CN113280802B - 一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片。本发明在铌酸锂波导基底上集成入射单元，用于对入射光起偏；相位调制单元，用于对起偏后的光进行调制得到调制光波；第一耦合单元，用于将返回光波耦合进探测器；第二耦合单元，用于对调制光波按一定比例分光；出射单元，用于将分光后的光起偏后输出到后续谐振腔。采用铌酸锂薄膜生长技术优化钛扩散铌酸锂波导的模场分布，减小其与光纤的耦合损耗；采用附加金属层技术实现对输入/输出光偏振态的控制，减小陀螺***偏振噪声。本发明的芯片集成相位调制、偏振控制与耦合分光功能，体积小，耦合损耗小，偏振控制能力强，有助于提高谐振式集成光学陀螺的灵敏度与稳定性。

Description

一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片
技术领域
本发明涉及集成光学和惯性传感技术领域，具体涉及一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片。
背景技术
谐振式集成光学陀螺的研究最早始于上个世纪90年代，其是一种利用萨格奈克效应测量旋转角速率的新型惯性仪表。相较于传统的干涉式光纤陀螺，既继承了其无运动部件、高精度、长寿命等优点，同时又具备了低成本、批量化、小体积、高精度、抗过载等优势，因而是下一代新型惯性导航器件发展的主流技术。
谐振式集成光学陀螺的主要目标是实现高精度传感的同时缩小光学陀螺的体积，但是在目前的发展过程中突出了两个方面的难点：其一，***集成程度不足。光学陀螺各功能部件，如激光光源、耦合器、相位调制器、探测器、光波导线路、光学谐振腔等，所基于材料各有所不同，实现混合集成或单片集成的技术难度较大；其二，与成熟的干涉式光纤陀螺相比性能上尚有欠缺。受限于现阶段微纳加工工艺水平，加工出的光波导谐振腔损耗较大，背向散射严重，且缺乏有效的偏振控制能力，从而限制了谐振式集成光学陀螺的实际工程应用。
铌酸锂(LiNbO3)晶体是一种具有优异的电光与声光效应的光学材料。因其良好的物理、化学稳定性、宽的光学低损耗窗口(0.4μm-4.5μm)、较大的电光系数(Υ33＝30pm/V)以及优异的二阶非线性效应，近几十年来在微光机电***(MOMES)领域一直受到广泛的关注。截止目前，利用成熟的退火质子交换工艺或钛扩散工艺在晶片型铌酸锂体材料上制作的MZI型电光强度调制器、Y-分支相位调制器、直波导相位调制器、定向耦合器、I-Q调制器、周期性极化变频器已经在光纤通信、量子通信、光纤陀螺、以及微波光子领域得到了广泛的应用。
铌酸锂波导除了可以实现多种功能器件外，其传输损耗也较低，是制作光波导线路的理想材料，但是其应用于谐振式集成光学陀螺时还有两大难点：第一，质子交换铌酸锂波导具有起偏功能，但当弯曲半径较小时，因偏振波动引入的弯曲损耗过大，为了降低弯曲损耗，波导弯曲半径往往较大，这又不满足谐振式集成光学陀螺小型化的发展趋势，而相对地，钛扩散铌酸锂波导对传输光波没有起偏能力，弯曲半径可以较小，但又容易给陀螺***引入偏振噪声；第二，由于铌酸锂波导中传输的光场模场不是对称分布，造成其与光纤匹配时耦合损耗较大，约在1dB左右，这限制了谐振式集成光学陀螺的探测灵敏度。
发明内容
本发明实施例的目的是针对现有谐振式集成光学陀螺的难点，基于铌酸锂(LiNbO3)材料易于集成，优异的电光性能等特点，采用成熟的钛扩散铌酸锂波导技术，铌酸锂薄膜生长技术、附加金属层技术提供一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，以解决现有技术中***集成程度低、耦合损耗大、偏振控制难、体积较大的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，包括：以铌酸锂波导为基底的入射单元、相位调制单元、第一耦合单元、第二耦合单元、出射单元；所述的入射单元，用于接收入射光波，并对光波进行起偏；所述的相位调制单元，用于对起偏后的光波进行调制得到调制光波；所述的第一耦合单元，用于将调制光波输入到第二耦合单元，同时接收第二耦合单元返回的光波，并将其耦合进探测器；所述的第二耦合单元，用于接收第一耦合单元的输入光波，并将其按预定比例分光；所述的出射单元，用于将分光后的光波起偏后输出到谐振腔，构成谐振环路的一部分。
进一步地，所述的入射单元两输出端分别与所述相位调制单元两输入端连接，所述相位调制单元两输出端分别与所述第一耦合单元两输入端连接，所述第一耦合单元的两个直通臂输出端分别与所述第二耦合单元的第一耦合波导两端连接，所述第二耦合单元的第二耦合波导两端分别与所述出射单元两输入端连接。
进一步地，所述的铌酸锂波导包括：铌酸锂衬底、钛扩散铌酸锂波导层、铌酸锂薄膜层、二氧化硅层，所述钛扩散铌酸锂波导层位于铌酸锂衬底内部，所述铌酸锂薄膜层位于所述钛扩散铌酸锂波导层上表面，所述二氧化硅层位于铌酸锂薄膜层上表面。
进一步地，所述的钛扩散铌酸锂波导层是采用钛扩散工艺将钛掺杂剂扩散到所述铌酸锂衬底主体中形成的，所述铌酸锂衬底和所述铌酸锂薄膜层均为单晶结构，晶体切向一致为X切Y传。
进一步地，所述入射单元包括第一附加金属层、第二附加金属层、第一入射波导和第二入射波导，所述第一入射波导和第二入射波导均由所述铌酸锂波导构成，所述第一附加金属层布置在第一入射波导前端部分的上表面，所述第二附加金属层布置在第二入射波导前端部分的上表面。
进一步地，所述相位调制单元包括第一调制波导、第二调制波导、第一电极、第二电极，所述第一调制波导和第二调制波导均由所述铌酸锂波导构成，所述第一调制波导的输入端与所述第一入射波导输出端相连接，所述第二调制波导的输入端与所述第二入射波导输出端相连接，所述第一电极对称分布于所述第一调制波导的两侧上表面，从而对所述第一调制波导的输入光进行调制；所述第二电极对称分布于所述第二调制波导的两侧上表面，从而对所述第二调制波导的输入光进行调制。
进一步地，所述第一耦合单元包括第一直通臂、第二直通臂、第一耦合臂、第二耦合臂，所述第一直通臂与第一耦合臂均由所述铌酸锂波导构成，所述第一直通臂输入端与所述第一调制波导输出端连接，所述第二直通臂与第二耦合臂均由所述铌酸锂波导构成，所述第二直通臂输入端与所述第二调制波导输出端连接。
进一步地所述第一直通臂与第一耦合臂相互靠拢布置以实现50：50的耦合分光功能。所述第二直通臂与第二耦合臂相互靠拢布置，实现50：50的耦合分光功能。
进一步地，所述第二耦合单元包括第一耦合波导和第二耦合波导，所述第一耦合波导和第二耦合波导均由所述铌酸锂波导构成，且两者相互靠拢布置，所述第一耦合波导两端分别与所述第一直通臂、第二直通臂的输出端相连。
进一步地，所述出射单元包括第一出射波导、第二出射波导、第三附加金属层、第四附加金属层，所述第一出射波导和第二出射波导均由所述铌酸锂波导构成，所述第三附加金属层布置在所述第一出射波导后端部分的上表面，所述第四附加金属层布置在所述第二出射波导后端部分的上表面，所述第一出射波导和第二出射波导输入端分别与所述第二耦合波导两端相连。
根据以上技术方案，本发明采用成熟的钛扩散铌酸锂波导技术制备性能可靠，传输损耗低的光波导，实现谐振式集成光学陀螺的相位调制器、定向耦合器、偏振控制器的集成，提高了***集成度，减小了***体积。采用铌酸锂薄膜生长技术优化钛扩散铌酸锂波导的模场分布，减小波导与光纤的耦合损耗。采用附加金属层技术实现了对输入/输出光偏振态的控制，减小光学陀螺的偏振噪声。本发明实施例克服了现有技术中***集成程度低、耦合损耗大、偏振控制难、体积较大的问题。本发明实施例可用于谐振式集成光学陀螺，采用该芯片并外接入空芯光子晶体光纤谐振腔，可大大抑制谐振式集成光学陀螺的偏振噪声、背向散射噪声和克尔噪声，有望实现高灵敏度的实用化谐振式集成光学陀螺。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片的各功能单元示意图；
图2是本发明实施例提供的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片的整体示意图；
图3是本发明实施例提供的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片的第一入射波导结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片的第一调制波导结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片应用在谐振式集成光学陀螺中的整体结构示意图；
图6是本实施例中谐振式集成光学陀螺处于静止状态时探测器探测到的谐振腔顺逆两路谐振曲线；
图7是本实施例中谐振式集成光学陀螺处于旋转状态时探测器探测到的谐振腔顺逆两路谐振曲线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
参考图1和图2，本发明实施例提供一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，该芯片可以包括：以铌酸锂波导为基底的入射单元1、相位调制单元2、第一耦合单元3、第二耦合单元4、出射单元5；所述的入射单元1，用于接收入射光波，并对光波进行起偏；所述的相位调制单元2，用于对起偏后的光波进行调制得到调制光波；所述的第一耦合单元3，用于将调制光波输入到第二耦合单元4，同时接收第二耦合单元4返回的光波，并将其耦合进探测器；所述的第二耦合单元4，用于接收第一耦合单元3的输入光波，并将其按预定比例分光；所述的出射单元5，用于将分光后的光波起偏后输出到谐振腔，构成谐振环路的一部分。
根据以上技术方案，本发明采用成熟的钛扩散铌酸锂波导技术制备性能可靠，传输损耗低的光波导，实现谐振式集成光学陀螺的相位调制器、定向耦合器、偏振控制器的集成，提高了***集成度，减小了***体积。采用铌酸锂薄膜生长技术优化钛扩散铌酸锂波导的模场分布，减小波导与光纤的耦合损耗。采用附加金属层技术实现了对输入/输出光偏振态的控制，减小光学陀螺的偏振噪声。本发明实施例克服了现有技术中***集成程度低、耦合损耗大、偏振控制难、体积较大的问题。本发明实施例可用于谐振式集成光学陀螺，采用该芯片并外接入空芯光子晶体光纤谐振腔，可大大抑制谐振式集成光学陀螺的偏振噪声、背向散射噪声和克尔噪声，有望实现高灵敏度的实用化谐振式集成光学陀螺。
此外，采用该芯片并外接入空芯光子晶体光纤谐振腔，可大大抑制谐振式集成光学陀螺的偏振噪声、背向散射噪声和克尔噪声，有望实现高灵敏度的实用化谐振式集成光学陀螺。
参考图1，本实施例中，所述的入射单元1两输出端分别与所述相位调制单元2两输入端连接，所述相位调制单元2两输出端分别与所述第一耦合单元3两输入端连接，所述第一耦合单元3的两个直通臂输出端31、32分别与所述第二耦合单元4的第一耦合波导41两端连接，所述第二耦合单元4的第二耦合波导42两端分别与所述出射单元5两输入端连接。
参考图2，本实施例中，所述的铌酸锂波导包括：铌酸锂衬底6、钛扩散铌酸锂波导层7、铌酸锂薄膜层8、二氧化硅层9，所述钛扩散铌酸锂波导层7位于铌酸锂衬底6内部，所述铌酸锂薄膜层8位于所述钛扩散铌酸锂波导层7上表面，所述二氧化硅层9位于铌酸锂薄膜层8上表面。
本实施例中，所述的钛扩散铌酸锂波导层7是采用钛扩散工艺将钛掺杂剂扩散到所述铌酸锂衬底6主体中形成的，为了与光纤模场大小匹配，钛扩散深度约9.5μm，铌酸锂薄膜生长厚度为500nm，以此改善波导中传输光波的模场分布，使其与光纤模场相匹配。
所述铌酸锂衬底6和所述铌酸锂薄膜层8均为单晶结构，晶体切向一致为X切Y传，由此可以使得施加电场的方向与光轴Z方向平行，提高调制深度。
所述二氧化硅层9的沉积厚度约20nm，二氧化硅层9充当波导和附加金属层11，12，53，54与电极23，24之间的缓冲层，其作用是，既可以在偏振滤波时避免TM模式和TE模式损耗都很大，也可以改善调制过程中光波与微波间存在的相速失配和微波衰减。
参考图1和图3，本实施例中，所述入射单元1包括第一附加金属层11、第二附加金属层12、第一入射波导13和第二入射波导14，所述第一入射波导13和第二入射波导14均由所述铌酸锂波导构成，所述第一附加金属层11布置在第一入射波导13前端部分的上表面，所述第二附加金属层12布置在第二入射波导14前端部分的上表面。第一附加金属层11、第二附加金属层12材质为金(Au),金膜厚度100nm，由于表面等离子激元效应的发生，传输光波中的TM模式被完全吸收，以此实现对传输光波中TM模式的滤除，使得输出光波以TE模式传输。
参考图1和图4，本实施例中，所述相位调制单元2包括第一调制波导21、第二调制波导22、第一电极23、第二电极24，所述第一调制波导21和第二调制波导22均由所述铌酸锂波导构成，所述第一调制波导21的输入端与所述第一入射波导13输出端相连接，所述第二调制波导22的输入端与所述第二入射波导14输出端相连接，所述第一电极23对称分布于所述第一调制波导21的两侧上表面，从而对所述第一调制波导21的输入光进行调制；所述第二电极24对称分布于所述第二调制波导22的两侧上表面，从而对所述第二调制波导22的输入光进行调制。第一电极23、第二电极24材质为金(Au)，金膜厚度为150nm。电极分别通过金丝引线给铌酸锂相位调制器施加电信号，对输入光波进行调制。
参考图1，本实施例中，所述第一耦合单元3包括第一直通臂31、第二直通臂32、第一耦合臂33、第二耦合臂34，所述第一直通臂31与第一耦合臂33均由所述铌酸锂波导构成，所述第一直通臂31输入端与所述第一调制波导21输出端连接，所述第二直通臂32与第二耦合臂34均由所述铌酸锂波导构成，所述第二直通臂32输入端与所述第二调制波导22输出端连接。
参考图1，本实施例中，所述第一直通臂31与第一耦合臂33相互靠拢布置以实现50：50的耦合分光功能。所述第二直通臂32与第二耦合臂34相互靠拢布置，实现50：50的耦合分光功能。
参考图1，本实施例中，所述第二耦合单元4包括第一耦合波导41和第二耦合波导42，所述第一耦合波导41和第二耦合波导42均由所述铌酸锂波导构成，且两者相互靠拢布置，通过调整两靠拢波导的间距，使得耦合比为90:10，即只有10％的输入光将被耦合到第二耦合波导42中。所述第一耦合波导41两端分别与所述第一直通臂31、第二直通臂32的输出端相连。
参考图1，本实施例中，所述出射单元5包括第一出射波导51、第二出射波导52、第三附加金属层53、第四附加金属层54，所述第一出射波导51和第二出射波导52均由所述铌酸锂波导构成，所述第三附加金属层53布置在所述第一出射波导51后端部分的上表面，所述第四附加金属层54布置在所述第二出射波导52后端部分的上表面，所述第一出射波导51和第二出射波导52输入端分别与所述第二耦合波导42两端相连。第三附加金属层53、第四附加金属层54材质与第一附加金属层11、第二附加金属层12一致。
本实施例提供的谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片其尺寸为1.2cm×1cm×1mm，当然不仅限于此。
下面描述本发明多功能铌酸锂芯片的制备方法，主要包括以下步骤：
1)按照芯片的尺寸及图案设计要求制作第一块掩膜板，通过第一块掩膜板进行光刻和钛扩散工艺在铌酸锂衬底6上制备钛扩散铌酸锂波导层7；
2)采用脉冲激光沉积法(PLD)在钛扩散铌酸锂波导层7上生长特定厚度的铌酸锂薄膜层8；
3)采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在铌酸锂薄膜层8上再沉积一层二氧化硅层9；
4)按照芯片的尺寸及图形设计要求制作第二块掩膜版，采用光刻与镀膜工艺在二氧化硅层上制作第一附加金属层11、第二附加金属层12、第三附加金属层53和第四附加金属层54；
5)按照芯片的尺寸及图形设计要求制作第三块掩膜版，采用光刻与镀膜工艺在第一调制波导21两侧制作第一电极23，在第二调制波导22两侧制作第二电极24，电极设计采用行波结构；
6)第一电极23和第二电极24通过金丝引线与外部输入信号端口连接。
下面再通过具体的实例来进一步说明：
参见附图5，本发明实施例提供了一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片应用在谐振式集成光学陀螺中的具体方案，包括：激光器101，激光器输出尾纤102，1×2光纤耦合器103，耦合器输出尾纤104，105，光纤尾纤封装块106，本发明实施例提供的谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片107，光电探测器108，109，光电探测器尾纤110，111，光子晶体光纤环114。具体的参数如下所示：
1)激光器101：采用窄线宽激光器，波长1550nm，功率10mW；
2)激光器输出尾纤102，耦合器输出尾纤104，105，光电探测器尾纤110，111：均采用1550nm波段的熊猫型保偏光纤，模场直径约10μm；
3)1×2光纤耦合器103：采用保偏型1×2光纤耦合器，分光比例50：50；
4)光纤尾纤封装块106：采用亚克力材料；
5)光电探测器108，109：采用实验室自制光电探测模块，光电探头的光敏材料均为InGaAs，光探测范围为1100～1700nm，响应度大于0.85，内置的放大电路增益可调节；
6)光子晶体光纤环114：采用1550nm波段光子带隙型空芯光子晶体光纤，模场直径约10μm；
激光器101输出光波经1×2耦合器103分为相同光功率的两束光，分别在耦合器输出尾纤104，105中传输。耦合器尾纤104，105末端各加上一个光纤尾纤封装块106用来固定尾纤，并与多功能铌酸锂芯片107入射单元1的两输入端对准耦合，耦合后的光波经入射单元1进入多功能铌酸锂芯片107内，入射单元1对输入光波有起偏作用，保证芯片内光波为TE模式传播。
尾纤104中传输的光波经调制后，由第二耦合单元4耦合分光，10％的耦合光再经过出射模块5的起偏作用，最后经光子晶体光纤环114的输入光纤113进入谐振腔，开始循环传输，此路光波成为逆时针(CounterClockWise，CCW)光波；相对应地，尾纤105中传输的光波经调制后，由第二耦合单元4耦合分光，10％的耦合光再经过出射模块5的起偏作用，最后经光子晶体光纤环114的输入光纤112进入谐振腔，开始循环传输，此路光波成为顺时针(ClockWise，CW)光波。
在光子晶体光纤环114中循环传输的CCW光波不断地经第二耦合单元4耦合出谐振腔，形成CCW路谐振信号，CCW路谐振信号经第一耦合单元3耦合进光电探测器尾纤111，最终被光电探测器109探测；相对应地，在光子晶体光纤环114中循环传输的CW光波也不断地经第二耦合单元4耦合出谐振腔，形成CW路谐振信号，CW路谐振信号经第一耦合单元3耦合进光电探测器尾纤110，最终被光电探测器108探测。
对应用本发明实施例的谐振式集成光学陀螺在静态条件下进行了仿真测试。一种典型的探测器探测到的谐振腔正逆两路谐振信号如图6所示，其中虚线表示光电探测器108探测到的CW路谐振信号，实线表示光电探测器109探测到的CCW路谐振信号，其中横坐标为激光器输出光频率，单位为(GHz)，纵坐标为探测器探测到的电压信号，单位为(V)，在此静态条件下，可以看出，顺逆时针光路的谐振频率相同，都为f0，因此两路谐振频率差为0。
若陀螺沿顺时针方向(CW)旋转时，一种典型的探测器探测到的谐振腔正逆两路谐振信号如图7所示，其中虚线表示光电探测器108探测到的CW路谐振信号，实线表示光电探测器109探测到的CCW路谐振信号，其中横坐标为激光器输出光频率，单位为(GHz)，纵坐标为探测器探测到的电压信号，单位为(V)，在此动态条件下，可以看出，顺时针光路谐振频率减小，逆时针光路谐振频率增大，两路谐振频率差即为Sagnac频移，通过检测该频移信号即可得出旋转的角速率。
本发明提出了一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，利用本发明有利于提高谐振式集成光学陀螺的***集成度，减小陀螺的体积，提高谐振式集成光学陀螺的灵敏度与稳定性。本发明克服了现有技术中***集成程度低、耦合损耗大、偏振控制难、体积较大的问题。本发明采用成熟的钛扩散铌酸锂波导技术制备性能可靠，传输损耗低的光波导，实现谐振式集成光学陀螺的相位调制器、定向耦合器、偏振控制器的集成，提高了***集成度，减小了***体积。采用铌酸锂薄膜生长技术优化钛扩散铌酸锂波导的模场分布，减小波导与光纤的耦合损耗。采用附加金属层技术实现了对输入/输出光偏振态的控制，减小光学陀螺的偏振噪声。本发明具有很强的实用性，采用该芯片并外接入空芯光子晶体光纤谐振腔，可大大抑制谐振式集成光学陀螺的偏振噪声、背向散射噪声和克尔噪声，有望实现高灵敏度的实用化谐振式集成光学陀螺。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，其特征在于，包括：以铌酸锂波导为基底的入射单元（1）、相位调制单元（2）、第一耦合单元（3）、第二耦合单元（4）、出射单元（5）；
所述的入射单元（1），用于接收入射光波，并对光波进行起偏；
所述的相位调制单元（2），用于对起偏后的光波进行调制得到调制光波；
所述的第一耦合单元（3），用于将调制光波输入到第二耦合单元（4），同时接收第二耦合单元（4）返回的光波，并将其耦合进探测器；
所述的第二耦合单元（4），用于接收第一耦合单元（3）的输入光波，并将其按预定比例分光；
所述的出射单元（5），用于将分光后的光波起偏后输出到谐振腔，构成谐振环路的一部分；
其中，所述的铌酸锂波导包括：铌酸锂衬底（6）、钛扩散铌酸锂波导层（7）、铌酸锂薄膜层（8）、二氧化硅层（9），所述钛扩散铌酸锂波导层（7）位于铌酸锂衬底（6）内部，所述铌酸锂薄膜层（8）位于所述钛扩散铌酸锂波导层（7）上表面，所述二氧化硅层（9）位于铌酸锂薄膜层（8）上表面；所述的钛扩散铌酸锂波导层（7）是采用钛扩散工艺将钛掺杂剂扩散到所述铌酸锂衬底（6）主体中形成的，所述铌酸锂衬底（6）和所述铌酸锂薄膜层（8）均为单晶结构，晶体切向一致为X切Y传。
2.根据权利要求1所述的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，其特征在于，所述的入射单元（1）两输出端分别与所述相位调制单元（2）两输入端连接，所述相位调制单元（2）两输出端分别与所述第一耦合单元（3）两输入端连接，所述第一耦合单元（3）的两个直通臂输出端（31、32）分别与所述第二耦合单元（4）的第一耦合波导（41）两端连接，所述第二耦合单元（4）的第二耦合波导（42）两端分别与所述出射单元（5）两输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，其特征在于，所述入射单元（1）包括第一附加金属层（11）、第二附加金属层（12）、第一入射波导（13）和第二入射波导（14），所述第一入射波导（13）和第二入射波导（14）均由所述铌酸锂波导构成，所述第一附加金属层（11）布置在第一入射波导（13）前端部分的上表面，所述第二附加金属层（12）布置在第二入射波导（14）前端部分的上表面。
4.根据权利要求3所述的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，其特征在于，所述相位调制单元（2）包括第一调制波导（21）、第二调制波导（22）、第一电极（23）、第二电极（24），所述第一调制波导（21）和第二调制波导（22）均由所述铌酸锂波导构成，所述第一调制波导（21）的输入端与所述第一入射波导（13）输出端相连接，所述第二调制波导（22）的输入端与所述第二入射波导（14）输出端相连接，所述第一电极（23）对称分布于所述第一调制波导（21）的两侧上表面，从而对所述第一调制波导（21）的输入光进行调制；所述第二电极（24）对称分布于所述第二调制波导（22）的两侧上表面，从而对所述第二调制波导（22）的输入光进行调制。
5.根据权利要求4所述的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，其特征在于，所述第一耦合单元（3）包括第一直通臂（31）、第二直通臂（32）、第一耦合臂（33）、第二耦合臂（34），所述第一直通臂（31）与第一耦合臂（33）均由所述铌酸锂波导构成，所述第一直通臂（31）输入端与所述第一调制波导（21）输出端连接，所述第二直通臂（32）与第二耦合臂（34）均由所述铌酸锂波导构成，所述第二直通臂（32）输入端与所述第二调制波导（22）输出端连接。
6.根据权利要求5所述的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，其特征在于，所述第一直通臂（31）与第一耦合臂（33）相互靠拢布置以实现50：50的耦合分光功能；所述第二直通臂（32）与第二耦合臂（34）相互靠拢布置，实现50：50的耦合分光功能。
7.根据权利要求6所述的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，其特征在于，所述第二耦合单元（4）包括第一耦合波导（41）和第二耦合波导（42），所述第一耦合波导（41）和第二耦合波导（42）均由所述铌酸锂波导构成，且两者相互靠拢布置，所述第一耦合波导（41）两端分别与所述第一直通臂（31）、第二直通臂（32）的输出端相连。
8.根据权利要求7所述的一种谐振式集成光学陀螺用多功能铌酸锂芯片，其特征在于，所述出射单元（5）包括第一出射波导（51）、第二出射波导（52）、第三附加金属层（53）、第四附加金属层（54），所述第一出射波导（51）和第二出射波导（52）均由所述铌酸锂波导构成，所述第三附加金属层（53）布置在所述第一出射波导（51）后端部分的上表面，所述第四附加金属层（54）布置在所述第二出射波导（52）后端部分的上表面，所述第一出射波导（51）和第二出射波导（52）输入端分别与所述第二耦合波导（42）两端相连。
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