[发明专利]一种具有温度稳定性的光波导谐振腔

说明书

技术领域

本发明涉及光波导谐振腔，尤其涉及一种具有温度稳定性的光波导谐振腔。

背景技术

光学环形谐振腔是谐振式光学陀螺(Resonator Optic Gyro，ROG)的核心敏感部件，将一个2×2光学耦合器的其中一个输出端，反馈连接到其中一个输入端，就构成了一个最基本的反射式谐振腔结构；透射式谐振腔结构则由2个2×2光学耦合器构成。根据实现方式的不同，可以是光纤构成的光纤环形谐振腔，或光波导构成的光波导谐振腔，统称为光学谐振腔。在谐振式光学陀螺中，通过检测光学谐振腔顺时针(Clockwise，CW)和逆时针(Counterclockwise，CCW)光路的谐振频率差得到谐振腔相对于惯性参照系的旋转角速度。由于Sagnac效应是一种极其微弱的效应，由旋转角速率引起的谐振频率差是极其微小的。而温度与温度引起的热膨胀影响，实际光学环形谐振腔的谐振频率会发生漂移。如对于二氧化硅光波导或光纤构成的光学谐振腔，SiO₂热光系数1为10^-5/℃，当温度变化1℃时，光学谐振腔谐振频率漂移达到GHz，而1°/s的旋转角速率引起的CW和CCW光路的谐振频率差仅为几百Hz。因此，实用的谐振式光学陀螺采用闭环结构，将一侧光路的信号输出作为反馈，实时调整激光器的输出频率，使之跟随环境温度的变化，从而使激光器的工作频率与光学谐振腔的谐振频率一致。这种设计思想对ROG的谐振伺服回路提出了很高的要求，并且限制了陀螺的性能。

在此基础上，学者们还提出了多种温度控制方案，包括被动式恒温与主动式控温等。这些方案虽然取得了显著的效果，但是增加了陀螺的整体重量与功耗，与谐振式光学陀螺体积小、重量轻、功耗低的特点不相符合。

构成硅基二氧化硅波导芯片的材料具有正热光系数，即折射率随温度升高二增大。使用负热光系数的材料作为补偿，可以降低光波导芯片整体的温度敏感性。本发明的目的在于利用折射率接近且小于二氧化硅、具有负热光系数的含氟丙烯酸酯共聚物，研制出具有温度稳定性的光波导谐振腔，改善ROG的性能。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提出一种具有温度稳定性的光波导谐振腔技术。

第一种具有温度稳定性的光波导谐振腔：在光波导芯片本体上设有输入/输出光通路与谐振环；输入/输出光通路的两端位于光波导芯片本体的边缘；输入/输出光通路与谐振环通过输入/输出耦合器相连，构成反射式光波导谐振腔；光波导芯片本体上设有上包层和下包层，上包层的材料为负热光系数的材料构成，负热光系数的材料为含氟丙烯酸酯共聚物。

第二种具有温度稳定性的光波导谐振腔：在光波导芯片本体上设有输入光通路、输出光通路与谐振环；输入光通路的两端位于光波导芯片本体的一侧边缘；输出光通路位于光波导芯片本体的另一侧边缘；谐振环位于输入光通路与输出光通路之间，谐振环一侧通过输入耦合器与输入光通路相连，谐振环另一侧通过输出耦合器与输出光通路相连，构成透射式光波导谐振腔；光波导芯片本体上设有上包层和下包层，上包层的材料为负热光系数的材料构成，负热光系数的材料为含氟丙烯酸酯共聚物。

第三种具有温度稳定性的光波导谐振腔：在光波导芯片本体上设有输入/输出光通路与谐振环；输入/输出光通路的两端位于光波导芯片的边缘；输入/输出光通路与谐振环通过输入/输出耦合器相连，构成反射式光波导谐振腔；谐振环上刻蚀有倾斜波导光栅，倾斜波导光栅反射界面与光线传输方向成大于0度小于90度的夹角、刻蚀深度大于零且小于光波导芯片芯层厚度的波导光栅，光波导芯片本体上设有上包层和下包层，上包层的材料和倾斜波导光栅的填充介质为负热光系数的材料构成，负热光系数的材料为含氟丙烯酸酯共聚物。

第四种种具有温度稳定性的光波导谐振腔：在光波导芯片本体上设有输入光通路、输出光通路与谐振环；输入光通路的两端位于光波导芯片的一侧边缘；输出光通路位于光波导芯片的另一侧边缘；谐振环位于输入光通路与输出光通路之间，谐振环一侧通过输入耦合器与输入光通路相连，谐振环另一侧通过输出耦合器与输出光通路相连，构成透射式光波导谐振腔；谐振环的两臂分别刻蚀有第一倾斜波导光栅、第二倾斜波导光栅，第一倾斜波导光栅和第二倾斜波导光栅反射界面与光线传输方向成大于0度小于90度的夹角、刻蚀深度大于零且小于光波导芯片芯层厚度的波导光栅；光波导芯片本体上设有上包层和下包层，上包层的材料、第一倾斜波导光栅和第二倾斜波导光栅的填充介质为负热光系数的材料构成，负热光系数的材料为含氟丙烯酸酯共聚物。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：