[发明专利]基于相位检测的单片集成光学加速度计

权利要求书

1.一种基于相位检测的单片集成光学加速度计，其特征在于：包括均位于封装外壳（12）内的宽谱光源（1）、模斑转换器（2）、光电探测器（3）、单向隔离器（4）、2:1型Y波导（5）、1:2型Y波导（6）、弹簧振子结构（7）、上电极（8）、中电极（9）、下电极（10）、波导反射镜（11）、铌酸锂单晶薄膜层（14）、二氧化硅缓冲层（15）、硅衬底（16）、制冷片（13）和磁力反馈模块（17）；

制冷片（13）、磁力反馈模块（17）、硅衬底（16）、二氧化硅缓冲层（15）和铌酸锂单晶薄膜层（14）由下至上依次层叠，铌酸锂单晶薄膜层（14）上表面通过刻蚀形成2:1型Y波导（5）和1:2型Y波导（6），2:1型Y波导（5）和1:2型Y波导（6）通过各自的合束端口相连，2:1型Y波导（5）两个分支中其中一个分支经单向隔离器（4）、模斑转换器（2）与宽谱光源（1）相连，2:1型Y波导（5）两个分支中另一个分支与光电探测器（3）相连，1:2型Y波导（6）的两个分支端均与波导反射镜（11）相连；

宽谱光源（1）、模斑转换器（2）、单向隔离器（4）、2:1型Y波导（5）、1:2型Y波导（6）和波导反射镜（11）沿光路方向依次布置，宽谱光源（1）与光电探测器（3）以光路方向为对称轴对称布置；单向隔离器（4）、模斑转换器（2）与宽谱光源（1）均位于二氧化硅缓冲层（15）上表面，制冷片（13）、磁力反馈模块（17）、硅衬底（16）、二氧化硅缓冲层（15）和铌酸锂单晶薄膜层（14）远离宽谱光源（1）的一端均与波导反射镜（11）接触；

硅衬底（16）、二氧化硅缓冲层（15）和铌酸锂单晶薄膜层（14）共同刻蚀形成弹簧振子结构（7），弹簧振子结构（7）位于1:2型Y波导（6）的两个分支端之间，弹簧振子结构（7）包括质量块（19）和两根微梁（18），质量块（19）位于1:2型Y波导（6）的两个分支端的正中间位置且底部与磁力反馈模块（17）不接触，两根微梁（18）的一端对称布置于质量块（19）两侧，两根微梁（18）的另一端与未经刻蚀的铌酸锂单晶薄膜层（14）相连；

上电极（8）、中电极（9）和下电极（10）均位于铌酸锂单晶薄膜层（14）上表面，中电极（9）布置于弹簧振子结构（7）的质量块（19）上表面且位于1:2型Y波导（6）两分支中间位置，1:2型Y波导（6）的两分支外侧分别布置有与上电极（8）位置相对的上电极（8）和下电极（10）；

当光学加速度计受到加速度时，质量块（19）在惯性作用下产生位移，中电极（9）的位置从而产生变化，上电极（8）和中电极（9）的间距、下电极（10）和中电极（9）的间距发生变化，在上电极（8）和下电极（10）施加的电压值不变的情况下，相邻电极间的电场进而发生变化，使1:2型Y波导（6）的折射率发生变化，最终导致经过1:2型Y波导（6）两个分支的光的相位差发生变化。

2.根据权利要求1所述的一种基于相位检测的单片集成光学加速度计，其特征在于：所述宽谱光源（1）的光经过模斑转换器（2）耦合进入2:1型Y波导（5）的其中一个分支后，经单向隔离器（4）进入1:2型Y波导（6）实现3dB分光，两束光由波导反射镜（11）反射，耦合进入2:1型Y波导（5）的另一个分支，最后直接耦合进入光电探测器（3）中。

3.根据权利要求2所述的一种基于相位检测的单片集成光学加速度计，其特征在于：所述单向隔离器（4）用于隔离从2:1型Y波导（5）的合束端口进入2:1型Y波导（5）两分支中其中一个分支的光。

4.根据权利要求1所述的一种基于相位检测的单片集成光学加速度计，其特征在于：所述弹簧振子结构（7）的质量块（19）形成于铌酸锂单晶薄膜层（14）、二氧化硅缓冲层（15）和硅衬底（16）三者所处层；两个微梁（18）形成于铌酸锂单晶薄膜层（14）所处层；两个微梁（18）的尺寸相同且厚度均小于质量块（19）的厚度。

5.根据权利要求1所述的一种基于相位检测的单片集成光学加速度计，其特征在于：所述的宽谱光源（1）采用SLD光源或ASE光源，1:2型Y波导（6）的两个分支等长。

6.根据权利要求1所述的一种基于相位检测的单片集成光学加速度计，其特征在于：所述宽谱光源（1）与2:1型Y波导（5）的两个分支中其中一个分支端正对，光电探测器（3）的光敏面与2:1型Y波导（5）的两个分支中另一个分支端正对并接触。