[发明专利]多轴光纤陀螺组合用波导型光学收发调制芯片

说明书

技术领域

本发明涉及集成光学和传感技术，特别是涉及一种多轴光纤陀螺组合用光学收发调制芯片。

背景技术

光纤陀螺是一种基于光学Sagnac效应的角速度光纤传感器，在航海、导航、系统稳定等广泛领域有着重要用途。在实际应用中，一般要求陀螺系统能够同时测量互相垂直的三个坐标轴方向的角速率信息。最简单的实现方案采用多套单轴光纤陀螺测量系统，分别对三个正交轴上的旋转角速度进行测量，这种结构的多轴测量系统缺点是每个子系统分别使用一个信号处理系统、一个光源和一个调制器，大大增加了系统的质量、体积、功耗和成本。

另外传统光纤陀螺的分束器采用光纤定向耦合器，在保证光纤陀螺互易性的同时，分束器的插入损耗、分束比、消光比等指标随温度的变化会导致陀螺信号飘移，分束器与Y波导调制器的连接需通过尾纤熔接，由此导致陀螺光学系统的损耗增加，稳定性与可靠性降低，不能适应光纤陀螺高精度、高可靠性、小型化的发展趋势。

综上所述，多轴光纤陀螺系统小型化发展遇到多个问题，而分立的器件所组成的系统结构是制约其发展的关键。

发明内容

针对传统光纤陀螺采用光纤定向耦合器带来的系统损耗增加、稳定性和可靠性降低和一般多轴光纤陀螺使用多个光源、调制器、信号处理器带来的增加系统质量、体积、功耗和成本等问题，本发明的目的在提供一种多轴光纤陀螺组合用波导型光学收发调制芯片，它将多个分束器、Y波导调制器、探测器集成于一体，减小了系统的体积和制作成本，大大提高了光纤陀螺的可靠性和对于环境变化的稳定性，为光纤陀螺的小型化提供关键器件支撑。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

对于多轴为n的光纤陀螺组合用波导型光学收发调制芯片，其中n为2^a＜n≤2^a+1，由2^a+2-1个Y分支和n个调制电极、n个探测臂构成；2^a+2-1个Y分支在衬底中间从一侧到另一侧排成a+2列，第k列上有2^k-1个Y分支，其中1≤k≤a+2，第一列第一Y分支双端端口的一端口与第二列第一Y分支单端端口相连，第一列第一Y分支双端端口的另一端口与第二列第二Y分支单端端口相连；第三列Y分支的各单端端口依次与第二列Y分支的各双端端口连接，按照此方式依次连接各列Y分支，直至第a+2列Y分支；在第a+2列2^a+1个Y分支中的任意n个Y分支的双端端口各连接有一段直波导，在双端端口直波导上各有一组调制电极，在含有调制电极的n个Y分支的单端端口各有一探测光信号的探测臂。

所述的2^a+2-1个Y分支弯曲部分均为半个周期的余弦函数曲线。

所述的a+2列Y分支第k列Y分支各Y分支双端端口的间距a_k，第k列Y分支各Y分支弯曲部分从一侧到另一侧的长度b_k，第k列Y分支各Y分支单端端口直波导部分从一侧到另一侧的长度c_k，其中k为1≤k≤a+2，满足如下关系式：

10∶1≤a_k∶b_k≤100∶1

a_k+1∶a_k＝1∶2

c_k+1∶c_k＝1∶2

所述的n个探测臂均为四分之一个周期的余弦函数曲线，且各个探测臂的探测端口以其探测臂位于芯片上半区或下半区来决定其位于上探测边或下探测边。

本发明具有的有益效果是：

本发明将多个分束器、Y波导调制器、探测器集成于一体，减小了系统的体积和制作成本，大大提高光纤陀螺的可靠性和对于环境变化的稳定性，为光纤陀螺的小型化提供关键器件支撑。

附图说明

图1是所述多轴光纤陀螺组合用波导型光学收发调制芯片示意图。

图2是Y分支结构示意图；

图3是三轴光纤陀螺组合用波导型光学收发调制芯片示意图。

图4是四轴光纤陀螺组合用波导型光学收发调制芯片示意图。