[發明專利]鈮酸鋰薄膜雙Y分支光波導相位調制器

在審

• 申請號: 202110167064.0
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112965271A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 華勇;鄭帥峰;雷成龍;楊春紅
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: G02F1/035
• 分類號: G02F1/035;G02F1/03;G01C19/72
• 代理公司: 重慶樂泰知識產權代理事務所(普通合伙) 50221
• 代理人: 劉佳

本發明公開了一種鈮酸鋰薄膜雙Y分支光波導相位調制器，包括雙Y分支光波導相位調制器芯片，所述雙Y分支光波導相位調制器芯片包括襯底、二氧化硅層、光波導層和保護層，所述保護層上設有調制電極；所述光波導層包括鈮酸鋰薄膜層和鈮酸鋰脊形光波導，所述鈮酸鋰脊形光波導形成雙Y分支光波導結構，兩個所述Y分支光波導通過基波導連接，所述基波導的兩側設有輻射區。本發明中，在基波導的兩側設置輻射區，有效消除了輻射模在光路中耦合形成的串擾和噪聲問題。另外，基波導采用直線結構，無需進行彎曲波導設計，因而能夠使光波導的雙Y分支結構以及基波導區域的尺寸大大減小，進而實現雙Y分支光波導相位調制器的小型化。

技術領域

本發明涉及光波導相位調制器領域，特別涉及一種鈮酸鋰薄膜雙Y分支光波導相位調制器。

背景技術

光纖陀螺儀是一種基于薩格奈克相移效應的角速度傳感儀表，具有全固態結構、小體積、抗電磁干擾、高精度及長壽命等一系列優點。如圖1所示，光纖陀螺儀由低相干光源、光纖耦合器、Y波導相位調制器、保偏光纖環和光電探測器以及信號處理電路組成，各光學元件以尾纖熔接的方式相連接形成閉合光路，電路部分采用全數字閉環檢測方案。當保偏光纖環相對慣性空間以角速率Ω轉動時，其中分別沿正反兩個方向傳輸的兩列光波經歷的不同的光程而產生薩格奈克相位差Фs，信號處理電路在Y波導相位調制器上引入一個調制信號抵消光纖環旋轉引起的薩格奈克相位差Фs，通過檢測該調制信號即可獲得系統相對于慣性空間轉動的角速率信息。

為提高光纖陀螺的光路集成度和簡化光路裝調工藝，業界提出了采用雙Y分支光波導相位調制器替代原光路中的光纖耦合器和Y波導相位調制器組合的方案。如圖2所示，雙Y分支光波導相位調制器芯片以鈮酸鋰晶片為襯底，通過微電子圖形工藝和退化質子交換光波導制備工藝在晶片表面形成近光源端的Y分支光波導、近保偏光纖環端的Y分支光波導、連接兩Y分支光波導的基波導和調制電極。

然而，雙Y分支光波導相位調制器應用于光纖陀螺時，輸入光在第一個Y分支上被近似3dB分光，其中一半的光功率沿中間基波導傳播到達第二個Y分支；另一半光功率形成一個非對稱模式，輻射進入鈮酸鋰襯底，并在第二個分支上重新耦合(如圖2中的虛線所示)，使兩個臂之間產生一個寄生相位差。該相位差對溫度非常敏感，在光路中形成串擾和噪聲，影響光纖陀螺的零偏穩定性。

現有雙Y分支光波導相位調制器主要采用擴散型光波導技術(質子交換工藝/鈦擴散工藝)制作雙Y分支光波導，由于波導層與基底層的折射率差Δn小，一般只有0.01～0.04，對光的束縛能力較弱，導致鈮酸鋰擴散型光波導的彎曲半徑較大(彎曲半徑過小會導致波導損耗急劇變大)。同時，由于鈮酸鋰擴散型光波導的彎曲半徑較大，導致芯片整體占用的空間尺寸極大增加。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供了一種能夠消除光路串擾和噪聲，且芯片體積小的鈮酸鋰薄膜雙Y分支光波導相位調制器。

本發明的技術方案如下：

一種鈮酸鋰薄膜雙Y分支光波導相位調制器，包括雙Y分支光波導相位調制器芯片，所述雙Y分支光波導相位調制器芯片一側的端面為輸入端面，另一側的端面為輸出端面；所述雙Y分支光波導相位調制器芯片包括襯底,所述襯底上設有二氧化硅層，所述二氧化硅層上設有鈮酸鋰薄膜材料制成的光波導層，在所述光波導層上設置有保護層，所述保護層材料的折射率小于鈮酸鋰薄膜材料的折射率，所述保護層上設有調制電極；