CN101694387A - 光纤陀螺用多功能集成波导芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光纤陀螺仪的多功能集成波导芯片。该陀螺仪采用埋藏式工艺制成低损耗的多功能集成光学波导芯片，该集成有2×2源分束器、起偏器和2×2环分束器的光学波导芯片，取代了传统光纤陀螺仪的结构中分立的光纤源分束器、光纤起偏器和光纤2×2环分束器，具有体积小、一致性好、可以批量生产、便于光纤陀螺安装的优点；同时可以与半导体光源管芯和光电探测器芯片直接耦合，有利光纤陀螺的小型化。

Description

光纤陀螺用多功能集成波导芯片

技术领域

本发明涉及陀螺仪，尤其涉及一种用于光纤陀螺仪的多功能集成波导芯片。

背景技术

光纤陀螺仪是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。它是一种非常重要的传感器，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。为了使陀螺达到实用化的要求，使陀螺小型化以提高光纤陀螺仪的性能要求就显得非常的重要。

对于传统的干涉式光纤陀螺系统而言，如图2所示，由光源1发出的光经光纤源分束器6一分为二，其中一束经过光纤起偏器7进入光纤环分束器8，环分束器8将光束一分为二后输出，其中上光束按顺时针方向经过光纤传感环3、相位调制器4后，返回光纤环分束器8的下端；下光束按反时针方向经过相位调制器4、光纤传感环3后，返回光纤环分束器8的下端；当二束顺时针光和反时针光由环分束器8合成形成干涉，经过光纤起偏器7至光纤源分束器6一分为二，其中一束由光电探测器5变为电信号，经过信号处理单元输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。这种陀螺的缺点是：源分束器和环分束器采用特种保偏光纤按拉锥工艺制成，成本高，成品率不能保证100％，器件的一致性难以保证；光纤源分束器、光纤起偏器和光纤环分束器之间是用光纤熔接机将它们的尾纤熔接在一起，但它们的之间的尾纤长度并不一定恰好是安装所制定的长度，这给陀螺仪的安装带来很大麻烦；光纤源分束器与光源和光电探测器之间也是尾纤熔接，不利于陀螺的小型化。本发明就是针对光纤陀螺仪小型化的一种非常有效的方案。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于光纤陀螺仪的多功能集成波导芯片。

高灵敏度的光纤陀螺仪包括光源、多功能集成光学平面波导芯片、光纤传感环、相位调制器、光电探测器芯片，多功能集成光学平面波导芯片是由埋藏式工艺制成的低损耗波导器件，上面依次集成有2×2源分束器、起偏器和2×2环分束器，光源发出的光直接耦合进入多功能集成光学平面波导芯片中的源分束器的输入端，多功能集成光学平面波导芯片是由埋藏式工艺制成的低损耗波导器件，上面依次集成有2×2源分束器、起偏器和2×2环分束器，源分束器将输入光束一分为二，其中一光束经多功能集成光学平面波导芯片上的起偏器，再进入环分束器，环分束器将光束一分为二，输出的上光束按顺时针光经过光纤传感环、相位调制器；下光束按反时针返回相位调制器、光纤传感环，这二束顺时针光和反时针光返回多功能集成光学平面波导芯片，由多功能集成光学平面波导芯片上的环分束器合成形成干涉，经多功能集成光学平面波导芯片中的起偏器和2×2源分束器一分为二，其中一束由光电探测器芯片变为电信号，经过信号处理单元输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。

本发明采用埋藏式波导工艺制成低损耗的多功能集成光学波导芯片，该集成有2×2源分束器、起偏器和2×2环分束器的光学波导芯片，取代了传统光纤陀螺仪的结构中分立的光纤源分束器、光纤起偏器和光纤2×2环分束器，具有体积小、一致性好、可以批量生产、便于光纤陀螺安装的优点；同时可以与半导体光源管芯和光电探测器芯片直接耦合，有利光纤陀螺的小型化。

附图说明

图1是集成光纤陀螺仪结构示意图；

图2是传统光纤陀螺仪结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，高灵敏度的光纤陀螺仪包括光源1、多功能集成光学平面波导芯片2、光纤传感环3、相位调制器4、光电探测器芯片5，多功能集成光学平面波导芯片2是由埋藏式工艺制成的低损耗波导器件，上面依次集成有2×2源分束器、起偏器和2×2环分束器，光源1发出的光直接耦合进入多功能集成光学平面波导芯片2中的源分束器的输入端，多功能集成光学平面波导芯片2是由埋藏式工艺制成的低损耗波导器件，上面依次集成有2×2源分束器、起偏器和2×2环分束器，源分束器将输入光束一分为二，其中一光束经多功能集成光学平面波导芯片2上的起偏器，再进入环分束器，环分束器将光束一分为二，输出的上光束按顺时针光经过光纤传感环3、相位调制器4；下光束按反时针返回相位调制器4、光纤传感环3，这二束顺时针光和反时针光返回多功能集成光学平面波导芯片2，由多功能集成光学平面波导芯片2上的环分束器合成形成干涉，经多功能集成光学平面波导芯片2中的起偏器和2×2源分束器一分为二，其中一束由光电探测器芯片5变为电信号，经过信号处理单元输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。

本发明光源采用采用埋藏式波导工艺制成多功能集成光学波导芯片，材料为二氧化硅，波导部分掺锗以提高折射率，高于波导周围的折射率以形成波导。波导损耗为0.1dB/厘米，波导为工作波长1.3微米的单模波导，2×2源分束器与2×2环分束器之间有一段波导相连，在这段波导上方，采用研磨法研磨去掉表面至波导0.5微米处，然后在该表面镀铝薄膜形成起偏器。源分束器输入二端分别光源管芯(SLD)与光电探测器芯片(PIN)耦合；环分束器输出二端分别耦合有保偏光纤尾纤。

Claims (1)

1.一种用于光纤陀螺仪的多功能集成波导芯片，其特征在于包括光源(1)、多功能集成光学平面波导芯片(2)、光纤传感环(3)、相位调制器(4)、光电探测器芯片(5)，多功能集成光学平面波导芯片(2)是由埋藏式工艺制成的低损耗波导器件，上面依次集成有2×2源分束器、起偏器和2×2环分束器，由光源(1)发出的光直接耦合进入多功能集成光学平面波导芯片(2)中的源分束器的输入端，源分束器将输入光束一分为二，其中一光束经多功能集成光学平面波导芯片(2)上的起偏器，再进入环分束器，环分束器将光束一分为二，输出的上光束按顺时针光经过光纤传感环(3)、相位调制器(4)；下光束按反时针返回相位调制器(4)、光纤传感环(3)，这二束顺时针光和反时针光返回多功能集成光学平面波导芯片(2)，由多功能集成光学平面波导芯片(2)上的环分束器合成形成干涉，经多功能集成光学平面波导芯片(2)中的起偏器和2×2源分束器一分为二，其中一束由光电探测器芯片(5)变为电信号，经过信号处理单元输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。

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