[发明专利]一种单片式集成光学陀螺及其制造方法

权利要求书

1.一种单片式集成光学陀螺，其特征在于，包括：集成在同一硅基底上的光源、布拉格光栅、Y波导、环形谐振腔、两个光探测器以及集成电路；光源通过光波导连接布拉格光栅，布拉格光栅通过光波导连接Y波导，集成电路通过导线连接光源和两个光探测器；

光源用于输出激光，布拉格光栅控制激光变为窄线宽激光，Y波导将窄线宽激光分成两束光，两束光经耦合器进入环形谐振腔，分别在环形谐振腔中沿顺时针方向和逆时针方向传输，在环形谐振腔中传输的光经耦合器耦合出环形谐振腔；标记探测在环形谐振腔中沿顺时针方向传输的光的光探测器为顺时针光探测器，标记探测在环形谐振腔中沿逆时针方向传输的光的光探测器为逆时针光探测器，两个光探测器进行光电转换，将生成的电信号输出给集成电路；集成电路解调输入的电信号得到解调信号，以其中一个光探测器的解调信号作为光源的反馈控制信号，调谐光源的驱动电流，使光源输出的激光频率与环形谐振腔对应方向的谐振频率一致，此时另外一个光探测器的解调信号为陀螺的开环输出。

2.根据权利要求1所述的一种单片式集成光学陀螺，其特征在于，所述的环形谐振腔由闭合光波导构成。

3.根据权利要求1所述的一种单片式集成光学陀螺，其特征在于，所述的光源由倒装焊工艺集成在硅基底上。

4.根据权利要求1或2所述的一种单片式集成光学陀螺，其特征在于，所述的单片式集成光学陀螺采用透射式结构，Y波导连接耦合器C1，两个光探测器之间连接有耦合器C2，经Y波导分成的两束光通过耦合器C1耦合入环形谐振腔，环形谐振腔中的光通过耦合器C2耦合出环形谐振腔。

5.根据权利要求1或2所述的一种单片式集成光学陀螺，其特征在于，所述的单片式集成光学陀螺采用反射式结构，设置了三个Y波导：第一Y波导、第二Y波导和第三Y波导，布拉格光栅通过光波导连接第一Y波导的输入端，第一Y波导的两个输出端分别连接第二Y波导和第三Y波导的一个输出端，第二Y波导的另一个输出端连接逆时针光探测器，第三Y波导的另一个输出端连接顺时针光探测器，第二Y波导和第三Y波导的输出端连接耦合器C。

6.根据权利要求1所述的一种单片式集成光学陀螺的制造方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

(a).在硅基片A上制作CMOS集成电路并把CMOS基片平整，在CMOS基片上表面沉积一层二氧化硅层；

(b).在硅基片B上表面沉积一层二氧化硅层，在二氧化硅层上制作布拉格光栅、Y波导、耦合器和环形谐振腔；

(c).在经过(b)处理后的基片B上进行锗外延生长，制作锗基光探测器；

(d).在经过(c)处理后的硅基片B上沉积一层二氧化硅层，进行退火处理，并把表面平整化；

(e).把经过(a)处理后的硅基片A和经过(d)处理后的硅基片B键合；

(f).把键合后的硅基片B的硅基底进行机械减薄，用化学腐蚀法去除残余的硅，使二氧化硅层暴露；

(g).通过光刻和刻蚀二氧化硅形成不同深度的槽，用于沉积金属电极；

(h).在(g)中槽中沉积金属形成电极；

(i).在属于硅基片B的二氧化硅层上刻蚀出一个槽；

(j).在(i)中刻蚀出的槽中用外部光源管芯对准二氧化硅波导进行倒装焊。