具体实施方式

使用自由空间光学(free space optics)的弱值放大(Weak ValueAmplification，WVA)和反向弱值放大(Inverse Weak Value Amplification，IWVA)在例如波束偏转、频移和相移等应用中实现了超灵敏的测量。弱值技术通过向系统引入微扰并对数据执行后选择，从而允许对小信号进行放大。

将弱值技术引进集成光子学领域改善了其应用。例如，它将测量系统的尺寸大大减小到毫米级。而且，集成的光子器件具有内在的稳定性；因此，它较不易受例如振动等环境因素的影响。使用片上弱值放大装置，可以在小体积中以可靠的性能实行精确的测量。

在一些实例中，可以使用自由空间光学器件和未对准的萨尼亚克干涉仪(Sagnacinterferometer)来演示IWVA。一个目标可能是测量干涉仪的两条路径之间的相对相移φ。该未对准将相位前倾k引入干涉仪的一条路径，并将-k引入另一条路径。

当两条路径在分束器处发生干涉时，考虑高斯输入，则暗端口变为，

通过测量暗端口图案的平均位置偏移-φ/(2k)，确定了相移φ。

为了将自由空间IWVA引进集成光子学体系，将以上表达式扩展为厄米-高斯(Hermite-Gaussian，HG)模式。这些波束主要由HG₁模式组成，而HG₀模式的贡献很小。较高模式的贡献可忽略不计。因此，相位前倾可被认为是将初始HG₀模式部分耦合到HG₁模式中。

波导的本征模式类似于厄米-高斯模式。上述理论可以应用于波导本征模式TE₀和TE₁。假设将TE₀模式发送到设备的上波导中。它的功率被分裂成两半，而场变成，

然后，加入两条路径之间的相对相位φ，

类似于自由空间情况，TE₀模式的部分被耦合到TE₁模式，两条路径中的相反相位。a是耦合到TE₁模式的TE₀模式的百分比，其是个小的数字。

在两条路径在第二50/50分裂器处发生干涉之后，暗端口变为，

由于φ很小，

因此，通过分析TE₀和TE₁模式之间的比率，能够确定相位φ。

本发明的实施例涉及用于使用弱测量放大(Weak Measurement Amplification，WMA)来执行长距离振动测量的方法和系统。具体地，实施例涉及一种用于探测远程振动目标的振动信号的芯片级集成光学WMA传感器。根据一些实施例，询问激光被朝向远程振动目标传输，并且返回振动信号(微多普勒)被使用芯片级WMA接收器传感器成像，以产生目标振动轮廓。这种途径无需长相干长度激光就能够进行超灵敏的振动测量，并显著降低了技术噪声。与商业的远程振动计的当前最先进技术相比，该途径还能够实现更长距离的振动计使命。芯片级的集成光子实施方式可显著降低振动计平台的平台振动敏感度，从而允许WMA传感器测量目标效果与平台效果的关系。使用单块几何结构中的导波通过几种不同的干涉仪几何结构来实施基于弱值和反弱值的探测，使得能够在超小型封装(与传统的干涉仪封装相比)中实现WVA效果。通过减少与振动计平台相关的影响，这将WMA推向了实际应用。

在一些实施例中，锥形光纤耦合器将来自接收器视场内的特定目标位置的光耦合到单独的芯片级硅波导上，该硅波导被设计为通过在波导的传播路径中创建两个分束器来形成干涉仪。从远程振动目标注入波导的信号既包含初始激光频率(即询问频率)，又包含叠加在初始激光频率(例如THz激光频率)之上的多普勒和微多普勒信号。波导被设计为具有给定的折射率差，以例如通过跨越波导的横向轮廓在空间上变化折射率来创建两种传播模式。这两个分束器导致较高的、包含信息的模式的相长干涉和最低模式的相消干涉。

图1示出了根据本发明一些实施例的振动计100的框图。振动计100包括：发送器模块110，其被配置为向远程振动目标108发送询问信号106；以及接收器模块120，其被配置为接收由从远程振动目标108反射回的询问信号106产生的反射信号112。发送器模块110可以包括询问激光器102，该询问激光器102用于以通常在THz频率范围内的询问频率f_o来调制询问信号106。可选地，可以在发送询问信号106之前使用无焦扩束器104扩展询问信号106以减小束发散。接收器模块120可以包括接收器望远镜116，该接收器望远镜116用于从振动计100视场内的特定目标位置收集反射信号112，并用于将反射信号112成像到WMA干涉仪150上。如本文中所述，WMA干涉仪150以允许提取由远程振动目标108引入到反射信号112上的多普勒频率f_d的方式来处理反射信号112。

在一些实施例中，振动计100包括控制/处理电子器件130，该控制/处理电子器件130通信地耦合到发送器模块110和接收器模块120中的每一者。例如，控制/处理电子器件130可以向发送器模块110和接收器模块120中的每一者传送控制信号，并从发送器模块110和接收器模块120中的每一者接收信息信号。根据至少一个实施例，控制/处理电子器件130可以向发送器模块110传送一组控制信号，以便打开询问激光器102，设定询问频率f_o，并致使询问激光器102指向远程振动目标108处。该组控制信号可以实施更复杂的控制算法，在该算法中，例如，可以在一定频率范围内驱动询问频率f_o，同时通过跨越视场地引导询问激光器102来在空间上扫描远程振动目标108。控制/处理电子器件130可以基于WMA干涉仪150的输出来生成目标振动轮廓，例如多普勒图像132。

图2示出了根据本发明一些实施例的包括多个WMA干涉仪150的振动计100的示例。在一些实施例中，接收器望远镜116可以包括物镜114，该物镜114被配置为基于反射信号112的到达角来将反射信号112成像到多个WMA干涉仪150中的特定WMA干涉仪150上。在一些实施例中，该多个WMA干涉仪150中的每一个WMA干涉仪150对应于多普勒图像132的像素。该多个WMA干涉仪150的输出可以被馈送到数字读出集成电路118，该数字读出集成电路118处理该输出和/或将该输出序列化为提供给控制/处理电子器件130的数据流。在一些实施例中，数字读出集成电路118充当多路复用器，该多路复用器按照控制/处理电子器件130的要求转发该多个WMA干涉仪150的一个或多个输出。

图3示出了根据本发明一些实施例的WMA干涉仪150的示例。WMA干涉仪150包括用于传播反射信号112的第一波导312-1和第二波导312-2。WMA干涉仪150可以包括一个或两个输入端口，例如耦合到第一波导312-1的第一端口306-1和耦合到第二波导312-2的第二端口306-2。锥形光纤耦合器302可以耦合到第一端口306-1，并且可以被配置为接收反射信号112。在所示的实施例中，第二端口306-2耦合至真空或环境大气。

第一波导312-1的各部分可以定位成与第二波导312-2的各部分紧密接近(例如，在阈值距离内)，以实施第一分束器310-1和第二分束器310-2。第一分束器310-1可以被配置为将反射信号112分裂成反射信号的第一部分112-1和反射信号的第二部分112-2，其中第一部分112-1对应于反射信号112中被第一分束器310-1分裂后沿第一波导312-1向下传播的部分，而第二部分112-2对应于反射信号112中被第一分束器310-1分裂后沿第二波导312-2向下传播的部分。第二分束器310-2将反射信号的第一部分112-1和反射信号的第二部分112-2分裂成反射信号的第三部分112-3和反射信号的第四部分112-4，其中第三部分112-3对应于第一部分112-1和第二部分112-2中被第二分束器310-2分裂后沿第一波导312-1向下传播的(一个或多个)部分，而第四部分112-4对应于第一部分112-1和第二部分112-2中被第二分束器310-2分裂后沿第二波导312-2向下传播的(一个或多个)部分。

在示出的实施例中，WMA干涉仪150包括沿着分束器310之间的第二波导312-2进行定位的延迟元件330，例如布拉格光栅。在一些实施例中，延迟元件330沿着分束器310之间的第一波导312-1进行定位。在一些实施例中，利用了沿着波导312中的两者进行定位的两个延迟元件(例如，两个布拉格光栅)。延迟元件330可以被配置为延迟反射信号的第二部分112-2的相位，以使得与第一部分112-1相比，第二部分112-2获得相对相位这可以通过制造延迟元件330以使其折射率具有周期性变化来实现。

在一些实施例中，WMA干涉仪150包括沿着第一波导312-1进行定位的第一空间移相器318-1以及沿着第二波导312-2进行定位的第二空间移相器318-2，该第一空间移相器318-1被配置为对反射信号的第一部分112-1进行空间上的相移，该第二空间移相器318-2被配置为对反射信号的第二部分112-2进行空间上的相移，以使得模式TM₀和TM₁获取导致两个模式之间的相对相移的相反的倾斜相位波前。在一些实施例中，创建了形式e^±iKx的额外空间相移，这等效于带出下一模式。在一些实施例中，仅使用单个空间移相器。空间移相器318中的一者或两者可以定位在WMA干涉仪150内与图示实施例中所示的位置相比不同的位置处，例如在延迟元件330之前和/或在分束器310-1之前(参考传播的方向)。在一些实施例中，空间移相器318中的一者或两者可以包括模式激励器，例如棱镜，该模式激励器被制造在波导器312中的一者或两者之内，这些波导器312被配置为在反射信号112中激励奇数阶模式的叠加。模式激励器可以包括跨越波导的横向轮廓上的折射率的梯度，从而致使一些电场幅度被转移到第一激励模式。在一些实施例中，通过在沿波导312的特定展宽点处展宽波导312来实施空间移相器318，以使得在展宽点之前仅支持单个模式，而在展宽点之后支持第二模式。

在一些实施例中，WMA干涉仪150包括耦合到第一波导312-1的分裂式探测器322。分裂式探测器322被配置为接收反射信号的第三部分112-3并探测第三部分112-3的第一波瓣和第二波瓣之间的强度差S。由于在WMA干涉仪150中的传播期间TM₀和TM₁模式获取相反的倾斜相位波前，因此第二分束器310-2引起TM₀模式的相消干涉并且增强了TM₁模式在第三部分112-3内的相对贡献。相应地，第三部分112-3中的可探测功率的很大一部分处于(reside)包含信息的TM₁模式中。

图4示出了根据本发明一些实施例的WMA干涉仪150内的反射信号112的TM₀模式的信号强度的示例。在到达第一分束器310-1之前，TM₀模式中的功率集中在第一波导312-1中。当反射信号112传播通过第一分束器310-1时，TM₀模式中的功率将在波导312之间被50/50分裂。当反射信号112传播通过第二分束器310-2时，TM₀模式中的功率转移到第二波导312-2。

图5示出了根据本发明的一些实施例的WMA干涉仪150内的反射信号112的TM₁模式的信号强度的示例。在到达第一分束器310-1之前，TM1模式中的功率集中在第一波导312-1中。当反射信号112传播通过第一分束器310-1时，TM₁模式中的功率保留在第一波导312-1中。当反射信号112传播通过第二分束器310-2时，TM₁模式中的功率保留在第一波导312-1中。

图6示出了根据本发明的一些实施例的随着波束沿着Z轴传播时在TM₀模式的波导之间的功率转移的示例。从页面出来的Y轴对应于信号强度水平，其在右方示出。在所示出的实施例中，上波导和下波导被在特定的传播距离上足够近地定位，以使得包层中的倏逝波耦合导致TM₀模式中的功率在波导之间被分裂为50/50。

图7示出了根据本发明一些实施例的随着波束沿着Z轴传播时在TM₁模式的波导之间的功率转移的示例。从页面出来的Y轴对应于信号强度水平，其在右方示出。在所示出的实施例中，上波导和下波导被在特定的传播距离上足够近地定位，以使得包层中的倏逝波耦合导致TM1模式中的功率保持在上波导中。

图8示出了根据本发明一些实施例的由分裂式探测器322探测强度差S的示例。在一些实施例中，可以将强度差S计算为S＝I_R–I_L，其中I_R是波导的右半部分的强度，而I_L是波导的左半部分的强度。在一些实施例中，可以将强度差S计算为S＝(I_R–I_L)/(I_R+I_L)。分裂式探测器322可以包括分别用于探测强度I_L和I_R的左区326和右区328。在所示出的实施例中，在轮廓802中示出了在时刻T₁处探测到的S₁＝0的强度差，并且在轮廓804中示出了在时刻T₂处探测到的S₂>0的强度差。

在一些实施例中，强度差S可用于如下计算多普勒频率f_d。如果将系统校准到基准频率ω(其中平衡信号为0)，则来自远程振动目标108的轻微频率变化将具有以下依赖链。干涉仪的臂(即第一波导和第二波导312)之间的相对相移由组合n(ω)ωΔL/c控制，其中n是频率相关的折射率，ΔL是路径长度差，c是光速。因此，频率的变化δω将导致相对相位的变化 其中τg是“群延迟”，即光脉冲的时间延迟量在通过与折射率的频率导数成正比的色散介质时将遭受影响。由分裂式探测器读出的归一化信号S＝(I_R–I_L)/(I_R+I_L)与相对相位φ关系为S＝c_mφ/(κd)，其中κ是相位波前的倾斜，d是波导的宽度(模式的空间扩展)，c_m是与模式函数相关的常数。因此，对于小的相移，相位和探测信号之间存在线性关系。结合以上观察，频率的偏移δω与偏移的信号读数δS相关如下：δS＝((c_mτg)/κd)δω。结果，群延迟越大，对于相同的多普勒频移量，获得的信号就越多。类似地，1/κ是弱值放大效果。

图9示出了对应于图2中所示的实施例的强度差S和多普勒频率f_d的空间和时间分辨率。每个强度差S由两个指标来表征：探测该强度差的特定WMA干涉仪(被编号为1至16)和该强度差被探测时的时刻(被编号为1、2、……、N)。如所示出的，跨越时间值和空间值探测到的强度差S在相同的时间值和空间值上被转换成多普勒频率f_d。

再次参考图9，在第一时刻(T₁)处强度差S的空间分布图(spatial map)910已经被转换成多普勒频率f_d的空间分布图912。分别针对第二时刻(T₂)和第N时刻示出了强度差的空间分布图(空间分布图920和930)。另外，分别针对第二时刻(T₂)和第N时刻示出了的多普勒频率f_d的空间分布图(空间分布图922和932)。相应地，本发明的实施例使得能够测量与远程振动目标108相关联的振动测量数据的空间分布图并且随后将其适当地利用于特定应用。

图10A-10B示出了根据本发明一些实施例的使用WMA执行遥感的方法1000。方法1000的一个或多个步骤可以以与所示出的实施例不同的顺序来执行，并且在执行方法1000期间可以省略方法1000的一个或多个步骤。

在步骤1002，询问激光器102以询问频率f_o调制询问信号106。在一些实施例中，询问频率f_o被选择为在延迟元件330的带隙附近。在各种实施例中，询问频率f_o可以是400THz、450THz、500THz、550THz、600THz、650THz、700THz中的任何一者。

在步骤1004，无焦扩束器104扩展询问信号102。在一些实施例中，无焦扩束器104扩展询问信号102以减小束发散，从而使远程振动目标108上的能量最大化。在一些实施例中，无焦扩束器104包括物镜114。

在步骤1006，发送器模块110将询问信号106发送到远程振动目标108。在一些实施例中，步骤1006可以包括询问激光器102将询问信号106通过无焦扩束器104朝向远程振动目标108发送。当询问信号106被远程振动目标108反射时，远程振动目标108引入目标自己的平台多普勒频移，而远程振动目标108上的局部表面振动引起目标微多普勒频移。

在步骤1008，接收器望远镜116从振动计100的视场内的特定目标位置收集反射信号112，并将反射信号112成像到锥形光纤耦合器302上。在一些实施例中，接收器望远镜116可以基于反射信号112的到达角将反射信号112成像到多个锥形光纤耦合器中的特定锥形光纤耦合器302上。

在步骤1010，第一端口306-1接收反射信号112。在一些实施例中，步骤1010包括第一端口306-1从锥形光纤耦合器302接收反射信号112。与步骤1010同时或在步骤1010随后，第一波导312-1可经由第一端口306-1接收反射信号112，并且反射信号112可沿第一波导312-1向下传播。

在步骤1012，第一分束器310-1将反射信号112分裂成反射信号的第一部分112-1和反射信号的第二部分112-2，其中第一部分112-1对应于反射信号112中被第一分束器310-1分裂后沿第一波导312-1向下传播的部分，而第二部分112-2对应于反射信号112中被第一分束器310-1分裂后沿第二波导312-2向下传播的部分。在一些实施例中，第一分束器310-1是通过将第一和第二波导312定位在距离彼此阈值距离内以使得反射信号112经由倏逝波耦合被耦合到第一和第二波导312中来形成的。通过使第一和第二波导312足够接近，包层中的倏逝波耦合致使功率作为传播距离的函数而在每个波导之间转移。可以利用这种效果为自由空间50/50分束器创建可靠的模拟。

在步骤1014，延迟元件330延迟反射信号的第二部分112-2的相位，以使得相较于第一部分112-1，第二部分112-2获得相对相位在一些实施例中，延迟元件330包括布拉格光栅。在一些实施例中，延迟元件330可以被制造为其折射率具有周期性变化。延迟元件330内的行进波具有形式为β＝β_B±(δ²-κ²)^1/2的解，这产生了光子带隙，其中，当V_g＝β/βω时，群速度变为0，这意味着高色散和高透射之间的竞争。在一些实施例中，可以采用具有两个带隙的双布拉格光栅，这两个带隙具有提供两个空间波长的耦合κ1和κ2。包括两个带隙的这样的实施例创建了高透射、高色散和低群速度的频率窗口。

尽管本文中将延迟元件330描述为被沿着第二波导312-2进行定位，但是在一些实施例中，延迟元件330可以沿着第一波导312-1进行定位，以便延迟反射信号112-2的第一部分的相位。在一些实施例中，第一延迟元件可以沿着第一波导312-1进行定位，以便延迟第一部分112-1的相位，并且第二延迟元件可以沿着第二波导312-2进行定位，以便延迟第二部分112-2的相位。在一些实施例中，延迟元件330的作用类似于可以在自由空间实施例中实施的铷单元(Rubidium cell)，从而导致两个臂之间的相对相位

在步骤1016，被定位为沿着第一波导312-1的第一空间移相器318-1对反射信号的第一部分112-1进行空间上的相移，被沿着第二波导312-2进行定位的第二空间移相器318-2对反射信号的第二部分112-2进行空间上的相移，以使得模式TM₀和TM₁获取导致两个模式之间的相对相移的相反的倾斜相位波前。在一些实施例中，仅使用单个空间移相器。在一些实施例中，第一空间移相器318-1和第二空间移相器318-2中的一者或两者被配置为分别在第一部分112-1和第二部分112-2中激励奇数阶模式的叠加。这可以通过在第一波导312-1和第二波导312-2中的一者或两者内制造棱镜来实现。例如，棱镜可以包括跨越第一波导312-1和/或第二波导312-2的横向轮廓上的折射率的梯度，从而致使一些电场幅度被转移到第一激励模式。在一些实施例中，棱镜可以从初始的零阶模式输入激励奇数阶模式的叠加。棱镜从而可以致使反射信号112依据两个传播模式进行传播。

在步骤1018，第二分束器310-2将反射信号的第一部分112-1和反射信号的第二部分112-2分裂成反射信号的第三部分112-3和反射信号的第四部分112-4，其中第三部分112-3对应于第一部分112-1和第二部分112-2中被第二分束器310-2分裂后沿第一波导112-1向下传播的(一个或多个)部分，而第四部分112-4对应于第一部分112-1和第二部分112-2中被第二分束器310-2分裂后沿第二波导312-2向下传播的(一个或多个)部分。在一些实施例中，第二分束器310-2是通过将第一和第二波导312定位在距离彼此阈值距离内以使得第一部分112-1和第二部分112-2经由倏逝波耦合被耦合到第一和第二波导312中来形成的。由于在步骤1018中TM₀和TM₁模式获取相反的倾斜相位波前，因此第二分束器310-2引起TM₀模式的相消干涉并且增强了TM₁模式在第三部分112-3内的相对贡献。

在步骤1020，分裂式探测器322接收反射信号的第三部分112-3并探测第三部分112-3的第一波瓣和第二波瓣之间的强度差S。当WMA干涉仪150被调谐为在反弱值区域中运行时，在分裂式探测器322上产生了双波瓣图案。在一些实施例中，分裂式探测器322包括两个元件探测器或两个分离的具有右侧和左侧的探测器。在一些实施例中，分裂式探测器322识别两个相对最大强度值并确定它们之间的差。在一些实施例中，分裂式探测器322确定在两个预定空间位置(例如，x＝±1·10^-6m)处的两个强度值。在一些实施例中，Y分支可以用于在空间上分裂第三部分112-3的轮廓以测量和探测强度差S。

在步骤1022，振动计100的处理器基于强度差S计算多普勒频率f_d。当WMA干涉仪150被适当地调谐时，强度差S将由于频率变化(多普勒变化)而偏移。这样，可以计算出强度差S相对于频率变化率的变化率。步骤1022可由接收器模块120或控制/处理电子器件130内的处理器执行，以及其他可能性。

图11示出了根据本发明一些实施例的WMA干涉仪1100的示例布局。WMA干涉仪1100包括第一和第二定向耦合器(DC1和DC2)、多模干涉仪(Multi-Mode Interferometer，MMI)和输出(O1、O2、O3和O4)。在一些实施例中，对于设备的设计，氮化硅可以用作引导材料，二氧化硅可以用作包层材料，而测试波长可以是1550nm。这些材料和波长与现有的制造和测试技术具有良好的兼容性。为氮化硅选择300nm的厚度是为了平衡约束和易于耦合。

自由空间的马赫-曾德(Mach-Zander)干涉仪可以通过两个分束器实现。在光子芯片上，分束器的类似物是定向耦合器。当两个波导接近且它们之中的模式相位匹配时，其中一个波导中的光将耦合到另一个波导。耦合比率取决于两个波导之间的间隔以及耦合区域的长度。该结构称为定向耦合器。

图12示出了根据本发明的一些实施例的模式转换器1200的示例布局。模式转换器1200可以用于通过将基本模式(TE₀)的一部分耦合到二阶模式(TE₁)来引入相位前倾。输入波导W₁(其可以是底部波导)可以是仅支持TE₀模式的单模波导。在第一定向耦合器处，输入的TE₀模式的一小部分被耦合到相同波导W₂的TE₀模式，该波导W₂可以是顶部波导。然后，W1进入锥形区域，在该锥形区域中W₁的宽度逐渐增加，直到它变成支持TE₀和TE₁模式两者的多模波导。因为宽度的变化慢，所以TE₀模式中的光将趋于保留局限在TE₀模式中，而不是耦合到更高阶模式并耗散。

由W₁支持的TE₁模式可以被设计为与W₂中的TE₀相位匹配。因此，在第二定向耦合器处，W₂中的TE₀将耦合到W₁中的TE₁。由于W₁中的TE₀与W₂中的任何模式都不相位匹配，因此它将停留在W₁中。结果，W₁将主要包含TE₀模式，并在此结构的末端包含少量的TE₁模式。两个模式之间的比率取决于第一定向耦合器的耦合比率。两个模式之间的相位差取决于两个耦合器之间的W₁和W₂的光程差。

图13示出了根据本发明的一些实施例的示出作为波导宽度的函数而变化的模式有效折射率的图表。图13表明，波导的宽度可以被设计为以1.6的有效折射率匹配TE₀和TE₁模式，这对应于针对W₂的1.2μm的宽度和针对W₁的2.75μm的宽度。

图14示出了根据本发明一些实施例的多模干涉仪1400的示例布局。在一些实施例中，可以通过测量暗端口中的TE₀和TE₁模式的比率来测量平均位置偏移。因此，可以使用多模干涉波导，其对TE₀和TE₁模式的反应不同。多模干涉波导是支持许多模式的波导段，该波导段随后是两个单模波导。在多模干涉区域中，光被耦合到具有不同传播速度的若干模式。因此，它们的干涉图案随着它们的传播而改变，从而改变两个单模波导的输出功率。

图15示出了显示出作为TE₀和TE₁模式的比率的函数的多模干涉波导的模拟输出的图表。如所示出的，使用本征模式多模干涉扩展方法(FIMMPROP，光子设计)对多模干涉波导进行的仿真表明，尽管TE₀模式或TE₁模式的输出比率为50/50，但两个模式的相加给出了不同的结果。随着TE₀模式的百分比增加，其中一个输出减小。这允许通过输出的光信号来确定TE₀和TE₁模式的比率。

图16示出了根据本发明一些实施例的具有加热器的WMA干涉仪1600的示例布局。为了测试设备的目的，可能需要相位φ的源。向波导增加相位可调性的通常方法是使用微型加热器。通过将金属线沉积在波导包层的顶部并在其上施加电压，它们能够产生热量并提高下方波导的温度。温度变化将引起波导材料的折射率变化，与未加热的波导相比会引入相位差。可以在第一定向耦合器之后放置第一加热器(H1)，以引入故意的相位差以用于测量。

由于制造误差，加热器对于整个设备中不希望有的相位积累也是有用的。理论上，当相位φ＝0时，TE₀和TE₁模式在它们发生干涉之前必须同相。其他相位累积源将降低测量的灵敏度。为了补偿这些不希望有的相位源，可以在设备的每个路径上放置两个其他加热器，以在施加目标相位φ之前将两个模式调谐为同相。加热器2(H2)可以控制TE₁模式对于TE₀模式的相对相位。加热器3(H3)可以补偿TE₀和TE₁之间由于它们的不同传播速度而产生的相位差。

在一些实施方式中，WMA干涉仪1600可以由具有4μm的热生长的二氧化硅的4英寸的硅晶片制成。可以通过低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)来沉积289nm的氮化硅层。然后可以通过电子束光刻来使波导图案化，并可以通过电感耦合等离子体反应离子刻蚀(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching，ICP-RIE)来刻蚀氮化硅。可以在波导上包覆经由等离子体增强化学气相沉积(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)沉积的2.6μm的二氧化硅。

为了将加热器放置在波导的顶部，可以采用如下的“剥离”方法。首先，在二氧化硅的顶部旋涂一层光致抗蚀剂，并可以通过DUV光刻技术(ASML 300C DUV Stepper–248nm)使加热器的形状图案化。然后，沉积10nm的铬以用于附着到二氧化硅上，并沉积100nm的铂作为加热器。接下来，将晶片浸入丙酮中，该丙酮溶解光致抗蚀剂，从而去除多余的金属。留在包层表面上的金属在波导上方形成加热器。

图17示出了用于测试WMA干涉仪1700的测试设定的示例。在一些实施方式中，用于对设备进行测试的光源是以1550nm波长为中心的可调激光器(Santec TSL-710)。激光输出的功率为1mW。可以使用锥形单模光纤1702将光耦合到波导中，并且可以使用40倍物镜1704将输出成像到InGaAs探测器1706上。物镜1704允许通过在每个输出图像位置处放置一个探测器来同时测量MMI的两个输出。可以在输入光纤上使用光纤偏振桨，并且可以在探测器之前放置偏振器，以消除杂散TM模式的影响。

为了将电压施加到加热器，可以使用附着到电缆的金属探针。探针可以放置成与芯片上的加热器接触，电缆可以连接到电压源1708。在不向加热器施加任何电压的情况下，可以扫描激光的波长并可以记录设备的输出光谱。为了清楚起见，仅示出了一个加热器的连接。

图18示出了显示出作为输入激光波长的函数的输出光功率的图表。频谱的总体趋势表明了我们预期从马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪获得的正弦曲线行为。然而，输出功率的比率不符合预期。这很可能是由于不希望的相位积累，该相位积累可以通过调谐加热器2和3来补偿。小的波动是由于扫描期间输入光纤的振动引起的。这可以通过集成光子封装技术(例如将光纤熔接(fuse)到芯片上)来大大改善。

由于光纤波动，很难确定当施加恒定的相位信号时光信号变化的原因。因此，可以发送调制的相位信号。当使用正弦波电压信号来调谐加热器1时，可以在输出处观察到具有对应频率的光信号。

图19示出了显示出使用射频(Radio-Frequency，RF)频谱分析仪测量的调制电压信号(在左侧)和输出光信号(在右侧)的图表。来自信号发生器的调制频率分量为9.99kHz、10kHz和10.01kHz。由于折射率的响应随施加电压(即由加热器消耗的功率)的平方而变化，因此频率分量之间的差在测得的输出光中加倍了。相应地，可以在输出处观察到9.98kHz和10.02kHz的信号频率。这证明了该设备通过探测输出光来测量干涉仪臂之间的相位差的变化的能力。

图20示出了根据本文中所描述的一些实施例的简化的计算机系统2000。如图20中所示的计算机系统2000可被结合到如本文所述的例如发送器模块110、接收器模块120或控制/处理电子器件130等的设备中。图20提供了可以执行由各种实施例提供的方法的一些或全部步骤的计算机系统2000的一个示例的示意图示。应该注意的是，图20仅意在提供各种部件的一般性图示，可以适当地利用它们中的任何一个或全部。因此，图20广泛地示出了可以如何以相对分离或相对更集成的方式来实施各个系统元件。

计算机系统2000示出为包括可以经由总线2005电连接的或者可以适当地以其他方式通信的硬件元件。硬件元件可以包括一个或多个处理器2010，包括但不限于一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器(例如数字信号处理芯片、图形加速处理器和/或类似物)；一个或多个输入设备2015(其可以包括但不限于鼠标、键盘、相机和/或类似物)；以及一个或多个输出设备2020(其可以包括但不限于显示设备、打印机和/或类似物)。

计算机系统2000还可以包括一个或多个非暂态性存储设备2025和/或与一个或多个非暂态性存储设备2025通信，非暂态性存储设备2025可以包括但不限于本地和/或网络可访问存储器，和/或可以包括但不限于磁盘驱动器、驱动器阵列、光学存储设备、固态存储设备(例如随机存取存储器(Random Access Memory，“RAM”)和/或只读存储器(Read-OnlyMemory，“ROM”))，该固态存储设备可以是可编程的、可闪存更新的和/或类似的。这样的存储设备可以被配置为实施任何适当的数据存储，该数据存储包括但不限于各种文件系统、数据库结构和/或类似物。

计算机系统2000也可以包括通信子系统2019，该通信子系统2019可以包括但不限于调制解调器、网卡(无线或有线的)、红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组(例如蓝牙^TM设备、802.11设备、WiFi设备、WiMax设备、蜂窝通信设施等)和/或类似物。通信子系统2019可以包括一个或多个输入和/或输出通信接口，以许可与网络(举例地例如以下描述的网络等)、其他计算机系统、电视和/或本文中描述的任何其他设备交换数据。取决于希望的功能和/或关注的其他实施方式，便携式电子设备或类似设备可以经由通信子系统2019来对图像和/或其他信息进行通信。在其他实施例中，便携式电子设备(例如第一电子设备)可以被并入计算机系统2000(例如作为输入设备2015的电子设备)中。在一些实施例中，计算机系统2000将进一步包括工作内存2035，该工作内存2035可以包括RAM或ROM设备，如上所述。

计算机系统2000还可以包括被示出为当前位于工作内存2035内的软件元件，包括操作系统2040、设备驱动器、可执行库和/或其他代码，例如一个或多个应用程序2045，该一个或多个应用程序2045可以包括由各种实施例提供的计算机程序，和/或可以被设计为实施由其他实施例提供的方法和/或配置系统，如本文中所述。仅作为示例，有关于以上讨论的方法描述的一个或多个过程可以被实施为可由计算机和/或计算机内的处理器执行的代码和/或指令；因此，在一方面，这样的代码和/或指令可以用于配置和/或适配通用计算机或其他设备，以执行依据所描述的方法的一个或多个操作。

一组这些指令和/或代码可以存储在非暂态性计算机可读存储介质(例如上述(一个或多个)存储设备2025)上。在一些情况下，该存储介质可以包含在计算机系统(例如计算机系统2000)中。在其他实施例中，存储介质可以与计算机系统分离，例如，诸如光盘等的可移动介质，和/或以安装包的形式提供，以使得该存储介质可以用于编程、配置和/或修改其上存储有指令/代码的通用计算机。这些指令可以采用可执行代码的形式，其可由计算机系统2000执行，和/或其在计算机系统2000上(例如使用各种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩工具等中的任何一者)被编译和/或被安装的情况下可以采用源和/或可安装代码的形式，然后采用可执行代码的形式。

对于本领域技术人员将显而易见的是，可以依据特定要求做出实质性的变化。例如，也可以使用定制的硬件，和/或特定的元件可以被以硬件、软件(包括便携式软件，例如小应用程序等)或两者来实施。此外，可以采用到其他计算设备(例如网络输入/输出设备等)的连接。

如上所提及的，在一方面，一些实施例可以采用例如计算机系统2000等的计算机系统来执行依据本技术的各种实施例的方法。根据一组实施例，这样的方法的一些或全部过程由计算机系统2000响应于处理器2010执行一个或多个指令的一个或多个序列而执行，这些指令可以被并入在工作内存2035中包含的操作系统2040和/或其他代码(例如应用程序2045)中。这样的指令可以从另一计算机可读介质(例如(一个或多个)存储设备2025中的一者或多者)读入工作内存2035中。仅作为示例，包含在工作内存2035中的指令序列的执行可以致使(一个或多个)处理器2010执行本文中描述的方法的一个或多个过程。附加地或可替代地，本文中描述的方法的部分可以通过专用硬件来执行。

如本文中所使用的术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”是指参与提供致使机器以特定方式运行的数据的任何介质。在使用计算机系统2000实施的实施例中，各种计算机可读介质可涉及向(一个或多个)处理器2010提供指令/代码以用于执行和/或可用于存储和/或携带这样的指令/代码。在许多实施方式中，计算机可读介质是物理和/或有形的存储介质。这样的介质可以采取非易失性介质或易失性介质的形式。非易失性介质包括例如光盘和/或磁盘，例如(一个或多个)存储设备2025等。易失性介质包括但不限于动态内存，例如工作内存2035。

物理的和/或有形的计算机可读介质的通常形式包括例如，软盘、柔性盘、硬盘、磁带或任何其他磁介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他内存芯片或盒式磁带或者计算机能够从中读取指令和/或代码的任何其他介质。

各种形式的计算机可读介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列传送给(一个或多个)处理器2010以用于执行。仅作为示例，指令最初可以被承载在远程计算机的磁盘和/或光盘上。该远程计算机可以将该指令加载到其动态内存中，通过传输介质将该指令作为信号发送，以由计算机系统2000接收和/或执行。

通信子系统2019和/或其部件通常将接收信号，然后总线2005可以将信号和/或由信号携带的数据、指令等传送到工作内存2035，(一个或多个)处理器2010从工作内存2035中检索并执行该指令。由工作内存2035接收的指令可以可选地在由(一个或多个)处理器2010执行之前或之后被存储在非暂态性存储设备2025上。

以上讨论的方法、系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略、替代或添加各种过程或部件。例如，在可替代的配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行这些方法，和/或可以添加、省略和/或组合各种阶段。而且，有关于某些配置来描述的特征可以组合到各种其他配置中。可以以类似的方式组合这些配置的不同方面和元件。而且，技术在发展，因此，许多元件是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

本描述给出了具体细节以供对包括实施方式的示例配置的透彻理解。然而，配置可以在没有这些具体细节的情况下被实施。例如，公知的电路、过程、算法、结构和技术已经以没有非必要细节的形式表示，以避免使配置模糊不清。本描述仅提供示例配置，并且不旨在限制权利要求的范围、适用性或配置。相反，对配置的前述描述将向本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的有利描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

而且，可以将配置描述为过程，该过程被描绘为示意性的流程图或框图。尽管每个图可以将操作描述为顺序的过程，但是许多操作可以并行或同时地执行。此外，操作的顺序可以被重新安排。过程可能具有图中未包括的附加步骤。此外，方法的示例可以由硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言或其任何组合来实现。当在软件、固件、中间件或微码中实现时，执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在例如存储介质等非暂态性计算机可读介质中。处理器可以执行所描述的任务。

已经描述了几个示例配置，在不脱离本公开的精神的情况下，可以使用各种修改、替代构造和等效替换。例如，以上元件可以是较大系统的部件，其中其他规则可以优先于或以其他方式修改技术的应用。而且，考虑了在以上元件之前、之中或之后可以采取若干步骤。相应的，以上描述不约束权利要求的范围。

除非上下文另有明确规定，如本文中和所附权利要求中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数个的指代对象。因此，例如，对“一个用户”的提及包括多个所述用户，而对“该处理器”的提及包括一个或多个处理器及其为本领域技术人员所知的等同物，等等。

而且，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，词语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”、“包括了”、“包括的”和“含有”旨在指明所陈述的特征、整数、部件或步骤的存在，但它们并不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、部件、步骤、行动或群。

还可以理解的是，本文中所述的示例和实施例仅用于说明的目的，并且据此所作的各种修改或改变将被建议给本领域技术人员，且将被包括在本申请的精神和视界内以及所附权利要求的范围内。