CN115356867A - 铌酸锂薄膜集成芯片、光电子器件和光纤陀螺 - Google Patents

铌酸锂薄膜集成芯片、光电子器件和光纤陀螺 Download PDF

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于萍
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Abstract

本发明实施例公开了一种铌酸锂薄膜集成芯片、光电子器件和光纤陀螺，该集成芯片自下而上依次包括衬底、下包层、铌酸锂薄膜波导芯层、上包层，其中，铌酸锂薄膜波导芯层包括依次连接的入射单元、起偏单元、Y分支耦合单元、模式滤除单元、Y分支分束单元、相位调制单元和谐振单元。本发明实施例通过利用铌酸锂薄膜低损耗、小尺寸、高电光性能等优势，实现起偏、分束、合束、调制以及谐振等多种功能单片集成，解决了多种异质材料混合集成技术存在热匹配、光耦合损耗等问题，提高芯片集成的集成度和可靠性，简化工艺流程。

Description

铌酸锂薄膜集成芯片、光电子器件和光纤陀螺
技术领域
本发明涉及芯片集成领域，尤其涉及一种铌酸锂薄膜集成芯片、光电子器件和光纤陀螺。
背景技术
光纤陀螺是一种基于萨格奈克效应的角速度传感仪表，具有无运动部件、高精度、抗电磁干扰、体积小等优点，比激光陀螺或其他机电式陀螺有着更好的应用前景。随着惯性技术的发展，应用领域对惯性系统的体积、重量要求越来越高，集成化、小型化、低成本的光纤陀螺设计成为必然。传统的光纤陀螺光学系统由各个分立光学器件组成，主要由宽谱光源、光纤耦合器、Y波导相位调制器、保偏光纤环、光电探测器以及信号处理电路组成，各光学元件通过光纤形成闭合光路，存在工艺复杂、系统体积大、可靠性差，不能满足惯性系统小型集成化技术日益发展的需求。
集成光学陀螺的主要目标是实现高精度传感同时缩小光学陀螺的体积。而目前作为光纤陀螺的核心部件—集起偏、耦合、分束、调制多功能一体的Y波导相位调制器，仍采用传统铌酸锂体材料进行制备，主要通过质子交换实现，波导芯层与包层折射率差小，存在器件体积大、与半导体工艺不兼容，导致光纤陀螺系统尺寸大、不易集成，也是目前光纤陀螺小型化难以逾越的难题。为了提高集成度，先后提出了硅基二氧化硅、氮化硅等无源光子芯片技术，与铌酸锂体材料调制器芯片进行混合集成，但是不同芯片间存在热匹配、光耦合效率差等问题，难以满足高性能、高可靠的高度集成化需求。
综上，光纤陀螺可通过光子器件实现集成，但是由于光子器件中各功能芯片的体积大、多芯片的集成度低，各功能芯片难以进行高度集成，进而，如何实现功能芯片的高度集成是个亟需解决的问题。
发明内容
第一方面，本发明提供一种铌酸锂薄膜集成芯片，自下而上依次包括衬底、下包层、铌酸锂薄膜波导芯层、上包层；
所述铌酸锂薄膜波导芯层包括依次连接的入射单元、起偏单元、Y分支耦合单元、模式滤除单元、Y分支分束单元、相位调制单元和谐振单元；
所述入射单元用于与光源连接，将入射的光源输入至所述起偏单元，以对所述光源进行起偏处理，得到单偏振光；
所述Y分支分束单元用于将耦合输出的所述单偏振光等分成两路后，通过所述相位调制单元对两路所述单偏振光进行调制，得到两路调制信号光；
所述谐振单元用于控制两路所述调制信号光的相移，将两路所述调制信号光返回至所述Y分支分束单元，并通过所述相位调制单元进行再次调制；
所述Y分支分束单元还用于对再次调制后的两路所述调制信号光进行合束，生成干涉信号；
所述模式滤除单元用于对所述单偏振光和所述调制信号光进行降噪处理；
所述Y分支耦合单元的另一分支用于输出所述干涉信号。
在可选的实施方式中，所述起偏单元包括第一直通波导、宽脊波导、第一圆弧波导和第一正锥形波导，所述宽脊波导设置于所述第一直通波导的一侧，并与所述第一圆弧波导和所述第一正锥形波导依次连接；
所述谐振单元包括依次连接的第二圆弧波导、第二直通波导、第三圆弧波导、第三直通波导、第四圆弧波导、第四直通波导、第五圆弧波导以及设置于所述第三直通波导一侧的光学微腔波导。
在可选的实施方式中，所述第一至第四直通波导、所述第二至第五圆弧波导均采用铌酸锂薄膜材质的单模脊型波导结构；
所述宽脊波导和所述第一圆弧波导分别采用铌酸锂薄膜材质的多模脊型波导结构；
所述宽脊波导与所述第一直通波导在TM传输模式下满足预设相位匹配条件，在TE传输模式下不满足所述预设相位匹配条件；
所述第一正锥形波导、所述单模脊型波导结构和所述多模脊型波导结构均采用脊高度相同的浅脊结构。
在可选的实施方式中，所述入射单元包括依次连接的第二正锥形波导和第五直通波导，所述第二正锥形波导的小端连接所述第五直通波导；
所述Y分支耦合单元包括依次连接的第六直通波导、第七直通波导、Y分支耦合波导和第八直通波导；
所述Y分支分束单元包括第九直通波导、Y分支分束波导、第十直通波导和第十一直通波导；
所述模式滤除单元包括两个反向连接的第六圆弧波导和第七圆弧波导，所述第六圆弧波导连接所述第八直通波导，所述第七圆弧波导连接所述第九直通波导；
所述相位调制单元包括第一电极和第二电极，所述第一电极对称设置于所述第十直通波导两侧，所述第二电极对称设置于所述第十一直通波导两侧。
在可选的实施方式中，所述第一圆弧波导、所述第二圆弧波导、所述第五圆弧波导、所述第六圆弧波导和所述第七圆弧波导均采用90°圆弧结构；
所述第三圆弧波导和第四圆弧波导均采用180°圆弧结构；
所述第一至第五圆弧波导和所述第七圆弧波导的圆弧半径均大于等于50μm。
在可选的实施方式中，所述衬底的材质为铌酸锂晶体，所述下包层的材质为二氧化硅，所述铌酸锂薄膜波导芯层的材质为铌酸锂薄膜，所述上包层的材质为折射率小于预设折射率阈值的二氧化硅。
在可选的实施方式中，所述光学微腔波导采用微环结构，所述微环的半径不小于200μm；或，
所述光学微腔波导采用微盘结构，所述微盘的半径不小于200μm。
第二方面，本发明提供一种光电子器件，包括如前述的铌酸锂薄膜集成芯片。
第三方面，本发明提供一种光纤陀螺，包括光源、光电检测器以及如前述的光电子器件。
第四方面，本发明提供一种光电系统，包括如前述的光纤陀螺。
本发明实施例具有如下有益效果：
本实施例所提供的铌酸锂薄膜集成芯片，自下而上依次包括衬底、下包层、铌酸锂薄膜波导芯层、上包层，其中，铌酸锂薄膜波导芯层包括依次连接的入射单元、起偏单元、Y分支耦合单元、模式滤除单元、Y分支分束单元、相位调制单元和谐振单元。本实施例通过利用铌酸锂薄膜低损耗、小尺寸、高电光性能等优势，将具有起偏、分束、合束、调制以及谐振等多种功能的光电子器件进行单片集成，解决了多种异质材料混合集成技术存在热匹配、光耦合损耗等问题，提高芯片集成的集成度和可靠性，简化了工艺流程，节约了集成芯片制备成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明实施例中的多功能薄膜铌酸锂集成芯片的波导剖面图；
图2示出了本发明实施例中的多功能薄膜铌酸锂集成芯片结构的俯视图；
图3示出了本发明实施例中的光纤陀螺的结构示意图。
主要元件符号说明：10-衬底；20-下包层；30-铌酸锂薄膜波导芯层；40-上包层；31-入射单元；32-起偏单元；33-Y分支耦合单元；34-模式滤除单元；35-Y分支分束单元；36-相位调制单元；37-谐振单元；311-第二正锥形波导；312-第五直通波导；321-第一直通波导；322-宽脊波导；323-第一圆弧波导；324-第一正锥形波导；331-第六直通波导；332-第七直通波导；333-Y分支耦合波导；334-第八直通波导；341-第六圆弧波导；342-第七圆弧波导；351-第九直通波导；352-Y分支分束波导；353-第十直通波导；354-第十一直通波导；361-第一电极；362-第二电极；371-第二圆弧波导；372-第二直通波导；373-第三圆弧波导；374-第三直通波导；375-第四圆弧波导；376-第四直通波导；377-第五圆弧波导；378-光学微腔波导；50-光源；60-光电探测器；70-信号处理电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
传统的光纤陀螺光学系统由各个分立光学器件组成，主要由宽谱光源、光纤耦合器、Y波导相位调制器、保偏光纤环、光电探测器以及信号处理电路组成，各光学元件通过光纤形成闭合光路，存在工艺复杂、系统体积大、可靠性差，不能满足惯性系统小型集成化技术日益发展的需求。而集成式的光纤陀螺尺寸大、不易集成，难以满足高性能、高可靠的高度集成化需求。随着光子器件的发展，新兴的薄膜铌酸锂光子器件继承了铌酸锂体材料优异的电光特性，又具有强限制光学结构，可以有效降低光子器件尺寸，具有较强的光子集成潜力，使得光纤陀螺高度集成化成为可能。基于此，本实施例提供一种多功能铌酸锂薄膜集成芯片，以满足芯片混合集成的高度集成化需求。
请参考图1和图2，本实施例所提供的多功能铌酸锂薄膜集成芯片，自下而上依次包括衬底10、下包层20、铌酸锂薄膜波导芯层30、上包层40。
优选地，衬底10的材质为铌酸锂晶体，厚度为500μm；下包层20的材质为二氧化硅，厚度为4μm；铌酸锂薄膜波导芯层30的材质为铌酸锂薄膜，厚度范围为400nm-600nm；上包层40的材质为低折射率(折射率小于预设折射率阈值)的二氧化硅，厚度为0.8μm。本实施例通过将衬底10与铌酸锂薄膜波导芯层30的材料均选用铌酸锂材料，可有效提高集成器件的热匹配性。(图1中所标示的W表示宽度、H表示厚度)。
示范性地，铌酸锂薄膜波导芯层30包括依次连接的入射单元31、起偏单元32、Y分支耦合单元33、模式滤除单元34、Y分支分束单元35、相位调制单元36和谐振单元37。
本实施例中，入射单元用于与光源连接，将入射的光源输入至起偏单元，以对光源进行起偏处理，得到单偏振光；Y分支耦合单元的一分支用于对单偏振光进行耦合输出；Y分支分束单元用于将耦合输出的单偏振光等分成两路后，通过相位调制单元对两路单偏振光进行调制，得到两路调制信号光；谐振单元用于控制两路调制信号光的相移，将两路调制信号光返回至Y分支分束单元，并通过相位调制单元进行再次调制；Y分支分束单元还用于对再次调制后的两路调制信号光进行合束，生成干涉信号；模式滤除单元用于对途径该模式滤除单元的单偏振光和调制信号光进行降噪处理；Y分支耦合单元的另一分支用于输出干涉信号。
可以理解，外部光源的光束依次经过入射单元31、起偏单元32、Y分支耦合单元33、模式滤除单元34、Y分支分束单元35、相位调制单元36以及谐振单元37传输后，再依次途经相位调制单元36、Y分支分束单元35、模式滤除单元34返回，最后经Y分支耦合单元33输出。
入射单元31包括依次连接的第二正锥形波导311和第五直通波导312；起偏单元32包括第一直通波导321、宽脊波导322、第一圆弧波导323和第一正锥形波导324。其中，第二正锥形波导311的小端连接第五直通波导312，第五直通波导312与第一直通波导321；宽脊波导322设置于第一直通波导321的一侧，并依次连接第一圆弧波导323和第一正锥形波导324。起偏单元32用于对入射光(经入射单元31入射的光源)起偏，得到单偏振光，从而降低光路传输串扰；起偏单元32中的第一直通波导321用于输出光信号。另外，入射单元31还可集成模斑转换器，以用于提高入射单元31与光源的耦合效率。
Y分支耦合单元33包括依次连接的第六直通波导331、第七直通波导332、Y分支耦合波导333和第八直通波导334。其中，第六直通波导331与第一直通波导321连接。Y分支耦合器单元中的一分支用于将起偏单元32输出的单偏振光耦合输出，另一分支用于将返回的光信号耦合输出。
Y分支分束单元35包括第九直通波导351、Y分支分束波导352、第十直通波导353和第十一直通波导354。
模式滤除单元34包括两个反向连接的第六圆弧波导341和第七圆弧波导342。其中，第六圆弧波导341连接第八直通波导334，第七圆弧波导342连接第九直通波导351。模式滤除单元34用于采用弯曲波导设计，消除Y分支耦合单元33与Y分支分束单元35中的辐射模在光路中的串扰和噪声影响。
相位调制单元36包括第一电极361和第二电极362，第一电极361对称设置于第十直通波导353两侧，第二电极362对称设置于第十一直通波导354两侧；相位调制单元36用于对Y分支分束单元35输出的两路单偏振光分别进行相位调制，以对应输出调制信号光；该相位调制单元36具有半波电压低、调制效率高、带宽高等优势。
谐振单元37包括依次连接的第二圆弧波导371、第二直通波导372、第三圆弧波导373、第三直通波导374、第四圆弧波导375、第四直通波导376、第五圆弧波导377，以及设置于第三直通波导374一侧的光学微腔波导378。其中，第二圆弧波导371与第十直通波导353连接，第五圆弧波导377与第十一直通波导354连接。该谐振单元37用于控制两路分别沿顺时针和逆时针传输的调制信号光的相移；本实施例所提供的谐振单元37具有尺寸小、相移大等优势。
经过谐振单元37传输后的两路调制信号光经相位调制单元36进行再次调制，并返回于Y分支分束单元35进行合束形成干涉信号，干涉信号经过Y分支耦合单元33输出到光电探测器60中。
示范性地，第一直通波导321、第二直通波导372、第三直通波导374、第四直通波导376、第五直通波导312、第六直通波导331、第七直通波导332、第八直通波导334、第九直通波导351、第十直通波导353、第十一直通波导354、Y分支耦合波导333、第二圆弧波导371、第三圆弧波导373、第四圆弧波导375、第五圆弧波导377、第六圆弧波导341、第七圆弧波导342和Y分支分束波导352等均采用铌酸锂薄膜材质的单模脊型波导结构，且仅支持电磁波传播模式中的TE0、TM0两种模式传输。
宽脊波导322和第一圆弧波导323分别采用铌酸锂薄膜材质的多模脊型波导结构，可支持TE0、TE1、TM0、TM1四种电磁波传播模式传输，并通过调整宽脊波导322的脊宽度取值，以使得其宽脊波导322在高阶模式TM1与第一直通波导321在TM基模模式下满足预设的相位匹配条件：neffTM1＝neffTM0，在TE模式下不满足该相位匹配条件：neffTM1≠neffTM0，从而使第一直通波导321中的TM0基模宽脊波导322中的TM1高阶模发生杂化和耦合，使得TM0基模逐渐转化为TM1高阶模，并耦合进入宽脊波导322中传输。
可以理解，该起偏单元32通过采用宽脊波导322与第一直通波导321对应的单模脊型波导结构，以组成非对称定向耦合器结构设计，使得TE模式下不满足相位匹配条件，在单模脊型波导结构中正常传输，而TM模式下满足相位匹配条件从单模脊型波导结构中逐渐耦合到宽脊波导322中，并结合弯曲波导和锥形波导，最终将TM模式光耗散在包层中，从而达到消除TM模效果，实现起偏功能，且该起偏单元32结构简单，尺寸紧凑。
优选地，第一圆弧波导323、第二圆弧波导371、第五圆弧波导377、第六圆弧波导341和第七圆弧波导342均采用90°圆弧结构；第三圆弧波导373和第四圆弧波导375均采用180°圆弧结构。
本实施例中，第六圆弧波导341与第七圆弧波导342可组合形成模式滤波器，该模式滤波器用于消除Y分支耦合单元33与Y分支分束单元35中衬底10的辐射模，避免其对输出的信号造成扰动。
可选的，第一圆弧波导323、第二圆弧波导371、第三圆弧波导373、第四圆弧波导375、第五圆弧波导377和第七圆弧波导342等圆弧的半径均大于等于50μm，以减小传输损耗至0.1dB/cm以下。另外，第一圆弧波导323的圆弧半径可大于等于100μm。
第二正锥形波导311的大端用于耦合输入入射光，可选的，脊宽度范围为3μm-6μm；第二正锥形波导311的小端脊宽度与第五直通波导312的脊宽度相同；第二正锥形波导311的脊宽度从大端到小端线性减小；可选的，第二正锥形波导311长度范围为200μm-500μm。
第一圆弧波导323和第一正锥形波导324用于滤除从第一直通波导321耦合进入宽脊波导322中的TM模式光；第一圆弧波导323还用于通过传输路径偏转使得宽脊波导322中的光远离TM模式传输光路；第一正锥形波导324采用taper结构，用于将波导芯层中的光逐渐耗散到包层中消除。
第一正锥形波导324的大端与宽脊波导322的脊宽度相等；第一正锥形波导324的小端脊宽度为0；可选的，第一正锥形波导324长度范围为50μm-300μm。
本实施例中，光学微腔波导378采用微环或者微盘结构，微环或者微盘的半径大于等于200μm。光学微腔波导378用于延迟时间。其中，微盘的Q值高，由于光学微腔的Q值(品质因子)能直接表征谐振腔对谐振光场的束缚能力，且与光子寿命呈正比，因此延迟时间长，但是谐振模式复杂，后续信号处理较为复杂；而微环Q值相对微盘要低，模式纯净，后续信号处理容易；因此可根据实际情况选用光学微腔波导378所采用的结构，本实施例在此不做限定。
由于铌酸锂薄膜不易刻蚀，常规刻蚀导致铌酸锂薄膜的侧壁粗糙度大、散射损耗大，进而对铌酸锂波导芯片中的各脊波导采用深脊波结构设计时，导限制性强且损耗较大，因此，为了降低铌酸锂薄膜波导损耗，优选地，第二正锥形波导311、宽脊波导322、第一正锥形波导324等脊波导、双模脊型波导以及单模脊型波导均可采用浅脊结构设计，脊高度相等，因此，刻蚀深度一致，其波导结构只需一次干法刻蚀工艺制备，同时可以有效降低光传输损耗。
本实施例还提供了一种光电子器件，包括上述的铌酸锂薄膜集成芯片。
本实施例还提供了一种光纤陀螺，包括光源50、光电探测器60以及上述的光电子器件，其中，参见图3，采用本实施例的多功能铌酸锂薄膜集成芯片制作光纤陀螺仪时，只需将第二正锥形波导311与光源50，第一直通波导321与光电探测器60分别采用光纤连接或者采用混合集成方式连接，第一电极361和第二电极362与信号处理电路70电连接，光电探测器60与信号处理电路70连接即可，从而能实现光纤陀螺仪的小型化、集成化，且所集成的光纤陀螺为再入式光纤陀螺，其中，Y分支耦合器单元中的一分支用于将起偏单元32输出的单偏振光耦合进入相位调制单元36中，经过谐振单元37传输后的两路调制信号光再次经相位调制单元36调制，并返回于Y分支分束单元35进行合束形成干涉信号，干涉信号经过Y分支耦合单元33的另一分支输出到光电探测器60中。
进一步地，本实施例采用光学微腔波导378与第三直通波导374构成了耦合型谐振器，取代传统的长光纤，构成再入式光学陀螺，使得光学微腔波导378产生的萨格纳克效应相移(sagnac相移)为单一光学微腔长度的n倍，n为光信号在光学微腔内的循环次数，由谐振器的Q值决定，可通过优化光学微腔波导378的半径、损耗及光学微腔波导378与第三直通波导374之间的耦合间距来增大n，从而增加检测灵敏度。
本实施例还提供了一种光电系统，包括上述的光纤陀螺。
本实施例第一方面，通过采用具有较强光场限制能力的单一薄膜铌酸锂材料平台，实现了起偏、耦合、分束、调制、谐振等多功能的单片集成，大大减小集成芯片的尺寸和不同功能芯片之间的耦合损耗，并提高器件集成度；第二方面，起偏单元32采用宽脊波导322与单模脊波导组成的非对称定向耦合器结构设计，使得TE模式下不满足相位匹配条件，而在单模脊波导中正常传输，而TM模式满足相位匹配条件从单模脊波导中逐渐耦合到宽脊波导322中，并结合弯曲波导和锥形波导，最终将TM模式光耗散在包层中，从而达到消除TM模效果，实现起偏功能，且该起偏单元32具有结构简单，尺寸紧凑等特点；第三方面，本实施例所提供的多功能薄膜铌酸锂芯片制备工艺简单，设计集成的不同功能的铌酸锂波导芯片中脊波导高度一致，仅波导宽度不同，因此只需一次干法刻蚀，工艺流程大大简化，且加工工艺与半导体加工工艺兼容，可以有效降低制备成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铌酸锂薄膜集成芯片，其特征在于，自下而上依次包括衬底、下包层、铌酸锂薄膜波导芯层、上包层；
所述铌酸锂薄膜波导芯层包括依次连接的入射单元、起偏单元、Y分支耦合单元、模式滤除单元、Y分支分束单元、相位调制单元和谐振单元；
所述入射单元用于与光源连接，将入射的光源输入至所述起偏单元，以对所述光源进行起偏处理，得到单偏振光；
所述Y分支耦合单元的一分支用于对所述单偏振光进行耦合输出；
所述Y分支分束单元用于将耦合输出的所述单偏振光等分成两路后，通过所述相位调制单元对两路所述单偏振光进行调制，得到两路调制信号光；
所述谐振单元用于控制两路所述调制信号光的相移，将两路所述调制信号光返回至所述Y分支分束单元，并通过所述相位调制单元进行再次调制；
所述Y分支分束单元还用于对再次调制后的两路所述调制信号光进行合束，生成干涉信号；
所述模式滤除单元用于对所述单偏振光和所述调制信号光进行降噪处理；
所述Y分支耦合单元的另一分支用于输出所述干涉信号。
2.根据权利要求1所述的铌酸锂薄膜集成芯片，其特征在于，所述起偏单元包括第一直通波导、宽脊波导、第一圆弧波导和第一正锥形波导，所述宽脊波导设置于所述第一直通波导的一侧，并与所述第一圆弧波导和所述第一正锥形波导依次连接；
所述谐振单元包括依次连接的第二圆弧波导、第二直通波导、第三圆弧波导、第三直通波导、第四圆弧波导、第四直通波导、第五圆弧波导以及设置于所述第三直通波导一侧的光学微腔波导。
3.根据权利要求2所述的铌酸锂薄膜集成芯片，其特征在于，所述第一至第四直通波导、所述第二至第五圆弧波导均采用铌酸锂薄膜材质的单模脊型波导结构；
所述宽脊波导和所述第一圆弧波导分别采用铌酸锂薄膜材质的多模脊型波导结构；
所述宽脊波导与所述第一直通波导在TM传输模式下满足预设相位匹配条件，在TE传输模式下不满足所述预设相位匹配条件；
所述第一正锥形波导、所述单模脊型波导结构和所述多模脊型波导结构均采用脊高度相同的浅脊结构。
4.根据权利要求2所述的铌酸锂薄膜集成芯片，其特征在于，所述第一圆弧波导、所述第二圆弧波导和所述第五圆弧波导均采用90°圆弧结构；
所述第三圆弧波导和第四圆弧波导均采用180°圆弧结构；
所述第一至第五圆弧波导的圆弧半径均大于等于50μm。
5.根据权利要求1所述的铌酸锂薄膜集成芯片，其特征在于，所述入射单元包括依次连接的第二正锥形波导和第五直通波导，所述第二正锥形波导的小端连接所述第五直通波导；
所述Y分支耦合单元包括依次连接的第六直通波导、第七直通波导、Y分支耦合波导和第八直通波导；
所述Y分支分束单元包括第九直通波导、Y分支分束波导、第十直通波导和第十一直通波导；
所述模式滤除单元包括两个反向连接的第六圆弧波导和第七圆弧波导，所述第六圆弧波导连接所述第八直通波导，所述第七圆弧波导连接所述第九直通波导；
所述相位调制单元包括第一电极和第二电极，所述第一电极对称设置于所述第十直通波导两侧，所述第二电极对称设置于所述第十一直通波导两侧。
6.根据权利要求1所述的铌酸锂薄膜集成芯片，其特征在于，所述衬底的材质为铌酸锂晶体，所述下包层的材质为二氧化硅，所述铌酸锂薄膜波导芯层的材质为铌酸锂薄膜，所述上包层的材质为折射率小于预设折射率阈值的二氧化硅。
7.根据权利要求2所述的铌酸锂薄膜集成芯片，其特征在于，所述光学微腔波导采用微环结构，所述微环的半径不小于200μm；或，
所述光学微腔波导采用微盘结构，所述微盘的半径不小于200μm。
8.一种光电子器件，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的铌酸锂薄膜集成芯片。
9.一种光纤陀螺，其特征在于，包括光源、光电检测器以及如权利要求8所述的光电子器件。
10.一种光电系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的光纤陀螺。
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