[发明专利]一种二氧化硅波导与铌酸锂薄膜垂直耦合的谐振式集成光学陀螺

摘要

本发明公开了一种二氧化硅波导与铌酸锂薄膜垂直耦合的谐振式集成光学陀螺，包括：基底晶片、下包层、二氧化硅波导环圈、二氧化硅直波导、上包层、铌酸锂薄膜、电光移频器光学波导、电光移频器金属电极、铌酸锂直条光学波导，可将铌酸锂薄膜光学波导中经过电光移频的光波沿垂直方向耦合导入二氧化硅波导环圈中进行角速度测量，将二氧化硅波导环圈低传输损耗、低弯曲损耗的特点与铌酸锂晶体的电光移频功能相结合，既克服了基于二氧化硅波导的集成光学陀螺难以制作集成光学移频器的难题，也解决了基于铌酸锂波导的集成光学陀螺中波导环圈弯曲损耗过大、环圈半径过大的问题，提升了谐振式集成光学陀螺的集成度和实用化价值，适于实现批量生产。

主权项

1.一种二氧化硅波导与铌酸锂薄膜垂直耦合的谐振式集成光学陀螺，其特征在于，包括：基底晶片(1)、下包层(2)、二氧化硅波导环圈(3)、二氧化硅直波导(4)、上包层(5)、铌酸锂薄膜(6)、电光移频器光学波导(7)、电光移频器金属电极(8)、铌酸锂直条光学波导(9)，所述基底晶片(1)为表面抛光的硅晶片，厚度在0.1mm～1mm；所述下包层(2)是基底晶片1硅片的上表面经过热氧化工艺形成的致密的二氧化硅膜层，下包层(2)的厚度在6μm～15μm，作为二氧化硅波导环圈(3)和二氧化硅直波导(4)的下包层材料；所述二氧化硅波导环圈(3)制备于下包层2的上方，采用跑道型结构，位于左侧的二氧化硅直波导(4)和右侧的二氧化硅直波导(4)中间，厚度在1μm～10μm，高度在1μm～10μm，环圈半径0.1cm～10cm，所述二氧化硅波导环圈(3)采用掺杂的二氧化硅材料，其折射率高于作为下包层(2)和上包层(5)的二氧化硅材料；所述二氧化硅直波导(4)制备于下包层上方，位于二氧化硅波导环圈3的外侧、铌酸锂直条光学波导(7)的正下方，厚度在1μm～10μm、高度在1μm～10μm，所述二氧化硅波导环圈(3)采用掺杂的二氧化硅材料，其折射率高于作为下包层(2)和上包层(5)的二氧化硅材料；所述上包层(5)为二氧化硅膜层，制作于二氧化硅直波导4和二氧化硅波导环圈(3)的上方，其厚度在6μm～15μm，作为二氧化硅波导环圈3和二氧化硅直波导(4)的上包层材料；所述铌酸锂薄膜(6)制作于上包层(5)的上表面，所述铌酸锂薄膜(6)具有单晶结构，其晶体切向为X切Y传或X切Z传或Y切Z传，厚度在0.1μm～10μm；所述电光移频器光学波导(7)制作于铌酸锂薄膜(6)中，采用钛扩散或退火质子交换工艺制作，波导宽度在1μm～10μm，波导扩散深度在1μm～10μm，所述光移频器光学波导由输入波导以及双马赫‑增德尔(Mach‑Zehnder)光学波导组成；所述电光移频器金属电极(8)制作于电光移频器光学波导(7)的双马赫‑增德尔光学波导上方，分置于双马赫‑增德尔光学波导双臂外侧及中间，采用集总式电极结构或行波电极结构；所述铌酸锂直条光学波导(9)制作于铌酸锂薄膜(6)中，采用钛扩散或退火质子交换工艺制作，波导宽度在1μm～10μm，波导扩散深度在1μm～10μm，铌酸锂直条光学波导(9)制作于二氧化硅直波导(4)的正上方。