衬底开槽的Y波导调制器芯片制造技术

本实用新型专利技术涉及一种衬底开槽的Y波导调制器芯片，所述Y波导调制器芯片包括包层、所述包层上方的Y形芯层，以及所述包层底部的衬底，其特征在于：所述衬底刻蚀有第一槽，其中，所述第一槽的宽度跨过所述衬底沿所述Y波导调制器芯片的长度的1/2处。本实用新型专利技术的Y波导调制器芯片显著结构简单，抗外力能力强，并且大幅度提高了偏振消光比，进而显著提高了光纤陀螺的精度。

Slotted Y waveguide modulator chip

Chip Y waveguide modulator of the utility model relates to a slotted substrate, the Y waveguide modulator chip comprises a Y shaped core layer and clad layer, the clad layer above the substrate and the cladding layer at the bottom, which is characterized in that the substrate has a first etching groove, wherein, the first groove width across the length of the substrate along the Y waveguide modulator chip 1/2. The Y waveguide modulator chip of the utility model has the advantages of simple structure, strong resistance to external force, high polarization extinction ratio, and remarkable improvement of the accuracy of the fiber optic gyroscope.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种Y波导调制器芯片。
技术介绍
Y波导调制器芯片在光纤陀螺系统中实现光的分光/合光、起偏/检偏和相位调制，是光纤陀螺中功能最多的关键器件。Y波导调制器芯片一般由铌酸锂晶体材料制作，光在其中传播会产生双折射现象。图1a和图1b示出了现有技术的Y波导调制器芯片，其中，x切y传铌酸锂波导经过质子交换后，Y形波导部分的沿z方向分布的非常光(e光)折射率ne明显增加，而沿x方向分布的寻常光(o光)折射率no则有所减小。输入Y波导的光包含TE模式和TM模式，TE模式光的传输方向沿z方向，TM模式光的传输方向沿x方向。由于芯层1(Y形波导部分)的ne大于包层2的ne，TE模式光满足全反射条件，在芯层1中不断传播并最终从Y波导输出(这部分光是工作光)；而由于芯层1的no小于包层2的no，TM模式光由芯层1折射进包层2进行传播，一部分光在衬底3(包层2的底部)发生全反射，反射的光可能再次进入芯层1并最终从Y波导输出，如图2a和图2b中的箭头所示。Y波导调制器芯片的偏振消光比(dB)由公式(1)定义E＝-10log(I∥/I⊥)(1)其中I∥是TE模式的光强，I⊥是TM模式的光强。因而，如果要提高偏振消光比，就需要尽量减小TM模式的光强。再次参见图2a和图2b，它们分别示出了TM模式光在衬底3发生一次或两次全反射并最终耦合进入芯层1(尽管存在三次以上的全反射，但是对偏振消光比的影响已经不大，因此未示出)。目前，Y波导调制器芯片的偏振消光比相对较低，因而不能广泛应用于高精度的光纤陀螺。目前，对现有技术的Y波导调制器芯片的改进包括：将其从中间切割形成物理隔离区，并且接着进行端面耦合(例如，见中国专利公布文件CN103267998A)。但是，切割会增加操作难度，而且粘接胶的引入不利于器件的温度稳定性。另外，还可以在波导芯片上设置调制结构来提高消光比，然而，设置调制结构会导致器件结构复杂化，而提高芯片消光比的能力有限。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
中的问题，本技术提出一种新型的Y波导调制器芯片。本技术的衬底开槽的Y波导调制器芯片包括包层、所述包层上方的Y形芯层，以及所述包层底部的衬底，其特征在于：所述衬底刻蚀有第一槽，其中，所述第一槽的宽度跨过所述衬底沿所述Y波导调制器芯片的长度的1/2处。优选地，所述第一槽的深度为300-500μm，并且所述第一槽的宽度为500-700μm。优选地，所述衬底刻蚀有第二槽和第三槽，其中，所述第二槽的宽度跨过所述衬底沿所述Y波导调制器芯片的长度的1/4处，所述第三槽的宽度跨过所述衬底沿所述Y波导调制器芯片的长度的3/4处，并且所述第二槽和所述第三槽的深度比所述第一槽的深度小100±10μm，所述第二槽的宽度和所述第三槽的宽度均为500-700μm。优选地，所述第一槽、第二槽和所述第三槽内涂覆有吸光物质。优选地，所述衬底涂覆有吸光物质，并且所述吸光物质的厚度为100-300μm。优选地，所述吸光物质是黑色涂料。与中间切割并粘接或者设置调制结构的Y波导调制器芯片相比，根据本技术实施例的衬底刻蚀了泄漏光槽的Y波导调制器芯片的结构相对简单，抵抗外力的能力强。而且试验表明，根据本技术实施例的衬底刻蚀了泄漏光槽并且涂覆了吸光物质的Y波导调制器芯片大幅度提高了偏振消光比，进而可以显著提高光纤陀螺的精度。附图说明参照附图，可以更好地理解本技术的各个实施例，其中附图并非严格按照比例绘制。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。图1a是现有技术的Y波导调制器芯片的横截面图。图1b是现有技术的Y波导调制器芯片的俯视立体图。图2a是现有技术的Y波导调制器芯片的侧视截面图，其中示出了TM模式光在衬底的一次全反射。图2b是现有技术的Y波导调制器芯片的侧视截面图，其中示出了TM模式光在衬底的两次全反射。图3是本技术实施例的Y波导调制器芯片的侧视截面图。图4是本技术另一实施例的Y波导调制器芯片的侧视截面图。图5是本技术又一实施例的Y波导调制器芯片的侧视截面图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术进行具体描述。图3是根据本技术的实施例的Y波导调制器芯片10的侧视截面图。可以看出，为了抑制TM模式光从衬底13反射回包层12并最终进入芯层11，本技术采用制作泄漏光槽来抑制反射的方案。如图3所示，在Y波导调制器芯片10的衬底13沿芯片10的长度方向的1/2位置处刻蚀一个泄漏槽14。应当理解，只要刻蚀的槽14的宽度跨过衬底13沿芯片10的长度方向的中点即可，并不要求槽14的宽度中心与芯片10的衬底中心完全重合。优选地，槽14的宽度d1为500-700μm，深度h1为300-500μm。槽14形成一个空间滤波器，可以阻止图2a所示的一次全反射中的大部分TM模式光反射进入芯层11，从而降低对芯层11输出的工作光(TE模式光)的影响，提高Y波导调制器芯片10的消光比。为了进一步降低对输出的工作光的影响，可在槽14内涂覆吸光物质，以吸收TM模式光。本申请人对以上实施例的技术效果进行了测试：在一个Y波导调制器芯片的衬底沿着芯片长度方向的1/2位置处进行开槽，槽深h1为460μm，槽宽d1为620μm，采用白光干涉仪测试芯片的消光比。开槽前的偏振消光比为54dB，开槽后为66dB，涂覆吸光物质后达到73dB。可以看出，开槽前后芯片偏振消光比提高了12dB，涂覆吸光物质后又提高了7dB，效果非常明显。以上方案仅能够阻止一次全反射对工作光的影响，对于二次反射，还需要在槽14的两侧刻蚀其他泄漏光槽。图4是本技术另一实施例的Y波导调制器芯片的侧视截面图；其中，为了进一步提高Y波导调制器芯片10的消光比，在衬底13沿着芯片长度方向的1/4和3/4处分别刻蚀出槽14a和14b，从而防止二次全反射的TM模式光进入芯层11。应当理解，只要槽14a和14b的宽度跨过衬底13沿着芯片长度方向的1/4点和3/4点处即可，不需要槽14a和14b的中心分别与上述1/4点和3/4点完全重合。优选地，槽14a和14b的宽度d2和d3均为500-700μm，而槽14a和14b的深度h2和h3均比h1小100±10μm。由于一次全反射的光对输出的TE模式光的影响较大，中间槽14的深度较大可以确保滤去更多的一次全反射的光，以达到理想的效果。同时，两侧的槽14a、14b较小的深度可以保障Y波导调制器芯片10抵抗外力的能力。同样地，为了更好地吸收反射光，可以在槽14a、14b内涂覆吸收物质。以下对开设三个槽的技术方案的效果进行测试：制作Y波导调制器芯片样品3支，样品的槽深和槽宽的参数如表1所示。样品之间的差异主要体现在中间槽14的深度上，其他参数变化不大。由表1可知，涂覆吸光物质后的芯片消光比可以提高将近20dB左右；而且随着中间槽14的深度的增加，芯片消光比提高得更多。表1：样品开槽参数及芯片消光比为了更彻底地消除衬底处的TM模式光的反射，可以在Y波导调制器芯片10的衬底13上涂覆吸光物质，进一步提高芯片的消光比，如图5所示。在衬底涂覆的吸光物质的厚度h4为100-300μm。在以上各实施例中，涂覆的吸光物质可以是黑色的涂料，例如墨水。在表1中的3支样品的衬底上涂覆吸光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衬底开槽的Y波导调制器芯片，所述Y波导调制器芯片包括包层、所述包层上方的Y形芯层，以及所述包层底部的衬底，其特征在于：所述衬底刻蚀有第一槽，其中，所述第一槽的宽度跨过所述衬底沿所述Y波导调制器芯片的长度的1/2处。

【技术特征摘要】
1.一种衬底开槽的Y波导调制器芯片，所述Y波导调制器芯片包括包层、所述包层上方的Y形芯层，以及所述包层底部的衬底，其特征在于：所述衬底刻蚀有第一槽，其中，所述第一槽的宽度跨过所述衬底沿所述Y波导调制器芯片的长度的1/2处。2.根据权利要求1所述的衬底开槽的Y波导调制器芯片，其特征在于：所述第一槽的深度为300-500μm，并且所述第一槽的宽度为500-700μm。3.根据权利要求2所述的衬底开槽的Y波导调制器芯片，其特征在于：所述第一槽内涂覆有吸光物质。4.根据权利要求1所述的衬底开槽的Y波导调制器芯片，其特征在于：所述衬底刻蚀有第二槽和第三槽，其中，所述第二槽的宽度跨过所述衬底沿所述Y波导调制器芯片的长度的1/4处，所述第三槽的宽度跨过所述衬底沿所述Y波导调制器芯片的长度的3/4处。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊慧，杨成惠，郑远生，郝琰，
申请(专利权)人：北京世维通科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13