[发明专利]混合集成光纤陀螺光学芯片

权利要求书

1.一种混合集成光纤陀螺光学芯片，其特征在于，所述混合集成光纤陀螺光学芯片(100)包括：基底(1)、光源(2)、硅基3dB耦合器(3)、铌酸锂Y分支相位调制器(4)及光电探测器(5)；

所述光源(2)、硅基3dB耦合器(3)、铌酸锂Y分支相位调制器(4)以及光电探测器(5)混合集成在基底(1)上；

所述铌酸锂Y分支相位调制器(4)为铌酸锂基质子交换型波导；

所述硅基3dB耦合器(3)基于硅基二氧化硅光波导制作技术，衬底材料为硅，波导包层材料为二氧化硅，波导芯层材料为掺锗的二氧化硅；

所述硅基3dB耦合器(3)包括相互连通的一个Y分支波导(3-3)、第一90°圆弧波导(3-4)、第二90°圆弧波导(3-5)、锥形波导(3-1)、第一直波导(3-2)和第二直波导(3-6)，Y分支波导(3-3)的一个分支与锥形波导(3-1)的窄端相连，锥形波导(3-1)的宽端作为光学芯片的光输入端口，所述光源(2)正对光输入端口，Y分支波导(3-3)的另一个分支与第一直波导(3-2)相连作为光学芯片的信号输出端口，光电探测器(5)的光敏面正对信号输出端口；Y分支波导(3-3)的基波导连接两个反向连接的第一90°圆弧波导(3-4)和第二90°圆弧波导(3-5)，第二90°圆弧波导(3-5)另一端连接第二直波导(3-6)的一端，第二直波导(3-6)的另一端面作为光传输端口，与铌酸锂Y分支相位调制器(4)的基波导端面通过波导耦合工艺拼接固定；铌酸锂Y分支相位调制器(4)的两个分支端分别为第一尾纤耦合端口(6)和第二尾纤端口(7)，每个分支的两侧均设有金属调制电极(8)；

所述硅基3dB耦合器(3)的第一直波导端面1和所述的铌酸锂Y分支相位调制器(4)基波导端面选择紫外胶进行拼接固定；

所述光源(2)由超辐射发光二极管SLD芯片(9)和SLD载体(10)组成，其中SLD芯片(9)倒扣在SLD载体(10)之上，SLD载体(10)为SLD芯片(9)提供机械支撑和电学互连；

所述SLD载体(10)为平行四边形，内角γ为6±0.3°，长：2mm，宽：1mm， 高度为3dB耦合器硅衬底的厚度和SiO2包层的厚度之和，误差控制在-3μm以内；所述的SLD载体(10)上制作相应金属图形结构，作为引线焊盘，同时在SLD与3dB耦合器锥形波导(3-1)进行有源对准耦合时，至少能为SLD芯片提供一端电学连接。

2.如权利要求1所述的混合集成光纤陀螺光学芯片，其特征在于，所述硅基3dB耦合器(3)中，芯层折射率大于包层折射率，芯层折射率与包层折射率差，选择0.75％～1.5％。

3.如权利要求1所述的混合集成光纤陀螺光学芯片，其特征在于，所述硅基3dB耦合器(3)芯片为平行四边形，内角α为75±0.5°，长度为12～20mm，宽度为7～14mm，其中硅衬底的厚度为0.52～1mm，SiO2包层的厚度为10～30μm；SiO2：Ge芯层的横截面为矩形，其长为：3～7μm，宽为3～6.5μm；

所述铌酸锂Y分支相位调制器(4)的衬底厚度为0.5～0.98mm，比硅衬底稍薄，波导芯层横截面为矩形，长4～7μm，宽为3～5μm，铌酸锂Y分支相位调制器(4)为平行四边形，内角β为80±0.5°，长度为1.5～2cm，宽度为2～3mm。

4.如权利要求1所述的混合集成光纤陀螺光学芯片，其特征在于，所述基底(1)采用硅、AlN或其他高导热材料，所述基底为矩形，长度为35～43mm，宽度为10～20mm，厚度为0.52～1mm。

5.如权利要求1所述的混合集成光纤陀螺光学芯片，其特征在于，所述第一90°圆弧波导(3-4)和第二90°圆弧波导(3-5)的曲率半径相同，为2.5～5mm。

6.如权利要求1所述的混合集成光纤陀螺光学芯片，其特征在于，所述锥形波导(3-1)的宽端波导芯层横截面为矩形，其长为：6～12μm，宽为4～6.5μm，锥形波导长度为：500～1000μm。

7.如权利要求1所述的混合集成光纤陀螺光学芯片，其特征在于，所述光电探测器(5)由光电二极管芯片(11)和探测器载体(12)组成，其中光电二极管芯片(11)为面入射型InGaAs光电二极管，置于探测器载体(12)之上，通过将载体垂直放置可将光电二极管芯片(11)垂直放置，使光电二极管芯片(11)光敏面正对3dB耦合器第一直波导(3-2)端口，探测器载体(12)同时提供机械支撑、电学互连以及操作便利性。