本申請涉及集成光學傳感，特別涉及一種集成光學芯片及其制造方法、光學陀螺儀。

背景技術：

1、光學陀螺儀是一種用于檢測運動物體方位的光學傳感儀器，光學陀螺儀在武器制導、航天航空、自動化控制等領域得到廣泛運用。隨著技術的發(fā)展，光學陀螺儀的研究不斷的在朝著芯片化的方向發(fā)展，以提高光學陀螺儀結構緊湊度，降低光學陀螺儀的體積與重量。

2、集成光學技術的快速發(fā)展為光學陀螺儀的小型化、低成本和低功耗指明了前進方向。采用單片集成方案將光學陀螺儀分立光學器件，例如光源、探測器、耦合器、偏振分束器、相位調制器和干涉環(huán)等全部芯片化，是人們對集成光學陀螺儀的最初構想。隨著智能化時代的到來，光學陀螺儀的體積和重量受到嚴格的限制，迫切需要小型光學陀螺儀實現(xiàn)載體的角速度測量，使光學陀螺儀的研究逐漸往輕量化、芯片化的方向發(fā)展。

3、目前，光學陀螺儀中的各功能器件間常需要通過光纖與光纖熔接的方式進行連接，從而使得光學陀螺儀的各功能器件間的連接適配度低、損耗高，同時對光學陀螺儀的性能和經(jīng)濟效益造成嚴重影響。因此，如何有效提高光學陀螺儀的集成度是一個亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N集成光學芯片及其制造方法、光學陀螺儀，能夠有效提高光學陀螺儀的集成度、精度和穩(wěn)定性，同時降低系統(tǒng)損耗、裝配復雜度和成本。

2、本申請實施例提供一種集成光學芯片，用于光學陀螺儀，集成光學芯片包括基底、光波導器件層和調制層，光波導器件層設置于基底，光波導器件層包括第一耦合器、偏振分束器、多個第二耦合器和引光槽，第一耦合器包括第一基波導和多個第一分支波導，第一基波導用于與光學陀螺儀的光源連接，第二耦合器的數(shù)量與第一分支波導的數(shù)量相對應，第二耦合器包括第二基波導和兩個第二分支波導，多個第二耦合器的第二基波導與多個第一分支波導一一對應并連接，兩個第二分支波導用于與光學陀螺儀的干涉環(huán)連接，偏振分束器連接于第一耦合器，引光槽連接于偏振分束器，并用于吸收從偏振分束器中分離出的tm偏振光。調制層設置于光波導器件層遠離基底的一側，調制層包括多個相位調制器，相位調制器的數(shù)量與第二耦合器的數(shù)量相對應，多個相位調制器與多個第二耦合器一一對應設置。

3、在第一方面的一些實施例中，第一耦合器和多個第二耦合器沿第一方向間隔設置。多個第一分支波導分別被配置為第一波導、第二波導和第三波導。多個第二耦合器分別被配置為第一器件、第二器件和第三器件，第一器件、第二器件和第三器件，沿第二方向間隔設置，且第二器件在第二方向上位于第一器件和第二器件之間，第一方向和第二方向相交。第一器件的第二基波導連接于第一波導，第二器件的第二基波導連接于第二波導，第三器件的第二基波導連接于第三波導。多個相位調制器分別被配置為第一相位調制器、第二相位調制器和第三相位調制器，第一相位調制器與第一器件對應設置，第二相位調制器與第二器件對應設置，第三相位調制器與第三器件對應設置。

4、在第一方面的一些實施例中，偏振分束器的數(shù)量為多個，多個偏振分束器分別被配置為第一偏振分束器、第二偏振分束器和第三偏振分束器。第一偏振分束器連接于第一波導和第一器件的第二基波導之間，第二偏振分束器連接于第二波導和器件的第二基波導之間，第三偏振分束器連接于第三波導和第三器件的第二基波導之間。

5、在第一方面的一些實施例中，引光槽包括第一槽和第二槽，第一槽連接于第一偏振分束器，第二槽連接于第二偏振分束器和第三偏振分束器。

6、在第一方面的一些實施例中，第二槽包括第一子槽和第二子槽，第一子槽連接于第二偏振分束器，第二子槽連接于第三偏振分束器。

7、在第一方面的一些實施例中，相位調制器包括主體層、電極層和保護層，在垂直于基底的方向上，主體層設置于第二耦合器的遠離基底的一側，電極層設置于主體層的遠離第二耦合器的一側，保護層覆蓋于電極層的遠離主體層的一側。

8、在第一方面的一些實施例中，光波導器件層包括光波導層和第一包層，第一包層包覆于光波導層遠離基底的一側，調制層設置于第一包層遠離光波導層的一側，調制層與第一包層鍵合連接。

9、在第一方面的一些實施例中，相位調制器包括壓電相位調制器和鈮酸鋰相位調制器中的至少一種。

10、第二方面，本申請實施例提供了一種集成光學芯片的制造方法，集成光學芯片的制造方法包括：

11、提供基底；

12、在基底的一側表面形成圖案化的光波導器件層，其中，光波導器件層包括第一耦合器、偏振分束器、多個第二耦合器和引光槽，第一耦合器包括第一基波導和多個第一分支波導，第一基波導用于與光學陀螺儀的光源連接，第二耦合器的數(shù)量與第一分支波導的數(shù)量相對應，第二耦合器包括第二基波導和兩個第二分支波導，多個第二耦合器的第二基波導與多個第一分支波導一一對應并連接，兩個第二分支波導用于與光學陀螺儀的干涉環(huán)連接，偏振分束器連接于第一耦合器，引光槽連接于偏振分束器，并用于吸收從偏振分束器中分離出的光；

13、在光波導器件層背向基底的一側形成調制層，其中，調制層包括相位調制器，相位調制器與第二耦合器對應設置。

14、第三方面，本申請?zhí)峁┮环N光學陀螺儀，其包括光源、多個干涉環(huán)、多個探測器和第一方面任一實施例提供的集成光學芯片。光源連接于第一基波導，干涉環(huán)的數(shù)量與第二耦合器的數(shù)量相對應，干涉環(huán)連接于第二分支波導。探測器的數(shù)量與第二耦合器的數(shù)量相對應，探測器連接于第二基波導。

15、本申請實施例提供的集成光學芯片，用于光學陀螺儀，集成光學芯片包括基底、光波導器件層和調制層，光波導器件層設置于基底，光波導器件層包括第一耦合器、偏振分束器、多個第二耦合器和引光槽，第一耦合器包括第一基波導和多個第一分支波導，第一基波導用于與光學陀螺儀的光源連接，第二耦合器的數(shù)量與第一分支波導的數(shù)量相對應，第二耦合器包括第二基波導和兩個第二分支波導，多個第二耦合器的第二基波導與多個第一分支波導一一對應并連接，兩個第二分支波導用于與光學陀螺儀的干涉環(huán)連接，偏振分束器連接于第一耦合器，引光槽連接于偏振分束器，并用于吸收從偏振分束器中分離出的tm偏振光。調制層設置于光波導器件層遠離基底的一側，調制層包括多個相位調制器，相位調制器的數(shù)量與第二耦合器的數(shù)量相對應，多個相位調制器與多個第二耦合器一一對應設置。通過將第一耦合器、偏振分束器、多個第二耦合器、引光槽和相位調制器集成設置于單一芯片上，在單一芯片上即可實現(xiàn)分光、起偏和調制等功能，從而能夠有效地提高光學陀螺儀的集成度、精度和穩(wěn)定性，同時降低系統(tǒng)損耗、裝配復雜度和成本。

16、上述說明僅是本申請技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請的技術手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本申請的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本申請的具體實施方式。

技術特征：

1.一種集成光學芯片，用于光學陀螺儀，其特征在于，所述集成光學芯片包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的集成光學芯片，其特征在于，所述第一耦合器和所述多個第二耦合器沿第一方向間隔設置；

3.根據(jù)權利要求2所述的集成光學芯片，其特征在于，所述偏振分束器的數(shù)量為多個，多個所述偏振分束器分別被配置為第一偏振分束器、第二偏振分束器和第三偏振分束器；

4.根據(jù)權利要求3所述的集成光學芯片，其特征在于，所述引光槽包括第一槽和第二槽，所述第一槽連接于所述第一偏振分束器，所述第二槽連接于所述第二偏振分束器和所述第三偏振分束器。

5.根據(jù)權利要求4所述的集成光學芯片，其特征在于，所述第二槽包括第一子槽和第二子槽，所述第一子槽連接于所述第二偏振分束器，所述第二子槽連接于所述第三偏振分束器。

6.根據(jù)權利要求1所述的集成光學芯片，其特征在于，所述相位調制器包括主體層、電極層和保護層，在垂直于所述基底的方向上，所述主體層設置于所述第二耦合器的遠離所述基底的一側，所述電極層設置于所述主體層的遠離所述第二耦合器的一側，所述保護層覆蓋于所述電極層的遠離所述主體層的一側。

7.根據(jù)權利要求1所述的集成光學芯片，其特征在于，所述光波導器件層包括光波導層和第一包層，所述第一包層包覆于所述光波導層遠離所述基底的一側，所述調制層設置于所述第一包層遠離所述光波導層的一側，所述調制層與所述第一包層鍵合連接。

8.根據(jù)權利要求1至7任一項所述的集成光學芯片，其特征在于，所述相位調制器包括壓電相位調制器和鈮酸鋰相位調制器中的至少一種。

9.一種集成光學芯片的制造方法，其特征在于，包括：

10.一種光學陀螺儀，其特征在于，包括：

技術總結
本申請?zhí)峁┝艘环N集成光學芯片及其制造方法、光學陀螺儀。集成光學芯片用于光學陀螺儀，集成光學芯片包括基底、光波導器件層和調制層，光波導器件層設置于基底，光波導器件層包括第一耦合器、偏振分束器、多個第二耦合器和引光槽。調制層設置于光波導器件層遠離基底的一側，調制層包括多個相位調制器，相位調制器的數(shù)量與第二耦合器的數(shù)量相對應，多個相位調制器與多個第二耦合器一一對應設置。根據(jù)本申請能夠有效提高光學陀螺儀的集成度、精度和穩(wěn)定性，同時降低系統(tǒng)損耗、裝配復雜度和成本。

技術研發(fā)人員：許文淵,任卓恒,于海鵬
受保護的技術使用者：重慶自行者科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10