[發(fā)明專利]一種干涉式集成光學(xué)陀螺及其光纖耦合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310322572.0
• 申請日: 2023-03-30
• 公開（公告）號: CN116007605B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 左文龍;杜江兵;劉伯晗;趙衍雙;楊正
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶集團(tuán)有限公司第七〇七研究所
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00;G02B6/293
• 代理公司: 天津展譽(yù)專利代理有限公司 12221
• 代理人: 陳欣

本發(fā)明涉及集成光學(xué)陀螺精度控制領(lǐng)域，尤其涉及一種干涉式集成光學(xué)陀螺及其光纖耦合方法，包括集成部分及非集成部分，所述集成部分包括光源部件、光學(xué)傳播部件、光學(xué)檢測部件及光學(xué)調(diào)制部件，所述非集成部分包括非集成的光纖環(huán)圈，所述光纖環(huán)圈的輸入與輸出的光纖通過光路導(dǎo)通連接集成的光學(xué)傳播部件，所述光學(xué)傳播部件的鈮酸鋰層的光路導(dǎo)通連接位置設(shè)有刻蝕的導(dǎo)光光柵。由于沒有采用拉錐方法，而是通過光纖與光學(xué)傳播部件的導(dǎo)光光柵采用傾斜耦合的方式，通過光纖與導(dǎo)光光柵的傾斜角度及導(dǎo)光光柵的刻蝕高度，調(diào)整耦合效率使其最大，從而提高了耦合效率及其工藝參數(shù)的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成光學(xué)陀螺精度控制領(lǐng)域，尤其涉及一種干涉式集成光學(xué)陀螺及其光纖耦合方法。

背景技術(shù)

集成光學(xué)陀螺是一種基于光學(xué)原理實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)角速率測量裝置，常用于慣性導(dǎo)航、航空航天等領(lǐng)域。其基本原理是利用平面波在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中傳播時的相位差來測量旋轉(zhuǎn)的角速率，并通過信號處理實現(xiàn)角度、角速率等信息的提取。

現(xiàn)有的集成光學(xué)陀螺由于需要獲得比較好的敏感效應(yīng)，使用集成部分及非集成部分的兩部分組成結(jié)構(gòu)，集成部分包括光源部件、光學(xué)傳播部件、光學(xué)檢測部件及光學(xué)調(diào)制部件，非集成部分包括非集成的光纖環(huán)圈，其中光纖環(huán)圈的輸入與輸出的光纖與光學(xué)傳播部件連接。

由于集成部分的光學(xué)傳播部件的大小與光纖的直徑差別很大，連接的時候會發(fā)生耦合現(xiàn)象，現(xiàn)有的做法是通過將光纖進(jìn)行拉錐處理，通過改變拉錐的參數(shù)從而改變耦合效率，但現(xiàn)有的光纖的處理過程慢，參數(shù)不便于調(diào)整，或因工藝原因使其調(diào)整的參數(shù)不能達(dá)到很好的耦合效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提供一種干涉式集成光學(xué)陀螺及其光纖耦合方法，提高耦合效率的干涉式集成光學(xué)陀螺及其光纖耦合方法。

本發(fā)明提供了一種干涉式集成光學(xué)陀螺，包括集成部分及非集成部分，所述集成部分包括光源部件、光學(xué)傳播部件、光學(xué)檢測部件及光學(xué)調(diào)制部件，所述非集成部分包括非集成的光纖環(huán)圈，所述光纖環(huán)圈的輸入與輸出的光纖通過光路導(dǎo)通連接集成的光學(xué)傳播部件，所述光學(xué)傳播部件的鈮酸鋰層的光路導(dǎo)通連接位置設(shè)有刻蝕的導(dǎo)光光柵。

根據(jù)本發(fā)明提供的所述集成部分由下到上依次分為硅層、二氧化硅層及鈮酸鋰層，所述集成部分的各部件均刻蝕在所述鈮酸鋰層上。

根據(jù)本發(fā)明提供的所述光路導(dǎo)通連接位置上通過沉積一層二氧化硅層將光學(xué)傳播部件與光纖固定在一起。

本發(fā)明還提供了一種干涉式集成光學(xué)陀螺的光纖耦合方法，包括如下步驟：

S1.在集成部分的光學(xué)傳播部件的鈮酸鋰層上設(shè)定光路導(dǎo)通連接位置，并在光路導(dǎo)通連接位置刻蝕導(dǎo)光光柵；

S2.使非集成的光纖環(huán)圈的輸入與輸出的光纖對準(zhǔn)導(dǎo)光光柵；

S3.通過調(diào)整光纖與豎直方向的夾角與刻蝕高度使光纖與導(dǎo)光光柵之間形成最大的耦合效率。

根據(jù)本發(fā)明提供的步驟S3的最大的耦合效率的調(diào)整通過如下公式：

，

其中為光纖出光平均波長，n₁為鈮酸鋰層折射率，θ是光纖與豎直方向的夾角，為導(dǎo)光光柵的光柵周期，a₁為高度系數(shù)，h為導(dǎo)光光柵的刻蝕高度。

根據(jù)本發(fā)明提供的所述高度系數(shù)a₁是通過刻蝕高度函數(shù)的耦合器效率曲線確定。

根據(jù)本發(fā)明提供的確定刻蝕高度函數(shù)的方法包括如下步驟：

S10.確定導(dǎo)光光柵有效折射率和刻蝕高度、光柵周期的關(guān)系公式：

，其中為刻蝕高度h函數(shù)，m為衍射級數(shù)；

S20.令m=1時，使導(dǎo)光光柵具有最大耦合效率；