[发明专利]混合集成光电芯片以及光调制器、光纤陀螺

说明书

本发明公开了一种混合集成光电芯片以及光调制器、光纤陀螺，所述混合集成光电芯片，包括具有线性电光效应的电光晶体基板和PLC光波导基板，所述电光晶体基板的光波导端面与PLC光波导基板的光波导端面连接；所述具有线性电光效应的电光晶体基板形成有用于光波传输和相位调制的波导和调制电极，所述调制电极的位置与用于相位调制的波导的位置相匹配；所述PLC光波导基板形成有用于光波分束与合束功能的波导。本发明提供的混合集成光电芯片以及基于此的光调制器可以有效地减少第一Y分支处产生的非对称模式光波向第二Y分支的重新耦合及其在电光晶体中的相位调制器中形成的寄生相位差，有利于提升干涉型光纤陀螺的零偏稳定性。

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种混合集成光电芯片以及光调制器。

背景技术

惯性技术是各类运动物体进行惯性导航、制导控制、定位定向、姿态稳定等的核心技术，其中陀螺仪作为惯性测量系统的核心部件，用于测量运动物体的角位移和角速度，对惯性系统的性能有着关键的作用。基于Sagnac效应的干涉型光纤陀螺凭借其无运动部件、动态范围大、灵敏度高、抗电磁干扰、结构灵活等特点，以及与光通信器件兼容性强因而可实现批量生产的优势，在近年来得到了快速的发展和广泛的工程应用。

图1所示为现有干涉型光纤陀螺的光路基本结构，其主体是一个Sagnac干涉仪，由激光光源、光纤耦合器、光电探测器、Y波导调制器和光纤环圈等分立光电元器件构成的一个具有互异性的光路结构。为提高干涉型光纤陀螺的可靠性和集成度，本领域技术人员提供了一种基于双Y分支波导调制器的光纤陀螺技术方案，其基本光路结构如图2所示。其中，光纤耦合器的光波分束与合束功能通过波导耦合器实现，并将此波导耦合器与Y波导调制器制备于同一铌酸锂晶片上，构成双Y分支波导调制器，可以有效地减少干涉型光纤陀螺的光纤熔接点数量以及分立光电元器件的数量，进而提高光纤陀螺的集成度和可靠性。

采用双Y分支波导调制器的结构虽然有利于提升分立光电元器件的集成度，但由于光波在第一Y分支处会形成3dB分光，导致其中一半的光波会以非对称模式而非导波模式存在并辐射进入铌酸锂基底晶片。进一步的，一部分非对称模式光波经过基底晶片底边或侧边的反射或折射作用会重新耦合进入第二Y分支，引起具有不对称性的寄生光波，与在第二Y分支的两个传输臂上传输的导波模式光波相叠加进而产生寄生相位差。由于该寄生相位差对温度变化十分敏感，会严重地影响干涉型光纤陀螺的零偏稳定性。

因此，本发明要解决的问题便在于，减少双Y分支波导调制器中存在的寄生光波在第二Y分支处引起的相位差，减少其对干涉型光纤陀螺的零偏稳定性的影响。

发明内容

本发明的第一目的在于，提供一种混合集成光电芯片，通过将包含电光相位调制功能的光波导阵列与基于平面光波线路(PLC)的双Y分支波导耦合器连接，减少非对称模式光波所引起的寄生相位差，提高基于此混合集成光电芯片的干涉型光纤陀螺的传感精度。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供了一种混合集成光电芯片，包括具有线性电光效应的电光晶体基板和PLC光波导基板，所述电光晶体基板的光波导端面与PLC光波导基板的光波导端面连接；

所述具有线性电光效应的电光晶体基板形成有用于光波传输和相位调制的波导和调制电极，所述调制电极的位置与用于相位调制的波导的位置相匹配；

所述PLC光波导基板形成有用于光波分束与合束功能的波导；

其中，用于光波传输的波导通过用于光波分束与合束功能的波导与用于相位调制的波导连接。

其中，所述具有线性电光效应的电光晶体基板采用如下材料中的一种：铌酸锂、钽酸锂、锆钛酸铅镧、磷酸氧钛钾。

其中，所述PLC光波导基板采用石英或硅基二氧化硅作为基板材料。

其中，所述用于光波传输和相位调制的波导和所述用于光波分束与合束功能的波导的结构采用如下结构的一种：