[發明專利]基于LNOI平臺的集成光纖陀螺儀

在審

• 申請號: 202211465620.3
• 申請日: 2022-11-22
• 公開（公告）號: CN115752420A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 黃海陽;袁斌;向祖強
• 申請（專利權）人: 深圳市天陸海導航設備技術有限責任公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;C30B29/30;C30B33/08;C30B33/12
• 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LNOI平臺的集成光纖陀螺儀，屬于光纖陀螺儀技術領域，包括光路部分和電路部分；光路部分包括集成光路和光纖線圈，集成光路基于LNOI平臺并且結合對鈮酸鋰單晶薄膜材料刻蝕形成的鈮酸鋰波導，實現對光源、耦合器、相位調制器及探測器的集成和封裝；光源是基于量子阱的SLD光源，耦合器采用Y分支波導，相位調制器是鈮酸鋰Y波導相位調制器，探測器采用InGaAs光電探測器；SLD光源和InGaAs光電探測器都鍵合在LNOI平臺上；集成光路引入和導出電連接引線后，采用引線鍵合工藝完成封裝；鈮酸鋰Y波導相位調制器通過尾纖與光纖線圈熔接。本發明基于LNOI平臺的集成光纖陀螺儀具有小型化、輕量化、高可靠性和易于批量生產的優點。

技術領域

本發明涉及光纖陀螺儀技術領域，具體涉及一種基于LNOI平臺的集成光纖陀螺儀。

背景技術

光纖陀螺儀是一種基于光學Sagnac效應的全固態慣性器件，具有無機械活動部件、無預熱時間、不敏感加速度、動態范圍寬、數字輸出等優點，廣泛應用于航空、航天、航海、武器系統、深空探測和其它各種高精度定位導航兵器等軍事領域，在民用領域也得到大量應用。傳統光纖陀螺儀的光路部分通常采用分立光學器件，包括光源、耦合器、Y波導、光纖線圈和探測器，將每個分立光學器件的尾纖用光纖熔接機熔接后整齊盤裝在結構件中；光纖陀螺儀的電路部分主要包括信號檢測電路和驅動控制電路，信號檢測電路主要實現光纖陀螺儀的信號處理與閉環控制、調制信號發生及數據通信等功能；驅動控制電路通過對光源工作電流和溫度的控制實現穩定的光功率和波長輸出，為整個光路提供穩定的光信號來源。以導航級精度（0.01o/h）的光纖陀螺儀為例，其典型的外形尺寸一般達到Φ70-Φ90mm；傳統光纖陀螺儀存在尺寸大、重量大、成本高、裝調復雜和維修性差的缺點，難以滿足各類輕小型高精度慣性導航系統的應用需求。

鈮酸鋰晶體是一種具有壓電、鐵電、光電、非線性光學、熱電等多性能的材料，其中電光效應、非線性光學效應性能突出，被廣泛應用于集成光學領域。近年來，通過離子注入和晶圓鍵合技術制備的絕緣體上鈮酸鋰單晶薄膜（lithium niobate on insulator，LNOI）材料已經實現了商品化，給鈮酸鋰光學器件甚至整個集成光子學和光信息網絡行業帶來了前所未有的機遇，其天然的多功能光學性能正不斷激發著多功能集成光子芯片的前沿技術革新，基于LNOI平臺的集成光子器件兼具鈮酸鋰材料的優異特性與薄膜材料的集成化和小型化優勢，具有巨大的發展潛力。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于LNOI平臺的集成光纖陀螺儀，旨在通過設計基于LNOI平臺的集成光路，解決傳統光纖陀螺儀存在的尺寸大、重量大、成本高、裝調復雜和維修性差的缺點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

基于LNOI平臺的集成光纖陀螺儀，包括光路部分和電路部分；所述光路部分包括集成光路和光纖線圈，所述集成光路基于LNOI平臺并且結合對鈮酸鋰單晶薄膜材料刻蝕形成的鈮酸鋰波導，實現對光源、耦合器、相位調制器及探測器的集成和封裝；

所述光源是基于量子阱的SLD光源；所述耦合器采用Y分支波導，所述Y分支波導是在鈮酸鋰單晶薄膜材料上沉積氮化硅薄膜，氮化硅薄膜經過刻蝕形成的氮化硅波導，該Y分支波導設有第一輸入端、第二輸入端和輸出端；所述相位調制器是鈮酸鋰Y波導相位調制器，所述鈮酸鋰Y波導相位調制器設有輸入端、第一輸出端和第二輸出端；所述探測器采用InGaAs光電探測器；所述光源和探測器都鍵合在LNOI平臺上；

所述SLD光源通過錐形波導與Y分支波導的第一輸入端耦合；所述Y分支波導的第二輸入端與鈮酸鋰波導對接耦合，所述InGaAs光電探測器采用被動對準鈮酸鋰波導的方式，利用倏逝波原理通過鍵合層將光直接耦合至InGaAs光電探測器吸收層中；

所述Y分支波導的輸出端和鈮酸鋰Y波導相位調制器的輸入端經過端面拋光及對準后對接耦合；所述集成光路引入和導出電連接引線后，采用引線鍵合工藝完成封裝；所述鈮酸鋰Y波導相位調制器的第一輸出端、第二輸出端均通過尾纖與光纖線圈熔接。