源所產生之第二輸入光338經由第一埠318引導至第二波導310中。第一輸入光332係由光源328產生且經由第一埠314引導至第一波導304中。光源328及第二光源經分開地控制以調整第一輸入光332及第二輸入光338之頻率。具體而言，第一輸入光332之頻率經鎖定至第一光學共振器306之共振頻率，且第二輸入光338之頻率經鎖定至第二光學共振器312之共振頻率。該第二光源可實質上類似於光源328，因此省略其進一步說明。
第一輸入光332經引導或引入至第一波導304中，且第二輸入光338經引導或引入至第二波導310中。當第一輸入光332具有對應於第一光學共振器306之共振頻率的一頻率時，第一光學共振器306使第一輸入光332之至少一部分共振，其導致從第二埠316輸出的第一輸出光340之一特性(例如，振幅)的一對應變化。當第二輸入光338具有對應於第二光學共振器312之共振頻率的一頻率時，第二光學共振器312使第二輸入光338之至少一部分共振，其導致從第二埠320輸出的第二輸出光342之一特性(例如，振幅)之對應變化。第一光學共振器306與第二光學共振器312光學解耦，使得第一光學共振器306及第二光學共振器312未透過基材308或以其他方式交換光。
輸出部分324包括一光學組合器344，該光學組合器將第一輸出光340(「輸出1」)及第二輸出光342(「輸出2」)組合或混合成經組合光346。光學組合器344係一光學元件(諸如一光束組合器或二向分光鏡)，其將第一輸出光340及第二輸出光342組合成一單光束，即，經組合光346。
歸因於第一輸出光340與第二輸出光342之間的相長干涉及相消干涉，經組合光346具有對應於第一輸出光340與第二輸出光342之間的頻率差的一拍頻fbeat 。輸出部分324包括一光偵測器348，該光偵測器產生對應於經組合光346之一或多個特性的電信號350。具體來說，電信號350具有對應於經組合光346之拍頻fbeat 的頻率。電信號350之頻率範圍可具有與光子裝置302之一物理狀況(諸如光子裝置302之溫度範圍)的已知或可確定的關係，使得電信號350之頻率指示光子裝置302之溫度。在其他實施例中，例如，光子裝置302之一物理狀況可係形成光子裝置之材料的壓力、應變、拉伸、或壓縮，其導致第一光學共振器306與第二光學共振器312之共振頻率變化，並產生電信號350的對應變化。在這種情況下，例如，電信號350之頻率可指示由光子裝置302所經歷的壓力、應變、拉伸、或壓縮。
輸出部分324包括測量電信號350之一或多個特性的一或多個電氣測量裝置352。電信號350的此類特性指示光子裝置302之物理狀況。舉非限制實例，一或多個電氣測量裝置352可包括測量電信號350之頻率的測量裝置(諸如頻率計數器)，或測量電信號350之頻譜中之能量分布的測量裝置(諸如頻譜分析器)。(多個)測量裝置352產生表示在電信號350中所測量之一或多個特性的一輸出354，諸如資料或數值視覺指示(例如，在顯示器上)。(多個)測量裝置352可判定電信號350之其他特性，諸如振幅。一或多個測量裝置352可用以相對於電信號350中之另一特性來判定一特性，諸如相對於電信號350之頻率的振幅，或電信號350中之一特性相對於另一特性的變化，諸如相對於電信號350中之頻率的振幅變化。包括一頻譜分析器之實施例可分析該電信號之一頻譜中的能量分布並測量相對於該頻譜中之一頻率的該頻譜中之該能量分布的一量值。
在一些實施例中，輸出部分324可包括一電腦系統356，該電腦系統經組態以判定對應於由電信號350表示的拍頻fbeat 之溫度，如由測量裝置352所測量。電腦系統356可包括耦接至記憶體之一或多個處理器，該記憶體儲存指令，該等指令由該一或多個處理器執行，引起電腦系統356判定光子裝置302之溫度。電腦系統356的記憶體可儲存指示光子裝置302之頻率測量與溫度之間之關係的資訊。在一些實施例中，電腦系統356可係一經特殊設計的系統，其包括輸入部分322及輸出部分324之一或多個特徵。
在一些實施例中，光子裝置302可包括一或多個光源，諸如內部地產生第一輸入光332及第二輸入光338的光源328。光子裝置302內部之一或多個光源可由外部裝置(諸如電腦系統356)控制，以調整第一輸入光332之頻率及第二輸入光338之頻率。光子裝置302可包括一或多個光學偏移器或光學頻率鎖定迴路，其可控制以相對於第一輸入光332調整第二輸入光338之頻率。
在一些實施例中，光子裝置302可包括光偵測器348。在此類實施例中，光子裝置302可包括光學組合器344，且可在光子裝置302內將第一輸出光340及第二輸出光342組合成經組合光346。將經組合光346引導至光子裝置302內的光偵測器348上或至該光偵測器中，以產生電信號350，從光子裝置302替代經組合光346或除了該經組合光之外輸出該電信號。
圖5係展示根據本揭露之一或多個實施例之光學共振頻率相對於一光子裝置的光學共振器之溫度的變化的實例的圖表500。圖表500包括第一光學共振器(諸如第一光學共振器306)之共振頻率響應的趨勢線502。圖表500亦包括第二光學共振器(諸如第二光學共振器312)之共振頻率響應的趨勢線504。趨勢線502及504示範第一光學共振器之共振頻率及第二光學共振器之共振頻率基於溫度變化而變化。例如，該第一光學共振器及該第二光學共振器之共振頻率響應可與溫度成反比，使得該等光學共振器在較低溫度具有較高共振頻率及在較高溫度具有較低共振頻率。
第一光學共振器之趨勢線502不同於第二光學共振器之趨勢線504。趨勢線502之斜率例如與趨勢線504之斜率不同。在一些實施例中，趨勢線502之形狀可不同於趨勢線504之形狀。因此，該第一光學共振器與該第二光學共振器的光學共振頻率之間的差異係基於溫度而變化。在一溫度508，例如，在該第一光學共振器與該第二光學共振器的光學共振頻率之間有一第一差異510。在另一溫度512，在該第一光學共振器與該第二光學共振器的光學共振頻率之間有一第二差異514，其中第二差異514不同於第一差異510。
該等光學共振器之共振頻率響應可隨時間漂移。趨勢線502及504可例如隨時間沿著光學共振頻率軸向上或向下漂移。然而，光學共振頻率之趨勢線502及504將一起漂移。因此，即使第一光學共振器306與第二光學共振器312之共振頻率響應隨時間漂移，使用光子裝置302的溫度測量可基於該等光學共振器之該等共振頻率之間的一差異而繼續係準確的且精確地獲得，而無需重新校準測量系統300。相比之下，如果圖1A中之光子裝置102之光學共振器106經歷共振頻率響應漂移，則會需要重新校準實施光子裝置102之一測量系統，以繼續獲得準確且精確的溫度測量。
此外，測量系統300相較於實施光子裝置102之測量系統更便宜且更可靠。在用以判定光子裝置102之溫度的測量系統中，可使用一波長計來偵測由光子裝置102輸出的光之波長。然而，環境溫度會顯著影響此類波長計的操作，其會降低使用此類裝置所獲得之溫度測量的確定性。波長計之一些特性亦經受隨時間漂移，所以為了維持系統之足夠的準確度及精確度，週期性校準係適當地。
由於光子裝置302的設計，藉由其偵測第一光學共振器306與第二光學共振器312之共振頻率的差異，可在不使用波長計的情況下判定光子裝置302之溫度。因此，相對於實施圖1A之光子裝置102的測量系統，測量系統300在一段較長時期可具有經改善的準確度與精確度、製造及操作可較不昂貴、且可涉及較少維護(例如，校準)。測量系統300的潛在效益或改善包括改善的解析度、較低成本、對環境溫度變化的改善穩固性、及較不頻繁的校準。
圖6展示根據一或多個實施例之相對於光子裝置302之一溫度範圍的經組合光346之一拍頻曲線602的圖表600。如本文所描述，經組合光346之拍頻等於第一輸出光340與第二輸出光342之共振頻率之間的差異。參照圖5，對於該溫度範圍，拍頻曲線602對應於趨勢線502與504之間的差異。光偵測器348例如可在溫度範圍內輸出具有對應於拍頻曲線602之頻率響應的電信號350。電腦系統356可儲存指示測量裝置352之輸出354與光子裝置302之溫度之間對應性的溫度對應資料。電腦系統356的記憶體可例如儲存一查找表或其他資料結構，其中拍頻曲線602的拍頻值與對應之溫度值相關聯。替代地或額外地，溫度對應資料可包括表示拍頻曲線602的函數(即，公式或方程式)。電腦系統356可基於使用儲存在記憶體中之溫度對應資料所接收的輸出354提供輸出(例如，作為在顯示器上的資料)。
差分光子共振測溫法之一或多個不確定性來源可存在於本文所述之架構中。此類來源可能地包括雷射鎖定頻率不確定性，及頻率計數器不確定性。然而，相對於與其他測量系統(諸如實施光子裝置102之系統)相關聯的不確定性，不確定性之位準在時間上顯著更佳且更穩定。
圖7展示描繪第一光學共振器306及第二光學共振器312相對於溫度的折射率變化的圖表700。圖表700展示第一光學共振器306相對於一溫度範圍之一第一折射率702。圖表700亦展示第二光學共振器312相對於該溫度範圍的一第二折射率704。如所示，由於光子裝置302所經歷之溫度變化，第一光學共振器306及第二光學共振器312的有效折射率改變。在此實例中，第一折射率702及第二折射率704具有一相同斜率且可依相同速率隨時間漂移。
圖8展示描繪相對於本文所述之一光學共振器之模數m 及光學路徑長度l 的共振波長λ 變化的圖800。可有藉由圖800之線所表示之一光學共振器之複數個共振波長λ (例如，自1300 nm至1650 nm)。因此，基於光學路徑長度li 及光學模數mi 的一組合，可從一光學共振器輸出不同共振光波長λ i 。本文描述的其他考量亦涉及由本文的光學共振器之光輸出的共振波長λ 。
圖9展示根據本揭露之一或多個實施例之一種操作一測量系統(諸如測量系統300)之方法900，該測量系統包括具有二或更多個光學共振器的光子裝置(在此情況中，光子溫度計)，該二或更多個光學共振器具有不同共振頻率響應。方法900包括控制902光源328以發射光326。控制902可包括控制光源328以發射具有特定頻率及通量的光。在一些實施例中，控制902可包括在一段時期內將光326之一特性從一第一值調整至一第二值。例如，光源328可經控制以發射在第一時間具有第一頻率f1 的光326，然後在一段時期內調整(例如增加、減少)光326之頻率，直到光326具有匹配第一光學共振器306之共振頻率的第二頻率f2 。可藉由偵測第一輸出光340之振幅變化或電信號350之振幅變化來判定第一光學共振器306之共振頻率。例如，當第一輸入光332之頻率經調整以匹配第一光學共振器306之共振頻率時，第一輸出光340或電信號350之振幅會顯著變化(例如，振幅增加、振幅減小)。光326之頻率變化可係一連續變化或一步階式或增量變化。
方法900包括將光326分裂904成一第一光束(諸如輔助光334)及一第二光束(諸如第一輸入光332)。該第一光束及該第二光束具有一相同頻率及相位。分裂904光326包括將光326引入至光學元件330或其他此類光學元件中。
方法900可包括偏移906第二光束之一特性。偏移906包括引入或引導第二光束(輔助光334)至光學偏移器336中。在一些實施例中，偏移906包括相對於第一輸入光332偏移第二輸入光338之頻率。偏移906亦可包括使用一光學頻率鎖定迴路相對於第一輸入光332之一頻率來調整第二輸入光338之一頻率。
在一些實施例中，由於判定第一輸入光332之頻率被鎖定至第一光學共振器306之共振頻率而執行偏移906。光學偏移器336可經選擇性地控制以相對於第一輸入光332偏移第二輸入光338之頻率，直到第二輸入光338之頻率匹配第二光學共振器312之共振頻率。可藉由偵測第二輸出光342之振幅變化或電信號350之振幅變化來判定第二光學共振器312之共振頻率。例如，當第二輸入光338之頻率經調整以匹配第二光學共振器312之共振頻率時，第二輸出光342或電信號350之振幅會顯著變化(例如，振幅增加、振幅減小)。
在一些實施例中，光學偏移器336經組態以使第二輸入光338之頻率偏移一固定量。由於偏移906第二光束，從光學偏移器336之輸出獲得第二輸入光338，其中第二輸入光338之特性與第二光束(即，輔助光334)之特性不同。在一些實施例中，方法900可包括控制由第二光源所產生之第二光束，如本文稍早所述。具體而言，方法900可包括控制第二光源以發射具有經鎖定至第二光學共振器312之共振頻率的頻率之光。在此類實施例中，方法900之其他操作可省略或經適當調適，以適應使用第一光源及第二光源。
方法900進一步包括引導908第一輸入光332及第二輸入光338分別至基材308之第一波導304及第二波導310中。接著，分別接收910來自第一波導304及第二波導310的第一輸出光340及第二輸出光342。接收910第一輸出光340及第二輸出光342可包括偵測第一輸出光340或第二輸出光342之振幅。例如，關於調整第一輸入光332之頻率，可監測第一輸出光340之振幅以判定何時第一輸入光332之頻率匹配第一光學共振器306之共振頻率。作為另一實例，關於調整第二輸入光338之頻率，可監測第二輸出光342之振幅以判定何時第二輸入光338之頻率匹配第二光學共振器312之共振頻率。
方法900包括將第一輸出光340及第二輸出光342組合912成經組合光346。如關於測量系統300所述，組合912第一輸出光340與第二輸出光342可包括將第一輸出光340及第二輸出光342引入或引導至光學組合器344中。經組合光346具有對應於第一輸出光340與第二輸出光342之間之頻率差的拍頻fbeat 。方法900亦包括將經組合光346轉換914成電信號350。轉換914經組合光346包括引導或引入經組合光346至光偵測器348上或至該光偵測器中。
方法900包括使用一或多個測量裝置352來偵測916電信號350之一或多個特性。可監測電信號350以判定何時第一輸入光332之頻率匹配第一光學共振器306之共振頻率，或何時第二輸入光338之頻率匹配第二光學共振器312之共振頻率。例如，關於調整第一輸入光332及第二輸入光338之頻率，監測電信號350之振幅，且可回應於電信號350之振幅變化而將第一輸入光332及第二輸入光338之頻率分別鎖定至第一光學共振器306及第二光學共振器312之共振頻率。
繼判定第一輸入光332及第二輸入光338之頻率分別鎖定至第一光學共振器306及第二光學共振器312之共振頻率之後，偵測916可包括獲得電信號350之頻率。可基於電信號350之頻率來判定經組合光346之對應拍頻fbeat 。在一些實施方案中，拍頻fbeat 及電信號350之頻率可相同。在一些實施方案中，在拍頻fbeat 與電信號350之頻率之間可有一經定義關係，諸如頻率之間的經定義比率。
方法900進一步包括基於電信號350之所偵測916到之特性來判定918該光子裝置之一溫度。如關於圖6所述，拍頻fbeat 指示光子裝置302之特定溫度。因此，判定918溫度涉及判定對應於所偵測到拍頻fbeat 之溫度。此可包括存取一資料結構，其中拍頻曲線602之拍頻值係與對應之溫度值(例如，使用電腦系統356)相關聯。指示在918中所判定之溫度的資料或視覺指示可輸出或呈現給一使用者(例如，在一顯示器上、透過一網路)。
電腦系統356可經組態以自動執行方法900之一或多個操作。在一些實施例中，電腦系統356可例如經由一組控制線358操作地耦接至光源328。電腦系統356可經組態以控制光326之一或多個光學特性(例如，頻率、振幅)。在一些實施例中，電腦系統356可操作地耦接至光學偏移器336並經組態以控制第二輸入光338之一或多個光學特性(例如，頻率、振幅)。在此類實施例中，測量系統300可包括一回饋迴路，其中電腦系統356基於電信號350中所偵測的特性來將第一輸入光332及第二輸入光338之頻率鎖定至第一光學共振器306及第二光學共振器312之共振頻率。例如，電腦系統356可回應於偵測電信號350之振幅變化而鎖定第一輸入光332之一頻率或第二輸入光338之一頻率。
圖10繪示根據一或多個實施例之包括一光子裝置1002的一測量系統1000。光子裝置1002包括一基材1004、一波導1006、及複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N。測量系統1000包括經組態以產生光1010的一光源1008。測量系統1000亦包括：光偵測器1012，其經組態以將從波導1006輸出的輸出光1014轉換成電信號1016；一或多個測量裝置1018，其經組態以偵測電信號1016之一或多個特性；及一電腦系統1020，其經組態以基於電信號1016之特性來判定光子裝置1002之溫度。一或多個測量裝置1018可包括例如經組態以偵測電信號1016之一頻率的一頻率計數器。
光子裝置1002的複數個光學共振器包括經定位而相鄰於波導1006的複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N。複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N各具有相對於溫度而對光的不同共振頻率響應，如關於圖3及本文其他處所述。複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N經組態使得各光學共振器具有不同於其他光學共振器1022a、1022b、… 1022N中之一或多者或光學共振器1022a、1022b、… 1022N之其餘者的一共振頻率響應。共振頻率響應的差異可係由於材料組成物、大小、周圍結構/應力等之差異，如關於第一光學共振器306及第二光學共振器312所描述。在一些實施例中，複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N包括三或更多個光學共振器。在一些實施例中，複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N彼此光學解耦，使得一個光學共振器中之光不耦接至另一光學共振器(諸如一相鄰光學共振器)中。
系統1000包括複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N以判定光子裝置1002之溫度。在一些實施例中，光學共振器1022a、1022b、… 1022N可成對地相關聯，使得一第一對光學共振器(例如，共振器1022a及1022b)與一第一溫度範圍相關聯，且複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N的另一對共振器與第二溫度範圍相關聯等等。
在一些實施例中，測量系統1000可包括耦接至光源1008的複數個光學開關1024及一光學偏移器1026。測量系統1000可包括一光束組合器及一分光器。光源1008係可控制以發射具有所選擇頻率之光。該複數個光學開關可操作以將光源1008光學耦接至波導1006、將光源1008光學耦接至光學偏移器1026、將光學偏移器1026光學耦接至波導1006，或上述之組合。光學開關1024可係可控制以將該光束組合器光學耦接至波導1006，以組合來自光源1008及光學偏移器1026的光。光學開關1024可係可控制以將來自光源1008的第一光1028分裂成兩個光束。
在一第一操作模式中，光學開關1024可經控制以將光源1008光學耦接至波導1006，及將光學偏移器1026與波導1006光學解耦，使得進入波導1006的輸入光1010係從光源1008發射的第一光1028。在一第二操作模式中，光學開關1024可經控制以將光源1008與波導1006光學解耦、將光源1008光學耦接至光學偏移器1026，並將光學偏移器1026光學耦接至波導1006。在第二操作模式中，進入波導1006的輸入光1010係來自光學偏移器1026的第二光1030。在一第三操作模式中，光學開關1024可經控制以將光源1008光學耦接至分光器，並將第一光1028分裂成兩光束，其中一光束經引導至光學偏移器1026，且另一光束經引導至光束組合器。在第三操作模式中，光學開關1024亦經控制以將來自光學偏移器1026的第二光1030光學耦接至光束組合器中。因此，在第三操作模式中，第一光1028及第二光1030經組合作為進入波導1006的輸入光1010。測量系統1000可包括一光學頻率鎖定迴路，該光學頻率鎖定迴路相對於第一光1028之頻率控制或鎖定第二光1030之頻率。
為了判定光子裝置1002之溫度，在第一時間控制光學開關1024，以使測量系統1000操作於第一操作模式中。在第一操作模式中，光源1008之頻率經控制以發射具有對應於複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N之一第一光學共振器之一共振頻率的一第一頻率f1 之光。在第二時間控制光學開關1024，以使測量系統1000操作於第二操作模式中。在第二操作模式中，光源1008經控制以發射具有第一頻率f1 之光，且光學偏移器1026經控制以產生具有對應於複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N之一第二光學共振器之一共振頻率的一第二頻率f2 之光。複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N之個別光學共振器之共振頻率可如關於方法900、測量系統300及本文別處所述來判定。
然後，在第三時間，光學開關1024經控制以使測量系統1000操作於第三操作模式中。在第三操作模式中，光源1008經控制以發射具有第一頻率f1 之第一光1028，且光學偏移器1026經控制以產生具有第二頻率f2之光(與第一光1028同相)。離開波導1006的輸出光1014經引導至光偵測器1012上或至該光偵測器中。輸出光1014具有對應於光學共振器之第一共振頻率fR1 與第二共振頻率fR2 之間的差的拍頻fbeat 。雖然由於第一頻率f1 及第二頻率f2 之疊加而使輸入光1010在複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N之任一者中未經共振，輸出光1014仍具有等於第一共振頻率fR1 與第二共振頻率fR2 之間的差的拍頻fbeat 。一或多個測量裝置1018基於電信號1016偵測輸出光1014之拍頻fbeat 。然後，可基於拍頻fbeat 來判定光子裝置1002之溫度，如相關於圖3、圖5、圖9及在本文中他處所描述。
電腦系統1020可透過第一連接1032經由控制信號來操作地耦接至光源1008及光學偏移器1026。電腦系統1020可經組態以經由第一連接1032來控制從光源1008及光學偏移器1026所發射的光1028與1030之光學特性。電腦系統1020可透過第一連接1032經由控制信號來操作地耦接至複數個光學開關，並經組態以控制該複數個光學開關之個別光學開關的切換。電腦系統1020可經組態以接收來自一或多個測量裝置1018的測量。在一些實施例中，電腦系統1020經組態以執行本文所述之特徵中之一或多者，諸如藉由選擇性地控制光源1008及光學偏移器1026的操作，以判定複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N之共振頻率。
在一些實施例中，光子裝置1002可包括複數個光學開關(未圖示)，該複數個光學開關可操作以將複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N之個別光學共振器耦接至波導1006。光子裝置1002可包括一或多個端子1034，用於接收控制信號以控制光子裝置1002中的複數個光學開關之個別光學開關之切換狀態。在一些實施例中，複數個光學開關可經控制以將複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N之群組光學耦接至波導1006。例如，複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N中之單一對光學共振器可經光學耦接至波導1006，且複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N之其餘光學共振器可與波導1006光學解耦。輸入光1010之頻率可經控制至經耦接對的光學共振器之共振頻率，且可判定輸出光1014之拍頻fbeat ，如本文所描述。電腦系統1020可經由第二連接1036耦接至一或多個端子1034，以控制光子裝置1002之複數個光學開關的切換狀態。
在一些實施例中，測量系統1000可包括複數個光源1008，該複數個光源可個別控制以產生對應於複數個光學共振器1022a、1022b、… 1022N之共振頻率的頻率。在此類實施例中，複數個光學開關1024可係可控制以選擇性將複數個光源1008中之一或多者與波導耦接及解耦。
在一些實施例中，光子裝置1002可包括對光具有二或更多個共振頻率響應的一或多個多模式光學共振器。例如，多模式光學共振器可在一給定溫度下，使一第一頻率之光共振，及使一第二頻率之光共振。在本文中別處描述此類多模式光學共振器的實例。
圖11展示包括一光子裝置1102的一測量系統1100，且在此實例中，經組態以偵測光子裝置1102之溫度。測量系統1100的各種態樣實質上類似於關於測量系統300、方法900及本文別處所描述之對應特徵，因此為簡潔起見省略其進一步說明。測量系統1100包括一基材1104、複數個波導1106a、1106b、… 1106N，及複數個光學共振器1108a、1108b、… 1108N。複數個波導1106a、1106b、… 1106N之各者經光學耦接至複數個光學共振器1108a、1108b、… 1108N之一者。測量系統1100包括：一光源1110，其經組態以產生光；及一光學分光器1112，其經組態以將來自光源1110的光分裂成第一輸入光1113及輔助光1114。測量系統1100包括光學偏移器1116，該光學偏移器使輔助光1114之光學特性偏移以產生第二輸入光1118。
測量系統1100亦包括經組態以將第一輸出光1122及第二輸出光1124組合成經組合光1126的一光束組合器1120。一光偵測器1128接收經組合光1126並將經組合光1126轉換成電信號1130。由一或多個測量裝置1132接收電信號1130，且基於電信號1130之一或多個特性來判定光子裝置1102之溫度。測量系統1100可包括一電腦系統1134，其可判定光子裝置1102之溫度，且可控制測量系統1100的態樣，如本文所述。
複數個光學共振器1108a、1108b、… 1108N包括可在某些狀況中用以測量溫度的成對之光學共振器。在一些實施例中，成對之光學共振器可經分配用於測量某些溫度範圍內之溫度。例如，一第一對光學共振器1108a及1108b可經分配用於在一第一溫度範圍中測量，一第二對光學共振器1108c及1108d(未展示)可經分配用於在不同於第一溫度範圍的第二溫度範圍中測量，並依此類推。
測量系統1100可包括第一複數個光學開關1136，該第一複數個光學開關係可控制以將第一輸入光1113及第二輸入光1118光學耦接至複數個波導1106a、1106b、… 1106N中之一對波導。例如，對於一第一溫度範圍，第一複數個光學開關1136之一或多個開關將第一輸入光1113耦接至波導1106a中並將第二輸入光1118耦接至波導1106b中。對於一第二溫度範圍，第一複數個光學開關1136之一或多個開關將第一輸入光1113耦接至波導1106c(未圖示)中，並將第二輸入光1118耦接至波導1106d(未圖示)中。
測量系統1100可包括一第二複數個光學開關1138，該第二複數個光學開關係可控制以將來自複數個波導1106a、1106b、… 1106N之一對波導的第一輸出光1122及第二輸入光1124光學耦接至光束組合器1120。例如，對於第一溫度範圍，第二複數個光學開關1138之一或多個開關將來自波導1106a之第一輸出光1122及來自波導1106b之第二輸出光1124耦接至光束組合器1120。對於一第二溫度範圍，第二複數個光學開關1138之一或多個開關將來自波導1106c(未圖示)之第一輸出光1122及來自波導1106d(未圖示)之第二輸出光1124耦接至光束組合器1120。
第一複數個開關1136及第二複數個開關1138展示為在光子裝置1102外部。然而，在一些實施例中，第一複數個開關1136及第二複數個開關1138可被包括在光子裝置1102中。在此類實施例中，第一複數個開關1136之一第一開關可耦接至光子裝置1102之一輸入埠1140a以接收第一輸入光1113，且第一複數個開關1136之一第二開關可耦接至一輸入埠1140b以接收第二輸入光1118。複數個開關1136之第一開關及第二開關可係可控制以將輸入埠1140a及1140b光學耦接至複數個波導1106a、1106b、… 1106N中之一對應對。此外，在此類實施例中，第二複數個開關1138之一第一開關可耦接至光子裝置1102之一輸出埠1142a以輸出第一輸出光1122，且第二複數個開關1138之一第二開關可耦接至一輸出埠1142b以輸出第二輸出光1124。光子裝置1102中之第二複數個開關1138之第一開關及第二開關可係可控制的以將複數個波導1106a、1106b、… 1106N之該對應對光學耦接至輸出埠1142a及1142b。
電腦系統1134可經耦接以控制第一複數個光學開關1136及第二複數個開關1138之一切換狀態。在基材1104包括第一複數個開關1136及第二複數個開關1138的實施例中，光子裝置1102可包括用於接收信號的一或多個端子1144，以控制第一複數個開關1136及第二複數個開關1138。電腦系統1134可通訊地耦接至一或多個端子以控制第一複數個開關1136及第二複數個開關1138的切換狀態。
圖12展示包括一光子裝置1202且經組態以偵測光子裝置1202之一溫度的一系統1200。測量系統1200的各種態樣實質上類似於關於測量系統300、測量系統1100、方法900、及本文其他處所述之對應特徵，因此為了簡潔起見省略其進一步說明。測量系統1200包括一基材1204、複數個輸入波導1206a、1206b、… 1206N、複數個光學共振器1208a、1208b、… 1208N、複數個輸出波導1210a、1210b、… 1210N、一光源1212、一分光器1214、及一光束組合器1216。
複數個輸入波導1206a、1206b、… 1206N之各者經光學耦接至複數個光學共振器1208a、1208b … 1208N之一對應者。複數個輸出波導1210a、1210b、… 1210N各經光學耦接至複數個光學共振器1208a、1208b … 1208N之一對應者。複數個輸入波導1206a、1206b、… 1206N與複數個輸出波導1210a、1210b、… 1210N之對應輸出波導光學解耦。例如，輸入波導1206a與輸出波導1210a光學解耦，使得輸出波導1210a不直接接收來自輸入波導1206a之輸入光1218a，輸入波導1206b與輸出波導1210b光學解耦，使得輸出波導1210b不直接接收來自輸入波導1206b之輸入光1218b，並依此類推。
測量系統1200包括一寬頻光源1212，在此實例中，該寬頻光源經組態以發射具有光譜S之輸入光1217，該光譜具有在一第一頻率與一第二頻率之間的一頻譜範圍。輸入光1217經引導或引入至一光學分光器1214，該光學分光器將輸入光1217分裂成輸入光1218a、1218b、… 1218N的光束。輸入光1218a、1218b、… 1218N的光束經引導或引入至複數個輸入波導1206a、1206b、… 1206N之對應輸入波導中。
複數個光學共振器1208a、1208b、… 1208N各別經組態以使具有對應於各別光學共振器之共振頻率的頻率之光共振。複數個光學共振器1208a、1208b … 1208N之各共振器基於共振器之間之差異而具有不同之共振頻率響應，例如，如關於圖3、圖4、及本文其他處所述。由於對應於包括在光譜S中之一頻率的複數個光學共振器1208a、1208b、… 1208N之一或多個光學共振器之共振頻率，具有對應頻率的光將在來自複數個輸入波導1206a、1206b … 1206N之對應波導的一或多個光學共振器中共振。該一或多個各別光學共振器中之該經共振光經耦接至複數個輸出波導1210a、1210b、… 1210N之一對應輸出波導並從光子裝置1202輸出。
例如，如果頻譜S包括對應於光學共振器1208a之共振頻率fR1 的一頻率f1 ，則具有對應頻率f1 之輸入光1218a經耦接至光學共振器1208a中並在其中共振。經共振光1220a從光學共振器1208a耦接至輸出波導1210a中，並從輸出波導1210a輸出。作為另一實例，如果頻譜S包括對應於光學共振器1208b之共振頻率fR2 的一頻率f2 ，則具有對應頻率f2 之輸入光1218b經耦接至光學共振器1208b中並在其中共振。經共振光1220b從光學共振器1208b耦接至輸出波導1210b中，並從輸出波導1210b輸出。光學組合器1216將光1220a及1220b組合成經組合光1222，該經組合光藉由光偵測器1225轉換成電信號1224，並藉由測量裝置1227分析電信號1224以判定經組合光1222的拍頻fbeat ，如本文所述。測量系統1200可包括一電腦系統1226，該電腦系統經組態以控制光源1212之操作(諸如藉由控制頻譜S之頻率範圍)，並判定光子裝置1202之溫度，如本文所述。
頻譜S可排除對應於複數個光學共振器1208a、1208b、… 1208N之其他光學共振器之共振頻率的頻率。例如，輸入光1217可不包括具有對應於光學共振器1208(N-1)之共振頻率的頻率之光或具有對應於光學共振器1208N之共振頻率的頻率之光。結果，光未耦接至對應的輸出波導1210(N-1)及1210N中或離開對應的輸出波導。光源1212可經控制以包括複數個光學共振器1208a、1208b、… 1208N中之一第一組之共振頻率並排除複數個光學共振器1208a、1208b、… 1208N中之一第二組之共振頻率。結果，複數個光學共振器1208a、1208b、… 1208N中之一組光學共振器可經選擇以用以判定光子裝置1202之溫度，而不使用光學開關來將輸入光1218a、1218b、… 1218N的光束耦接至複數個輸入波導1206a、1206b、… 1206N中。
在一些實施例中，測量系統1200可包括複數個光學開關，該複數個光學開關係可控制以選擇性地引導光至複數個輸入波導1206a、1206b、… 1206N的經選擇者中，或複數個光學開關係可控制以選擇性地引導來自複數個輸出波導1210a、1210b、… 1210N之經選擇者的光，如關於測量系統1100所描述。在此類實施例中，該複數個開關可在光子裝置1202內部或外部。
圖13展示一測量系統1300，該測量系統包括一光子裝置1302且經組態以偵測光子裝置1302之一溫度。測量系統1300的各種態樣實質上類似於關於測量系統300、測量系統1200、方法900、及本文其他處所述之對應特徵，為了簡潔起見省略其進一步說明。光子裝置1302包括一基材1304、一輸入波導1306、複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N、一輸出波導1310。在此實例中，測量系統1300包括一寬頻光源1312，該寬頻光源經組態以產生具有光譜S的輸入光1314，該光譜具有在一第一頻率與一第二頻率之間的一頻譜範圍。
輸入波導1306經光學耦接至複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N。輸出波導1310亦經光學耦接至複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N。輸入波導1306與輸出波導1310間隔開且光學解耦，使得輸出波導1310不直接接收來自輸入波導1306的輸入光1314。
複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N各別經組態以使具有對應於各別光學共振器之共振頻率的頻率之光共振。複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N之各共振器基於共振器之間之差異而具有不同之共振頻率響應，例如，如關於圖3、圖4、及本文其他處所述。由於複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N之各者之間的差異，複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N之各者之共振頻率fR 基於各別光學共振器之溫度而變化。由於對應於包括在光譜S中之一頻率的複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N之一或多個光學共振器之共振頻率，具有該對應頻率的光將在來自輸入波導1306的一或多個光學共振器中共振。在該一或多個各別的光學共振器中的共振光1313a、1313b、…、1313N經耦接至輸出波導1310並從光子裝置1302輸出。
在一些實施例中，光子裝置1302可包括複數個光學開關，該複數個光學開關係可控制以選擇性耦接輸入波導1306至複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N，及將輸入波導與該複數個光學共振器解耦。在此類實施例中，該複數個開關可在光子裝置1302內部或外部。該複數個光學開關可在光子裝置1302內部，該光子裝置可包括一或多個端子(未圖示)，用於接收控制信號以用於控制複數個光學開關之切換狀態。
從輸出波導1310輸出的輸出光1316包括來自複數個光學共振器1308a、1308b、… 1308N中之一或多者的共振光1313。例如，如果頻譜S包括對應於光學共振器1308a之共振頻率fR1 的一頻率f1 ，則來自具有對應頻率f1 之輸入光1314的光經耦接至光學共振器1308a中並在其中共振。經共振光1313a從光學共振器1308a耦接至輸出波導1310中，並在輸出光1316中從輸出波導1310輸出。如果頻譜S進一步包括對應於光學共振器1308b之共振頻率fR2 的一頻率f2 ，則來自具有對應頻率f2 之輸入光1314的光經耦接至光學共振器1308b中並在其中共振。經共振光1313b連同經共振光1313a從光學共振器1308b耦接至輸出波導1310中，並從輸出波導1310輸出。在此一類情況中，輸出光1316包括彼此疊加的經共振光1313a及經共振光1313b。結果，輸出光1316具有分別等於光學共振器1308a之第一共振頻率fR1 與光學共振器1308b之第二共振頻率fR2 之間的差的一拍頻fbeat 。使用一光偵測器1318及一測量裝置1320，例如，如關於測量系統300、方法900及本文別處所述，偵測輸出光1316之拍頻fbeat ，且可判定光子裝置1302之溫度。測量系統1300可包括一電腦系統1322，該電腦系統經組態以控制測量系統1300之各種態樣的操作，諸如藉由控制由寬頻光源1312所發射之輸入光1314之頻譜S的頻率範圍，或藉由基於拍頻fbeat 來判定光子裝置1302之溫度。
在一些實施例中，對於給定溫度，光子裝置1302可包括對光具有二或更多個共振頻率響應的一或多個多模式光學共振器。例如，多模式光學共振器可在一給定溫度下使具有一第一頻率之光共振並使具有一第二頻率之光共振，在本文中舉實例描述。
圖14展示一測量系統1400，該測量系統包括一光子裝置1402且經組態以偵測光子裝置1402之一溫度。測量系統1400的各種態樣實質上類似於關於測量系統300、測量系統1200、方法900、及本文其他處所述之對應特徵，為了簡潔起見省略其進一步說明。光子裝置1402包括一基材1404、一輸入波導1406、一第一光學共振器1408、一第二光學共振器1410、一第一輸出波導1412、一第二輸出波導1414。測量系統1400亦包括一寬頻光源1416，在此實例中，該寬頻光源經組態以產生具有寬頻光譜S之輸入光1418，該寬頻光譜具有在一第一頻率與一第二頻率之間的一頻譜範圍。
輸入波導1406經光學耦接至第一光學共振器1408及第二光學共振器1410。第一輸出波導1412經光學耦接至第一光學共振器1408，且第二光學共振器1410經光學耦接至第二輸出波導1414。輸入波導1406與第一輸出波導1412及第二輸出波導1414間隔開且光學解耦，使得第一輸出波導1412及第二輸出波導1414不直接接收來自輸入波導1406的輸入光1418。
第一光學共振器1408經組態以使具有對應於第一光學共振器1408之一共振頻率fR1 的一頻率f1 之光共振。第二光學共振器1410經組態以使具有對應於第二光學共振器1410之一共振頻率fR2 的一頻率f2 之光共振。第一光學共振器1408之共振頻率fR1 不同於第二光學共振器1410之共振頻率fR2 。此外，由於共振器之間的差異，第一光學共振器1408具有與第二光學共振器1410不同之共振頻率響應，如關於圖3、圖4、及本文別處所述。第一光學共振器1408之共振頻率fR1 及第二光學共振器1410之共振頻率fR2 基於各別光學共振器之溫度而變化。
由於第一光學共振器1408及第二光學共振器1410之共振頻率對應於包括在光譜S中之一頻率，具有對應頻率的光將在第一光學共振器1408及第二光學共振器1410中共振。除了共振頻率fR1 及fR2 之外的頻率之光未被第一光學共振器1408及第二光學共振器1410共振。在第一光學共振器1408中的共振光1420經耦接至第一輸出波導1412中且從該第一輸出波導輸出。在第二光學共振器1410中的共振光1422經耦接至第二輸出波導1414中且從該第二輸出波導輸出。共振光1420具有對應於頻率f1 之一頻率，而共振光1422具有對應於頻率f2 之一頻率。將共振光1420及1422引導或引入至光學組合器1424中並組合成被提供至一光偵測器1427的經組合光1426。經組合光1426具有對應於第一共振光1420及第二共振光1422之頻率差的拍頻fbeat ，且可在由光偵測器1427提供至測量裝置1430的電信號中偵測此拍頻fbeat 。測量裝置1430可係例如經組態以測量相對於該電信號之頻率的該電信號之量值的RF頻譜分析器。
測量系統1400可包括一電腦系統1428，該電腦系統經組態以控制測量系統1400之各種態樣的操作，諸如藉由控制由寬頻光源1416所發射之輸入光1418之頻譜S的頻率範圍，或藉由基於測量裝置1430所偵測之拍頻fbeat 來判定光子裝置1402之溫度。
圖15展示一測量系統1500，該測量系統包括一光子裝置1502且經組態以偵測光子裝置1502之一溫度。測量系統1500的各種態樣實質上類似於關於測量系統300、方法900及本文別處所描述之對應特徵，因此為簡潔起見省略其進一步說明。光子裝置1502包括一輸入波導1504、一第一波導接面1506、一第一波導迴路1508、一光學共振器1510、一第二波導迴路1512、一第二波導接面1514及一輸出波導1516。測量系統1500亦包括一光源1518，該光源經組態以產生具有一寬頻光譜S之輸入光1520，在此實例中，該寬頻光譜具有在一第一頻率與一第二頻率之間的一頻譜範圍。
在第一波導接面1506處，輸入波導1504分裂成一第一輸入波導部分1522及一第二輸入波導部分1524。第一波導迴路1508係包括第一輸入波導部分1522及第二輸入波導部分1524的一連續波導。輸入光1520進入第一波導1504，且在第一波導接面1506處分裂成一第一光部分1526及一第二光部分1528。第一光部分1526及第二光部分1528具有輸入光1520之相同特性。在一些實施例中，輸入光1520在第一光部分1526與第二光部分1528之間平分。
光學共振器1510係包括一第一共振器部分1510a及一第二共振器部分1510b的雙模態光學共振器。第一共振器部分1510a係光學共振器1510之具有相對於溫度之一第一共振響應之一部分。第二共振器部分1510b係光學共振器1510之具有相對於溫度之一第二共振響應之一不同部分，該第二共振響應不同於該第一共振響應。第一共振器部分1510a可包含光學共振器1510之一第一半圓形或半圓盤，且第二共振器部分1510b可包含光學共振器1510之一第二半圓形或半圓盤。在一些實施例中，光學共振器1510具有包括第一共振器部分1510a及第二共振器部分1510b的一單一連續共振結構。第一共振器部分1510a及第二共振器部分1510b之不同共振頻率響應可係歸因於大小、形狀、材料組成物、機械應力、額外或不同特徵(例如，額外腔)之差異、或本文所述之其他差異。替代地，或額外地，經定位成相鄰於光學共振器1510的特徵1511操作以打破光學共振器1510的對稱性，從而引起光學共振器1510之順時針及逆時針共振器模式(下文討論)以具有不同頻率。
在操作中，輸入光1520之第一光部分1526在第一方向循環通過第一波導迴路1508(例如，順時針)，且輸入光1520之第二光部分1528在與第一方向相反的第二方向循環通過第一波導迴路1508(例如，逆時針)。由於第一光部分1526具有對應於第二共振器部分1510b之一共振頻率fR1 的一頻率f1 ，第一光部分1526耦接至第二共振器部分1510b中且在該第二共振器部分內共振。由於第二光部分1528具有對應於第一共振器部分1510a之一共振頻率fR2 的一頻率f2 ，第二光部分1528耦接至第一共振器部分1510a中且在該第一共振器部分內共振。
在第二波導接面1514處，輸出波導1516分裂成第一輸出波導部分1530及第二輸出波導部分1532。第二波導迴路1512係包括第一輸出波導部分1530及第二輸出波導部分1532的連續波導。在第二共振器部分1510b中共振的第一共振光1534經耦接至第一輸出波導部分1530中且在第一方向(例如，逆時針)行進通過第二波導迴路1512。在第一共振器部分1510a中共振的第二共振光1536經耦接至第二輸出波導部分1532中且在與第一方向相對的第二方向(例如，順時針)行進通過第二波導迴路1512。第一共振光1534及第二共振光1536進入第二波導接面1514並組合以形成輸出光1538，該輸出光從輸出波導1516輸出。輸出光1538具有等於在第一共振光1534與第二共振光1536之間之差異的一拍頻fbeat 。以如本文所述之方式使用光偵測器1540及測量裝置1542來判定輸出光1538之拍頻fbeat 。
測量系統1500可包括一電腦系統1544，該電腦系統經組態以控制測量系統1500之各種態樣的操作，諸如藉由控制由光源1518所發射之輸入光1520之頻譜S的頻率範圍，或藉由基於拍頻fbeat來判定光子裝置1502之溫度。
圖16展示包括一光子裝置1602之一測量系統1600。測量系統1600經組態以偵測光子裝置1602之一溫度。測量系統1600的各種態樣實質上類似於關於測量系統300、方法900及本文別處所描述之對應特徵，因此為簡潔起見省略其進一步說明。光子裝置1602包括一埠1603、一波導1604、一波導接面1606、一第一波導1608、一第一光學共振器1610(放大展示)、一第二波導1614、及一第二光學共振器1616(放大展示)。測量系統1600亦包括一光源1620，該光源經組態以產生具有一寬頻光譜S之輸入光1622，在此實例中，該寬頻光譜具有在一第一頻率與一第二頻率之間的一頻譜範圍。
在波導接面1606處，入射光被分裂且引導至第一波導1608及第二波導1614中。第一光學共振器1610定位在第一波導1608之一光學路徑中，且第二光學共振器1616定位在第二波導1614之一光學路徑中。第一光學共振器1610具有與第二光學共振器1616不同之共振頻率響應，如本文所論述。第一光學共振器1610及第二光學共振器1616可係回音廊模式共振器、光子晶體腔、環形共振器、布拉格光柵、Fabry-Perot干涉計(例如，標準具(etalon))、磁碟共振腔、或任何其他適當的光學共振器。在一些實施例中，第一光學共振器1610可係與第二光學共振器1616不同類型的光學共振器。
輸入光1622經由埠1603進入波導1604，且在波導接面1606處被分裂成進入第一波導1608之一第一光部分及進入第二波導1614之一第二光部分。第一光學共振器1610使第一光部分共振，而第二光學共振器1616使第二光部分共振。該共振之第一光部分返回通過波導1604且從埠1603輸出。該共振之第二光部分與該共振之第一光部分返回通過波導1604且從埠1603輸出。輸入光1622之非共振光亦返回通過第一波導1608及第二波導1614，且係與第一共振光部分及第二共振光部分組合地從埠1603輸出。
從埠1603輸出之光1624可包括經共振光及非經共振光。測量系統1600可包括一光學隔離器1626，該光學隔離器允許輸入光1622行進通過其中並且反射輸出光1624。測量系統1600包括經定位以接收來自光學隔離器1626之經反射光1630的一或多個測量裝置1628。至少在一些實施例中，一或多個測量裝置1628包括一頻譜分析器1634，該頻譜分析器分析由一光偵測器1632偵測之所發射光1624中的經共振光及非經共振光，以偵測由第一光學共振器1610及第二光學共振器1616所誘導之共振頻率。可例如由電腦系統1636基於共振頻率之間的差來判定光子裝置1602之溫度，如本文所討論。
圖17展示一測量系統1700，該測量系統包括一光子裝置1702且經組態以偵測光子裝置1702之一溫度。包括一光源1720、一光學隔離器1722、一光偵測器1724、及一測量裝置1726之測量系統1700的各種態樣實質上類似於關於測量系統1600、方法900及本文別處所描述之對應特徵來操作，因此為簡潔起見省略其進一步說明。光子裝置1702包括：一波導接面1704；一第一波導1706，其中一第一光學共振器與其相鄰；及一第二波導1708，其中一第二光學共振器與其相鄰。圖17展示分別相鄰於第一波導1706及第二波導1708的該第一光學共振器及該第二光學共振器的放大圖，其可包括一光子晶體或其他類型的光學共振器。
第一波導1706包括一光學反射端部1710，且第二波導1708包括一光學反射端部1712。第一波導1706中之一第一光部分從反射端部1710反射，而第二波導1708中之一第二光部分從反射端部1712反射。經反射的第一光部分及第二光部分(其包括被該第一光學共振器及該第二光學共振器所共振的光以及未經共振光)經由各別的第一波導1706及第二波導1708返回，然後例如由光偵測器1724、測量裝置1726、及電腦系統1728組合且測量以判定光子裝置1702之溫度，其等依如關於測量系統1600及本文描述之其他測量系統所描述的方式，判定返回光之拍頻並使該所判定拍頻與溫度相關聯。作為反射端部1710、1712的替代者，第一波導1706及第二波導1708可各與一波導迴路端接，各別之第一光部分及第二光部分在該波導迴路周圍行進並經由第一波導1706及第二波導1708返回至波導接面1704及光學隔離器1722，該光學隔離器引導返回光至光偵測器1724。
圖18展示可在本文所述之測量系統的光子裝置中實施的複數個光學共振器。該等光學共振器包括Fabry-Perot干涉計1802，其中多個偏移光束從其表面反射而產生經共振光。所示的光學共振器亦包括回音廊共振器1804，其使光以回音廊模式的形式共振。所示之光學共振器亦包括具有週期性介電結構的光子晶體1806，該等週期性介電結構經組態以在某些頻率範圍中傳播光並抑制其他頻率範圍之光的傳播。提供此等光學共振器作為可在本文所述之測量系統中實施的無數種光學共振器之實例。在一些實施例中，一光學共振器可具有二或更多個共振模式，例如，在一第一頻率之一第一共振模式及在一第二頻率之一第二共振模式。在此類實施例中，本文所述之光子溫度計可僅包括具有用於二或更多個對應頻率的共振模式之一單一光學共振器。例如，一2D光子晶體亦可提供經共振光的反射，使得一單一光學埠及單一波導可提供分別用於輸入光及輸出光的輸入光學路徑及輸出光學路徑兩者。
圖19展示可用來在如本文所述之測量系統中使光共振的複數個光子晶體的例示性結構。一第一類型的光子晶體1902具有在一個方向上週期性的結晶結構。例如，第一類型的光子晶體1902具有沿著第一方向之週期性(例如，重複)之結晶原子排列。一第二類型的光子晶體1904具有在兩個方向(例如，彼此正交的兩個方向)之週期性的結晶結構。一第三類型的光子晶體1906具有在彼此正交的三個方向上的週期性的結晶結構。在本文所述之實施例中可實施這些類型光子晶體中之一或多者。
可在本文所述的光子裝置中實施各種不同類型的光學共振器。可在本文所述之光子裝置中實施的光學共振器之非限制性實例(例如，光子裝置302)包括回音廊模式共振器、光子晶體腔、環形共振器、布拉格光柵、Fabry-Perot干涉計(例如，標準具)及磁碟共振腔。一單一光學共振器可包括一或多種類型之光學共振器的一組合。具有不同共振頻率響應的成對之光學共振器(例如，第一光學共振器306及第二光學共振器312)可包括一第一類型之一第一光學共振器及一第二類型之一第二光學共振器。在一些實施例中，可使用一單一光學共振器來取代兩個分開之光學共振器。在此類實施例中，單一光學共振器可具有提供不同共振頻率響應的二或更多個光學模式(橫向或縱向)。
這些變化包括光學共振器設計變化、波導尺寸、波導路徑、在光路徑中之不同的耦接器(例如，方向性耦接器、多模式干涉耦接器)、至光學共振器的不同類型耦接(例如，線內、絕熱)、或至晶片的任何類型輸入或輸出(例如，光柵耦接器、邊緣耦接、迴路光纖耦接、錐形光纖)。
上文之說明連同隨附圖式提出某些特定細節以提供對各種所揭示實施例之徹底理解。然而，所屬技術領域中具有通常知識者將理解，所揭示之實施例可以各種組合實踐，而無需這些具體細節中之一或多者，或使用其他方法、組件、裝置、材料等。在其他情況中，未展示或描述與本揭露之環境相關聯的熟知結構或組件，包括但不限於通訊系統及網路及環境，以避免不必要地模糊實施例之說明。此外，各種實施例可係方法、系統、媒體、或裝置。因此，各種實施例可係完全硬體實施例、完全軟體實施例、或組合軟體及硬體態樣之實施例。
此外，在整個說明書、申請專利範圍及圖式中，以下用語採取本文中明確相關聯的意義，除非上下文另有明確說明。用語「本文(herein)」係指與本文件相關聯之說明書、申請專利範圍、及圖式。用語「在一個實施例中(in one embodiment)」、「在另一個實施例中(in another embodiment)」、「在各種實施例中(in various embodiments)」、「在一些實施例中(in some embodiments)」、「在其他實施例中(in other embodiments)」、及其其他變化例係指本揭露之一或多個特徵、結構、功能、限制、或特性，且不限於相同或不同的實施例，除非上下文另有明確說明。如本文中所使用，用語「或(or)」係涵括性的「或(or)」，並等同於片語「A或B，或兩者」或「A或B或C、或其任何組合」，且具有額外元件的列表以類似方式處理。用語「基於(based on)」非排他性，且允許基於額外的特徵、功能、態樣或未描述之限制，除非上下文另有明確說明。此外，在整份說明書中，「一(a, an)」及「該(the)」之含義包括單數及複數參考。用語「組(set)」(例如，「一組項目(a set of items)」的參照，如在本文中使用，係應理解為包含一或多個成員或實例之非空的集合，除非另有說明或與上下文有所抵觸。
因此，鑒於以上揭露，一種光子裝置的各種實例可包括下列特徵之任一或組合：一基材；一基材，其具有一或多個埠；多個光學共振器；一第一光學共振器，其在該基材中或該基材上；一第一光學共振器，其具有一第一共振頻率；一第一光學共振器，其具有相對於溫度之一第一共振頻率響應；多個波導；一第一波導，其經光學耦接至該一或多個埠；一第一波導，其經光學耦接至該第一光學共振器；一第二光學共振器，其在該基材中或該基材上；一第二光學共振器，其具有一第二共振頻率；一第二光學共振器，其具有相對於溫度之一第二共振頻率響應；該第二光學共振器之該第二共振頻率響應不同於該第一光學共振器之該第一共振頻率響應；一第二波導，其經光學耦接至該一或多個埠；及一第二波導，其經光學耦接至該第二光學共振器。
在一或多個實例中，該第一光學共振器具有不同於該第二光學共振器的一大小之一大小，該大小差異影響該第一共振頻率響應與該第二共振頻率響應之間的差異。
在一或多個實例中，該第一光學共振器具有一結構特徵，該結構特徵不存在於該第二光學共振器，該結構特徵影響該第一共振頻率響應與該第二共振頻率響應之間之差異。在一些情況中，該結構特徵係一額外區段。
在一或多個實例中，該第一光學共振器具有一結構特徵，該結構特徵不同於該第二光學共振器之一結構特徵，該結構特徵影響該第一共振頻率響應與該第二共振頻率響應之間之差異。
在一或多個實例中，該第一光學共振器包括一材料組成物，其與該第二光學共振器之一材料組成物不同，材料組成物之差異影響該第一共振頻率響應與該第二共振頻率響應之間的差異。
在一或多個實例中，該第一光學共振器與該第一波導間隔開，該第二光學共振器與該第二波導間隔開，且該第一光學共振器與該第二光學共振器間隔開。
在一或多個實例中，該第一光學共振器及該第二光學共振器係環形共振器。
在一或多個實例中，相鄰於該第一光學共振器之一區域包括一材料組成物，其不同於相鄰於該第二光學共振器之一對應區域的一材料組成物，材料組成物之差異影響該第一共振頻率響應與該第二共振頻率響應之間的差異。
在一或多個實例中，施加至該第一光學共振器之一第一機械應力不同於施加至該第二光學共振器之一第二機械應力，機械應力之差異影響該第一共振頻率響應與該第二共振頻率響應之間的差異。
在一或多個實例中，該第一光學共振器與該第二光學共振器光學解耦。
在一或多個實例中，該第一波導包括一第一埠，且該第二波導包括一第二埠，該第一波導與該第二波導光學解耦。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含一第三波導，該第三波導包括一第三埠，該第三波導與該第一波導及該第二波導光學解耦，其中該第三波導經光學耦接至該第一光學共振器及該第二光學共振器中之至少一者。
在一或多項實例中，該第一波導包括一第三埠，且該第二波導包括一第四埠。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含：一第三波導，其經光學耦接至該第一光學共振器，該第三波導包括一第三埠且與該第一波導光學解耦；及一第四波導，其經光學耦接至該第二光學共振器，該第四波導包括一第四埠且與該第二波導光學解耦。
在一或多個實例中，該第一波導經光學耦接至該第二光學共振器，且該第二波導經光學耦接至該第一光學共振器。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含一第三光學共振器，該第三光學共振器在該基材中或該基材上，且具有相對於溫度之一第三共振頻率響應，該第三共振頻率響應不同於該第一共振頻率響應及該第二共振頻率響應。該第三光學共振器可經光學耦接至該第一波導及該第二波導。一第三波導可經光學耦接至該第三光學共振器，且該第三波導可包括一第三埠。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含一第四光學共振器，該第四光學共振器在該基材中或該基材上，且具有相對於溫度之一第四共振頻率響應，該第四共振頻率響應不同於該第一共振頻率響應、該第二共振頻率響應、及該第三共振頻率響應。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含：一第三波導，其經光學耦接至該第三光學共振器，該第三波導包括一第三埠；及一第四波導，其經光學耦接至該第四光學共振器，該第四波導包括一第四埠。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含一或多個光學開關，該一或多個光學開關選擇性地可控制以將該第一波導光學耦接至該第二光學共振器。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含：一波導接面，其在該第一波導與該第二波導之間；及一第三波導，其經光學耦接在該波導接面與該一或多個埠中之一埠之間。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含：一第一波導迴路，其經光學耦接至該第一波導之一端部；及一第二波導迴路，其經光學耦接至該第二波導之一端部。
在一或多個實例中，該第一波導包括一第一光學反射端部部分，且該第二波導包括一第二光學反射端部部分。
在一或多個實例中，第一光學共振器係一第一類型的光學共振器，且該第二光學共振器係一第二類型的光學共振器，該第二類型的光學共振器不同於該第一類型之光學共振器。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含一或多個光源，該一或多個光源經組態以產生經引導至該第一波導或該第二波導中之輸入光。該一或多個光源可包括一第一光源，該第一光源經組態以發射一第一光束，該第一光源可控制以調整該第一光束之一頻率。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含：一光學分光器，其經組態以分裂該第一光束以形成一第二光束；及一光學偏移器，其經組態以接收該第二光束並調整該第二光束之一頻率，其中該第一光束經引導至該第一波導中，且該第二光束經引導至該第二波導中。
在一或多個實例中，該一或多個光源包括一第二光源，該第二光源經組態以發射一第二光束，該第二光源可控制以調整該第二光束之一頻率。該第一光源可係一第一雷射光源，且該第二光源可係一第二雷射光源。在一或多個實例中，該第一雷射光源及該第二雷射光源係可經分開地控制以分別調整該第一光束及該第二光束之頻率。
鑒於以上揭露，一種操作包括一光子裝置之一測量系統之方法的各種實例可包括下列特徵之任一或組合：引導一第一光束至一光子裝置之一第一波導中；引導一第二光束至該光子裝置之一第二波導中；將從該第一波導接收的第一輸出光與從該第二波導接收的第二輸出光組合成經組合光；基於該經組合光判定該第一輸出光與該第二輸出光之間的一頻率差；及在該測量系統係一溫度測量系統的情況中，基於該頻率差來判定該光子裝置之一溫度。
在一或多個實例中，該方法可進一步包含將該第一光束之一頻率鎖定至該光子裝置中的一第一光學共振器之一第一共振頻率、及將該第二光束之一頻率鎖定至該光子裝置中的一第二光學共振器之一第二共振頻率。繼該第一光束之該頻率鎖定至該第一共振頻率及該第二光束之該頻率鎖定至該第二共振頻率之後判定該頻率差。
在一或多個實例中，該方法可進一步包含：將一光束分裂成該第一光束及該第二光束，且在引導該第二光束至該第二波導中之前，相對於該第一光束偏移該第二光束之一光學特性。該光學特性可係相對於該第一光束之一頻率偏移的該第二光束之一頻率。
在一或多個實例中，該方法可進一步包含將該經組合光轉換成一電信號，並基於該電信號偵測該經組合光之一拍頻。
在一或多個實例中，該方法可進一步包含存取儲存在記憶體中的溫度對應資料，並基於該頻率差與該溫度對應資料中之該溫度之間的一對應來判定該光子裝置之一溫度。
在一或多個實例中，該方法可進一步包含控制一第一光源以將該第一光束之一頻率從一第一頻率調整至一第二頻率，該第二頻率對應於一第一光學共振器之一第一共振頻率，該第一光學共振器經光學耦接至該第一波導。
在一或多個實例中，該方法可進一步包含控制一光學移頻器以將該第二光束之一頻率調整至一第三頻率，該第三頻率對應於一第二光學共振器之一第二共振頻率，該第二光學共振器經光學耦接至該第二波導。
在一或多個實例中，該方法可進一步包含控制一第二光源以將該第二光束之一頻率調整至一第三頻率，該第三頻率對應於一第二光學共振器之一第二共振頻率，該第二光學共振器經光學耦接至該第二波導。本文所述之方法可因此涉及一種偵測溫度之方法、一種用一光子裝置偵測溫度的方法、一種操作一測量系統之方法、一種操作一溫度測量系統之方法、及一種操作包括一光子裝置之一測量系統之方法。
鑒於本文中之本揭露，一光子系統的各種實例可包括下列特徵之任一或組合：一光子裝置；一光子裝置，其包括一基材；複數個光學共振器；一第一光學共振器，其在該基材中或該基材上；一第一光學共振器，其具有一第一共振頻率響應；一第一光學共振器，其具有相對於溫度之一第一共振頻率響應；一第二光學共振器，其在該基材中或該基材上；一第二光學共振器，其具有一第二共振頻率響應；一第二光學共振器，其具有相對於溫度之一第二共振頻率響應；一第一波導，其經光學耦接以接收一第一光束；一第一波導，其經光學耦接至該第一光學共振器；一第二波導，其經光學耦接以接收一第二光束；一第二波導，其經光學耦接至該第二光學共振器；一光學組合器，其經組態以將來自該第一波導之第一輸出光與來自該第二波導之第二輸出光組合成經組合光；及一光偵測器，其經組態以將來自該光學組合器的該經組合光轉換成一電信號。
在一或多個實例中，該光子系統可進一步包含一或多個測量裝置，該一或多個測量裝置經組態以測量該電信號之一特性。該電信號之該特性可指示該光子裝置之一溫度。
在一或多個實例中，該一或多個測量裝置包括一頻率計數器，該頻率計數器經組態以測量該電信號之一頻率。
在一或多個實例中，該一或多個測量裝置包括一頻譜分析器，該頻譜分析器經組態以分析該電信號之一頻譜中的一能量分布並測量相對於該頻譜中之一頻率的該頻譜中之該能量分布的一量值。
在一或多個實例中，該光子系統可進一步包含一光學偏移器，該光學偏移器經組態以接收該第二光束，且在該第二波導接收該第二光束之前，使該第二光束之一光學特性偏移。該光學特性可係該第二光束之一頻率。
在一或多個實例中，該光子系統可進一步包含一光學頻率鎖定迴路，該光學頻率鎖定迴路經組態以相對於該第一光束之一頻率控制該第二光束之一頻率。
在一或多個實例中，該光子系統可進一步包含一光學分光器，該光學分光器經組態以將由一光源發射的光分裂成該第一光束與該第二光束。
在一或多個實例中，該光子系統可進一步包含一第一光源，該第一光源經組態以發射該第一光束。該第一光源可係可控制以調整該第一光束之一頻率。在一或多個實例中，該光子系統可進一步包含一第二光源，該第二光源經組態以發射該第二光束。該第二光源可係可控制以調整該第二光束之一頻率。
在一或多個實例中，該第一光源及該第二光源係可分開地控制的第一雷射光源及第二雷射光源。
在一或多個實例中，該光子系統可包含一寬頻光源，該寬頻光源經組態以發射具有在一第一頻率與一第二頻率之間的一頻譜之寬頻光。該寬頻光源可提供該第一光束及/或該第二光束。
鑒於本文之本揭露，一種光子裝置的額外實例可包括下列特徵之任一或組合：一多模式光學共振器；一第一波導，其經光學耦接以接收輸入光；一第一波導，其經光學耦接至該多模式光學共振器；該多模式光學共振器，其經組態以使具有一第一頻率之光共振及使具有一第二頻率之光共振；及一測量裝置，其經組態以基於從該第一波導輸出的光之一拍頻來判定該光子裝置之一溫度。
在一或多個實例中，該多模式光學共振器係具有一第一部分及一第二部分之一雙模態光學環形共振器，該第一部分使具有該第一頻率之光共振，該第二部分使具有該第二頻率之光共振。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含將該第一波導光學耦接至該多模式光學共振器之一第一波導迴路。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含：一第二波導，其經光學耦接以接收輸入光；及一第二波導迴路，其將該第二波導光學耦接至該多模式光學共振器。
在一或多個實例中，該多模式光學共振器之一第一部分具有與該多模式光學共振器之一第二部分不同的一材料組成物。
在一或多個實例中，該多模式光學共振器之一第一部分具有與該多模式光學共振器之一第二部分不同的一大小。
在一或多個實例中，該多模式光學共振器之一第一部分具有與該多模式光學共振器之一第二部分不同的一形狀。
在一或多個實例中，該多模式光學共振器之一第一部分具有與該多模式光學共振器之一第二部分不同的強加於其上之一機械應力。
在一或多個實例中，該多模式光學共振器係具有在二或更多個方向上係週期性的結晶結構之一光子晶體。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含一第一光源，該第一光源經組態以發射由該第一波導所接收的光作為該輸入光。
在一或多個實例中，該第一光源係一寬頻光源，其經組態以發射具有在一第一頻率與一第二頻率之間之一頻譜的寬頻光。
在一或多個實例中，該第一光源經組態以發射一第一頻率的光，該第一頻率鎖定至該多模式共振器之一第一共振頻率。該光子裝置可進一步包含一第二光源，該第二光源經組態以發射一第二頻率的光，該第二頻率鎖定至相同多模式共振器的一第二共振頻率。
在一或多個實例中，該光子裝置可進一步包含一或多個光偵測器，該一或多個光偵測器經組態以將從該第一波導輸出的光轉換成一電信號，其中該測量裝置經組態以基於該電信號中之一所偵測頻率來判定該光之該拍頻。
鑒於以上揭露，一種操作一光子裝置之方法的各種實例可包括下列特徵之任一或組合：將寬頻光引導至具有一共振頻率之一光子裝置中；藉由該光子裝置產生輸出光；將該輸出光轉換成一電信號；基於該電信號判定該輸出光之一拍頻；及基於所判定之該拍頻來判定該光子裝置之一溫度。
在一或多個實例中，該光子裝置具有多個共振頻率，其包括對應於該寬頻光中之光之一第一頻率的至少一第一共振頻率及對應於該寬頻光中之光之一第二頻率的一第二共振頻率，其中該方法包括產生該輸出光包括組合已行經該光子裝置的至少該第一頻率及該第二頻率之光。
可組合上述各種實施例及實例以提供進一步的實施例及實例。[備註：國外專利、國外專利申請案或非專利出版物的要件不得以引用方式併入本文中；然而，美國專利及商標局應允許藉由修改將不當併入的標的明確地加至說明書中而不影響申請日期。未測試以引用方式併入至申請書資料表(ADS)的能力。我們強烈地鼓勵在文句內適當位置處明確地列出要以引用方式併入的參考文獻。]
參酌上文實施方式，可對實施例及實例進行這些及其他變化。一般而言，在下文申請專利範圍中，所用術語不應被解釋為將申請專利範圍限制於本說明書中揭示的具體實施例或實例，而是應理解為包括所有可能的實施例連同此申請專利範圍享有的均等物之全部範圍。因此，申請專利範圍不受限於本揭露。
100:系統 102:光子裝置 104:波導 106:光學共振器 108:基材 110:第一埠 112:第二埠 116:光路徑 118:第一點 120:第二點 200:圖 202:圖 204:第一輪廓 206:第二輪廓 300:測量系統 302:光子裝置 304:第一波導 306:第一光學共振器 308:基材 310:第二波導 312:第二光學共振器 314:第一埠 316:第二埠 318:第一埠 320:第二埠 322:輸入部分 324:輸出部分 326:光 328:光源 330:光學元件 332:第一輸入光 334:輔助光 336:光學偏移器 338:第二輸入光 340:第一輸出光；輸出1 342:第二輸出光；輸出2 344:光學組合器 346:經組合光 348:光偵測器 350:電信號 352:測量裝置 354:輸出 356:電腦系統 402:第一光學共振器 404:第二光學共振器 406:區段 408:基材 500:圖表 502:趨勢線 504:趨勢線 508:溫度 510:第一差異 512:另一溫度 514:第二差異 600:圖表 602:拍頻曲線 700:圖表 702:第一折射率 704:第二折射率 800:圖 900:方法 902:控制 904:分裂 906:偏移 908:引導 910:接收 912:組合 914:轉換 916:偵測 918:判定 1000:測量系統 1002:光子裝置 1004:基材 1006:波導 1008:光源 1010:光 1012:光偵測器 1014:輸出光 1016:電信號 1018:測量裝置 1020:電腦系統 1022a:光學共振器 1022b:光學共振器 1022N:光學共振器 1024:光學開關 1026:光學偏移器 1028:第一光；光 1030:第二光；光 1032:第一連接 1034:端子 1036:第二連接 1100:測量系統 1102:光子裝置 1104:基材 1106a:波導 1106b:波導 1106c:波導 1106d:波導 1106N:波導 1108a:光學共振器 1108b:光學共振器 1108c:光學共振器 1108d:光學共振器 1108N:光學共振器 1110:光源 1112:光學分光器 1113:第一輸入光 1114:輔助光 1116:光學偏移器 1118:第二輸入光 1120:光束組合器 1122:第一輸出光 1124:第二輸出光 1126:經組合光 1128:光偵測器 1130:電信號 1132:測量裝置 1134:電腦系統 1136:第一複數個光學開關；第一複數個開關；複數個開關 1138:第二複數個光學開關；第二複數個開關 1140a:輸入埠 1140b:輸入埠 1142a:輸出埠 1142b:輸出埠 1144:端子 1200:系統 1202:光子裝置 1204:基材 1206a:輸入波導 1206b:輸入波導 1206N:輸入波導 1208a:光學共振器 1208b:光學共振器 1208(N-1):光學共振器 1208N:光學共振器 1210a:輸出波導 1210b:輸出波導 1210(N-1):輸出波導 1210N:輸出波導 1212:光源；寬頻光源 1214:分光器 1216:光束組合器 1217:輸入光 1218a:輸入光 1218b:輸入光 1218N:輸入光 1220a:經共振光；光 1220b:經共振光；光 1222:經組合光 1224:電信號 1225:光偵測器 1226:電腦系統 1227:測量裝置 1300:測量系統 1302:光子裝置 1304:基材 1306:輸入波導 1308a:光學共振器 1308b:光學共振器 1308N:光學共振器 1310:輸出波導 1312:寬頻光源 1313:共振光 1313a:共振光 1313b:共振光 1313N:共振光 1314:輸入光 1316:輸出光 1318:光偵測器 1320:測量裝置 1322:電腦系統 1400:測量系統 1402:光子裝置 1404:基材 1406:輸入波導 1408:第一光學共振器 1410:第二光學共振器 1412:第一輸出波導 1414:第二輸出波導 1416:寬頻光源 1418:輸入光 1420:共振光 1422:共振光 1424:光學組合器 1426:經組合光 1427:光偵測器 1428:電腦系統 1430:測量裝置 1500:測量系統 1502:光子裝置 1504:輸入波導 1506:第一波導接面 1508:第一波導迴路 1510:光學共振器 1510a:第一共振器部分 1510b:第二共振器部分 1511:特徵 1512:第二波導迴路 1514:第二波導接面 1516:輸出波導 1518:光源 1520:輸入光 1522:第一輸入波導部分 1524:第二輸入波導部分 1526:第一光部分 1528:第二光部分 1530:第一輸出波導部分 1532:第二輸出波導部分 1534:第一共振光 1536:第二共振光 1538:輸出光 1540:光偵測器 1542:測量裝置 1544:電腦系統 1600:測量系統 1602:光子裝置 1603:埠 1604:波導 1606:波導接面 1608:第一波導 1610:第一光學共振器 1614:第二波導 1616:第二光學共振器 1620:光源 1622:輸入光 1624:光 1626:光學隔離器 1628:測量裝置 1630:經反射光 1632:光偵測器 1634:頻譜分析器 1636:電腦系統 1700:測量系統 1702:光子裝置 1704:波導接面 1706:第一波導 1708:第二波導 1710:光學反射端部；反射端部 1712:光學反射端部；反射端部 1720:光源 1722:光學隔離器 1724:光偵測器 1726:測量裝置 1728:電腦系統 1802:Fabry-Perot干涉計 1804:回音廊共振器 1806:光子晶體 1902:第一類型的光子晶體 1904:第二類型的光子晶體 1906:第三類型的光子晶體 Leff :光路徑有效長度 S:光頻譜；頻譜 T:溫度 T1 :厚度 W1 :寬度 W2 :寬度 f1 :第一頻率；頻率 f2 :第二頻率；頻率 f3 :第三頻率；頻率 fbeat :拍頻 fR :共振頻率 fR1 :第一共振頻率；共振頻率 fR2 :第二共振頻率；共振頻率 fS: 頻率量 l:光學共振器長度 li :光學共振器長度 m:共振器模數 mi :共振器模數 n:折射率；有效折射率 ni :共振器折射率
在附圖中，相同參考標號標識類似元件或動作。附圖中元件之尺寸及相對位置未必按比例繪製。例如，各種元件之形狀及定向未必按比例繪製，並且這些元件中之一些可被任意放大及定位以改善圖式易讀性。此外，所繪製之元件之特定形狀不一定意欲傳達關於特定元件之實際形狀的任何資訊，並且可僅是為了便於在附圖中辨識而選擇。 [圖1A]係可用於溫度測量之光子裝置之一個實例的透視圖。 [圖1B]係圖1A之光子裝置之光學共振器的俯視圖。 [圖2A]係展示圖1A之光子裝置相對於溫度的折射率變化的圖。 [圖2B]係展示圖1A之光子裝置相對於溫度的共振響應變化的圖。 [圖3]係根據本揭露之一或多個實施例之包括光子裝置之測量系統的示意方塊圖。 [圖4A]係圖3之光子裝置的第一光學共振器與第二光學共振器的俯視圖。 [圖4B]係沿圖4A之線A-A所取得之第一光學共振器的截面圖。 [圖5]係展示圖3之光子裝置的第一光學共振器與第二光學共振器相對於溫度的光學共振頻率變化的圖。 [圖6]係展示圖3之光子裝置的相對於溫度之拍頻變化的圖。 [圖7]係展示圖3之光子裝置的第一光學共振器與第二光學共振器相對於溫度的折射率變化的圖。 [圖8]係描繪一光學共振器相對於該光學共振器中之一腔之模數及光學路徑長度的共振波長變化的圖。 [圖9]係繪示判定圖3之光子溫度計的溫度之方法的流程圖。 [圖10]係根據本揭露之一或多個實施例之包括光子溫度計之溫度測量系統的另一示意方塊圖。 [圖11]係根據本揭露之一或多個實施例之包括光子裝置之測量系統的另一示意方塊圖。 [圖12]係根據本揭露之一或多個實施例之包括光子裝置之測量系統的另一示意方塊圖。 [圖13]係根據本揭露之一或多個實施例之包括光子裝置之測量系統的另一示意方塊圖。 [圖14]係根據本揭露之一或多個實施例之包括光子裝置之測量系統的另一示意方塊圖。 [圖15]係根據本揭露之一或多個實施例之包括光子裝置之測量系統的另一示意方塊圖。 [圖16]係根據本揭露之一或多個實施例之包括光子裝置之測量系統的另一示意方塊圖。 [圖17]係根據本揭露之一或多個實施例之包括光子裝置之測量系統的另一示意方塊圖。 [圖18]繪示可在本文所述之測量系統的光子裝置中實施的光學共振器之實例。 [圖19]繪示可用來在如本文所述之測量系統中使光共振的複數個光子晶體的例示性結構。
300:測量系統
302:光子裝置
304:第一波導
306:第一光學共振器
308:基材
310:第二波導
312:第二光學共振器
314:第一埠
316:第二埠
318:第一埠
320:第二埠
322:輸入部分
326:光
328:光源
330:光學元件
332:第一輸入光
334:輔助光
336:光學偏移器
338:第二輸入光
340:第一輸出光；輸出1
342:第二輸出光；輸出2
344:光學組合器
346:經組合光
348:光偵測器
350:電信號
352:測量裝置
354:輸出
356:電腦系統

Claims (20)

  1. 一種光子系統，其包含： 一光子裝置，其包括： 一基材； 一第一光學共振器，其在該基材中或該基材上，且具有相對於溫度之一第一共振頻率響應； 一第二光學共振器，其在該基材中或該基材上，且具有相對於溫度之一第二共振頻率響應； 一第一波導，其經光學耦接以接收一第一光束且經光學耦接至該第一光學共振器；及 一第二波導，其經光學耦接以接收一第二光束且經光學耦接至該第二光學共振器； 一光學組合器，其經組態以將來自該第一波導之第一輸出光與來自該第二波導之第二輸出光組合成經組合光；及 一光偵測器，其經組態以將來自該光學組合器之該經組合光轉換成一電信號，該電信號具有指示該光子裝置之一物理狀況之一特性。
  2. 如請求項1之光子系統，其進一步包含： 一或多個測量裝置，其經組態以測量該電信號之該特性，其中該電信號之該特性指示該光子裝置之一溫度。
  3. 如請求項2之光子系統，其中該電信號之該特性係該電信號之一頻率，且該一或多個測量裝置包括一頻率計數器，該頻率計數器經組態以測量該電信號之該頻率。
  4. 如請求項2之光子系統，其中該電信號之該特性係該電信號之一頻譜中的一能量分布，且該一或多個測量裝置包括一頻譜分析器，該頻譜分析器經組態以分析該能量分布並測量相對於該頻譜中之一頻率的該頻譜中之該能量分布的一量值。
  5. 如請求項1至4中任一項之光子系統，其進一步包含： 一光學偏移器，其經組態以接收該第二光束，且在該第二波導接收該第二光束之前，偏移該第二光束之一光學特性。
  6. 如請求項5之光子系統，其中該光學特性係該第二光束之一頻率。
  7. 如請求項1至4中任一項之光子系統，其進一步包含： 一光學頻率鎖定迴路，其經組態以相對於該第一光束之一頻率控制該第二光束之一頻率。
  8. 如請求項1至4中任一項之光子系統，其進一步包含： 一光學分光器，其經組態以將由一光源發射的光分裂成該第一光束及該第二光束。
  9. 如請求項1至4中任一項之光子系統，其進一步包含： 一第一光源，其經組態以發射該第一光束，其中該第一光源可控制以調整該第一光束之一頻率；及 一第二光源，其經組態以發射該第二光束，其中該第二光源可控制以調整該第二光束之一頻率。
  10. 如請求項9之光子系統，其中該第一光源與該第二光源係可分開地控制以分別調整該第一光束與該第二光束之頻率的第一雷射光源及第二雷射光源。
  11. 如請求項1至4中任一項之光子系統，其進一步包含一寬頻光源，該寬頻光源經組態以發射具有在一第一頻率與一第二頻率之間的一頻譜之該第一光束。
  12. 一種操作一測量系統之方法，其包含： 引導一第一光束至一光子裝置之一第一波導中； 引導一第二光束至該光子裝置之一第二波導中； 將從該第一波導接收的第一輸出光與從該第二波導接收的第二輸出光組合成經組合光； 基於該經組合光，判定該第一輸出光與該第二輸出光之間的一頻率差；及 基於該頻率差，判定該光子裝置之一溫度。
  13. 如請求項12之操作一測量系統之方法，其進一步包含： 控制一第一光源以將該第一光束之一頻率從一第一頻率調整至一第二頻率，該第二頻率對應於一第一光學共振器之一第一共振頻率，該第一光學共振器經光學耦接至該第一波導。
  14. 如請求項13之操作一測量系統之方法，其進一步包含： 控制一光學移頻器，以將該第二光束之一頻率調整至一第三頻率，該第三頻率對應於一第二光學共振器之一第二共振頻率，該第二光學共振器經光學耦接至該第二波導。
  15. 如請求項13之操作一測量系統之方法，其進一步包含： 控制一第二光源，以將該第二光束之一頻率調整至一第三頻率，該第三頻率對應於一第二光學共振器之一第二共振頻率，該第二光學共振器經光學耦接至該第二波導。
  16. 如請求項12至15中任一項之操作一測量系統之方法，其進一步包含： 將該第一光束之一頻率鎖定至該光子裝置中的一第一光學共振器之一第一共振頻率；及 將該第二光束之一頻率鎖定至該光子裝置中的一第二光學共振器之一第二共振頻率，其中繼該第一光束之該頻率鎖定至該第一共振頻率及該第二光束之該頻率鎖定至該第二共振頻率之後判定該頻率差。
  17. 如請求項12至15中任一項之操作一測量系統之方法，其進一步包含： 將一光束分裂成該第一光束及該第二光束；及 在引導該第二光束至該第二波導中之前，相對於該第一光束偏移該第二光束之一光學特性。
  18. 如請求項17之操作一測量系統之方法，其中該光學特性係相對於該第一光束之一頻率偏移的該第二光束之一頻率。
  19. 如請求項12至15中任一項之操作一測量系統之方法，其進一步包含： 將該經組合光轉換成一電信號； 基於該電信號偵測該經組合光之一拍頻，其中該拍頻指示該第一輸出光與該第二輸出光之間的該頻率差；及 基於該拍頻，判定該光子裝置之一溫度。
  20. 如請求項12至15中任一項之操作一測量系統之方法，其進一步包含： 存取儲存在記憶體中的溫度對應資料；及 基於該頻率差與該溫度對應資料中之該溫度之間的一對應來判定該光子裝置之該溫度。
TW110120017A 2020-06-03 2021-06-02 使用共振器差分技術之光子裝置 TW202207558A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063034056P 2020-06-03 2020-06-03
US63/034,056 2020-06-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202207558A true TW202207558A (zh) 2022-02-16

Family

ID=76662551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110120017A TW202207558A (zh) 2020-06-03 2021-06-02 使用共振器差分技術之光子裝置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11815405B2 (zh)
EP (1) EP4162244A1 (zh)
JP (1) JP2023529832A (zh)
KR (1) KR20230020415A (zh)
CN (1) CN115427774A (zh)
TW (1) TW202207558A (zh)
WO (1) WO2021247904A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202207558A (zh) 2020-06-03 2022-02-16 美商富克有限公司 使用共振器差分技術之光子裝置
WO2021247912A1 (en) 2020-06-03 2021-12-09 Fluke Corporation Temperature measurement system and method using optical signal transmission through an optical interferometer
WO2023183064A1 (en) * 2022-03-22 2023-09-28 Fluke Corporation Temperature measurement system and method using multimode of an optical resonator

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4515430A (en) 1980-09-15 1985-05-07 Massachusetts Institute Of Technology Integrated optical transducers
GB8310835D0 (en) 1983-04-21 1983-05-25 Jackson D A Remote temperature sensor
US4974961A (en) 1986-09-12 1990-12-04 Jackson David A Optical fibre measuring system
US5317524A (en) * 1991-09-19 1994-05-31 Allied-Signal Inc. Spectral signal analyzer system
US6243506B1 (en) * 1997-07-18 2001-06-05 National Science Council Optical frequency and temperature sensor system
DE19960370C2 (de) 1999-12-14 2001-11-22 Rubitec Gesellschaft Fuer Innovation & Technologie Ruhr Univ Bochum Mbh Optischer Temperatursensor
US7245790B2 (en) * 2004-03-26 2007-07-17 University Of New Brunswick System and method for resolution enhancement of a distributed sensor
US7796262B1 (en) * 2007-05-31 2010-09-14 Nomadics, Inc. Integrated optical resonator device for measuring chemical and biological analyte concentrations
CN101825480B (zh) * 2010-01-29 2011-06-08 浙江大学 一种基于宽带光源和级连光波导滤波器的光传感器
US20170276870A1 (en) * 2010-11-30 2017-09-28 Tshwane University Of Technology Cmos based micro-photonic systems
US8670124B2 (en) 2012-01-31 2014-03-11 Nokia Corporation Apparatus and method for converting sensor input signals into digital output signals
EP2979081A1 (en) * 2013-03-28 2016-02-03 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optical sensor arrangement and method for measuring an observable
US9726553B2 (en) 2013-06-11 2017-08-08 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Optical temperature sensor and use of same
CN105698871B (zh) 2016-03-29 2018-08-21 天津大学 基于光频域反射的分布式应变温度同时测量装置及方法
US10056733B1 (en) 2017-03-08 2018-08-21 Inphi Corporation Wavelength locker integrated with a silicon photonics system
US11346770B2 (en) 2018-03-29 2022-05-31 Khalifa University of Science and Technology Optical fiber sensor for salinity and temperature measurement
US10955617B2 (en) 2018-10-01 2021-03-23 Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce High-resolution photonic thermometer article
PL235969B1 (pl) 2018-10-18 2020-11-16 El Cab Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Urządzenie do monitorowania temperatury, sposób monitorowania temperatury oraz system monitorowania temperatury
US10900838B1 (en) 2019-09-20 2021-01-26 Honeywell International Inc. Wavemeter system using a set of optical chips
CN112985477A (zh) 2019-11-29 2021-06-18 梅吉特股份有限公司 用于在恶劣环境中测量物理参数的光学传感器及其制造和使用方法
US11255746B2 (en) 2019-12-06 2022-02-22 Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Photonic resonator analyzer and characterizing a photonic resonator
WO2021156731A1 (en) 2020-02-03 2021-08-12 Onpoint Technologies, Llc Temperature sensor and temperature-measurement method
US11747133B2 (en) 2020-04-28 2023-09-05 Board Of Trustees Of Michigan State University Demodulation of fiber optic interferometric sensors
WO2021247912A1 (en) 2020-06-03 2021-12-09 Fluke Corporation Temperature measurement system and method using optical signal transmission through an optical interferometer
TW202207558A (zh) 2020-06-03 2022-02-16 美商富克有限公司 使用共振器差分技術之光子裝置

Also Published As

Publication number Publication date
CN115427774A (zh) 2022-12-02
JP2023529832A (ja) 2023-07-12
WO2021247904A1 (en) 2021-12-09
KR20230020415A (ko) 2023-02-10
US11815405B2 (en) 2023-11-14
US20210381906A1 (en) 2021-12-09
EP4162244A1 (en) 2023-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW202207558A (zh) 使用共振器差分技術之光子裝置
Mao et al. Adiabatic coupler with design-intended splitting ratio
Pang et al. In-fiber Mach–Zehnder interferometer based on double cladding fibers for refractive index sensor
Ciminelli et al. High-Q spiral resonator for optical gyroscope applications: numerical and experimental investigation
Yang et al. Compact arrayed waveguide grating devices based on small SU-8 strip waveguides
Xu et al. Design of polarization-insensitive ring resonators in silicon-on-insulator using MMI couplers and cladding stress engineering
US10558173B2 (en) Method and device for producing a reference frequency
Ouyang et al. Temperature compensated refractometer based on parallel fiber Fabry–Pérot interferometers
KR20230017791A (ko) 광 간섭계를 통한 광 신호 전송을 사용한 온도 측정 시스템 및 방법
Andreev et al. A refractometric sensor using index-sensitive mode resonance between single-mode fiber and thin film amorphous silicon waveguide
Shi et al. Temperature insensitive delay-line fiber interferometer operating at room temperature
US11683092B2 (en) Loss-based wavelength meter
Saha et al. Highly sensitive refractive index sensor based on mode transition in a dual resonance long period grating inscribed ridge waveguide
Janz et al. Measurement accuracy in silicon photonic ring resonator thermometers: identifying and mitigating intrinsic impairments
Ciminelli et al. Theoretical investigation on the scale factor of a triple ring cavity to be used in frequency sensitive resonant gyroscopes
Feng et al. Design, fabrication and test of transmissive Si 3 N 4 waveguide ring resonator
Popović et al. Global design rules for silicon microphotonic waveguides: sensitivity, polarization and resonance tunability
Chen et al. Research and Fabrication of the Chirped Moiré Fiber Bragg Grating With Tunable Channels Based on Temperature Control
Gilev et al. Characteristics of various sensor devices for a miniature resonant optical gyroscope
Melati et al. Athermal echelle grating and tunable echelle grating demultiplexers using a Mach-Zehnder interferometer launch structure
Zhao et al. Vernier effect of cascaded dual microring sensor
Li et al. Integrated in-fiber dual whispering gallery mode resonators device
Hu et al. High-sensitivity silicon few-mode microring resonators for temperature sensing
Vargas A dual Mach-Zehnder interferometer wavelength measurement device using silicon over insulator technology
US11815404B2 (en) High accuracy frequency measurement of a photonic device using a light output scanning system and a reference wavelength cell