[发明专利]一种相位调制器及谐振腔异质集成芯片

说明书

本发明公开了一种相位调制器及谐振腔异质集成芯片。在铌酸锂薄膜基片上设置氮化硅调制谐振模块；氮化硅调制谐振模块包括铌酸锂波导相位调制单元、层间耦合单元和氮化硅谐振单元；铌酸锂波导相位调制单元的输入端接收激光器输出的光，铌酸锂波导相位调制单元对输入的光进行调制得到调制光；层间耦合单元实现调制光从铌酸锂波导相位调制单元向氮化硅谐振单元进行过渡；调制光经层间耦合单元耦合至氮化硅谐振单元；氮化硅谐振单元对耦合后的光进行谐振，然后由氮化硅谐振单元的输出端将谐振后的光输出至探测器。采用本发明的芯片，将铌酸锂相位调制器与谐振腔集成在一个芯片上，能够减小体积、降低功耗和成本，提高谐振式集成光学陀螺系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及集成光学陀螺技术领域，特别是涉及一种相位调制器及谐振腔异质集成芯片。

背景技术

基于萨格纳克效应(Sagnac效应)的光学陀螺由于具有全固态、抗电磁干扰、精度高、动态范围宽的优点，逐渐成为陀螺市场的主流。现有的光学陀螺，主要包括激光陀螺和干涉式光纤陀螺，已经在惯性导航、姿态测量等领域获得广泛的应用，市场化程度较高。但由于其成本、体积、重量和功耗难以大幅度减小，限制了其在民用领域的应用。集成光学陀螺，特别是谐振式集成光学陀螺，它的角速度敏感单元为光学环形谐振腔，利用谐振效应能够在较短几何光程内实现数百倍甚至数千倍的等效光程，极大增强Sagnac效应的检测灵敏度，从而在很小尺寸内实现对角速度的高灵敏度检测。谐振式集成光学陀螺结合了光学陀螺和微电子技术各自的优点，具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好、批量化生产等潜在优势，因此具有巨大的市场需求而受到科研人员的重视。光学环形谐振腔利用谐振效应能够在较短几何光程内实现数百倍甚至数千倍的等效光程，极大增强Sagnac效应的检测灵敏度，从而在很小尺寸内实现对角速度的高灵敏度检测。

目前相关研究人员对谐振式集成光学陀螺进行了大量的研究，零偏稳定性等性能指标也有了很大的提高，但是系统分立器件较多，从而使得体积和系统功耗较大，成本较高，难以实现工程应用。谐振腔以及相位调制器作为陀螺系统中的核心器件，在保证其优良性能的基础上开发集成技术非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种相位调制器及谐振腔异质集成芯片，将调制器与谐振腔集成到一块芯片上，能够减小体积、降低功耗和成本，提高了谐振式集成光学陀螺系统的稳定性，能满足不同精度、不同应用的陀螺的要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种相位调制器及谐振腔异质集成芯片，包括：铌酸锂薄膜基片和设置在所述铌酸锂薄膜基片上的氮化硅调制谐振模块；

所述氮化硅调制谐振模块，具体包括：

铌酸锂波导相位调制单元、层间耦合单元和氮化硅谐振单元；

所述层间耦合单元位于所述铌酸锂波导相位调制单元和所述氮化硅谐振单元之间，所述层间耦合单元的输入端与所述铌酸锂波导相位调制单元的输出端连接，所述层间耦合单元的输出端与所述氮化硅谐振单元的输入端连接；

所述铌酸锂波导相位调制单元的输入端接收激光器输出的光，所述铌酸锂波导相位调制单元用于对输入的光进行调制得到调制光；所述层间耦合单元用于实现调制光从铌酸锂波导相位调制单元向氮化硅谐振单元进行过渡；所述调制光经所述层间耦合单元耦合至所述氮化硅谐振单元；所述氮化硅谐振单元用于对耦合后的光进行谐振，然后由所述氮化硅谐振单元的输出端将谐振后的光输出至探测器。

可选的，所述铌酸锂薄膜基片，具体包括：

硅基底、二氧化硅层和铌酸锂层；

所述二氧化硅层的下表面设置在所述硅基底的上表面上，所述铌酸锂层的下表面设置在所述二氧化硅层的上表面上，所述氮化硅调制谐振模块设置在所述铌酸锂层的上表面上。

可选的，所述铌酸锂波导相位调制单元，具体包括：