[發明專利]馬赫-曾德爾干涉型微流控光學陀螺芯片

無效

• 申請號: 200910181888.2
• 申請日: 2009-07-31
• 公開（公告）號: CN101629824A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 涂興華;梁忠誠;徐寧;沈鵬;黃舒舒
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01C19/64
• 分類號: G01C19/64;G02F1/35
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種新穎的基于微流控技術的馬赫-曾德爾干涉型光學陀螺芯片，屬于光纖傳感器集成技術領域。

背景技術

微流控光學是一項具有重要意義的新技術，它將現代微流控技術和微光電子技術相結合，研制一類能夠根據外界環境變化、具有結構重組和自適應調節能力的光學集成器件和系統，將在傳感、通信、信息處理等領域具有重要的應用前景。

光學陀螺具有十分廣泛的應用領域，包括國防軍工、工程測量、石油鉆探、飛行導航、GPS定位以及智能機器人控制等。目前已發展到以光纖陀螺和集成光學陀螺為標志的新階段，并且受到各種應用的廣泛關注。各種類型的光纖陀螺，其基本原理都是利用Sagnac效應，只是各自所采用的位相或頻率解調方式不同，或者對光纖陀螺的噪聲補償方法不同而已。根據sagnac效應，如圖1，一環形光路在慣性空間繞垂直于光路平面的軸轉動時，光路內相向傳播的兩列光波之間，將因光波的慣性運動而產生光程差，從而導致兩束相干光波的干涉。對于光纖陀螺儀，光在介質中傳播，其光程差與介質的折射率有關，也與介質的切線速率有關。該光程差對應的位相差與旋轉角速率之間有一定的內在聯系，通過對干涉光強信號的檢測和解調，即可確定旋轉角速率。本專利中就是采用微環腔結構的光學陀螺利用薩格納(Sagnac)效應，產生光程差，得到轉動角速度的信息。

因此，本發明的創新之處在于，結合了微流控技術后為傳統光纖陀螺器件的微型化、集成化、低成本化以及高精度控制提供了可能。

參考文獻：

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發明內容

技術問題：本發明的目的在于提出一種基于微流控的馬赫-曾德爾干涉型微環腔光學陀螺芯片的結構方案，解決光學陀螺集成化，微型化的問題。

技術方案：本發明的馬赫-曾德爾干涉型微流控光學陀螺芯片的結構采用“上蓋板+微型氣泵層+光波導層+下底板”的夾心結構，其中：第一層為上蓋板，上面留有排氣孔、注液孔和第一電極孔、第二電極孔；第二層為由PDMS薄膜構成的微型氣泵層，其上有第一微型氣泵模塊、第二微型氣泵模塊，以及與上蓋板對應匹配的排氣孔、注液孔及電極孔；第三層為光波導層，其中的微流道與中部的儲液小槽及與微環腔相連通；第四層為下底板，在下底板下有支撐系統的支點；從橫向看，第一微型氣泵模塊及第二微型氣泵模塊分別加載于微環腔兩側，環形流道與中部的儲液小槽相連通，并通過上下兩部分的第一耦合器、第二耦合器實現與微流道之間的耦合分離與匯聚輸出；其中，儲液小槽上留有相應的注液孔及排氣孔；第一微型氣泵模塊及第二微型氣泵模塊上分別留有第一電極孔和第二電極孔。

上蓋板、光波導層和下底板皆采用聚二甲基硅氧烷，上蓋板、下底板均鍍有反射膜，光波導層的PDMS基質上表面鍍有聚乙烯醇薄膜，上蓋板下表面與微型氣泵層上表面通過等離子輔助鍵合方式連接，上蓋板上的注液孔和排氣孔貫穿微型氣泵層，并通過儲液小槽連通光波導層；下底板上表面通過等離子輔助鍵合方式與光波導層的PDMS基質下表面實現連接粘合。

光波導層中干涉臂和微環的連接可以看作是在直波導與微環腔之間通過第一耦合器、第二耦合器實現光波耦合，分別將兩束平行光耦合進微環腔，使其順時針和逆時針繞環一周，進而耦合輸出實現匯聚。