[發明專利]一種相位調制器及諧振腔異質集成芯片

在審

• 申請號: 202010798662.3
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111736369A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 馮麗爽;劉丹妮;馮昌坤;李慧
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G01C19/66
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張夢澤

本發明公開了一種相位調制器及諧振腔異質集成芯片。在鈮酸鋰薄膜基片上設置氮化硅調制諧振模塊；氮化硅調制諧振模塊包括鈮酸鋰波導相位調制單元、層間耦合單元和氮化硅諧振單元；鈮酸鋰波導相位調制單元的輸入端接收激光器輸出的光，鈮酸鋰波導相位調制單元對輸入的光進行調制得到調制光；層間耦合單元實現調制光從鈮酸鋰波導相位調制單元向氮化硅諧振單元進行過渡；調制光經層間耦合單元耦合至氮化硅諧振單元；氮化硅諧振單元對耦合后的光進行諧振，然后由氮化硅諧振單元的輸出端將諧振后的光輸出至探測器。采用本發明的芯片，將鈮酸鋰相位調制器與諧振腔集成在一個芯片上，能夠減小體積、降低功耗和成本，提高諧振式集成光學陀螺系統的穩定性。

技術領域

本發明涉及集成光學陀螺技術領域，特別是涉及一種相位調制器及諧振腔異質集成芯片。

背景技術

基于薩格納克效應(Sagnac效應)的光學陀螺由于具有全固態、抗電磁干擾、精度高、動態范圍寬的優點，逐漸成為陀螺市場的主流。現有的光學陀螺，主要包括激光陀螺和干涉式光纖陀螺，已經在慣性導航、姿態測量等領域獲得廣泛的應用，市場化程度較高。但由于其成本、體積、重量和功耗難以大幅度減小，限制了其在民用領域的應用。集成光學陀螺，特別是諧振式集成光學陀螺，它的角速度敏感單元為光學環形諧振腔，利用諧振效應能夠在較短幾何光程內實現數百倍甚至數千倍的等效光程，極大增強Sagnac效應的檢測靈敏度，從而在很小尺寸內實現對角速度的高靈敏度檢測。諧振式集成光學陀螺結合了光學陀螺和微電子技術各自的優點，具有體積小、重量輕、精度高、可靠性好、批量化生產等潛在優勢，因此具有巨大的市場需求而受到科研人員的重視。光學環形諧振腔利用諧振效應能夠在較短幾何光程內實現數百倍甚至數千倍的等效光程，極大增強Sagnac效應的檢測靈敏度，從而在很小尺寸內實現對角速度的高靈敏度檢測。

目前相關研究人員對諧振式集成光學陀螺進行了大量的研究，零偏穩定性等性能指標也有了很大的提高，但是系統分立器件較多，從而使得體積和系統功耗較大，成本較高，難以實現工程應用。諧振腔以及相位調制器作為陀螺系統中的核心器件，在保證其優良性能的基礎上開發集成技術非常重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種相位調制器及諧振腔異質集成芯片，將調制器與諧振腔集成到一塊芯片上，能夠減小體積、降低功耗和成本，提高了諧振式集成光學陀螺系統的穩定性，能滿足不同精度、不同應用的陀螺的要求。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種相位調制器及諧振腔異質集成芯片，包括：鈮酸鋰薄膜基片和設置在所述鈮酸鋰薄膜基片上的氮化硅調制諧振模塊；

所述氮化硅調制諧振模塊，具體包括：

鈮酸鋰波導相位調制單元、層間耦合單元和氮化硅諧振單元；

所述層間耦合單元位于所述鈮酸鋰波導相位調制單元和所述氮化硅諧振單元之間，所述層間耦合單元的輸入端與所述鈮酸鋰波導相位調制單元的輸出端連接，所述層間耦合單元的輸出端與所述氮化硅諧振單元的輸入端連接；

所述鈮酸鋰波導相位調制單元的輸入端接收激光器輸出的光，所述鈮酸鋰波導相位調制單元用于對輸入的光進行調制得到調制光；所述層間耦合單元用于實現調制光從鈮酸鋰波導相位調制單元向氮化硅諧振單元進行過渡；所述調制光經所述層間耦合單元耦合至所述氮化硅諧振單元；所述氮化硅諧振單元用于對耦合后的光進行諧振，然后由所述氮化硅諧振單元的輸出端將諧振后的光輸出至探測器。

可選的，所述鈮酸鋰薄膜基片，具體包括：

硅基底、二氧化硅層和鈮酸鋰層；

所述二氧化硅層的下表面設置在所述硅基底的上表面上，所述鈮酸鋰層的下表面設置在所述二氧化硅層的上表面上，所述氮化硅調制諧振模塊設置在所述鈮酸鋰層的上表面上。

可選的，所述鈮酸鋰波導相位調制單元，具體包括：