專(zhuān)利名稱(chēng)：基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提出ー種利用柔性材料光波導(dǎo)彎曲連接成長(zhǎng)波導(dǎo)的光學(xué)陀螺，特別涉及設(shè)計(jì)并制備超長(zhǎng)柔性材料光波導(dǎo)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)光纖陀螺，有效減小陀螺體積和重量，應(yīng)用于光學(xué)陀螺領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)陀螺作為新型陀螺儀，利用閉合光波導(dǎo)環(huán)路中的薩格奈克效應(yīng)來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。光學(xué)陀螺具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)、結(jié)構(gòu)靈活性和巨大的前景，引起了世界上許多國(guó)家的大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)的普遍重視。目前的光學(xué)陀螺包括激光陀螺、光纖陀螺、集成光波導(dǎo)陀螺。在激光陀螺中，光信號(hào)在自由空間中傳輸，穩(wěn)定性較差，所以目前的高精度光學(xué)陀 螺主要以光纖陀螺為主。光纖陀螺是以光纖為信號(hào)載體，利用閉合光纖環(huán)路中的薩格奈克效應(yīng)測(cè)量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。但是，要想的到較高的陀螺精度，光纖長(zhǎng)度必須足夠長(zhǎng)，一般需要幾公里，光纖環(huán)體積和重量大，成本高。因此，光纖陀螺難以做到小型化，集成化。隨著光學(xué)陀螺需求的領(lǐng)域和數(shù)量不斷増大，對(duì)光學(xué)陀螺提出了小型化、集成化、成本低和穩(wěn)定性高的要求。集成光波導(dǎo)陀螺雖能實(shí)現(xiàn)一定程度的集成化，但仍無(wú)法取代光纖陀螺，其主要原因是平面光波導(dǎo)集成エ藝無(wú)法制備超長(zhǎng)光波導(dǎo)諧振腔，且平面光波導(dǎo)エ藝加工的光波導(dǎo)損耗遠(yuǎn)高于光纖。因此目前的集成光波導(dǎo)陀螺面臨技術(shù)瓶頸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度。近年來(lái)，隨著聚合物材料和光波導(dǎo)制備エ藝的發(fā)展，柔性集成光學(xué)器件技術(shù)得到了人們的關(guān)注。柔性集成光學(xué)器件是以柔性聚合物材料作為基底，在其表面制備光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，形成具有較強(qiáng)柔韌性、可以彎曲的集成光器件。與傳統(tǒng)的硅襯底和玻璃襯底相比，在柔性襯底上制備的集成光器件具有抗震，防撞擊，可以按任意形狀彎曲的特點(diǎn)。柔性集成光學(xué)器件在光通信、光學(xué)傳感領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展前景。但目前的柔性集成光器件均采用傳統(tǒng)的平面光波導(dǎo)制備技術(shù)加工，仍然具有傳統(tǒng)平面集成光學(xué)器件的局限性，如無(wú)法制備多圈的超長(zhǎng)波導(dǎo)、彎曲損耗大等。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型的目的是提出ー種基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺，利用柔性材料光波導(dǎo)的可塑性，制備出超長(zhǎng)的低損耗柔性光波導(dǎo)線(xiàn)圈取代傳統(tǒng)光纖線(xiàn)圈，應(yīng)用到光學(xué)陀螺領(lǐng)域，與已有集成光波導(dǎo)陀螺技術(shù)相比，技術(shù)上有重大突破，大幅提高了陀螺靈敏度，具有低成本、低損耗、體積小、重量輕、高精度、エ藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了ー種基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺，該光學(xué)陀螺包括光源，Y分支調(diào)制器,輸入光纖，輸出光纖，柔性材料光波導(dǎo)柱面，光探測(cè)器；柔性材料光波導(dǎo)柱面包括位于該柔性材料光波導(dǎo)柱面內(nèi)的柔性材料光波導(dǎo)和柔性襯底，柔性材料光波導(dǎo)包裹在柔性襯底中；其中，光信號(hào)由光源輸出到Y(jié)分支調(diào)制器，調(diào)制后經(jīng)輸入光纖輸入到柔性材料光波導(dǎo)柱面，光在柔性材料光波導(dǎo)中干渉后經(jīng)輸出光纖傳輸?shù)焦馓綔y(cè)器，且被光探測(cè)器探測(cè)出旋轉(zhuǎn)角速度。優(yōu)選的，Y分支調(diào)制器包括Y分支光波導(dǎo)和調(diào)制器電極；調(diào)制器電極在Y分支光波導(dǎo)兩分支兩側(cè)。優(yōu)選的，柔性材料光波的橫截面由下至上依次為下包層、芯層、上包層，各層均為有機(jī)聚合物，厚度為微米量級(jí)。有益效果1、本實(shí) 用新型所提出的柔性材料光波導(dǎo)陀螺，利用柔性材料的可彎曲特性，設(shè)計(jì)新型干渉式光波導(dǎo)陀螺結(jié)構(gòu)，比光纖陀螺體積小，重量輕。對(duì)于光纖陀螺而言，要達(dá)到高精度，光纖線(xiàn)圈要長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里，所有光纖環(huán)繞成線(xiàn)圈后體積較大，質(zhì)量有數(shù)公斤，本實(shí)用新型所述的柔性超長(zhǎng)光波導(dǎo)線(xiàn)圈可在幾個(gè)立方厘米內(nèi)實(shí)現(xiàn)，質(zhì)量基本可忽略不計(jì)，極大的提高了陀螺的集成度。2、目前，集成光學(xué)陀螺技術(shù)瓶頸主要在于利用傳統(tǒng)平面集成光波導(dǎo)加工方法無(wú)法制備出超長(zhǎng)低損耗光波導(dǎo)線(xiàn)圏。本實(shí)用新型所提出的柔性材料光波導(dǎo)陀螺，可以通過(guò)調(diào)整芯包層材料折射率，得到較低的彎曲損耗，并且波導(dǎo)彎曲面不需要刻蝕，彎曲損耗遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)平面加工エ藝制備的彎曲波導(dǎo)，可實(shí)現(xiàn)與光纖陀螺相比擬的高精度光陀螺。3、集成光學(xué)陀螺的另ー主要技術(shù)瓶頸主要在于利用傳統(tǒng)平面集成光波導(dǎo)加工方法無(wú)法制備出多圈的光波導(dǎo)，因此精度不高，即使利用現(xiàn)有的平面加工方法制備出S形長(zhǎng)波導(dǎo)，但由于其圍繞的面積很小，仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)中、高精度陀螺。本實(shí)用新型所提出的柔性材料光波導(dǎo)陀螺，波導(dǎo)環(huán)具有面積大、交叉損耗小的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)陀螺波導(dǎo)環(huán)繞行方式?jīng)Q定其環(huán)繞面積小且疊加總面積不易計(jì)算，并且具有交叉損耗。本實(shí)用新型則解決這ー難題，波導(dǎo)環(huán)疊加圍繞面積大，易于計(jì)算，且不存在交叉損耗。4、本實(shí)用新型所提出的柔性材料光波導(dǎo)陀螺，簡(jiǎn)化了制備エ藝并降低成本，提高光學(xué)系統(tǒng)集成度，并且具有很好的抗震、抗干擾性能，可以廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。

圖I是基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是基于柔性材料光波導(dǎo)展開(kāi)平面示意圖。圖3是基于柔性材料光波導(dǎo)橫截面示意圖。以上的圖中有光源1，Y分支調(diào)制器2，Y分支光波導(dǎo)21，調(diào)制器電極22，輸入光纖31，輸出光纖32，柔性材料光波導(dǎo)柱面4，柔性材料光波導(dǎo)41，柔性襯底42，下包層43，芯層44，上包層45，光探測(cè)器5。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)用新型的基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺是這樣實(shí)現(xiàn)的，利用柔性聚合物材料制備出柔性材料光波導(dǎo)，波導(dǎo)都具有相同寬度和間距，將光波導(dǎo)卷曲，波導(dǎo)端面首尾對(duì)接固定，從而所有波導(dǎo)連接成一條超長(zhǎng)光波導(dǎo)。將此光波導(dǎo)取代光纖接入光學(xué)陀螺系統(tǒng)，即可形成基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺。參見(jiàn)圖I 一 3，本實(shí)用新型提供的基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺，該光學(xué)陀螺包括光源I，Y分支調(diào)制器2,輸入光纖31,輸出光纖32,柔性材料光波導(dǎo)柱面4,光探測(cè)器5 ；[0021 ] 柔性材料光波導(dǎo)柱面4包括位于該柔性材料光波導(dǎo)柱面4內(nèi)的柔性材料光波導(dǎo)41和柔性襯底42，柔性材料光波導(dǎo)41包裹在柔性襯底42中；其中，光信號(hào)由光源I輸出到Y(jié)分支調(diào)制器2，調(diào)制后經(jīng)輸入光纖31輸入到柔性材料光波導(dǎo)柱面4，光在柔性材料光波導(dǎo)41中干渉后經(jīng)輸出光纖32傳輸?shù)焦馓綔y(cè)器5，且被光探測(cè)器5探測(cè)出旋轉(zhuǎn)角速度。Y分支調(diào)制器2包括Y分支光波導(dǎo)21和調(diào)制器電極22 ;調(diào)制器電極22在Y分支光波導(dǎo)21兩分支兩側(cè)。柔性材料光波41的橫截面由下至上依次為下包層43、芯層44、上包層45，各層均為有機(jī)聚合物，厚度為微米量級(jí)。本實(shí)用新型所提出基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺結(jié)構(gòu)如圖I所示。構(gòu)成光信號(hào)的通道包括光源I, Y分支光調(diào)制器2,輸入光纖31,柔性材料光波導(dǎo)41,輸出光纖32,光探測(cè)器5。通過(guò)甩膜エ藝在襯底上制備出下包層43，再甩芯層材料，通過(guò)光刻技術(shù)得出芯層44，最后甩上包層45。利用剝離技術(shù)將下包層與襯底分離，得到柔性材料光波導(dǎo)平面。再將柔性材料光波導(dǎo)平面卷曲成柱面，將光波導(dǎo)端面首尾對(duì)接，A連接a，B連接b，C連接C，……，由于波導(dǎo)寬度相同，波導(dǎo)間距也相同，因此，所有波導(dǎo)連接成一條螺旋式超長(zhǎng)光波導(dǎo)。將此柔性材料光波導(dǎo)取代光纖接入陀螺中，即形成干渉式光波導(dǎo)陀螺。由于光波導(dǎo)寬度和間距均為微米量級(jí)，所以在較小體積內(nèi)就能形成螺旋式超長(zhǎng)光波導(dǎo)，比光纖陀螺體積小，重量輕。并且可以通過(guò)調(diào)整芯包層材料折射率，可以得到較低的彎曲損耗，從而在傳輸損耗上可以與光纖陀螺媲美。波導(dǎo)環(huán)疊加圍繞面積大，易于計(jì)算，且不存在交叉損耗。該陀螺系統(tǒng)精簡(jiǎn)了制備エ藝并降低成本，提高光學(xué)系統(tǒng)集成度，并且具有很好的抗震性能，可以廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型所掲示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書(shū)中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺，其特征在于該光學(xué)陀螺包括光源(1)，Y分支調(diào)制器(2),輸入光纖(31),輸出光纖(32),柔性材料光波導(dǎo)柱面(4),光探測(cè)器(5)； 柔性材料光波導(dǎo)柱面(4)包括位于該柔性材料光波導(dǎo)柱面(4)內(nèi)的柔性材料光波導(dǎo)(41)和柔性襯底(42)，柔性材料光波導(dǎo)(41)包裹在柔性襯底(42)中；其中， 光信號(hào)由光源(I)輸出到Y(jié)分支調(diào)制器(2)，調(diào)制后經(jīng)輸入光纖(31)輸入到柔性材料光波導(dǎo)柱面(4)，光在柔性材料光波導(dǎo)(41)中干涉后經(jīng)輸出光纖(32)傳輸?shù)焦馓綔y(cè)器(5)，且被光探測(cè)器(5 )探測(cè)出旋轉(zhuǎn)角速度。
2.據(jù)權(quán)利要求I所述的基于柔性材料的光波導(dǎo)光學(xué)陀螺，其特征在于，Y分支調(diào)制器(2)包括Y分支光波導(dǎo)(21)和調(diào)制器電極(22);調(diào)制器電極(22)在Y分支光波導(dǎo)(21)兩分支兩側(cè)。
3.據(jù)權(quán)利要求I所述的基于柔性材料的光波導(dǎo)光學(xué)陀螺，其特征在于，柔性材料光波(41)的橫截面由下至上依次為下包層(43)、芯層(44)、上包層(45)，各層均為有機(jī)聚合物，厚度為微米量級(jí)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于柔性材料光波導(dǎo)的光學(xué)陀螺，該光學(xué)陀螺包括光源(1)，Y分支調(diào)制器(2)，輸入光纖(31)，輸出光纖(32)，柔性材料光波導(dǎo)柱面(4)，光探測(cè)器(5)；柔性材料光波導(dǎo)柱面(4)包括位于該柔性材料光波導(dǎo)柱面(4)內(nèi)的柔性材料光波導(dǎo)(41)和柔性襯底(42)，柔性材料光波導(dǎo)(41)包裹在柔性襯底(42)中；其中，光信號(hào)由光源(1)輸出到Y(jié)分支調(diào)制器(2)。本實(shí)用新型提高了光學(xué)陀螺系統(tǒng)集成度和抗震性能，質(zhì)量、體積大幅減小，簡(jiǎn)化了光學(xué)陀螺結(jié)構(gòu)和制備工藝，工藝穩(wěn)定性大幅提高，易于大批量生產(chǎn)，從而降低成本，實(shí)現(xiàn)低成本、小體積、高穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G02B6/125GK202393391SQ201120525589
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者張彤, 張曉陽(yáng), 李威, 李若舟 申請(qǐng)人:東南大學(xué)