[发明专利]基于倾斜波导光栅结构的高偏振消光比的光波导谐振腔

说明书

技术领域

本发明涉及光波导谐振腔，尤其涉及一种基于倾斜波导光栅结构的高偏振消光比光波导谐振腔。

背景技术

光波导环形谐振腔是谐振式微光学陀螺(Resonator Micro Optic Gyro，RMOG)的核心敏感部件，将一个2×2光波导耦合器的其中一个输出端，反馈连接到其中一个输入端，就构成了一个最基本的反射式光波导谐振腔结构；透射式谐振腔结构则由2个2×2光波导耦合器构成。在光波导谐振腔中，除了特殊情况外，存在两个本征偏振态(Eigenstate of polarization，ESOP)。通常情况下，一个ESOP与另一个ESOP是正交的。由于环境因素的影响，ESOP的形态是变化的，并且彼此独立运动，这样就在陀螺的输出中产生噪声。偏振波动噪声是谐振式微光学陀螺系统中重要的光学噪声源之一。为克服偏振波动噪声影响，研究谐振式微光学陀螺的学者，多采用保偏光波导技术研制谐振腔，克服单模光波导的偏振不稳定性。虽然采用保偏光波导研制谐振腔，但其固有双折射率受环境影响严重，导致其本征偏振态随环境波动也比较严重。

抑制偏振波动噪声主要是通过光波导结构的设计获取一定的偏振消光比或在局部波导上淀积一层薄膜，通过控制双折射率差。

保偏光波导的双折射率随温度变化时，会导致光波导谐振腔的两个ESOPs各自所对应的谐振光波发生叠加与干涉效应，引起谐振曲线的不对称性和ESOPs之间的干涉，导致谐振频率点的检测误差，进而引起陀螺的输出误差，这就是偏振波动噪声的主要因素。在以光纤环形谐振腔为核心敏感元件的谐振式光纤陀螺中，偏振噪声的克服可以采取光纤谐振腔内偏振轴旋转90度的熔接技术。

对于平面光波导，由于工艺的限制，无法采取腔内偏振轴旋转90度的熔接技术，抑制偏振波动噪声主要是通过光波导结构的设计来获得两个偏振态不同的传输损耗，或在局部波导上淀积一层薄膜来控制双折射率差。然而，上述技术都无法获得足够的偏振消光比，进一步制约了RMOG的性能。

晶体切割面沿着Brewster角或光波导端面磨成Brewster角的结构可实现线偏振输出，Brewster角结构被广泛应用于起偏器、偏振计等相关领域。本发明的目的在于利用微加工工艺，在光波导谐振腔局部波导上，集成倾斜角度为Brewster角大小的倾斜波导光栅结构，利用Brewster原理，研制出高偏振消光比的光波导谐振腔，减小RMOG中的偏振波动噪声。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于倾斜波导光栅技术的光波导谐振腔结构。

一种基于倾斜波导光栅结构的高偏振消光比光波导谐振腔：在光波导芯片本体上设有输入/输出光通路与谐振环；输入/输出光通路的两端位于光波导芯片的边缘；谐振环与输入/输出光通路通过输入/输出耦合器相连，构成反射式光波导谐振腔；谐振环上刻蚀有倾斜波导光栅；倾斜波导光栅的反射界面与光线传输方向的夹角θ＝arctan(n₂/n₁)，其中n₁为光波导芯片包层部分的折射率，n₂为光波导芯片芯层部分的折射率；倾斜波导光栅的刻蚀深度大于零且小于光波导芯片芯层厚度。

另一种基于倾斜波导光栅结构的高偏振消光比光波导谐振腔：在光波导芯片本体上设有输入光通路、输出光通路与谐振环；输入光通路的两端位于光波导芯片的一侧边缘；输出光通路的两端位于光波导芯片的另一侧边缘；谐振环位于输入光通路与输出光通路之间，谐振环一侧通过输入耦合器与输入光通路相连、谐振环另一侧通过输出耦合器与输出光通路相连，构成透射式光波导谐振腔；谐振环的两臂分别刻蚀有第一倾斜波导光栅、第二倾斜波导光栅；第一倾斜波导光栅和第二倾斜波导光栅的反射界面与光线传输方向的夹角θ＝arctan(n₂/n₁)，其中n₁为光波导芯片包层部分的折射率，n₂为光波导芯片芯层部分的折射率；第一倾斜波导光栅和第二倾斜波导光栅的刻蚀深度大于零且小于光波导芯片芯层厚度。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)基于倾斜波导光栅结构的光波导谐振腔在保留光波导谐振腔重量轻、体积小的优点的同时，集成了起偏器，具有高偏振消光比，提高了偏振性能，有利于提高光波导陀螺的性能。