CN102607550A

CN102607550A - 光纤陀螺用集成光学收发模块

Info

Publication number: CN102607550A
Application number: CN2012100607462A
Authority: CN
Inventors: 焦健; 谭满清
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明一种光纤陀螺用集成光学收发模块，包括：一光纤线圈；一双Y型波导集成光学器件，包括第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，其中第一输入端用于与超辐射发光二极管光源的输出端连接，其第二输入端用于与光电探测器的输出端连接；该光纤线圈与双Y型波导集成光学器件的第一输出端及第二输出端耦合。本发明不仅进一步缩小了光纤陀螺的体积，而且实现了与超辐射发光二极管光源和光电探测器模块的直接耦合，有利于光纤陀螺的小型化和集成化。

Description

光纤陀螺用集成光学收发模块

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，特别是指一种光纤陀螺用集成光学收发模块。

背景技术

作为角速度传感器的光纤陀螺是一种基于光学Sagnac效应的全固态光纤传感器，它具有全固态、长寿命、坚固、高带宽、瞬时启动、大动态范围、高精度定位等诸多突出优点，也具有重量轻、耗电省、成本低、加速度不敏感、体积小、无运动部件以及优良的偏置稳定性和低刻度因子误差等优点，因此在惯性制导、卫星定位、汽车导向、智能机器人等众多军用和民用领域具有广阔的应用前景，广泛应用于航天、航空、航海、武器系统、深空探测和其它各种高精度定位兵器等军事上，在当今的惯性传感领域具有特殊的重要军事意义。我国已将光纤陀螺仪及其所构成的导航系统作为惯性技术领域未来二十年的主攻方向，为了加速光纤陀螺的实用化进程，研究新型高性能、小型化、低损耗和高稳定性的集成光学器件对光纤陀螺具有重要意义。

对于传统的闭环光纤陀螺系统，如图2所示，光路部分主要包括超辐射发光二极管光源1、探测器2、耦合器3、Y波导集成光学器件4与光纤线圈5。其中，Y波导集成光学器件集成了分束器、偏振器、调制器的功能，其中的调制器用于偏置调制和实现闭环的反馈调制。但是由于耦合器与Y波导集成光学器件之间需要采用特定的保偏光纤按拉锥工艺制成，既提高了工艺成本，又不利于光纤陀螺的小型化。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种小型化的光纤陀螺用多功能集成光学器件，其进一步缩小了光纤陀螺的体积，且可与超辐射发光二极管光源和光电探测器模块的直接耦合，有利于光纤陀螺的小型化和集成化。

为达到上述目的，本发明提供一种光纤陀螺用集成光学收发模块，包括：

一光纤线圈；

一双Y型波导集成光学器件，包括第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，

其中第一输入端用于与超辐射发光二极管光源的输出端连接，其第二输入端用于与光电探测器的输出端连接；

该光纤线圈与双Y型波导集成光学器件的第一输出端及第二输出端耦合。

其中该双Y型波导集成光学器件包括第一Y型波导分束器和第二Y型波导分束器，该第一Y型波导分束器的输出端与第二Y型波导分束器的输入端连接。

其中第一Y型波导分束器和第二Y型波导分束器为3dB光分束器。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、在波导结构设计上，本发明在传统的单Y波导结构基础上，采用掩膜工艺制作出一个前置Y形分束器，实现具有“双Y型”分束式波导结构的集成光学器件的设计，从而取代闭环光纤陀螺结构中分立的光纤耦合器和Y波导集成光学器件，加速了光纤陀螺小型化的进程。

2、在产品实际应用上，本发明实现了与超辐射发光二极管光源和光电探测器芯片的直接耦合，有利于光纤陀螺的集成化，便于光纤陀螺的安装。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合实施例及附图，对本发明进一步详细说明如后，其中：

图1是本发明多功能集成光纤陀螺结构示意图。

图2是传统的闭环光纤陀螺结构示意图。

图3是图1中双Y型波导集成光学器件的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种光纤陀螺用集成光学收发模块，包括：

一光纤线圈10；

一双Y型波导集成光学器件20，包括一第一输入端1、一第二输入端2、一第一输出端3和一第二输出端4，该双Y型波导集成光学器件20包括第一Y型波导分束器21和第二Y型波导分束器22(参阅图3)，该第一Y型波导分束器21的输出端a与第二Y型波导分束器22的输入端b连接，该第一Y型波导分束器21和第二Y型波导分束器22为3dB光分束器；

其中第一输入端1用于与超辐射发光二极管光源的输出端连接，第二输入端2用于与光电探测器的输出端连接；

该光纤线圈10与双Y型波导集成光学器件20的第一输出端3及第二输出端4耦合。

请再参阅图3所示，与双Y型波导集成光学器件20的第一输入端1相连的超辐射发光二极管光源发出的光经第一Y型波导分束器21的输出端a直接耦合进入第二Y型波导分束器22的输入端b，第二Y型波导分束器22将输入光束一分为二从双Y型波导集成光学器件20的第一输出端3及第二输出端4输出进入光纤线圈10，经过光纤线圈10返回的两束光再同时输入回第一输出端3及第二输出端4，当两入射光相位差为零时，两束光相加干涉进入第二Y型波导分束器22的单模波导(输入端b)，成为传导模，传输无能量损失；当两入射光相位差趋近于180°时，两束光几乎全部泄露到衬底中，成为泄露模，而输入端b内无光束输出；当相位差介于0°-180°之间时干涉为一个传导模和一个泄露模。其中，传导模经第一Y型波导分束器21一分为二，其中的一束由与双Y型波导集成光学器件20的第二输入端2相连的光电探测器变为电信号，经过信号处理单元输出光纤陀螺相对于惯性参考系的转动信号。

两个Y型波导分束器21和22本身的对称性结构保证了其正向传播的3dB分束比，因此没有色散，设计、工艺制作都相对容易；从反向传输分析可知，泄露模端口的输出光强与单端口的返回光强的和等于输入光的强度，且根据两束光的干涉情况呈此消彼长的状态，从而满足了能量守恒定律。

此外，由于第二Y型波导分束器22采用质子交换方法制作，根据全反射原理和波导形成条件，其只能对一个偏振膜(假设为TE模)光形成波导，使该模式光良好地传播到第一输出端3及第二输出端4并低损耗地耦合到光纤线圈10中去，而TM模光则因没有形成波导光而辐射进衬底，并大部分损耗于衬底中，只有很少一部分耦合进入光纤线圈10中，从而实现了偏振滤波的功能，造成TE光强远远大于TM光强，实现了可达70dB以上的偏振消光比。

我们还在第二Y型波导分束器22的Y分支双臂上制作了推挽型电极相位调制结构，其两条波导外侧的电极相连成为了一级(假设为负极)，两条波导中间则只有一个公共电极(假设为正极)，当在正极与负极间加上调制电压时，在第二Y型波导分束器22的双臂上将产生大小相等方向相反的一对电场。由于电光效应的矢量特性，两波导中传导光的相位变化也将是大小相等方向相反的，所以两束光的相位差将是单组调制电极产生的相位差的两倍，通过相位偏置和相位补偿信号叠加调制的方法，采用推挽型电极结构的调制器的相位调制能力得到了充分利用，器件尺寸较独立调制型器件减小了很多。

在不影响光纤陀螺精度的条件下，本发明简化了光纤陀螺的制作工艺，提高了系统工程化能力；推动了光纤陀螺的“小型化、集成化”；降低了接入损耗和系统成本，促进了系统的大规模应用；能在较短的几年内实现工程化，为中高精度集成化光纤陀螺提供高性能集成光学收发模块。随着科技的进步，国防武器装备水平的不断提高，对惯性制导技术将提出新的要求，光纤陀螺以其独特的技术优势越来越得到国防装备的重视，蓬勃发展。可以预见，研制光纤陀螺用集成光学收发模块以其小型化、集成化、低成本等优点在光纤陀螺用器件中将有重要的战略意义和旺盛的需求。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种光纤陀螺用集成光学收发模块，包括：

一光纤线圈；

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺用集成光学收发模块，其中该双Y型波导集成光学器件包括第一Y型波导分束器和第二Y型波导分束器，该第一Y型波导分束器的输出端与第二Y型波导分束器的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的光纤陀螺用集成光学收发模块，其中第一Y型波导分束器和第二Y型波导分束器为3dB光分束器。