具有多个发射位点的光学测量系统的制作方法

1.所述实施方案整体涉及光学测量系统。更具体地，所述实施方案描述了可选择性地将光输出到不同组的发射位点的光学测量系统。


背景技术：

2.光学测量系统可用于识别系统周围环境中对象或物质的存在、类型和/或一个或多个特性。在一些情况下，光学测量系统可通过发射多个波长的光并测量返回到系统的光来执行光谱测量。在每个波长处返回的光的相对量可提供关于被测量的一种或多种材料的性质的信息。随着由光学测量系统测量的波长的数量和独特测量位置的数量各自增加，这些光学系统可能需要越来越复杂的架构，这可能进一步增加执行测量所需的功耗和/或测量时间。因此，可能需要一种紧凑、省时和省电的光学测量系统。


技术实现要素：

3.本文描述了确定样品的一种或多种性质的光学测量系统和方法。在这些实施方案中的一些实施方案中，光学测量系统包括能够生成多个波长中的任何波长的光的光源单元、光学连接到光源单元并且包括多个输出端的多级光开关网络，以及多个发射组，每个发射组光学连接到该多个输出端中的对应输出端。该光学测量系统还包括多个检测器组，以及被配置为使用该光源单元、该多级光开关网络、该多个发射组和该多个检测器组执行测量序列的控制器。该测量序列包括：将该多个波长划分为多个组，其中该多个组中的每个组与不同的对应输出配置相关联；以及在该对应输出配置处针对该多个波长中的每个波长执行一组测量。
4.在一些情况下，该多个组包括与第一输出配置相关联的第一组和与第二输出配置相关联的第二组。针对该多个波长中的每个波长执行该组测量包括针对第一组的第一波长执行第一组测量。第一组测量中的每个测量包括：使用光源单元生成第一波长的光；从选自该多个发射组并且具有对应于第一输出配置的第一数量的发射组的发射组对应集合发射所生成的光；以及使用选自该多个检测器组并且具有第一数量的检测器组的检测器组对应集合测量在所生成的光的发射期间接收的返回光。
5.该组测量中的测量还包括对第二组的第二波长执行第二组测量。第二组测量中的每个测量包括：使用光源单元生成第二波长的光；从选自该多个发射组并且具有对应于第二输出配置的第二数量的发射组的发射组对应集合发射所生成的光；以及使用选自该多个检测器组并且具有第二数量的检测器组的检测器组对应集合测量在所生成的光的发射期间接收的返回光。
6.在一些情况下，第一组测量包括具有不同的发射组对应集合和不同的检测器组对应集合的多个测量。附加地或另选地，第一组测量中的每个测量包括将多级光开关网络配置为将第一波长的光路由到发射组对应集合。在一些情况下，这些测量中的每个测量还包括使用检测器组对应集合测量在发射所生成的光之前接收到的背景光，使得在第一组测量
中的每个测量中配置多级光开关网络与测量背景光至少部分地同时执行。
7.在这些实施方案中的其他实施方案中，光学测量系统包括能够生成多个波长中的任何波长的光的光源单元、光学连接到光源单元的多级光开关网络，以及多个发射组。该多级光开关网络包括多个输出端，每个输出端光学连接到该多个发射组中的对应发射组。另外，该多级光开关网络能够被控制为选择性地将由光源单元生成的光路由到不同输出配置的多个发射组。在一些情况下，该多级光开关网络包括多个输入端。
8.在一些变型中，该光学测量系统还包括光子集成电路，其中该光子集成电路包括光源单元、多级光学网络和多个发射组。在这些变型中的一些变型中，每个发射组包括被配置为从光子集成电路发射光的对应输出耦合器。附加地或另选地，该光学测量系统还包括多个检测器组和中介层，其中该光子集成电路和该多个检测器组安装在该中介层上。
9.附加地或另选地，光学测量系统可包括第一波长锁定单元。在这些变型中的一些变型中，该多级光开关网络包括第一级和第二级，第一级包括第一可控开关。第一可控开关包括第一分接头，并且第一波长锁定单元经由第一分接头光学连接到多级光开关网络。在这些变型中的一些变型中，第一级还包括具有第二分接头的第二可控开关，并且第二波长锁定单元经由第二分接头光学连接到多级光开关网络。
10.在其他实施方案中，表征样品的方法包括选择多个波长并执行测量序列以生成多组输出信号。测量序列包括将该多个波长分成多个组，其中该多个组中的每个组与不同的对应输出配置相关联。测量序列还包括在对应的输出配置下针对该多个波长中的每个波长执行对样品的一组测量，并且针对每组测量生成该多个输出信号中的对应组输出信号。该方法还包括使用该多组输出信号来确定样品的一种或多种性质。
11.在这些方法中的一些方法中，该多个组包括与第一输出配置相关联的第一组和与第二输出配置相关联的第二组。针对该多个波长中的每个波长执行样品的该组测量包括针对第一组的第一波长执行样品的第一组测量。第一组测量中的每个测量包括生成第一波长的光，并且从选自多个发射组并且具有对应于第一输出配置的第一数量的发射组的发射组对应集合发射所生成的光。每个测量还包括使用选自多个检测器组并且具有第一数量的检测器组的检测器组对应集合来测量在所生成的光的发射期间接收到的返回光。
12.针对该多个波长中的每个波长执行样品的该组测量还包括针对第二组的第二波长执行样品的第二组测量。第二组测量中的每个测量包括生成第二波长的光，并且从选自多个发射组并且具有对应于第二输出配置的第二数量的发射组的发射组对应集合发射所生成的光。每个测量还包括使用选自该多个检测器组并且具有第二数量的检测器组的检测器组对应集合来测量在所生成的光的发射期间接收到的返回光。
13.在这些方法中的一些方法中，第一组测量包括具有不同的发射组对应集合和不同的检测器组对应集合的多个测量。附加地或另选地，第一组测量中的每个测量还包括将多级光开关网络配置为将以第一波长生成的光路由到发射组对应集合。在这些方法中的一些方法中，第一组测量中的每个测量还包括使用检测器组对应集合测量在发射所生成的光之前接收到的背景光。在这些情况下，在第一组测量中的每个测量中配置多级光开关网络与测量背景光至少部分地同时执行。
14.在这些方法的其他变型中，测量序列被分成多个子序列。在一些示例中，每个子序列具有该多个波长中的对应组波长以及选自多个发射组的发射组对应集合。每个子序列包
括对对应组波长中的每个波长的样品测量，在此期间，该波长的光从发射组对应集合发射。
15.除了所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
16.通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的附图标号指代类似的结构元件，并且其中：
17.图1a示出了并入如本文所述的光学测量系统的设备的横截面侧视图。图1b示出了图1a的设备的顶视图。
18.图2示出了如本文所述的光学测量系统的变型的示意图。
19.图3a至图3d描绘了可与本文所述的多级光开关网络一起使用的可控开关的变型的示意图。
20.图4示出了具有多级光开关网络的光学测量系统的变型的示意图，该多级光开关网络具有一个输入端和四个输出端。
21.图5示出了具有多级光开关网络的光学测量系统的变型的示意图，该多级光开关网络具有两个输入端和四个输出端。
22.图6示出了具有多级光开关网络的光学测量系统的变型的示意图，该多级光开关网络具有四个输入端和四个输出端。
23.图7描绘了执行测量序列的方法。
24.图8描绘了测量序列的框图，该测量序列包括对应于不同组发射组的多个子序列。
25.图9描绘了包括多个单独测量的测量序列的时序图。
26.应当理解，各种特征部和元件(以及其集合和子集)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，以仅用于促进对本文所述的各种实施方案的理解，并且因此可不必要地被呈现或示出以进行缩放并且并非旨在指示对例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。
27.方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“前部”、“后部”、“上方”、“下方”、“以上”、“以下”、“左侧”、“右侧”、“竖直”、“水平”等参考下面描述的一些图中的一些部件的取向来使用，并且不旨在进行限制。因为各种实施方案中的部件可以多个不同的取向定位，所以方向性术语仅用于说明的目的并且不以任何方式进行限制。方向性术语旨在被广义地解释，因此不应被解释为排除以不同方式取向的部件。另外，如本文所用，在用术语“和”或“或”分开项目中任何项目的一系列项目之后的短语“中的至少一者”是将列表作为整体进行修饰，而不是修饰列表中的每个成员。短语“中的至少一者”不要求选择所列出的每个项目中的至少一个；相反，该短语允许包括项目中任何项目中的最少一者和/或项目的任何组合中的最少一者和/或项目中每个项目中的最少一者的含义。举例来说，短语“a、b和c中的至少一者”或“a、b或c中的至少一者”各自是指仅a、仅b或仅c；a、b和c的任意组合；和/或a、b和c中的每一者中的一者或多者。类似地，应当理解，针对本文提供的结合列表或分离列表而呈现的元素的顺序不应被解释为将本公开仅限于所提供的顺序。
具体实施方式
28.相关申请的交叉引用
29.本技术是2022年3月25日提交的美国临时专利申请第63/323,721号的非临时性申请，并且根据35u.s.c.
§
119(e)要求该美国临时专利申请的权益，其内容如同在本文中完全公开一样以引用方式并入本文。
30.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。
31.以下公开涉及具有多个发射位点的光学测量系统的实施方案，以及使用这些光学测量系统执行测量的方法。光学测量系统能够同时将光路由到可调节数量的发射组(每个发射组与一个或多个发射位点相关联)，从而允许光学系统执行多个测量，每个测量使用不同数量的发射组。换句话说，第一组测量包括同时从第一数量的发射组发射光，第二组测量包括同时从第二数量(不同于第一数量)的发射组发射光。
32.光学测量系统可使用多个波长执行测量序列，其中针对该多个波长中的每个波长执行一组单独测量(例如，至少一个测量)。在这些情况下，该多个波长被分成多个组，每个组与不同数量的发射组相关联(即，由光学测量系统生成的光在发射组之间被分割)。因此，对于给定波长的该组单独测量将使用基于波长被分配到的组而设置的一定数量的同时发射组来执行。
33.当使用多个不同波长执行光谱测量时，信号质量可能存在波长依赖性变化。取决于光学测量系统正在测量的内容(例如，在光学测量系统周围环境中正在测量的样品的类型或特性)，不同波长下单独测量的信噪比(“snr”)可能受到不同噪声源的限制。例如，在一些波长处进行的样品测量将受到基本噪声的限制。在这些情况下，可通过针对这些波长增加引入到样品中的光量来增加snr。另一方面，在其他波长处进行的测量可能受到相干噪声的限制。在这些情况下，通过增加在这些波长处引入到样品中的光量将不会改善snr。本文所述的光学测量系统可考虑在测量样品时预期的不同噪声源，并且可相应地为不同波长选择不同测量类型(如将在下文更详细地讨论的)。
34.本文所述的光学测量系统通常包括光源单元、多级光开关网络、多个发射组和多个检测器组。光源单元具有一个或多个输出端，并且能够生成多个不同波长(包括针对光源单元的每个输出的对应组波长)中的任何波长的光。换句话说，在任何给定时间点都可控制光源单元生成选自该多个不同波长中的波长的光(即，不需要同时生成多个不同波长)。
35.光源单元光学连接到(即，能够将光传输到)多级光开关网络，从而允许多级光开关网络接收来自光源单元的光(例如，经由光源单元的该一个或多个输出端)。多级光开关网络包括多个输出端，每个输出端光学连接到该多个发射组中的对应发射组(但是应当理解，多级光开关网络可包括未光学连接到对应发射组的一个或多个附加输出端)。多级光开关网络能够被控制为选择性地将光路由到其输出端中的一些或全部(并因此路由到该多个发射组中的一些或全部)，这可促进如本文中所述的不同测量类型。每个发射组与对应组发射位点相关联，其中每个发射位点对应于光从光学测量系统向外发射(例如，朝向样品)的空间位置。总体上，光学测量系统能够选择性地将光发射到样品处的不同位置，并且可进一步选择同时接收光的不同发射位置的数量。
36.该多个检测器组测量由光学测量系统接收到的光(例如，已经从光学测量系统朝向样品发射并且返回到光学测量系统的光)。可分析由该多个检测器组测量的光以确定光学测量系统周围环境的一种或多种性质(例如，由光学测量系统测量的对象的存在、类型和/或一个或多个特性)，其在本文中统称为“样品”。可在发射组发射光的同时由检测器组测量光(用于确定所发射的光如何与样品相互作用)，并且可任选地在发射组不主动发射光的同时测量光(用于测量可帮助背景校正操作的背景光)。
37.对于给定测量序列中的每个测量，光学测量系统控制(例如，经由控制器)光源单元以生成对应波长的光。光学测量系统还控制多级光开关网络以将该波长的光路由到预先确定数量的发射组。所生成的光从该组发射组发射(并且因此可离开光学测量系统)，其一部分返回到光学测量系统(例如，通过与光学测量系统外部的样品相互作用)。当光学测量系统发射所生成的光时，检测器组对应集合测量接收到的返回光。
38.本文所述的光学测量系统的实施方案可并入具有壳体的设备中。在一些情况下，可佩戴的设备能够单独操作以使用光学测量系统进行测量，或者可为能够执行附加功能(本文未详细讨论)的多功能设备。例如，在一些情况下，光学测量系统可并入到智能电话、平板计算设备、膝上型或台式计算机、智能手表或其他电子设备(为了便于讨论，在本文中统称为“电子设备”)中。
39.该设备可包括显示器(其可为触摸屏显示器)，该显示器提供了可透过设备的外表面或在设备的外表面处查看的图形输出。当显示器被配置为触摸屏时，显示器可能够在外表面处接收触摸输入。该设备可包括位于显示器上方的覆盖片(例如，覆盖玻璃)，该覆盖片形成外表面的至少一部分。该显示器能够提供图形输出，并且当被配置为触摸屏时，能够通过覆盖片接收触摸输入。在一些实施方案中，该显示器包括定位在显示部分上方、下方或与显示部分集成的一个或多个传感器(例如，电容式触摸传感器、超声波传感器或其他触摸传感器)。在各种实施方案中，该显示器的图形输出对提供给电子设备的输入进行响应。便携式电子设备可包括计算设备典型的附加部件，包括处理单元、存储器、输入设备、输出设备、附加传感器等。
40.参考图1a至图9来讨论这些实施方案和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。
41.图1a和图1b示出了容纳如本文所述的光学测量系统102的设备100的示例。如图所示，设备100包括具有顶部外表面106的壳体104。该外表面106限定用于光学测量系统102的采样接口107，由光学测量系统102发射的光可通过该采样接口离开设备100并重新进入设备100以返回到光学测量系统102。采样接口107包括至少一个窗口，这些窗口限定一个或多个发射区域108(由光学测量系统102发射的光可通过这些发射区域离开设备100)和一个或多个收集区域110(进入设备100的光可通过该收集区域到达光学测量系统102的预先确定的部分，诸如检测器)。
42.在图1a和图1b所示的变型中，设备包括多个发射区域108和多个收集区域110。虽然图1a和图1b描绘了相等数量的发射区域108和收集区域110，但是在其他情况下，采样接口107具有不相等数量的发射区域108和收集区域110。每个发射区域108和收集区域110在光学测量系统102用于执行本文所讨论的测量的每个波长(统称为“测量波长”)处是透明
的。每个发射区域108和收集区域110可由对应窗口(在测量波长处是透明的)限定，这些窗口由壳体的一个或多个不透明部分(即，吸收或以其他方式阻挡测量波长处的光传输)彼此分开。在其他变型中，发射区域108和/或收集区域110中的一些或全部被限定在公共窗口中(例如，使用在测量波长处不透明的掩模)。附加地或另选地，设备102可包括屏障、挡板或可至少部分地限定发射区域108和收集区域110中的一些或全部的其他光阻挡结构(未示出)。这些光阻挡结构阻挡杂散光，并且充当引导件以限制光可在光学测量系统102与采样接口107之间采用的路径。
43.如图1a和图1b所示，光学测量系统102包括光子集成电路112。光子集成电路112包括至少多级光开关网络(未示出)和多个发射组(未示出)，并且能够经由多个发射组从光子集成电路112上的多个空间位置选择性地发射光。从光子集成电路112发射的光可通过采样接口107(例如，经由发射区域108)离开设备100。在一些变型中，光学测量系统102任选地包括定位在光子集成电路112与采样接口107之间的一个或多个光修改部件(示意性地示出为框114)，该光修改部件在光到达采样接口107之前改变光发射光子集成电路112。例如，光修改部件114可包括一个或多个透镜(其改变光的发散和/或方向)、一个或多个漫射器、反射镜等。附加地或另选地，采样接口本身可充当光修改部件(例如，其可具有能够改变穿过其的光的发散和/或方向的集成透镜等)。每个发射组与采样接口107和任何中间部件(诸如光修改部件114)相互作用，以控制光从设备100出射的位置，并且因此限定光学测量系统102的发射位点。
44.光学测量系统还包括多个检测器组116，每个检测器组包括对应组检测器。检测器组116各自定位在设备100内以接收已经通过样品界面(例如，经由对应收集区域110)进入设备100的光。在一些变型中，光学测量系统102包括定位在采样接口107与至少一个检测器组116之间的一个或多个光修改部件(示意性地示出为框118)，该光修改部件在进入设备100的光到达对应的检测器组(或多个组)之前改变该光。光修改部件118可包括一个或多个透镜(其改变光的发散和/或方向)、一个或多个漫射器、反射镜等。附加地或另选地，采样接口107可充当光修改部件。
45.在一些情况下，光子集成电路112和多个检测器组116安装到公共部件。例如，在图1a和图1b所示的变型中，光学测量系统102包括中介层120。在这些情况下，光子集成电路112和多个检测器116全部安装在中介层120上，该中介层继而可充当用于这些部件的电接口(例如，将信号路由到这些部件和/或从这些部件路由信号)。在一些情况下，中介层还充当散热器。在其他变型中，光子集成电路112被安装到与多个检测器组116中的一些或全部分离的部件。在其他变型中，多个检测器组116中的一些或全部直接安装在(或以其他方式集成到)光子集成电路112的一部分上。
46.图1a和图1b中所示的设备100可利用本文所述的任何光学测量系统(诸如下文相对于图2至图6所述的那些光学测量系统)并执行本文所述的任何测量序列(诸如下文相对于图7至图9所述的那些测量序列)。例如，图2示出了如本文所述的光学测量系统200的示意图。光学测量系统200包括光源单元202、多级光开关网络204、多个发射组206和多个检测器组208。光学测量系统200能够生成光并且选择性地将光路由到多个发射组206中的一些或全部。光可经由多个发射组206离开光学测量系统200，并且可使用检测器组208中的一些或全部来测量返回到光学测量系统200的光。
47.具体地，光源单元202包括一组光源(未示出)，其中每个光源可选择性地工作以发射对应组波长的光。每个光源可为能够生成一个或多个特定波长的光的任何部件，诸如发光二极管或激光器。激光器可包括半导体激光器，诸如激光二极管(例如，分布式布拉格反射器激光器、分布式反馈激光器、外腔激光器)、量子级联激光器等。给定光源可为单频(固定波长)或者可为可调谐的以选择性地生成多个波长中的一个波长(即，光源可被控制以在不同时间输出不同波长)。该组光源可包括光源的任何合适的组合，并且可共同地工作以生成多个不同波长中的任何波长的光。
48.光源单元202包括一个或多个输出端210，该一个或多个输出端光学连接到多级光开关网络204以将光路由到那里。这些一个或多个输出端210共同允许光源单元202将多个不同波长中的任何波长路由到多级光开关网络204。虽然在图2中示出了单个输出端210，但是应当理解，在一些变型中，光源单元202包括多个输出端。每个输出端210可将对应组波长路由到多级光开关网络204，这些波长共同构成能够路由到多级光开关网络204的多个不同波长。在一些情况下，光源单元202包括比输出端210更多的光源，在这种情况下，光源单元202包括一个或多个多路复用器(未示出)以允许多个光源将光贡献给单个输出端210。这允许光源单元202包括若干光源(并因此能够生成若干不同的波长)，同时具有相对少量的输出端210。
49.应当理解，光源单元202还可包括一个或多个附加输出端(即，不将光路由到多级光开关网络204)，其替代地将光路由到光学测量系统200的其他部分。例如，这些附加输出端中的一个或多个输出端可将光路由到波长锁定单元(诸如下文更详细地讨论的)。在一些情况下，光源单元202能够生成比在光学测量系统200的工作期间被路由到多级光开关网络204的波长更多的波长(即，光源单元202能够生成多个波长中的任何波长，但是光学测量系统200仅使用该多个波长中的子集作为用于使用多级光开关网络204执行测量的测量波长)。这可支持光学测量系统200的除了在本技术中描述的功能之外的附加功能。下文相对于图4至图6更详细地讨论适用于本文所述的光学测量系统的光源单元的示例。
50.多级光开关网络204具有至少一个输入端(在一些情况下包括多个输入端)和多个输出端210。多级光开关网络204经由该一个或多个输入端接收来自光源单元202的光，其中每个输入端光学连接到光源单元202的对应输出端210。多级光开关网络204的输入端在图2中未被单独标记，并且应当理解，光学测量系统200可任选地包括在光源单元202的输出端210与多级光开关网络204的对应输入端之间的附加部件(未示出)。这些附加部件在例如期望在由光源单元202生成的光到达多级光开关网络204之前修改该光的情况下可为有用的。多个输出端202中的每一者光学连接到多个发射组206中的对应发射组，从而允许多级光开关网络204选择性地将光路由到多个发射组206中的一些或全部。
51.具体地，多级光开关网络204能够被控制为获取在其输入端中的一者处接收到的预先确定波长的光，并且同时将该光引导到其输出端212中的一者或多者。在一些情况下，多级光开关网络204被控制以将光引导到单个输出端212。在其他情况下，多级光开关网络204被控制以在多个输出端212之间分割光，使得光被同时引导到多个输出端。出于本技术的目的，光学测量系统的“输出配置”(本文中也称为“输出分辨率”)是指同时接收光的独特发射组的数量。光学测量系统能够以不同的输出配置发射光，每个输出配置对应于同时接收光的不同数量的发射组。
52.多级光开关网络可通过设置其将同时输出由光源单元接收的光的输出端的数量来设置光学测量系统的输出配置。光学测量系统的不同输出配置的数量取决于多级光开关网络的输出端的数量。例如，在图2所示的实施方案中，多级光开关网络204具有四个输出端并且可以四个不同的输出配置输出光(即，输出到单个输出端212或者在输出端212中的两者、三者或四者之间分割)。在给定的输出配置中，特别是仅使用多级光开关网络204的输出端的子集的那些输出配置中，光学测量系统可包括多个不同的子配置，其中输出端中的不同输出端的子集同时接收光。换句话说，可存在具有相同输出配置的多个独特组发射组206，并且光学测量系统可在测量序列期间在这些独特组发射组中的一些或全部处执行单独测量。这些单独测量中的每个测量都被认为是使用相同输出配置进行的测量，因为相同数量的发射组同时接收光。当光在给定输出配置的多个输出端之间分割时，多级光开关网络204可根据需要在这些输出端之间提供任何光分布(相等或不相等的分割)。下文将更详细地讨论如何控制多级光开关网络204以在不同输出配置(以及针对给定输出配置的不同组发射组)之间切换的细节。
53.多级光开关网络204和多个发射组206被形成为光子集成电路214的一部分。光源单元202的一些或全部也可被集成到光子集成电路214中。例如，在一些情况下，光源单元202的光源和任何多路复用器都被集成到光子集成电路214中(诸如图2中所示)。在其他情况下，光源中的一些或全部从光子集成电路214外部生成光，并且来自这些光源的光被耦合到光子集成电路214中以到达多级光开关网络204。光子集成电路214可利用波导来光学连接光子集成电路214上的部件。例如，在图2所示的实施方案中，光源单元202的输出端210以及多级光开关网络204的输入端和输出端212可为波导。
54.多个发射组206中的每一者光学连接到多级光开关网络204的对应输出端212，并且可将从光源单元202接收到的光发射出光子集成电路214。例如，光子集成电路214可包括用于从光子集成电路214发射光的多个输出耦合器(例如，边缘耦合器、垂直输出耦合器等)，并且每个发射组206可包括该多个输出耦合器中的至少一个输出耦合器。在图2所示的变型中，每个发射组206具有输出耦合器216。从光子集成电路214发射的光(例如，经由输出耦合器216)可在朝向样品的一个或多个发射位点处离开光学测量系统200(以及并入光学测量系统200的任何设备)(例如，通过如上文相对于图1所讨论的采样接口)。
55.每个发射组206与至少一个发射位点相关联，使得传递到发射组206的光可在对应的发射位点处离开光学测量系统200(以及并入光学测量系统200的任何设备)。每个发射位点向样品提供唯一的进入位置和/或角度。在一些情况下，这意味着每个发射位点都在空间上与其他发射位点分离(并且不邻接)(例如，在诸如以上相对于图1a和图1b所述的采样接口处)。在其他变型中，两个或多个发射位置可至少部分重叠，但是以不同角度离开光学测量系统200，使得光被引导到样品的不同部分。
56.发射组206可与单个发射位点或多个发射位点相关联。例如，在图2所示的变型中，每个发射组206包括两个输出耦合器216。在这些变型中的一些变型中，给定发射组206内的每个输出耦合器216都与单独的发射位点相关联，使得发射组的第一输出耦合器将光从光子集成电路214发射到第一发射位点，并且发射组内的第二输出耦合器216将光从光子集成电路214发射到第二发射位点。在其他变型中，发射组内的多个输出耦合器将光从光子集成电路214发射到单个发射位点。附加地或另选地，由给定输出耦合器216从光子集成电路214
发射的光可被路由到两个或更多个发射位点，在这种情况下，光学测量系统200被配置为将由输出耦合器216发射的光分割成多个单独的光束(每个光束被路由到其自己的发射位点)。
57.因此，多个发射组206可用于在多个发射位点中的任一者处从光学测量系统200发射光(对在给定时刻发射光的发射位点的选择和数量至少部分地由多级光开关网络204的操作确定)。该光可用于照射样品的一个或多个部分，并且该光的一部分可由于与样品的相互作用(例如，经由反射、散射等)而返回到该系统。返回的光又可由多个检测器组208中的一些或全部来测量。
58.多个检测器组208中的每个检测器组都可与对应的发射组206相关联。在这些情况下，光学测量系统200可被配置为使得给定检测器组208将接收由其对应发射组206发射(并且从光学测量系统200周围环境返回)的光，但是将不接收已经由其他发射组206发射的光。应当理解，由光学测量系统200接收的光取决于光学测量样品测量的实际样品，并且因此光学测量系统200可被设计为假设它将被用于测量具有一个或多个预先确定的特性的目标样品。例如，光学测量系统200可被配置为使得仅在预先确定的范围的位置和角度进入光学测量系统200的光将到达检测器组208。可选择这些位置和角度，使得当测量具有匹配目标样品的某些特性的样品时，检测器组208仅有效地接收来自对应发射组206的光(并且很少或没有来自与其他检测器组相关联的发射组的光)。
59.每个检测器组208包括一组或多组检测器元件，其中每组检测器元件由单个框218示意性地表示。每组包括至少一个检测器元件，并且每个检测器元件都能够生成表示入射在其上的光的对应信号。单独的检测器元件可为独立的检测器或检测器阵列的感测元件(例如，光电二极管阵列的光电二极管)。应当理解，单个检测器阵列的不同感测元件可与不同的检测器组208相关联。例如，检测器阵列可包括与第一检测器组相关联的感测元件的第一子集以及与第二检测器组相关联的感测元件的第二子集。
60.还应当理解，给定检测器组208内的检测器元件不需要彼此紧邻。例如，在图2所示的光学测量系统200的变型中，每个检测器组208包括两组检测器元件218。在这些变型中的一些变型中，光学测量系统200被配置为使得每组检测器元件218测量来自对应的发射组206的不同发射位点的光。例如，从第一发射组中的第一输出耦合器发射的光由第一检测器组的第一组检测器元件测量，从第一发射组中的第二输出耦合器发射的光由第一检测器组的第二组检测器元件测量。这可允许给定发射组的发射位点之间的物理间隔，而不要求由这些发射位点发射的光由相同的检测器元件测量。总体上，多个检测器组208测量经由多个发射组206从光学测量系统200发射的光，这可促进本文中所述的各种测量。
61.图2中还示出了控制器220，其控制光学测量系统200的操作以执行如本文所述的各种测量。具体地，控制器220可控制光源单元202以使光源单元202在光源单元202的选定输出端处生成选定波长的光。控制器220可进一步控制多级光开关网络204以将多级光开关网络204配置为将从光源单元202的选定输出端接收到的光路由到多级光开关网络204的选定数量的输出端(其又将光路由到选定组发射组206)。控制器220还可控制多个检测器组208以生成来自检测器组208中的一些或全部的输出信号，该输出信号表示由检测器组208接收到的光。这些输出信号可被处理和分析以确定样品的一种或多种性质。控制器220可包括执行这些功能(包括下文描述的任何方法步骤)所需的软件、硬件和固件的任何组合，包
括例如一个或多个处理器和/或专用集成电路(asic)。
62.在一些变型中，光学测量系统200包括波长锁定单元222。波长锁定单元222可输出指示由波长锁定单元222接收到的光的波长或波长变化的信号，该信号可被控制器220用来控制光源单元202(例如，正在生成光的光源单元内的光源)以稳定或以其他方式调节由光源单元202发射的光的波长。即使对于固定波长激光器，精确的发射波长也可能随着温度和/或注入电流的变化而略微变化，并且因此波长锁定单元222可向控制器200提供反馈以在测量之前或期间设置稳定的波长输出。
63.在一些情况下，波长锁定单元222光学连接到光源单元202，使得波长锁定单元222直接从光源单元202接收光。然而，在光源单元202具有多个输出端的情况下，波长锁定单元222将需要从光源单元202的每个输出端分接光，以便能够稳定由光源单元202产生的每个波长。在其他情况下，波长锁定单元222接收多级光开关网络204下游的光(即，波长锁定单元222在光已经通过多级光开关网络204之后对其进行分接)。在这些情况下，波长锁定单元222将需要从多级光开关网络204的每个输出端212分接光，或者将需要将光路由到被分接的输出端212(或多个输出端)，以便对光源单元202输出的所有波长执行波长稳定/锁定。
64.在其他情况下，如图2所示，波长锁定单元222可从多级光开关网络204的一部分接收光(即，波长锁定单元222从多级光开关网络204的一个或多个级分接光)。这些情况可降低能够稳定由光源单元202产生的每个波长所需的分接头数量和/或路由要求。下文将相对于图5和图6来讨论这方面的示例。
65.如上所述，本文所述的光学测量系统包括多级光开关网络，该多级光开关网络可以不同的输出配置选择性地输出光。为此，多级光开关网络包括多个可控开关，这些可控开关被分成多个不同的级(每个级包括对应组可控开关)。每个可控开关具有至少一个输入端和两个输出端，其中可控开关的每个输入端接收来自多级光开关网络的输入端或前一级的光，并且可控开关的每个输出端将光引导到后一级或多级光开关网络的输出端。每个可控开关能够被控制，使得被引入到可控开关的预先确定的输入端的预先确定的波长的光被可控地引导到开关的第一输出端、开关的第二输出端，或者在第一输出端与第二输出端之间分割。总的来说，该多个可控开关可被控制以将多级光开关网络配置为创建给定波长的光从多级光开关网络的预先确定的输入端行进到多级光开关网络的期望组输出端的必要路径。
66.在一些变型中，可控开关包括第一耦合器、第二耦合器以及在第一耦合器与第二耦合器之间的可控相位调谐器。可控相位调谐器允许可控开关在可控开关的第一输出端和第二输出端之间选择性地分割光。图3a至图3d描绘了适用于与本文所述的多级光开关网络一起使用的可控开关的变型。图3a示出了具有单个输入端302和两个输出端(第一输出端304和第二输出端306)的1
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2可控开关300的变型。如图所示，可控开关具有1
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2耦合器308、2
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2耦合器310以及位于1
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2耦合器308与2
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2耦合器310之间的可控相位调谐器312。在一些变型中，1
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2可控开关300可包括2
×
2耦合器而不是1
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2耦合器308，但2
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2耦合器的一个输入端保持断开，使得2
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2耦合器的另一输入端充当1
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2可控开关的单个输入端。
67.在图3a所示的1
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2可控开关的变型中，1
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2耦合器308使用输入302作为其单个输入端，并且使用第一引脚314和第二引脚316作为输出端。在1
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2可控开关300的输入端302处接收到的光由1
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2耦合器308根据预先确定的分割比在第一引脚314与第二引脚316之间
分割。类似地，2
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2耦合器310接收来自第一引脚314和第二引脚316的光作为输入，并且使用1
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2可控开关300的第一输出端304和第二输出端306作为输出端。由2
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2耦合器310的每个输入端接收到的光都根据对应的预先确定的分割比在第一输出端304与第二输出端306之间分割。应当理解，输入端302、第一输出端304、第二输出端306、第一引脚314和第二引脚316均可为波导。
68.耦合到第一输出端304和第二输出端306中的光的相对量至少取决于：1)当光进入2
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2耦合器310时第一引脚314和第二引脚316中的光的相对量；2)当光进入2
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2耦合器310时第一引脚314和第二引脚316中的光之间的相位差；以及3)光的波长。这样，改变第一引脚314与第二引脚316之间的相位差改变了光在第一输出端304与第二输出端306之间的分布。因此，可控相位调谐器312能够被控制为选择性地调节第一引脚314和第二引脚316之间的相位差，从而允许1
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2可控开关在其第一输出端304与其第二输出端306之间可控地分割光。例如，1
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2可控开关可使用可控相位调谐器312来选择性地将光全部路由到第一输出端304，将光全部路由到第二输出端306，或者同时将光路由到第一输出端304和第二输出端306两者(即，根据目标分割比来在两个输出端之间分割光)。此外，可调节可控相位调谐器312的控制以考虑引入到1
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2可控开关中的光的波长，使得可针对测量波长中的任一者实现1
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2可控开关的期望输出端。
69.为了调节第一引脚314与第二引脚316之间的相位差，可控相位调谐器312包括一个或多个移相器，其选择性地调制通过第一引脚314或第二引脚316的光的相位。合适的移相器的示例包括例如使用所施加的电场(例如，经由载流子注入)来改变波导的一部分的折射率的电光移相器、通过改变波导的温度来改变波导的一部分的折射率的热光移相器以及其中移动可移动结构(例如，悬置波导)以改变与波导的渐逝耦合的量的光机械移相器(例如，mem移相器)。
70.可控相位调谐器312可包括被定位成改变一个引脚(第一引脚314或第二引脚316)中的光的相位的单个移相器，或者可包括多个移相器(其中每个移相器可被独立地控制)。在一些情况下，可控相位调谐器312包括多个移相器，其中至少一个移相器被定位成改变第一引脚314中的光的相位，并且至少一个移相器被定位成改变第二引脚316中的光的相位。附加地或另选地，可控相位调谐器312可包括多个相位调谐器，这些相位调谐器被定位成改变这些引脚中的一者中的光的相位。例如，在图3a所示的1
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2可控开关300的变型中，可控相位调谐器312包括：第一移相器318和第二移相器320，其各自被定位成改变第一引脚314中的光的相位；以及第三移相器322，其被定位成改变第二引脚316中的光的相位。
71.包括多个移相器可允许可控相位调谐器312跨多个移相器划分调谐范围(即，解决跨1
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2可控开关300的测量波长的不同输出分布所需的相移范围)。这可提高可控相位调谐器312能够调节相位差的速度和/或降低与调节相位差相关联的损耗。附加地或另选地，可使用不同移相器来在不同时间创建目标相位差。具体地，不同类型的移相器可具有速度和光损耗的不同折衷(例如，热光移相器通常是无损耗的，但与某些损耗与添加的相位量成正比的电光移相器相比，相位改变速度较慢)，并且因此可利用不同类型的移相器来平衡速度和损耗。
72.例如，第一移相器最初可在第一损耗水平提供目标量的相移。第二移相器也可被控制为以比第一移相器更低的损耗水平提供目标量的相移，但是实现该相移更慢。一旦第
一移相器提供了目标量的相移，就可控制第一移相器以减少其提供的相移而同时第二移相器增加其提供的相移。该增加和减少可被控制以在该转变期间维持目标量的相移。因此，可控开关能够快速地提供目标量的相移，然后逐渐地减少与提供目标量的相移相关联的损耗。
73.在其他变型中，可控开关包括2
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2可控开关。例如，图3b示出了2
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2可控开关324的变型。2
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2可控开关324类似于上文相对于图3a所述的1
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2可控开关300(其中类似部件标记为相同)，不同的是，2
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2可控开关324包括向第一2
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2耦合器330和第二2
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2耦合器332馈送的第一输入端326和第二输入端328，而不是向1
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2耦合器308和2
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2耦合器310馈送的单个输入端302。如图3b所示，第一2
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2耦合器324接收来自第一输入端326和/或第二输入端328的光作为输入，并且使用第一引脚314和第二引脚316作为输出端。类似地，第二2
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2耦合器332接收来自第一引脚314和第二引脚316的光作为输入，并且使用第一输出端304和第二输出端306作为输出端。
74.由2
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2可控开关324的第一输入端326或第二输入端328接收到的光由第一2
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2耦合器330在第一引脚314与第二引脚316之间分割。第二2
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2耦合器332接收来自第一引脚314和第二引脚316的光，并且将光耦合到第一输出端304和/或第二输出端306(如相对于图3a更详细地描述的)。可控相位调谐器312(其定位在第一2
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2耦合器330与第二2
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2耦合器332之间)可选择性地调节第一引脚314与第二引脚316中的光之间的相位差，如上文所述。虽然可调节相位调谐器312在图3b中被示为仅具有被定位成改变第一引脚314中的光的相位的第一移相器318，但是应当理解，可调节相位调谐器312可如上文相对于图3a的1
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2可控开关300所述的任何方式来配置。通过调节第一引脚314与第二引脚316之间的相位差，2
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2可控开关324可获取从其输入端中的一者(例如，第一输入端326或第二输入端328)接收到的光，并且选择性地将光完全路由到第一输出端304、完全路由到第二输出端306、或者同时路由到第一输出端304和第二输出端306两者(即，根据目标分割比在输出端之间分割)。
75.在一些情况下，可控开关还可被配置为分接出由可控开关接收到的光的一部分。在多级光网络开关用于将光传递到如上所述的波长锁定单元的情况下，这可能是期望的。图3c示出了2
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2可控开关334的一个这样的示例。2
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2可控开关334被配置为与图3a的2
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2可控开关310相同(其中类似部件标记为相同)，不同的是，2
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2可控开关334包括分接头336(例如，光波导分接头)，其将来自可控开关334的引脚的光的一部分提取到单独的波导338中。波导338可将光传送到光学测量系统的另一部分(例如，如本文所讨论的波长锁定单元)。虽然被示出为从具有移相器的引脚(图3c中的第一引脚314)分接光，但是分接头336可另选地从不包括移相器的引脚(图3c中的第二引脚316)分接光。
76.放置分接头以从可控开关的引脚提取光可将波长相关的相移引入到可控开关的该引脚中。可控相位调谐器312可被控制为根据当前通过可控开关的光的波长来考虑该波长相关的相移，但是这可能增加用于操作可控开关的控制方案的复杂性。为了解决这个问题，在一些变型中，可控开关可被配置为包括两个分接头，使得每个分接头都从可控开关的对应引脚提取一部分光。
77.图3d示出了2
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2可控开关340的一个这样的示例。2
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2可控开关340被配置为与图3c的2
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2可控开关334相同(其中类似部件标记为相同)，不同的是，2
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2可控开关340包括附加分接头342(例如，光波导分接头)。第一分接头336提取通过可控开关340的第一引脚
314行进到第一分离波导338中的一部分光，并且第二分接头342提取通过可控开关340的第二引脚316行进到第二分离波导344中的一部分光。第一分接头336和第二分接头342可被配置为在第一引脚314和第二引脚316中的每一者中提供相同的波长相关的相位变化。例如，在一些情况下，第一分接头336和第二分接头342可为相同的，使得这些分接头分别从第一引脚314和第二引脚316提取相同百分比的光，并且将相同的波长相关的相变引入到第一引脚314和第二引脚316。
78.第一波导338和第二波导344可将光传送到光学测量系统的其他部分(例如，如本文所讨论的波长锁定单元)。例如，在一些变型中，第一分接头336和第二分接头342将光路由到单个部件，诸如波长锁定单元。根据波长锁定单元的设计，第一波导338和第二波导344可形成到波长锁定单元的单独输入端，或者可被复用或以其他方式组合以形成到波长锁定单元的单个输入端(例如，来自第一分接头336和第二分接头342的光可被引导到波长锁定单元的公共检测器，使得检测器测量从第一分接头336和第二分接头342两者收集的光)。在来自第一波导338和第二波导344的光被组合的情况下，可能期望这些波导中的一者或两者包括可控相位调谐器(诸如本文所述的)，该可控相位调谐器可用于控制第一波导338和第二波导344之间的光的相对相位。在其他变型中，第一分接头336和第二分接头342将光路由到光学测量系统的不同部分。例如，第一分接头336可将光路由到波长锁定系统，而第二分接头336将光路由到第二波长锁定系统或不同的部件(诸如执行校准、启动过程或监视系统性能的光学测量系统的一部分)。
79.多级光开关网络中的可控开关的数量和布置至少部分地取决于多级光开关网络的输入端和输出端的期望数量。例如，图4示出了具有多级光开关网络402的光学测量系统400的变型的一部分，该多级光开关网络具有一个输入端401和四个输出端403a-403d。如图所示，光学测量系统400还包括光源单元404和多个发射组406a-406d，其中每个发射组光学连接到多级光开关网络402的对应输出端。尽管未示出，但是光学测量系统400可包括上文相对于图1a至图2所述的光学测量系统的任何其他部件(例如，多个检测器组、控制器)。
80.光源单元404具有光学连接到多级光开关网络402的输入端401的单个输出端。光源单元404的输出端在图4中未被单独标记，并且应当理解，光学测量系统400可任选地包括在多级光开关网络402的输出端和输入端401之间的附加部件，诸如上文所讨论的。在图4所示的光源单元404的变型中，光源单元404包括连接到多路复用器410的多个光源(标记为408-1至408-n)，该多路复用器将该多个光源的输出端组合成公共输出端(即，光源单元404的输出端)。因此，光源单元404可将由多个光源408-1至408-n中的任一者生成的光输出到多级光开关网络402。如果n个光源中的每一者都可发射至少不同于其他光源的波长，则光源单元404可生成至少n个不同波长的光。
81.多级光开关网络402包括具有1
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2可控开关416的第一级414和具有第一1
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2可控开关420和第二1
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2可控开关422的第二级418。第一级414的1
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2可控开关416从输入端401接收光(即，多级光开关网络402的输入端401充当1
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2可控开关416的输入端)，并且将光输出到第二级418。具体地，第一波导424将第一级414的1
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2可控开关416的第一输出端连接到第二级418的第一1
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2可控开关420的输入端。类似地，第二波导426将第一级414的1
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2可控开关416的第二输出端连接到第二级418的第二1
×
2可控开关422的输入端。第二级418的第一1
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2可控开关420的输出端形成多级光开关网络402的第一输出端403a和第二输出
端403b，并且第二级418的第二1
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2可控开关422的输出端形成多级光开关网络402的第三输出端403c和第二输出端403d。在一些情况下，1
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2可控开关中的一者或多者包括诸如相对于图3c和图3d所述的分接头或分接头组(未示出)，其可用于分接出由多级光开关网络402接收到的光的一部分(例如，用于如上文所讨论的波长稳定/锁定)。如果第一级的1
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2可控开关416包括分接头，则该分接头将能够接收由光源单元404生成的光，而不管多级光开关网络402如何被配置为将光路由到其输出端403a-403d。
82.图4中描绘的多级光开关网络402具有四个潜在的输出配置，并且可被控制为选择性地将光同时路由到输出端403a-403d(以及相关联的发射组406a-406d)中的一者、两者、三者或四者。例如，为了将光从输入端401仅路由到第一输出端403a和第一发射组406a(即，以1个同时输出端的输出配置)，第一级414的1
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2可控开关416被控制为将输入光仅路由到第一波导424(并且因此仅到第二级418的第一1
×
2可控开关420)。第二级418的第一1
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2可控开关420被类似地控制为将其接收到的光仅路由到第一输出端403a。多级光开关网络可类似地被控制为以1个同时输出端的输出配置选择性地路由光，但是路由到不同组输出端(仅路由到第二输出端403b、仅路由到第三输出端403c、或者仅路由到第四输出端403d)并且因此路由到不同相应组发射组(仅路由到第二发射组406b、仅路由到第三发射组406c、或者仅路由到第四发射组406d)。
83.为了将输入光同时路由到所有四个输出端403a-403d和所有四个发射组406a-406d(即，以4个同时输出端的输出配置)，第一级414的1
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2可控开关416被控制为在第一波导424与第二波导426之间分割输入光。第二级418的第一1
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2可控开关420被控制为将其接收(即，经由第一波导424)的光在第一输出端403a与第二输出端403b之间分割。类似地，第二级418的第二1
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2可控开关422被控制为将其接收(即，经由第二波导426)的光在第三输出端403c与第四输出端403d之间分割。如果所有可控开关都将光在它们的输出端之间均匀地分割，则所有四个输出端403a-403d(并且因此所有四个发射组406a-406d)都可接收等量的光(但是应当理解，可使用不同的分割比来在四个输出端403a-403d和对应的发射组406a-406d之间产生光的不均匀分布)。类似的原理可应用于选择性地同时将光路由到输出端403a-403d中的两者或三者(即，分别以2个或3个同时输出端的输出配置)。
84.图5示出了光学测量系统500的另一变型，其包括具有两个输入端503a、501b和四个输出端501a-503d的多级光开关网络502。如图所示，光学测量系统500还包括光源单元504和多个发射组506a-506d，每个发射组分别光学连接到多级光开关网络502的对应输出端503a-503d。尽管未示出，但是光学测量系统500可包括上文相对于图1a至图2所述的光学测量系统的任何其他部件(例如，多个检测器组、控制器)。
85.光源单元504具有光学连接到多级光开关网络502的输入端的两个输出端。具体地，第一光源单元504具有光学连接到多级光开关网络502的第一输入端501a的第一输出端和光学连接到多级光开关网络502的第二输入端501b的第二输出端。光源单元504的第一输出端和第二输出端在图5中未被单独标记，并且应当理解，光学测量系统500可任选地包括在光源单元504的任何输出端与其对应的多级光开关网络502的输入端之间的附加部件，诸如上文所讨论的。
86.光源单元504具有光学连接到其每个输出端的一个或多个光源。在图5所示的光源单元504的变型中，光源单元504包括连接到第一多路复用器510的第一多个光源508-1至
508-n和连接到第二多路复用器514的第二多个光源512-1至512-m。第一多路复用器510将第一多个光源的输出端组合成第一公共输出端(即，光源单元504的第一输出端)，并且第二多路复用器514将第二多个光源的输出端组合成第二公共输出端(即，光源单元504的第二输出端)。因此，光源单元504可将来自第一多个光源和第二多个光源中的任何光源的光输出到多级光开关网络502。如果第一多个光源中的n个光源和第二多个光源中的m个光源中的每一者都可发射相对于其他光源唯一的至少一个波长，则光源单元504可生成至少n+m个不同波长的光。在不同多路复用器之间分割光源可允许光源单元生成更宽范围的波长，同时降低与多路复用光源相关联的光损耗。
87.多级光开关网络502包括具有2
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2可控开关516的第一级515和具有第一1
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2可控开关520和第二1
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2可控开关522的第二级518。多级光开关网络502的第一输入端501a和第二输入端501b充当到2
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2可控开关516的输入端。因此，2
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2可控开关516可从任一输入端接收光并且将光路由到第二级518。具体地，第一波导524将2
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2可控开关516的第一输出端连接到第二级518的第一1
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2可控开关520的输入端。类似地，第二波导526将2
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2可控开关516的第二输出端连接到第二级518的第二1
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2可控开关522的输入端。第二级518的第一1
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2可控开关520的输出端形成多级光开关网络502的第一输出端503a和第二输出端503b，并且第二级518的第二1
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2可控开关522的输出端形成多级光开关网络502的第三输出端503c和第二输出端503d。
88.在一些情况下，多级光开关网络502的可控开关中的一者或多者包括诸如相对于图3c所述的分接头。例如，在图5所示的变型中，2
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2可控开关516包括分接头528。如上所述，分接头528可分接出由2
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2可控开关516接收到的光的一部分，并且可将该光路由到诸如本文所讨论的波长锁定单元530。因为进入多级光开关网络502的所有光都通过2
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2可控开关516，所以分接头528可允许光学测量系统500使用波长锁定单元530来稳定由光源单元504生成并且由多级光开关网络502接收的任何波长的光。
89.应当理解，在其他情况下，2
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2可控开关516包括多个分接头，诸如本文相对于图3d所述。在这些情况下，2
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2可控开关516包括第二分接头538，使得分接头528、538从2
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2可控开关516的不同引脚提取光。第二分接头538可将光从2
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2可控开关516路由到第二波长锁定单元540，如图5所示，路由到第一波长锁定单元530，或者路由到诸如本文所述的又一部件。
90.多级光开关网络502具有四个潜在的输出配置，并且可被控制以获取由第一输入端501a或第二输入端501b接收到的光并且同时选择性地将光路由到输出端503a-503d(以及相关联的发射组506a-506d)中的一者、两者、三者或四者。例如，为了将光从第一输入端501a路由到仅第一输出端503a和第一发射组506a，2
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2可控开关516被控制为将其从第一输入端501a接收到的光仅路由到第一波导524。第二级518的第一1
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2可控开关520被类似地控制为将其接收到的光仅路由到第一输出端503a。为了替代地路由来自第二输入端501b的光，2
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2可控开关516可被切换为替代地将其从第二输入端501b接收到的光仅路由到第一波导524。以这种方式，多级输出端开关网络502可从光源单元504获取来自任何光源的光并且以1个同时的输出配置将其路由(经由第一输入端501a或第二输入端501b)到目标组输出端和对应的发射组(第一输出端503a和第一发射组506a、第二输出端503b和第二发射组506b、第三输出端503c和第三发射组506c、或者第四输出端503d和第四发射组506d)。
91.为了将从光源单元504接收到的光同时路由到所有四个输出端503a-503d和所有四个发射组506a-506d(即，以4个同时输出端的输出配置)，2
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2可控开关516被控制为同时在第一波导524和第二波导526之间分割从一个输入端(第一输入端501a或第二输入端501b)接收到的光。第二级518的第一1
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2可控开关520被控制为同时在第一输出端506a和第二输出端503b(以及因此第一发射组503a和第二发射组506b)之间分割其接收(即，经由第一波导524)的光。类似地，第二级518的第二1
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2可控开关522被控制为同时在第三输出端506c和第四输出端503d(以及因此第三发射组503c和第四发射组506d)之间分割其接收(即，经由第二波导526)的光。如果所有可控开关都将光在它们的输出端之间均匀地分割，则所有四个输出端503a-503d(以及所有四个发射组506a-506d)都可接收等量的光(但是应当理解，可使用不同的分割比来在四个输出端503a-503d之间产生光的不均匀分布)。类似的原理可应用于选择性地将光同时路由到输出端503a-503d中的两者或三者(即，分别以2个或3个同时输出端的输出配置)。
92.图6示出了光学测量系统600的又一变型，其包括具有四个输入端601a-601d和四个输出端603a-603d的多级光开关网络602。如图所示，光学测量系统600还包括光源单元604和多个发射组606a-606d，其中每个发射组光学连接到多级光开关网络602的对应输出端。尽管未示出，但是光学测量系统600可包括上文相对于图1a至图2所述的光学测量系统的任何其他部件(例如，多个检测器组、控制器)。
93.光源单元604具有光学连接到多级光开关网络602的输入端的四个输出端。具体地，第一光源单元604具有光学连接到多级光开关网络602的第一输入端601a的第一输出端、光学连接到第二输入端601b的第二输出端、光学连接到第三输入端601c的第三输出端，以及光学连接到第四输入端601d的第四输出端。光源单元604的输出端在图6中未被单独标记，并且应当理解，光学测量系统600可任选地包括在光源单元604的任何输出端与其对应的多级光开关网络602的输入端之间的附加部件，诸如上文所讨论的。
94.光源单元604具有光学连接到其每个输出端的一个或多个光源。在图6所示的光源单元604的变型中，光源单元604包括连接到第一多路复用器610的第一多个光源608-1至608-n、连接到第二多路复用器614的第二多个光源612-1至612-m、连接到第三多路复用器618的第三多个光源616-1至616-p，以及连接到第四多路复用器621的第四多个光源620-1至620-q。这些多路复用器中的每一者将其相关联的多个光源的输出端组合成公共输出端(共同形成光源单元604的四个输出端)。因此，光源单元604可从四个多个光源中的任何光源输出光。如果来自四个多个光源中的每个光源可发射相对于其他光源唯一的至少一个波长的光，则光源单元604可生成至少n+m+p+q个不同波长的光。在不同多路复用器之间分割光源可允许光源单元生成更宽范围的波长，同时降低与多路复用光源相关联的光损耗。
95.多级光开关网络602包括具有第一2
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2可控开关624和第二2
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2可控开关626的第一级622以及具有第一2
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2可控开关630和第二2
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2可控开关632的第二级628。这些可控开关中的每一者具有两个输入端和两个输出端，并且可选择性地将由输入端中的一者接收到的光路由到任一输出端或者同时路由到两个输出端，如上所述。多级光开关网络602的第一输入端601a和第二输入端601b充当到第一级622的第一2
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2可控开关624的输入端。类似地，多级光开关网络602的第三输入端601c和第四输入端601d充当到第一级622的第二2
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2可控开关626的输入端。因此，多级光开关网络602的每个输入被路由到第一级622的第一2
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2可控开关624或第二2
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2可控开关626。
96.第一级622的可控开关中的每一者将光路由到第二级628的可控开关中的一者或两者。具体地，第一波导634将第一级622的第一2
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2可控开关624的第一输出端连接到第二级628的第一2
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2可控开关630的第一输入端。第二波导636将第一级622的第一2
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2可控开关624的第二输出端连接到第二级628的第二2
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2可控开关632的第一输出端。类似地，第三波导638将第一级622的第二2
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2可控开关626的第一输出端连接到第二级628的第一2
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2可控开关630的第二输入端。第四波导640将第一级622的第二2
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2可控开关626的第二输出端连接到第二级628的第二2
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2可控开关632的第二输出端。第二级628的第一2
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2可控开关630的输出端形成多级光开关网络602的第一输出端603a和第二输出端603b，并且第二级628的第二2
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2可控开关632的输出端形成多级光开关网络602的第三输出端603c和第四输出端603d。
97.在一些情况下，多级光开关网络602的可控开关中的一者或多者包括诸如相对于图3c所述的分接头。例如，在图6所示的变型中，第一级622的第一2
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2可控开关624包括第一分接头642，并且第一级622的第二2
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2可控开关626包括第二分接头644。第一分接头642分接出由第一级622的第一2
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2可控开关624接收到的光的一部分(例如，来自第一多个光源或第二多个光源中的光源)，并且可将该光路由到诸如上文讨论的第一波长锁定单元646。类似地，第二分接头644分接出由第一级622的第二2
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2可控开关626接收到的光的一部分(例如，来自第三多个光源或第四多个光源中的光源)，并且可将该光路由到第二波长锁定单元648。虽然光学测量系统600在图6中被示出为具有两个单独的波长锁定单元，但是在其他变型中，第一分接头642和第二分接头644将光路由到单个波长锁定单元(例如，来自第一分接头642和第二分接头644的光可被复用到单个波导中)。因为进入多级光开关网络602的所有光都通过第一级的可控开关中的任一者，所以第一分接头642和第二分接头644共同地可允许光学测量系统600稳定由光源单元604生成并且由多级光开关网络602接收的任何波长。应当理解，第一2
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2可控开关624和第二2
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2可控开关626中的任一者或两者可包括附接分接头，诸如本文相对于图3d所述。
98.多级光开关网络602具有四个潜在的输出配置，并且可被控制以获取由四个输入端601a-601d中的任何输入端接收到的光并且将其同时路由到输出端603a-603d(以及它们的相关联的发射组606a-606d)中的一者、两者、三者或四者。例如，为了将光从第一输入端601a或第二输入端601b仅路由到第一输出端603a和第一发射组606a(即，以1个同时输出端的输出配置)，第一级622的第一2
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2可控开关624被控制为将其接收到选定输入端的光仅路由到第一波导634。第二级628的第一2
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2可控开关630被类似地控制为将其从第一波导634接收的光仅路由到第一输出端603a(并且因此路由到第一发射组606a)。为了替代地路由来自第三输入端601c或第四输入端601d的光，第一级622的第二2
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2可控开关626被控制为将其在该输入端处接收的光仅路由到第三波导638。第二级628的第一2
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2可控开关630被控制，使得其将其从第三波导638接收的光仅路由到第一输出端603a。以这种方式，多级输出端开关网络602可从光源单元604获取来自任何光源的光并且将其路由到第一输出端603a和第一发射组606a。多级光开关网络602还可被控制为将来自光源单元604的任何光源的光以1个同时输出端的输出配置路由到任何其他组输出端以及发射组对应集合(第二输出端603b和第二发射组606b、第三输出端603c或第四输出端603d)。类似的原理可应用于选
择性地将光同时路由到包括输出端603a-603d中的两者、三者或四者的一组输出端(即，以2个、3个或4个同时输出端的输出配置)。
99.对于本文描述的多级光开关网络，各个可控开关如何被控制将取决于该多级光开关网络的哪些输入端和输出端将分别接收光和输出光，以及该多级光开关网络接收什么波长的光。因此，当这些参数中的任何一个改变时，开关的控制将被修改以实现期望的输出。每个可控开关将具有其自己的默认分割行为(即，当其未被主动控制时)，因此该多级光开关网络将基于其可控开关的默认行为而具有其自己的默认路由配置。可控开关可被设计成实现多级光开关网络的期望路由配置。例如，在一些情况下，选择可控开关的默认开关行为以使得与控制多级光开关网络在预先确定的测量序列期间路由测量波长中的每个波长相关联的平均损耗最小化。在其他情况下，可能期望使得多级光开关网络从其默认路由配置改变为另一组路由配置(可以是在预先确定的测量序列期间使用的全部路由配置的子集)所需的平均时间最小化。
100.应当理解，上述多级光开关网络的原理可被扩展以提供路由任意组合数量的输入端和输出端的网络。随着输入端/或输出端的数量增加，多级光开关网络可包括附加级和/或每个级内的可控开关，以在每个输入端和多个输出端之间提供不同的可能路由路径。例如，为了适应超过多于输入端和/或多于四个输出端，多级光开关网络可被配置为包括三级或更多级，并且这些级中的至少一级可包括至少三个可控开关。因此，这些多级光开关网络可与宽范围的可能光学测量系统设计一起使用，以实现一系列不同的输出配置。
101.如上所述，本文所述的光学测量系统可用于测量样品的一种或多种性质。具体地，该光学测量系统可执行测量序列来生成可用于确定样品的一种或多种性质的多个输出信号。这些测量序列可重复，其中与连续测量序列相关联的多个输出信号被共同用于确定样品的一种或多种性质或用于在稍后的时间点执行样品的一种或多种性质的连续确定。可在执行连续测量序列之前更新测量序列的一个或多个参数，如下面更详细地讨论的。
102.每个测量序列包括多个单独测量，每个单独测量生成至少一个输出信号(它们共同形成测量序列的多个输出信号)。每个单独测量在对应波长执行(即，在单独测量的一部分期间在对应波长从光学测量系统生成并发射光)，使得针对多个波长中的每一个执行至少一个单独测量。测量序列的单独测量的结果(即，多个输出信号)用于导出样品的一种或多种性质(例如，使用光谱分析技术)。如本领域的普通技术人员将容易地理解的，光学测量系统可促进宽范围的分析技术，因此本文将不讨论用于使用在多个不同波长进行的测量从样品导出性质的各个技术。
103.图7描绘了使用多个不同波长执行测量序列的方法700。该方法700可由本文所述的光学测量系统中的任一个执行。最初，方法700包括在步骤702处选择多个波长。该多个波长将是用于测量样品的波长，并且可根据将被测量的预期样品以及将从样品确定的一种或多种期望性质来选择。例如，当具有如上所述的光源单元的光学测量系统用于执行测量序列时，该多个波长可以是光源单元能够生成的波长的子集。可选择这些波长的不同子集用于不同的测量场景。在一些情况下，选择该多个波长包括执行一组初步测量(例如，使用一个或多个波长)来生成一组初步输出信号，以及使用该组初步输出信号选择该多个波长。例如，初步测量可允许样品的某些特性的初始表征或估计，其可用于选择该多个波长。
104.一旦已经选择了该多个波长，则在步骤704处将该多个波长分成多个组。每个组
(以及因此组内的每个波长)与不同的对应输出配置相关联。组数可取决于测量序列需要多少不同的输出配置，并且不需要利用可由给定光学测量系统实现的每个输出配置。例如，在光学测量系统具有四个发射组的情况下，该多个波长可被分成两个、三个或四个不同的组，每个组与不同的对应输出配置相关联。在一些情况下，将给定波长分配给一个组可基于预期哪个噪声源会限制在该波长进行的单独测量的snr。
105.例如，在一些情况下，可能期望使得在每个波长进行的测量的snr最大化。不管输出配置如何，某些波长都可能受到基本噪声的限制。可将这些波长分配给具有最精细输出配置的组(即，其中光跨最少数量的发射组分割)，这又可改善这些波长的snr。作为非限制性示例，可将这些波长分配给具有1个同时输出端的输出配置的组，使得一次只有一个发射组接收光并且接收由给定光源生成的所有光(没有与光学测量系统相关联的任何损耗)。
106.相反，其他波长可受到不同噪声源(例如，相干噪声)限制，而无论测量的输出配置如何。可将这些波长分配给具有最粗输出配置的组(即，其中光同时跨大多数发射组分割)，这与以较高输出配置(即，较大数量的同时输出端)执行单独的测量相比可节省时间和功率。作为非限制性示例，可将这些波长分配给具有4个同时输出端的输出配置的组。每个发射组接收比在具有1个同时输出端的输出配置的该发射组处的测量所接收的光更少的光，但是仍然可导致相似的snr。与用于更精细输出配置的多个测量相比，通过同时在多个发射组之间分割光，这样的测量减少了测量所有发射组所需的时间并且节省了功率。
107.还有其他波长在一些输出配置下可能受到基本噪声限制，但在其他输出配置下可能受到其他噪声源(例如，相干噪声)限制。可将这些波长分配给其中对应于测量将不再受到基本噪声限制的输出配置的组。例如，对于以4个同时输出端的输出配置进行的测量，波长可能受到基本噪声的限制，但是对于以2个同时输出端的输出配置进行的测量，波长反而受到基本噪声的限制。在这些情况下，可能需要将该波长分配给对应于2个同时输出端的输出配置的组(与具有1个同时输出端的输出配置的单独测量相比，其仍可节省时间和功率)。应当理解，这仅为例示性实例，并且可将这些波长分配给不同的组以实现snr、功率消耗和时间要求的任何所需折衷来执行本文所述的测量。
108.在一些情况下，该多个波长中的每个波长具有(该多个组中的)默认组，该默认组被分配用于给定测量序列。在一些情况下，与样品相关联的一个或多个参数可用于将该多个波长划分成该多个组(这可能导致与默认行为的偏离)。例如，样品的某些特性(例如，散射系数或吸收系数、样品的材料类型)可用于划分波长。在一些情况下，该信息可以是预先已知的(例如，在测量样品之前手动输入，或者从同一样品的先前测量中保存)。
109.附加地或另选地，可使用一组初步测量来生成对应组输出信号，该对应组输出信号用于将该多个波长划分成该多个组。在执行一组初步测量(“第一组初步测量”)作为选择该多个波长的一部分的情况下，用于划分该多个波长的一组初步修正(“第二组初步测量”)可包括第一组初步测量中的一些或全部测量。附加地或另选地，第二组初步测量包括一个或多个附加初步测量。例如，初步测量的输出信号可用于确定在与一个或多个发射组相关联的一个或多个检测器组中的一个或多个检测器处的光功率(即，信号强度)的度量。该光功率的度量(例如，由单个检测器测量的光功率、由多个不同检测器测量的光功率的平均值或其他组合)可用于确定波长被分配给该多个组中的哪个组。例如，如果该度量低于针对给定波长的预先确定的阈值，那么可将该波长分配给具有比其默认组更精细的输出配置的
组。应当理解，使用初步测量所测量的每个波长(其可共同地仅作为该多个波长的子集)可具有用于确定应将该波长分配给哪个组的其自身的一组阈值。
110.对于该多个波长中的每个波长，方法700包括在步骤706处针对该多个波长中的每个波长执行样品的一组单独测量，其中每组单独测量以对应于该波长的输出配置执行。为每组单独测量生成对应组输出信号，因此测量序列生成由这些对应组输出信号组成的多组输出信号。
111.例如，该多个波长组包括与第一输出配置相关联的第一组和与第二输出配置相关联的第二组。对于第一组中的每个波长，对应组测量以第一输出配置执行(例如，对于第一组中的第一波长执行样品的第一组测量)。这包括：生成该波长(例如，第一波长)的光，从选自该多个发射组的发射组对应集合发射所生成的光(该对应组具有对应于第一输出配置的第一数量的发射组)，以及使用选自多个检测器组的检测器组对应集合(该对应组具有第一数量的检测器组)测量在所生成的光的发射期间接收的返回光。
112.类似地，对于第二组中的每个波长，对应组测量以第一输出配置执行(例如，对于第二组中的第二波长执行样品的第二组测量)。这包括：生成该波长(例如，第二波长)的光，从选自该多个发射组的发射组对应集合发射所生成的光(该对应组具有对应于第二输出配置的第二数量的发射组)，以及使用选自该多个检测器组的检测器组对应集合(该对应组具有第二数量的检测器组)测量在所生成的光的发射期间接收的返回光。
113.在一些情况下，该组单独测量包括具有不同的发射组对应集合和不同的对应组检测器的多个测量。在上面刚刚讨论的示例中，在第一波长进行的第一组测量可包括多个测量，每个测量具有不同的独特组发射组(同时仍然保持第一输出配置)。类似地，由于每个发射组与对应的检测器组相关联，因此该多个测量可各自使用不同的独特组检测器组。
114.附加地或另选地，针对某个波长的该组单独测量使用每个发射组共同地执行至少一个测量。具体地，以给定输出配置执行单独测量包括从多个发射组(和与这些发射组相关联的发射位点)向样品发射光，其中发射组的数量对应于给定输出配置。例如，如果光学测量系统具有四个发射组，那么如果光在所有四个发射组之间同时分割，则针对波长的该组单独测量可包括单个单独测量。如果光在两个发射组之间同时分割或者在三个发射组之间同时分割，则针对另一波长的一组单独测量可包括两个单独测量。如果光一次仅被发送到一个发射组(即，每个发射组一个测量)，则针对又一波长的一组单独测量可包括四个单独测量。以此方式，测量序列可确保该多个发射组中的每个发射组用于测量该多个波长中的全部波长。
115.在这些变型中的一些中，针对给定波长的该组单独测量可任选地包含针对具有对应输出配置(即，输出配置的可能子配置中的每一个)的每个独特组发射组的单独测量。例如，当光学测量系统具有四个发射组时，存在其中光在所有四个发射组之间同时分割(即，四个同时输出端的输出配置)一个独特组发射组，其中光在两个发射组之间同时分割的六个独特组发射组(即，两个同时输出端的输出配置)，其中光在三个发射组之间同时分割的四个独特组发射组(即，三个同时输出端的输出配置)，以及其中光仅被路由到单个发射组的四个独特组发射组(即，一个同时输出端的输出配置)。换句话说，这些输出配置分别具有一个子配置、六个子配置、四个子配置和四个子配置。
116.当光由一个或多个发射组发射以用于给定的单独测量时，对应于发射组的一个或
多个检测器组测量由其相关联的检测器接收到的光。每个检测器可提供其自己的输出信号，因此给定的单独测量将产生一个或多个输出信号(即，在该测量期间使用的检测器组中的检测器的输出)。因为测量序列针对每个波长执行一组单独测量，所以该方法将针对每个波长生成一组输出信号。另外，在测量序列测量每个发射组处的每个波长的变型中，该方法将相应地生成对应于每个波长的每个发射组的一组输出信号。在步骤708处，可使用测量序列的结果(即，使用从各组单独测量产生的多组输出信号)来确定样品的一种或多种性质。
117.在一些情况下，诸如步骤710中所示，该方法可任选地更新该多个组以将至少一个波长重新分配给不同的组(并且由此在执行后续测量序列之前将重新分配的波长关联到不同的输出配置)。例如，对于给定波长，可分析由在该波长执行的该组单独测量产生的该组输出信号，以确定该波长是否应被分配给具有不同输出配置的不同组。例如，如果从一个或多个输出信号导出的光功率的度量满足该波长的某些预先确定的标准(例如，高于阈值、低于阈值)，则可将该波长分配给不同的默认组以用于将来的测量序列。这可允许光学测量系统针对具有一系列不同性质的一系列样品调整其测量技术，诸如当预期在一个波长的测量受到基本噪声限制但实际上受到相干噪声限制时。
118.虽然上面刚刚描述的方法700讨论了执行包括针对多个波长中的每个波长的一组单独测量的测量序列，但是应当理解，可采用任何合适的顺序执行各种单独测量。在一些情况下，可能期望将测量序列划分成多个子序列，其中每个子序列包括在该多个波长中的公共波长执行连续测量。换句话说，按照波长对单独测量进行分组，使得在使用另一波长开始测量之前顺序地执行针对某一波长的一组单独测量中的所有测量。
119.在其他情况下，可能期望按照发射组集合来对测量进行分组。该多个子序列中的每个子序列包括针对同一组发射组的不同波长执行的连续测量。每个子序列具有该多个波长中的对应组波长(即，来自用于测量该组发射组的组的那组波长)。换句话说，在移动到另一组发射组(其可包括不同的输出配置或不同的子配置)之前执行给定的一组发射组(并且因此以其给定的输出配置或子配置)的所有测量。这在波长之间的切换比发射组之间的切换更快的情况下可能是期望的。
120.图8示出了一个这样的测量序列800。出于例示的目的，该多个波长被划分成两组，并且使用具有四个发射组的光学测量系统来执行。第一组(“组a”)具有1个同时输出端的输出配置，使得利用这些波长进行的单独测量被路由到单个发射组。在图8所示的变型中，针对组a中的每个波长的该组单独测量包括总共四个测量：每个发射组一个测量(标记为“发射组a-1”至“发射组a-4”)。第二组(“组b”)具有4个同时输出端的输出配置，使得利用这些波长进行的单独测量在所有四个输出端之间同时分割(“发射组b-1”)。
121.这里所示的测量序列由发射组分开，使得在步骤802处执行第一子序列，该第一子序列包括针对组a中的每个波长在第一发射组(发射组a-1)处进行的单独测量。在步骤804处，执行第二子序列，该第二子序列包括针对组a中的每个波长在第二发射组(发射组a-2)处进行的单独测量。在步骤806处，执行第三子序列，该第三子序列包括在组b中的每个波长的单独测量，其中光在四个发射组之间分割(发射组b-1)。在步骤808处，执行第四子序列，该第四子序列包括针对组a中的每个波长在第三发射组(发射组a-3)处进行的单独测量。最后，在步骤810处，执行第五子序列，该第五子序列包括针对组a中的每个波长在第四发射组(发射组a-4)处进行的单独测量。第一子序列至第五子序列共同执行测量序列的所有测量，
包括针对组a中每个波长的四个单独测量以及针对组b中每个波长的一个单独测量。应当理解，这些子序列的顺序仅出于例示的目的，并且子序列的数量和顺序可至少部分地由组数以及针对每个组测量多少个独特组发射组来确定。
122.如上所述，单独测量包括以预先确定的输出配置从一组发射组发射光，并且使用对应于该组发射组的一组检测器组来测量光以生成一组输出信号。应当理解，可存在与单独测量相关联的附加步骤。例如，当多级光开关网络用于将给定波长的光路由到特定的一组发射组(例如，在上述第一波长的第一组测量中的每个测量)时，单独测量可包括设置步骤，其中多级光开关网络被重新配置用于该路由操作。附加地或另选地，波长锁定步骤可用于在利用检测器组测量光之前设置和稳定所发射的光的波长。附加地或另选地，单独测量可包括背景测量，其中在发射组不同时发光时(例如在所生成的光的发射之前)，由一个或多个检测器组测量背景光。这些背景测量可允许测量校正考虑在样品测量期间存在的检测器暗电流、杂散光和/或环境光。
123.本文描述的任何光学测量系统都可用于执行以上关于图7和图8描述的测量序列。在这些情况下，光源单元可用于生成该多个波长中的每个波长，并且经由该光源单元的一个或多个输出将该光提供给多级光开关网络。对于每个单独测量，多级光开关网络被控制为将所生成的波长的光在其输入端之一(对应于正在输出光的光源单元的输出端)之间路由到所选发射组。与所选发射组相关联的检测器组在测量期间测量光，并且生成用于确定正被测量的样品的一种或多种性质的输出信号。
124.图9描绘了测量序列900的一部分的时序图以及与测量序列900的单独测量相关联的示例性步骤。测量序列900可使用光学测量系统来执行，该光学测量系统包括光源单元、多个检测器组和多级光开关网络，该多级光开关网络选择性地将光路由到多个发射组，诸如以上更详细地讨论的。在图9所示的变型中，测量序列900的该部分涉及一组n个波长，每个波长在m个不同组发射组处被单独测量(例如，n个单独测量的m个不同子序列)。图9描绘了这些测量的子集，包括：第一单独测量902，其中针对第一组发射组(“l-1”)测量第一波长(“λ-1”)；第二单独测量904，其中针对第一组发射组测量第二波长(“λ-2”)；和第三单独测量906，其中针对第一组发射组测量第n波长(“λ-1”)。类似地，图9描绘了第四单独测量908，其中针对第m组发射组(“l-m”)测量第一波长；第五单独测量910，其中针对第m组发射组测量第一波长；和第六单独测量912，其中针对第m组发射组测量第n波长。
125.使用第一单独测量902作为示例，每个单独测量包括设置步骤(对于测量902标记为“设置l-1λ-1”)。在该步骤期间，多级光开关网络被配置(即，通过控制多级光开关网络的各个开关)为将该光波长(即，λ-1)从对应于该波长的网络的输入端路由到对应于所选组发射组(即，第一组发射组l-1)的输出端。应当理解，将多级光开关网络设置为期望的路由配置所需的时间可取决于先前的路由配置。如上所述，在一些情况下，调整多级光开关网络以考虑新波长(同时保持相同组发射组)可能比在不同组发射组之间切换更快，诸如在第二单独测量904中由较短的设置步骤(对于测量904标记为“设置l-1λ-2”)所指示的。一旦设置步骤完成，多级光开关网络就可在样品测量期间保持处于该路由配置(对于测量902标记为“保持l-1λ-1”)。
126.在样品测量期间，光源单元将生成用于该测量的波长(即，λ-1)的光，对于测量902其被标记为“λ-1测量”。由于所生成的光的波长偏移可能不利地影响测量的准确性，因此可
能期望在测量样品之前确保光源单元已经达到阈值水平的波长准确性。因此，在测量样品之前，单独测量可包括波长锁定步骤(对于测量902标记为“λ-1锁定”)。在波长锁定步骤期间，光源单元生成光并且调谐波长(例如，经由如上所述的波长锁定单元)直到实现期望的波长(即，λ-1)(并且在一些情况下，具有阈值水平的稳定性)。应当理解，波长锁定步骤可在相对于多级光开关网络的设置步骤的任何合适的时间执行。然而，在一些情况下，期望波长锁定步骤和设置步骤至少部分地同时发生，这可通过允许波长锁定和设置同时发生来节省时间。
127.当光源单元正在生成光(即，在λ-1测量步骤期间)并且多级光开关网络被配置为将所生成的光输出到期望组发射组(即，在保持l1-λ-1步骤期间)时，对应于该组发射组的一组检测器组将测量其在从该组发射组发射所生成的光期间接收的光(在测量902中标记为“l-1亮”)。样品测量的持续时间由该组发射组与该组检测器组被激活以测量光的同时地发射光的时间量限定。该组检测器组可输出对应于样品测量的对应组输出信号。
128.另外，在一些变型中，单独测量还可包括背景测量(对于测量902标记为“l-1暗”)，其中该组检测器组(即，对应于l-1组发射组的该组检测器组)在光源单元不主动生成光时测量入射在其上的光。该组检测器组可输出对应于背景测量的一组输出信号，该组输出信号可与对应于样品测量的那组输出信号一起用于计算样品的一种或多种性质中的一个(例如，通过执行来自样品测量的那组输出信号的暗信号校正)。虽然背景测量可在样品测量之前或之后执行，但是在一些情况下(诸如图9中所示)，可能希望至少一部分背景测量与多级光开关网络的设置步骤同时执行。这能够节省时间，因为可在光学测量准备进行样品测量的同时进行背景测量。
129.上述描述为了进行解释使用了特定命名来提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，在阅读本说明书之后，不需要具体细节即可实践所述实施方案。因此，出于例示和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。它们并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，在阅读本说明书之后，鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可能的。

技术特征：
1.一种光学测量系统，包括：光源单元，所述光源单元能够生成多个波长中的任何波长的光；多级光开关网络，所述多级光开关网络光学连接到所述光源单元并且包括多个输出端；多个发射组，每个发射组光学连接到所述多个输出端中的对应输出端；多个检测器组；和控制器，所述控制器被配置为使用所述光源单元、所述多级光开关网络、所述多个发射组和所述多个检测器组执行测量序列，其中所述测量序列包括：将所述多个波长划分成多个组，其中所述多个组中的每个组与不同的对应输出配置相关联；以及针对所述多个波长中的每个波长以该波长的对应输出配置执行一组测量。2.根据权利要求1所述的光学测量系统，其中：所述多个组包括与第一输出配置相关联的第一组和与第二输出配置相关联的第二组；并且针对所述多个波长中的每个波长执行所述一组测量包括：针对所述第一组中的第一波长执行第一组测量，所述第一组测量中的每个测量包括：使用所述光源单元生成所述第一波长的光；从选自所述多个发射组并且具有对应于所述第一输出配置的第一数量的发射组的发射组对应集合发射所生成的光；以及使用选自所述多个检测器组并且具有所述第一数量的检测器组的检测器组对应集合测量在所生成的光的发射期间接收的返回光；以及针对所述第二组中的第二波长执行第二组测量，所述第二组测量中的每个测量包括：使用所述光源单元生成所述第二波长的光；从选自所述多个发射组并且具有对应于所述第二输出配置的第二数量的发射组的发射组对应集合发射所生成的光；以及使用选自所述多个检测器组并且具有所述第二数量的检测器组的检测器组对应集合测量在所生成的光的发射期间接收的返回光。3.根据权利要求2所述的光学测量系统，其中：所述第一组测量包括具有不同的发射组对应集合和不同的检测器组对应集合的多个测量。4.根据权利要求2所述的光学测量系统，其中：所述第一组测量中的每个测量还包括：将所述多级光开关网络配置为将所述第一波长的所述光路由到所述发射组对应集合。5.根据权利要求4所述的光学测量系统，其中：所述第一组测量中的每个测量还包括：使用所述检测器组对应集合测量在所生成的光的发射之前接收到的背景光；并且在所述第一组测量中的每个测量中配置所述多级光开关网络与测量所述背景光至少部分地同时执行。6.一种光学测量系统，包括：
光源单元，所述光源单元能够生成多个波长中的任何波长的光；多级光开关网络，所述多级光开关网络光学连接到所述光源单元；和多个发射组；其中：所述多级光开关网络包括多个输出端，每个输出端光学连接到所述多个发射组中的对应发射组，并且所述多级光开关网络能够被控制为以不同输出配置选择性地将由所述光源单元生成的所述光路由到所述多个发射组。7.根据权利要求6所述的光学测量系统，还包括光子集成电路，其中：所述光子集成电路包括所述光源单元、所述多级光网络和所述多个发射组。8.根据权利要求7所述的光学测量系统，其中每个发射组包括被配置为从所述光子集成电路发射光的对应输出耦合器。9.根据权利要求7所述的光学测量系统，还包括：多个检测器组。10.根据权利要求9所述的光学测量系统，还包括：中介层，其中：所述光子集成电路和所述多个检测器组安装在所述中介层上。11.根据权利要求6所述的光学测量系统，还包括第一波长锁定单元。12.根据权利要求11所述的光学测量系统，其中：所述多级光开关网络包括第一级和第二级，所述第一级包括第一可控开关；所述第一可控开关包括第一分接头；并且所述第一波长锁定单元经由所述第一分接头光学连接到所述多级光开关网络。13.根据权利要求12所述的光学测量系统，还包括：第二波长锁定单元，其中：所述第一级包括第二可控开关；所述第二可控开关包括第二分接头；并且所述第二波长锁定单元经由所述第二分接头光学连接到所述多级光开关网络。14.根据权利要求12所述的光学测量系统，其中：所述第一可控开关包括附加分接头；所述第一分接头从所述第一可控开关的第一引脚提取光；并且所述附加分接头从所述第一可控开关的第二引脚提取光。15.一种对样品进行表征的方法，包括：选择多个波长；执行测量序列以生成多组输出信号，包括：将所述多个波长划分成多个组，其中所述多个组中的每个组与不同的对应输出配置相关联；针对所述多个波长中的每个波长以该波长的对应输出配置执行所述样品的一组测量；以及针对每组测量生成所述多组输出信号中的对应组输出信号；以及使用所述多组输出信号来确定所述样品的一种或多种性质。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：所述多个组包括与第一输出配置相关联的第一组和与第二输出配置相关联的第二组；并且针对所述多个波长中的每个波长执行所述样品的所述一组测量包括：针对所述第一组中的第一波长执行所述样品的第一组测量，所述第一组测量中的每个测量包括：生成所述第一波长的光；从选自多个发射组并且具有对应于所述第一输出配置的第一数量的发射组的发射组对应集合发射所生成的光；以及使用选自多个检测器组并且具有所述第一数量的检测器组的检测器组对应集合测量在所生成的光的发射期间接收的返回光；以及针对所述第二组中的第二波长执行所述样品的第二组测量，所述第二组测量中的每个测量包括：生成所述第二波长的光；从选自所述多个发射组并且具有对应于所述第二输出配置的第二数量的发射组的发射组对应集合发射所生成的光；以及使用选自所述多个检测器组并且具有所述第二数量的检测器组的检测器组对应集合测量在所生成的光的发射期间接收的返回光。17.根据权利要求16所述的方法，其中：所述第一组测量包括具有不同的发射组对应集合和不同的检测器组对应集合的多个测量。18.根据权利要求16所述的方法，其中：所述第一组测量中的每个测量还包括：将多级光开关网络配置为将以所述第一波长生成的所述光路由到所述发射组对应集合。19.根据权利要求18所述的方法，其中：所述第一组测量中的每个测量还包括：使用所述检测器组对应集合测量在所生成的光的发射之前接收到的背景光；以及在所述第一组测量中的每个测量中配置所述多级光开关网络与测量所述背景光至少部分地同时执行。20.根据权利要求15所述的方法，其中所述测量序列被划分成多个子序列，其中：每个子序列具有所述多个波长中的对应组波长以及选自多个发射组的发射组对应集合，并且每个子序列包括针对所述对应组波长中的每个波长的对所述样品的测量，在所述测量期间，所述波长的光从所述发射组对应集合发射。

技术总结
本公开涉及具有多个发射位点的光学测量系统。本文所公开的各种实施方案描述了用于表征样品的光学测量系统。该光学测量系统能够选择性地从不同数量的发射组发射光，并且能够包括多级光开关网络，该多级光开关网络能够被控制为将光路由到期望数量的发射组。该光学测量系统还能够使用对应数量的检测器组来测量光。该光学测量系统能够使用多个不同波长来执行测量，其中能够使用不同数量的发射组(以及对应的检测器组)来测量这些波长的不同组。应的检测器组)来测量这些波长的不同组。应的检测器组)来测量这些波长的不同组。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：苹果公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/10/8