CN113267648A - 基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计。本发明的窄线宽光源的光经过模斑转换器后耦合进入输入波导，沿着第一横向条形槽在2:1型Y波导上实现分光，第一光束先沿着第二横向条形槽通过第三球透镜、第一F‑P腔输入镜和第四球透镜后进入第一弯波导，沿着纵向条形槽通过第五球透镜后在弹簧振子结构的质量块的后表面反射按原路返回，第二光束则先沿着第三横向条形槽进入第二弯波导，沿着纵向条形槽通过第六球透镜后在弹簧振子结构的质量块的前表面反射按原路返回，两束光耦合进入1:2型Y波导分支后直接耦合进入光电探测器。本发明探测灵敏度高，结构紧凑，集成度高，制备工艺简单，可靠性高，抗电磁干扰且具有一定的环境适应性。

Description

基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计

技术领域

本发明属于集成光学和惯性传感技术领域的一种光学加速度计，尤其涉及了一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计。

背景技术

近年来，随着微电子技术、集成电路技术和微加工技术的日益成熟，MEMS加速度计以其体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高和易于集成等优点受到了广泛关注并得到了快速发展，已逐渐替代传统的机械传感器成为了微型传感器中的主力军。MEMS加速度计受限于其分辨率和动态范围瓶颈，无法应用于高精度惯性导航与制导领域，在研制新型加速度计的迫切愿景下催生了MOEMS加速度计。

MOEMS加速度计继承了MEMS加速度计的所有优点，又利用光的优良特性极大地提升了灵敏度。根据加速度计的测量原理和光信号的调制方式，MOEMS加速度计主要分成三类：光强敏感型、波长敏感型和相位敏感型。光强敏感型加速度计结构简单，但精度受限于加速度计中光源功率稳定性，一般不高。波长敏感型加速度计需要使用高精度光谱仪检测光波长的变化，不利于加速度计的小型集成化和商业化，尚且处于实验室研究阶段。相位敏感型加速度计检测波导中光相位的改变量，较小的相位变化就能引起较大的干涉光强变化且不受光源功率波动影响，理论精度高，在加速度传感领域具有广阔的应用前景。

随着惯性技术综合性能的不断提升，应用领域的不断拓展，其一系列产业愈发朝着精度提高、可靠性提升、环境适应性增强、体积减小、质量减轻、功耗降低和成本降低的方向发展。在微纳米技术和微加工工艺等发展推动下，制成高精度的基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计已成为可能。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计，其结合了光学性能优异的铌酸锂薄膜材料，具有探测灵敏度高，结构紧凑，集成度高，制备工艺简单，抗电磁干扰，可靠性高和环境适应性好的优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括窄线宽激光光源、模斑转换器、输入波导、第一横向条形槽、第一球透镜、功率重循环镜、第二球透镜、2:1型Y波导、1:2型Y波导、第二横向条形槽、第三球透镜、第一F-P腔输入镜、第四球透镜、第一上电极、第一下电极、第一弯波导、纵向条形槽、第五球透镜、弹簧振子结构、第六球透镜、第二弯波导、第二上电极、第二下电极、第三横向条形槽、第七球透镜、第二F-P腔输入镜、第八球透镜、光电探测器、铌酸锂单晶薄膜层、二氧化硅缓冲层、硅衬底；

硅衬底、二氧化硅缓冲层和铌酸锂单晶薄膜层从下到上依次层叠布置，铌酸锂单晶薄膜层上表面通过刻蚀形成输入波导、第一横向条形槽、2:1型Y波导、1:2型Y波导、第一弯波导、第二弯波导、第二横向条形槽、第三横向条形槽和纵向条形槽，2:1型Y波导和1:2型Y波导通过各自的合束端口相连，第二球透镜、功率重循环镜和第一球透镜依次固定安装在第一横向条形槽中，2:1型Y波导两个分支端口中其中一个分支依次经过第二球透镜、功率重循环镜、第一球透镜、输入波导和模斑转换器后与窄线宽光源相连，2:1型Y波导两个分支中另一个分支与光电探测器相连；

第五球透镜、弹簧振子结构和第六球透镜依次固定安装在纵向条形槽中；

1:2型Y波导两个分支中其中一个分支依次经过第三球透镜、第一F-P腔输入镜和第四球透镜后与第一弯波导一端相连，第一弯波导另一端设置连接到纵向条形槽的一端；

第三球透镜、第一F-P腔输入镜和第四球透镜依次固定安装在第二横向条形槽中；

第八球透镜、第二F-P腔输入镜和第七球透镜依次固定安装在第三横向条形槽中，1:2型Y波导两个分支中另一个分支依次经过第八球透镜、第二F-P腔输入镜和第七球透镜后与第二弯波导一端相连，第二弯波导另一端设置在纵向条形槽的另一端；

靠近第四球透镜的第一弯波导一端两侧对称的铌酸锂单晶薄膜层上表面分别布置有第一上电极和第一下电极，靠近第七球透镜的第二弯波导一端两侧的铌酸锂单晶薄膜层的上表面分别对称固装有第二上电极和第二下电极；

光电探测器与窄线宽光源和第一干涉光路与第二干涉光路均以混合集成光学加速度计的中心轴线为对称轴呈对称布置，窄线宽光源、模斑转换器和光电探测器均位于二氧化硅缓冲层的上表面。

所述硅衬底、二氧化硅缓冲层和铌酸锂单晶薄膜层共同刻蚀形成弹簧振子结构，弹簧振子结构包括质量块、左微梁和右微梁；质量块形成于硅衬底、二氧化硅缓冲层和铌酸锂单晶薄膜层三者所在层，左微梁和右微梁形成于铌酸锂单晶薄膜层所在层；质量块的两端分别通过左微梁和右微梁与未刻蚀的铌酸锂单晶薄膜层相连，质量块底部悬空，左微梁和右微梁的连线与纵向条形槽垂直，质量块关于混合集成光学加速度计的中心轴线对称布置；左微梁和右微梁尺寸相同且厚度均小于质量块的厚度。

所述窄线宽光源的光经过模斑转换器后耦合进入输入波导，随后沿着第一横向条形槽依次通过第一球透镜、功率重循环镜和第二球透镜后在2:1型Y波导实现分光分为第一光束和第二光束；第一光束先沿着第二横向条形槽依次通过第三球透镜、第一F-P腔输入镜和第四球透镜后进入第一弯波导，接着沿着纵向条形槽通过第五球透镜后在弹簧振子结构的质量块的一个侧面反射后按原路返回，第一光束的传播路径构成第一干涉光路；第二光束则先沿着第三横向条形槽依次通过第八球透镜、第二F-P腔输入镜和第七球透镜后进入第二弯波导，接着沿着纵向条形槽通过第六球透镜后在弹簧振子结构的质量块的另一个侧面反射按原路返回，第二光束的传播路径构成第二干涉光路；两个光束进入1:2型Y波导两个分支后直接耦合进入光电探测器。

所述输入波导靠近第一横向条形槽的一端位于第一球透镜的焦点处，2:1型Y波导两个分支中其中一个分支的端口位于第二球透镜的焦点处，1:2型Y波导两个分支中其中一个分支的端口位于第三球透镜的焦点处，第一弯波导靠近第二横向条形槽的一端位于第四球透镜的焦点处，第一弯波导靠近纵向条形槽的一端位于第五球透镜的焦点处，1:2型Y波导两个分支中另一个分支的端口位于第八球透镜的焦点处，第二弯波导靠近第三横向条形槽的一端位于第七球透镜的焦点处，第二弯波导靠近纵向条形槽的一端位于第六球透镜的焦点处。

所述的输入波导、2:1型Y波导、1:2型Y波导、第一弯波导和第二弯波导均为质子交换铌酸锂波导。

所述第一球透镜、功率重循环镜、第二球透镜、第三球透镜、第一F-P腔输入镜、第四球透镜、第五球透镜、第六球透镜、第七球透镜、第二F-P腔输入镜、第八球透镜和质子交换铌酸锂波导的模场中心均处在同一水平面。

所述的窄线宽光源与输入波导靠近模斑转换器的一端正对，光电探测器的光敏面与2:1型Y波导两个分支中另一个分支正对并接触。

所述第一球透镜、功率重循环镜、第二球透镜、第三球透镜、第一F-P腔输入镜、第四球透镜、第五球透镜、第六球透镜、第七球透镜、第二F-P腔输入镜和第八球透镜靠近窄线宽光源一侧的表面均镀有光学增透薄膜；功率重循环镜、第一F-P腔输入镜和第二F-P腔输入镜靠近弹簧振子结构一侧的表面均镀有光学高反薄膜，弹簧振子结构靠近第五球透镜和第六球透镜的表面均镀有光学反薄膜。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计相较于分立元件减小了加速度传感器的体积且精简了制备工艺；集成度高，探测灵敏度高，可靠性高，抗电磁干扰且具有一定的环境适应性。

本发明采用质子交换铌酸锂波导实现光在其中的传输；所有元件位置均通过光刻和刻蚀工艺确定，不需要做额外的调整，因此相对位置误差极小。

本发明采用迈克尔逊干涉仪器的结构，干涉仪的两干涉臂光路等长，光电探测器所在的耦合输出端信号强度对两干涉臂传播光束的相位差十分敏感，且不受光源光强波动影响。当Z轴有外界加速度输入时，弹簧振子结构的质量块产生平动位移，压缩一干涉臂的长度，拉伸另一干涉臂的长度，使得两干涉臂产生相位差，此时光电探测器的信号强度会产生相应变化。

本发明采用对称结构设计，有效避免了加速度计的轴间耦合误差。

本发明采用在1:2型Y波导两分支对应的干涉臂上加F-P腔输入镜和弹簧振子结构的质量块构成F-P腔结构的设计，相当于增加两干涉臂的长度。当F-P腔输入镜的振幅反射率r₁小于弹簧振子结构的质量块的前后表面的振幅反射率r₂时，F-P腔处于过耦合状态，共振时F-P腔内驻波场建立，入射光能量几乎全部反射回，此时反射光的相位对腔长变化即质量块的平动位移非常敏感，因此采用共振状态的F-P腔作为两干涉臂能极大地提高加速度传感器的可探测灵敏度。

本发明采用在2:1型Y波导两分支其中的上分支上加功率重循环镜，能将回到窄线宽光源的光能量重新返回到1:2型Y波导两分支对应的干涉臂中。将2:1型Y波导两分支对应的干涉臂看做是一个复合反射镜，与功率重循环镜构成一个新的复合F-P腔。通过控制功率重循环镜的位置，使得从该镜返回到复合F-P腔内的光相位与窄线宽光源发出的光刚透过功率反射镜进入复合F-P腔的光相位相同，发生相长干涉，此时复合F-P腔发生共振，复合腔内的光能量增加，这将极大地提高加速度传感器的可探测灵敏度。

附图说明

图1是本发明的混合集成光学加速度计的总体结构示意图；

图2是本发明的混合集成光学加速度计A-B截面示意图；

图3是本发明的混合集成光学加速度计条形槽中的球透镜的放置示意图；

图4是本发明的混合集成光学加速度计条形槽中的功率重循环镜的放置示意图；

图5是本发明的混合集成光学加速度计条形槽中的F-P腔输入镜的放置示意图；

图6是本发明的混合集成光学加速度计第一横向条形槽中的球透镜和功率重循环镜的光路示意图；

图7是本发明的混合集成光学加速度计第二横向条形槽中的球透镜和F-P腔输入镜的光路示意图；

图8是本发明的混合集成光学加速度计第三横向条形槽中的球透镜和F-P腔输入镜的光路示意图；

图9是本发明的混合集成光学加速度计纵向条形槽中的球透镜以及弹簧振子结构的光路示意图；

图10是本发明的混合集成光学加速度计的相位变化量与Z方向加速度的关系。

图中：1、窄线宽光源，2、模斑转换器，3、输入波导，4、第一横向条形槽，5、第一球透镜，6、功率重循环镜，7、第二球透镜，8、2:1型Y波导，9、1:2型Y波导，10、第二横向条形槽，11、第三球透镜，12、第一F-P腔输入镜，13、第四球透镜，14、第一上电极，15、第一下电极，16、第一弯波导，17、纵向条形槽，18、第五球透镜，19、左微梁，20、质量块，21、右微梁，22、弹簧振子结构，23、第六球透镜，24、第二弯波导，25、第二上电极，26、第二下电极，27、第三横向条形槽，28、第七球透镜，29、第二F-P腔输入镜，30、第八球透镜，31、光电探测器，32、铌酸锂单晶薄膜层，33、二氧化硅缓冲层，34、硅衬底。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1-5所示，本发明包括窄线宽激光光源1、模斑转换器2、输入波导3、第一横向条形槽4、第一球透镜5、功率重循环镜6、第二球透镜7、2:1型Y波导8、1:2型Y波导9、第二横向条形槽10、第三球透镜11、第一F-P腔输入镜12、第四球透镜13、第一上电极14、第一下电极15、第一弯波导16、纵向条形槽17、第五球透镜18、弹簧振子结构22、第六球透镜23、第二弯波导24、第二上电极25、第二下电极26、第三横向条形槽27、第七球透镜28、第二F-P腔输入镜29、第八球透镜30、光电探测器31、铌酸锂单晶薄膜层32、二氧化硅缓冲层33、硅衬底34；窄线宽光源1的线宽在KHz量级。

硅衬底34、二氧化硅缓冲层33和铌酸锂单晶薄膜层32从下到上依次层叠布置，铌酸锂单晶薄膜层32上表面通过刻蚀形成输入波导3、第一横向条形槽4、2:1型Y波导8、1:2型Y波导9、第一弯波导16、第二弯波导24、第二横向条形槽10、第三横向条形槽27和纵向条形槽17，2:1型Y波导8和1:2型Y波导9通过各自的合束端口相连，第二球透镜7、功率重循环镜6和第一球透镜5依次固定安装在第一横向条形槽4中与硅衬底34的上表面连接，2:1型Y波导8两个分支端口中其中一个分支依次经过第二球透镜7、功率重循环镜6、第一球透镜5、输入波导3和模斑转换器2后与窄线宽光源1相连，2:1型Y波导8两个分支中另一个分支与光电探测器31相连，功率重循环镜6安装在第一横向条形槽4正中间，第二球透镜7和第一球透镜5关于功率重循环镜6对称布置；

第五球透镜18、弹簧振子结构22和第六球透镜23依次固定安装在纵向条形槽17中，弹簧振子结构22安装在第一横向条形槽4正中间，第五球透镜18和第六球透镜23的下底面与硅衬底34的上表面连接并且关于弹簧振子结构22对称布置；纵向条形槽17与三个横向条形槽垂直；

1:2型Y波导9两个分支中其中一个分支依次经过第三球透镜11、第一F-P腔输入镜12和第四球透镜13后与第一弯波导16一端相连，第一弯波导16另一端设置连接到纵向条形槽17的一端；

第三球透镜11、第一F-P腔输入镜12和第四球透镜13依次固定安装在第二横向条形槽10中与硅衬底34的上表面连接，第一F-P腔输入镜12安装在第二横向条形槽10正中间，第三球透镜11和第四球透镜13关于第一F-P腔输入镜12对称布置；

第八球透镜30、第二F-P腔输入镜29和第七球透镜28依次固定安装在第三横向条形槽27中与硅衬底34的上表面连接，1:2型Y波导9两个分支中另一个分支依次经过第八球透镜30、第二F-P腔输入镜29和第七球透镜28后与第二弯波导24一端相连，第二弯波导24另一端设置在纵向条形槽17的另一端，第二F-P腔输入镜29安装在第三横向条形槽27正中间，第八球透镜30和第七球透镜28关于第第二F-P腔输入镜29对称布置；

靠近第四球透镜13的第一弯波导16一端两侧对称的铌酸锂单晶薄膜层32上表面分别布置有第一上电极14和第一下电极15，靠近第七球透镜28的第二弯波导24一端两侧的铌酸锂单晶薄膜层32的上表面分别对称固装有第二上电极25和第二下电极26；第一上电极14和第一下电极15与第二上电极25和第二下电极26均以混合集成光学加速度计的中心轴线为对称轴呈对称布置；

光电探测器31与窄线宽光源1和第一干涉光路与第二干涉光路均以混合集成光学加速度计的中心轴线为对称轴呈对称布置，第八球透镜30、第二F-P腔输入镜29、第七球透镜28与第三球透镜11、第一F-P腔输入镜12、第四球透镜13以加速度计中心轴线为对称轴呈对称布置；窄线宽光源1、模斑转换器2和光电探测器31均位于二氧化硅缓冲层33的上表面。

硅衬底34、二氧化硅缓冲层33和铌酸锂单晶薄膜层32共同刻蚀形成弹簧振子结构22，弹簧振子结构22包括质量块20、左微梁19和右微梁21；质量块20形成于硅衬底34、二氧化硅缓冲层33和铌酸锂单晶薄膜层32三者所在层，左微梁19和右微梁21形成于铌酸锂单晶薄膜层32所在层；质量块20的两端分别通过左微梁19和右微梁21与未刻蚀的铌酸锂单晶薄膜层32相连，质量块20底部悬空，质量块20仅由左微梁19和右微梁21支撑，质量块20靠近第五球透镜18的侧面和靠近第六球透镜23的侧面均不与未刻蚀的铌酸锂单晶薄膜层32接触；左微梁19和右微梁21的连线与纵向条形槽17垂直，质量块20关于混合集成光学加速度计的中心轴线对称布置；左微梁19和右微梁21尺寸相同且厚度均小于质量块20的厚度。

如图6-9所示，窄线宽光源1的光经过模斑转换器2后耦合进入输入波导3，随后沿着第一横向条形槽4依次通过第一球透镜5、功率重循环镜6和第二球透镜7后在2:1型Y波导8实现分光分为第一光束和第二光束；第一光束先沿着第二横向条形槽10依次通过第三球透镜11、第一F-P腔输入镜12和第四球透镜13后进入第一弯波导16，接着沿着纵向条形槽17通过第五球透镜18后在弹簧振子结构22的质量块20的一个侧面反射后按原路返回，第一光束的传播路径构成第一干涉光路；第二光束则先沿着第三横向条形槽27依次通过第八球透镜30、第二F-P腔输入镜29和第七球透镜28后进入第二弯波导24，接着沿着纵向条形槽17通过第六球透镜23后在弹簧振子结构22的质量块20的另一个侧面反射按原路返回，第二光束的传播路径构成第二干涉光路；两个光束进入1:2型Y波导9两个分支后直接耦合进入光电探测器31。

输入波导3靠近第一横向条形槽4的一端位于第一球透镜5的焦点处，2:1型Y波导8两个分支中其中一个分支的端口位于第二球透镜7的焦点处，1:2型Y波导9两个分支中其中一个分支的端口位于第三球透镜11的焦点处，第一弯波导16靠近第二横向条形槽10的一端位于第四球透镜13的焦点处，第一弯波导16靠近纵向条形槽17的一端位于第五球透镜18的焦点处，1:2型Y波导9两个分支中另一个分支的端口位于第八球透镜30的焦点处，第二弯波导24靠近第三横向条形槽27的一端位于第七球透镜28的焦点处，第二弯波导24靠近纵向条形槽17的一端位于第六球透镜23的焦点处。

输入波导3、2:1型Y波导8、1:2型Y波导9、第一弯波导16和第二弯波导24均为质子交换铌酸锂波导。

第一球透镜5、功率重循环镜6、第二球透镜7、第三球透镜11、第一F-P腔输入镜12、第四球透镜13、第五球透镜18、第六球透镜23、第七球透镜28、第二F-P腔输入镜29、第八球透镜30和质子交换铌酸锂波导的模场中心均处在同一水平面。

窄线宽光源1与输入波导3靠近模斑转换器2的一端正对，光电探测器31的光敏面与2:1型Y波导8两个分支中另一个分支正对并接触。

第一球透镜5、功率重循环镜6、第二球透镜7、第三球透镜11、第一F-P腔输入镜12、第四球透镜13、第五球透镜18、第六球透镜23、第七球透镜28、第二F-P腔输入镜29和第八球透镜30靠近窄线宽光源1一侧的表面均镀有光学增透薄膜；功率重循环镜6、第一F-P腔输入镜12和第二F-P腔输入镜29靠近弹簧振子结构22一侧的表面均镀有光学高反薄膜，弹簧振子结构22的质量块20靠近第五球透镜18和第六球透镜23的表面均镀有光学反薄膜。

具体实施例中，混合集成光学加速度计的整体尺寸为25×12×0.8立方毫米，窄线宽光源1的中心波长为1550纳米，输入波导3的宽度为5微米，输入波导3的模场直径为6微米，第一上电极14、第一下电极15、第二上电极25、第二下电极26的长度均为5毫米，第一横向条形槽4、第二横向条形槽10、第三横向条形槽27和纵向条形槽17的深度均为500微米，第一球透镜5、第二球透镜7、第三球透镜11、第四球透镜13、第五球透镜18、第六球透镜23、第七球透镜28、第八球透镜30的直径均为1毫米，表面均镀有透过率为99.9％的增透膜，功率重循环镜6、第一F-P腔输入镜12和第二F-P腔输入镜29的左表面均镀有光学增透膜使得对1550纳米光的透射率为98％，反射率为2％，右表面均镀有光学增反膜使得对1550纳米光的反射率为98％，透射率为2％，弹簧振子结构22的质量块20的前后表面均镀有光学增反膜使得对1550纳米光的反射率为98％，透射率为2％，质量块20的尺寸为0.5×0.2×0.5立方毫米，左微梁19的尺寸为0.5×0.02×0.02立方毫米，右微梁21的尺寸为0.5×0.02×0.02立方毫米，铌酸锂单晶薄膜层32的厚度为20微米，二氧化硅缓冲层33的厚度为2微米，硅衬底34的厚度为800微米。

Z轴方向与纵向条形槽17方向平行，Y轴方向与横向条形槽方向平行，Z轴方向与Y轴方向垂直，X轴方向与Z轴方向和Y轴方向构成的平面垂直。当光学加速度计的Z轴有外界加速度输入时，弹簧振子结构22的质量块20由于惯性作用会产生平动位移，压缩一干涉臂的长度，拉伸另一干涉臂的长度，使得两干涉臂产生相位差，此时光电探测器的信号强度会产生相应变化。相位差与Z轴方向加速度的关系如图4所示，相位差与Z轴方向加速度呈线性关系，两者之比为0.121rad/g。光电探测器31接收到2:1型Y波导8两分支其中一个分支的输出耦合信号，探测精度为0.1μrad，因此本基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计的灵敏度为8.26×10^-7g，具有很高的探测灵敏度。

本发明提出的一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计相较于分立元件减小了加速度传感器的体积且精简了制备工艺；集成度高，探测灵敏度高，可靠性高，抗电磁干扰且具有一定的环境适应性。

Claims (8)

1.一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计，其特征在于：包括窄线宽激光光源(1)、模斑转换器(2)、输入波导(3)、第一横向条形槽(4)、第一球透镜(5)、功率重循环镜(6)、第二球透镜(7)、2:1型Y波导(8)、1:2型Y波导(9)、第二横向条形槽(10)、第三球透镜(11)、第一F-P腔输入镜(12)、第四球透镜(13)、第一上电极(14)、第一下电极(15)、第一弯波导(16)、纵向条形槽(17)、第五球透镜(18)、弹簧振子结构(22)、第六球透镜(23)、第二弯波导(24)、第二上电极(25)、第二下电极(26)、第三横向条形槽(27)、第七球透镜(28)、第二F-P腔输入镜(29)、第八球透镜(30)、光电探测器(31)、铌酸锂单晶薄膜层(32)、二氧化硅缓冲层(33)、硅衬底(34)；

硅衬底(34)、二氧化硅缓冲层(33)和铌酸锂单晶薄膜层(32)从下到上依次层叠布置，铌酸锂单晶薄膜层(32)上表面通过刻蚀形成输入波导(3)、第一横向条形槽(4)、2:1型Y波导(8)、1:2型Y波导(9)、第一弯波导(16)、第二弯波导(24)、第二横向条形槽(10)、第三横向条形槽(27)和纵向条形槽(17)，2:1型Y波导(8)和1:2型Y波导(9)通过各自的合束端口相连，第二球透镜(7)、功率重循环镜(6)和第一球透镜(5)依次固定安装在第一横向条形槽(4)中，2:1型Y波导(8)两个分支端口中其中一个分支依次经过第二球透镜(7)、功率重循环镜(6)、第一球透镜(5)、输入波导(3)和模斑转换器(2)后与窄线宽光源(1)相连，2:1型Y波导(8)两个分支中另一个分支与光电探测器(31)相连；

第五球透镜(18)、弹簧振子结构(22)和第六球透镜(23)依次固定安装在纵向条形槽(17)中；

1:2型Y波导(9)两个分支中其中一个分支依次经过第三球透镜(11)、第一F-P腔输入镜(12)和第四球透镜(13)后与第一弯波导(16)一端相连，第一弯波导(16)另一端设置连接到纵向条形槽(17)的一端；

第三球透镜(11)、第一F-P腔输入镜(12)和第四球透镜(13)依次固定安装在第二横向条形槽(10)中；

第八球透镜(30)、第二F-P腔输入镜(29)和第七球透镜(28)依次固定安装在第三横向条形槽(27)中，1:2型Y波导(9)两个分支中另一个分支依次经过第八球透镜(30)、第二F-P腔输入镜(29)和第七球透镜(28)后与第二弯波导(24)一端相连，第二弯波导(24)另一端设置在纵向条形槽(17)的另一端；

靠近第四球透镜(13)的第一弯波导(16)一端两侧对称的铌酸锂单晶薄膜层(32)上表面分别布置有第一上电极(14)和第一下电极(15)，靠近第七球透镜(28)的第二弯波导(24)一端两侧的铌酸锂单晶薄膜层(32)的上表面分别对称固装有第二上电极(25)和第二下电极(26)；

光电探测器(31)与窄线宽光源(1)和第一干涉光路与第二干涉光路均以混合集成光学加速度计的中心轴线为对称轴呈对称布置，窄线宽光源(1)、模斑转换器(2)和光电探测器(31)均位于二氧化硅缓冲层(33)的上表面。

2.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计，其特征在于：所述硅衬底(34)、二氧化硅缓冲层(33)和铌酸锂单晶薄膜层(32)共同刻蚀形成弹簧振子结构(22)，弹簧振子结构(22)包括质量块(20)、左微梁(19)和右微梁(21)；质量块(20)形成于硅衬底(34)、二氧化硅缓冲层(33)和铌酸锂单晶薄膜层(32)三者所在层，左微梁(19)和右微梁(21)形成于铌酸锂单晶薄膜层(32)所在层；质量块(20)的两端分别通过左微梁(19)和右微梁(21)与未刻蚀的铌酸锂单晶薄膜层(32)相连，质量块(20)底部悬空，左微梁(19)和右微梁(21)的连线与纵向条形槽(17)垂直，质量块(20)关于混合集成光学加速度计的中心轴线对称布置；左微梁(19)和右微梁(21)尺寸相同且厚度均小于质量块(20)的厚度。

3.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计，其特征在于：所述窄线宽光源(1)的光经过模斑转换器(2)后耦合进入输入波导(3)，随后沿着第一横向条形槽(4)依次通过第一球透镜(5)、功率重循环镜(6)和第二球透镜(7)后在2:1型Y波导(8)实现分光分为第一光束和第二光束；第一光束先沿着第二横向条形槽(10)依次通过第三球透镜(11)、第一F-P腔输入镜(12)和第四球透镜(13)后进入第一弯波导(16)，接着沿着纵向条形槽(17)通过第五球透镜(18)后在弹簧振子结构(22)的质量块(20)的一个侧面反射后按原路返回，第一光束的传播路径构成第一干涉光路；第二光束则先沿着第三横向条形槽(27)依次通过第八球透镜(30)、第二F-P腔输入镜(29)和第七球透镜(28)后进入第二弯波导(24)，接着沿着纵向条形槽(17)通过第六球透镜(23)后在弹簧振子结构(22)的质量块(20)的另一个侧面反射按原路返回，第二光束的传播路径构成第二干涉光路；两个光束进入1:2型Y波导(9)两个分支后直接耦合进入光电探测器(31)。

4.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计，其特征在于：所述输入波导(3)靠近第一横向条形槽(4)的一端位于第一球透镜(5)的焦点处，2:1型Y波导(8)两个分支中其中一个分支的端口位于第二球透镜(7)的焦点处，1:2型Y波导(9)两个分支中其中一个分支的端口位于第三球透镜(11)的焦点处，第一弯波导(16)靠近第二横向条形槽(10)的一端位于第四球透镜(13)的焦点处，第一弯波导(16)靠近纵向条形槽(17)的一端位于第五球透镜(18)的焦点处，1:2型Y波导(9)两个分支中另一个分支的端口位于第八球透镜(30)的焦点处，第二弯波导(24)靠近第三横向条形槽(27)的一端位于第七球透镜(28)的焦点处，第二弯波导(24)靠近纵向条形槽(17)的一端位于第六球透镜(23)的焦点处。

5.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计，其特征在于：所述的输入波导(3)、2:1型Y波导(8)、1:2型Y波导(9)、第一弯波导(16)和第二弯波导(24)均为质子交换铌酸锂波导。

6.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计，其特征在于：所述第一球透镜(5)、功率重循环镜(6)、第二球透镜(7)、第三球透镜(11)、第一F-P腔输入镜(12)、第四球透镜(13)、第五球透镜(18)、第六球透镜(23)、第七球透镜(28)、第二F-P腔输入镜(29)、第八球透镜(30)和质子交换铌酸锂波导的模场中心均处在同一水平面。

7.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计，其特征在于：所述的窄线宽光源(1)与输入波导(3)靠近模斑转换器(2)的一端正对，光电探测器(31)的光敏面与2:1型Y波导(8)两个分支中另一个分支正对并接触。

8.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉的混合集成光学加速度计，其特征在于：所述第一球透镜(5)、功率重循环镜(6)、第二球透镜(7)、第三球透镜(11)、第一F-P腔输入镜(12)、第四球透镜(13)、第五球透镜(18)、第六球透镜(23)、第七球透镜(28)、第二F-P腔输入镜(29)和第八球透镜(30)靠近窄线宽光源(1)一侧的表面均镀有光学增透薄膜；功率重循环镜(6)、第一F-P腔输入镜(12)和第二F-P腔输入镜(29)靠近弹簧振子结构(22)一侧的表面均镀有光学高反薄膜，弹簧振子结构(22)靠近第五球透镜(18)和第六球透镜(23)的表面均镀有光学反薄膜。

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