[发明专利]用于三轴光纤陀螺的硅基-LN基混合集成光学芯片

说明书

本发明属于集成光学和光纤传感技术领域，具体涉及一种用于三轴光纤陀螺的硅基‑LN基混合集成光学芯片，该硅基‑LN基混合集成光学芯片由硅基芯片和铌酸锂基两块芯片拼接而成，硅基芯片上集成了输入光波导、1×3Y分支耦合器、第七输出光波导、第一90°圆弧光波导、第一方向耦合器、第八输出光波导、第二90°圆弧光波导、第二方向耦合器、第九输出光波导、第三90°圆弧光波导、第三方向耦合器；铌酸锂基芯片上集成了第一Y分支耦合器、第二Y分支耦合器、第三Y分支耦合器。该芯片混合集成了多个关键功能波导器件，可实现光束分束、合束及调制等，具有集成度高、一致性好、功率低、体积小和可靠性高等众多优点，可应用于开发三轴光纤陀螺。

技术领域

本发明属于集成光学和光纤传感技术领域，具体涉及一种用于三轴光纤陀螺的硅基-LN基混合集成光学芯片。

背景技术

光纤陀螺是一种惯性角速度测量仪器，主要应用于平台导航、导弹制导、瞄准稳定、姿态控制、定位等领域。随着惯性导航技术的发展，应用领域对惯性导航系统的体积、重量要求越来愈高，集成化、小型化的光纤陀螺设计成为必然。在实际的惯性测量系统中，一般需要测量三个相互垂直方向的角速率信息，因此利用单个惯性传感器实现三轴测量，复合惯性器件小型化、低成本发展趋势，在惯性系统检测方面具有重要应用前景。然而目前的三轴光纤陀螺均为分立的光纤器件组合而成，需要多个光纤方向耦合器、光学相位调制器等因此整个系统体积大、质量高，而稳定性和一致性较差，无法满足惯性系统小型化集成化日益发展的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种集成度高、易于实现光电集成的用于三轴光纤陀螺的硅基-LN基混合集成光学芯片。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于三轴光纤陀螺的硅基 -LN基混合集成光学芯片，所述硅基-LN基混合集成光学芯片由硅基芯片1和铌酸锂基芯片2拼接而成；

所述硅基芯片1上集成了输入光波导3-1、1×3Y分支耦合器3、第七输出光波导4-1、第一90°圆弧光波导4-2、第一方向耦合器4、第八输出光波导5-1、第二90°圆弧光波导5-2、第二方向耦合器5、第九输出光波导6-1、第三90°圆弧光波导6-2、第三方向耦合器6；

所述铌酸锂基芯片2上集成了第一Y分支耦合器7、第二Y分支耦合器8、第三Y分支耦合器9和对应设计制作的金属电极10；

所述硅基芯片1的三个方向耦合器的输出光波导的外端面形成连接端；所述铌酸锂基芯片2中的三个Y分支输入直波导段的外端面形成连接端；两块芯片的连接端相互拼接在一起并通过波导耦合工艺固定，拼接后，硅基芯片的三个方向耦合器各自的第一输出直波导段分别与铌酸锂基芯片中的三个Y分支的输入直波导段同轴。

其中，所述输入光波导3-1是1×3Y分支耦合器3的输入直波导，1×3Y分支耦合器3有三条输出波导，分为第一输出波导3-2、第二输出波导3-3、第三输出波导3-4，第一输出波导3-2对应1×3Y 分支耦合器3的第一输出端口，第二输出波导3-3对应1×3Y分支耦合器3的第二输出端口，第三输出波导3-4对应1×3Y分支耦合器3的第三输出端口；

1×3Y分支耦合器3的第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口分别与第一方向耦合器4的第一输入端4-3、第二方向耦合器5 的第一输入端5-3和第三方向耦合器6的第一输入端6-3相连；

第一方向耦合器4的第二输入端4-4、第二方向耦合器5的第二输入端5-4和第三方向耦合器6的第二输入端6-4分别连接第一90°圆弧光波导4-2、第二90°圆弧光波导5-2和第三90°圆弧光波导 6-2；