CN111164415A - 路径解析的光学采样架构 - Google Patents

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Abstract

本文描述了光学采样架构及其操作方法。光学采样架构能够朝向发射区域发射发射片光束，以及从检测区域接收检测片光束。所述发射区域可具有相对于另一个维度是伸长的一个维度。所述检测区域也可具有相对于另一个维度伸长的一个维度，使得所述***可选择性地接纳具有一个或多个特性(例如，入射角度、光束尺寸、光束形状等)的光。在一些示例中，所述检测区域的所述伸长维度可大于所述发射区域的所述伸长维度。在一些示例中，所述***可包括输出耦合器阵列和相关联部件，以产生具有不同的平面内发射位置和/或平面内发射角度的光线的发射片光束。

Description

路径解析的光学采样架构
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月29日提交的美国临时专利申请62/565,789的权益，该申请全文据此以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及能够测量一个或多个样本特性的光学采样架构。更具体地，该架构可在多个刻度长度上测量样本并且计算所测信号的平均值，同时控制所测信号的光学路径长度和光学采样深度。
背景技术
吸收光谱学是一种可用于确定样本特性的分析技术。用于吸收光谱学的常规***和方法可包括向样本发射光。当光与样本相互作用(例如，反射和/或透射穿过)时，光能量的一部分可在一个或多个波长处被吸收。该吸收可引起与样本相互作用的光的特性的变化。与样本相互作用的光的特性可和与参考对象相互作用的光的特性进行比较，并且可基于该比较来确定样本特性。
离开样本的光的特性可由一个或多个检测器像素测量。在一些情况下，透射穿过样本的光可发生漫散射。在一些情况下，样本可以是异质样本，其中样本特性可跨样本中的不同体积而变化。漫散射可涉及光与相对较小的样本体积相互作用，这可导致对样本的不均匀性的敏感性增加。因此，相对较小的样本体积的测量可能无法表示整个样本。可期望在多个刻度长度上测量样本的特性并且计算信号平均值，同时控制所测信号的光学路径长度和光学采样深度的光学采样架构。
在一些示例中，光学测量可包括噪声。噪声可采取多种形式，包括不相干和相干。不相干噪声可归因于当光透射穿过样本时可能发生的漫散射，并且其特性可与入射到检测器上的光的相位无关。在一些情况下，样本可不均匀，其中样本特性可在样本中的不同体积上变化。样本的不均匀性可通过漫散射的随机分布等而导致不相干噪声。不相干噪声还可根据波长而变化。相干噪声可归因于例如散斑，并且其特性可取决于入射到检测器上的光的相位以及源功率的光谱密度。在一些架构中，可存在不相干噪声和相干噪声两者，并且这两种噪声可具有不同的百分比。可期望能够减小不相干噪声和相干噪声两者的光学采样架构。
发明内容
本文描述了光学采样架构及其操作方法。在一些示例中，光学采样架构能够从发射区域发射发射片光束，以及从检测区域接收检测片光束，其中发射区域和检测区域定位在***接口处。该发射区域可具有一个相对于另一维度(例如，x维度)伸长的维度(例如，y维度)，使得从一个或多个波导输出的光可共同形成发射片光束。检测区域还可具有一个相对于另一维度伸长的维度，使得***可选择性地接受具有一个或多个特性(例如，满足一个或多个标准的入射角度、光束尺寸和/或光束形状)的光。在一些示例中，所述检测区域的所述伸长维度可大于所述发射区域的所述伸长维度。附加地或另选地，包括在***中的光学器件可被配置为选择性地接纳光。
如本文所述，光发射器可被配置为形成发射片光束。在一些示例中，该光发射器可包括一个或多个波导、一个或多个反射器，以及输出耦合器。所述的一个或多个波导可沿第一平面(例如，在基板的平面中)朝向反射器输出光(例如，包括在特定方向上取向的光线)。在一些示例中，该波导可形成相干光源的部分。反射器可沿第一平面引导光朝向输出耦合器，并且输出耦合器可将光引导到第二平面(例如，垂直于第一平面、相对于第一平面成60°、相对于第一平面成45°等)。在一些示例中，光发射器可以是不相干源。可基于样本中的光的目标交点来配置光发射器的部件以及***的检测器、发射区域和检测区域。
本公开的示例还可包括用于减小相干噪声和/或不相干噪声的输出耦合器阵列和相关联部件。输出耦合器阵列和相关联部件可产生具有不同的平面内发射位置和/或平面内发射角度的发射片光束。相关联部件可包括复用器和相位控制网络。可使用例如用于包括在输出耦合器阵列中的输出耦合器的交错布置来产生不同的平面内发射位置和/或平面内发射角度。在一些示例中，该***可包括用于在空间上分离来自光发射器的发射光的多个光学器件。附加地或另选地，该***可包括多个在空间上不同的检测区域。在又一个示例中，该***可包括发散光学器件以在来自光发射器的发射光中产生发散。
附图说明
图1A示出了根据本公开的示例的示例性***的框图。
图1B示出了根据本公开的示例的用于测量样本特性的示例性过程流。
图2A示出了根据本公开的示例的具有多层光学器件的示例性***的剖视图。
图2B至图2C示出了根据本公开的示例的发生了单个大角度散射事件的示例性光。
图3A示出了根据本公开的示例的示例性***接口和样本的平面图。
图3B示出了根据本公开的示例的使用***测量样本特性的示例性过程流。
图3C示出了根据本公开的示例的在沿检测片光束的平面的角度的阈值范围内接纳所收集光的示例性实例。
图4A至图4D示出了根据本公开的示例的用于形成发射片光束的示例性光发射器配置的顶视图。
图4E示出了根据本公开的示例的使用光发射器形成发射片光束的示例性过程流。
图5A示出了根据本公开的示例的被配置为使得光在样本内的目标位置处相交的示例性***的剖视图。
图5B示出了根据本公开的示例的被配置为使得光在检测器处相交的示例性***的剖视图。
图5C示出了根据本公开的示例的被配置为使得光在输出耦合器处相交的示例性***的剖视图。
图6A至图6C示出了根据本公开的示例的包括一个或多个相干波导的示例性不相干光发射器的顶视图。
图7A示出了根据本公开的示例的示例性光发射器配置，其中光共同形成平坦的强度分布。
图7B示出了根据本公开的示例的具有球形波前的示例性光发射器配置，该球形波前包括指向不同方向的多个部分。
图7C示出了根据本公开的示例的能够以多个角度并且沿多个位置发射光的示例性光发射器。
图8示出了根据本公开的示例的示例性***接口和样本的平面图。
图9A示出了根据本公开的示例的包括输出耦合器阵列的示例性集成光子芯片的顶视图。
图9B至图9C分别示出了根据本公开的示例的示例性输出耦合器和波导的顶视图和剖视图。
图10示出了根据本公开的示例的包括两侧输出耦合器阵列的示例性集成光子芯片的顶视图。
图11示出了根据本公开的示例的包括多个发射区域的示例性集成光子芯片的剖视图。
图12示出了根据本公开的示例的包括多个检测区域的示例性集成光子芯片的剖视图。
图13示出了根据本公开的示例的包括一个或多个光学器件的示例性集成光子设备的剖视图，所述一个或多个光学器件具有增加集光率的特性。
图14示出了根据本公开的示例的使用交织群延迟的示例性相位控制网络的框图。
图15示出了根据本公开的示例的示例性直接相位控制网络的框图。
图16示出了根据本公开的示例的示例性集成光子芯片，该集成光子芯片包括用于多个输出耦合器阵列的来自相位控制网络的输出。
图17示出了根据本公开的示例的包括来自相位控制网络的输出的示例性集成光子芯片，该相位控制网络用于包括多个区的输出耦合器阵列。
图18示出了根据本公开的示例的用于使用具有光学采样架构的集成光子设备测量样本特性的示例性过程流。
具体实施方式
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。
在该部分描述了根据本公开的方法与装置的代表性应用。提供这些示例仅是为了添加上下文并有助于理解所述示例。因此，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，可在不具有具体细节中的一些或全部的情况下实践所述示例。其他应用是可能的，使得以下示例不应被当作是限制性的。
现在将参照如附图所示的示例来详细描述各种技术和过程流步骤。在以下描述中，阐述了众多具体细节，以便提供对其中描述或引用的一个或多个方面和/或特征的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，对本文描述或引用的一个或多个方面和/或特征可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，公知的过程步骤和/或结构未详细描述从而不会模糊对本文描述或引用的方面和/或特征中的一些。
一些样本可以是异质的，其中沿样本内的不同区域，样本特性有所不同。样本的不同结构可引起从***发射的光朝向***返回(例如，反射、散射或以其他方式被重新引导)，并且该***可测量返回光。另外，样本的异质性质可导致该样本光学吸收的继承随机性。当在样本中测量的体积相对较小时，该继承随机性可导致测量不准确。在一些情况下，该测量可对相对较小的体积内的随机散射具有增加的敏感性，其中一个或多个因素(例如，取向、位置、粒子大小等)可导致在检测到的反射光的光学特性产生较大的偏差。通过增加样本体积可减小这些偏差，提高测量精度，并增加光学效率。样本体积可包括发射光穿过样本、发生单个散射事件以及可返回以由检测器阵列接收的体积。随着样本体积的增加，检测器阵列可接收具有有用信号信息的更多光，其中计算所接收光的平均值可提高信噪比。在一些情况下，将***配置为在相对较大的样本体积(例如，多个刻度长度)上对样本特性进行测量并计算其平均值，可更好地表示样本的总体特性(而不是表示样本的局部特性)。
样本的异质性质可包括样本具有多个散射位点，其中光可随着散射事件(在散射位点处)偏离其轨线。样本的不同位置可具有噪声模式，由于例如样本内的不同特性具有不同的波长相关吸收，因此该噪声模式可与波长相关。波长相关的噪声模式可导致测量精度降低。
为了降低或移除在样本特性的确定时所包含的噪声，***可增加具有目标光学路径长度和目标光学采样深度的所测信号的百分比。附加地或另选地，该***可将包括在分析中的光线限制为发生了单个散射事件的光线。例如，相对于发生了多个散射事件的光，***可接收更多发生了单个散射事件的光。当发射光和检测光在样本中相交时，可发生单个散射事件。从而，在单个散射事件中，发射光可转向并且反射回***以变成检测光。通过控制离开发射区域的光和/或进入检测区域的光的参数(例如，光束形状、光束尺寸和角度)，接收发生了单个散射事件的光的可能性可增加。
在一些情况下，发射光在达到单个散射事件之前可发生多个小角度散射事件。在一些情况下，输出光在到达检测区域之前可发生多个小角度散射事件。多个小角度散射事件可导致光的光学路径长度变化。在一些示例中，该变化可足够小，使得测量精度可能不会受损，并且包括此类光可导致样本特性的更好的表示，如下文所论述。可期望能够在样本内的多个刻度长度(例如，多个毫米)上进行测量、同时还控制所测信号的光学路径长度和光学采样深度的设备。
在一些示例中，光学测量可包括噪声。噪声可采取多种形式，包括不相干和相干。不相干噪声可归因于当光透射穿过样本时可能发生的漫散射，并且其特性可与入射到检测器上的光的相位无关。在一些情况下，样本可不均匀，其中样本特性可在样本中的不同体积上变化。样本的不均匀性可通过漫散射的随机分布等而导致不相干噪声。不相干噪声还可根据波长而变化。相干噪声可归因于例如散斑，并且其特性可取决于入射到检测器上的光的相位以及源功率的光谱密度。在一些架构中，可存在不相干噪声和相干噪声两者，并且这两种噪声可具有不同的百分比。可期望能够减小不相干噪声和相干噪声两者的光学采样架构。
本文描述了光学采样架构及其操作方法。在一些示例中，光学采样架构能够从发射区域发射发射片光束，以及从检测区域接收检测片光束，其中发射区域和检测区域定位在***接口处。该发射区域可具有一个相对于另一维度(例如，x维度)伸长的维度(例如，y维度)，使得从一个或多个波导输出的光可共同形成发射片光束。检测区域还可具有一个相对于另一维度伸长的维度，使得***可选择性地接受具有一个或多个特性(例如，满足一个或多个标准的入射角度、光束尺寸和/或光束形状)的光。在一些示例中，检测区域的伸长维度可大于发射区域的伸长维度，其中检测区域和发射区域的伸长维度的平面可平行。附加地或另选地，包括在***中的光学器件可被配置为选择性地接纳光。
本文描述了一种被配置为形成发射片光束的光发射器。在一些示例中，该光发射器可包括一个或多个波导、一个或多个反射器，以及输出耦合器。所述的一个或多个波导可沿第一平面(例如，在基板的平面中)朝向反射器输出光。在一些示例中，该波导可形成相干光源的部分(也称为“相干波导”)。反射器可沿第一平面引导光朝向输出耦合器，并且该输出耦合器可将光引导到第二平面(例如，垂直于第一平面、成60°、成45°等)。在一些示例中，光发射器可以是不相干源。可基于光的交点来配置光发射器的部件以及***的检测器、发射区域和检测区域。
本公开的示例还可包括被配置为减小相干噪声和/或不相干噪声的输出耦合器阵列和相关部件。输出耦合器阵列和相关联部件可产生具有不同的平面内发射位置和/或平面内发射角度的发射片光束。相关联部件可包括复用器和相位控制网络。可使用例如用于包括在输出耦合器阵列中的输出耦合器的交错布置来产生不同的平面内发射位置和/或平面内发射角度。在一些示例中，该***可包括用于在空间上分离来自光发射器的发射光的多个光学器件。附加地或另选地，该***可包括多个在空间上不同的检测区域。在又一个示例中，该***可包括发散光学器件以在来自光发射器的发射光中产生发散。
集成光子设备的概述
图1A示出了根据本公开的示例的示例性***的框图。图1B示出了根据本公开的示例的用于测量样本特性的示例性过程流。***100可包括接口180、光学单元190、光发射器107、检测器130和控制器140。接口180可包括设备的外表面(例如，在图3A中示出的***接口380)，该设备可容纳穿过其中的光传输。接口180可包括发射区域182、参考对象108(任选地)和检测区域156。在一些示例中，发射区域182可包括孔隙层，该孔隙层包括一个或多个特征部(例如，开口)，该特征部被配置为塑造离开***100的光的位置、角度和/或形状中的一者或多者。在一些示例中，检测区域156可包括孔隙层，该孔隙层被配置为限制进入***100的光的位置和/或角度。通过限制进入的光的位置和/或角度，可选择性地限制入射到或离开所测样本体积120的光。光学单元190可包括吸收器或阻光器192、光学器件191(例如，透镜)、光学器件194(例如，负微透镜)和集光光学器件116(例如，正微透镜)。在操作***100时，所测样本体积120可定位于接近、靠近或接触***100的至少一部分(例如，***接口)。光发射器107可耦接到控制器140。控制器140可发送信号(例如，电流或电压波形)以控制可发射光的光发射器107(过程151的步骤153)。光发射器107可包括多个波导(下文论述)。光发射器107可朝向发射区域182发射光(过程151的步骤155)。
发射区域182可被配置为允许光离开***100以入射到所测样本体积120上。根据于所测样本体积120的性质，光可穿透特定深度进入所测样本体积120，以到达一个或多个散射位点，并且可朝向***100返回(例如，反射和/或散射回)。返回光可在检测区域156处返回到***100中(过程151的步骤159)。返回到***100中的返回光可由集光光学器件116收集，该集光光学器件可对返回光进行引导、准直、聚焦和/或放大(过程151的步骤161)。可引导返回光朝向检测器130。检测器130可对返回光进行检测并且可向控制器140发送指示检测光的量的电信号(过程151的步骤163)。
附加地或另选地，光发射器107可任选地朝向参考对象108发射光(过程151的步骤165)。参考对象108可重新引导光朝向光学器件194(过程151的步骤167)。参考对象108可包括但不限于反射镜、滤光器和/或具有已知光学特性的样本。光学器件194可朝向检测器130对光进行引导、准直、聚焦和/或放大(过程151的步骤169)。检测器130可测量从参考对象108反射的光，并且可生成指示该反射光的电信号(过程151的步骤171)。
控制器140可被配置为从检测器130接收一个或多个电信号。在一些情况下，检测器130可接收至少两个电信号，其中一个电信号可指示从所测样本体积120反射/散射的光，而另一个电信号可指示从参考对象108反射的光。例如，不同的电信号可以，例如，是时间多路复用信号。在给定情况下，电信号的时间可基于光是被发送到所测样本体积还是参考对象。在其他情况下，两个或更多个电信号可由不同检测器像素同时接收，并且可包括不同光信息。控制器140(或另一个处理器)可从电信号确定样本的特性(过程151的步骤173)。
在一些示例中，当***正在测量样本和参考对象的特性时，从光发射器107发射的光可从样本的表面反射回到***100。从***接口(例如，***接触样本的接口)反射的光可称为接口反射光184。在一些示例中，接口反射光184可以是从光发射器107发射并从所测样本体积120或参考对象108返回的光，并且可归因于***100内的光散射。由于接口反射光184可能是不希望的，因此吸收器或阻光器192可防止光学器件194和集光光学器件116收集接口反射光184。这样，该***可防止检测器130测量接口反射光184。
发射光束
在一些应用中，对相对较小的样本体积的测量可能无法实现表示整个样本的分析。例如，使用在样本内发生漫散射的光进行异质样本的测量可导致测量和分析不准确。为了提高测量精度，可期望伸长的发射光束以测量更大的样本体积。
图2A示出了根据本公开的示例的具有多层光学器件的***的示例性部分的剖视图。在操作***时，所测样本体积220可定位于靠近***接口。所测样本体积220可包括一个或多个位置，诸如位置257。在一些示例中，样本内的位置可包括与散射事件相关联的散射位点。***200可被配置为重建所测样本体积220中的光学路径。例如，***200可被配置为将在检测区域处接收的光的角度和位置重建到另一个平面(例如，定位于更靠近检测器阵列230的平面)。可使用光学器件(例如，光学器件216)的一个或多个层来执行光学路径的重建。***200可包括光学器件的两个层，例如，如图所示。***200可包括支撑件214以支撑光学器件216。定位于光学器件216下方(即，与***接口的表面相对)的可以是检测器阵列230。定位于光学器件216之间的可以是空气、真空或具有与光学器件216的折射率形成对比的折射率的任何介质。虽然该图示出了包括双层光学器件的***，但是本公开的示例可包括但不限于任何数量(例如，一个、三个、四个等)的层的光学器件。又如，***可将特定检测器像素与不同光学路径长度相关联，以确定(例如，估计)所测样本体积220的光学特性(例如，吸光度)。
***200可包括光发射器207。光发射器207可被配置为发射光250。光发射器207可包括能够生成光的任何光源(包括一个或多个波导201)。在一些情况下，光源可以是单个光源。在其他情况下，光发射器207可包括多个离散光源。光源可包括但不限于，灯、激光器、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、电致发光(EL)源、量子点(QD)光发射器、超发光二极管、超连续源、基于光纤的源，或这些源中的一者或多者的组合。在一些示例中，光发射器207可能能够发射单个波长的光。在一些示例中，光发射器207可能能够发射多个波长的光。在一些示例中，光发射器207可以是能够生成短波红外(SWIR)特征的任何可调谐源。在一些示例中，包括在光发射器207中的波导201中的每个可输出不同波长范围的光(例如，光谱中的不同颜色)。在一些示例中，波导201可包括III-V材料，诸如磷化铟(InP)、锑化镓(GaSb)、锑化砷化镓(GaAsSb)、砷化铝(AlAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、砷化铝铟(AlInAs)、磷化铟镓(InGaP)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化砷化铟(InAsSb)、锑化磷化铟(InPSb)、锑化磷化砷化铟(InAsPSb)和磷化锑化砷化镓铟(GaInAsSbP)。
还可使用集成调谐元件204来控制来自波导201的光。集成调谐元件204可以是如图所示的光发射器207的一部分，或可以是与光发射器207(未示出)分离的部件。来自波导201的光可使用光学迹线(未示出)和复用器(未示出)进行组合。在一些示例中，集成调谐元件204、光学迹线和复用器可设置在基板242上或包括在单个光学平台，诸如集成硅光子芯片中。在一些示例中，***200可包括光学衰减器、相位调制器、分离器等中的一者或多者(下文论述)。
***200还可包括用于控制(例如，加热或冷却)光发射器207的温度的热管理单元202。光发射器207可包括一个或多个输出耦合器209。输出耦合器209可任选地被配置为对来自波导201朝向光学器件216的至少一部分的光进行聚焦、收集、准直和/或调整(例如，塑造)。在一些示例中，输出耦合器209可被配置为以限制离开光的角度的方式引导光束朝向光学器件216的单模式波导。在一些示例中，来自输出耦合器209的光250可以是发射片光束(下文论述)。光学器件216可接收光250，并且可朝向发射区域282以及朝向所测样本体积220中的一个或多个位置(例如，位置257)对光束进行准直和/或使其倾斜。在一些示例中，光学器件216可包括具有平坦或几乎平坦(例如，在10％以内)的底部表面(即，面向输出耦合器209的表面)和凸形的顶部表面(即，背离输出耦合器209的表面)的透镜。可从波导201发射、通过输出耦合器209准直、通过光学器件216发射，并穿过发射区域282离开***200的光可称为光252。
在一些情况下，与所测样本体积220相互作用的光可在离开所测样本体积220之前发生一个或多个散射事件。该***可增加具有目标光学路径长度和目标光学采样深度的所测信号的百分比并且/或者将包括在分析中的光线限制为发生了单个散射事件的光线。图2B至图2C示出了根据本公开的示例的发生了单个大角度散射事件的示例性光。例如，如图2B所示，光线252A可以是在散射位点258A处发生单个大角度散射事件的发射光，从而产生光线254A。光线252A和光线254A都不可能发生其他散射事件，因此该***可包括与包括在样本分析中的目标光学路径长度和目标光学采样深度相关联的信号(例如，通过基于发射光线252A和检测光线254A的角度来选择光线)。
在一些情况下，发射光、检测光或两者均可经历多个散射事件。例如，如图2C所示，发射光线252B可在到达散射位点258B之前在散射位点258C处发生多个小角度散射事件。小角度散射事件可相对于其轨线产生小(例如，小于30°)的光角度变化，其中光的方向可保持相同。在散射位点258B处，光线252B可发生单个大角度散射事件，从而产生检测光线254B。在一些示例中，散射位点258B可位于与散射位点258A不同的位置(例如，由于与小角度散射事件相关联的小角度变化)处。单个大角度散射事件可改变光的方向。附加地或另选地，检测光线254B可在到达检测区域256之前在散射位点258C处发生多个小角度散射事件。在一些示例中，小角度散射事件可导致检测光线254B在与检测光线254A不同的位置处进入检测区域256。
当光发生多个小角度散射事件时，虽然光学路径长度可稍微改变(例如，增加)，但是可对测量精度具有最小的影响。为了确保影响最小，该***可被配置为包括更多样本分析中的具有目标光学路径长度和目标光学采样深度的返回光(例如，以确定样本特性)。可基于返回光的光学路径长度是否在目标光路长度的阈值范围内来选择离开发射区域282(并且从***发射到样本)的发射光和进入检测区域256(离开样本)的光。在一些情况下，可选择性地允许发生了多个小角度散射事件的光穿过检测区域256到达检测器(例如，检测器130)，并且***可防止(或从分析中移除)发生了多个大角度散射事件的光到达该检测器。
在一些情况下，小角度散射事件与大角度散射事件的数量的比率可为10:1或20:1。在一些示例中，一个或多个标准可与一个或多个光束参数相关联，包括但不限于光进入***(以及离开样本)的面积范围(例如，***的检测区域所占面积)和角度范围。
图3A示出了根据本公开的示例的示例性***接口和所测样本体积的平面图。图3B示出了根据本公开的示例的使用***测量样本特性的示例性过程流。***接口380可包括发射区域382和检测区域356，其中这两个区域可被配置为使得一个维度相对于另一个维度伸长。例如，发射区域382可为矩形(即，条带几何结构)，其中y维度相对于x维度伸长。例如，发射区域382可具有大于其宽度多倍(例如，10、15、20、25等)的长度。
光发射器(例如，图2A中的光发射器207)可被配置为生成多个光线352(过程350的步骤358)。在一些示例中，光线352可共同形成发射片光束353(而不是线性光束)。发射片光束353可由单个光发射器或多个光发射器形成。在一些示例中，该***可被配置为(例如，通过包括球形或圆柱形透镜)使得光线352中的一些或所有可被取向为彼此平行或在传播范围内(例如，在±5°内)。光线352的分布可沿伸长的y方向。这样，光线352可在y方向上延伸，从而在位置357处的所测样本体积320内产生散射体素。散射体素可以是所测样本体积320内的体积，其中发射片光束353与检测片光束355相交。
发射片光束353可穿过发射区域382离开***(过程350的步骤360)。光在到达位置357之前可发生一个或多个小角度散射事件。包括在发射片光束353中的光(例如，光线352)可在所测样本体积320内的位置357处发生单个大角度散射事件(过程350的步骤362)。在一些示例中，由于光线352的传播，在位置357处的散射体素(例如，在y维度上)可比发射区域382长。例如，散射体素在y维度上可比发射区域382长0.5mm。该传播可归因于一个或多个散射事件引起的光线中一些的角度变化。包括在发射片光束353中的光线352中的一些可在位置357处反射以形成光线354。光线354可共同形成检测片光束355的至少一部分(而不是线性光束)(过程350的步骤364)。在一些情况下，包括在检测片光束355中的光线354可在到达检测区域356之前发生多个小角度散射事件。
检测区域356和/或***的一个或多个部件(例如，在图1A中示出的光学单元190)可约束或选择检测片光束355的平面中的光(过程350的步骤366)。检测片光束355可穿过检测区域356进入***。还可对检测区域356进行配置，使得一个维度相对于另一个维度伸长。伸长维度可以是y维度，其可以是与发射区域382相同的伸长维度。在一些示例中，发射区域382和检测区域356的尺寸和形状可相同。在一些示例中，检测区域356可比发射区域382更长(例如，在y维度上)，以收集更多可发生多个小角度散射事件的光(前文论述)。例如，检测区域356在y维度上可比发射区域382长1mm。检测器可接收检测片光束355，并且可生成指示检测片光束355的一个或多个信号(过程350的步骤368)。处理器可使用该信号来确定样本特性(过程350的步骤370)。
附加地或另选地，光学器件(例如，光学器件194)可被配置为约束或选择检测片光束355的平面中的散射角度。在一些情况下，包括在发射片光束353中的光线352的角度可在位置357处改变。角度变化可沿检测片光束355的平面(例如，相对于检测区域356的伸长部分)。光学器件可被配置为选择性地接纳(例如，允许光穿过到达检测器)角度阈值范围内的角度变化。即，包括在检测片光束355中的光可满足角度变化标准。选择性接纳可包括拒绝(例如，防止光到达检测器)在角度阈值范围之外的角度变化。在一些示例中，检测区域356和/或光学器件可包括一个或多个孔隙，所述一个或多个孔隙可附加地或另选地接纳在角度阈值范围内的角度变化。
图3C示出了根据本公开的示例的在沿检测片光束的平面的角度的阈值范围内接纳所收集光的示例性实例。光线352A可在可发生散射事件的位置357A处具有第一入射角度(例如，平行于发射片光束353的边缘)。散射事件可产生可具有第二角度作为返回角度的光线354A。在一些情况下，角度阈值范围可围绕第二角度居中，并且该***可允许光线354A穿过检测区域356。另选地，样本内的单个大角度散射事件、多个小角度散射事件或两者均可产生可具有第三角度作为反射角度的光线354B。如果第三角度在角度阈值范围内，则光学器件可允许光线354B穿过检测区域356。
一些光诸如光线354C可具有在角度阈值范围之外的角度。在一些情况下，检测区域356可拒绝光线354C。在一些示例中，光线354C可穿过检测区域356，并且光学器件可防止光线354C穿过检测器。角度阈值范围可确保用于样本特性的一个或多个分析中的光线的光学路径长度受控。
角度的阈值范围可基于一个或多个因素诸如目标光学路径长度。例如，虽然光线354B可具有比光线354A更长的光学路径长度，但是光线354A与光线354B的光学路径长度之间的差值可能对测量精度不具有显著影响。光线354C可具有不希望的影响(例如，光学路径长度可能太长、光可能已发生多个大角度散射事件等)，因此***可防止检测器测量光线354C(并且/或者防止控制器将此类信息包括在分析中)。光学器件的配置(用于拒绝具有在角度的阈值范围之外的角度的光)可包括但不限于多个圆柱形透镜和球形透镜，该球形透镜具有定位于球形透镜与检测器之间的孔隙。
***能够发射共同形成发射片光束353的光并且能够选择性地测量共同形成检测片光束355的光。如上所讨论的，发射片光束353和检测片光束355的平面中的光可具有距目标光学路径长度的阈值范围内的光学路径长度。为考虑例如异质样本的样本特性变化，***可计算指示来自检测片光束355的检测光的信号的平均值，其中条带几何结构可允许增加的空间平均。增加发射光、检测光或这两者可提高测量精度(例如，使得噪声可被平均消除)。在一些示例中，发射光的照明强度可以是均匀的。在一些示例中，可利用具有相同权重的光中的一些或全部来处理检测光。
图4A示出了根据本公开的示例的用于形成发射片光束的示例性光发射器配置的顶视图。图4E示出了根据本公开的示例的使用光发射器形成发射片光束的示例性过程流。光发射器407可包括一个或多个波导401，所述一个或多个波导可以是定位于基板442的平面(例如，在图5A中示出的平面513)中的单模式波导。波导401可在每个波导的相应终止点403处终止，该终止点可以是到自由传播区域的过渡点。向自由传播区域的过渡可引起由波导401输出的光以发散角度(例如，±1°、±2°、±3°、±5°等)衍射。例如，来自波导401的光可在终止点403处衍射以形成包括光452A和光452B的发散光束(过程450的步骤454)。可将层(未示出)(例如，包括氧化物材料的层)设置在基板442(例如，硅基板)上以指引来自基板442的平面中的波导401的光，因此发射光的衍射可限于平面内发散。
光可入射到反射器411上(过程450的步骤456)。反射器411可以是被配置为朝向输出耦合器409对发散光束进行引导(例如，将至少一些光转动90°)和准直的小平面(例如，抛物线小平面)(过程450的步骤458)。反射器411可以是蚀刻的和/或金属化的材料诸如反射镜。在一些情况下，反射器411可具有弯曲形状诸如抛物线形状，并且可基于全内反射(TIR)反射光。输出耦合器409可朝向光学器件(例如，在图2A中示出的光学器件216)、发射区域(例如，在图1中示出的发射区域182)和样本(例如，在图2A中示出的所测样本体积220)将光引导出平面(例如，垂直于基板442的平面、相对于基板442的平面成60°、相对于基板442的平面成45°等)(过程450的步骤460)。在一些示例中，输出耦合器409可包括一个或多个成角度的小平面。这样，准直光束可在第一平面(例如，在图5A中示出的平面513)中生成并且在第二平面中输出(例如，垂直于第一平面、相对于第一平面成60°、相对于第一平面成45°等)。在一些情况下，输出耦合器409可以预定角度将光引导出平面，该预定角度可基于***设计来选择(如下文所论述)。
波导401(和终止点)可定位在基板442的平面上的不同位置处(如图所示)，并且离开相同终止点的光可在不同位置处入射到反射器411上。即，虽然波导401可定位于与反射器411相同的平面上并且可沿相同平面输出光，但是光可入射在沿反射器411的不同位置处。例如，一个波导(例如，在图中示出的最左波导401)可定位成更靠近输出耦合器409并且可输出光，该光可在更靠近输出耦合器409的位置处入射在反射器411上。
可存在任何数量(例如，1、3、16等)的波导401和终止点。在一些示例中，入射在反射器411的不同位置处的光可反射到沿输出耦合器409的不同位置。例如，光452A和光452B可离开相同终止点403。光452A可在位置412A处入射在反射器411上，并且可被引导到输出耦合器409的位置415A。光452B可在位置412B处入射在反射器411上，并且可被引导到输出耦合器409的位置415B。在一些情况下，输出耦合器409处的不同位置可与沿样本的不同位置相关联(例如，输出耦合器409可将光引导到不同平面而不改变光的角度)。这样，来自相同波导的光可穿过发射区域(例如，在图3C中示出的发射区域382)，并且在不同位置处进入样本。在基板442的平面中发射的光可彼此交叉，如图所示，并且可以以多个角度离开发射区域。在一些示例中，虽然来自相同波导401的光可在相同位置处穿过发射区域，但可具有不同角度。这样，***可被配置为测量所测样本体积内的不同位置和/或具有不同角度的光的相同位置。
在一些示例中，反射器可被配置为将光转动小于90°，如图4B所示，由于例如其曲率和/或长度。将光转动小于90°可导致沿输出耦合器409(以及沿样本)的更宽的光传播。反射器的曲率和/或长度可基于输出耦合器409的尺寸、发射区域的伸长部分的维度等来配置。波导401可定位于例如邻近反射器411，并且可包括垂直于输出耦合器409取向的小平面。
在一些示例中，该***可包括多个反射器(例如，反射器411和反射器417)，如图4C所示。多个反射器可用于将光转动超过90°和/或可包括多次转动。在一些示例中，波导401的小平面可取向为平行于输出耦合器409。波导401可朝向反射器417引导光，这可使光转动以入射到反射器411上。在一些情况下，反射器417可以是平坦的反射镜，而反射器411可以是抛物线反射镜。当空间有限时，包括多个反射器和多次转动的配置可以是合适的。
图4D示出了示例性配置，其中波导可从基板442的多个侧面(例如，顶部和底部)为光布线。反射器411可包括多个部分，诸如部分411A和部分411B。可不同地布置这些部分。例如，部分411A可被布置成具有与部分411B不同的(例如，90°)轴线主体。部分411A可将来自基板442的一侧(例如，顶部)的光引导到输出耦合器409，并且部分411B可引导来自基板442的另一侧(例如，底部)的光。
可基于具有相同光学路径长度的光的交点来配置***。图5A示出了根据本公开的示例的被配置为使得光在样本内的目标位置处相交的示例性***的剖视图。输出耦合器509、平面513、光学器件516、所测样本体积520、***接口580和发射区域582可类似于来自其他附图的对应标记的元件。波导(未示出)可被配置为朝向输出耦合器509在多个位置处(例如，位置515A和位置515B)输出光。光可穿过光学器件516并且可在发射区域582处离开***接口580。光可在所测样本体积520内的多个位置(例如，位置557A、位置557B和位置557C)处相交。这些位置可具有深度521。如图所示，可具有不同入射角度的光可在某位置处交叉并且可朝向检测器从它们的相应位置(例如，在图1A中示出的检测器130)散射。
在一些示例中，所测样本体积520中的光束的平均宽度可小于在光学器件516处的光束的平均宽度。在光学器件516处的光束的平均宽度可小于在输出耦合器509和反射器(未示出)处的光束的平均宽度。在一些示例中，在检测器(未示出)处的光束的平均宽度可小于在光学器件516处的光束的平均宽度。这样，在较大的输出耦合器509的权衡下，可减小检测器尺寸(未示出)。该配置(其中光在样本内相交)可适用于具有中等尺寸的检测器、输出耦合器和发射区域的***。在一些示例中，输出耦合器509的宽度可大于光学器件516的宽度。
本公开的示例包括配置***，使得光在发生散射事件之后在交点处(例如，在检测器处)相交，如图5B所示。即，光可在检测器处的多个位置(例如，位置558A、位置558B和位置558C)处相交。光可在输出耦合器590、光学器件516、发射区域582和所测样本体积520处交叉。在一些示例中，光束的平均宽度可随着光束进一步远离反射器(未示出)而减小。例如，光束、光学器件516和/或输出耦合器509的平均宽度可大于在所测样本体积内的检测器处的平均宽度。这样，在较大的输出耦合器509的权衡下，可减小检测器尺寸(未示出)。该配置(其中光在检测器处相交)可适用于具有较小检测器和/或较大输出耦合器的***。
图5C示出了根据本公开的示例的光在光学器件处相交的另一个示例性配置。光可在包括位置515A、位置515B和位置515C的沿光学器件516的多个位置处相交。相交之后，光可发散，从而产生在输出耦合器509之后增加的(光束的)平均宽度。该平均宽度在输出耦合器509处可以是最小的，而在检测器处是最大的(未示出)。这样，在较小输出耦合器509、发射区域582、光学器件516和/或集成光子芯片的权衡下，检测器可更大。该配置(其中光在光学器件处相交)可适用于具有较大检测器和/或光学器件的***。虽然图5A至图5C示出了其中光在样本内、检测器处和光学器件处相交的配置，但是本公开的示例可包括光在任何其他位置诸如输出耦合器处相交。
在上述所公开的配置中，本公开的示例可包括光在交点处***，其中光可在波导之间均匀***。附加地或另选地，本公开的示例可包括波导(例如，波导401A)和反射器之间的间隔距离等于反射器的焦距。交点可定位于相对于反射器等于该焦距的距离处。交点和反射器之间的空间可包括反射器、输出耦合器、样本和/或检测器。例如，在图5A中，定位于深度521处的相交点可定位于距反射器等于反射器焦距的距离处。即，从反射器到输出耦合器、从输出耦合器到光学器件以及从光学器件到样本中的目标深度的间隔距离的总和可等于反射器的焦距。每个距离都可以归一化为相应材料的折射率。
又如，在相交点定位于检测器处的图5B中，检测器和反射器之间的间隔距离(例如，考虑输出耦合器处的平面的变化)可等于反射器的焦距。这样，在一个平面中从反射器到输出耦合器的距离以及从输出耦合器到另一个平面中的***接口(例如，发射区域)的距离、目标光学采样深度以及从***接口(例如，检测区域)到检测器的距离可等于反射器的焦距。在图5C中，从反射器到输出耦合器509以及从输出耦合器509到光学器件516的间隔距离可等于反射器的焦距。间隔距离的总和可以归一化为相应材料的折射率。
在一些情况下，光发射器可包括共同近似于不相干源的多个相干源。图6A至图6C示出了根据本公开的示例的包括一个或多个相干波导的不相干光发射器的示例性配置。如图6A所示，光发射器607A可包括输出耦合器609、波导601和反射器611，这些元件可类似于来自其他附图的对应标记的元件。波导601还可包括多个光学衰减器604和分离器606。
分离器606可任选地包括在光发射器中并且可被配置为***由光源605发射的光。在一些示例中，由光源发射的光可沿第一平面。在一些示例中，光发射器可包括多个离散光源(未示出)，并且可省略分离器606。可将分离器606的输出馈送到光学衰减器604中。光发射器607A可包括一个或多个波导终止点(在附图中未标记)，所述一个或多个波导终止点可以是到自由传播区域的过渡点。向自由传播区域的过渡可引起由波导601输出的光(例如，在光学衰减器604处)以发散角度(例如，±1°、±2°、±3°、±5°等)衍射。
可由反射器611朝向输出耦合器609引导离开光学衰减器604的光。代替从波导顺序地输出光(例如，通过使用开关和/或调制器)，光源607可输出光，而光学衰减器604可阻挡或允许光到达反射器611。另选地，光发射器607A可包括一个或多个相位调制器(未示出)以在光中的至少一个中引起相移(例如，180°)。
光发射器607A可发射多个光束，诸如光652A、光652B和光652C。该***可计算信号的平均值以减小或消除噪声模式。这样，光发射器607A可以是在一个维度(例如，在基板642的平面中)上相干并且在另一个维度(例如，在光652A、光652B和光652C的平面中)上不相干的源。虽然该图示出了从基板642的平面中的输出耦合器609发射的光652A、光652B和光652C，但是本公开的示例可包括在其他平面(例如，垂直于基板642的平面的平面)中发射的光束。下文将论述用于减小噪声的其他示例性配置。
在一些情况下，光发射器可包括用于在空间上组合多个波长的光的复用器。复用器可在集成光子芯片上引起光学损耗和/或消耗空间。图6B示出了根据本公开的示例的具有在空间上组合波长的光且不包括复用器的示例性光发射器。光发射器607B可包括多个波导601。波导601可包括彼此紧靠放置同时被布置成使得小平面相对于输出耦合器609成不同角度。例如，波导601A的小平面可取向为平行于输出耦合器609，而波导601B的小平面可相对于输出耦合器609的同一侧倾斜(例如，5°)。来自波导601中的至少两个的光可在不同方向上输出，其中差异可在光束中产生偏移，如光652A、光652B和光652C所示。在一些示例中，波导601可取向为使得光束以不同角度离开发射区域(例如，在图5A中示出的发射区域582)。在一些示例中，波导601可取向为使得光束在发射区域的不同位置处离开。本公开的示例可包括一个或多个反射器(未示出)以转动光(上文论述)。
在一些示例中，光发射器可包括波导的组，如图6C所示。光发射器607C可包括第一多个波导601A、第二多个波导601B和第三多个波导601C，其中多个波导可取向为使得组内的波导的小平面相对于其他波导组成不同角度。例如，第一多个波导601A可以以相对于反射器的主轴线的第一角度取向，而第二多个波导601B可以以第二角度取向，以及第三多个波导601C可以以第三角度取向。在一些示例中，包括在同一组中的至少两个(例如，全部)波导可输出不同波长的光。同一组中的不同波长的光可产生各自具有不同波长的多个光束(例如，光641、光643和光653)。在一些示例中，组内的波导可不同，而每个组可包括与其他组相同类型的波导。
在一些示例中，多个波导可取向为使得光束以不同角度离开发射区域(例如，在图5A中示出的发射区域582)。例如，光643可包括多个波长，其中波长中的至少两个可从不同波导输出。光652也可包括多个波长，其中波长中的至少两个可从不同波导输出。光652可以以第一角度离开发射区域，而光643可以第二角度离开发射区域。在一些示例中，多个波导601可取向为使得光束在发射区域682的不同位置处离开。
如前文所论述，光发射器可发射具有不同角度的光。在一些示例中，不同角度可以是多路复用角度。例如，光发射器可被配置为发射多个平面波。发射多个平面波可通过例如使用准直抛物线反射器来实现。
在一些示例中，光发射器可被配置为发射多个球形波，如图7A至图7C所示。图7A示出了根据本公开的示例的示例性光发射器配置，其中光可共同形成平坦的强度分布。光发射器可包括一个或多个波导组(例如，第一多个波导701A、第二多个波导701B、第三多个波导701C和第四多个波导701D)。每个波导组701可被配置为朝向输出耦合器709输出具有波前的光，例如，该输出耦合器可在不同平面中引导波前。例如，多个第一波导701A可形成光752A，并且多个第二波导701B可形成光752B。类似地，第三多个波导701C可输出光752C，并且第四多个波导可输出光752D。虽然在图中未示出，但是在组内的每个波导(例如，第一多个波导701A)可形成不同的波前，其中不同的波前可在输出位置上稍微偏移。
光752A、光752B、光752C和光752D可共同形成光752E。在一些示例中，相邻波导组之间的距离可使得光752E具有平坦的(例如，小于光752A、光752B、光752C和光752D的波前的曲率)波前。可调节该配置的一个或多个参数以实现光752E的某些特性。所述一个或多个参数可包括但不限于在组内的波导之间的间距(例如，可基于去相关距离的距离707)、波导组之间的间距(例如，距离708)、波导的数量、给定波导组的总宽度(例如，可以基于输出耦合器709的尺寸)、波导的宽度、自由传播区域的维度(例如，长度)、波导倾斜、波导小平面倾斜和波导转向。附加地或另选地，组内的每个波导可被配置为输出不同范围的波长。
图7B示出了根据本公开的示例的具有球形波前的示例性光发射器配置，该球形波前包括指向不同方向的多个部分。波导701A可被配置为输出光741。光741可包括多个部分诸如部分741A、部分741B、部分741C、部分741D和部分741E。来自波导701A的每个衍射光束的球形波前可使得每个部分被朝向不同方向引导。例如，可相对于部分741C以30°的发散角度引导部分741A。例如，发散角度可由波导设计(例如，宽度)和光学波长来确定。
可将多个波导和指向不同方向的球形波前的对应部分组合以形成能够以多个角度和沿多个位置发射光的光发射器，如图7C所示。例如，由波导701A输出的光的球形波前可包括被以第一角度引导并朝向第一位置的部分741B。由波导701C输出的光的球形波前可包括被以相同的第一角度引导，但是朝向不同于第一位置的第二位置的部分743B。又如，由波导701B输出的光的球形波前可包括被以第二角度引导并朝向第二位置的部分741E。由波导701C输出的光的球形波前可包括被引导向相同的第二位置，但是以不同于第二角度的第三角度的部分743D。在一些示例中，上文讨论的一个或多个光发射器配置可包括一个或多个反射器(未示出)。
噪声
在一些示例中，光学测量可包括噪声。噪声可采取多种形式，包括不相干和相干。不相干噪声可归因于当光透射穿过样本时可能发生的漫散射，并且其特性可与入射到检测器上的光的相位无关。在一些情况下，样本可不均匀，其中样本特性可在样本中的不同体积上变化。样本的不均匀性可通过漫散射的随机分布等而导致不相干噪声。不相干噪声还可根据波长而变化。相干噪声可归因于例如散斑，并且其特性可取决于入射到检测器上的光的相位以及源功率的光谱密度。在一些架构中，可存在不相干噪声和相干噪声两者，并且这两种噪声可具有不同的百分比。可期望能够减小不相干噪声和相干噪声两者的光学采样架构。
图8示出了根据本公开的示例的示例性***接口和样本的平面图。图8可类似于图2并且可示出包括在***中的额外部件诸如光发射器、光学器件、检测器等。***接口880可包括发射区域882和检测区域856，其中这两个区域可被配置为使得一个维度相对于另一个维度伸长。例如，发射区域882可为矩形(即，条带几何结构)，其中y维度相对于x维度伸长。例如，发射区域882可具有大于其宽度多倍(例如，10、15、20、25等)的长度。
光发射器807可被配置为生成光852，其中光学器件891可对光852进行引导、准直、聚焦和/或放大。光学器件891可包括例如准直光学器件和/或输出耦合器(下文论述)。在一些示例中，光852可共同形成发射片光束853(而不是线性光束)。发射片光束853可由单个光发射器或多个光发射器形成。在一些示例中，该***可被配置为(例如，通过包括球形或圆柱形透镜)使得光852中的一些或所有可被取向为彼此平行或在传播范围内(例如，在±5°内)。
发射片光束853可穿过发射区域882离开***。光852在发射区域882处沿x平面离开的角度和位置可分别称为平面内发射角度842和平面内发射位置843。光852在发射区域882处沿y平面离开的角度和位置可分别称为平面外发射角度和平面外发射位置(未示出)。
光在到达位置857之前可发生一个或多个小角度散射事件。包括在发射片光束853中的光(例如，光852)可在所测样本体积820内的位置857处发生单个大角度散射事件。光852的分布可沿伸长的y方向。这样，光852可在y方向上延伸，从而在位置857处的所测样本体积820内产生散射体素。散射体素可以是所测样本体积820内的体积，其中发射片光束853与检测片光束855相交。
在一些示例中，由于光852的传播，在位置857处的散射体素(例如，在y维度上)可比发射区域882长。例如，散射体素在y维度上可比发射区域882长0.5mm。该传播可归因于一个或多个散射事件引起的光中一些的角度变化。包括在发射片光束853中的光852中的一些可在位置857处反射以形成光854。光854可共同形成检测片光束855的至少一部分(而不是线性光束)。在一些情况下，包括在检测片光束855中的光854可在到达检测区域856之前发生多个小角度散射事件。
检测区域856和/或光学器件894可约束或选择检测片光束855的平面中的光。检测片光束855可穿过检测区域856进入***。可对检测区域856进行配置，使得一个维度相对于其他维度伸长。伸长维度可以是y维度，其可以是与发射区域882的伸长维度相同的伸长维度。在一些示例中，发射区域882和检测区域856的尺寸和形状可相同。在一些示例中，检测区域856可比发射区域882更长(例如，在y维度上)，以收集更多可发生多个小角度散射事件的光。检测器830可接收检测片光束855，并且可生成指示检测片光束855的一个或多个信号。
输出耦合器阵列几何结构
在一些情况下，光学测量可包括噪声。噪声可采取多种形式，包括不相干和相干。不相干噪声可归因于当光透射穿过样本时可能发生的漫散射，并且其特性可与入射到检测器上的光的相位无关。相关可以是由样本确定的特性，并且可以不是光束的固有特性。由样本确定的特性可包括但不限于去相关角度、去相关距离等。在一些情况下，样本可不均匀，其中样本特性可在样本中的不同体积上变化。样本的不均匀性可通过漫散射的随机分布等而导致不相干噪声。不相干噪声还可根据波长而变化。相干噪声可归因于例如散斑，并且其特性可取决于入射到检测器上的光的相位以及源功率的光谱密度。在一些架构中，可存在不相干噪声和相干噪声两者，并且这两种噪声可具有不同的百分比。
减小不相干噪声的一种方法可以是将多个可通过使用输出耦合器阵列产生的不相关光束加在一起。图9A示出了根据本公开的示例的包括输出耦合器阵列的示例性集成光子芯片的顶视图。芯片900可包括多个部件，这些部件包括但不限于复用器911、相位控制网络913和输出耦合器阵列914。复用器911可接收光并且可被配置为选择性地输出一个或多个光线。在一些示例中，复用器911可使用一个或多个光学迹线连接到光发射器和/或相位控制网络913。相位控制网络913(下文更详细地论述)可被配置为接收来自复用器911的一个或多个光线并且可被配置为控制一个或多个光线中的至少一些的相位。相位控制网络913可使用一个或多个波导910将光输出到输出耦合器阵列914。
输出耦合器阵列914可包括多个输出耦合器909。输出耦合器阵列914可包括高集光率输出耦合器阵列几何结构。高集光率可包括空间传播和角度传播两者。多个输出耦合器909可被配置为重新引导接收光，接收光可以是已穿过一个或多个波导910进行传播的光。在一些情况下，集成光子芯片可被布置成使得从一个或多个光发射器发射的光可通过一个平面(例如，x-y平面)中的一个或多个波导进行传播，并且可由多个输出耦合器909重新引导到另一个平面(例如，y-z平面)。
输出耦合器阵列914可产生具有多个不同发射位置的光束。用于产生不同的平面内发射位置的一种示例性布置可以是交错布置，诸如在图9A中示出。这种交错布置可包括沿x维度具有不同位置(即，发射位置)的两个相邻的输出耦合器909。例如，输出耦合器909A和输出耦合器909B可定位于沿x维度的不同位置。因此，输出耦合器909A可具有比耦接到输出耦合器909B的波导910B更长的波导910A。这种交错布置可包括多个交错输出耦合器909的组，其中组内的输出耦合器909相对于包括在同一组中的输出耦合器909是交错的，如图所示。本公开的示例可包括在x维度上具有相同位置，但是在y维度上具有不同位置的不同组的输出耦合器909。例如，输出耦合器909A可具有与输出耦合器909C相同的x维度，但是这两个输出耦合器可包括在不同组中。例如，该图示出了包括八个组的输出耦合器阵列914，每个组具有四个输出耦合器909。
图9B至图9C分别示出了根据本公开的示例的示例性输出耦合器和波导的顶视图和剖视图。波导910可被配置为在一个平面中传播由一个或多个光发射器发射的光941。光941可在终止点处离开波导910并且可入射到输出耦合器909的反射表面上。输出耦合器909可朝向例如***接口(例如，在图8中示出的***接口880)将光941重新引导到另一个平面。多个输出耦合器909中的一个或多个可具有区域915。区域915可以是芯片900的区，其中可不包括其他部件诸如其他输出耦合器909、波导910等。
一个或多个波导910可具有最小间距。重新参考图9A，例如，相邻波导的中心之间的间距可以是x间距915X。具有相同x位置(例如，相同列)的两个相邻波导的中心之间的间距可称为y间距915Y。在一些情况下，至少一个区域915可沿一个或两个维度(例如，x维度和y维度)具有等于波导910之间的最小所需间距的间隔距离。本公开的示例可包括发射位置的间隔距离大于样本内的位置相关的散射变化(例如，相干噪声或不相干噪声)源的相关长度。
在一些示例中，输出耦合器阵列可被布置成两侧阵列。图10示出了根据本公开的示例的包括两侧输出耦合器阵列的示例性集成光子芯片的顶视图。芯片1000可包括多个部件诸如复用器1011和相位控制网络1013。复用器1011和相位控制网络1013在功能和/或结构上可与如上相对于图9A描述的复用器911和相位控制网络913类似。
芯片1000还可包括输出耦合器阵列1014和一个或多个波导1010，该输出耦合器阵列可包括多个输出耦合器1009。一个或多个波导1010可包括一个或多个终止点1012。多个输出耦合器1009A、相关联波导1010A和相关联光1041A可定位于一侧(例如，左侧)上。多个输出耦合器1009B、相关联波导1010B和相关联光1041B可定位于另一侧(例如，右侧)上。给定侧的输出耦合器和波导可取向为使得来自一侧的光(例如，光1041A)在不同于来自另一侧的光(例如，光1041B)的方向上传播。可将对应部件进行类似地定位。例如，多个输出耦合器1009A可具有面向左侧的一个或多个反射表面，而多个输出耦合器1009B可具有面向右侧的一个或多个反射表面。
本公开的示例还可包括以交错布置的方式布置输出耦合器和波导，该交错布置具有特定的间距(例如，基于波导之间的最小间距)等。这样，通过将输出耦合器阵列布置在两侧几何结构中，可增加输出耦合器的密度和/或减小输出耦合器阵列的占有面积尺寸。虽然该图示出了两侧几何结构，但是本公开的示例可包括用于布置的任何数量的侧面诸如三侧或四侧。在一些示例中，输出耦合器可能够产生高集光率发射光束，同时控制路径长度分布。
发射区域
减小不相干噪声的另一种方法可以是产生具有多个不同的平面内发射角度的光束。在一些示例中，平面内发射角度可通过大于x维度中的相关角度的角度来分离(即，具有非零差值)。输出耦合器还可产生具有多个不同的平面外发射角度的光束，该平面外发射角度可例如通过大于y维度中的校正角度的角度来分离。
图11示出了根据本公开的示例的包括多个发射区域的示例性集成光子芯片的剖视图。设备1100可包括检测区域1156、光学器件1194、光学器件1191、光发射器1107和检测器1130，这些元件可类似于来自其他附图的对应标记的元件。设备1100还可包括多个发射区域1182。虽然该图示出了在空间上分离的两个发射区域1182，但是本公开的示例可包括单个连续发射区域。
光发射器1107可发射光1141。光1141可由分离器1144***成多个光束，诸如光1141A和光1141B。分离器1144可被配置为以任何比例(诸如光1141的一半至光1141A，以及另一半至光1141B)***光；示例可包括其他比例。在一些示例中，光1141A和光1141B可不相干。
多个光束1141可入射到光学器件1191上。光学器件1191可包括多个透镜或其他类型的光学器件。例如，光1141A可入射到光学器件1191A上，并且光1141B可入射到光学器件1191B上。如图所示，光1141A可询问与光1141B相同的所测样本体积1120的位置，其中光束可以是不相关的。在一些情况下，光1141A和光1141B可在位置1121B处相交。在一些示例中，位置1121A和位置1121C可以是散射位点。光束的一部分可返回到***接口1180。光1141A和光1141B还可具有其他散射位点，其中光(例如，光1141C、光1141D、光1141E)可返回到***接口1180以供检测器1130测量。
检测区域
该设备还可包括多个检测区域。图12示出了根据本公开的示例的包括多个检测区域的示例性集成光子芯片的剖视图。设备1200可包括发射区域1282、光学器件1294、光学器件1291、光发射器1207和检测器1230，这些元件可类似于来自其他附图的对应标记的元件。设备1200还可包括多个检测区域1256和多个光学器件1294A和1294B。虽然该图示出了在空间上分离的两个检测区域1282，但是本公开的示例可包括单个连续检测区域。
光发射器1207可发射朝向光学器件1291的光1241。在光学器件1291之后，光1241可在发射区域1282处离开设备1200。在一些情况下，光1241可询问所测样本体积1220的不同位置。例如，由光学器件1294A和检测器1230A接收的光可以是来自位置1221A的返回光，并且由光学器件1294B和检测器1230B接收的光可以是来自位置1221B的返回光。由于检测器1230A和检测器1230B在空间上可不同，因此相关联噪声可不相干且不相关。
光学器件
一个或多个光学器件的特性可被配置为使得它们增加集光率，如图13中的示例性集成光子设备的剖视图所示。设备1300可包括检测区域1356、光学器件1394、光发射器1307和检测器1330，这些元件可类似于来自其他附图的对应标记的元件。
设备1300还可包括光学器件1391A和光学器件1391B。光学器件1391A可包括与上文讨论的光学器件191、光学器件291、光学器件591和光学器件691类似的一个或多个功能和/或特性。光学器件1391B(即，发散光学器件)可被配置为改变光1341的角度以产生发散，从而增加集光率。例如，光学器件1391B可包括发散透镜、漫射器等。角度变化可允许光1341在位置1321A和位置1321B处询问所测样本体积1320的多个位置。来自位置1321A和位置1321B的返回光可行进通过***接口1380和光学器件1394到达检测器1330。在一些示例中，设备1300可被配置为使得光学器件1391B可沿x平面在***接口1380和/或所测样本体积1320的接口处扩展光1341的角度。设备1300还可被配置为使得光1341的角度可在光1341到达***接口1380之前沿y平面散屑。
相位控制网络
群延迟网络可用于使多个光发射器不相干。本公开的示例可包括交织群延迟网络和直接相位控制网络，下文将更详细地论述每个网络。在一些示例中，群延迟网络可被配置为使得频率带宽可与输出耦合器(例如，在图9A中示出的输出耦合器909)之间的长度延迟成负相关。
图14示出了根据本公开的示例的使用交织群延迟的示例性相位控制网络的框图。相位控制网络1413可包括输入1417，该输入可以是从复用器(例如，在图9A中示出的复用器911、在图10中示出的复用器1011等)接收的光信号。相位控制网络1413可包括多个分离器1444和多个群延迟，诸如群延迟1445A、群延迟1445B和群延迟1445C。多个分离器1444可与多个群延迟1445交织。虽然该图示出了多个群延迟，但是本公开的示例可包括相位控制网络，该相位控制网络包括多个相移器。
多个分离器1444可将输入***成多个(例如，两个)输出。在一些情况下，多个分离器1444可以是光学分离器。多个群延迟1445中的至少两个可引入不同群延迟。例如，群延迟1445A可引入4x群延迟，群延迟1445B可引入2x群延迟，并且群延迟1445C可引入1x群延迟。这样，相位控制网络1413可接收第一数量(例如，一个)的输入，以及可从输入产生第二数量(例如，八个)的输出，其中输出中的至少两个可具有不同群延迟。作为一个示例，如图所示，输出1418可各具有不同延迟。输出1418A可没有延迟变化，输出1418B可具有1x的延迟变化，输出1418C可具有2x的延迟变化，输出1418D可具有3x的延迟变化，输出1418E可具有4x的延迟变化，输出1418F可具有5x的延迟变化，输出1418G可具有6x的延迟变化，并且输出1418H可具有7x的延迟变化。多个输出1418可以是对多个波导(例如，在图9A中示出的波导910)的输入。然后输出耦合器阵列的多个输出耦合器(例如，在图9A中示出的输出耦合器909)可接收源自相同光发射器的具有不同群延迟的光。
图15示出了根据本公开的示例的示例性直接相位控制网络的框图。相位控制网络1513可包括输入1517，该输入可以是从复用器(例如，在图9A中示出的复用器911、在图10中示出的复用器1011等)接收的光信号。输入到复用器的光信号可从一个或多个可调谐光源输出。相位控制网络1513可包括多个分离器1544和多个群延迟1545。
多个分离器1544可将输入***成多个(例如，两个)输出。多个群延迟1545中的至少一个(例如，每个)可与输出1518具有一对一的对应。在一些示例中，多个群延迟1545中的至少两个(例如，每个)可引入不同群延迟。作为一个示例，多个相移器1545中的每个可引入与同一组输出1518内的另一群延迟1545不同的群延迟。这样，然后输出耦合器阵列的多个输出耦合器(例如，在图9A中示出的输出耦合器909)可接收源自相同光发射器的具有不同群延迟的光。
本公开的示例可包括具有多组输出，其中至少两个组可耦接到不同的相位控制网络。本公开的示例还可包括不具有定位于分离器的输出处的相移器的一个输出。
另选地，在一些示例中，相位控制网络可被配置为具有耦接到每个输出1518的有源相移器。
组合的输出耦合器阵列和相位控制网络
本公开的示例可包括将相位控制网络用于多个输出耦合器阵列。图16示出了根据本公开的示例的示例性集成光子芯片，该集成光子芯片包括用于多个输出耦合器阵列的来自相位控制网络的输出。芯片1600可包括复用器1611、相位控制网络1613和多个输出耦合器阵列1614，这些元件可类似于来自其他附图的对应标记的元件。
输出耦合器阵列1614A可与不同于输出耦合器阵列1614B的所测样本体积(例如，在图8中示出的所测样本体积820)和检测器(例如，在图8中示出的检测器830)的位置相关联。因此，来自不同输出耦合器阵列的信号可不相干且不相关。在一些示例中，由于信号不相干且不相关，因此相同相位控制网络1613可用于多个(例如，两个)输出耦合器阵列。芯片1600可包括多个分离器1644以允许来自相同相位控制网络1613的输出的共享。
在一些情况下，输出耦合器阵列可包括多个区，诸如当设备被配置为具有在y维度上具有较大伸长量的发射片光束时。来自多个区的光可在空间上聚集以产生发射片光束。图17示出了根据本公开的示例的包括来自相位控制网络的输出的示例性集成光子芯片，该相位控制网络用于包括多个区的输出耦合器阵列。芯片1700可包括复用器1711、相位控制网络1713和多个分离器1744，这些元件可类似于来自其他附图的对应标记的元件。
多个分离器1744B可将来自相位控制网络1713的相同输出***到相同输出耦合器阵列1714的不同区。输出耦合器阵列1714中的至少一个可包括多个区。例如，输出耦合器阵列1714可包括区1719A和区1719B。区1719A可与所测样本体积的第一位置相关联，诸如与图11中的光1141A和光学器件1191A相关联的位置。区1719B可与所测样本体积的第二位置相关联，诸如与图11中的光1141B和光学器件1191B相关联的位置。即，相同输出耦合器阵列可用于发送具有不同特性(例如，发射角度)的光。
在一些情况下，与给定输出耦合器阵列相关联的不同区可与检测器的不同区域(例如，像素)相关联。由检测器的不同区域接收的信号可不相干且不相关。本公开的示例还可包括使用一个或多个附加群延迟(未示出)以改变区内的群延迟。附加群延迟可用于减小相干噪声。
在一些示例中，可利用特定尺寸对区进行优化。该尺寸可与***的点扩散函数相关。点扩散函数可表示由衍射引发的光束的特性(例如，尺寸和形状)，其中可基于样本内的散射特性来确定特性。
集成光子设备的操作
将描述集成光子设备的操作。图18示出了根据本公开的示例的用于使用具有光学采样架构的集成光子设备测量样本特性的示例性过程流。一个或多个光发射器(例如，在图8中示出的光发射器807)可朝向一个或多个复用器生成光(过程1850的步骤1852)。一个或多个复用器(例如，在图9A中示出的复用器911)可接收来自一个或多个光发射器的光，并且可选择性地将一个或多个光线输出到相位控制网络(例如，在图9A中示出的相位控制网络913)(过程1850的步骤1854)。
相位控制网络可在光线(例如，在图9B至图9C中示出的光941)中引入一个或多个延迟(过程1850的步骤1856)。在一些示例中，延迟可包括固定群延迟，其中光发射器是可调谐光源。在其他示例中，光发射器可发射固定波长的光，并且可经由例如通过相位控制网络的输出的多个相位状态进行排序来主动地控制相位。
光线可穿过一个或多个波导(例如，在图9A中示出的波导910)传播到一个或多个输出耦合器阵列(例如，在图9A中示出的输出耦合器阵列914)(过程1850的步骤1858)。在一些示例中，一个或多个分离器(例如，在图16中示出的分离器1644)可将光线***和/或引导到不同的输出耦合器阵列和/或相同输出耦合器阵列内的区(例如，在图17中示出的区1719A)。包括在输出耦合器阵列中的输出耦合器可重新引导光(过程1850的步骤1860)。
光线可穿过一个或多个发射区域(例如，在图8中示出的发射区域882)离开设备(过程1850的步骤1862)。光线可在所测样本体积中发生一个或多个散射事件并且可返回到设备的一个或多个检测区域(例如，在图8中示出的检测区域856)(过程1850的步骤1864)。检测区域和/或一个或多个部件可朝向一个或多个检测器对光进行选择、引导和/或聚焦(过程1850的步骤1866)。检测器可接收光以及产生指示所接收光的特性的一个或多个信号(过程1850的步骤1868)。处理器可接收信号以及使用信号来确定样本特性(过程1850的步骤1870)。
例如可通过存储在存储器中并由处理器或控制器执行的固件来执行上文所述的功能中的一个或多个功能。该固件也可以存储和/或输送于任何非暂态计算机可读存储介质内，以供指令执行***、装置或设备诸如基于计算机的***、包括处理器的***或可以从指令执行***、装置或设备获取指令并执行指令的其他***使用或与其结合。在本文档的上下文中，“非暂态计算机可读存储介质”可以是可包含或存储程序以供指令执行***、装置和设备使用或与其结合的任何介质(不包括信号)。非暂态计算机可读存储介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体***、装置或设备，便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(磁性)、只读存储器(ROM)(磁性)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)(磁性)、便携式光盘(诸如，CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD-RW)、或闪存存储器(诸如，紧凑型闪存卡、安全数字卡)、USB存储器设备、记忆棒等。在本文的上下文中，“传输介质”可以是可传送、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备使用或与其结合的任何介质。传输可读介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁或红外有线或无线传播介质。
本文公开了一种***。该***可包括：至少一个光发射器，所述至少一个光发射器发射光；***接口，所述***接口包括：发射区域，由所述至少一个光发射器发射的所述光能够从所述发射区域离开所述***，其中所述发射区域包括第一维度和第二维度，所述发射区域的所述第二维度相对于所述发射区域的所述第一维度伸长，其中所述发射区域被配置为从由所述至少一个光发射器发射的所述光形成具有第二维度的第一光束，当所述第一光束离开所述***时，所述第二维度相对于所述第一光束的第一维度伸长，以及检测区域，所述光能够穿过所述检测区域进入所述***，其中所述检测区域包括第一维度和第二维度，所述检测区域的所述第二维度相对于所述检测区域的所述第一维度伸长，其中所述发射区域的所述第二维度沿所述检测区域的所述第二维度伸长的相同方向伸长，并且其中所述检测区域被配置为从进入所述***的所述光在所述***内形成第二光束，所述第二光束具有相对于所述第二光束的第一维度伸长的第二维度；检测器，所述检测器检测所述第二光束中的至少一部分并生成指示所述第二光束中的所述部分的一个或多个信号；以及逻辑部件，所述逻辑部件从所述一个或多个信号确定一个或多个样本特性。附加地或另选地，在一些示例中，所述发射区域的尺寸和形状与所述检测区域的尺寸和形状相同。附加地或另选地，在一些示例中，所述检测区域的所述第二维度比所述发射区域的所述第二维度长。附加地或另选地，在一些示例中，所述***还包括：光学器件选择性地允许所述第二光束中的所述部分穿过所述检测器，其中所述第二光束中的所述部分满足角度变化标准。附加地或另选地，在一些示例中，所述角度变化标准包括基于目标光学路径长度的角度阈值范围。附加地或另选地，在一些示例中，所述检测区域通过选择性地允许来自进入所述***的所述光的满足角度变化标准的光来形成所述第二光束。附加地或另选地，在一些示例中，所述至少一个光发射器包括一个或多个输出耦合器和反射器，所述一个或多个输出耦合器定位成与所述反射器相距第一间隔距离，其中所述一个或多个输出耦合器定位成与所述发射区域相距第二间隔距离，其中所述检测器定位成与检测区域相距第三间隔距离，并且其中目标光学路径长度、所述第一间隔距离、所述第二间隔距离和所述第三间隔距离的总和等于所述反射器的焦距。附加地或另选地，在一些示例中，所述***还包括：复用器，所述复用器：接收由所述至少一个光发射器发射的所述光，从由所述至少一个光发射器发射的所述光形成第三光束，以及输出所述第三光束；相位控制网络，所述相位控制网络：接收所述第三光束，并且控制所述第三光束的至少一部分的相位；以及输出耦合器阵列，所述输出耦合器阵列包括多个输出耦合器，所述输出耦合器阵列将所述第三光束重新引导到所述发射区域。附加地或另选地，在一些示例中，所述第三光束具有以下中的一者或多者：不同的平面内发射角度和平面内发射位置。
本文公开了一种光发射器。所述光发射器可包括：一个或多个光源，所述一个或多个光源沿第一平面发射光；一个或多个波导，所述一个或多个波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光；以及一个或多个输出耦合器，所述一个或多个输出耦合器将由所述一个或多个波导输出的光引导到第二平面，其中由所述一个或多个输出耦合器引导的所述光是相对于由所述一个或多个波导输出的所述光具有不同特性的第一光束，所述特性包括平面内发射角度、平面内发射位置或两者；其中所述第一光束具有相对于所述第一光束的第一维度伸长的第二维度。附加地或另选地，在一些示例中，所述光发射器还包括：一个或多个反射器，所述一个或多个反射器接收由一个或多个光源发射的所述光，以及沿所述第一平面将由所述一个或多个光源发射的所述光引导到一个或多个输出耦合器，其中所述一个或多个反射器包括第一位置和第二位置，其中所述一个或多个输出耦合器包括第一位置和第二位置；其中由所述一个或多个光源发射的所述光的第一部分入射到所述反射器的所述第一位置和所述一个或多个输出耦合器的所述第一位置处，并且其中由所述一个或多个光源发射的所述光的第二部分入射到所述反射器的所述第二位置和所述一个或多个输出耦合器的所述第二位置处。附加地或另选地，在一些示例中，所述一个或多个波导包括：第一波导，所述第一波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第一部分，以及第二波导，所述第二波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第二部分，其中所述一个或多个输出耦合器的所述第一位置和所述一个或多个输出耦合器的所述第二位置不同。附加地或另选地，在一些示例中，所述一个或多个波导包括：第一波导，所述第一波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第一部分，以及第二波导，所述第二波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第二部分，其中所述一个或多个输出耦合器的所述第一位置和所述一个或多个输出耦合器的所述第二位置相同，并且由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第一部分和由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第二部分具有不同的角度。附加地或另选地，在一些示例中，所述一个或多个波导中的至少一个与所述一个或多个反射器中的至少一个之间的间隔距离等于所述一个或多个反射器中的至少一个的焦距。附加地或另选地，在一些示例中，所述一个或多个波导包括：分离器，所述分离器接收由所述一个或多个波导输出的所述光并将所述光***成多个光线；多个光学衰减器，所述多个光学衰减器：接收所述多个光线，并阻止或允许所述多个光线中的至少一些。附加地或另选地，在一些示例中，所述一个或多个波导包括至少两个波导，所述至少两个波导定位成定位成使得所述至少两个波导的小平面相对于所述一个或多个输出耦合器具有不同角度。附加地或另选地，在一些示例中，所述一个或多个波导包括第一多个波导和第二多个波导，其中所述第一多个波导被定位成使得所述第一多个波导的小平面相对于所述一个或多个输出耦合器具有不同于所述第二多个波导的小平面的角度。
本文公开了一种用于使用***的方法。所述方法可包括：使用至少一个光发射器发射光；使用发射区域从由所述至少一个光发射器发射的所述光形成第一光束，其中所述发射区域包括第一维度和第二维度，所述发射区域的所述第二维度相对于所述发射区域的所述第一维度伸长；允许所述第一光束穿过所述发射区域离开所述***，其中当所述第一光束离开所述***时，所述第一光束具有相对于所述第一光束的第一维度伸长的第二维度；允许光穿过检测区域进入所述***，其中所述检测区域包括第一维度和第二维度，所述检测区域的所述第二维度相对于所述检测区域的所述第一维度伸长，其中所述发射区域的所述第二维度沿所述检测区域的所述第二维度伸长的相同方向伸长；使用所述检测区域从进入所述***的所述光形成第二光束，其中所述第二光束具有相对于所述第二光束的第一维度伸长的第二维度；通过检测器检测所述第二光束中的至少一部分；生成指示由所述检测器检测的所述第二光束中的所述部分的一个或多个信号；以及从所述一个或多个信号确定一个或多个样本特性。附加地或另选地，在一些示例中，形成所述第一光束包括选择性地控制由所述至少一个光发射器发射的所述光的一个或多个参数。附加地或另选地，在一些示例中，形成所述第二光束包括使用光学器件选择性地控制进入所述***的所述光的一个或多个参数。
虽然参照附图对公开的示例进行了全面的描述，但应注意，各种改变和修改对于本领域内的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，此类改变和修改被认为包括在由所附权利要求所限定的所公开的示例的范围内。

Claims (20)

1.一种***，包括：
至少一个光发射器，所述至少一个光发射器发射光；
***接口，所述***接口包括：
发射区域，由所述至少一个光发射器发射的所述光能够从所述发射区域离开所述***，其中所述发射区域包括第一维度和第二维度，所述发射区域的所述第二维度相对于所述发射区域的所述第一维度伸长，其中所述发射区域被配置为从由所述至少一个光发射器发射的所述光形成具有第二维度的第一光束，当所述第一光束离开所述***时，所述第二维度相对于所述第一光束的第一维度伸长，和
检测区域，所述光能够穿过所述检测区域进入所述***，其中所述检测区域包括第一维度和第二维度，所述检测区域的所述第二维度相对于所述检测区域的所述第一维度伸长，其中所述发射区域的所述第二维度沿所述检测区域的所述第二维度伸长的相同方向伸长，并且其中所述检测区域被配置为从进入所述***的所述光在所述***内形成第二光束，所述第二光束具有相对于所述第二光束的第一维度伸长的第二维度；
检测器，所述检测器检测所述第二光束中的至少一部分并生成指示所述第二光束中的所述部分的一个或多个信号；和
逻辑部件，所述逻辑部件从所述一个或多个信号确定一个或多个样本特性。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述发射区域的尺寸和形状与所述检测区域的尺寸和形状相同。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述检测区域的所述第二维度比所述发射区域的所述第二维度长。
4.根据权利要求1所述的***，还包括：
光学器件选择性地允许所述第二光束中的所述部分穿过所述检测器，其中所述第二光束中的所述部分满足角度变化标准。
5.根据权利要求4所述的***，其中所述角度变化标准包括基于目标光学路径长度的角度阈值范围。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述检测区域通过选择性地允许来自进入所述***的所述光的满足角度变化标准的光来形成所述第二光束。
7.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个光发射器包括一个或多个输出耦合器和反射器，所述一个或多个输出耦合器定位成与所述反射器相距第一间隔距离，
其中所述一个或多个输出耦合器定位成与所述发射区域相距第二间隔距离，
其中所述检测器定位成与所述检测区域相距第三间隔距离，并且
其中目标光学路径长度、所述第一间隔距离、所述第二间隔距离和所述第三间隔距离的总和等于所述反射器的焦距。
8.根据权利要求1所述的***，还包括：
复用器，所述复用器：
接收由所述至少一个光发射器发射的所述光，
从由所述至少一个光发射器发射的所述光形成第三光束，并且
输出所述第三光束；
相位控制网络，所述相位控制网络：
接收所述第三光束，并且
控制所述第三光束的至少一部分的相位；和
输出耦合器阵列，所述输出耦合器阵列包括多个输出耦合器，所述输出耦合器阵列将所述第三光束重新引导到所述发射区域。
9.根据权利要求8所述的***，其中所述第三光束具有以下中的一者或多者：
不同的平面内发射角度和平面内发射位置。
10.一种光发射器，包括：
一个或多个光源，所述一个或多个光源沿第一平面发射光；
一个或多个波导，所述一个或多个波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光；和
一个或多个输出耦合器，所述一个或多个输出耦合器将由所述一个或多个波导输出的所述光引导到第二平面，
其中由所述一个或多个输出耦合器引导的所述光是相对于由所述一个或多个波导输出的所述光具有不同特性的第一光束，所述特性包括平面内发射角度、平面内发射位置或两者；
其中所述第一光束具有相对于所述第一光束的第一维度伸长的第二维度。
11.根据权利要求10所述的光发射器，所述光发射器还包括：
一个或多个反射器，所述一个或多个反射器接收由所述一个或多个光源发射的所述光，并沿所述第一平面将由所述一个或多个光源发射的所述光引导到所述一个或多个输出耦合器，其中所述一个或多个反射器包括第一位置和第二位置，
其中所述一个或多个输出耦合器包括第一位置和第二位置；
其中由所述一个或多个光源发射的所述光的第一部分入射到所述反射器的所述第一位置和所述一个或多个输出耦合器的所述第一位置处，并且
其中由所述一个或多个光源发射的所述光的第二部分入射到所述反射器的所述第二位置和所述一个或多个输出耦合器的所述第二位置处。
12.根据权利要求11所述的光发射器，其中所述一个或多个波导包括：
第一波导，所述第一波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第一部分，和
第二波导，所述第二波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第二部分，
其中所述一个或多个输出耦合器的所述第一位置和所述一个或多个输出耦合器的所述第二位置不同。
13.根据权利要求11所述的光发射器，其中所述一个或多个波导包括：
第一波导，所述第一波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第一部分，和
第二波导，所述第二波导输出由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第二部分，
其中所述一个或多个输出耦合器的所述第一位置和所述一个或多个输出耦合器的所述第二位置相同，并且
由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第一部分和由所述一个或多个光源发射的所述光的所述第二部分具有不同的角度。
14.根据权利要求11所述的光发射器，其中所述一个或多个波导中的至少一个与所述一个或多个反射器中的至少一个之间的间隔距离等于所述一个或多个反射器中的所述至少一个的焦距。
15.根据权利要求10所述的光发射器，其中所述一个或多个波导包括：
分离器，所述分离器接收由所述一个或多个波导输出的所述光并将所述光***成多个光线；
多个光学衰减器，所述多个光学衰减器：
接收所述多个光线，并且
阻止或允许所述多个光线中的至少一些。
16.根据权利要求10所述的光发射器，其中所述一个或多个波导包括至少两个波导，所述至少两个波导定位成使得所述至少两个波导的小平面相对于所述一个或多个输出耦合器具有不同角度。
17.根据权利要求10所述的光发射器，其中所述一个或多个波导包括第一多个波导和第二多个波导，其中所述第一多个波导定位成使得所述第一多个波导的小平面相对于所述一个或多个输出耦合器具有不同于所述第二多个波导的小平面的角度。
18.一种用于使用***的方法，所述方法包括：
使用至少一个光发射器发射光；
使用发射区域从由所述至少一个光发射器发射的所述光形成第一光束，
其中所述发射区域包括第一维度和第二维度，所述发射区域的所述第二维度相对于所述发射区域的所述第一维度伸长；
允许所述第一光束穿过所述发射区域离开所述***，其中当所述第一光束离开所述***时，所述第一光束具有相对于所述第一光束的第一维度伸长的第二维度；
允许光穿过检测区域进入所述***，其中所述检测区域包括第一维度和第二维度，所述检测区域的所述第二维度相对于所述检测区域的所述第一维度伸长，
其中所述发射区域的所述第二维度沿所述检测区域的所述第二维度伸长的相同方向伸长；
使用所述检测区域从进入所述***的所述光形成第二光束，其中所述第二光束具有相对于所述第二光束的第一维度伸长的第二维度；
通过检测器检测所述第二光束中的至少一部分；
生成指示由所述检测器检测的所述第二光束中的所述部分的一个或多个信号；并且
从所述一个或多个信号确定一个或多个样本特性。
19.根据权利要求18所述的方法，其中形成所述第一光束包括选择性地控制由所述至少一个光发射器发射的所述光的一个或多个参数。
20.根据权利要求18所述的方法，其中形成所述第二光束包括使用光学器件选择性地控制进入所述***的所述光的一个或多个参数。
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