CN117629171A - 用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片和干涉式光纤陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本公开提供了用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片和干涉式光纤陀螺仪。该光收发芯片包括：片上微环谐振器，包括非线性介质并且被配置为能够耦合到泵浦光源并从泵浦光源接收泵浦光信号，并且基于非线性介质的三阶非线性效应，从泵浦光信号产生非相干宽谱光频梳信号；光纤耦合装置，被配置为耦合到片上微环谐振器并接收非相干宽谱光频梳信号，该光纤耦合装置还被配置能够耦合到干涉式光纤陀螺仪的感应光纤，并且将非相干宽谱光频梳信号提供给干涉式光纤陀螺仪的感应光纤和从感应光纤接收返回光信号；和光电探测装置，被配置为耦合到光纤耦合装置，接收返回光信号并基于返回光信号之间的干涉检测干涉光信号。

Description

用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片和干涉式光纤陀螺仪

技术领域

本公开涉及用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片和光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺仪作为全固态仪表，无运动部件和磨损部件，并且因此具有成本低、寿命长、应用覆盖面广、抗电磁干扰和无加速度引起的漂移等特点。因此，光纤陀螺仪逐渐替代传统机电陀螺仪和价格昂贵的激光陀螺仪，成为陀螺仪制造的主流方案。

当前，光纤陀螺仪具有小型化、集成化的发展趋势。此外，为了提高光陀螺仪的精度，对于光源的功率也提出了要求。为了应对该发展趋势，有必要提供一种用于光纤陀螺仪的小型化和集成化并且具有高功率的光源系统。

发明内容

本发明提供了用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片和干涉式光纤陀螺仪，能够实现小型化和集成化并且具有高功率。

本发明的一个方面涉及一种用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片，包括：片上微环谐振器，包括非线性介质并且被配置为能够耦合到泵浦光源并从泵浦光源接收泵浦光信号，并且基于非线性介质的三阶非线性效应，从泵浦光信号产生非相干宽谱光频梳信号；光纤耦合装置，被配置为耦合到片上微环谐振器并接收非相干宽谱光频梳信号，该光纤耦合装置还被配置能够耦合到干涉式光纤陀螺仪的感应光纤，并且将非相干宽谱光频梳信号提供给干涉式光纤陀螺仪的感应光纤和从感应光纤接收返回光信号；和光电探测装置，被配置为耦合到光纤耦合装置，接收返回光信号并基于返回光信号之间的干涉检测干涉光信号。

本公开的另一个方面涉及一种干涉式光纤陀螺仪，包括如上所述的光收发芯片以及感应光纤。

附图说明

下面结合具体的实施例，并参照附图，对本公开的上述和其它目的和优点做进一步的描述。在附图中，相同的或对应的技术特征或部件将采用相同或对应的附图标记来表示。

图1示出根据本公开的实施例的光纤陀螺仪的组成示意图。

图2是根据本公开的实施例产生的宽谱的非相干光频梳信号的实时曲线图。

图3是根据本公开的实施例产生的宽谱的非相干光频梳信号的平均时间积分图。

具体实施方式

参考附图进行以下详细描述，并且提供以下详细描述以帮助全面理解本公开的各种示例实施例。以下描述包括各种细节以帮助理解，但是这些细节仅被认为是示例，而不是为了限制本公开，本公开是由随附权利要求及其等同内容限定的。在以下描述中使用的词语和短语仅用于能够清楚一致地理解本公开。另外，为了清楚和简洁起见，可能省略了对公知的结构、功能和配置的描述。本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文描述的示例进行各种改变和修改。

在相关技术的集成光纤陀螺仪系统中，多采用放大自发辐射(ASE)光源或者超辐射发光二极管(SLD)光源。然而，ASE光源需外置掺铒光纤、波分复用器(WDM)、反射镜、光纤滤波器等器件，系统较为复杂，不利于小型化、集成化。此外，SLD光源功率较低，通常只有2mW，信噪比较低，不利于提高光纤陀螺仪的精度。

图1是根据本公开的实施例的用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片的示意图。

如图1所示，根据本实施例的光收发芯片100包括片上微环谐振器23。微环谐振器23通常包括相互耦合的直波导和微环谐振腔。微环谐振腔的半径通常在几微米到几百微米量级。在直波导中传播的泵浦光在被耦合到微环谐振腔中之后，能够在微环谐振腔内绕微环传播，在相长干涉效应下，光功率密度保持在较大的值。由此，微环谐振器23可以具有高的品质因子(Q值)。微环谐振腔的品质因子是用于衡量微腔存储光信号能量/功率的能力的参数，可以通过腔内光信号的能量/功率以及能量/功率的衰减率的比值表示。在本公开的实施例中，微环谐振器23的品质因子可以具有10⁵到10⁹的量级。

在本公开的实施例中，该片上微环谐振器23包括非线性介质，该非线性介质具有三阶非线性效应。三阶非线性效应又叫做光克尔效应，其机制是源于介质中的非线性极化，而非线性极化又将改变光的传输性质。在这种光学效应中，光波本身的电场造成了折射率的改变，折射率改变的大小与光波的局域光强有关。介质随着电场的折射率改变又促成了自相位调制效应、交叉相位调制效应、四波混频效应、调制不稳定性效应等非线性光学效应。这些非线性光学效应都被涵盖在本公开的三阶非线性效应内。

自相位调制效应指的是以下效应：在非线性光学介质中，入射光强会导致介质的有效折射率改变，改变量与光强成正比，有效折射率的改变又反作用于后续入射的光场，使光场产生非线性相位调制，从而导致相位变化。自相位调制效应在微环谐振器中引起的相位变化会展宽频谱。

交叉相位调制效应指的是以下效应：在非线性光学介质中，不仅入射光强会导致介质的有效折射率改变，有效折射率还受到同时传输的其它光的强度的影响，由此产生非线性相移。

四波混频效应指的是以下效应：在非线性介质中，在满足相位匹配条件的至少两个频率的光波之间，能量重新分布。当有至少两个不同频率分量的光一同在非线性介质中传播时就有可能发生四波混频效应。假设输入光中有两个频率分量v1和v2(令v2>v1)，若满足相位匹配条件(同时满足能量守恒和动量守恒)，则会产生两个新的频率分量：v3＝v1-(v2-v1)＝2v1-v2和v4＝v2+(v2-v1)＝2v2-v1。此时如果之前就存在v3或v4分量，则表现为v3或v4被放大，即这个两个频率分量经历了参量放大。

光纤中的四波混频作用是与自相位调制和交叉相位调制密切相关的，这些效应都是由同一个非线性效应(克尔效应)造成的，只不过每个效应中的光的频率的简并状态不同。

调制不稳定性效应指的是以下效应：许多非线性系统都表现出一种不稳定性，它是由非线性和色散效应之间的互作用导致的对稳态的调制。连续波或者准连续波通过非线性色散介质产生幅度和频率的自调制,使叠加在连续波或准连续波上的扰动成指数增长。

通常情况下，调制不稳定只在一定情况下发生，通常是在反常色散(负色散)下，即，较短的波长具有较大的群速度色散。由于光场功率密度较大地依赖于频率的扰动，在特定的一个频率下，其频率扰动非常微弱。但是在其他频率下，扰动会呈指数增长。随机扰动会产生包含大量频率分量的频率，其中拥有最高增益系数且满足微腔谐振条件的频率成长为首对新产生的频率边带。调制不稳定性与材料色散、光传播距离以及光功率有关，常常被看成是一种特殊的影响信噪比的四波混频现象。

在非线性介质中，四波混频、级联四波混频和调制不稳定性主要导致了多频率的产生，使得频谱得到展宽。自相位调制和交叉相位调制不断影响光频率的相位，同时也会促进光谱展宽。

在本公开的实施例中，如图1所示，该片上微环谐振器23被配置为能够耦合到泵浦光源1并从泵浦光源1接收泵浦光信号。基于非线性介质对于泵浦光的三阶非线性效应，该片上微环谐振器23可以产生非相干光频梳信号。

在泵浦光注入微环谐振器的过程中，不同的三阶非线性效应共同作用相互影响促进、综合作用，最后导致基于泵浦光信号产生了稳定的光频梳。光频梳又叫光学频率梳，指的是由频率上等间距的超短脉冲形成的光信号，其频谱看起来像是梳子的“梳齿”。生成光频梳的机制有多种，本公开聚焦在通过微环谐振器中的非线性介质的非线性效应产生光频梳的机制。

非线性效应的光频梳生成的初始阶段可以使用四波混频理论进行描述，即，随着泵浦光向谐振波长调谐，为谐振腔提供参量增益，使得新的频率分量在其他谐振波长处产生。之后，通过持续调谐，产生级联的四波混频，导致调制不稳定状态出现，这个过程中噪声被放大。在基于三阶非线性效应产生光频梳的过程中，由于调制不稳定性效应等存在，会在光频梳之间产生的噪声信号，并且该噪声信号也被放大，并且所产生的光频梳是非相干的。

为了获得显著的四波混频效应，需要使得片上微环谐振器23中传播的频率分量满足相位匹配条件，即，使得相位失配几乎为零。引起相位失配的原因主要有三个，即，材料色散、波导色散和非线性效应。一般来说，材料色散是由材料决定的，对于每个谐振器来说是固定值。非线性效应引起的相位失配为正值，除了让泵浦光在靠近零值的反常色散区来补偿非线性效应引起的相位失配之外，还可以通过设计不同的波导结构来改变波导的色散。最终降低整个相位失配的值，得到更好的色散曲线，使得四波混频效应在所需要的范围内更好地发生，得到较好的光频梳输出。

微环谐振腔的色散曲线可以通过设计谐振腔的波导结构来确定。例如，通过改变微环谐振腔的截面的宽度和高度，可以调整谐振腔的色散曲线，使得色散曲线具有期望的形状。具体来说，在期望产生光频梳的频率范围附近，使得片上微环谐振器23具有期望的负色散系数(反常色散系数)。在本公开的一个实施例中，微环谐振腔的高度可以为500-700nm，宽度可以为1000-4000nm。

此外，还可以通过调整波导中的折射率分布等来调整谐振腔的色散曲线。

在本公开的实施例中，泵浦光、微环谐振腔的色散曲线和三阶非线性共同决定光场的时域波形和频域梳状光谱的形状。通过调整泵浦光的强度、频率、微环谐振腔的色散曲线，基于非线性介质的三阶非线性效应，由片上微环谐振器23产生的“光频梳”为宽谱的非相干光频梳信号。

图2是根据本公开的实施例产生的宽谱的非相干光频梳信号的实时曲线图。图2的a和b是宽谱的非相干光频梳信号的O波段(1260nm-1360nm)的光谱和时域的实时曲线图。图2的c和d是宽谱的非相干光频梳信号的C波段(1530nm-1565nm)的光谱和时域的实时曲线图。如图2的a所示，在O波段中，光频梳信号的3dB带宽约为25nm，并且信号功率大于15mW。如图2的c所示，在C波段中，光频梳信号的3dB带宽约为40nm，并且信号功率大于15mW。如图2的b和d所示，在O波段和C波段中，光频梳在时域中并不是脉冲分布，而是高度杂乱无章的，相干长度很短，更适用于高精度探测。

图3是根据本公开的实施例产生的宽谱的非相干光频梳信号的平均时间积分图。图3的a和b是宽谱的非相干光频梳信号的O波段(1260nm-1360nm)的光谱和时域的平均时间积分图。图3的c和d是宽谱的非相干光频梳信号的C波段(1530nm-1565nm)的光谱和时域的平均时间积分图。与图2类似，从图3也可以看出本公开的光频梳信号是宽谱的、高功率的、非相干的光频梳信号。

通过例如设计片上微环谐振腔的尺寸来调整微环谐振腔的色散曲线，可以使得色散曲线在期望频率范围中具有期望的负色散系数。另外，可以使得色散曲线在多个频率范围中都具有期望的负色散系数。在本公开的实施例中，例如，可以使得微环谐振腔的色散曲线在光通信的O波段(1260nm-1360nm)和C波段(1530nm-1565nm)中都具有负色散系数。由此，通过将泵浦光的频率分别调整到O波段和C波段，可以分别获得在O波段和C波段中的非相干宽谱光频梳。

因此，根据本公开的实施例的光收发芯片可以根据波段需要灵活设计片上微环波导，从而产生不同波段的光谱，因此更有利于高精度集成光纤陀螺仪的灵活应用。

在本公开的实施例中，片上微环谐振器23的非线性介质可以包括具有较高的三阶非线性效应的介质。此外，为了在芯片上制作片上微环谐振器23，所选择的材料可以采用与CMOS兼容的工艺来制作。例如，非线性介质的材料包括但不局限于：氮化硅(Si₃N₄)、氧化硅(SiO₂)、高折射率掺杂玻璃(Doped Silica Glass)、硅(Silicon)、氮化铝(AlN)、砷化铝镓(AlGaAs)。本领域技术人员也可以想到其他兼容CMOS工艺并具有足够高的三阶非线性效应的介质，并且这些介质也包括在本公开的范围中。

本公开的实施例的泵浦光源1可以是提供期望频率和强度的泵浦信号的光源，包括分布反馈式(DFB)激光器或者分布布拉格反射镜(DBR)激光器。在本公开的一些实施例中，泵浦光源1可以是与光收发芯片100分离的并且由泵浦光源1产生的泵浦光可以通过例如光源耦合装置21耦合到光收发芯片100。光源耦合装置可以耦合到泵浦光源1与片上微环谐振器23之间，并将来自于泵浦光源1的泵浦光耦合到片上微环谐振器23。由此，泵浦光源1可以采用各种类型的光源，并且其设计受到更少的限制，因此可以获得具有更期望的特性的泵浦光。在本公开的另一些实施例中，泵浦光源1可以集成在光收发芯片100中并且构成光收发芯片100的一部分，即，泵浦光源是片上激光器。例如，泵浦光源1可以是通过半导体异质集成或混合集成工艺形成在光收发芯片100上的半导体激光器。由此，可以提高器件的集成度，减少器件的整体体积。泵浦光源1可以是InP激光二极管芯片。

在本公开的实施例中，可以通过异质集成将片上激光器与片上微环谐振器结合到一个芯片中。通过异质集成，可以融合不同的半导体材料、工艺、结构和元器件或芯片的优点，实现更强大和更复杂的功能，增大灵活性等。

如图1所示，本公开的实施例的用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片100还可以包括光纤耦合装置27。该光纤耦合装置27被配置为耦合到片上微环谐振器23并接收非相干光频梳信号。光纤耦合装置27还被配置能够耦合到干涉式光纤陀螺仪的感应光纤4，并且将非相干光频梳信号提供给感应光纤4和从感应光纤4接收返回光信号。

干涉式光纤陀螺具有作为感应光纤的光纤环，并且实质上是基于萨格纳克(Sagnac)效应工作的环形干涉仪。萨格纳克效应是相对惯性空间转动的闭环光路中所传播光相关的效应。从同一光源发出的光分束成两束相同特征的光在同一闭合光路中以相反的方向传播，最后汇聚到原来的分束点，但如果闭合光路绕垂直于闭合光路所在平面的轴线，相对惯性空间存在着转动角速度，则正、反两束光所传播的光程将不同，于是产生光程差，这就是萨格纳克相移。该光程差与旋转的角速度成正比。因而只要知道了光程差及与之相应的相位差的信息，即可得到旋转角速度。

采用多匝的光纤光路可以增强萨格纳克效应，加大萨格纳克相移，并使光纤陀螺的光路尺寸大大减小。当波导几何参数和工作波长确定后，相位差的大小就仅与系统旋转的速度有关，这就是用光纤陀螺检测转动角速度的工作原理。

利用以上萨格纳克效应的光纤陀螺的类型包括干涉式光纤陀螺和谐振式光纤陀螺。本公开的实施例中，采用了干涉式光纤陀螺，其工作原理是利用了沿正、反方向传输的光在探测器处混合时产生的干涉光，该干涉光中反映了由萨格纳克效应而产生的相移。将探测器探测出来的电信号经过适当的信号处理后即可得到光纤陀螺的旋转角速度。

如图1所示，感应光纤4是多匝的光纤环，其两端分别耦合到光纤耦合装置27的上、下端口。感应光纤4可以是压电调制功能的感应保偏光纤。该光纤耦合装置27从片上微环谐振器23接收非相干宽谱光频梳信号，并将该光频梳信号通过光纤耦合装置27的Y型波导分为两束。光纤耦合装置27的Y波导的上臂中的一束光频梳信号从上端口耦合进光纤环并沿顺时针传播，之后从下端口返回到Y波导的下臂。光纤耦合装置27的Y波导的下臂中的另一束光频梳信号从下端口进入光纤环后沿逆时针传播，之后从上端口返回到Y波导的上臂。返回的这两束光可以发生干涉，并且二者的干涉信号的强度变化反映了感应光纤4所经受的角速度。

如图1所示，本公开的实施例的用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片100还可以包括光电探测装置31，被配置为耦合到光纤耦合装置27，接收返回光信号并基于返回光信号之间的干涉检测干涉光信号。从感应光纤4返回到光纤耦合装置27的两束光被提供给光电探测装置31，并且在光电探测装置31处发生干涉。由此，光电探测装置31能够检测到反映感应光纤4所经受的角速度的干涉信号。通过分析该干涉信号，能够确定感应光纤4所经受的角速度。

本公开的实施例利用这种非相干的光频梳信号来操作干涉式光纤陀螺。在干涉式光纤陀螺中，为了减少反向瑞利散射等所导致的误差，希望提供给干涉式光纤陀螺的光信号是宽谱的非相干光频梳信号。本公开的实施例中利用微环谐振器产生的这种宽谱的非相干光频梳信号可以提高干涉式光纤陀螺的检测精度，适合于应用到干涉式光纤陀螺。

光纤耦合装置27还可以包括调制元件，用于对提供给感应光纤的非相干光频梳信号进行开环调制或闭环调制，增加光纤陀螺的检测的精确度。开环调制指的是通过在光纤陀螺的输入信号中引入相位延迟来使得光纤陀螺工作在余弦函数斜率最大的位置，从而提高光纤陀螺的灵敏度。闭环调制指的是在开环光纤陀螺装置的基础之上增加一个反馈回路，使得在光纤陀螺的输入信号中引入与旋转引起的相移相反的反馈相移，同时保持光纤陀螺工作在余弦函数斜率最大的位置，从而基于反馈相移计算光纤陀螺的角速度，极大的增加光纤陀螺的灵敏度。

对于光纤陀螺进行开环调制和闭环调制的技术方案对于本领域技术人员是已知的，在此不再展开描述。

本公开提供了基于片上微环谐振器的非相干光频梳，能够集成到芯片中，并且因此适合于光纤陀螺仪的小型化和集成化。该非相干光频梳所产生的光频梳信号，较传统的SLD以及ASE光谱具有更宽的宽度范围、更低的光源相干长度、更高的功率。因此，本公开的实施例能够提供光谱范围宽、高功率、非相干的光频梳信号，满足了干涉式光纤陀螺仪的要求，并且进一步提高了光纤陀螺仪的测量精度。

如图1所示，本公开的实施例的用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片100还可以包括相位调制装置22，耦合在泵浦光源1与片上微环谐振器23之间，被配置为能够接收从片上微环谐振器23背向散射的泵浦光信号，调整背向散射的泵浦光信号的相位并将经相位调制的泵浦光信号提供给泵浦光源1，从而在泵浦光源1和片上微环谐振器23之间产生自注入相位锁定。

在本公开的实施例中，通过例如控制相位调制装置22的工作电流，可以调整从片上微环谐振器23背向散射的泵浦光信号的相位，使得来自泵浦光源1的泵浦信号光的相位与从片上微环谐振器23背向散射的泵浦光信号的相位之间的差异在预定范围内，并且在泵浦光频率与微环谐振器的谐振频率一致时，实现自注入锁定。

泵浦光源与微环谐振器之间的自注入锁定可以利用来自微腔谐振器的处于期望相位关系的光学反馈，来稳定泵浦光并且使得泵浦光的频率更接近微谐振器的谐振频率。由此，通过采用自注入锁定，可以减少频率噪声，并且有助于光频梳的产生。

在本公开的实施例中，泵浦光信号的频率能够被调节，以匹配片上微环谐振器的谐振峰。例如，在本公开的实施例中，可以采用频率可调节激光器来作为泵浦光源1。本领域技术人员可以想到各种调节泵浦光信号的频率的方式，并且它们都被包括在本申请的范围中。

片上微环谐振器23还可以包括微环调制装置28，用于控制片上微环谐振器的谐振峰的位置。在本公开的实施例中，该微环调制装置28可以是加热元件、压电元件和半导体PIN结等。在本公开的一个实施例中，微环调制装置28可以是与微环谐振腔重叠的加热电极。通过用微环调制装置28控制片上微环谐振器的谐振峰的位置，可以产生期望的宽谱的非相干光频梳信号。用于形成微环调制装置28的方法对于本领域技术人员是已知的，在此不再详细说明。

如图1所示，本公开的实施例的用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片100还可以包括功率分配装置25和功率计32。功率分配装置25被配置为耦合到片上微环谐振器23并接收非相干宽谱光频梳信号。功率分配装置25还被配置为将非相干光频梳信号分配给光纤耦合装置27和功率计32。功率计32被配置为耦合到功率分配装置25并测量非相干宽谱光频梳信号的功率。

功率分配装置25例如可以将从片上微环谐振器23接收的非相干宽谱光频梳信号按照预定比例分配给功率计32和光纤耦合装置27。该预定比例可以是例如1:9、2:8、3:7、4:6或5:5。功率计32测量所接收到的光信号的功率，并根据功率分配装置25分配功率的预定比例来计算由片上微环谐振器23产生的非相干宽谱光频梳信号的功率。

由此，在本公开的实施例可以确定非相干宽谱光频梳信号的功率，并且可以检测光收发芯片100的工作状态。

此外，功率分配装置25还可以将从光纤耦合装置27接收的来自于感应光纤4的返回光信号提供给光电探测装置31。

此外，如图1所示，本公开的实施例的用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片100还可以包括功率分配装置24，被耦合在片上微环谐振器23与功率分配装置25之间，用于将从功率分配装置25接收的来自于感应光纤4的返回光信号提供给光电探测装置31。在本公开的实施例中，功率分配装置24将来自于感应光纤4的返回光信号按照预定比例分配给光电探测装置31和片上微环谐振器23。

如图1所示，本公开的实施例的用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片100还可以包括偏振控制装置26，被配置为耦合在片上微环谐振器23与光纤耦合装置27之间并控制测量非相干宽谱光频梳信号的偏振。

干涉式光纤陀螺通常要求进入感应光纤的光信号为偏振光信号。本公开的实施例的来自于片上微环谐振器的非相干宽谱光频梳信号已经是具有较强偏振度的光信号，可以符合干涉式光纤陀螺的要求。在此基础上，为了进一步光信号的偏振度，可以在片上微环谐振器23与光纤耦合装置27之间增加偏振控制装置26。

图1中示出的片上微环谐振器23包括一个直波导和一个微环谐振腔，但是本领域技术人员也可以明白，片上微环谐振器23可以包括其他的结构。例如，片上微环谐振器23可以是上下载型微环谐振器，即，包括上下两条直波导和位于两条直波导之间并于二者耦合的单个微环谐振腔。

例如，在以上实施例中包括在一个单元中的多个功能可以由分开的装置来实现。替选地，在以上实施例中由多个单元实现的多个功能可分别由分开的装置来实现。另外，以上功能之一可由多个单元来实现。这样的配置包括在本公开的技术范围内。

本公开实施例的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本公开中的术语“或”表示包括性的“或”，而非排除性的“或”。提及的“第一”组件不必然要求提供“第二”组件。此外，除非明确指示，否则“第一”或“第二”组件不表示将提及的组件限制于特定顺序。术语“基于”意指“至少部分基于”。

Claims (13)

1.一种用于干涉式光纤陀螺仪的光收发芯片，包括：

片上微环谐振器，包括非线性介质并且被配置为能够耦合到泵浦光源并从泵浦光源接收泵浦光信号，并且基于非线性介质的三阶非线性效应，从泵浦光信号产生非相干宽谱光频梳信号；

光纤耦合装置，被配置为耦合到片上微环谐振器并接收非相干宽谱光频梳信号，该光纤耦合装置还被配置能够耦合到干涉式光纤陀螺仪的感应光纤，并且将非相干宽谱光频梳信号提供给干涉式光纤陀螺仪的感应光纤和从感应光纤接收返回光信号；和

光电探测装置，被配置为耦合到光纤耦合装置，接收返回光信号并基于返回光信号之间的干涉检测干涉光信号。

2.根据权利要求1所述的光收发芯片，还包括相位调制装置，所述相位调制装置耦合在泵浦光源与片上微环谐振器之间，被配置为能够接收从片上微环谐振器背向散射的泵浦光信号，调整背向散射的泵浦光信号的相位并将经相位调制的泵浦光信号提供给泵浦光源，从而在泵浦光源和片上微环谐振器之间产生自注入相位锁定。

3.根据权利要求1所述的光收发芯片，其中，泵浦光信号的频率能够被调节，以匹配片上微环谐振器的谐振峰。

4.根据权利要求1所述的光收发芯片，其中，片上微环谐振器还具有微环调制装置，用于控制片上微环谐振器的谐振峰的位置。

5.根据权利要求4所述的光收发芯片，其中，微环调制装置包括加热元件、压电元件和半导体PIN结。

6.根据权利要求1所述的光收发芯片，还包括功率分配装置和功率计，功率分配装置被配置为耦合到片上微环谐振器并接收非相干宽谱光频梳信号，功率分配装置还被配置为将非相干光频梳信号分配给光纤耦合装置和功率计，功率计被配置为耦合到功率分配装置并测量非相干宽谱光频梳信号的功率。

7.根据权利要求1所述的光收发芯片，还包括偏振控制装置，被配置为耦合在片上微环谐振器与光纤耦合装置之间并控制非相干宽谱光频梳信号的偏振。

8.根据权利要求1所述的光收发芯片，其中，片上微环谐振器包括相互耦合的直波导和微环谐振腔。

9.根据权利要求1所述的光收发芯片，还包括作为泵浦光源的片上激光器。

10.根据权利要求1所述的光收发芯片，其中，通过半导体异质集成将片上激光器与片上微环谐振器结合到一个芯片中。

11.根据权利要求1所述的光收发芯片，其中，三阶非线性效应包括以下至少一个：自相位调制效应、交叉相位调制效应、四波混频效应和调制不稳定性效应。

12.根据权利要求1所述的光收发芯片，还包括光源耦合装置，被配置为耦合到泵浦光源与片上微环谐振器之间，并将来自于泵浦光源的泵浦光耦合到片上微环谐振器。

13.一种干涉式光纤陀螺仪，包括：

根据权利要求1-12中任一项所述的光收发芯片；以及

感应光纤。