[發明專利]一種二氧化硅波導與鈮酸鋰薄膜垂直耦合的諧振式集成光學陀螺

有效

• 申請號: 201611127051.6
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN108225297B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 史云玲;李萍;王宇;逄鵬;孟超;魏喜雯;楊新年;張皓博
• 申請（專利權）人: 黑龍江工業學院;天津領芯科技發展有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 張義

本發明公開了一種二氧化硅波導與鈮酸鋰薄膜垂直耦合的諧振式集成光學陀螺，包括：基底晶片、下包層、二氧化硅波導環圈、二氧化硅直波導、上包層、鈮酸鋰薄膜、電光移頻器光學波導、電光移頻器金屬電極、鈮酸鋰直條光學波導，可將鈮酸鋰薄膜光學波導中經過電光移頻的光波沿垂直方向耦合導入二氧化硅波導環圈中進行角速度測量，將二氧化硅波導環圈低傳輸損耗、低彎曲損耗的特點與鈮酸鋰晶體的電光移頻功能相結合，既克服了基于二氧化硅波導的集成光學陀螺難以制作集成光學移頻器的難題，也解決了基于鈮酸鋰波導的集成光學陀螺中波導環圈彎曲損耗過大、環圈半徑過大的問題，提升了諧振式集成光學陀螺的集成度和實用化價值，適于實現批量生產。

技術領域

本發明涉及光學陀螺儀等導航與慣導技術領域，特別是涉及一種二氧化硅波導與鈮酸鋰薄膜垂直耦合的諧振式集成光學陀螺。

背景技術

光學陀螺是一種利用薩格奈克效應測量旋轉角速率的新型慣性儀表。光學陀螺主要有三大類:激光陀螺、光纖陀螺和集成光學陀螺。目前,激光陀螺技術已經十分成熟,并在許多慣性導航領域特別是高精度領域得到應用。但是激光陀螺需采用懸臂梁結構的振動來避免它的“閉鎖”現象，因此激光陀螺并不是全固態儀表。與激光陀螺相比，光纖陀螺具有更小的體積、更輕的質量、更低的成本、沒有運動部件等優點，是一種真正的全固態儀表。

然而隨著導航技術的發展，一些領域對光學陀螺提出了新的技術發展要求，即光學陀螺的集成度、功耗、可靠性、體積等指標實現進一步的提升。在這個背景下，將光纖陀螺各分立元件的功能實現混合集成甚至單芯片集成，即集成光學陀螺，則成為了當前的重要技術發展方向。

目前集成光學陀螺的主要技術難點在于光學陀螺各功能元器件，如激光器、耦合器、調制器、探測器、光學波導線路(特別是光學波導環圈)等，所基于的材料有所不同，實現混合集成甚至單片集成的技術難度很大，因此當前的技術發展主要集中于實現耦合器、調制器以及光學波導線路(光學波導環圈)的單片集成，為下一步進行與激光器和探測器的混合集成甚至單片集成奠定基礎。

二氧化硅是當前已知的損耗較低的幾種材料之一，是制作低損耗光學波導線路的理想材料。然而，二氧化硅光學波導制作調制器、移頻器等集成光學器件的難度較大，難以實現耦合器、調制器以及光學波導線路在二氧化硅材料上的單片集成。

鈮酸鋰具有優良的電光、聲光、壓電以及光學非線性等多種物理性質，可用于制作電光調制器、聲光移頻器、聲光濾波器、聲表面波濾波器以及波長轉換器等多種集成光學器件，也是制作光學波導線路的理想材料。但是，鈮酸鋰光學波導環圈的彎曲損耗較大，而為了降低其彎曲損耗，波導環圈的尺寸往往需要很大，這又難以滿足慣導領域對集成光學陀螺小型化的需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種二氧化硅波導與鈮酸鋰薄膜垂直耦合的諧振式集成光學陀螺，以解決上述的二氧化硅材料制作集成光學移頻器的難題和鈮酸鋰光學波導彎曲損耗過大的問題。

為實現本發明的目的，本發明提供了一種二氧化硅波導與鈮酸鋰薄膜垂直耦合的諧振式集成光學陀螺，包括：基底晶片1、下包層2、二氧化硅波導環圈3、二氧化硅直波導4、上包層5、鈮酸鋰薄膜6、電光移頻器光學波導7、電光移頻器金屬電極8、鈮酸鋰直條光學波導9，

所述基底晶片1為表面拋光的硅晶片，厚度在0.1mm～1mm；

所述下包層2是基底晶片1硅片的上表面經過熱氧化工藝形成的致密的二氧化硅膜層，下包層2的厚度在6μm～15μm，作為二氧化硅波導環圈3和二氧化硅直波導4的下包層材料；

所述二氧化硅波導環圈3制備于下包層2的上方，采用跑道型結構，位于左側的二氧化硅直波導4和右側的二氧化硅直波導4中間，厚度在1μm～10μm，高度在1μm～10μm，環圈半徑0.1cm～10cm，所述二氧化硅波導環圈3采用摻雜的二氧化硅材料，其折射率高于作為下包層2和上包層5的二氧化硅材料；