System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 发射器光子集成电路制造技术_技高网

发射器光子集成电路制造技术

技术编号:40593499 阅读:4 留言:0更新日期:2024-03-12 21:55
一种发射器光子集成电路(PIC),其用于生成供表面的光谱测量的光学信号,所述发射器PIC包括:一个或多个相干光源;均质器,所述均质器包括平面波导装置和/或光学相控阵列(OPA),所述平面波导装置和/或光学相控阵列(OPA)接收来自(一个或多个)相干光源的光并生成干涉,以产生被组合以提供光学输出的多个在统计上不相关的斑点图案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

(附录a)根据本专利技术的实施例的一个或多个方面涉及用于可穿戴装置的感测模块,并且更具体地涉及在硅衬底上包括光子集成电路(pic)的感测模块。
技术介绍
(附录a)随着对用于多个目的的各种生物标记物进行实时和按需分析的不断增长的需求,数字保健正转变保健行业。可穿戴装置(“可穿戴物”)现在在养生和保健(包括例如健身跟踪、一般健康监测和医疗状况管理)的领域中常见。对于诸如这些的装置,存在对生物参数的感测和测量是快速、非侵入式的并且具有足够特异性、灵敏度和准确度的期望。作为结果,存在对提供适于供非侵入式可穿戴装置使用的组件的期望,这些组件为要测量的生物参数提供必要的技术要求,而且这些组件方便小巧并且能够以消费者友好的价位制造。已知非侵入式感测模块可在可穿戴装置市场之外(例如在机器人或远程感测中)找到用途。可穿戴装置应稳健、可靠且易于佩戴,并且可包括皮肤接触贴片、腕表、指环、耳塞、头带和眼镜架。
技术实现思路
(附录a)相应地,本专利技术的实施例旨在通过根据第一方面提供一种适用于可穿戴装置的光学感测模块来解决以上问题,该光学感测模块包括:硅或氮化硅发射器光子集成电路(pic),该发射器pic包括:多个激光器,所述多个激光器中的每个激光器以与其他激光器的波长不同的波长操作;光学操纵区域,该光学操纵区域包括以下项中的一个或多个:光学调制器、光学多路复用器(mux);及附加光学操纵元件;以及源自所述多个激光器的光的一个或多个光学输出。以此方式,提供一种适用于穿戴装置的改进的光学感测模块。有利地,该感测模块能够提供集成有各种光学组件的紧凑平台。所述各种组件使用单个平台能够实现根据材料(例如生物组织)的大范围的不同测量,从而产生能够用于消费者和专业保健两个领域中的多个应用(包括各种生物物理和生物化学生物标记物的感测和监测)的单个产品。因此,此专利技术的实施例的光学感测模块可产生至少两个波长的光并将该光引导于要研究的表面。这可对应于生物材料(诸如皮肤组织)的表面。在典型的可穿戴装置中,光穿透表面并被散射,使得光的部分返回传感器模块。沿着其穿过生物组织的路径,光可由可与生物标记物本身或与生物标记物的代替物对应的分析物吸收。此类过程被称为漫反射分光光度法。另一形式的感测涉及拉曼(raman)散射。在拉曼光谱测量的情况下,散射光与入射光处于不同波长。本领域技术人员将意识到对这些技术的许多变型,在此称为光谱测量。对于此类光谱测量,可使用硅光子(siph)芯片,到其上集成生成和透射光学信号以及接收并解释返回光学信号所必要的光学功能中的所有或大部分光学功能。发射(tx)和接收(rx)部分可在一个芯片上以形成单个发射器/接收器芯片,或在多于一个芯片(诸如分开的tx和rx芯片装置)上。硅光子芯片可基于其中存在一个掩埋的氧化物层的soi结构或基于其中存在两个(或更多个)掩埋的氧化物层的双soi结构。诸如吸收光谱测量或拉曼光谱测量之类的光谱测量,通过向被检查的材料或样本应用询问光并检测和分析从样本接收的光(其可被称为“样本光”)来进行工作。对于本公开的目的,术语“光谱测量”的含义可包括诸如心率和血压之类的生物功能的监测和测量。可直接测量功能,或间接思考其属性。对于可穿戴物,被检查的材料可以是可在人的皮肤上或穿过人的皮肤进行监测的生物组织。此外,或作为可穿戴装置的备选,感测模块可在手持装置中使用。本专利技术的一些实施例允许使用多个激光器,这些激光器可以是可开关的并且是通过波长扫描以外的方式可识别的。这样的优点是不必要如在常规实验室分光光度法中可能期望的那样进行扫描。因此可能使用波长未知检测器。所述检测器可跨范围不同地响应(即,对于跨波长范围的给定光强度,输出可变化),但这能够被补偿。与具有简单光源和复杂检测器相反,由于具有多个光源和简单检测器更便宜且更容易,因此这促成相当的商业优势。此外,以这种方式,(以给定波长)使用更高功率泵浦源是看可能的,并因此改进灵敏度和选择性。现在将阐述本专利技术的一些实施例的可选特征。这些可单独地或与本专利技术的任何方面任意组合而可适用。可选地,激光器可以是fp激光器、外腔dbr(rsoa+光栅)或dfb激光器。它们可以是固定波长激光器。有利地,所述多个激光器包括具有iii-v rsoa增益激光芯片或试件(coupon)的一个或多个激光器,所述试件混合集成到pic,使得iii-v rsoa或激光波导中的光学模式被边缘耦合到pic的一个或多个波导。以此方式,rsoa中以及si或sin pic波导中的光保持在相同平面中。可选地,光学多路复用器(mux)可采取阶梯光栅的形式,特别是集成阶梯光栅或阵列波导光栅(awg)。光学操纵元件可包括以下项中的一个或多个:功率分接头、(一个或多个)透镜、(一个或多个)功率分路器、(一个或多个)滤波器、(一个或多个)镜和(一个或多个)偏振旋转器。硅或氮化硅集成电路可位于硅衬底上。所述多个激光器可结合dbr光栅上的加热器或其他相位调谐机构和波长锁定器控制电路。可选地,所述多个激光器的波长处于400至3000nm的范围内。在一些实施例中,激光器可全部对应于nir波长=1150nm至2500nm。在一些实施例中,所有激光波长可落在以下范围中的一者或两者内:1150nm以上(使用si pic);以及400-1150nm(使用sin pic)。可选地,发射器pic包括在多于30个的不同nir和/或可见波长上进行操作的激光器阵列。在一些实施例中,发射器pic包括在至多为200个射出波长上进行操作的激光器阵列。尽管光学感测模块适用于可穿戴装置,但它是多功能感测模块并且能够在其他情况下被使用或适配成使用。例如,在机器人中存在对类似传感器的需要。除分析人体的生物标记物和参数之外,感测模块还可用于其他应用,特别是分析非常接近光学输出的对象的组成的材料。可选地,光学感测模块进一步包括多个led,led以与所述多个激光器不同的波长进行操作,并且每个led以与组成所述多个led的其他led的波长不同的波长进行操作。可选地,led可各自具有位于电磁光谱的可见或nir区域内的操作波长。可见和nir波长应被理解为落在400nm至950nm的范围内。在一些实施例中,所述多个led包括以12个或更多个可见波长进行操作的led。以此方式,感测模块是能够非侵入式地测量心率(hr)和心率变异性(hrv)、血流(脉冲幅度)、局部体温(lbt)和核心体温(cbt)、无袖测量血压(bp)、脉搏血氧定量法(spo2)、呼吸频率(br)、全身水合(tbh)和皮肤水合(sh)、血液酒精(ba)/乙醇(c2h6o)和血乳酸(bl)含量、碳氧血红蛋白(hbc)和高铁血红蛋白(hbmet)以及葡萄糖的单个模块。可选地,光学操纵区域包括镜,以将来自所述多个激光器中的所有激光器的光以单个光学输出耦合出光学感测模块。在一些实施例中,所述镜是无源镜。所述无源镜可以是分段的。在一些实施例中,所述镜是有源控制的mems镜。在一些实施例中,所述镜是抛物面凹面镜。在一些实施例中,所述镜在发射器pic的外部并且安装在pic的光学输出附近的衬底上。可选地,光学感测模块进一步包括一个或多个光电检测器。可选地,光电检测器位于发射器pic上,使得pic是发射器/接收器pic。可选地,镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种发射器光子集成电路(PIC),其用于生成供表面的光谱测量的光学信号,所述发射器PIC包括:

2.如权利要求1所述的发射器PIC,其中所述干涉是多模干涉。

3.如权利要求1或权利要求2所述的发射器PIC,其中所述均质器是多模波导。

4.如权利要求3所述的发射器PIC,其中所述多模波导包括多个输入端口,所述多个输入端口按使得从每个端口进入所述多模波导的光的相位与其他相应端口处的光的所述相位有所不同的配置来被布置。

5.如权利要求4所述的发射器PIC,其中移相器位于所述输入端口中的一个或多个输入端口处。

6.如权利要求5所述的发射器PIC,其中移相器位于所述输入端口中的每个输入端口处。

7.如权利要求4或权利要求5所述的发射器PIC,其中所述一个或多个移相器被配置成提供具有随机输入相位的光学输入。

8.如权利要求4至7中的任一项所述的发射器PIC,其中所述配置是空间配置。

9.如权利要求1所述的发射器PIC,其中所述均质器是自由传播区域。

10.如前述权利要求中的任一项所述的发射器PIC,包括馈送到单个共享均质器中的多个相干光源。

11.如前述权利要求中的任一项所述的发射器PIC,其中所述一个或多个相干光源中的每个相干光源是DBR或DFB激光器。

12.如前述权利要求中的任一项所述的发射器PIC,进一步包括一个或多个反射半导体放大器(RSOA)。

13.如前述权利要求中的任一项所述的发射器PIC,其中所述均质器包括加热器。

14.如前述权利要求中的任一项所述的发射器PIC,其中所述均质器由硅波导形成。

15.如前述权利要求中的任一项所述的发射器PIC,其中所述均质器包括以下项中的一个或多个:延迟阵列、螺旋波导、MMI-JD、具有一个或多个起伏侧的多模波导(MMI波)、多模锥形波导和多模扇形波导。

16.如前述权利要求中的任一项所述的发射器PIC,其中平面波导装置具有螺旋形。

17.如前述权利要求中的任一项所述的发射器PIC,进一步包括光学相控阵列OPA,所述OPA配置成在通过光谱测量来研究的所述表面处促成在统计上不相关的斑点图案。

18.一种适合于测量从皮肤反射或透射的光的光学感测模块,所述光学感测模块包括:

19.如权利要求14所述的光学感测模块,其中所述接收器位于所述发射器PIC上。

20.如权利要求14所述的光学感测模块,其中所述接收器位于与接收器PIC分开的芯片上。

21.如权利要求1至17中的任一项所述的发射器PIC,包括用于所述均质器的出口刻面,所述出口刻面包括镜布置,所述镜布置被配置成对已在所述出口刻面的出口表面处经过全内反射的光进行重定向,使得所重定向的光通过所述出口刻面而透射。

22.如权利要求21所述的发射器PIC,其中所述镜布置包括多个直镜。

23.如权利要求21所述的发射器PIC,其中所述镜布置包括按抛物面配置的一个或多个镜表面。

24.如权利要求1至17或21至23中的任一项所述的发射器PIC,其中所述出口刻面包括弯曲出口表面,所述弯曲出口表面充当有透镜的聚光器。

25.一种发射器光子集成电路(PIC),其用于生成供表面的光谱测量的光学信号,所述发射器PIC包括:

26.如权利要求21所述的发射器PIC,所述OPA包括

27.根据权利要求24所述的发射器PIC,其中所述调向机构包括移相器。

28.根据权利要求24或权利要求25中的任一项所述的发射器PIC,其中所述调向机构包括波长调谐。

29.根据权利要求24至26中的任一项所述的发射器PIC,其中所述调向机构包括延迟线。

30.如权利要求23至27中的任一项所述的发射器PIC,进一步包括MEMs镜,其中所述OPA被配置成使所述光束在第一轴上进行调向,并且所述MEMs镜被配置成使所述光束在与所述第一轴正交的第二轴上进行调向,使得所述表面能够在两个维度上被扫描。

31.如权利要求23至28中的任一项所述的发射器PIC,其中所述组合光学输出光束在自由传播区域FPR内生成,所述自由传播区域位于所述分路器输出波导的输出处。

32.如权利要求29所述的发射器PIC,其中所述分路器输出波导的所述输出中的每个输出以法线角将光射出到所述FPR中,以移除发射角对波长的依赖性。

33.如权利要求29或权利要求30所述的发射器PIC,其中所述FPR是未蚀刻的硅的区域。

34.如...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种发射器光子集成电路(pic),其用于生成供表面的光谱测量的光学信号,所述发射器pic包括:

2.如权利要求1所述的发射器pic,其中所述干涉是多模干涉。

3.如权利要求1或权利要求2所述的发射器pic,其中所述均质器是多模波导。

4.如权利要求3所述的发射器pic,其中所述多模波导包括多个输入端口,所述多个输入端口按使得从每个端口进入所述多模波导的光的相位与其他相应端口处的光的所述相位有所不同的配置来被布置。

5.如权利要求4所述的发射器pic,其中移相器位于所述输入端口中的一个或多个输入端口处。

6.如权利要求5所述的发射器pic,其中移相器位于所述输入端口中的每个输入端口处。

7.如权利要求4或权利要求5所述的发射器pic,其中所述一个或多个移相器被配置成提供具有随机输入相位的光学输入。

8.如权利要求4至7中的任一项所述的发射器pic,其中所述配置是空间配置。

9.如权利要求1所述的发射器pic,其中所述均质器是自由传播区域。

10.如前述权利要求中的任一项所述的发射器pic,包括馈送到单个共享均质器中的多个相干光源。

11.如前述权利要求中的任一项所述的发射器pic,其中所述一个或多个相干光源中的每个相干光源是dbr或dfb激光器。

12.如前述权利要求中的任一项所述的发射器pic,进一步包括一个或多个反射半导体放大器(rsoa)。

13.如前述权利要求中的任一项所述的发射器pic,其中所述均质器包括加热器。

14.如前述权利要求中的任一项所述的发射器pic,其中所述均质器由硅波导形成。

15.如前述权利要求中的任一项所述的发射器pic,其中所述均质器包括以下项中的一个或多个:延迟阵列、螺旋波导、mmi-jd、具有一个或多个起伏侧的多模波导(mmi波)、多模锥形波导和多模扇形波导。

16.如前述权利要求中的任一项所述的发射器pic,其中平面波导装置具有螺旋形。

17.如前述权利要求中的任一项所述的发射器pic,进一步包括光学相控阵列opa,所述opa配置成在通过光谱测量来研究的所述表面处促成在统计上不相关的斑点图案。

18.一种适合于测量从皮肤反射或透射的光的光学感测模块,所述光学感测模块包括:

19.如权利要求14所述的光学感测模块,其中所述接收器位于所述发射器pic上。

20.如权利要求14所述的光学感测模块,其中所述接收器位于与接收器pic分开的芯片上。

21.如权利要求1至17中的任一项所述的发射器pic,包括用于所述均质器的出口刻面,所述出口刻面包括镜...

【专利技术属性】
技术研发人员:B·S·李A·斯科菲尔德J·德里斯科尔R·格罗特A·贡达连科Y·H·李A·特里塔
申请(专利权)人:洛克利光子有限公司
类型:发明
国别省市:

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