用于光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片、器件及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片、器件及制作方法，通过设计双电极结构实现不同的调制分度，第一电极的长度为第二电极的m倍，则第一电极产生的相位变化为第二电极的m倍，在双电极实现相同相位调制时，对第二电极加载的调制电压的幅值为对第一电极加载的m倍，因此，可以实现较大调制电压产生小相位调制的效果，解决由于增加DA转换器位数使得1LSB对应的量化电压变小的问题；通过对第一电极中第一焊盘和第二电极中第四焊盘加载调制电压信号，第一电极中第二焊盘与第二电极中第三焊盘接地，可以实现调制相位相长的状态；上述方案具有普适性，可根据光纤陀螺对反馈相位的精度需求调整双电极的长度比例关系。

Y-waveguide chips, devices and fabrication methods for high precision modulation of FOG

【技术实现步骤摘要】
用于光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片、器件及制作方法
本专利技术涉及集成光学芯片
，尤其涉及一种用于光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片、器件及制作方法。
技术介绍
光纤陀螺是一种敏感载体相对惯性空间角速度的全固态惯性仪表，与传统的机电陀螺相比，使用光纤环替代高速机械转子，可以消除机械和运动磨损，具有寿命长、抗干扰性能好、启动时间短、动态范围大、可靠性高等特点，广泛应用于海、陆、空、天、潜等军民领域。并且，惯性技术具有隐蔽性好、抗干扰能力强、信息连续性好等军事特点，使得惯性导航和制导武器成为战略武器发展不可或缺的一部分，因而对战略级光纤陀螺的需求越来越高。研制战略级高精度光纤陀螺具有重要的理论意义和军事意义。目前，高精度光纤陀螺大多使用全数字闭环检测方案，闭环光纤陀螺系统的控制性能是反映陀螺动态特性的重要参数，直接影响系统对角速度、角加速度等信号的跟踪能力。高精度光纤陀螺要求系统能够产生更精确的反馈控制信号，以实现更为敏感的角速度补偿。在数字闭环光纤陀螺中，反馈信号由数-模(DA)转换器产生，反馈信号的大小为DA转换器最低位(LSB)的整数倍，因此，反馈阶梯波台阶的最小值为1LSB。数字闭环反馈带来的量化问题是数字闭环检测方案的固有问题，通常随着平滑时间的延长，量化误差对光纤陀螺的影响较小，然而，在光纤陀螺高速输出时量化误差对精度的影响不容忽视。对于相同的系统2π复位电压，更大的DA转换器位数N对应更小的1LSB电压值，即可产生更小的阶梯波台阶高度。然而，这个1LSB电压值一般只有微伏量级甚至更小，十分容易被电路中的噪声和干扰淹没，无法达到有效的量化误差抑制效果。因此，为了降低量化误差的影响，优化Y波导的调制性能，提高光纤陀螺的精度，设计高调制电压实现小相位变化的Y波导是解决问题的关键。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片、器件及制作方法，用以设计一种高调制电压实现小相位变化的Y波导芯片。因此，本专利技术提供了一种用于光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片，包括：基底、位于所述基底上的Y型分支波导以及位于所述Y型分支波导上沿所述Y型分支波导的中心轴方向排列的第一电极和第二电极；其中，所述第一电极沿所述Y型分支波导的中心轴方向的长度是所述第二电极沿所述Y型分支波导的中心轴方向的长度的m倍；其中，m为大于1的整数；所述第一电极包括同层设置的第一子电极、第二子电极、第三子电极、第一焊盘以及第二焊盘；其中，所述第一子电极、所述第二子电极、所述第三子电极、所述第一焊盘以及所述第二焊盘均为条状且均与所述Y型分支波导的两个支路相互平行；所述第一子电极位于所述Y型分支波导的两个支路之间，所述第二子电极和所述第三子电极分别位于所述两个支路的两侧，所述第一焊盘和第二焊盘均位于所述第二子电极远离所述Y型分支波导的一侧，所述第二子电极、所述第三子电极和所述第一焊盘电性连接且连接处靠近所述Y型分支波导的分支处，所述第一子电极与所述第二焊盘电性连接且连接处远离所述Y型分支波导的分支处；所述第二电极包括同层设置的第四子电极、第五子电极、第六子电极、第三焊盘以及第四焊盘；其中，所述第四子电极、所述第五子电极、所述第六子电极、所述第三焊盘以及所述第四焊盘均为条状且均与所述Y型分支波导的两个支路相互平行；所述第四子电极位于所述Y型分支波导的两个支路之间，所述第五子电极和所述第六子电极分别位于所述两个支路的两侧，所述第三焊盘和第四焊盘均位于所述第五子电极远离所述Y型分支波导的一侧，所述第四子电极与所述第三焊盘电性连接且连接处靠近所述第一电极，所述第五子电极、所述第六子电极和所述第四焊盘电性连接且连接处远离所述第一电极。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述Y波导芯片中，所述第一子电极为相互平行的两个第一电极条，所述两个第一电极条的一端彼此靠近连接且连接处靠近所述Y型分支波导的分支处，所述两个第一电极条的另一端均与所述第二焊盘电性连接。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述Y波导芯片中，所述第四子电极为相互平行的两个第二电极条，所述两个第二电极条的一端互不相连，所述两个第二电极条的另一端均与所述第三焊盘电性连接。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述Y波导芯片中，所述第一电极与所述第二电极之间的距离lw>2wey，其中，wey为所述第二电极跨所述Y型分支波导的部分沿所述Y型分支波导的中心轴方向的宽度。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述Y波导芯片中，所述第一子电极、第二子电极、第三子电极、第四子电极、第五子电极以及第六子电极沿垂直于所述Y型分支波导中心轴的方向的宽度相同；第一子电极与第二子电极之间的间距、第一子电极与第三子电极之间的间距、第四子电极与第五子电极之间的间距以及第四子电极与第六子电极之间的间距相同。本专利技术还提供了一种用于光纤陀螺高精度调制的Y波导器件，包括：本专利技术提供的上述Y波导芯片。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述Y波导器件中，还包括：电路板；所述电路板的第一调制信号端与所述第一焊盘电性连接，所述电路板的第二调制信号端与所述第四焊盘电性连接，所述电路板的接地端与所述第二焊盘和所述第三焊盘电性连接。本专利技术还提供了一种用于光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片的制作方法，包括如下步骤：S1：在基底上沉积二氧化硅层；S2：在二氧化硅层上旋涂光刻胶；S3：利用第一掩膜板对光刻胶进行曝光、显影；S4：对显影后的光刻胶和二氧化硅层进行刻蚀；S5：去掉剩余的光刻胶，得到Y型分支波导图形；S6：对Y型分支波导图形进行质子交换处理；S7：沉积缓冲层；S8：进行退火处理；S9：去掉缓冲层，得到具有波导区的Y型分支波导；S10：溅射金材料层；S11：在金材料层上旋涂光刻胶；S12：利用第二掩膜板对光刻胶进行曝光、显影；S13：对显影后的光刻胶和金材料层进行刻蚀；S14：去掉剩余的光刻胶，得到第一电极图形和第二电极图形。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述制作方法中，在执行步骤S9，去掉缓冲层，得到具有波导区的Y型分支波导之后，在执行步骤S10，溅射金材料层之前，还包括如下步骤：溅射钛金属层。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述制作方法中，在执行步骤S14，去掉剩余的光刻胶，得到第一电极图形和第二电极图形之后，还包括如下步骤：在第一电极图形和第二电极图形上电镀金材料，使所述第一电极图形的厚度和所述第二电极图形的厚度分别为1μm。本专利技术提供的上述用于光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片、器件及制作方法，针对高精度光纤陀螺对量化误差的需求，通过设计双电极结构实现不同的调制分度，第一电极的长度为第二电极的长度的m倍，则第一电极产生的相位变化为第二电极产生的相位变化的m倍，在第一电极与第二电极实现相同的相位调制时，对第二电极加载的调制电压的幅值为对第一电极加载的调制电压的幅值的m倍，因此，可以实现较大调制电压产生小相位调制的效果，从而可以解决由于增加DA转换器位数使得1LSB对应的量化电压变小的问题，进而可以扩展高精度光纤陀螺对Y波导芯片的应用需求；并且，通过对第一电极中第一焊盘和第二电极中第四焊盘加载调制电压信号，第一电极中第二焊盘与第二电极中第三焊盘接地，可以使第一电极与第二电极在Y型分支波导的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片，其特征在于，包括：基底、位于所述基底上的Y型分支波导以及位于所述Y型分支波导上沿所述Y型分支波导的中心轴方向排列的第一电极和第二电极；其中，所述第一电极沿所述Y型分支波导的中心轴方向的长度是所述第二电极沿所述Y型分支波导的中心轴方向的长度的m倍；其中，m为大于1的整数；所述第一电极包括同层设置的第一子电极、第二子电极、第三子电极、第一焊盘以及第二焊盘；其中，所述第一子电极、所述第二子电极、所述第三子电极、所述第一焊盘以及所述第二焊盘均为条状且均与所述Y型分支波导的两个支路相互平行；所述第一子电极位于所述Y型分支波导的两个支路之间，所述第二子电极和所述第三子电极分别位于所述两个支路的两侧，所述第一焊盘和第二焊盘均位于所述第二子电极远离所述Y型分支波导的一侧，所述第二子电极、所述第三子电极和所述第一焊盘电性连接且连接处靠近所述Y型分支波导的分支处，所述第一子电极与所述第二焊盘电性连接且连接处远离所述Y型分支波导的分支处；所述第二电极包括同层设置的第四子电极、第五子电极、第六子电极、第三焊盘以及第四焊盘；其中，所述第四子电极、所述第五子电极、所述第六子电极、所述第三焊盘以及所述第四焊盘均为条状且均与所述Y型分支波导的两个支路相互平行；所述第四子电极位于所述Y型分支波导的两个支路之间，所述第五子电极和所述第六子电极分别位于所述两个支路的两侧，所述第三焊盘和第四焊盘均位于所述第五子电极远离所述Y型分支波导的一侧，所述第四子电极与所述第三焊盘电性连接且连接处靠近所述第一电极，所述第五子电极、所述第六子电极和所述第四焊盘电性连接且连接处远离所述第一电极。...

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤陀螺高精度调制的Y波导芯片，其特征在于，包括：基底、位于所述基底上的Y型分支波导以及位于所述Y型分支波导上沿所述Y型分支波导的中心轴方向排列的第一电极和第二电极；其中，所述第一电极沿所述Y型分支波导的中心轴方向的长度是所述第二电极沿所述Y型分支波导的中心轴方向的长度的m倍；其中，m为大于1的整数；所述第一电极包括同层设置的第一子电极、第二子电极、第三子电极、第一焊盘以及第二焊盘；其中，所述第一子电极、所述第二子电极、所述第三子电极、所述第一焊盘以及所述第二焊盘均为条状且均与所述Y型分支波导的两个支路相互平行；所述第一子电极位于所述Y型分支波导的两个支路之间，所述第二子电极和所述第三子电极分别位于所述两个支路的两侧，所述第一焊盘和第二焊盘均位于所述第二子电极远离所述Y型分支波导的一侧，所述第二子电极、所述第三子电极和所述第一焊盘电性连接且连接处靠近所述Y型分支波导的分支处，所述第一子电极与所述第二焊盘电性连接且连接处远离所述Y型分支波导的分支处；所述第二电极包括同层设置的第四子电极、第五子电极、第六子电极、第三焊盘以及第四焊盘；其中，所述第四子电极、所述第五子电极、所述第六子电极、所述第三焊盘以及所述第四焊盘均为条状且均与所述Y型分支波导的两个支路相互平行；所述第四子电极位于所述Y型分支波导的两个支路之间，所述第五子电极和所述第六子电极分别位于所述两个支路的两侧，所述第三焊盘和第四焊盘均位于所述第五子电极远离所述Y型分支波导的一侧，所述第四子电极与所述第三焊盘电性连接且连接处靠近所述第一电极，所述第五子电极、所述第六子电极和所述第四焊盘电性连接且连接处远离所述第一电极。2.如权利要求1所述的Y波导芯片，其特征在于，所述第一子电极为相互平行的两个第一电极条，所述两个第一电极条的一端彼此靠近连接且连接处靠近所述Y型分支波导的分支处，所述两个第一电极条的另一端均与所述第二焊盘电性连接。3.如权利要求1所述的Y波导芯片，其特征在于，所述第四子电极为相互平行的两个第二电极条，所述两个第二电极条的一端互不相连，所述两个第二电极条的另一端均与所述第三焊盘电性连接。4.如权利要求1-3任一项所述的Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑月，刘嘉琪，张春熹，宋镜明，孔令海，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11