[發明專利]光子集成片上激光陀螺及其制備方法

有效

• 申請號: 202011508079.0
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112284370B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 陳福勝;齊志強;程俊;張熙;張政
• 申請（專利權）人: 華中光電技術研究所（中國船舶重工集團公司第七一七研究所）
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 高蘭

本發明涉及集成光學陀螺技術領域，特別涉及一種光子集成片上激光陀螺及其制備方法，光子集成片上激光陀螺包括：自上而下設置的電子集成層、光子集成層及襯底層；上層電子集成層采用SIP電學芯片；中層光子集成層采用異質集成；下層襯底層為硅片；光子集成層與電子集成層通過鍵合工藝完成電互連。光子集成片上激光陀螺的制備方法包括：在硅晶圓上制備楔形微環腔；制備氮化硅光波導并實現光互連；異質集成有源器件；在硅片的二氧化硅表層制備圖形化金屬實現電互連；集成SIP電學芯片。本發明提供的光子集成片上激光陀螺及其制備方法，解決了現有技術中存在的集成光學陀螺靈敏度較差，且集成度不高的技術問題。

技術領域

本發明涉及集成光學陀螺技術領域，特別涉及一種光子集成片上激光陀螺及其制備方法。

背景技術

慣性技術不受外界干擾，完全利用自包含傳感器從載體及其外部自然環境中感知的信息進行導航，是重要的導航領域技術手段之一，陀螺儀是慣性導航系統的重要核心組件。為了推進應對現代復雜戰場強對抗和GPS拒止環境下的慣性導航能力建設，提高炮射自旋穩定彈藥和高動態遠程導彈等戰術武器制導化應用需求，陀螺小型化和集成化是成為各國競相發展的重要方向。現代技術發展為新型高精度微型陀螺技術方案提供了更多的選擇，國內外研究的小型化目前比較有代表性的陀螺主要有：微半球諧振陀螺、MEMS陀螺、光學集成陀螺。在這三種小型化陀螺的結構中，微半球諧振陀螺存在核心振動部件的加工工藝、裝調工藝要求較高，需要進一步發展。MEMS陀螺優勢是小型化、集成化且現在處于高速發展階段，但是精度提高到導航精度，還需要提升制作工藝及抗沖擊性能等。

光學集成陀螺利用高品質因子光學微環腔作為核心敏感單元，是繼激光陀螺和光纖陀螺之后，逐漸發展起來的一種新型固態集成陀螺，具有微型化、集成化、可大批量生產；啟動速度快、測量能力不受限制；直接輸出數字信號，以及對熱和振動不敏感等優點，成為了光學陀螺的一個重要發展趨勢。然而目前的集成光學陀螺靈敏度較差，且集成度不高。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的集成光學陀螺靈敏度較差，且集成度不高的技術問題，提供了一種光子集成片上激光陀螺及其制備方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種光子集成片上激光陀螺，包括：自上而下設置的電子集成層、光子集成層及襯底層；

所述上層電子集成層采用SIP電學芯片；

所述中層光子集成層采用異質集成；

所述下層襯底層為硅片；所述光子集成層與所述電子集成層通過鍵合工藝完成電互連。

進一步的，所述SIP電學芯片包括：集成了PDH穩頻、激光芯片驅動和聲光調制芯片驅動電路的第一SIP芯片，集成了激光功率穩定、聲光調制芯片驅動和光電探測芯片信號讀出電路的第二SIP芯片，和集成了光電探測芯片信號讀出、拍頻信號處理和運算電路的第三SIP芯片；

所述光子集成層集成有電互聯的窄線寬半導體激光芯片、聲光調制芯片、相位調制芯片、光電探測芯片及傳輸波導；所述傳輸波導上集成分束器及耦合器；所述光子集成層集成還集成有光學微環腔，所述傳輸波導與所述光學微環腔耦合實現光互聯。

進一步的，所述光學微環腔為楔形二氧化硅波導空氣包層微環腔。

進一步的，所述光學微環腔上表面、楔面和下表面粗糙度小于1nm，Q值大于或等于10⁸量級；

所述光學微環腔自由譜寬為布里淵頻移的整數倍。

進一步的，所述傳輸波導為氮化硅傳輸波導。

進一步的，所述傳輸波導的有效折射率與所述光學微環腔的折射率相等；

所述傳輸波導厚度為250nm。

進一步的，所述光學微環腔與所述傳輸波導的耦合方式為滑輪耦合；