[发明专利]铌酸锂薄膜双Y分支光波导相位调制器

说明书

本发明公开了一种铌酸锂薄膜双Y分支光波导相位调制器，包括双Y分支光波导相位调制器芯片，所述双Y分支光波导相位调制器芯片包括衬底、二氧化硅层、光波导层和保护层，所述保护层上设有调制电极；所述光波导层包括铌酸锂薄膜层和铌酸锂脊形光波导，所述铌酸锂脊形光波导形成双Y分支光波导结构，两个所述Y分支光波导通过基波导连接，所述基波导的两侧设有辐射区。本发明中，在基波导的两侧设置辐射区，有效消除了辐射模在光路中耦合形成的串扰和噪声问题。另外，基波导采用直线结构，无需进行弯曲波导设计，因而能够使光波导的双Y分支结构以及基波导区域的尺寸大大减小，进而实现双Y分支光波导相位调制器的小型化。

技术领域

本发明涉及光波导相位调制器领域，特别涉及一种铌酸锂薄膜双Y分支光波导相位调制器。

背景技术

光纤陀螺仪是一种基于萨格奈克相移效应的角速度传感仪表，具有全固态结构、小体积、抗电磁干扰、高精度及长寿命等一系列优点。如图1所示，光纤陀螺仪由低相干光源、光纤耦合器、Y波导相位调制器、保偏光纤环和光电探测器以及信号处理电路组成，各光学元件以尾纤熔接的方式相连接形成闭合光路，电路部分采用全数字闭环检测方案。当保偏光纤环相对惯性空间以角速率Ω转动时，其中分别沿正反两个方向传输的两列光波经历的不同的光程而产生萨格奈克相位差Фs，信号处理电路在Y波导相位调制器上引入一个调制信号抵消光纤环旋转引起的萨格奈克相位差Фs，通过检测该调制信号即可获得系统相对于惯性空间转动的角速率信息。

为提高光纤陀螺的光路集成度和简化光路装调工艺，业界提出了采用双Y分支光波导相位调制器替代原光路中的光纤耦合器和Y波导相位调制器组合的方案。如图2所示，双Y分支光波导相位调制器芯片以铌酸锂晶片为衬底，通过微电子图形工艺和退化质子交换光波导制备工艺在晶片表面形成近光源端的Y分支光波导、近保偏光纤环端的Y分支光波导、连接两Y分支光波导的基波导和调制电极。

然而，双Y分支光波导相位调制器应用于光纤陀螺时，输入光在第一个Y分支上被近似3dB分光，其中一半的光功率沿中间基波导传播到达第二个Y分支；另一半光功率形成一个非对称模式，辐射进入铌酸锂衬底，并在第二个分支上重新耦合(如图2中的虚线所示)，使两个臂之间产生一个寄生相位差。该相位差对温度非常敏感，在光路中形成串扰和噪声，影响光纤陀螺的零偏稳定性。

现有双Y分支光波导相位调制器主要采用扩散型光波导技术(质子交换工艺/钛扩散工艺)制作双Y分支光波导，由于波导层与基底层的折射率差Δn小，一般只有0.01～0.04，对光的束缚能力较弱，导致铌酸锂扩散型光波导的弯曲半径较大(弯曲半径过小会导致波导损耗急剧变大)。同时，由于铌酸锂扩散型光波导的弯曲半径较大，导致芯片整体占用的空间尺寸极大增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种能够消除光路串扰和噪声，且芯片体积小的铌酸锂薄膜双Y分支光波导相位调制器。

本发明的技术方案如下：

一种铌酸锂薄膜双Y分支光波导相位调制器，包括双Y分支光波导相位调制器芯片，所述双Y分支光波导相位调制器芯片一侧的端面为输入端面，另一侧的端面为输出端面；所述双Y分支光波导相位调制器芯片包括衬底,所述衬底上设有二氧化硅层，所述二氧化硅层上设有铌酸锂薄膜材料制成的光波导层，在所述光波导层上设置有保护层，所述保护层材料的折射率小于铌酸锂薄膜材料的折射率，所述保护层上设有调制电极；