【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤陀螺，尤其涉及一种集成光纤陀螺光路及惯导系统。
技术介绍
1、光纤陀螺是一种基于萨格奈克(sagnac)效应的敏感载体角速度的传感器，具有无运动部件、启动时间快和精度覆盖范围广等优点，在航空、航天、航海和陆地精密导航、武器精密制导及自动控制等领域得到了广泛关注和应用。为了更好地满足惯性导航系统小型化、低成本的发展需求，下一代光纤陀螺迫切需要向小型化发展。光路体积占据光纤陀螺体积的70％以上，是实现小型化面临的首要挑战，迫切需要探索光路小型化的技术方案。
2、单轴光纤陀螺可敏感空间中某一维度的角速率信息，是光纤陀螺典型的架构形式。传统单轴光纤陀螺光路由1个光源、1个探测器、1个耦合器、1个多功能调制器和1个光纤环圈组成。各光学器件均带有独立封装，导致陀螺体积、成本难以下降。光纤环圈是光纤陀螺的核心敏感组件，体积与精度高度相关。因此，光源、探测器、耦合器、多功能调制器是光路小型化的首要对象。如何在保证各器件功能和性能完整性的前提下，将四个分立器件小型化，进而封装在同一结构中，是当前光纤陀螺光路小型化面临的首要挑战。集成光学器件是实现光纤陀螺光路小型化的理想方案。基于集成光学器件的光纤陀螺具有更小的体积、更好的综合性能，是未来光纤陀螺重要的发展方向。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种集成光纤陀螺光路及惯导系统，能够解决现有技术中光纤陀螺光路为分立器件、体积过大、不能满足惯导系统小型化的技术问题。
2、根据本专利技术的一方面，提供了一种集成光
3、发光模块aa包括隔离器aa1、第一耦合器aa2和光源芯片aa3，探测模块ab包括探测芯片ab1、第二耦合器ab2和跨阻放大电路ab3，模式调控模块ac包括发光探测端耦合波导ac1、调制端耦合波导ac2、第一分束/合束波导ac3、转向波导ac4、模式滤除波导ac5和起偏/偏振波导ac6，相位调制模块ad包括第二分束/合束波导ad1和调制电极ad2，第二分束/合束波导ad1兼具起偏/偏振功能，光纤环圈b包括光纤环圈本体b1、环圈输入端b2和环圈输出端b3；
4、光源芯片aa3发出的光束经第一耦合器aa2进行光束整形，隔离器aa1阻止整形后的光束以使其进行反向传播，反向传播的光束经发光探测端耦合波导ac1接收并由转向波导ac4和第一分束/合束波导ac3进行合束和转向，之后经过模式滤除波导ac5和起偏/偏振波导ac6由调制端耦合波导ac2输出至第二分束/合束波导ad1进行分束，分束后的光束在传输过程中，收到调制电极ad2的相位调制信息后经环圈输入端b2进入光纤环圈本体b1传输，经光纤环圈本体b1返回的光束通过环圈输出端b3依次经过调制电极ad2和第二分束/合束波导ad1进入模式调控模块ac，经过调制端耦合波导ac2、转向波导ac4、、模式滤除波导ac5、起偏/偏振波导ac6和第一分束/合束波导ac3后进入探测模块ab，进一步经第二耦合器ab2由探测芯片ab1接收以形成光电流信号，光电流信号经跨阻放大电路ab3转换为电压信号后进行陀螺信号解调。
5、进一步地，第一分束/合束波导ac3和第二分束/合束波导ad1均选自y分支波导、多模干涉波导、绝热耦合波导和定向耦合波导中的一种。
6、进一步地，模式滤除波导ac5选自直通波导、s弯曲波导和螺旋曲线波导中的一种。
7、进一步地，起偏/偏振波导ac6为直通波导或s弯曲波导。
8、进一步地，模式调控模块ac的基材选自si、lnoi、sixny和sio2中的一种，相位调制模块ad的基材选自lnoi或ln。
9、进一步地，光源芯片aa3采用超辐射发光二极管，其中心波长为850nm、1310nm或1550nm。
10、进一步地，探测芯片ab1和跨阻放大电路ab3均采用pin-fet组件或pin-tia组件。
11、进一步地，光路还包括封装结构，封装结构包括器件基底e1、半导体双向制冷器e2、热沉e3、过渡热沉e4、高度垫块e5和热敏电阻e6，半导体双向制冷器e2、热沉e3、过渡热沉e4和热敏电阻e6依次叠放在器件基底e1上的一侧，高度垫块e5设置在器件基底e1上的另一侧，发光模块aa设置在过渡热沉e4上，探测模块ab、模式调控模块ac和相位调制模块ad通过设置在高度垫块e5以与发光模块aa保持高度一致，热敏电阻e6分别与半导体双向制冷器e2和光源芯片a3连接，用于电流闭环反馈。
12、进一步地，过渡热沉e4和高度垫块e5上均设置有固定座，光源芯片aa3、探测芯片ab1、第二耦合器ab2、跨阻放大电路ab3、隔离器aa1和第一耦合器aa2均通过点胶粘接方式固定在固定座上。
13、进一步地，输出尾纤穿过管嘴输出以避免输出尾纤折断，光纤环圈由保偏光纤绕制而成。
14、根据本专利技术的另一方面，提供了一种惯导系统，惯导系统包括本专利技术前述提出的集成光纤陀螺光路。
15、应用本专利技术的技术方案，提供了一种集成光纤陀螺光路及惯导系统，该光路通过设置发光模块、探测模块、模式调控模块和相位调制模块四个模块芯片，并对四个模块的内部光学器件进行合理设计和布局，将除光纤环圈以外的光路器件集成在一个芯片上，使得整个光路仅由集成光学芯片和光纤环圈两个器件组成，能够在实现单轴光纤陀螺所需功能的前提下大幅缩减光路的体积，整体装配简单，一致性好，同时芯片上各模块之间无需光纤连接，能够实现无光纤化构成，进一步简化结构，缩减体积，并且提升可靠性，此外，芯片上四个模块基于光刻工艺实现，且能够根据陀螺和模块需求灵活设计和布局各模块和模块内部实现形式，具有一致性好、成本低、布局灵活、适合大批量生产的优点。
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1.一种集成光纤陀螺光路，其特征在于，所述光路包括集成光学芯片A和光纤环圈B，所述集成光学芯片A包括发光模块AA、探测模块AB、模式调控模块AC和相位调制模块AD，所述发光模块AA、所述探测模块AB和所述相位调制模块AD均采用直接耦合方式与所述模式调控模块AC连接，所述相位调制模块AD通过输出尾纤与所述光纤环圈B连接；
2.根据权利要求1所述的光路，其特征在于，所述第一分束/合束波导AC3和所述第二分束/合束波导AD1均选自Y分支波导、多模干涉波导、绝热耦合波导和定向耦合波导中的一种。
3.根据权利要求2所述的光路，其特征在于，所述模式滤除波导AC5选自直通波导、S弯曲波导和螺旋曲线波导中的一种。
4.根据权利要求2所述的光路，其特征在于，所述起偏/偏振波导AC6为直通波导或S弯曲波导。
5.根据权利要求4所述的光路，其特征在于，所述模式调控模块AC的基材选自Si、LNOI、SixNy和SiO2中的一种，所述相位调制模块AD的基材选自LNOI或LN。
6.根据权利要求5所述的光路，其特征在于，所述光源芯片AA3采用超辐射
7.根据权利要求6所述的光路，其特征在于，所述探测芯片AB1和所述跨阻放大电路AB3均采用PIN-FET组件或PIN-TIA组件。
8.根据权利要求6所述的光路，其特征在于，所述光路还包括封装结构，所述封装结构包括器件基底E1、半导体双向制冷器E2、热沉E3、过渡热沉E4、高度垫块E5和热敏电阻E6，所述半导体双向制冷器E2、所述热沉E3、所述过渡热沉E4和所述热敏电阻E6依次叠放在所述器件基底E1上的一侧，所述高度垫块E5设置在所述器件基底E1上的另一侧，所述发光模块AA设置在所述过渡热沉E4上，所述探测模块AB、所述模式调控模块AC和所述相位调制模块AD通过设置在所述高度垫块E5以与所述发光模块AA保持高度一致，所述热敏电阻E6分别与所述半导体双向制冷器E2和所述光源芯片A3连接，用于电流闭环反馈。
9.根据权利要求8所述的光路，其特征在于，所述过渡热沉E4和所述高度垫块E5上均设置有固定座，所述光源芯片AA3、所述探测芯片AB1、所述第二耦合器AB2、所述跨阻放大电路AB3、所述隔离器AA1和所述第一耦合器AA2均通过点胶粘接方式固定在所述固定座上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光路，其特征在于，所述输出尾纤穿过管嘴输出以避免所述输出尾纤折断，所述光纤环圈由保偏光纤绕制而成。
11.一种惯导系统，其特征在于，所述惯导系统包括权利要求1至10中任一项所述的集成光纤陀螺光路。
...【技术特征摘要】
1.一种集成光纤陀螺光路，其特征在于，所述光路包括集成光学芯片a和光纤环圈b，所述集成光学芯片a包括发光模块aa、探测模块ab、模式调控模块ac和相位调制模块ad，所述发光模块aa、所述探测模块ab和所述相位调制模块ad均采用直接耦合方式与所述模式调控模块ac连接，所述相位调制模块ad通过输出尾纤与所述光纤环圈b连接；
2.根据权利要求1所述的光路，其特征在于，所述第一分束/合束波导ac3和所述第二分束/合束波导ad1均选自y分支波导、多模干涉波导、绝热耦合波导和定向耦合波导中的一种。
3.根据权利要求2所述的光路，其特征在于，所述模式滤除波导ac5选自直通波导、s弯曲波导和螺旋曲线波导中的一种。
4.根据权利要求2所述的光路，其特征在于，所述起偏/偏振波导ac6为直通波导或s弯曲波导。
5.根据权利要求4所述的光路，其特征在于，所述模式调控模块ac的基材选自si、lnoi、sixny和sio2中的一种，所述相位调制模块ad的基材选自lnoi或ln。
6.根据权利要求5所述的光路，其特征在于，所述光源芯片aa3采用超辐射发光二极管，其中心波长为850nm、1310nm或1550nm。
7.根据权利要求6所述的光路，其特征在于，所述探测芯片ab1和所述跨阻放大电路ab3均采用p...
【专利技术属性】
技术研发人员：尚克军，李豪伟，雷明，于晓之，张天其，张丽哲，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：
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