專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)陀螺用多功能鈮酸鋰集成光學(xué)芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)陀螺的光路，特別是一種諧振式光學(xué)陀螺的光路。
背景技術(shù)：
光學(xué)陀螺是一種具有重大價(jià)值的新型角速度敏感器件。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，光學(xué)陀螺分為干涉式光學(xué)陀螺和諧振式光學(xué)陀螺。干涉式光學(xué)陀螺雖然已在許多傳統(tǒng)導(dǎo)航領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用，但對(duì)于高精度干涉式光學(xué)陀螺來(lái)說(shuō)，克服溫度漂移、降低光源噪聲、降低成本的研究仍在進(jìn)行中。諧振式光學(xué)陀螺是由激光器、偏振器、對(duì)稱(chēng)Y光分路器、分別在Y分路上相對(duì)稱(chēng)的2個(gè)相位調(diào)制器和諧振腔的2個(gè)輸入/輸出耦合器、諧振腔耦合器以及光纖或波導(dǎo)環(huán)形諧振腔構(gòu)成，光路中使用的耦合器(包括光分路器)都是保偏的，它雖具有較高的檢測(cè)精度，動(dòng)態(tài)范圍大，但分離的光學(xué)器件存在體積大，成本高，光路器件復(fù)雜，穩(wěn)定性欠高等問(wèn)題。要想使光學(xué)陀螺廣泛用于汽車(chē)導(dǎo)航、飛機(jī)導(dǎo)航等民用領(lǐng)域中，降低成本，提高性?xún)r(jià)比就成為一個(gè)主要的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)陀螺用的包括偏振器、分路器、相位調(diào)制器和諧振腔的輸入/輸出耦合器的多功能鈮酸鋰集成光學(xué)芯片。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)的在鈮酸鋰襯底上從輸入端到輸出端，依次集成由波導(dǎo)構(gòu)成的偏振器、對(duì)稱(chēng)Y光分路器、分別在對(duì)稱(chēng)Y光分路器的分路波導(dǎo)上由波導(dǎo)和電極構(gòu)成相對(duì)稱(chēng)的2個(gè)相位調(diào)制器、分別在對(duì)稱(chēng)Y光分路器的分路波導(dǎo)上由2波導(dǎo)構(gòu)成相對(duì)稱(chēng)的諧振腔的2個(gè)輸入/輸出耦合器。
本發(fā)明利用在鈮酸鋰襯底上集成光波導(dǎo)和器件，從而使諧振式光學(xué)陀螺分離的光路器件得到集成簡(jiǎn)化，增加了穩(wěn)定性，減小了體積，降低了成本。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是原諧振式光學(xué)陀螺的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，在本發(fā)明的輸入端集成1個(gè)由波導(dǎo)構(gòu)成的偏振器1和對(duì)稱(chēng)Y光分路器2，使對(duì)稱(chēng)Y光分路器2的2分路波導(dǎo)能完成50∶50的光均分功能。在對(duì)稱(chēng)Y光分路器2的2分路波導(dǎo)上分別制作相對(duì)稱(chēng)的由波導(dǎo)和集總參數(shù)結(jié)構(gòu)電極構(gòu)成的相位調(diào)制器3，當(dāng)選適當(dāng)長(zhǎng)度的電極時(shí)，即能保證本發(fā)明所需的帶寬和工作電壓。在其輸出端即對(duì)稱(chēng)Y光分路器2的2分路波導(dǎo)的輸出端7、8處，集成2個(gè)相對(duì)稱(chēng)的由2個(gè)波導(dǎo)構(gòu)成的耦合比均為50∶50的定向耦合器，作為光學(xué)環(huán)形諧振腔的輸入/輸出耦合器6，其耦合比取決于兩平行直波導(dǎo)之間的間距和平行耦合端的長(zhǎng)度，4、5為光學(xué)陀螺的輸出端。本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)參數(shù)依賴(lài)于鈮酸鋰波導(dǎo)和器件的具體制作工藝過(guò)程。所選用的鈮酸鋰單模光波導(dǎo)要具有與通信用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖盡可能匹配的折射率差分布與單模波導(dǎo)尺寸。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬與優(yōu)化分析，再選取其它參數(shù)。
本發(fā)明可以利用鈮酸鋰襯底上的退火質(zhì)子交換法實(shí)現(xiàn)，其制作工藝步驟是(1)首先制備光刻版。(2)鈮酸鋰基片經(jīng)切割、粗磨、精拋光制成標(biāo)準(zhǔn)襯底片。(3)用真空蒸發(fā)機(jī)在鈮酸鋰襯底上蒸發(fā)1μm厚的鋁膜。(4)用光刻機(jī)通過(guò)光刻版對(duì)鈮酸鋰襯底的鋁膜進(jìn)行光刻。(5)用磷酸腐蝕液在其襯底上制備出鋁掩膜圖形。(6)再在苯甲酸晶體熔液中進(jìn)行質(zhì)子交換，制備波導(dǎo)。(7)退火。(8)然后在其上面套刻集總參數(shù)結(jié)構(gòu)鋁電極圖案。(9)最后對(duì)其端面處理，并完成與保偏光纖的耦合。
參照?qǐng)D2，A為激光器，1為偏振器，2為分路器，3為相位調(diào)制器，D1、D2為光電探測(cè)器，4、5為光學(xué)陀螺輸出端，6為諧振腔的輸入/輸出耦合器，C為諧振腔耦合器，L為光纖或波導(dǎo)環(huán)形諧振腔。
如果在本發(fā)明的輸入端連接激光器A，在輸出端7、8之間連接諧振腔耦合器C，在諧振腔耦合器C上布置光纖或波導(dǎo)環(huán)形諧振腔L，再在輸出端4、5處分別布置光電探測(cè)器D1、D2后就構(gòu)成諧振式光學(xué)陀螺裝置。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)陀螺用多功能鈮酸鋰集成光學(xué)芯片，其特征在于在鈮酸鋰襯底上從輸入端到輸出端，依次集成由波導(dǎo)構(gòu)成的偏振器(1)、對(duì)稱(chēng)Y光分路器(2)、分別在對(duì)稱(chēng)Y光分路器(2)的分路波導(dǎo)上由波導(dǎo)和電極構(gòu)成相對(duì)稱(chēng)的2個(gè)相位調(diào)制器(3)、分別在對(duì)稱(chēng)Y光分路器(2)的分路波導(dǎo)上由2波導(dǎo)構(gòu)成相對(duì)稱(chēng)的諧振腔的2個(gè)輸入/輸出耦合器(6)。
全文摘要
一種光學(xué)陀螺用多功能鈮酸鋰集成光學(xué)芯片,是在鈮酸鋰襯底上從輸入端到輸出端依次集成由波導(dǎo)構(gòu)成的偏振器、對(duì)稱(chēng)Y光分路器、分別在對(duì)稱(chēng)Y光分路器的2分路波導(dǎo)上由波導(dǎo)和電極構(gòu)成相對(duì)稱(chēng)的2個(gè)相位調(diào)制器、分別在對(duì)稱(chēng)Y光分路器的分路波導(dǎo)上由2波導(dǎo)構(gòu)成相對(duì)稱(chēng)的諧振腔的2個(gè)輸入/輸出耦合器。本集成光學(xué)芯片使諧振式光學(xué)陀螺的光路器件得到集成簡(jiǎn)化,增加了穩(wěn)定性,減小了體積,降低了成本。
文檔編號(hào)G01C19/58GK1382957SQ02112000
公開(kāi)日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2002年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月8日
發(fā)明者金仲和, 馬慧蓮, 丁純, 王躍林 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)