[发明专利]应力自补偿波导谐振腔及谐振式集成光学陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及光学探测设备领域，尤其涉及一种应力自补偿波导谐振式集成光学陀螺及其制作方法。 

背景技术

集成光学陀螺的基本原理是光学萨格纳克(Sagnac)效应，当外界存在旋转角速度时，会引起谐振腔中顺、逆时针方向传输的光的频率差，此频率差与承载谐振腔转动的载体的角速度成正比例关系，通过频率差即可以间接测量载体的角速度。集成光学陀螺与其它类型的陀螺相比相应的优势：如与光纤陀螺相比，体积小、成本低；与MEMS陀螺相比，抗冲击能力强、耐震动、环境不敏感、抗电磁能力强、工作寿命长；与环形激光陀螺相比，无高压电源驱动、无机械抖动、成本低；与微镜式MOEMS陀螺相比，加工工艺简单、光路易调节、抗震动、性能更加稳定。基于上述的各种优势，集成光学陀螺成为目前惯性领域研究的热点之一。 

由于波导结构谐振腔自身特性的优势，集成光学陀螺中的关键部件也采用硅基二氧化硅材料的波导谐振腔，硅基二氧化硅材料的优势主要集中在材料损耗比较低，材料加工的一致性比较好，模场匹配度高等方面，但由于硅基二氧化硅材料的温度的敏感性，导致波导谐振腔受环境温度影响较大，易因环境温度变化产生的应力对波导结构谐振腔内的硅基波导通道造成不利影响，降低使用波导结构谐振腔的集成光学陀螺的测量精度。 

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应力自补偿波导谐振腔及谐振式集成光学陀螺，解决传统的集成光学陀螺受环境温度影响大，制约其极限精度的问题 

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应力自补偿波导谐振腔，该谐振腔包括： 

硅衬底，在硅衬底上设有缓冲层和二氧化硅层，二氧化硅层中设有掺磷二氧化硅环形波导，掺磷二氧化硅环形波导上设有三个光耦合器，在掺磷二氧化硅环形波导上面涂覆补偿该环形波导应力的应力补偿层。 

所述涂覆的应力补偿层为涂覆具有负热膨胀系数的材料形成的应力补偿层。 

所述负热膨胀系数的材料为聚二甲基硅氧烷PDMS材料。 

所述应力补偿层的面积与掺磷二氧化硅环形波导的面积相同。 

所述二氧化硅层中设有掺磷二氧化硅环形波导具体是由若干直波导与若干弯曲波导连接后构成的跑道形波导谐振腔。 

所述三个耦合器均为由直波导和弯曲波导组成的腔外耦合器。 

本发明实施方式还提供一种基于上述中任一项所述的应力自补偿波导谐振腔的集成光学陀螺，包括： 

检测与控制模块和光电混合模块，所述光电混合模块中设有波导谐振腔，所述波导谐振腔采用上述权利要求1-6任一项中所述的应力自补偿波导谐振腔； 

其中，所述检测与控制模块，与所述光电混合模块连接，用于检测光电混合模块输出的信号作为反馈信号，并根据反馈信号控制光电混合模块中的光源，并对其输出的光进行调制后，使进入波导谐振腔中顺、逆传播的光均产生谐振； 

所述光电混合模块的探测器输出端分别与所述检测与控制模块的信号输入处理端连接，用于将光电混合模块的波导谐振腔输出的信号反馈至检测与 控制模块。 

所述光电混合模块具体包括： 

光源、集成光学调制器、应力自补偿波导谐振腔和两个探测器； 

光源的输出端与所述集成光学调制器连接，集成光学调制器的两路输出与所述应力自补偿波导谐振腔输入端连接，所述应力自补偿波导谐振腔的两路输出分别与一个探测器连接。 

所述光源为窄谱激光光源。 

所述检测与控制模块具体包括： 

信号处理电路、两路输入信号处理电路、两路次反馈环路和主反馈环路； 

其中，两路输入信号处理电路分别与信号处理电路连接，用于分别与外部的两个探测器连接，引入两个探测器将两个光学波导谐振腔输出的光信号转换后的电信号；任一路输入信号处理电路均由前置放大电路、滤波器和模数转换器A/D顺次连接而成； 

两路次反馈环路分别与信号处理电路的两路控制输出端连接，用于分别连接外部的两个相位调制器，控制两个相位调制器对光源输出光的相位进行模拟调制；任一路次反馈环路均由数模转换器D/A、模拟缓冲放大器连接而成； 

主反馈环路与信号处理电路的光源控制输出端连接，用于连接外部光源，调节光源出射光产生移频；主反馈环路由数模转换器D/A、电压变换电路和PZT频率调节电路顺次连接而成。