[發明專利]基于傾斜波導光柵結構的高偏振消光比的光波導諧振腔

有效

• 申請號: 201210104133.4
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN102645708A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 馬慧蓮;陳振;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/34
• 分類號: G02B6/34
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及光波導諧振腔，尤其涉及一種基于傾斜波導光柵結構的高偏振消光比光波導諧振腔。

背景技術

光波導環形諧振腔是諧振式微光學陀螺(Resonator?Micro?Optic?Gyro，RMOG)的核心敏感部件，將一個2×2光波導耦合器的其中一個輸出端，反饋連接到其中一個輸入端，就構成了一個最基本的反射式光波導諧振腔結構；透射式諧振腔結構則由2個2×2光波導耦合器構成。在光波導諧振腔中，除了特殊情況外，存在兩個本征偏振態(Eigenstate?of?polarization，ESOP)。通常情況下，一個ESOP與另一個ESOP是正交的。由于環境因素的影響，ESOP的形態是變化的，并且彼此獨立運動，這樣就在陀螺的輸出中產生噪聲。偏振波動噪聲是諧振式微光學陀螺系統中重要的光學噪聲源之一。為克服偏振波動噪聲影響，研究諧振式微光學陀螺的學者，多采用保偏光波導技術研制諧振腔，克服單模光波導的偏振不穩定性。雖然采用保偏光波導研制諧振腔，但其固有雙折射率受環境影響嚴重，導致其本征偏振態隨環境波動也比較嚴重。

抑制偏振波動噪聲主要是通過光波導結構的設計獲取一定的偏振消光比或在局部波導上淀積一層薄膜，通過控制雙折射率差。

保偏光波導的雙折射率隨溫度變化時，會導致光波導諧振腔的兩個ESOPs各自所對應的諧振光波發生疊加與干涉效應，引起諧振曲線的不對稱性和ESOPs之間的干涉，導致諧振頻率點的檢測誤差，進而引起陀螺的輸出誤差，這就是偏振波動噪聲的主要因素。在以光纖環形諧振腔為核心敏感元件的諧振式光纖陀螺中，偏振噪聲的克服可以采取光纖諧振腔內偏振軸旋轉90度的熔接技術。

對于平面光波導，由于工藝的限制，無法采取腔內偏振軸旋轉90度的熔接技術，抑制偏振波動噪聲主要是通過光波導結構的設計來獲得兩個偏振態不同的傳輸損耗，或在局部波導上淀積一層薄膜來控制雙折射率差。然而，上述技術都無法獲得足夠的偏振消光比，進一步制約了RMOG的性能。

晶體切割面沿著Brewster角或光波導端面磨成Brewster角的結構可實現線偏振輸出，Brewster角結構被廣泛應用于起偏器、偏振計等相關領域。本發明的目的在于利用微加工工藝，在光波導諧振腔局部波導上，集成傾斜角度為Brewster角大小的傾斜波導光柵結構，利用Brewster原理，研制出高偏振消光比的光波導諧振腔，減小RMOG中的偏振波動噪聲。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基于傾斜波導光柵技術的光波導諧振腔結構。

一種基于傾斜波導光柵結構的高偏振消光比光波導諧振腔：在光波導芯片本體上設有輸入/輸出光通路與諧振環；輸入/輸出光通路的兩端位于光波導芯片的邊緣；諧振環與輸入/輸出光通路通過輸入/輸出耦合器相連，構成反射式光波導諧振腔；諧振環上刻蝕有傾斜波導光柵；傾斜波導光柵的反射界面與光線傳輸方向的夾角θ＝arctan(n₂/n₁)，其中n₁為光波導芯片包層部分的折射率，n₂為光波導芯片芯層部分的折射率；傾斜波導光柵的刻蝕深度大于零且小于光波導芯片芯層厚度。

另一種基于傾斜波導光柵結構的高偏振消光比光波導諧振腔：在光波導芯片本體上設有輸入光通路、輸出光通路與諧振環；輸入光通路的兩端位于光波導芯片的一側邊緣；輸出光通路的兩端位于光波導芯片的另一側邊緣；諧振環位于輸入光通路與輸出光通路之間，諧振環一側通過輸入耦合器與輸入光通路相連、諧振環另一側通過輸出耦合器與輸出光通路相連，構成透射式光波導諧振腔；諧振環的兩臂分別刻蝕有第一傾斜波導光柵、第二傾斜波導光柵；第一傾斜波導光柵和第二傾斜波導光柵的反射界面與光線傳輸方向的夾角θ＝arctan(n₂/n₁)，其中n₁為光波導芯片包層部分的折射率，n₂為光波導芯片芯層部分的折射率；第一傾斜波導光柵和第二傾斜波導光柵的刻蝕深度大于零且小于光波導芯片芯層厚度。

本發明與現有技術相比具有的有益效果：

1)基于傾斜波導光柵結構的光波導諧振腔在保留光波導諧振腔重量輕、體積小的優點的同時，集成了起偏器，具有高偏振消光比，提高了偏振性能，有利于提高光波導陀螺的性能。