CN101571391A - 用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片。它包括埋藏式低损耗玻璃波导、3*3耦合器、第一集成的2*2耦合器、第二集成的2*2耦合器、第三集成的2*2耦合器，在埋藏式低损耗玻璃波导上集成了一个3*3耦合器，3*3耦合器三个出射端分别与第一集成的2*2耦合器一入射端、第二集成的2*2耦合器一入射端、第三集成的2*2耦合器一入射端相连。本发明与传统的三轴干涉式光纤陀螺系统使用四个独立的耦合器相比，这种结构大大的减小了三轴干涉式光纤陀螺光学系统的体积，有利于三轴干涉式光纤陀螺的小型化和工程化。

Description

用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片

技术领域

本发明涉及干涉式陀螺仪，尤其涉及一种用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片。

背景技术

干涉式光纤陀螺是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。它是一种测量角速度的重要传感器，不仅在飞机导航，而且在航天器制导，卫星定位，汽车定向，智能机器人，天文望远镜等诸多方面起着极为关键的作用。我国现阶段主要致力于陀螺的工程化，实用化研究。而三轴干涉式光纤陀螺的研究更是成为重中之重，因为三轴干涉式光纤陀螺能确定物体在空间(X轴，Y轴，Z轴)的运动姿态。为了使陀螺达到实用化的要求，除了提高光学系统和电路的检测精度外，光学系统组成部件的小型化和电路系统组成部件的小型化设计也非常的重要。

干涉式光纤陀螺光学系统包括光源，光耦合器，光探测器，以及Sagnac光纤环。对于三轴干涉式光纤陀螺而言，系统需要四个光耦合器。对于传统的干涉式光纤陀螺系统而言，如图2所示，该系统包括一个光源1，三个光探测器(第一光探测器9、第二光探测器10、第三光探测器11)，四个光耦合器(光耦合器2、第一集成的光耦合器3、第二集成的光耦合器4、第三集成的光耦合器5)，三个光传感分支(X分支6、Y分支7、Z分支8)。它所包含的各个耦合器是相互独立的，如图1所示。一般而言，一个耦合器的大小大概是长为75mm，宽为3mm。如果系统包括四个这样的耦合器，这样将会大大增加光学系统的面积。同时由于四个独立的耦合器在整个光学系统中需要考虑摆放的位置，以免光学系统在运动过程中，耦合器发生移位而使光纤断裂。因此非常有必要将四个这样的耦合器集成到一个集成光学波导芯片上。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片。

用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片包括埋藏式低损耗玻璃波导、3*3耦合器、第一集成的2*2耦合器、第二集成的2*2耦合器、第三集成的2*2耦合器，在埋藏式低损耗玻璃波导上集成了一个3*3耦合器，3*3耦合器三个出射端分别与第一集成的2*2耦合器一入射端、第二集成的2*2耦合器一入射端、第三集成的2*2耦合器一入射端相连。

所述的3*3耦合器、第一集成的2*2耦合器、第二集成的2*2耦合器、第三集成的2*2耦合器采用波导Y分支结构。

本发明基于玻璃基光波导离子交换技术和工艺，通过将3*3耦合器、第一集成的2*2耦合器、第二集成的2*2耦合器、第三集成的2*2耦合器集成到埋藏式低损耗的玻璃波导上，使得这样的玻璃波导芯片具有以下的优点：

1)与传统三轴干涉式光纤陀螺相比，由集成光学网路芯片构成的三轴干涉式光纤陀螺的体积极大地减小。与四个独立的耦合器相比，单片的集成光学网络芯片可以做到几mm²的玻璃基上；

2)由于芯片工艺的保证器件具有更好的一致性和可重复行；

3)由于网络芯片由埋藏式玻璃波导构成，因此光经过该芯片后损耗非常的低；

4)波导折射率可以做的与光纤非常接近，易与光纤尾纤耦合。

附图说明

图1是用于传统三轴干涉式光纤陀螺的四个独立耦合器结构示意图；

图2是传统的三轴干涉式光纤陀螺的光路结构示意图；

图3是用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片结构示意图；

图4是用集成光学网络芯片构造的三轴干涉式陀螺的光路结构示意图；

图中：光源SLD1、3*3耦合器2、2*2耦合器3、2*2耦合器4、2*2耦合器5、X轴传感部分6、Y轴传感部分7、Z轴传感部分8、第一光探测器9、第二光探测器10、第三光探测器11。

具体实施方式

如图3所示，用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片包括埋藏式低损耗玻璃波导、3*3耦合器2、第一集成的2*2耦合器3、第二集成的2*2耦合器4、第三集成的2*2耦合器5，在埋藏式低损耗玻璃波导上集成了一个3*3耦合器2，3*3耦合器三个出射端分别与第一集成的2*2耦合器3一入射端、第二集成的2*2耦合器4一入射端、第三集成的2*2耦合器5一入射端相连。该集成光学网络芯片通过尾纤与外部光学模块相耦合构成陀螺的光学系统。

所述的3*3耦合器2、第一集成的2*2耦合器3、第二集成的2*2耦合器4、第三集成的2*2耦合器5采用波导Y分支结构。

如图4所示，光源SLD1发出的光经尾纤进入集成光学网络芯片中的耦合器2并且将光等分为三份，第一份经过芯片内的2*2耦合器3，第二份经过芯片内的2*2耦合器4，最后一份通过外部尾纤将光传的2*2耦合器5。

第一份光经过2*2耦合器3一分为二，其中一份进入由铌酸锂多功能芯片和光纤传感环组成的X轴传感部分6，从传感部分6返回的光经耦合器3一分为二，其中一份由第一光探测器9接收并将带X轴转速信息的光信号转换成电信号，从而进行后续的信号处理。

第二份光经过2*2耦合器3一分为二，其中一份进入由铌酸锂多功能芯片和光纤传感环组成的Y轴传感部分7，从传感部分7返回的光经耦合器4一分为二，其中一份由第二光探测器10接收并将带Y轴转速信息的光信号转换成电信号，从而进行后续的信号处理。

第三份光经过2*2耦合器3一分为二，其中一份进入由铌酸锂多功能芯片和光纤传感环组成的Z轴传感部分8，从传感部分8返回的光经耦合器3一分为二，其中一份由第三光探测器11接收并将带Z轴转速信息的光信号转换成电信号，从而进行后续的信号处理。

Claims (2)

1.一种用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片，其特征在于包括埋藏式低损耗玻璃波导、3*3耦合器2、第一集成的2*2耦合器3、第二集成的2*2耦合器4、第三集成的2*2耦合器5，在埋藏式低损耗玻璃波导上集成了一个3*3耦合器2，3*3耦合器三个出射端分别与第一集成的2*2耦合器3一入射端、第二集成的2*2耦合器4一入射端、第三集成的2*2耦合器5一入射端相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于三轴干涉式光纤陀螺的集成光学网络芯片，其特征在于所述的3*3耦合器2、第一集成的2*2耦合器3、第二集成的2*2耦合器4、第三集成的2*2耦合器5采用波导Y分支结构。

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