一種新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件，包括Y波導(dǎo)及集成第一光開關(guān)及第二光開關(guān)；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的第一端口分別與Y波導(dǎo)的第一分支及第二分支相連接；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的第四端口分別與光纖環(huán)的兩個(gè)端口相連接；所述Y波導(dǎo)，用于將從光纖陀螺中光源方向入射的寬譜光起偏后等幅分成兩束偏振光，實(shí)現(xiàn)對(duì)光束進(jìn)行相位調(diào)制、分束及合束；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)用于選擇光束的傳輸端口，控制光束的傳輸路徑。采用上述方案，在同一基地材料上采用了一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件，Y波導(dǎo)和光開關(guān)的設(shè)計(jì)對(duì)稱、小巧，具有很高的溫度一致性。
【專利說明】一種新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖陀螺作為新一代高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵傳感器，因其高的抗干擾和抗沖擊能力而備受關(guān)注。已經(jīng)應(yīng)用在航天航空、艦船、導(dǎo)彈等軍事領(lǐng)域。目前增加光纖陀螺精度的方法就是增加光纖環(huán)的長度，但陀螺的動(dòng)態(tài)范圍受到極大的限制，帶寬也隨之下降。并且隨著光纖環(huán)長度的增加，光纖環(huán)的繞制過程越發(fā)復(fù)雜，對(duì)諸如溫度、振動(dòng)等環(huán)境越發(fā)敏感，精度反而沒有隨著光纖環(huán)長度的增加而顯著提高。
[0003]在光纖環(huán)長度一定的條件下，也可以通過光在光纖環(huán)中進(jìn)行多次循環(huán)來增加sagnac效應(yīng),一般都是在集成Y波導(dǎo)兩個(gè)輸出端口后面分別加一個(gè)稱合器或者2X2的聲光開關(guān)實(shí)現(xiàn)，例如申請(qǐng)專利號(hào)為“200910096123.9”的發(fā)明專利“一種短環(huán)光纖陀螺儀”中的設(shè)計(jì)方案，但該方案存在以下缺點(diǎn)和不足:
[0004](I)兩個(gè)耦合器的耦合比需要根據(jù)光在光纖環(huán)中的傳播次數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，此工藝實(shí)現(xiàn)比較困難；
[0005](2)兩個(gè)耦合器的傳輸特性在全溫環(huán)境下(_40°C?60°C) —致性很差，由此引入的非互易性相易很大，且很難消除；
[0006](3)在光的傳輸過程中，由于稱合器的存在,能量損失比較大,加大后面光信號(hào)的處理難度；
[0007]申請(qǐng)專利號(hào)為“200910154023.7”的發(fā)明專利“高靈敏度的光纖陀螺儀”中的設(shè)計(jì)
方案是將耦合器替換為聲光調(diào)制器，但該方案亦存在以下缺點(diǎn)和不足:
[0008](I)兩個(gè)聲光開關(guān)的傳輸特性在全溫環(huán)境下(_40°C?60°C) —致性很差，由此引入的非互易性相易很大，且很難消除；
[0009](2)反應(yīng)速度無法達(dá)到μ s量級(jí)，且只能分體式組裝，尺寸大，不適合整體光纖陀螺的使用。
[0010]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0013]一種新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件，其中，包括Y波導(dǎo)及集成第一光開關(guān)及第二光開關(guān)；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的第一端口分別與Y波導(dǎo)的第一分支及第二分支相連接；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的第四端口分別與光纖環(huán)的兩個(gè)端口相連接；所述Y波導(dǎo)，用于將從光纖陀螺中光源方向入射的寬譜光起偏后等幅分成兩束偏振光，實(shí)現(xiàn)對(duì)光束進(jìn)行相位調(diào)制、分束及合束；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)用于選擇光束的傳輸端口，控制光束的傳輸路徑。
[0014]所述的集成光波導(dǎo)器件，其中，所述入射的寬譜光的端口為單模光纖輸入端口。
[0015]所述的集成光波導(dǎo)器件，其中，所述第二端口為保偏光纖封裝。
[0016]所述的集成光波導(dǎo)器件，其中，所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的第一端口分別與Y波導(dǎo)的第一分支及第二分支通過波導(dǎo)相連接；所述波導(dǎo)基于退火質(zhì)子交換法進(jìn)行制作。
[0017]所述的集成光波導(dǎo)器件，其中，所述Y波導(dǎo)的第一分支及第二分支的兩側(cè)均設(shè)置金屬電極，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一分支及所述第二分支中光信號(hào)的數(shù)字相位調(diào)制；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的光束耦合部位上覆金屬電極，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)進(jìn)行數(shù)字開關(guān)控制。
[0018]所述的集成光波導(dǎo)器件，其中，所述數(shù)字相位調(diào)制及所述數(shù)字開關(guān)控制中的調(diào)制信號(hào)大于2MHz。
[0019]所述的集成光波導(dǎo)器件，其中，所述Y波導(dǎo)、所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)設(shè)置在同一基地材料上制作且結(jié)構(gòu)對(duì)稱。
[0020]所述的集成光波導(dǎo)器件，其中，所述基地材料為鈮酸鋰。
[0021]所述的集成光波導(dǎo)器件，其中，從光纖陀螺中光源方向入射的寬譜光，進(jìn)入Y波導(dǎo)的第一分支及第二分支，并通過金屬電極對(duì)第一分支及第二分支中的光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制后，分別進(jìn)入第一光開關(guān)及第二光開關(guān)，光信號(hào)的傳輸方向通過金屬電極的開關(guān)電壓決定；當(dāng)加載開關(guān)電壓時(shí)，第一光開關(guān)中的光信號(hào)從第一光開關(guān)的第四端口輸出，第二光開關(guān)中的光信號(hào)從第二光開關(guān)的第四端口輸出，當(dāng)電壓為零時(shí)，第一光開關(guān)中的光信號(hào)從第一光開關(guān)的第三端口輸出，第二光開關(guān)中的光信號(hào)從第二光開關(guān)的第三端口輸出。
[0022]采用上述方案，在同一基地材料上采用了一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件，Y波導(dǎo)和光開關(guān)的設(shè)計(jì)對(duì)稱、小巧，具有很高的溫度一致性；本發(fā)明中電極采用集總參數(shù)設(shè)計(jì)，脈沖調(diào)制帶寬高、速度快，滿足短環(huán)光纖陀螺的使用要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明集成光波導(dǎo)器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明集成光波導(dǎo)器件一實(shí)施例的示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明集成光波導(dǎo)器件另一實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)，集起偏、分束/合束、相位調(diào)制、開關(guān)控制、光纖環(huán)內(nèi)多次循環(huán)等功能于一體，在結(jié)構(gòu)上主要分三個(gè)部分鈮酸鋰光學(xué)芯片1，Y波導(dǎo)2和兩個(gè)集成光開關(guān)301、302，其中Y波導(dǎo)2在其兩個(gè)分支201,202上分別制作了鉻金電極I和地，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)分支中的光束進(jìn)行相位調(diào)制和分束、合束功能；分別在光開關(guān)301和302的光束耦合部位制作了鉻金電極2和地，以便對(duì)光開關(guān)中的光束流向選擇，實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制和光纖環(huán)內(nèi)多次循環(huán)功能。Y分支201與光開關(guān)301的端口3 (第一光開關(guān)的第一端口)通過波導(dǎo)相連，Y分支202與光開關(guān)302的端口 7 (第二光開關(guān)的第一端口)通過波導(dǎo)相連。Y波導(dǎo)2與光開關(guān)301、302的所有光波導(dǎo)通路都是基于退火質(zhì)子交換法進(jìn)行制作，保證TE模在波導(dǎo)中傳輸，TM模截止，從而在整個(gè)波導(dǎo)通道中實(shí)現(xiàn)高消光比的起偏。從光源來的光信號(hào)經(jīng)過2端口進(jìn)入Y分支201、202中并通過電極I分別對(duì)分支波導(dǎo)中的光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，分束后一路進(jìn)入光開關(guān)301中，另一路進(jìn)入光開關(guān)302中，加載在電極2上的開關(guān)電壓決定了光信號(hào)的傳輸方向，當(dāng)加載開關(guān)電壓時(shí)，光開關(guān)301中的光信號(hào)從端口 6 (第一光開關(guān)第四端口)中輸出，光開關(guān)302中的光信號(hào)從端口 9 (第二光開關(guān)第四端口)中輸出，當(dāng)電壓為零時(shí)，光開關(guān)301中的光信號(hào)從端口 5 (第一光開關(guān)第三端口)中輸出，光開關(guān)302中的光信號(hào)從端口 10 (第二光開關(guān)第三端口)中輸出。光開關(guān)301、302的端口 4 (第一光開關(guān)的第二端口)和端口 8 (第二光開關(guān)的第二端口)相連。
[0029] 本發(fā)明在同一基地材料上采用了一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件，Y波導(dǎo)和光開關(guān)的設(shè)計(jì)對(duì)稱、小巧，具有很高的溫度穩(wěn)定性。
[0030]本發(fā)明中電極采用集總參數(shù)設(shè)計(jì)，脈沖調(diào)制帶寬高、速度快，滿足短環(huán)光纖陀螺的使用要求。
[0031]實(shí)施例2
[0032]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖2所示，將端口 6和端口 9與光纖環(huán)兩個(gè)端口連接，端口 4和端口 8通過光波導(dǎo)相連，假設(shè)光在光纖環(huán)的渡越時(shí)間為τ，光在光纖環(huán)中傳播η
周，則加載在電極I和電極2上的脈沖寬度為τ，重復(fù)頻率為I。從光源來的光經(jīng)過Y波



ΠΤ
導(dǎo)2后分為兩束光，當(dāng)電極I和電極2加載電壓信號(hào)時(shí),一束光a經(jīng)過Y分支201、光開關(guān)301的端口 3、端口 6進(jìn)入光纖環(huán)中，通過光纖環(huán)進(jìn)入光開關(guān)302端口 9處，與此同時(shí)，另一束光b經(jīng)過Y分支202、光開關(guān)302的端口 7、端口 9進(jìn)入光纖環(huán)中，通過光纖環(huán)進(jìn)入光開關(guān)301端口 6處。此時(shí)電極I和電極2加載電壓信號(hào)消失，光a依次通過光開關(guān)302端口 9、端口 8，光開關(guān)301端口 4、端口 6重新進(jìn)入光纖環(huán)中，與此同時(shí)，光b依次通過光開關(guān)301端口 6、端口 4，光開關(guān)302端口 8、端口 9重新進(jìn)入光纖環(huán)中。當(dāng)光a和光b如此循環(huán)η周分別到達(dá)端口 9和端口 6處時(shí)，電極I和電極2再次加載電壓信號(hào)時(shí)，光a將依次通過端口
9、端口 7、Y分支202返回端口 2處，光b將依次通過端口 6、端口 3、Y分支201、端口 2進(jìn)入探測器，與此此時(shí)，光源來的光從端口 2進(jìn)入Y波導(dǎo)，并分為兩束分別通過光開關(guān)301、302進(jìn)入光纖環(huán)中展開新一輪的循環(huán)。
[0033]實(shí)施例3
[0034]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，提供另一種實(shí)施例，如圖3所不,將上述中的端口 4和端口 8采用保偏光纖連接。
[0035]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型光纖陀螺用集成光波導(dǎo)器件，其特征在于，包括Y波導(dǎo)及集成第一光開關(guān)及第二光開關(guān)；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的第一端口分別與Y波導(dǎo)的第一分支及第二分支相連接；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的第四端口分別與光纖環(huán)的兩個(gè)端口相連接；所述Y波導(dǎo)，用于將從光纖陀螺中光源方向入射的寬譜光起偏后等幅分成兩束偏振光，實(shí)現(xiàn)對(duì)光束進(jìn)行相位調(diào)制、分束及合束；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)用于選擇光束的傳輸端口，控制光束的傳輸路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的集成光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述入射的寬譜光的端口為單模光纖輸入端口。
3.如權(quán)利要求1所述的集成光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的第一端口分別與Y波導(dǎo)的第一分支及第二分支通過波導(dǎo)相連接；所述波導(dǎo)基于退火質(zhì)子交換法進(jìn)行制作。
4.如權(quán)利要求1所述的集成光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述Y波導(dǎo)的第一分支及第二分支的兩側(cè)均設(shè)置金屬電極，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一分支及所述第二分支中光信號(hào)的數(shù)字相位調(diào)制；所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)的光束耦合部位上覆金屬電極，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)進(jìn)行數(shù)字開關(guān)控制。
5.如權(quán)利要求4所述的集成光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述數(shù)字相位調(diào)制及所述數(shù)字開關(guān)控制中的調(diào)制信號(hào)大于2MHz。
6.如權(quán)利要求1所述的集成光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述Y波導(dǎo)、所述第一光開關(guān)及所述第二光開關(guān)設(shè)置在同一基地材料上制作且結(jié)構(gòu)對(duì)稱。
7.如權(quán)利要求6所述的集成光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述基地材料為鈮酸鋰。
8.如權(quán)利要求1所述的集成光波導(dǎo)器件，其特征在于，從光纖陀螺中光源方向入射的寬譜光，進(jìn)入Y波導(dǎo)的第一分支及第二分支，并通過金屬電極對(duì)第一分支及第二分支中的光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制后，分別進(jìn)入第一光開關(guān)及第二光開關(guān)，光信號(hào)在第一光開關(guān)及第二光開關(guān)中的傳輸方向通過金屬電極的開關(guān)電壓決定；當(dāng)加載電壓時(shí)，第一光開關(guān)中的光信號(hào)從第一光開關(guān)的第四端口輸出，第二光開關(guān)中的光信號(hào)從第二光開關(guān)的第四端口輸出，當(dāng)電壓為零時(shí)，第一光開關(guān)中的光信號(hào)從第一光開關(guān)的第三端口輸出，第二光開關(guān)中的光信號(hào)從第二光開關(guān)的第三端口輸出。
9.如權(quán)利要求8所述的集成光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述第二端口為保偏光纖封裝。
【文檔編號(hào)】G01C19/72GK103645592SQ201310684829
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】鄭光金, 李國超, 韓正英, 趙耀, 高業(yè)勝 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所