[发明专利]光纤陀螺用互易性集成光学调制芯片

说明书

技术领域

本发明涉及电光材料的集成光学芯片，尤其是涉及一种光纤陀螺用互易性集成光学调制芯片。

背景技术

光纤陀螺是一种基于光学Sagnac效应的角速度光纤传感器，是光、机、电、算一体化的高精密干涉系统。目前，光纤陀螺都是采用图1所示的结构，利用分立器件，通过光纤熔接手段实现器件之间的相互连接来构建光学系统。参阅图1，在光纤陀螺的光学系统中，光源1发出的光先后通过分束器3和Y波导调制器后4分成两束，进入光纤环5并且以相反的方向传播，干涉后再依次经过Y波导调制器4和分束器3汇合到探测器2。其中，Y波导调制器4完成分/合光、起偏和相位调制多个功能，分束器3则保证光纤陀螺互易性条件的满足。互易性与良好的调制特性正是保证光纤陀螺高精度高稳定工作的核心条件。

在保证光纤陀螺互易性的同时，分束器也引入了其他的问题，例如插入损耗、分束比、消光比等指标随温度的变化所导致的陀螺性能下降。分束器与Y波导调制器的连接需通过尾纤熔接方式实现，由此导致陀螺光学系统的损耗增加，稳定性与可靠性降低，制作工艺复杂且体积庞大，不能适应光纤陀螺高精度、高可靠性、小型化的发展趋势。

发明内容

针对光纤陀螺的发展需求与现有分立器件的不足，本发明的目的在于提供一种光纤陀螺用互易性集成光学调制芯片，替代分立的分束器与Y波导调制器并完成这两种器件的功能，为光纤陀螺提供一个高度集成化器件，满足光纤陀螺小型化、低成本、高精度、高可靠性和互易性的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

该芯片包括两个Y分支波导和一个弧形波导，弧形波导的一端连接第一Y分支波导，弧形波导的另一端连接第二Y分支波导，第二Y分支波导的两侧设有调制器电极，第一Y分支波导的两分支端分别连接芯片第一端口和第二端口，第二Y分支波导的两分支端分别连接芯片第三端口和第四端口，该芯片的四周设有反射辐射模边缘、上边缘、下边缘、尾纤耦合边缘。

所述的所有波导宽度为4～7μm；两个Y分支波导的分支夹角为0.5°～2°。

所述的芯片为平行四边形，切割角为78°～82°。

所述的反射辐射模边缘的倾角为80°～85°。

所述的第一端口与第二端口的间距和第三端口与第四端口的间距均为0.25～1mm，第二端口与第三端口的间距为3～10mm。

所述的弧形波导曲率半径为2～6mm。

本发明具有的有益效果是：

1)该集成光学调制芯片取代分束器和Y波导调制器，可完成分束器与Y波导调制器这两种分立元件在光纤陀螺中的所有功能。

2)利用第一Y分支波导替代传统的光纤拉制而成的分束器，可提高温度、振动等环境工作稳定性，提高通过谱宽，同时可避免单模光纤分束器中双折射带来的不利影响，以及保偏光纤分束器中的对轴熔接误差问题。

3)利用第二Y分支波导替代Y波导调制器，并以弧形波导连接两个Y分支波导，具有分隔辐射模影响区域从而满足光纤陀螺互易性要求的作用，可减少系统中的光纤熔接点，降低系统损耗，增强系统的可靠性、稳定性。

4)芯片中采用质子交换工艺制作的波导比现有Y波导调制器中的波导行程长，可提高偏振性能。

综上所述，该集成光学调制芯片取代分束器和Y波导调制器应用于光纤陀螺，可提高光学系统的集成度，克服分立元件组合的不足，提高光纤陀螺的可靠性和环境性能，有助于精简陀螺的结构，减小系统空间占用，简化陀螺制作工艺，获得尺寸更小的高精度、高稳定性光纤陀螺。

附图说明

图1是光纤陀螺的光学系统结构图。

图2是本发明所述的互易性集成光学调制芯片图。

图3是图2的A-A切面图。

图中：1、光源，2、探测器，3、分束器，4、Y波导调制器，5、光纤环，6、互易性集成光学调制芯片，10、打磨倾角，11.12.13.14、端口，20、切割角，21、反射辐射模边缘，22、上边缘，23、下边缘，24、尾纤耦合边缘，30、Y分支波导夹角，31、弧形波导，32、第一Y分支波导，33、第二Y分支波导，34、调制器电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。