【技术实现步骤摘要】
一种接入集成光学陀螺系统的铌酸锂薄膜调制器
[0001]本专利技术属于集成光学陀螺领域，具体是一种接入集成光学陀螺系统的铌酸锂薄膜调制器。
技术介绍
[0002]陀螺仪是一种测量运载体姿态角和角速度的惯性传感器，是惯性导航系统与惯性制导系统的关键组成部分，广泛应用于导弹制导、卫星、潜艇、机器人、汽车、飞机和智能设备等领域，对国家安全和国民经济建设具有重要意义。
[0003]美国国防部高级研究计划局DARPA微系统技术办公室在2015年发布的PRIGM:AIMS指南中，指出集成光波导陀螺的优势为无可动部件，并通过光电子集成，以其成本低、尺寸小、重量轻和功耗低等优点有望解决光纤陀螺小型化、低成本的问题，进而实现芯片式的高精度自主导航。
[0004]目前国内外集成光波导陀螺整体还处于基础研究阶段。各个研究机构的集成光波导陀螺方案在结构构成、材料选择以及加工工艺等方面都不尽相同，尚处于方案探索阶段。目前还没有一种材料能够在具有超低传输损耗(<0.1dB/m)的同时实现性能良好的有源器件，因此均采用混合集...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种接入集成光学陀螺系统的铌酸锂薄膜相位调制器，其特征在于，包括硅衬底，在硅衬底从下往上分别设置有二氧化硅下包层和二氧化硅上包层，在二氧化硅上、下包层之间设置有集成刻蚀的铌酸锂薄膜调制器和铌酸锂端面耦合模斑转换器；所述铌酸锂薄膜调制器包括铌酸锂薄膜脊波导和调制电极；所述铌酸锂薄膜脊波导包括不同宽度的分束波导，调制波导和单模输出波导；所述分束波导包括将MMI分束结构，弯曲结构以及分束
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调制锥形波导；所述MMI分束结构包括输入波导，多模干涉区域和输出两波导；基于导模传输分析法，根据多模干涉区域宽度、长度的关系式，通过限定宽度参数得到长度参数，完成MMI分束结构的设计；即：长度参数，完成MMI分束结构的设计；即：其中，W
ev
是考虑到古斯
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汉森位移后各阶次导模的有效宽度；W
MMI
为多模干涉区域宽度；λ0为自由空间的光波长；n
co
为芯层脊波导折射率，n
cl
为包层折射率；对于TE模，式中σ＝0，对于TM模，式中σ＝1；ΔW为近似计算中的附加损耗宽度；L
MMI
为多模干涉区域长度；Δβ1为多模波本征模传播常数的附加损耗值；所述调制波导用于实现光相位调制，在调制波导两侧的调制电极上施加电压，使光在波导中传输时光相位改变；在调制波导和单模输出波导之间设置多模
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单模锥形波导；所述调制电极用于光调制，位于调制波导两侧；所述铌酸锂端面耦合模斑转换器为上下两层锥形波导结构，包括输入耦合模斑转换器和输出耦合模斑转换器；输入耦合模斑转换器位于输入光纤和铌酸锂薄膜调制器输入端之间，实现传输光从光纤大模场到铌酸锂薄膜调制器分束波导小模场的低损耗模斑转换；其中，单下层锥形波导端与输入光纤端连接，上下双层锥形波导端与铌酸锂薄膜调制器输入端连接；输出耦合模斑转换器位于铌酸锂薄膜调制器的输出端与氮化硅谐振腔输入波导之间，实现传输光从铌酸锂薄膜调制器单模波导小模场到氮化硅谐振腔输入波导大模场的低损耗模斑转换；其中，单下层锥形波导端与氮化硅谐振腔输入波导端相连；上下双层锥形波导端与铌酸锂薄膜调制器输出端相连。2.如权利要求1所述的一种接入集成光学陀螺系统的铌酸锂薄膜相位调制器，其特征在于，所述MMI分束结构将输入光分为功率比1:1的两束光输出到弯曲结构，弯曲结构用于增大两波导的中心间距，与集成光学陀螺系统中的敏感元件氮化硅谐振腔的输入两波导中心间距相匹配；然后，经过分束
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调制锥形波导实现分束波导到调制波导的宽度过渡。3.如权利要求1所述的一种接入集成光学陀螺系统的铌酸锂薄膜相位调制器，其特征在于，所述单模输出波导用于实现铌酸锂薄膜调制器输出光保持单模传输条件；对单模波导进行设计，基于有效折射率法，对单模输出波导的参数进行约束，令：
其中，n1和n2分别为铌酸锂波导折射率和二氧化硅波导折射率，N
I
和N
II
分别为铌酸锂脊波导内脊和外脊的基模有效折射率，让内脊平板波导一阶模的有效折射率小于外脊平板光波导的基模有效折射率，并以一阶模截止作为单模传输判定条件，即：波导的基模有效折射率，并以一阶模截止作为单模传输判定条件，即：其中，k0为真空中波数；H为铌酸锂脊波导内脊高；h为铌酸锂脊波导外脊高；W为铌酸锂脊波导内脊宽度；限定铌酸锂脊波导的内外脊高参数，根据关系式得到满足单模传输条件的铌酸锂脊波导内脊宽度。4.如权利要求1所述的一种接入集成光学陀螺系统的铌酸锂薄膜相位调制器，其特征在于，所述多模
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，赵蕊，王飞，廖升，温琛，冯丽爽，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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