[实用新型]基于柔性表面等离子体激元波导的光学陀螺有效

专利信息
申请号: 201120525608.8 申请日: 2011-12-15
公开(公告)号: CN202393392U 公开(公告)日: 2012-08-22
发明(设计)人: 张彤;李威;张晓阳;李若舟 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G01C19/72 分类号: G01C19/72
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 柏尚春
地址: 210096*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 基于 柔性 表面 等离子体 波导 光学 陀螺
【说明书】:

技术领域

本实用新型提出一种利用柔性表面等离子体激元波导弯曲连接成长波导的光学陀螺,特别涉及设计并制备柔性表面等离子体激元波导,代替传统光纤陀螺,有效减小陀螺体积重量,应用于光学陀螺领域。

背景技术

光学陀螺作为新型陀螺仪,具有灵敏度高、结构灵活、体积重量小等性能优势,引起了世界上许多国家的大学和科研机构的普遍重视。光学陀螺是利用闭合光波导环路中的萨格奈克效应来测量旋转体的转动角速度,包括激光陀螺、光纤陀螺、集成光波导陀螺等。激光陀螺是利用光信号在自由空间中传输形成闭合回路,稳定性较差,所以目前的高精度光学陀螺以光纤陀螺为主。光纤陀螺是以光纤为信号载体,利用闭合光纤环路中的萨格奈克效应测量旋转体的转动角速度。但是,要想的到较高的陀螺精度,光纤长度必须足够长,一般需要几公里,光纤环体积和重量大,成本高。因此,光纤陀螺难以做到小型化,集成化。随着光学陀螺需求的领域和数量不断增大,对光学陀螺提出了小型化、集成化、成本低和稳定性高的要求。集成光波导陀螺虽能实现一定程度的集成化,但仍无法取代光纤陀螺,其主要原因是平面光波导集成工艺无法制备超长光波导谐振腔,且平面光波导工艺加工的光波导损耗远高于光纤。因此目前的集成光波导陀螺面临技术瓶颈,无法实现高精度。

近年来,随着纳米科学和纳电子学的发展,一种全新的波导结构--表面等离子体激元波导成为集成光学领域的新兴研究方向。表面等离子体激元是一种在金属表面传播的并且被约束在此表面的一种非辐射电磁波。表面等离子体激元被约束在波导表面是光和金属的自由电子相互作用的结果。表面等离子体激元波导具有普通光波导所不具备的特性:如可以实现在纳米尺度上的信号传输;可保持信号长程传输过程中的单一偏振态,实现各种尺寸下单模传输;表面等离子体激元波导的金属芯层结构,不但能够传播光信号,还可以传播电信号,可实现在同一芯片上光电混合;金属的介电常数为复数,其虚部代表金属吸收光的能力,通过对金属芯层的设计限制光场强度;可对表面等离子体激元波导的金属芯层直接调制以实现表面等离子体激元波导器件的高效调谐等。基于表面等离子体激元波导的这些特性,表面等离子体激元波导器件可在光通信、光学传感领域发挥重要应用。

另外,聚合物材料和光波导制备工艺迅速发展,一种全新的波导结构—柔性材料光波导成为集成光学领域的新兴研究方向。柔性材料光波导是一种在柔性材料基础上制备出的具有较强柔韧性、可以弯曲的光波导。与传统光波导相比,柔性材料光波导具有抗震,防撞击,可以按任意形状弯曲的特点。并且通过调整芯包层材料折射率,可以得到较低的弯曲损耗,因此可以设计并制备出超长弯曲波导。基于这些特点,柔性材料光波导在光通信、光学传感领域有着巨大的发展前景。

发明内容

技术问题:本实用新型的目的是提出一种基于柔性表面等离子体激元波导的光学陀螺,利用表面等离子体激元光波导的优良传输特性以及柔性材料光波导的可塑性,并通过对波导芯包层折射率的调整,降低波导损耗,实现该超长光波导取代传统光纤应用到陀螺领域,与已有集成光波导陀螺技术相比,技术上有重大突破,大幅提高了陀螺灵敏度,具有单偏振态、低损耗、体积小、重量轻、高精度、低成本、工艺简单等优点。 

技术方案:为解决上述技术问题,本实用新型提供了一种基于柔性表面等离子体激元波导的光学陀螺,该光学陀螺包括光源,Y分支调制器,输入光纤,输出光纤,柔性表面等离子体激元波导柱面,光探测器;

柔性表面等离子体激元波导柱面包括柔性表面等离子体激元波导和柔性衬底,其中,

光信号由光源输出到Y分支调制器,调制后经输入光纤输入到柔性表面等离子体激元波导柱面,光在柔性表面等离子体激元波导中干涉后经输出光纤传输到光探测器,且被光探测器探测出旋转角速度。

优选的,Y分支调制器包括Y分支光波导和调制器电极;调制器电极在Y分支光波导两分支两侧。

优选的,柔性表面等离子体激元波导平面的横截面由下至上依次为下包层、芯层、上包层,其中上包层和下包层均为柔性有机聚合物,厚度为微米量级,芯层为金属,厚度为纳米量级。

有益效果:1、本实用新型所提出的基于柔性表面等离子体激元波导,采用表面等离子体激元波导与柔性聚合物材料衬底相结合传输光信号,通过改变表面等离子体激元波导芯层宽度来调节其光斑大小达到波导间模式匹配,实现与光纤低损耗对接。利用表面等离子体激元波导特有的传输特性,实现光信号长程传输的保偏,实现不同芯层宽度下单模传输,从而实现高精度光学陀螺。

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