[发明专利]光学波导及其制作方法与微光学陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及光学测速领域，尤其涉及一种光学波导及其制作方法与微光学陀螺。 

背景技术

微光学陀螺主要是一种角速度的探测装置，其基本原理为光学Sagnac效应，通过探测陀螺输出产生的相位差异或者频率差值来探测外界角速度的变化，为惯性系统的关键器件之一，有着很大的军用意义和民用意义。 

微光学陀螺是一种利用萨格纳克(Sagnac)效应用来探测角速度的装置，目前的微光学陀螺主要有两种类型：干涉式与谐振式，干涉式陀螺通过使光在光学谐振腔中的敏感环中顺、逆时针传输的光在出射端发生干涉，通过对干涉结果的测量，得到相同传播两光束直接的相位差，最终计算得到陀螺转动的角速度。而谐振式微光学陀螺是通过信号检测系统检测光学谐振腔中的光产生萨格纳克(Sagnac)效应后输出时的相位差，来探测角速度的。 

从上述介绍中可以看出，微光学陀螺中的敏感部件-光学谐振腔是决定了微光学陀螺精度的关键部件，现有技术中是采用在硅片上制造光波导或者微镜阵列等技术实现该光学谐振腔的，并通过使该谐振腔的结构上有所差异，来实现干涉式或谐振式的不同工作原理，但由于光学谐振腔结构的限制，使这种采用光波导结构或微镜阵列的光学结构光程小，用在干涉式微光学陀螺或谐振式微光学陀螺中时，普遍存在光传播的距离短，萨格纳克(Sagnac)效应小，使得利用这种光学谐振腔的微光学陀螺无法达到较高的探测精度。 

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明实施方式的目的是提供一种光学波导及其制作方法与微光学陀螺，解决现有微光学陀螺中光在光学波导传播距离短，萨格纳克(Sagnac)效应弱，检测角速度不准确的问题。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

本发明实施方式提供一种光学波导，该光学波导采用硅片作为衬底，在所述硅片上设有多层螺旋形波导，多层螺旋形波导中的各层螺旋形波导之间设有隔离层，相邻两层螺旋形波导的连接端通过设在两层螺旋形波导之间隔离层内的垂直波导连接，多层螺旋形波导依次连接后形成整体的螺旋形波导。 

所述多层螺旋形波导依次连接后形成整体的螺旋形波导具体为：最下层螺旋形波导依次通过中间各层螺旋形波导与最上层螺旋形波导连接后形成整体的螺旋形波导。 

本发明实施方式还提供一种光学波导的制作方法，包括： 

制备第一层螺旋形波导：在硅片上生长一层缓冲层，在缓冲层上生长第一层硅波导层，在所述硅波导层上涂光刻胶后经光刻形成螺旋形波导图形，并根据所形成的螺旋形波导图形通过刻蚀形成螺旋形波导槽作为第一层螺旋形波导，之后通过刻蚀或V形槽制作工艺在形成的第一层螺旋形波导末端形成连接用的楔形结构； 

制备垂直波导：在上述制得的硅片结构上涂光刻胶后经光刻暴露出螺旋形波导槽，之后在该结构上生长与螺旋形波导槽厚度相同的牺牲层，通过剥离去除波导区外的牺牲层，在上述结构上生长隔离层，在隔离层上涂光刻胶后经光刻形成垂直波导的截面图形，并使垂直波导的截面图形与波导区的楔形结构在硅片上的投影面图相对应，根据垂直波导的截面图形通过刻蚀在隔离层中形成垂直波导通道，通过垂直波导通道利用选择性腐蚀去除垂直波导 通道对应的波导槽内的牺牲层形成螺旋形波导与垂直波导一体的中空结构； 

制备第二层螺旋形波导：涂灌热固化胶使上述中空结构固化成型，并以形成的热固化胶作为第二层波导层，在固化胶上涂光刻胶后经光刻形成螺旋形波导图形，并通过刻蚀工艺形成第二层螺旋形波导及连接前一层螺旋形波导的楔形结构； 

若制备多层螺旋形波导，在制备的第二层螺旋形波导的末端通过刻蚀或V形槽制作工艺在该层螺旋形波导末端形成连接用的楔形结构，并生长隔离层，通过剥离技术去除楔形结构区的隔离层，重复上述制备第二层螺旋形波导的步骤，在制得的各层螺旋形波导的结构上，依次形成后续各层螺旋形波导，得到经垂直波导连通的多层螺旋形波导。 

所述在硅片上生长一层缓冲层具体包括： 

利用标准半导体清洗工艺将硅片清洗干净，然后利用CVD法在硅片上生长500nm厚的缓冲层； 

所述制备第一层螺旋形波导时，在上述缓冲层上生长第一层硅波导层是通过CVD法在缓冲层上生长10微米厚的硅波导层。 

所述方法中，根据螺旋形波导图形刻蚀出螺旋形波导槽采用的是RIE刻蚀；所述根据垂直波导的截面图形通过刻蚀在隔离层中形成垂直波导通道均采用的是湿法刻蚀。 

所述方法中，生长隔离层是采用CVD法在形成的硅片结构上生长硅隔离层或二氧化硅隔离层。