專利名稱：光纖陀螺用多功能集成波導(dǎo)芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陀螺儀，尤其涉及一種用于光纖陀螺儀的多功能集成波導(dǎo)芯片。
背景技術(shù)：
光纖陀螺儀是利用光學(xué)Sagnac效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)的一種高精度的慣性傳感器 件。它是一種非常重要的傳感器，不僅在飛機(jī)導(dǎo)航，而且在航天器制導(dǎo)，衛(wèi)星定位，汽車定 向，智能機(jī)器人，天文望遠(yuǎn)鏡等諸多方面起著極為關(guān)鍵的作用。我國(guó)現(xiàn)階段主要致力于陀螺 的工程化，實(shí)用化研究。為了使陀螺達(dá)到實(shí)用化的要求，使陀螺小型化以提高光纖陀螺儀的 性能要求就顯得非常的重要。 對(duì)于傳統(tǒng)的干涉式光纖陀螺系統(tǒng)而言，如圖2所示，由光源1發(fā)出的光經(jīng)光纖源 分束器6 —分為二，其中一束經(jīng)過光纖起偏器7進(jìn)入光纖環(huán)分束器8，環(huán)分束器8將光束一 分為二后輸出，其中上光束按順時(shí)針方向經(jīng)過光纖傳感環(huán)3、相位調(diào)制器4后，返回光纖環(huán) 分束器8的下端；下光束按反時(shí)針方向經(jīng)過相位調(diào)制器4、光纖傳感環(huán)3后，返回光纖環(huán)分 束器8的下端；當(dāng)二束順時(shí)針光和反時(shí)針光由環(huán)分束器8合成形成干涉，經(jīng)過光纖起偏器7 至光纖源分束器6 —分為二，其中一束由光電探測(cè)器5變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過信號(hào)處理單元輸出 陀螺儀相對(duì)于慣性參考系的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。這種陀螺的缺點(diǎn)是源分束器和環(huán)分束器采用特種
保偏光纖按拉錐工藝制成，成本高，成品率不能保證100%，器件的一致性難以保證；光纖
源分束器、光纖起偏器和光纖環(huán)分束器之間是用光纖熔接機(jī)將它們的尾纖熔接在一起，但 它們的之間的尾纖長(zhǎng)度并不一定恰好是安裝所制定的長(zhǎng)度，這給陀螺儀的安裝帶來很大麻
煩；光纖源分束器與光源和光電探測(cè)器之間也是尾纖熔接，不利于陀螺的小型化。本發(fā)明就 是針對(duì)光纖陀螺儀小型化的一種非常有效的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于光纖陀螺儀的多功能集成波 導(dǎo)芯片。 高靈敏度的光纖陀螺儀包括光源、多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片、光纖傳感環(huán)、相 位調(diào)制器、光電探測(cè)器芯片，多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片是由埋藏式工藝制成的低損耗 波導(dǎo)器件，上面依次集成有2 X 2源分束器、起偏器和2 X 2環(huán)分束器，光源發(fā)出的光直接耦 合進(jìn)入多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片中的源分束器的輸入端，多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯 片是由埋藏式工藝制成的低損耗波導(dǎo)器件，上面依次集成有2X2源分束器、起偏器和2X2 環(huán)分束器，源分束器將輸入光束一分為二，其中一光束經(jīng)多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片上 的起偏器，再進(jìn)入環(huán)分束器，環(huán)分束器將光束一分為二，輸出的上光束按順時(shí)針光經(jīng)過光纖 傳感環(huán)、相位調(diào)制器；下光束按反時(shí)針返回相位調(diào)制器、光纖傳感環(huán)，這二束順時(shí)針光和反 時(shí)針光返回多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片，由多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片上的環(huán)分束器 合成形成干涉，經(jīng)多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片中的起偏器和2 X 2源分束器一分為二，其 中一束由光電探測(cè)器芯片變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過信號(hào)處理單元輸出陀螺儀相對(duì)于慣性參考系的
3轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。 本發(fā)明采用埋藏式波導(dǎo)工藝制成低損耗的多功能集成光學(xué)波導(dǎo)芯片，該集成有 2X2源分束器、起偏器和2X2環(huán)分束器的光學(xué)波導(dǎo)芯片，取代了傳統(tǒng)光纖陀螺儀的結(jié)構(gòu)中 分立的光纖源分束器、光纖起偏器和光纖2X2環(huán)分束器，具有體積小、一致性好、可以批量 生產(chǎn)、便于光纖陀螺安裝的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)可以與半導(dǎo)體光源管芯和光電探測(cè)器芯片直接耦合， 有利光纖陀螺的小型化。


圖1是集成光纖陀螺儀結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是傳統(tǒng)光纖陀螺儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，高靈敏度的光纖陀螺儀包括光源1、多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片 2、光纖傳感環(huán)3、相位調(diào)制器4、光電探測(cè)器芯片5，多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片2是由埋 藏式工藝制成的低損耗波導(dǎo)器件，上面依次集成有2X2源分束器、起偏器和2X2環(huán)分束 器，光源1發(fā)出的光直接耦合進(jìn)入多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片2中的源分束器的輸入端， 多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片2是由埋藏式工藝制成的低損耗波導(dǎo)器件，上面依次集成有 2X2源分束器、起偏器和2X2環(huán)分束器，源分束器將輸入光束一分為二，其中一光束經(jīng)多 功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片2上的起偏器，再進(jìn)入環(huán)分束器，環(huán)分束器將光束一分為二，輸 出的上光束按順時(shí)針光經(jīng)過光纖傳感環(huán)3、相位調(diào)制器4 ;下光束按反時(shí)針返回相位調(diào)制器 4、光纖傳感環(huán)3，這二束順時(shí)針光和反時(shí)針光返回多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片2，由多功 能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片2上的環(huán)分束器合成形成干涉，經(jīng)多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片 2中的起偏器和2 X 2源分束器一分為二，其中一束由光電探測(cè)器芯片5變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過信 號(hào)處理單元輸出陀螺儀相對(duì)于慣性參考系的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。 本發(fā)明光源采用采用埋藏式波導(dǎo)工藝制成多功能集成光學(xué)波導(dǎo)芯片，材料為二氧 化硅，波導(dǎo)部分摻鍺以提高折射率，高于波導(dǎo)周圍的折射率以形成波導(dǎo)。彼導(dǎo)損耗為0. ldB/ 厘米，波導(dǎo)為工作波長(zhǎng)1. 3微米的單模波導(dǎo)，2 X 2源分束器與2 X 2環(huán)分束器之間有一段波 導(dǎo)相連，在這段波導(dǎo)上方，采用研磨法研磨去掉表面至波導(dǎo)0. 5微米處，然后在該表面鍍鋁 薄膜形成起偏器。源分束器輸入二端分別光源管芯(SLD)與光電探測(cè)器芯片(PIN)耦合； 環(huán)分束器輸出二端分別耦合有保偏光纖尾纖。
權(quán)利要求
一種用于光纖陀螺儀的多功能集成波導(dǎo)芯片，其特征在于包括光源(1)、多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片(2)、光纖傳感環(huán)(3)、相位調(diào)制器(4)、光電探測(cè)器芯片(5)，多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片(2)是由埋藏式工藝制成的低損耗波導(dǎo)器件，上面依次集成有2×2源分束器、起偏器和2×2環(huán)分束器，由光源(1)發(fā)出的光直接耦合進(jìn)入多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片(2)中的源分束器的輸入端，源分束器將輸入光束一分為二，其中一光束經(jīng)多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片(2)上的起偏器，再進(jìn)入環(huán)分束器，環(huán)分束器將光束一分為二，輸出的上光束按順時(shí)針光經(jīng)過光纖傳感環(huán)(3)、相位調(diào)制器(4)；下光束按反時(shí)針返回相位調(diào)制器(4)、光纖傳感環(huán)(3)，這二束順時(shí)針光和反時(shí)針光返回多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片(2)，由多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片(2)上的環(huán)分束器合成形成干涉，經(jīng)多功能集成光學(xué)平面波導(dǎo)芯片(2)中的起偏器和2×2源分束器一分為二，其中一束由光電探測(cè)器芯片(5)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過信號(hào)處理單元輸出陀螺儀相對(duì)于慣性參考系的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于光纖陀螺儀的多功能集成波導(dǎo)芯片。該陀螺儀采用埋藏式工藝制成低損耗的多功能集成光學(xué)波導(dǎo)芯片，該集成有2×2源分束器、起偏器和2×2環(huán)分束器的光學(xué)波導(dǎo)芯片，取代了傳統(tǒng)光纖陀螺儀的結(jié)構(gòu)中分立的光纖源分束器、光纖起偏器和光纖2×2環(huán)分束器，具有體積小、一致性好、可以批量生產(chǎn)、便于光纖陀螺安裝的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)可以與半導(dǎo)體光源管芯和光電探測(cè)器芯片直接耦合，有利光纖陀螺的小型化。
文檔編號(hào)G01C19/72GK101694387SQ20091015403
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者周柯江, 張大茂, 申越 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);