耦合设备和方法、波长锁定系统和方法以及相位解卷绕系统和方法技术方案

本公开涉及耦合设备和方法、波长锁定系统和方法以及相位解卷绕系统和方法。公开了一种用于分光和波长锁定的光学设备的配置。该光学设备可以是2

【技术实现步骤摘要】
耦合设备和方法、波长锁定系统和方法以及相位解卷绕系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请根据35U.S.C.
§
119(e)规定要求2021年8月24日提交的美国临时专利申请号63/236,567的权益，其内容全文以引用方式并入本文。


[0003]本公开整体涉及光学耦合器。更具体地，本文的实施方案涉及一种光学系统，该光学系统具有光学耦合波导，该光学耦合波导输出可以用于相位解卷绕以对光源进行波长锁定的信号。

技术介绍

[0004]一般来讲，光学系统采用多个光源来测量各种类型的信息。在一些示例中，监测由光源发射的光的光学属性可能是有用的。例如，可以测量和监测由光源发射的光的光学属性以确保光源具有一定程度的波长稳定性。此外，在处理单个波长或小波长范围时，可以实现波长锁定，但对于多个波长或跨越更多数量波长的波长范围，其使复杂性增加。
[0005]这些光学系统中的一些光学系统可以同时和/或顺序地输出多个不同波长的光。然而，随着受监测的波长的数量增加，系统的大小和复杂性也增加。由于光学系统的大小随经波长锁定的波长的数量按比例改变，用于监测光的光学系统因大小和复杂性等因素而可能不适用于特定应用。例如，此类光学系统可能占据太多空间而无法合理地结合到紧凑型电子设备(诸如移动电话、平板计算设备、膝上型计算机、可穿戴装置等)中。另外，用于监测光的现有光学系统可以在窄波长范围内起作用，并且可能无法在不同波长范围或宽波长范围内操作。因此，可能期望采用用于跨大波长范围锁定各波长的光的系统，同时保持用于结合在紧凑型电子设备中的紧凑形状因数。

技术实现思路

[0006]本公开中描述的系统、设备、方法和装置的实施方案涉及一种用于波长锁定的2
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3耦合器。还描述了涉及对自由光谱范围及宽带波长范围内的所有波长进行相位解卷绕的系统、设备、方法和装置。2
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3耦合器可以生成具有正弦波长响应的输出信号，其在宽带波长范围内彼此具有恒定相位差值，这可以允许在宽带波长范围内进行相位解卷绕。通过在自由光谱范围内对输出信号进行相位解卷绕并在宽带波长范围内执行进一步相位解卷绕，可以产生连续信号并将其用于在宽带波长范围内锁定每个波长。连续信号可以产生每个波长与相位解卷绕信号之间的一对一关系。
[0007]在一些示例中，本公开描述了一种光学设备。该光学设备可以包括：第一波导，该第一波导被配置为接收第一光并输出具有带有第一相移的第一波长响应的第一输出信号；第二波导，该第二波导光学耦合到第一波导并且被配置为输出具有带有第二相移的第二波长响应的第二输出信号；以及第三波导，该第三波导光学耦合到第二波导并且被配置为接
收第二光并输出具有带有第三相移的第三波长响应的第三输出信号，其中第一相移、第二相移和第三相移之间的相位差值是恒定的。
[0008]在一些示例中，本公开描述了一种用于监测光源的波长的光学系统。该光学系统可以包括：光源，该光源被配置为生成光；分光器，该分光器用于接收从光源接收的光并将其分为第一分光和第二分光；相移器，该相移器被定位成接收第一分光并对第一分光进行相移；2
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3耦合器，该2
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3耦合器被配置为从相移器接收第一分光，从分光器接收第二分光，并输出第一输出信号、第二输出信号和第三输出信号，其每一者都具有基于第一分光与第二分光之间的相应干扰的相应强度。该光学系统还可包括：控制器，该控制器被配置为使用第一输出信号、第二输出信号和第三输出信号的强度，监测由分光器接收的光的波长。
[0009]在一些示例中，本公开描述了一种用于对信号进行相位解卷绕的方法。该方法可以包括：生成第一输出信号、第二输出信号和第三输出信号，其每一者都具有彼此相隔恒定相位差值的波长响应；跨波长范围从第一输出信号、第二输出信号和第三输出信号提取解卷绕相位，从而产生解卷绕相位信号；对解卷绕相位信号求微分，从而产生微分信号；通过将微分信号与阈值电压进行比较，产生补偿微分信号；以及对补偿微分信号求积分，从而生成被配置为用于产生用于波长锁定的连续信号的积分信号。
[0010]除了上述示例性方面和实施方案之外，参考附图并通过研究以下描述，更多方面和实施方案将为显而易见的。
附图说明
[0011]图1是示例性波长锁定系统的框图。
[0012]图2是包括2
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3耦合器的示例性波长锁定系统的框图。
[0013]图3A是2
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3耦合器的横剖视图。
[0014]图3B是图3A中示出的具有2
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3耦合器的示例性波长锁定系统的横剖视图。
[0015]图4A是示出来自波长锁定系统(诸如图2所示的波长锁定系统)的示例性输出信号的曲线图。
[0016]图4B是示出来自图4A的示例性输出信号的示例性提取相位的曲线图。
[0017]图5是用于对输出信号进行相位解卷绕的示例性电路的采样电路图。
[0018]图6A至图6D是在图5的电路图的各个节点处测量的信号的曲线图。
[0019]图7A是另一变型形式的2
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3耦合器的横剖视图。图7B是结合图7A的2
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3耦合器的波长锁定系统的示意图。
[0020]附图中的交叉影线或阴影的用途通常被提供以阐明相邻元件之间的边界并还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料特性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何其他特征、属性、或特性的任何偏好或要求。
[0021]应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中提供，以仅用于促进理解本文所述的各个实施方案，并因此可不必要地被呈现或示出以衡量并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。
具体实施方式
[0022]现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求书限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。
[0023]彼此“耦接”的两个元件可永久性地或可移除地物理地彼此耦接并且/或者在操作上或功能上彼此耦接。一般来讲，物理耦合元件是指两个或更多个元件之间的物理连接，其至少部分地限定或限制元件的相对定位。此外，操作地或功能性地耦合的两个或更多个元件可能彼此影响，因为第一元件的操作可能直接地或间接地影响第二元件的操作。另外，彼此“光学耦合”的两个元件可允许光从一个元件传递和/或耦合到另一个元件。
[0024]在以下对示例的描述中将引用附图，在附图中以例示的方式示出了可被实施的特定示例。应当理解，在不脱离各个示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可作出结构性改变。
[0025]本文公开了一种集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学设备，所述光学设备包括：第一波导，所述第一波导被配置为：接收第一光；以及输出具有第一波长响应和第一相移的第一输出信号；第二波导，所述第二波导光学耦合到所述第一波导并且被配置为输出具有第二波长响应和第二相移的第二输出信号；和第三波导，所述第三波导光学耦合到所述第二波导并且被配置为：接收第二光；以及输出具有第三波长响应和第三相移的第三输出信号，其中：所述第一相移和所述第二相移偏移第一相位差值；所述第二相移和所述第三相移偏移第二相位差值；所述第一相移和所述第三相移偏移第三相位差值；并且所述第一相位差值、所述第二相位差值和所述第三相位差值是恒定的。2.根据权利要求1所述的光学设备，所述光学设备还包括相移器，所述相移器可操作以对所述第二光进行相移；其中：对所述第二光的所述相移控制所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号的波长锁定效率；并且所述第一相移、所述第二相移和所述第三相移在大约一微米的波长范围内是恒定的。3.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第一波导和所述第三波导关于所述第二波导对称。4.根据权利要求1所述的光学设备，其中：所述第一波导是锥形的，从而与所述第二波导绝热地光学耦合；并且所述第三波导是锥形的，从而与所述第二波导绝热地光学耦合。5.根据权利要求1所述的光学设备，其中：所述第一波导、所述第二波导和所述第三波导在耦合区域中具有恒定宽度；并且在所述耦合区域中，所述第二波导比所述第一波导和所述第三波导宽。6.根据权利要求1所述的光学设备，其中：所述光学设备限定光学耦合区域；所述第一波导在所述光学耦合区域中具有渐增的锥度；所述第二波导在所述光学耦合区域中具有渐减的锥度；所述第三波导在所述光学耦合区域中具有渐增的锥度；并且来自所述第一波导和所述第三波导的光在所述光学耦合区域中光学耦合到所述第二波导中。7.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第一波导、所述第二波导和所述第三波导具有恒定宽度。8.一种用于监测光源的波长的光学系统，所述光学系统包括：光源，所述光源被配置为生成光；分光器，所述分光器用于接收从所述光源接收到的所述光并将其分为第一分光和第二分光；
相移器，所述相移器被定位成接收所述第一分光并且相对于所述第二分光对所述第一分光进行相移；2
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3耦合器，所述2
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3耦合器被配置为：从所述相移器接收所述第一分光；从所述分光器接收所述第二分光；以及输出第一输出信号、第二输出信号和第三输出信号，其每一者都具有基于所述第一分光与所述第二分光之间的相应干扰的相应强度；和控制器，所述控制器被配置为使用所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号的强度，监测由所述分光器接收的所述光的波长。9.根据权利要求8所述的光学系统，其中：所述控制器包括一组光电探测器；所述一组光电探测器接收所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号；所述一组光电探测器将所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号转换为第一数字输出信号、第二数字输出信号和第三数字输出信号；所述控制器将所述第一数字输出信号、所述第二数字输出信号和所述第三数字输出信号与第一目标数字值、第二目标数字值和第三目标数字值进行比较；并且所述控制器将反馈信号发射到所述光源以控制所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号处于所述第一目标数字值、所述第二目标数字值和所述第三目标数字值。10.根据权利要求8所述的光学系统，所述光学系统还包括：相位提取块，所述相位提取块接收所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号并提取解卷绕相位信号；微分器，所述微分器接收所述解卷绕相位信号并且被配置为：检测所述解卷绕相位信号中的零点；以及生成指示检测到的零点的微分信号；一组比较器，所述一组比较器被...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：