[发明专利]一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺

权利要求书

1.一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺，包括从下到上依次层叠布置的硅衬底(13)、二氧化硅缓冲层(12)和铌酸锂单晶薄膜(11)，其特征在于：所述的铌酸锂单晶薄膜(11)在两侧分为第一台阶面(14)和第二台阶面(15)的两个高度不同的台阶面；在第一台阶面(14)上集成布置光传输系统，光传输系统包括窄线宽激光光源(1)、输入波导(2)、一个第一Y分支波导(3)、两个第二Y分支波导(7)、金属电极调制器(4)、两个输出波导(6)和两个探测器(5)，由输入波导(2)、一个第一Y分支波导(3)、两个第二Y分支波导(7)、输出波导(6)构成了铌酸锂波导且均嵌装于铌酸锂单晶薄膜(11)的表面内，输入波导(2)输入端和窄线宽激光光源(1)连接，输入波导(2)的输出端和第一Y分支波导(3)的集合端连接，第一Y分支波导(3)的两个分支端旁的铌酸锂单晶薄膜(11)上各自均布置有金属电极调制器(4)，第一Y分支波导(3)的两个分支端分别和一个第二Y分支波导(7)各自的一个分支端连接，两个第二Y分支波导(7)各自的另一个分支端分别和一个探测器(5)连接，两个第二Y分支波导(7)各自的集合端分别和一个输出波导(6)的一端连接，两个输出波导(6)相靠拢呈具有夹角布置，两个第二Y分支波导(7)和两个输出波导(6)以输入波导(2)所在直线对称布置在两侧；

在第二台阶面(15)上集成布置谐振腔光路，谐振腔光路包括弯月形透镜(8)和空心光子晶体光纤环(10)，第二台阶面(15)开设有圆环槽，输入波导(2)所在直线过圆环槽的圆心，圆环槽在输入波导(2)所在直线的两侧各自均连接一条向第一台阶面(14)一侧延伸且切向布置的条形槽，条形槽的方向沿圆环槽的切向方向，两条条形槽在向第一台阶面(14)一侧延伸的同时相靠拢且呈具有夹角布置，两条条形槽以输入波导(2)所在直线对称布置在圆环槽的两侧，由圆环槽和两侧的条形槽构成了光纤环安装槽(9)，光纤环安装槽(9)用于定位安装空心光子晶体光纤环(10)；空心光子晶体光纤环(10)包括了圆环螺旋段和连接在圆环螺旋段两端的直线段，圆环螺旋段装在光纤环安装槽(9)的圆环槽中，直线段装在光纤环安装槽(9)的条形槽中，圆环螺旋段具有至少一圈螺旋，直线段未与圆环螺旋段连接的两端作为空心光子晶体光纤环(10)的两端；直线段端部和条形槽向第一台阶面(14)一侧延伸的一端槽壁之间具有间隙或者不具有间隙；空心光子晶体光纤环(10)和第一台阶面(14)之间的第二台阶面(15)内部嵌装有弯月形透镜(8)，弯月形透镜(8)的弯曲凸出面朝向第一台阶面(14)；

铌酸锂波导的模场中心、弯月形透镜(8)光轴所在平面、空心光子晶体光纤环(10)的模场中心均处在同一水平面；弯月形透镜(8)的折射率高于铌酸锂单晶薄膜(11)的折射率，且使得两个输出波导(6)的另一端所输出的光束经弯月形透镜(8)折射后分别输入到光纤环安装槽(9)的空心光子晶体光纤环(10)的两端中；

通过飞秒激光器进行照射铌酸锂单晶薄膜(11)内部的局部区域，改变提高局部区域中铌酸锂单晶薄膜(11)材料的折射率，将折射率高于铌酸锂单晶薄膜(11)的局部区域作为弯月形透镜(8)。

2.根据权利要求1所述的一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺，其特征在于：所述的输入波导(2)、第一Y分支波导(3)、第二Y分支波导(7)、输出波导(6)均为质子交换铌酸锂波导。

3.根据权利要求1所述的一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺，其特征在于：所述的金属电极调制器(4)包括两个金属调制电极，两个金属调制电极分别布置在第一Y分支波导(3)的分支端的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺，其特征在于：所述的输入波导(2)与第一台阶面(14)和第二台阶面(15)之间的垂直面之间的夹角γ满足0°γ90°。

5.根据权利要求1所述的一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺，其特征在于：制备时，第一台阶面(14)高度小于第二台阶面(15)的高度，且通过第一台阶面(14)和第二台阶面(15)之间的相对高度差以及第二台阶面(15)中的光纤环安装槽(9)深度的设置使得安装入的输入波导(2)的模场中心、弯月形透镜(8)光轴所在平面和空心光子晶体光纤环(10)的模场中心处在同一水平面。

6.根据权利要求1所述的一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺，其特征在于：所述的窄线宽激光光源(1)的光耦合进输入波导(2)中，通过第一Y分支波导(3)的两个分支分为两路相位、振幅、偏振方向相同的光，两路光沿Y分支波导的两个分支传播时经金属电极调制器(4)调制后从两个输出波导(6)的端口输出，再经弯月形透镜(8)折射后分别输入到光纤环安装槽(9)的空心光子晶体光纤环(10)的两端中，输入到空心光子晶体光纤环(10)每一端中的光沿空心光子晶体光纤环(10)传播后从空心光子晶体光纤环(10)的另一端输出到弯月形透镜(8)发送反射和透射，反射的光回到空心光子晶体光纤环(10)每一端中，透射的光经弯月形透镜(8)折射后输入到之前为传播经过的另一个输出波导(6)中，再经由第二Y分支波导(7)输出到探测器(5)。