[發明專利]基于鈮酸鋰波導光路的集成光學芯片以及集成光學組件

在審

• 申請號: 202010168246.5
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN112833872A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 魏蓮俠
• 申請（專利權）人: 天津領芯科技發展有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G02B6/12;G02F1/035
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于鈮酸鋰波導光路的集成光學芯片以及集成光學組件。本發明提供的集成光學芯片具有導波、起偏、分束、合束、相位調制等多種功能，通過制作成陣列式波導光路實現了三軸光纖陀螺的多個光器件的高度集成，并采用陣列式的光纖耦合結構實現了集成光學芯片的組裝。采用本發明提供的方案，三軸光纖陀螺的光器件數量可以大幅減少，提升了三軸光纖陀螺系統的可靠性和總體性能、降低了制造成本和裝配難度。本發明提供的集成光學芯片以退火質子交換波導為基礎，因而兼具有傳統鈮酸鋰波導器件的光學損耗低、熱穩定性高、可靠性高、制備工藝成熟等顯著特點，十分有利于提升集成光學組件的工程應用價值。

技術領域

本發明可應用于光纖陀螺技術領域，尤其涉及一種基于鈮酸鋰波導光路的集成光學芯片以及集成光學組件。

背景技術

慣性測量單元一般包含有三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺儀，其中加速度計用于檢測物體在載體坐標系中獨立三軸的加速度信號，陀螺儀用于檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號。慣性測量單元通過測量物體在三維空間中的角速度和加速度，解算出物體的姿態，因而在導航中用著十分重要的應用。

光纖陀螺儀是一種具有精度高、啟動時間短、環境適應性強、可靠性高、成本低等多種顯著優勢的傳感儀表，以其為核心元件的慣性測量單元可實現對物體的速度和姿態等信息的快速和精確的測量。

參考圖1，所示為一個單軸的光纖陀螺儀的光路基本構造的示意性框圖，包括：激光光源、光電探測器、光纖耦合器、Y波導調制器、傳感光纖環。對于一套三軸光纖陀螺儀系統，現有技術一般是在單獨裝配好每一單軸光纖陀螺儀的光路基礎上，再進行三軸系統的光路的裝配。因此，在現有三軸光纖陀螺儀的技術方案及生產制造過程中，特別是涉及其中無源光纖器件和有源光電器件的光路搭建方面，存在著如下的問題。

首先，在現有的三軸光纖陀螺系統中，一般總共包含有3支光纖耦合器和3支Y波導調制器，即共計6支無源或有源的光器件。此外，兩支光器件之間包含有1個光纖熔接點(光纖耦合器的輸出光纖和Y波導調制器的輸入光纖之間的熔接點)，且每支Y波導調制器包含3個光纖耦合點(1個輸入端口和2個輸出端口)。由此可見，每套三軸光纖陀螺系統一共包含3個光纖熔接點以及9個Y波導光纖耦合點。

在光纖陀螺儀的組裝過程中，光纖熔接點和光纖耦合點是系統可靠性隱患的重點部位，這是因為：通過預熱放電熔接的兩根光纖存在著熔接點斷裂失效的隱患，通過填充紫外膠水并進行紫外光曝光固化的光纖耦合點存在著開膠失效的隱患。熔接點數量和耦合點數量越多，則產品失效的隱患就越大。

其次，較多的光器件必然導致三軸光纖陀螺系統的總體成本難以降低。而且，在三軸光纖陀螺光路系統的組裝過程中，由于裝配復雜程度較高，工程技術人員的操作熟練度、合格率也很大程度地影響著系統的制造成本。

發明內容

針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種可以基于波導光路實現多組的耦合器、起偏器、分束器、合束器、相位調制器等光器件在單一晶片上的多功能集成，且具有可靠性高、穩定性好、操作簡便等特點的基于鈮酸鋰波導光路的集成光學芯片以及集成光學組件。

為實現本發明的目的，本發明提供了一種基于鈮酸鋰波導光路的集成光學芯片，包括：

鈮酸鋰基底晶片及形成于該基底晶片中的三組集成光學結構，且每一組集成光學結構分別對應于一個單軸光纖陀螺儀的光信號處理；