【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种芯片集成式光学转速传感器。
技术介绍
1、存在基于萨格纳克效应(sagnac effekt)的光学陀螺仪。在此，存在基于纤维的和基于环形激光器的在商业上可用的解决方案。基于纤维的陀螺仪基于如下内容：将光连续地沿两个相反的方向发送到玻璃纤维中。由于萨格纳克效应，在系统转动时，两个光路的被有效走过的长度发生变化。由此，光的相位移动。在穿过玻璃纤维之后，两个光路再次相遇，并且发生光波的叠加。在此，出现建设性的和破坏性的干涉，并且产生如下光波：所述光波的强度与转速成比例地发生变化并且对该光波进行测量。出版物，caterina ciminelli，francesco dell'olio，carlo e.campanella，和mario n.armenise，“photonictechnologies for angular velocity sensing”，adv.opt.photon.2，370-404(2010)，公开一种这种类型的光学转速传感器。
2、在环形激光器陀螺仪的情况下，将光沿两个相反的方向发送到环形谐振器中。环形谐振器是闭合的、环形的结构，光可以在所述结构中循环。在系统转动的情况下，由于萨格纳克效应，有效路径长度也在此发生变化，并且因此光的频率变化。由于在环形谐振器中确定的频率被放大并且别的频率被衰减，因此，在转动的情况下该强度发生变化。该强度可以被测量并且与转速成正比。出版物，m.faucheux，d.fayoux和j.j.roland，“the ringlaser gyro”，iop
3、对于这些基于纤维的和基于环形激光器的陀螺仪，在商业上仅存在大的、笨重的解决方案，并且在研究中也存在芯片集成的解决方案。基于芯片的解决方案需要非常昂贵的生产，以便实现如大的解决方案那样的高敏感性。这迄今为止未被实现。文章，feng,z.；he,y.；yan,w.；yang,f.；han,w.；li,z.“progress of waveguide ring resonators usedin micro-optical gyroscopes”，photonics,7,96(2020)，为此提出详细的考虑。
4、为了实现更高的敏感性，存在使用纠缠的光子的可能性。这能够从如下出版物中得知：aziz kolkiran和g.s.agarwal，“heisenberg limited sagnacinterferometry”，opt.express 15，6798-6808(2007)。
5、出版物，matthias fink，fabian steinlechner，johannes handsteiner，jonathan p.dowling，thomas scheidl，rupert ursin，“entanglement-enhanced opticalgyroscope”，iop publishing，第21卷第5期(2019)为基于纤维的陀螺仪记录第一试验，所述第一试验充分利用该量子放大。在此，将两个相互纠缠的光子以相反的方向发送到玻璃纤维中。由于萨格纳克效应，两个光子的有效路径长度发生变化。接下来，光子在分束器上干涉，该分束器具有两个输出端和两个输入端，并且出现洪-欧-曼德尔干涉(hong-ou-mandel interferenz)。在该干涉的情况下，两个不能够区分的光子总是离开分束器的相同的输出端。在分束器的输出端上，分别借助探测器测量入射的光子数量。如果无转速施加在该系统上，则仅在一个探测器上测量两个光子。然后，如果施加转速，则存在如下概率：只有一个探测器测量出光子，或者每个探测器分别测量出一个光子。该概率取决于所施加的转速。
6、具有量子放大的方法借助大的光学器件根据实验示出，并且对于芯片集成的解决方案在理论上处理。然而，这些方法具有如下缺点：需要单光子源和单光子探测器。这些单光子构件要么是尺寸非常大的，要么是以芯片集成的方式当前只在确定的温度的情况下能够可靠地使用的。后者在如下出版物中公开：de leonardis,f.；soref,r.；de carlo,m.；passaro,v.m.n.“on-chip group-iv heisenberg-limited sagnac interferometricgyroscope at room temperature”sensors 20，3476(2020)。
7、在如下出版物中根据实验已经示出，洪-欧-曼德尔干涉也能够借助弱的脉冲式光源实现：sascha agne，jeongwan jin，katanya b.kuntz，filippo m.miatto，jean-philippe bourgoin，和thomas jennewein，“hong-ou-mandel interference ofunconventional temporal laser modes”，opt.express 28，20943-20953(2020)。为此，将光脉冲减弱，以便所述光脉冲接近单光子体系。
8、另外，由以下现有技术已知集成式移相器：kim,y.；han,j.-h.；ahn,d.；kim,s.“heterogeneously-integrated optical phase shifters for next-generationmodulators and switches on a silicon photonics platform:a review.”micromachines，12，625(2021)。这已经根据实验演示，并且能够主动地移动光的相位。
技术实现思路
1、本专利技术的任务是，提出一种紧凑的、稳健的和测量灵敏的转速传感器。
2、本专利技术的优点
3、本专利技术基于如下内容：将弱的脉冲式激光源、而不是将单光子源用于量子放大。通过本专利技术实现芯片集成式光学陀螺仪，该芯片集成式光学陀螺仪可以测量转速。优点是，这在紧凑的传感器系统中是可能的，该传感器系统以芯片集成的方式构型并且具有高敏感性。为此，充分利用洪-欧-曼德尔效应，而不使用昂贵的单光子源。取而代之地，使用弱的脉冲式激光源。这具有如下关键性的优点：该弱的脉冲式激光源可以紧凑地实现并且可以在宽的温度范围内运行。在另一种实施方式中，替代激光源地，也可以使用用于别的量子态的源，所述别的量子态例如是挤压态，所述别的量子态可以在外部耦合输入到芯片中。
4、根据本专利技术的陀螺仪具有芯片集成式光学器件，例如平面波导、多模干涉仪、栅格耦合器和环形谐振器，所述多模干涉仪由具有一定长度的宽的波导结构组成，以便将输入光转移到确定的模式中。激光源可以是芯片集成的，或者激光束可以在芯片之外产生并且经由栅格耦合器或者侧向地耦合输入到该芯片中。
5、有利地，使用主动的移相器，以便主动地将传感器的敏感性保持本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光学转速传感器，
2.根据权利要求1所述的光学转速传感器，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的光学转速传感器，其特征在于，
4.根据权利要求2或3所述的光学转速传感器，其特征在于，第一移相器(140)与所述第一传感器波导(161)光学连接，和/或第二移相器(140)与所述第二传感器波导(162)光学连接，
5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的光学转速传感器，其特征在于，所述激光光源构造在外部，尤其是经由栅格耦合器(110)或者侧向的芯片耦合输入部与所述第一输入端光学连接。
6.根据上述权利要求1至4中任一项所述的光学转速传感器，其特征在于，所述激光光源(100)集成在所述共同的衬底(10)上，尤其是直接与所述光子波导(120)光学连接。
7.根据上述权利要求1至6中任一项所述的光学转速传感器，其特征在于，所述光电探测器(190)是构造在外部的光电二极管。
8.根据上述权利要求1至6中任一项所述的光学转速传感器，其特征在于，所述光电探测器(190)是光电二极管并且集成在所述共同的衬底(
9.根据上述权利要求3至8中任一项所述的光学转速传感器，其特征在于，两个单独地螺旋形布置的传感器波导集成在所述共同的衬底(10)上。
10.根据上述权利要求3至8中任一项所述的光学转速传感器，其特征在于，两个交叠地螺旋形布置的传感器波导集成在所述共同的衬底(10)上。
11.根据上述权利要求3至8中任一项所述的光学转速传感器，其特征在于，两个环形谐振器作为两个传感器波导集成在所述共同的衬底(10)上。
...【技术特征摘要】
1.一种光学转速传感器，
2.根据权利要求1所述的光学转速传感器，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的光学转速传感器，其特征在于，
4.根据权利要求2或3所述的光学转速传感器，其特征在于，第一移相器(140)与所述第一传感器波导(161)光学连接，和/或第二移相器(140)与所述第二传感器波导(162)光学连接，
5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的光学转速传感器，其特征在于，所述激光光源构造在外部，尤其是经由栅格耦合器(110)或者侧向的芯片耦合输入部与所述第一输入端光学连接。
6.根据上述权利要求1至4中任一项所述的光学转速传感器，其特征在于，所述激光光源(100)集成在所述共同的衬底(10)上，尤其是直接与所述光子波导(120)光学连接。
【专利技术属性】
技术研发人员：P·特里奇勒，T·奥姆斯，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：
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