[发明专利]基于铌酸锂波导光路的集成光学芯片以及集成光学组件

说明书

本发明公开了一种基于铌酸锂波导光路的集成光学芯片以及集成光学组件。本发明提供的集成光学芯片具有导波、起偏、分束、合束、相位调制等多种功能，通过制作成阵列式波导光路实现了三轴光纤陀螺的多个光器件的高度集成，并采用阵列式的光纤耦合结构实现了集成光学芯片的组装。采用本发明提供的方案，三轴光纤陀螺的光器件数量可以大幅减少，提升了三轴光纤陀螺系统的可靠性和总体性能、降低了制造成本和装配难度。本发明提供的集成光学芯片以退火质子交换波导为基础，因而兼具有传统铌酸锂波导器件的光学损耗低、热稳定性高、可靠性高、制备工艺成熟等显著特点，十分有利于提升集成光学组件的工程应用价值。

技术领域

本发明可应用于光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种基于铌酸锂波导光路的集成光学芯片以及集成光学组件。

背景技术

惯性测量单元一般包含有三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺仪，其中加速度计用于检测物体在载体坐标系中独立三轴的加速度信号，陀螺仪用于检测载体相对于导航坐标系的角速度信号。惯性测量单元通过测量物体在三维空间中的角速度和加速度，解算出物体的姿态，因而在导航中用着十分重要的应用。

光纤陀螺仪是一种具有精度高、启动时间短、环境适应性强、可靠性高、成本低等多种显著优势的传感仪表，以其为核心元件的惯性测量单元可实现对物体的速度和姿态等信息的快速和精确的测量。

参考图1，所示为一个单轴的光纤陀螺仪的光路基本构造的示意性框图，包括：激光光源、光电探测器、光纤耦合器、Y波导调制器、传感光纤环。对于一套三轴光纤陀螺仪系统，现有技术一般是在单独装配好每一单轴光纤陀螺仪的光路基础上，再进行三轴系统的光路的装配。因此，在现有三轴光纤陀螺仪的技术方案及生产制造过程中，特别是涉及其中无源光纤器件和有源光电器件的光路搭建方面，存在着如下的问题。

首先，在现有的三轴光纤陀螺系统中，一般总共包含有3支光纤耦合器和3支Y波导调制器，即共计6支无源或有源的光器件。此外，两支光器件之间包含有1个光纤熔接点(光纤耦合器的输出光纤和Y波导调制器的输入光纤之间的熔接点)，且每支Y波导调制器包含3个光纤耦合点(1个输入端口和2个输出端口)。由此可见，每套三轴光纤陀螺系统一共包含3个光纤熔接点以及9个Y波导光纤耦合点。

在光纤陀螺仪的组装过程中，光纤熔接点和光纤耦合点是系统可靠性隐患的重点部位，这是因为：通过预热放电熔接的两根光纤存在着熔接点断裂失效的隐患，通过填充紫外胶水并进行紫外光曝光固化的光纤耦合点存在着开胶失效的隐患。熔接点数量和耦合点数量越多，则产品失效的隐患就越大。

其次，较多的光器件必然导致三轴光纤陀螺系统的总体成本难以降低。而且，在三轴光纤陀螺光路系统的组装过程中，由于装配复杂程度较高，工程技术人员的操作熟练度、合格率也很大程度地影响着系统的制造成本。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种可以基于波导光路实现多组的耦合器、起偏器、分束器、合束器、相位调制器等光器件在单一晶片上的多功能集成，且具有可靠性高、稳定性好、操作简便等特点的基于铌酸锂波导光路的集成光学芯片以及集成光学组件。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种基于铌酸锂波导光路的集成光学芯片，包括：

铌酸锂基底晶片及形成于该基底晶片中的三组集成光学结构，且每一组集成光学结构分别对应于一个单轴光纤陀螺仪的光信号处理；