光學元件的熱控制的制作方法

文檔序號：2779033閱讀：174來源：國知局

專利名稱：光學元件的熱控制的制作方法
技術領域：
概括而言，本發(fā)明涉及光纖通信，更具體地說，本發(fā)明涉及光波導濾光器和其它溫度敏感的集成光學器件的調整和溫度穩(wěn)定性。
背景技術：
現在光導纖維技術已經用于電訊數十年了。在高帶寬應用中，光導纖維實際上已經取代了老式銅線。這種轉變的理由有很多。光導纖維與銅線相比的優(yōu)點包括寬的帶寬、低信號衰減、輕的重量、對電磁干擾的不敏感性、沒有電火花、串擾的有效消除、物理撓性、小尺寸、和低成本。
在光網絡中，被轉換的電信號調制光，一般紅外型的(infrared variety)具有1.3或1.5 pm帶的波長。調制的光在光導纖維上傳輸、接收、和解調，以恢復原始電信號的拷貝。
大量的光導纖維網絡是要用于數據的商業(yè)傳輸。因此，網絡操作員以低成本、高可靠性、高保真、高效率、和高安全性追求寬的帶寬容量。單光纖的傳輸帶寬非常高。在單波長信道上以10Gbit/s(OC-192) 和40Gbits/s (OC-768)傳輸數據的節(jié)約成本的系統(tǒng)目前可買到。但是光纖理論上可以實現的總產量遠遠較高，幾十太赫。密集波分復用 (DWDM)系統(tǒng)已經發(fā)展到使用更多的該可獲得的光譜。在這種系統(tǒng) 中，同時使用許多不同的波長信道，以在相同的光纖上傳輸攜帶數據信號。已經開發(fā)了使用高達160種不同波長的系統(tǒng)，每個波長攜帶差不多10 Gbit/s并且在單光纖中提供1.6Tbit/s的總容量。對于需要更小容量的光纖連接，以相似的方式使用以更寬間隔波長具有更少信道的更不密集結構，這種結構稱為粗波分復用(CWDM)。DWDM和CWDM 將統(tǒng)稱為波分復用或WDM。
在WDM光網絡中，在傳輸時需要多路復用(結合)多個獨立的波長，在接收時需要將那些波長多路分解(分離)成單獨的信道。多路復用和多路分解功能通過濾光器、波導干涉儀來進行，濾光器典型
的是薄膜干擾濾光器，波導干涉儀諸如是陣列波導光柵(AWG)或纖
維布拉格光柵。光網絡的節(jié)點一般提供兩種功能，在一個或多個入站
的(inbound)光纖上提取一些或所有單個的波長信道，和將具有來自本地信號源的新波長攜帶數據的那些波長的一些重組到一根或多根輸出(outbound)光纖。實現這些和其它功能的光纖遍及WDM光網絡充足地分布。
主要的成本與從光表示到電表示、或從電表示到光表示的轉換數據有關。因此，通常優(yōu)選連接到或來自節(jié)點局部交通(localtraffic)的數據透徹地(transparently)通過節(jié)點，§卩，沒有轉換或非線性處理。因為透徹性，特定的光信號在其通過網絡的路徑中可以通過幾根光纖。為了避免信號保真度過度地下降，光纖帶形和相位響應的精度和穩(wěn)定性在分布網絡中需要比直接連接更嚴格地控制。
AWG由整體的面波導制造并且準確達到(scale elegantly to)較高的信道數。盡管它們是最新開發(fā)的常用濾光器結構，由于其高性能和成本效率，AWG開始主宰支配八個或更多光信道被多路復用或多路分離的應用。圖1圖示了典型的陣列波導光柵IO，其具有輸入波導12、一個或多個輸出波導14、并排排列的波導的相位陣列16、和一對聚焦平板區(qū)域18和19。聚焦平板區(qū)域18將來自輸入波導12的光耦合到相位陣列波導16的近端，而聚焦平板區(qū)域19將在相位陣列波導16的遠端形成的光耦合到輸出波導14。相位陣列波導16具有不同的長度，在相鄰波導之間具有恒定的光程長度差AL。p。
當單色光照射輸入波導12時，平板18將光能量傳播到波導16a 一16n的近端。因為波導16a—16n的不同光程長度，在波導16a—16n 的遠端形成的光根據光傳播的特定波導具有不同的相位。在形成的光被聚焦平板區(qū)域19結合后，根據光的波長，不同相位在一些點結構性地干涉。如果該點與輸出波導14之一重合，光被耦合到該光波導中。改變單色光的波長改變結構干涉點，該點從一個輸出波導(例如，14a) 移到另一波導(例如，14b)。
由線性系統(tǒng)理論已知，具有^>,*義,光譜分布的非單色WDM光信
號可以簡單地作為單個單色信號CjUi來處理。因此，如果輸入波導12
用該WDM信號照射，它的組成波長成分Xi的每一個將在不同的點聚焦并且將耦合到不同的輸出波導14。因此，WDM信號的組成波長信道Xi被物理地分離(即，多路分離)到不同的輸出波導14。雖然互易原理可應用于電磁場，如果入射到輸入波導12上的波長、被引導到輸出波導14j，那么入射到輸出波導14j上的相同波長信號^將被引導(即，多路復用)到輸入波導12。因此，根據選作輸入的端部，陣列波導光柵IO可以用作多路復用器，又可以用作多路分離器。
用于制造AWG的平面波導技術是光學集成技術。隨著光學網絡節(jié) 點變得越來復雜，AWG變成在芯片上集成的多個光電路元件中的唯一一個。具有較高集成比率(scales of integration)的器件的實例包括配對的多路復用器/多路分離器、分插復用器、可編程波長阻斷器 (programmable wavelength blocker)、和波長選擇路徑開關。當然，具有可包括一個或多個陣列波導光柵的其它集成光電路。
更嚴格控制濾光器波形和AWG相位響應的精度和穩(wěn)定性的一種方法是控制AWG的中心波長。AWG的中心波長、取決于通過AWG 相位波導的相移。("中心波長"是指最理想地或接近理想地導入特定輸出波導的波長。)相移取決于波導的折射率，波導的折射率又取決于波
導的溫度。對于硅基波導，折射率的溫度系數(，)的量級是IO力('C)、
或每攝氏度10的百萬分之一，其轉換成波長溫度系數(！)的相似
量級，且在1.5 波長處轉換成大約2 GHz/(。C)的溫度頻率系數(i )。
對于大約lOOGHz和更小的信道間隔，陣列波導光柵在平均6(TC的商業(yè)溫度范圍的操作存在問題。而且，對于相當窄的信道間隔，不用昂貴的調整(trimming)難以制造具有足夠中心波長精度的陣列波導光柵。出于這個原因，陣列波導光柵和相似光學元件是中心波長穩(wěn)定的。
最普通的是，這種穩(wěn)定性通過積極調整光學芯片的溫度來實現。根據這種方法，加熱元件均勻地將構件的溫度升高到設定點溫度。改變設定點溫度的選擇讓光柵調整到所選擇的中心波長，消除或降低調整的需要，并增加產量。在熱調整陣列波導光柵的基本方法的一種變化中，集成加熱器圖案化(patterned)成覆蓋相位陣列的一些波導的長
度比覆蓋其它陣列波導的長度更長。如果正確地選擇加熱器的形狀，通過所圖案化的加熱器的操作產生的局部變熱使得相鄰波導之間的有效光程長度差增加。換言之，通過比陣列波導上均勻分布的加熱器所獲得的系數更高的系數，它使得波形傾斜增大(或減小)。因為圖案化的加熱器不平衡地影響相位波導，中心波長對加熱器溫度的靈敏度增加，光柵的調整范圍也隨之增加。因此，中心波長的移動變得更加有效，更少的熱能可以用于產生相同的輸出波形的熱光傾斜。在本文中，這種圖案化的加熱器將稱為"高效圖案化的加熱器"。
集成光路可包含陣列波導光柵、波導、光耦合器、分離器(spliter)、三維光學存儲器件、布拉格光柵、光學衰減器、分光器、濾光器、光開關、激光、調制器、互連器(interconnects光頻隔離器、關學分插復用器(OADM)、光學放大器、偏光器、光陀螺、相移器、光學鏡面 /反射器、光學相位延時器、光學檢測器、和其它光學元件。應該理解，盡管它們類似于集成電路而通常被稱為集成光路，集成光路不是嚴格意義上的"電路"(例如，它們沒有"接地"路徑)。在集成電路(半導體) 的情況下，在共用的基材上的幾個光學構件的制造有幾個優(yōu)點，包括在制造過程中實質的成本節(jié)約、和組件更小的尺寸。在公共基材上由面波導構成的多器件集成光路稱為"面光波回路"，或PLC。
為了直接將AWG制造成通常用于DWDM的100 GHz光頻率光柵，絕對折射率的精度需要比10-5更好。這樣的加工控制水平目前難以達到。如已經討論的所述，通過調整有效穩(wěn)定性的選擇操作溫度可以補償實際的制造變化。相同芯片上的兩個AWG不太可能需要相同的穩(wěn)定溫度?？紤]到目前采用的波長穩(wěn)定的方法，對于在特定PLC上熱控制多于一個光柵來說是挑戰(zhàn)。

發(fā)明內容
因此，需要有精確地溫度穩(wěn)定光學元件的方法。還需要有在共用基材上包括多個溫度穩(wěn)定構件的光波回路，特別是陣列波導光柵。還需要有高精度控制光學元件溫度以保持元件的中心波長穩(wěn)定的方法。
本發(fā)明涉及滿足這些需要中的一個或多個的裝置和方法。在此公開的本發(fā)明是集成光學器件，其包括具有作為光學元件溫度的函數的
光波長響應(例如，中心波長)的光學元件，和鄰近光學元件設置的加熱元件，能夠促使光學元件的溫度升高。在光學元件的第一有效溫度，光學元件的光波長響應基本上等于預定波長。集成光學器件還包括溫度傳感元件，其能夠產生在溫度傳感元件位置處的溫度指示，其中在該位置由加熱元件導致的溫度升高超過在光學器件的至少一個區(qū) 域由加熱元件導致的相應溫度升高。溫度傳感元件和加熱元件兩者都可以連接到溫度控制器，其從溫度傳感元件接收溫度指示，并基于溫度指示設定加熱元件中消耗的功率，以將光波長響應驅動到預定波長。集成光學器件的設計是這樣，在光學器件的穩(wěn)定熱狀態(tài)，由溫度傳感元件產生的溫度指示按照加熱元件中消耗的功率的第一基本成線性的函數而變化，而光學元件的有效溫度按照加熱元件中消耗的功率的第二基本成線性的函數而變化。
第一基本成線性的函數由第一熱常數表征，其是溫度指示的增加
與加熱元件消耗的功率的比率，而第二基本成線性的函數由第二熱常數表征，其是光波長響應的變化與加熱元件中消耗的功率的比率。
在操作時，溫度控制器基于(i)在第一周期中從溫度傳感元件接收的一個或多個溫度指示，(ii)在第一周期中由加熱元件消耗的功率，
和(iii)第一熱常數，來估算在第一周期中的光學元件的全局溫度(global temperature)。然后，在緊跟第一周期的第二周期中，通過進行下列計算，溫度控制器確定溫度控制器要將溫度傳感元件的溫度指示驅動到的設定點
(1 )計算第一周期中第一有效溫度與光學元件的全局溫度的估計值之間的差值；
(2) 計算第一熱常數與第二熱常數的比率；
(3) 計算差值與比率的乘積；和
(4) 將乘積加到第一周期中光學元件的全局溫度的估算值中，以獲得設定點。
集成光學器件的另一實施方式包括兩組上述部件，g卩，兩個光學元件、兩個加熱和溫度傳感元件、和兩個溫度控制器。每組元件基本上與另一組獨立地起作用，以將每個光學元件(例如，濾光器)穩(wěn)定在對應于特定中心波長的元件特定有效溫度。兩個中心波長可以相同，
既使兩個波長相同，兩個光柵的有效溫度一般會不同。任選地，單個溫度控制器可用于穩(wěn)定兩個光學元件。
在另一實施方式中，集成光學器件包括第一和第二光學元件、第一和第二加熱元件、溫度傳感元件和溫度控制器。第一光學元件具有第一光波長響應，第一光波長響應是第一光學元件的溫度的函數，其中第一光波長響應基本上等于在第一光學元件的第一有效溫度的第一預定波長。第一加熱元件鄰近第一光學元件設置，能夠促使第一光學元件的溫度升高，而溫度傳感元件能夠產生在第一溫度傳感元件的第一位置處的溫度指示。第一位置是這樣的，由第一加熱元件導致的第一位置處的溫度升高超過在遠離光學器件的第一位置的第一區(qū)域處由第一加熱元件導致的溫度升高。一般地，第一溫度傳感元件設置在第一加熱元件和第一光學元件附近。溫度控制器可以連接第一加熱元件和第一溫度傳感元件，以從第一溫度傳感元件接收溫度指示，并基于從第一溫度傳感元件接收的溫度指示設定在第一加熱元件中消耗的功率，從而將第一光波長響應驅動到第一預定波長。
第二光學元件具有第二光波長響應，第二光波長響應是第二光學元件的溫度的函數，其中第二光波長響應基本上等于在第二光學元件的第二有效溫度的第二預定波長。第二加熱元件鄰近第二光學元件設置，并且能夠導致第二光學元件的溫度升高。
本實施方式的元件布置和其它設計選擇是這樣的，在穩(wěn)定熱狀態(tài)，由第一溫度傳感元件產生的溫度指示隨著在第一加熱元件中消耗的功率的第一基本成線性的函數而變化，第一基本成線性的函數由第一熱常數表征，其是由第一溫度傳感元件產生的溫度指示的變化與第一加熱元件中消耗的功率的比率。在穩(wěn)定熱狀態(tài)，第一光學元件的有效溫度隨著第一加熱元件中消耗的功率的第二基本成線性的函數而變化，第二基本成線性的函數由第二熱常數表征，其是第一光學元件的有效
溫度的變化與第一加熱元件中消耗的功率的比率。在穩(wěn)定熱狀態(tài)，第二光學元件的有效溫度隨著第二加熱元件中消耗的功率的第三基本成線性的函數而變化，其中第三基本成線性的函數由第三熱常數表征，其是第二光學元件的有效溫度的變化與第二加熱元件中消耗的功率的比率。
在操作中，溫度控制器可以至少部分地基于(i)從第一溫度傳感元件接收的一個或多個溫度指示，(ii)由第一加熱元件消耗的功率，和(iii)第一熱常數，用于估算在第一周期中的第一光學元件的全局溫度。然后，在緊跟第一周期的第二周期中，溫度控制器可以用于確定溫度控制器要將第一溫度傳感元件產生的溫度指示驅動到的第一設定點。第一設定點可以確定如下
溫度控制器(1)計算第一有效溫度與全局溫度的估計值之間的第一差值，(2)計算第一熱常數與第二熱常數的比率，(3)計算第一差
值與比率的第一乘積，和(4)將第一乘積加到全局溫度的估算值中，
獲得第一設定點。
溫度控制器還可以用于確定溫度控制器要將第二加熱元件中消耗
的功率設定到的第二設定點。第二設定點可以確定如下
溫度控制器(1)計算第二熱常數與第一加熱元件消耗的功率的第
二乘積，(2)從第二有效溫度減去第二有效溫度計算第二差值，(3) 將第二乘積與第二差值相加計算總和，和(4)將總和除以第三熱常數，
獲得第二設定點。參照下面說明書和所附的權利要求，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征以及方面。

圖1圖示了陣列波導光柵；
圖2A是根據本發(fā)明的溫度控制的陣列波導光柵的頂視圖；圖2B是沿圖2A的線A—A'進行剖面的溫度控制陣列波導光柵的剖面圖3是根據本發(fā)明的具有集成圖案化加熱器的陣列波導光柵的頂視圖，元件覆蓋多個波導；
圖4是根據本發(fā)明的用于驅動陣列波導光柵的加熱器的溫度控制系統(tǒng)的高級、簡化示意框圖5是根據本發(fā)明的具有局部溫度傳感器的陣列波導光柵的頂視
圖6A和6B圖示了根據本發(fā)明的溫度穩(wěn)定陣列波導光柵的疊代處理的選擇步驟；
圖7是兩個陣列波導光柵組合的高級、簡化示意框圖，每個用圖案化加熱器覆蓋并具有溫度傳感器；且
圖8是兩個陣列波導光柵組合的高級、簡化示意框圖，每個用圖案化加熱器覆蓋，共用一個溫度傳感器。
具體實施例方式
現在詳細參照附圖中圖示的本發(fā)明的幾個實施方式。無論在什么情況下，在附圖和說明書中對相同或類似的零件使用相同或相似的附圖標記。附圖是簡化的形式并且沒有按精確的比例。只是出于方便和清楚的目的，方向術語，諸如頂、底、左、右、上、下、在上面、上方、下方、在下面、后面和前方在附圖中使用。這些和相似的方向術語無論如何不應該用于限制本發(fā)明的范圍。此外，術語陣列波導光柵、光柵、和AWG可互換使用，除非注明了差別或與上下文有明顯的不同。 AWG和等同術語也用于指物理波導陣列和基于這種陣列的濾光器器件。
更具體地參照附圖，圖2A和2B分別圖示了根據本發(fā)明的示例性的溫度控制的陣列波導光柵200的頂視圖和剖面圖(沿線A—A，)。光柵200可以在平面基材205上構成，在這個具體的實施方式中，基材可以由硅制成。下包層210可以沉積在基材205上，且多個波導220 可以在下包層210上形成。上包層215可以在下包層210和在波導220 上形成，使得兩層包層210和215包圍波導220。包層210和215可以由二氧化硅制成，而波導220可以由摻雜二氧化硅制成。波導220的材料的折射率可以高于包層210和215的材料的折射率，使得光可以通過波導220沿垂直于所述剖面平面的方向傳播。從圖2A可以看出，波導220可以是彎曲的，這樣在它們各個終端之間提供不同的長度和相移。
集成圖案化加熱器227可以是楔形，盡管也可以使用其它的形狀。它包括總線230A—D，和加熱器元件235A和235B。在圖示的實施方式中，每個加熱器元件235跨在波導220之一上的一對總線230之間，并且可以設計成每單位長度耗相同的功率?？偩€230可以比加熱器元件235厚，以向每個加熱器元件235提供相對恒定的工作電壓。因此，
被加熱器元件235覆蓋的波導220的部分的每單位長度產生的熱量也可以基本相同。因此，由于加熱器227的操作的光波傾斜，發(fā)生相對小的由加熱器227的操作引起的變形。
波導220的折射率對加熱器227施加的電力變化的響應時間可以大于1毫秒(盡管響應時間小于1毫秒也是可能的)。這樣能夠使加熱器227不僅用直流(DC)操作，而且用交流(AC)操作，或者用脈沖寬度調制(PWM)電信號操作，只要AC或PWM信號具有適當的高頻。在有些實施方式中，頻率可以在由響應時間的倒數確定的閾值以上。在其它更具體的實施方式中，頻率可以在大約lKHz以上。
附圖標記225表示監(jiān)控光柵200的溫度的示例性溫度傳感器。在一個實施方式中，它可以由與加熱器227相同的材料制成并且沉積在上包層215上，與加熱器總線230和加熱器元件235 —起成形。用于溫度傳感器225的材料具有正電阻溫度系數，且在關注的溫度(例如，在大約30至大約120攝氏度的范圍)的光譜上基本上顯示線性特性。在光柵200的一些變化中，鉬、鎳、鎢是用于構成傳感器225的材料。如圖2A所示，溫度傳感器225的特定圖案沿總線230A和230B的基本部分延伸，提供沿其位置的一些溫度平均值。另一示例性的溫度傳感器設計如圖5所示，其中溫度傳感器525提供光柵500溫度的更多局部讀數。
圖3圖示了根據本發(fā)明的示例性陣列波導光柵300的頂視圖。從該圖可以看出，圖案化加熱器327的加熱器元件335在每對總線330 之間呈鋸齒形。每個加熱器元件335的長度可以基本上相同，每個加熱器元件335每單位長度的電阻也可以基本上不變。隨之是每個元件 335每單位長度可以基本上消耗相同的功率。加熱器元件335成鋸齒形，以覆蓋不同數量的波導320，因為波導320朝向圖3的頂部更長，朝向圖3的底部更短。而且，一個波導320的不同部分可以用不同的加熱器元件335覆蓋。例如，參見加熱器元件335A和335B，每個覆蓋兩個波導320A和320B的部分。
在平面光波回路上制造陣列波導結構的方法對本領域技術人員來說是公知的，因此，沒有必要在這里詳細描述。為了完整起見，簡要描述如下。
再來參照圖2A和2B，下包層210可以利用已知技術在基材205 上生長或沉積，已知技術諸如是，熱氧化、化學蒸汽沉積(CVD)、火焰水解沉積(FHD)、和激光反應沉積(LRD)。摻雜二氧化硅層也可以利用CVD、 FHD或LRD沉積在下包層210上。摻雜硅層的折射率比下包層210的折射率高。光刻技術可以用于將限定曲線波導220的光致抗蝕劑層掩模轉移到摻雜硅層上，且波導220可以由通過掩模曝光的摻雜二氧化硅層的區(qū)域的活性離子蝕刻形成。接下來，可以去除光致抗蝕劑掩模，可以利用CVD、 FHD或LRD在波導220上和下包層210上沉積上包層215。上包層215可以由折射率低于波導220的折射率的二氧化硅或摻雜二氧化硅制成。在一個具體的實施方式中，上包層215的折射率基本上與下包層210的折射率匹配，且在波導220 的上表面上具有大約5微米與大約20微米之間的厚度。
例如，利用CVD、 LRD、 FHD、旋轉涂敷、蒸發(fā)、或噴鍍技術，在上包層215上可以形成薄膜導電層。利用另一光致抗蝕劑掩模和蝕刻工藝，導電層可以圖案化成集成加熱器227和溫度傳感器225。在光柵200的一些變化中，整個器件隨后可以涂敷例如通過CVD或LRD 或FHD沉積的二氧化硅或氮氧化硅形成的保護層。
圖4圖示了根據本發(fā)明的用于驅動陣列波導光柵的加熱器的示例性的溫度控制系統(tǒng)400的高級示意框圖。數字427和425分別指光柵的加熱器和溫度傳感器。溫度補償電源440可以驅動RTD (電阻溫度器件)傳感器425。各種熱敏電阻、二極管、和熱電偶也可以用作溫度傳感器。還應該注意，電源440可以用電流變換器(sink)來代替，而不影響系統(tǒng)400的操作原理。
在溫度傳感器425上產生的電壓可以輸入到溫度讀出裝置442，諸如圖4所示的模擬-數字(A/D)轉換器。比較器445可以將從溫度讀出裝置442接收的讀數與從輸入端446接收的設定點電壓比較，并且可以在輸出端447上產生差信號。然后，差信號可以通過過濾機構450 并且可以控制加熱器驅動電路455。在圖示的實施方式中，加熱器驅動電路455可以是脈沖寬度調制器，而過濾機構450可以是低通時間平均濾波器。
比較器445和過濾機構450可以通過微控制器執(zhí)行的程序編碼來
實現。微控制器可以周期性地啟動A/D轉換器442 (其可以是同一微控制器的部分)的操作，并可以讀取由A/D轉換器442產生的輸出。然后，微控制器可以將讀數與在輸入端446的設定點溫度信號比較，可以計算兩個信號之間的差值，還可以求預定時間周期上的差值的平均值，以產生在輸出端451的加熱器控制信號。
在示例性的溫度控制系統(tǒng)400的一些變化中，平均周期可以是系統(tǒng)400的熱時間常數的量級(order), SP，描述加熱器輸出的變化到濾光器的波長響應變化的傳播的時間常數。在溫度控制系統(tǒng)400的更具體的變化中，平均周期可以在大約1.5與5倍的系統(tǒng)熱時間常數之間。
過濾機構450的輸出端451控制加熱器驅動電路455的輸出端456 的信號脈沖寬度。當比較器445檢測到對應于其輸入端446的溫度高于傳感器425檢測的溫度時，比較器455的極性可以使得電路455輸出的脈沖寬度增加。這樣，改變設定點的電壓一一對應地改變溫度傳感器425的溫度。
有許多其它方式來實施用于本發(fā)明的陣列波導光柵的溫度控制器，包括模擬和數字控制器的器具。現成的溫度控制器也可以從許多來源獲得，包括從Omega Engineering, Inc., 1 Omege Drive, Stamford,CT, www.omega.com, 1-800-872-9436可買到的溫度控制器。
現在，轉向調節(jié)和溫度穩(wěn)定陣列波導光柵(例如，圖2的光柵200) 的方法，定義"有效溫度"或A的概念。從本文上面提出的陣列波導光柵的操作理論，清楚地看到光柵中心波長^是光柵均勻溫度t的函數。由此這個函數關系表示為、(t)。當光柵的溫度在整個光柵不均勻時，會導致光柵通帶的一些變形和相位誤差，但是，很可能保持可識別的中心波長^=、。在該熱狀態(tài)中光柵的有效溫度Tx參照相同的光柵來定義，只是均勻地加熱、0\)=、。換言之，具有中心波長、的非均勻加熱光柵的有效溫度T,等于具有相同中心波長^的相同光柵的均勻溫度。
還要定義傳感器溫度Tr、和整體或環(huán)境溫度Te的概念，整體或環(huán) 境溫度是影響陣列波導光柵整體的溫度。對于覆蓋有圖案化集成加熱器的光柵，預計接近加熱器的傳感器的溫度TV高于環(huán)境溫度Te，因為圖案化加熱器覆蓋部分光柵，且熱量從加熱器流向遠離加熱器的芯片的區(qū)域。
經驗性的研究結果以及有限元件熱和光學分析導致兩個有用的結
果
Tr=Te+(dTr/dW)*W 和 (1)
T\=Te+(dT/dW)*W。 (2)
在等式(1)和(2)中，W是在圖案化加熱器中耗費的功率；(dTr/dW)
是表示Tr對圖案化加熱器的功率的靈敏度的常數；且(dTr/dW)是表示有效
溫度對圖案化加熱器的功率的靈敏度的常數。等式(1)基本上是恒定熱敏電阻的表達式，即，溫度上升與加熱器消耗的功率之間的線性關系的表達式。因此，光柵和環(huán)境之間的溫度差(Te)是熱常數與從光
柵加熱器流到環(huán)境的總功率(W)的乘積。通過確定中間點的溫度(T\)，知道總熱流量(w)和與熱常數(dTr/dW)的相關性，可以計算環(huán)境溫度
(Te)和在光柵下的溫度。等式(2)只是轉換成加熱器導致的有效溫
度(TV)的濾光器固有熱相關性的表達式。預計(dT2/dW)大于(dTr/dW)，因為
在比均勻加熱器更有效的光柵中圖案化加熱器被設計成使波前傾斜。
應該注意，有可能設計光學芯片，其中等式(1)和(2)的準確性下降，例如，當傳感器測量l離熱流太遠時。在根據本發(fā)明的一些實施方式中，光和熱的設計能夠使得等式(1)和(2)的準確性足以適于目前具體應用的規(guī)定限度之內。例如，可能需要如下設計，在整個環(huán)境溫度范圍偏離等式(1)和(2)不大于大約1攝氏度。經驗性地或通過光和熱模型可以進行確認。
上面兩個等式的每一個具有三個變量在等式(1)中的T。 Te
和W;和等式(2)中的t\、 Te和W。在加熱器中消耗的功率W可以
通過檢測(或確定)加熱器驅動器施加的電壓和電流直接測量(或設
定)。通過溫度傳感器可以估算或測量TV和Te。事實上，i;是溫度傳感器225的溫度讀數。給出TV和W，我們可以由等式(1): Te=Tr-(dTr/dW)*W計算Te。因此，不需要測量Te。
一旦己知Te，從等式(2)
可以直接計算Tx。將這兩個步驟結合成-的等式
-水
可以獲得由Tr計算TX
<formula>formula see original document page 28</formula> (3)
在根據這個等式實現溫度穩(wěn)定時，W可以測量或設定；也可以選擇t的目標，其被稱為設定點溫度并標記為Ts。在這個實施方式中， l不表示均勻光柵溫度，但是，至少對于預期環(huán)境條件下的良好設計，
直接類似于被溫度控制器保持的設定點溫度。常數(^)和(^)可以根
d『
據經驗確定或精確地估算，例如利用有限元的熱和光學分析。因此，利用單個傳感器提供的溫度讀數IV和所知道的施加給加熱器的功率，等式(3)可以用于保持光柵的設計有效溫度(因此，保持光柵的設計中心波長)。動態(tài)負反饋處理可以用于穩(wěn)定在T入(設計)的光柵，1\是對應于設計中心波長的有效溫度。一種這樣的處理描述如下。應該注意，在一些實施方式中，反饋回路(feedback loop)可以是數字的；在其它實施方式中，回路和反饋處理可以是模擬的，或合適的數字和模擬的混合。
首先，用其它常數和參數來表示W。等式(1)給出這種關系
<formula>formula see original document page 28</formula>
(4)
這個結果可以代入等式(2):
<formula>formula see original document page 28</formula>
類似地，用T,和Te可以表;
<formula>formula see original document page 28</formula>(5)
<formula>formula see original document page 28</formula>(6)
在穩(wěn)定控制處理的開始，初始溫度傳感器測量值t;(i)可以用作初
始有效溫度T"l)和初始全局溫度Te(l)的估算值，其應該在給集成加熱器提供功率之前產生精確的估算值，至少用作迭代處理的初始點。然
后，由變形等式(6)可以計算溫度控制器的初始設定點溫度T"1):
<formula>formula see original document page 29</formula> (7)
其中T"設計)代表需要達到光柵的設計中心波長的有效溫度。溫度控制器設定為計算的設定點溫度Ts(l)，將功率施加給加熱器。這樣升高傳
感器的溫度(TV)和全局溫度(Te)，傳感器的溫度(Tr)的升高一般
較少。接下來，由溫度傳感器獲得隨后的溫度讀數T《2)，并測量W(2)，任選地，在比小信號熱響應時間更長的一些時間周期內取平均值。由變形的等式(1)計算在此時的全局溫度(Te(2)):
<formula>formula see original document page 29</formula> (8)
反饋回路指示控制器在Tr低于l時，增加施加給加熱器的功率，
并在l高于Ts時減少功率，從而迫使i;朝T;移動。在確定增加或減
少功率多少時，控制器不僅考慮是否傳感器溫度只是在設定點溫度之上或之下，而且考慮溫度之間的差值的大小('比例，)、溫度差變化有多快('微分')、最近的溫度歷程('積分')、和其它因素，諸如，加速度和帶寬。在確定施加給加熱器的功率時利用這些因素的技術已經在
PID (比例-積分-微分)溫度控制器的文獻中描述。光柵的有效溫度T"2)從等式(2)可獲得
<formula>formula see original document page 29</formula>(9)
接下來，由變形的等式(6)可以計算集成加熱器的第二設定點溫度 Ts(2):
<formula>formula see original document page 29</formula>(10)
圖6A和6B所示的這個迭代處理的步驟可以不斷地反復，以使光柵達到設計有效溫度，并保持在該溫度。在穩(wěn)定的操作中，t和i;應該大約相同。計算的T伽馬和設計的T,之間的差值是所采用的溫度穩(wěn)定方案的性能的量度。盡管穩(wěn)定技術已經作為離散數字操作描述，計算和響應(response)可以是線性的和連續(xù)的。因此，本領域技術人員應該
理解通過離散的或連續(xù)形式的模擬處理可以進行等同的操作。
在這點上，一種另外的觀測是合適的。集成圖案化加熱器的操作
不必，并且一般不是完全停留在它的覆蓋區(qū)(footprint);它在某種程度上影響光柵的所有部分。然而，加熱器的非局域化效應概念上類似
于影響Te的許多其它環(huán)境因素。出于這個原因，在本討論的過程中，
忽略加熱器的非局域化效應。
注意上面的分析，現在分析在同一基材上制造多個光柵(或其它
光學元件、或多個光學元件的合適構造)的情況。圖7圖示兩個陣列波導光柵701A和701B的示例性組合700，每個覆蓋有有效的圖案化加熱器并且具有溫度傳感器。兩個光柵在同一基材上制造。
光柵701A可以與加熱器727A和溫度傳感器725A相聯(lián)合；光柵 701B可以與加熱器727B和溫度傳感器725B相聯(lián)合。如圖7所示，每個溫度傳感器可以設置成基本上響應其相關光柵的局部溫度?？梢源?在相對光柵/傳感器上的加熱器的交叉加熱效應(例如由加熱器727B 對光柵701A的加熱)，但是，這些二次影響再次包括在影響兩個光柵的全局溫度的其它因素中。因此，利用與圖4的溫度控制器400相似的溫度控制器，和類似于圖6A和6B的處理600的疊代處理，每個光柵可以分開(即，單獨)穩(wěn)定。
交叉加熱效應有一個有利的結果它們減小兩個加熱器727消耗的總功率。實際上，兩個加熱器727消耗的組合功率能夠明顯小于單個光柵/加熱器組合的功率的兩倍。當然，兩個加熱器的組合功率可以僅僅稍微高于單個光柵/加熱器組合消耗的功率。
圖8圖示了在一個基材上制造的兩個陣列波導光柵801A和801B 的組合800，具有兩個相關的加熱器827A和827B。組合800類似于組合700，但是采用單個溫度傳感器825來溫度穩(wěn)定兩個光柵801A和 801B。溫度傳感器825靠近光環(huán)三801B設置，使得它的讀數更能表示光柵801B的溫度，而不是光柵801A的溫度。光柵801B被稱為主光柵，光柵801A稱為次要或從屬光柵。
用于溫度穩(wěn)定多光柵、單溫度傳感器芯片(基材)的方法與雙傳感器的情況類似，唯一的區(qū)別在于，光柵之一的溫度控制取決于另一光柵的控制，因此從屬光柵的控制變成開路(open-loop)處理。
在進行處理之前，下列變量、參數、和常數定義如下:1.
2. 4.
T,是光柵801A的有效溫度；《是光柵801B的有效溫度；
WA是供給加熱器827A并由加熱器827A消耗的功率; WB是供給加熱器827B并由加熱器827B消耗的功率；
^是T;對WA的靈敏度； "i是T:對wB的靈敏度；
IV是溫度傳感器的溫度指示(如上面處理的單光柵的情況); 是溫度傳感器的溫度Tr對功率WA的靈敏度；
是溫度傳感器的溫度i;對功率wB的靈敏度。6.7.8.
9. ,s
經驗性結果和有限元的熱和光分析導致幾個因素中的有利關系
T義—L =(》)*W(》)*W (U)
其中常數#和#可以經驗性地或利用有限元的熱和光分析來估算。選擇光柵801A作為從屬光柵，現在等式(11)可以重新整理，將 WA表示為WB和靜態(tài)參數的函數，得到以下關系式
《、 ^乂
*『B
(12)
、,，
在這個實施方式中，根據前述用于單光柵情況的方法可以控制用于使主光柵穩(wěn)定的驅動功率WB,將加熱器827A對主光柵801B的溫度的影響與其它環(huán)境影響合在一起。因此，可獲得驅動功率WB，因為它由溫度控制器直接設定或可以例如利用表示通過主光柵801B的電流的電流傳感器測量。確定WA所需的等式(12)的所有其它條件也可
獲得(1)用于T;和T;的值是達到每個設計中心波長所需的各個光
柵的有效溫度，因此，其用TJ設計)和T,(設計)表示；且(2)響應系和^是經驗性或通過對預期操作建模(光和熱)而確定的器
件的常數。對于WB的每個操作點，提供給從屬光柵801A的加熱器 827A并由你消耗的合適功率可以利用下面的公式確定
<formula>formula see original document page 32</formula>僅僅出于解釋的目的，本文相當詳細地描述了發(fā)明的光學器件及熱調節(jié)和穩(wěn)定它們的方法。本發(fā)明的具體實施方式
的整體或其特征均不限制本發(fā)明的普遍原理。特別地，本發(fā)明不限于陣列波導光柵，還包括其它光學器件。本發(fā)明也不限于特定的溫度控制器、加熱器、溫度傳感器、和所述的其它元件，還延伸到支撐本發(fā)明的原理的所有應用。不違背本發(fā)明闡述的精神和范圍，在此所述的具體特征可以用于有些實施方式，但不能用于其它實施方式。而且，穩(wěn)定器件的波長響應的所述的具體迭代處理不限制本發(fā)明。其它迭代處理可以用于在它們的設計中心波長調節(jié)和穩(wěn)定光學元件。元件的不同物理設置和不同步驟順序也落入本發(fā)明的預期范圍內，具有兩個光柵的實施方式是要解釋原理，可等同地應用于具有三個或更多光柵的實施方式。還應該注意，在說明書和權利要求書中涉及本發(fā)明的裝置實施方式，"連接
(couple)"、"連接(connect)"和帶有變形詞素的類似單詞不必含有緊接著或直接連接的意思，而是包括在它們的含義內的中間元件的連接。在本文中，關于參數或數量使用的"大約是(ofthe order of)"和類似表達表示沿任一方向的大約一個數量級(10倍)的變化。類似地，如本文使用的術語"在......范圍內"或"在......之間"包括由術語"在......
范圍內"或"在......之間"中間列出的數值限定的范圍，以及在該范
圍內包含的任何和所有子范圍，其中每個這種子范圍被限定為在該范圍內的任何值作為第一端點，且在該范圍內的大于第一端點的任何值作為第二端點。許多另外的改型在上述公開內，且本領域的普通技術人員應該理解，在有些情況下，本發(fā)明的一些特征將在缺少其它特征的相應使用的情況下采用。因此，示例性的實例不限定本發(fā)明的邊界
和范圍以及本發(fā)明提供的合法保護，權利要求及其等同物起上述作用。
權利要求
1.一種集成光學器件，包括具有光波長響應的光學元件，所述光波長響應是所述光學元件的溫度的函數；鄰近所述光學元件設置的加熱元件，其能夠導致所述光學元件的溫度升高；溫度傳感元件，其能夠產生所述溫度傳感元件的位置處的溫度指示，其中在所述位置由所述加熱元件導致的溫度升高超過在所述光學器件的至少一個區(qū)域由所述加熱元件導致的相應溫度升高；和連接到所述加熱元件和所述溫度傳感元件的溫度控制器，用于接收溫度的指示，并基于從所述溫度傳感元件接收的溫度指示，設定在所述加熱元件中消耗的功率，從而驅動所述光波長響應至預定的波長。
2. 如權利要求1所述的集成光學器件，其中在所述光學器件的穩(wěn)定熱狀態(tài)，由所述溫度傳感元件產生的溫度指示按照在所述加熱元件中消耗的功率的第一基本成線性的函數而變化；且在穩(wěn)定熱狀態(tài)，所述光學元件的有效溫度按照在所述加熱元件中消耗的功率的第二基本成線性的函數而變化。
3. 如權利要求2所述的集成光學器件，其中所述光學元件包括干涉濾光器，所述干涉濾光器包括多個不同長度的光程。
4. 如權利要求3所述的集成光學器件，其中所述干涉濾光器包括陣列波導光柵。
5. 如權利要求4所述的集成光學器件，其中所述加熱元件包括高效圖案化加熱器。
6. 如權利要求5所述的集成光學器件，其中所述溫度傳感元件包括電阻溫度器件。
7. 如權利要求4所述的集成光學器件，其中所述溫度控制器進行所述加熱元件中消耗的功率的迭代調整，以將所述光波長響應驅動到所述預定波長。
8. 如權利要求4所述的集成光學器件，其中所述第一基本成線性的函數由第一熱常數(A)表述，所述第一熱常數(i)是溫度指示的增加與所述加熱元件中消耗的功率的比率；所述第二基本成線性的函數由第二熱常數(^)表述，所述第二熱常數(，)是所述光波長響應的變化與所述加熱元件中消耗的功率的比率；所述溫度控制器能夠基于(0在第一周期中從所述溫度傳感元件接收的一個或多個溫度指示，(ii)在第一周期中由所述加熱元件消耗的功率，和(iii)所述第一熱常數，來估算在第一周期中的所述光學元件的全局溫度(t;);所述光學元件的光波長響應基本上等于所述光學元件的第一有效溫度處的預定波長；且所述溫度控制器能夠通過執(zhí)行以下操作來確定，在跟隨第一周期的第二周期中，所述溫度控制器要將所述溫度傳感元件的溫度指示驅動到的設定點，計算第一周期中所述第一有效溫度與所述光學元件的全局溫度的估算值之間的差值，計算所述第一熱常數與所述第二熱常數的比率，計算所述差值與所述比率的乘積，和將所述乘積加到第一周期中所述光學元件的全局溫度的估算值中，以獲得設定點。
9. 如權利要求8所述的集成光學器件，其中所述第一周期的持續(xù) 時間達到熱時間常數的量級，所述熱時間常數表征所述加熱元件中消耗的功率的變化至所述光波長響應的變化的傳播。
10. 如權利要求8所述的集成光學器件，其中所述第一周期的持續(xù)時間超過熱時間常數，所述熱時間常數表征所述加熱元件中消耗的功率的變化至所述光波長響應的變化的傳播。
11. 如權利要求4所述的集成光學器件，其中所述加熱元件包括基本上消耗由加熱元件消耗的所有功率的加熱器活性部分；所述溫度傳感元件包括電阻按照溫度的函數變化的傳感器活性部分；且所述加熱器活性部分和傳感器活性部分由相同的材料制成。
12. 如權利要求4所述的集成光學器件，其中所述溫度傳感元件包括設置在所述陣列波導光柵上的第一圖案化導電薄膜。
13. 如權利要求12所述的集成光學器件，其中所述加熱元件包括設置在所述陣列波導光柵上的第二圖案化導電薄膜。
14. 如權利要求4所述的集成光學器件，其中所述加熱元件包括設置在所述陣列波導光柵上的圖案化導電薄膜。
15. 如權利要求4所述的集成光學器件，其中所述溫度控制器能夠利用模擬處理確定溫度控制器要將所述溫度傳感元件的溫度指示驅動到的設定點。
16. —種集成光學器件，包括具有第一光波長響應的第一光學元件，所述第一光波長響應是所述第一光學元件的溫度的函數；鄰近所述第一光學元件設置的第一加熱元件，其能夠導致所述第一光學元件的溫度升高；第一溫度傳感元件，其能夠產生在所述第一溫度傳感元件的第一位置處的溫度指示，其中在所述第一位置由所述第一加熱元件導致的溫度升高超過在遠離所述光學器件的所述第一位置的第一區(qū)域中由所述加熱元件導致的相應溫度升高；連接到所述第一加熱元件和所述第一溫度傳感元件的第一溫度控制器，用于接收來自所述第一溫度傳感元件的溫度指示，并基于從所述第一溫度傳感元件接收的溫度指示設定在所述第一加熱元件中消耗的功率，從而將所述第一光波長響應驅動到第一預定波長；具有第二光波長響應的第二光學元件，所述第二光波長響應是所述第二光學元件的溫度的函數；和鄰近所述第二光學元件設置的第二加熱元件，其能夠導致所述第二光學元件的溫度升高。
17. 如權利要求16所述的集成光學器件，還包括第二溫度傳感元件，其能夠產生在所述第二溫度傳感元件的第二位置處的溫度指示，其中所述第二加熱元件在所述第二位置處導致的溫度升高超過所述第二加熱元件在所述光學器件的第二區(qū)域處導致的相應溫度升高；和連接到所述第二加熱元件和所述第二溫度傳感元件的第二溫度控制器，用于接收來自所述第二溫度傳感元件的溫度指示，并基于從所述第二溫度傳感元件接收的溫度指示設定所述第二加熱元件消耗的功率，從而將所述第二光波長響應驅動到第二預定波長。
18. 如權利要求17所述的集成光學器件，其中在穩(wěn)定熱狀態(tài)，由所述第一溫度傳感元件產生的溫度指示按照在所述第一加熱元件中消耗的功率的第一基本成線性的函數而變化；在穩(wěn)定熱狀態(tài)，所述第一光學元件的有效溫度按照在所述第一加熱元件中消耗的功率的第二基本成線性的函數而變化；在穩(wěn)定熱狀態(tài)，由所述第二溫度傳感元件產生的溫度指示按照在所述第二加熱元件中消耗的功率的第三基本成線性的函數而變化；所述第二光學元件的有效溫度按照在所述第二加熱元件中消耗的功率的第四基本成線性的函數而變化。
19. 如權利要求18所述的集成光學器件，其中所述第一光學元件包括第一陣列波導光柵。
20. 如權利要求19所述的集成光學器件，其中所述第二光學元件包括第二陣列波導光柵。
21. 如權利要求20所述的集成光學器件，其中所述第一預定波長等于所述第二預定波長。
22. 如權利要求19所述的集成光學器件，其中所述第一加熱元件包括高效圖案化加熱器。
23. 如權利要求22所述的集成光學器件，其中所述第一基本成線性的函數由第一熱常數表征，所述第一熱常數是所述第一溫度傳感元件產生的溫度指示的增加與在所述第一加熱元件中消耗的功率的比率；所述第二基本成線性的函數由第二熱常數表征，所述第二熱常數是所述第一光波長響應的有效溫度變化與在所述第一加熱元件中消耗的功率的比率；所述第一溫度控制器能夠基于(i)在第一周期中從所述第一溫度傳感元件接收的一個或多個溫度指示、(ii)在第一周期中由所述第一加熱元件消耗的功率、和(iii)第一熱常數，來估算在第一周期中所述第一光學元件的全局溫度；所述第一光波長響應基本上等于所述第一光學元件的第一有效溫度處的第一預定波長；且所述第一溫度控制器能夠通過執(zhí)行以下操作來確定，在跟隨第一周期的第二周期中，所述第一溫度控制器要將所述第一溫度傳感元件產生的溫度指示驅動到的設定點，計算第一周期中所述第一有效溫度與所述第一光學元件的全局溫度的估算值之間的差值，計算所述第一熱常數與所述第二熱常數的比率，計算所述差值與所述比率的乘積，和將所述乘積加到第一周期中所述第一光學元件的全局溫度的估算值中，以獲得設定點。
24.如權利要求16所述的集成光學器件，其中在穩(wěn)定熱狀態(tài)，由所述第一溫度傳感元件產生的溫度指示按照在所述第一加熱元件中消耗的功率的第一基本成線性的函數而變化，所述第一基本成線性的函數由第一熱常數表征，所述第一熱常數是所述第一溫度傳感元件產生的溫度指示的變化與在所述第一加熱元件中消耗的功率的比率；在穩(wěn)定熱狀態(tài)，所述第一光學元件的有效溫度按照在所述第一加熱元件中消耗的功率的第二基本成線性的函數而變化，所述第二基本成線性的函數由第二熱常數表征，所述第二熱常數是所述第一光學元件的有效溫度的變化與在所述第一加熱元件中消耗的功率的比率；在穩(wěn)定熱狀態(tài)，所述第二光學元件的有效溫度按照在所述第二加熱元件中消耗的功率的第三基本成線性的函數而變化，所述第三基本成線性的函數由第三熱常數表征，所述第三熱常數是所述第二光學元件的有效溫度的變化與在所述第二加熱元件中消耗的功率的比率；所述第一溫度控制器能夠至少部分地基于(i)從所述第一溫度傳感元件接收的一個或多個溫度指示、(ii)由所述第一加熱元件消耗的功率、和(iii)第一熱常數，來估算在第一周期中所述第一光學元件的全局溫度；所述第一光波長響應基本上等于所述第一光學元件的第一有效溫度處的第一預定波長；所述第二光波長響應基本上等于所述第二光學元件的第二有效溫度處的第二預定波長；所述第一溫度控制器能夠通過執(zhí)行以下操作來確定，在跟隨第一周期的第二周期中，所述第一溫度控制器要將所述第一溫度傳感元件產生的溫度指示驅動到的第一設定點，計算所述第一有效溫度與所述全局溫度的估算值之間的第一差值，計算所述第一熱常數與所述第二熱常數的比率，計算所述第一差值與所述比率的第一乘積，和將所述第一乘積加到所述全局溫度的估算值中，獲得第一設定點；且所述第一溫度控制器能夠通過執(zhí)行以下操作來確定，所述第一溫度控制器要將在所述第二加熱元件中消耗的功率設定到的第二設定點，計算所述第二熱常數與在所述第一加熱元件中消耗的功率的第二乘積，從所述第二有效溫度中減去所述第二有效溫度來計算第二差值，將所述第二乘積加到所述第二差值中來計算總和，和將所述總和除以所述第三熱常數，以獲得所述第二設定點。
25. 如權利要求24所述的集成光學器件，其中所述第一加熱元件包括第一高效圖案化加熱器，所述第二加熱元件包括第二高效圖案化加熱器，所述第一光學元件包括第一陣列波導光柵，且所述第二光學元件包括第二陣列波導光柵。
26. 如權利要求24所述的集成光學器件，其中所述第一預定波長等于所述第二預定波長。
27. 如權利要求25所述的集成光學器件，其中所述第一加熱元件包括設置在所述第一陣列波導光柵上的第一材料的第一圖案化導電薄膜。
28. 如權利要求27所述的集成光學器件，其中所述第一溫度傳感元件包括鄰近所述第一陣列波導光柵設置的所述第一材料的第二圖案化導電薄膜。
29. —種度光學器件的光學元件進行溫度穩(wěn)定的方法，所述光學元件具有光波長響應，所述光波長響應是所述光學元件的溫度的函數，所述方法包括提供在所述光學器件上鄰近所述光學元件處設置的加熱元件，所述加熱元件能夠導致所述光學元件的溫度升高；提供在所述光學器件上的溫度傳感元件，其中所述溫度傳感元件能夠產生在所述溫度傳感元件位置處的溫度指示，其中在所述位置由所述加熱元件導致的溫度升高超過在所述光學器件的至少一個區(qū)域由所述加熱元件導致的相應溫度升高；提供連接到所述加熱元件和所述溫度傳感元件的溫度控制器，以接收溫度指示，并基于從所述溫度傳感元件接收的溫度指示設定在所述加熱元件中消耗的功率，從而將所述光波長響應驅動到預定波長；其中所述溫度控制器根據所述光學器件的線性化模型驅動所述光波長響應。
30. 如權利要求29所述的方法，其中所述光學元件包括干涉濾光器，所述干涉濾光器包括不同長度的多個光程。
31. 如權利要求29所述的方法，其中所述光學元件包括陣列波導
32. 如權利要求31所述的方法，其中提供加熱元件包括提供高效圖案化加熱器。
33. 如權利要求31所述的方法，其中提供加熱元件包括提供在所述陣列波導光柵上設置的第一圖案化導電薄膜。
34. 如權利要求31所述的方法，其中提供溫度傳感元件包括提供在所述陣列波導光柵上設置的第二圖案化導電薄膜。
35. 如權利要求34所述的方法，其中提供第一圖案化導電薄膜包括提供由第一材料制成的第一圖案化導電薄膜，且提供第二圖案化導電薄膜包括提供由所述第一材料制成的圖案化導電薄膜。
36. 如權利要求29所述的方法，其中所述光學元件的光波長響應基本上等于所述光學元件的第一有效溫度處的第一預定波長；且所述溫度控制器能夠基于(i)從所述溫度傳感元件接收的一個或多個溫度指示、(ii)由所述加熱元件消耗的功率、和(iii)在穩(wěn)定熱狀態(tài)溫度指示的增加與在所述加熱元件中消耗的功率的比率，來估算所述光學元件的全局溫度(Te);能夠通過執(zhí)行以下操作來確定所述溫度控制器要將所述溫度傳感元件的溫度指示驅動到的設定點，計算所述第一有效溫度與所述光學元件的全局溫度的估算值之間的差值，計算所述第一熱常數與所述第二熱常數的比率，計算所述差值與所述比率的乘積，和將所述乘積加到所述全局溫度的估算值中，以獲得所述設定點。
37. —種對光學器件的光學元件進行溫度穩(wěn)定的方法，所述光學元件具有光波長響應，所述光波長響應是所述光學元件的溫度的函數，當所述光學元件在第一有效溫度時，所述光波長響應等于預定波長，所述方法包括從所述光學器件上的溫度傳感元件接收溫度指示，所述溫度傳感元件能夠產生在所述溫度傳感元件位置處的溫度指示；和調節(jié)提供給所述光學器件上的加熱元件的功率，以將所述光學元件的有效溫度驅動到所述第一有效溫度，其中調節(jié)功率包括利用所述光學器件的線性化模型，其中在穩(wěn)定熱狀態(tài)，所述光學元件的有效溫度以第一速率隨著提供給所述加熱元件的功率的增加而升高，且所述溫度指示以第二速率隨著提供給所述加熱元件的功率的增加而升高。
38. 如權利要求37所述的方法，其中所述光學元件包括陣列波導光柵。
39. 如權利要求38所述的方法，其中所述光學器件包括在所述陣列波導光柵上設置的高效圖案化加熱器。
40. —種對光學器件的第一和第二光學元件進行溫度穩(wěn)定的方法，所述第一光學元件具有第一光波長響應，所述第一光波長響應是所述第一光學元件的溫度的函數，當所述第一光學元件在第一有效溫度時，所述第一光波長響應等于第一預定波長，所述第二光學元件具有第二光波長響應，所述第二光波長響應是所述第二光學元件的溫度的函數，當所述第二光學元件在第二有效溫度時，所述第二光波長響應等于第二預定波長，所述方法包括從所述光學器件上鄰近所述第一光學元件設置的第一溫度傳感元件接收第一溫度指示，所述第一溫度傳感元件能夠產生在所述第一溫度傳感元件位置處的第一溫度指示，調節(jié)提供給所述光學器件上鄰近所述第一光學元件設置的第一加熱元件的第一功率，以將所述第一光學元件的有效溫度驅動到所述第一有效溫度，其中調節(jié)第一功率包括利用第一反饋控制回路中的所述第一溫度指示，根據所述光學器件的線性化模型設定所述第一功率；從所述光學器件上鄰近所述第二光學元件設置的第二溫度傳感元件接收第二溫度指示，所述第二溫度傳感元件能夠產生在所述第二溫度傳感元件位置處的第二溫度指示；和調節(jié)供給所述光學器件上鄰近所述第二光學元件設置的第二加熱元件的第二功率，以將所述第二光學元件的有效溫度驅動到所述第二有效溫度，其中調節(jié)第二功率包括利用第二反饋控制回路中的所述第二指示，根據所述光學器件的線性化模型設定所述第二功率；其中所述線性化模型限定在穩(wěn)定熱狀態(tài)，所述第一光學元件的有效溫度以第一速率隨著所述第一功率增加而升高，所述第一溫度指示以第二速率隨著所述第一功率增加而升高，所述第二光學元件的有效溫度以第三速率隨著所述第二功率的增加而升高，且所述第二溫度指示以第四速率隨著所述第二功率的增加而升高。
41. 如權利要求40所述的方法，其中所述第一光學元件包括第一陣列波導光柵，且所述第二光學元件包括第二陣列波導光柵。
42. 如權利要求41所述的方法，其中所述第一加熱元件包括第一高效圖案化光柵。
43. 如權利要求40所述的方法，其中所述第一預定波長等于所述第二預定波長。
44. 一種對光學器件的第一和第二光學元件進行溫度穩(wěn)定的方法，所述第一光學元件具有第一光波長響應，所述第一光波長響應是所述第一光學元件的溫度的函數，當所述第一光學元件在第一有效溫度時，所述第一光波長響應等于第一預定波長，所述第二光學元件具有第二光波長響應，所述第二光波長響應是所述第二光學元件的溫度的函數，當所述第二光學元件在第二有效溫度時，所述第二光波長響應等于第二預定波長，所述方法包括從所述光學器件上鄰近所述第一光學元件設置的溫度傳感元件接收溫度指示，所述溫度傳感元件能夠產生在所述溫度傳感元件位置處的溫度指示，調節(jié)提供給所述光學器件上鄰近所述第一光學元件設置的第一加熱元件的第一功率，以將所述第一光學元件的有效溫度驅動到所述第一有效溫度，其中調節(jié)第一功率包括利用反饋控制回路中的所述溫度指示，根據所述光學器件的線性化模型設定所述第一功率；調節(jié)提供給所述光學器件上鄰近所述第二光學元件設置的第二加熱元件的第二功率，以將所述第二光學元件的有效溫度驅動到所述第二有效溫度，其中調節(jié)第二功率包括在所述光學器件的線性化模型中利用所述溫度指示和所述第一功率水平來設定所述第二功率；其中所述線性化模型限定在穩(wěn)定熱狀態(tài)，所述第一光學元件的有效溫度以第一速率隨著所述第一功率的增加而升高，所述溫度指示以第二速率隨著所述第一功率的增加而升高，且所述第二光學元件的有效溫度以第三速率隨著所述第二功率的增加而升高。
45. 如權利要求44所述的方法，其中所述第一光學元件包括第一陣列波導光柵，且所述第二光學元件包括第二陣列波導光柵。
46. 如權利要求45所述的方法，其中所述第一加熱元件包括第一高效圖案化光柵。
47. 如權利要求44所述的方法，其中所述第一預定波長等于所述第二預定波長。
48. —種對光學器件的第一和第二光學元件進行溫度穩(wěn)定的方法，所述第一光學元件具有第一光波長響應，所述第一光波長響應是所述第一光學元件的溫度的函數，當所述第一光學元件在第一有效溫度時，所述第一光波長響應等于第一預定波長，所述第二光學元件具有第二光波長響應，所述第二光波長響應是所述第二光學元件的溫度的函數，當所述第二光學元件在第二有效溫度時，所述第二光波長響應等于第二預定波長，所述方法包括從所述光學器件上鄰近所述第一光學元件設置的第一溫度傳感元件接收第一溫度指示，所述第一溫度傳感元件能夠產生在所述第一溫度傳感元件位置處的所述第一溫度指示，調節(jié)提供給所述光學器件上鄰近所述第一光學元件設置的第一加熱元件的第一功率，以將所述第一光學元件的有效溫度驅動到所述第一有效溫度，其中調節(jié)第一功率的步驟包括利用第一反饋控制回路中的所述第一溫度指示，根據所述光學器件的線性化模型設定所述第一功率；從所述光學器件上鄰近所述第二光學元件設置的第二溫度傳感元件接收第二溫度指示，所述第二溫度傳感元件能夠產生在所述第二溫度傳感元件位置處的所述第二溫度指示；和調節(jié)提供給所述光學器件上鄰近所述第二光學元件設置的第二加熱元件的第二功率，以將所述第二光學元件的有效溫度驅動到所述第二有效溫度，其中調節(jié)第二功率包括利用第二反饋控制回路中的所述第二指示，根據所述光學器件的線性化模型設定所述第二功率。
49. 一種對光學器件的第一和第二光學元件進行溫度穩(wěn)定的方法，所述第一光學元件具有第一光波長響應，所述第一光波長響應是所述第一光學元件的溫度的函數，當所述第一光學元件在第一有效溫度時，所述第一光波長響應等于第一預定波長，所述第二光學元件具有第二光波長響應，所述第二光波長響應是所述第二光學元件的溫度的函數，當所述第二光學元件在第二有效溫度時，所述第二光波長響應等于第二預定波長，所述方法包括從所述光學器件上鄰近所述第一光學元件設置的溫度傳感元件接收溫度指示，其中所述溫度傳感元件能夠產生在所述溫度傳感元件位置處的溫度指示，調節(jié)提供給所述光學器件上鄰近所述第一光學元件設置的第一加熱元件的第一功率，以將所述第一光學元件的有效溫度驅動到所述第一有效溫度，其中調節(jié)第一功率的步驟包括利用反饋控制回路中的所述溫度指示，根據所述光學器件的線性化模型設定所述第一功率；調節(jié)提供給所述光學器件上鄰近所述第二光學元件設置的第二加熱元件的第二功率，以將所述第二光學元件的有效溫度驅動到所述第二有效溫度，其中調節(jié)第二功率包括在所述光學器件的線性化模型中利用所述溫度指示和所述第一功率水平來設定所述第二功率。
50. —種集成光學器件，包括具有光波長響應的光學元件，所述光波長響應是所述光學元件的溫度的函數；禾口用于通過在所述光學元件中消耗功率來調整所述光學元件的溫度的裝置，其中利用所述光學元件的有效溫度或所述光學元件的溫度指示中的至少一個的至少一個線性函數確定消耗的功率。
51. —種集成光學器件，包括具有第一光波長響應的第一光學元件，所述第一光波長響應是所述第一光學元件的溫度的函數；具有第二光波長響應的第二光學元件，所述第二光波長響應是所述第二光學元件的溫度的函數；和至少一個用于通過在所述第一光學元件和第二光學元件中消耗功率來調整所述第一光學元件和第二光學元件的溫度的裝置，其中利用所述光學元件的有效溫度或所述光學元件的溫度指示中的至少一個的至少一個線性函數，確定每個裝置用于調節(jié)溫度所消耗的功率。
全文摘要
利用有效的溫度調節(jié)，集成光路的線性熱和光模式能夠用于溫度穩(wěn)定一個或多個電路(455)的光學元件。為了穩(wěn)定單個光學元件，諸如陣列波導光柵(AWG)、溫度傳感器(425)、和加熱器(427)可以鄰近光柵設置。隨后，熱和光系數可以用于選擇用于溫度控制器(400)的合適溫度設定點，該溫度傳感器(400)接收來自傳感器的讀數并確定加熱器中消耗的功率。多個AWG可以單獨地被穩(wěn)定，交叉加熱因素和其它環(huán)境因素可以合在一起。
文檔編號G02B6/28GK101375189SQ200580052565
公開日2009年2月25日申請日期2005年12月29日優(yōu)先權日2005年12月29日
發(fā)明者A·J·蒂克納, C·霍, H·徐, J·拉姆, J·韋弗, M·嚴, T·S·塔爾特申請人:尼奧弗托尼克斯公司

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