[发明专利]一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺

说明书

本发明公开了一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺。本发明包括从下到上依次层叠布置的硅衬底、二氧化硅缓冲层和铌酸锂单晶薄膜，铌酸锂单晶薄膜在两侧分为第一台阶面和第二台阶面的两个高度不同的台阶面；在第一台阶面上集成布置光传输系统，在第二台阶面上集成布置谐振腔光路，光束在光传输系统和谐振腔光路中传导，实现光的低损耗谐振运动。本发明的光纤陀螺集成度高，减少元件之间的相对位置误差，使光学陀螺整体结构更加紧凑，从而提高光纤陀螺的可靠性和环境适应性；制作工艺流程简单，稳定性高。

技术领域

本发明属于集成光学和惯性传感技术领域，是一种以铌酸锂为基底材料的集成式光子晶体光纤陀螺。

背景技术

随着惯性技术的发展，应用领域对惯性系统的体积、重量要求越来越高，集成化、小型化、低成本和高稳定性的光学陀螺设计成为必然。传统光纤陀螺光学系统由各个分立光学器件组成，通过光纤耦合和熔接连接而成，这种形式的光纤陀螺工艺步骤繁琐，结构复杂不易安装的问题，耦合点和熔接点的稳定性可靠性较差，不能满足惯性系统小型集成化技术日益发展的需求。

为了提高光学陀螺的性能指标，缩小光学陀螺的体积，光学系统集成化----即将光学陀螺中的光源、光波导、信号探测器、耦合器、偏振器和电光调制器一体集成在同一块基片上是谐振式光学陀螺的发展趋势。该光学系统集成化的具体目标是所有的光学器件以最少的步骤一体集成在一个基片上。目前这方面的报道还较少。

目前在MEMS领域得到广泛应用的集成光学芯片是基于L_iNbO₃材料的集成芯片，L_iNbO₃电光相位调制器具有插入损耗低、半波电压小、调制带宽大等特点，是实现闭环工作的理想器件。并且L_iNbO₃材料通过质子交换技术形成的波导还具有起偏能力，能够传输单偏振的TE模式光。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，基于薄膜型L_iNbO₃材料易于集成的特点和质子交换铌酸锂波导技术以及空心光子晶体光纤环大模场保偏能力强的特点，提供一种集成度高、满足互易性且制备工艺简单、易于封装的单片集成的谐振式陀螺光学芯片。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括从下到上依次层叠布置的硅衬底、二氧化硅缓冲层和铌酸锂单晶薄膜，所述的铌酸锂单晶薄膜在两侧分为第一台阶面和第二台阶面的两个高度不同的台阶面；在第一台阶面上集成布置光传输系统，光传输系统包括窄线宽激光光源、输入波导、一个第一Y分支波导、两个第二Y分支波导、金属电极调制器、两个输出波导和两个探测器，由输入波导、一个第一Y分支波导、两个第二Y分支波导、输出波导构成了铌酸锂波导且均嵌装于铌酸锂单晶薄膜的表面内，输入波导输入端和窄线宽激光光源连接，输入波导的输出端和第一Y分支波导的集合端连接，第一Y分支波导的两个分支端旁的铌酸锂单晶薄膜上各自均布置有金属电极调制器，第一Y分支波导的两个分支端分别和一个第二Y分支波导各自的一个分支端连接，两个第二Y分支波导各自的另一个分支端分别和一个探测器连接，两个第二Y分支波导各自的集合端分别和一个输出波导的一端连接，两个输出波导相靠拢呈具有夹角布置，两个第二Y分支波导和两个输出波导以输入波导所在直线对称布置在两侧；