CN113884085B - 基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片 - Google Patents
基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113884085B CN113884085B CN202111449569.2A CN202111449569A CN113884085B CN 113884085 B CN113884085 B CN 113884085B CN 202111449569 A CN202111449569 A CN 202111449569A CN 113884085 B CN113884085 B CN 113884085B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sio
- waveguide
- sin
- mode converter
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 81
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 117
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 117
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 117
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 117
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 117
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 117
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 24
- XGRYDJSRYGHYOO-KJYQHMRQSA-N bis[[(1r,8r)-2,3,5,6,7,8-hexahydro-1h-pyrrolizin-1-yl]methyl] 2,4-bis(4-hydroxyphenyl)cyclobutane-1,3-dicarboxylate Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1C(C(=O)OC[C@H]2[C@H]3CCCN3CC2)C(C=2C=CC(O)=CC=2)C1C(=O)OC[C@H]1[C@H]2CCCN2CC1 XGRYDJSRYGHYOO-KJYQHMRQSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 31
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 20
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 20
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 20
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 14
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 11
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/721—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/725—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers using nxn optical couplers, e.g. 3x3 couplers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明实施例公开了一种基于SiO2‑SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片，包括第一光纤‑SiO2波导模式转换器、第二光纤‑SiO2波导模式转换器、第一3dB SiO2耦合器、第一SiO2‑SiN波导模式转换器、SiN连续曲率弯曲波导起偏器、第二SiO2‑SiN波导模式转换器、第二3dB SiO2耦合器、第三光纤‑SiO2波导模式转换器及第四光纤‑SiO2波导模式转换器。本发明在保证开环光纤陀螺精度的同时，可有效提高其稳定性、可靠性，实现开环光纤陀螺的更小型化、更低功耗、更低成本、更简单结构设计及工艺。
Description
技术领域
本发明涉及集成光学和惯性传感技术领域，尤其涉及一种基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片。
背景技术
由于可以精确测量角位移，高灵敏度的陀螺仪在一系列领域中，如航空导航、机器人、无人汽车驾驶以及地理测绘等，发挥着至关重要的作用，低廉紧凑的陀螺仪更是受到市场的广泛需求。基于Sagnac效应的光学陀螺由于其高灵敏度受到了广泛的关注，已经发展成为了一项多用途的成熟技术。相比传统基于角动量守恒的机械陀螺，光学陀螺没有运动模块，因此不受重力、冲击和振动的影响，从而也意味着不需要任何特殊的万向悬挂架或者封装手段。
经过近年来的发展，光学陀螺的实现方式主要包括激光陀螺、光纤陀螺以及集成光学陀螺。其中，随着集成光子学的发展，集成光学陀螺凭借其小型集成化、质量轻以及成本低的优势，成为当前陀螺领域中研究的热点。通过将除传感线圈外光学陀螺需要的所有有源和无源光学器件进行集成，即构成集成光学驱动（IOD）芯片，该驱动芯片可以同传感线圈，如被动光纤或超低损耗的氮化硅波导，连接在一起形成干涉光学陀螺。这样以来，该集成驱动芯片大大减少了光学陀螺的尺寸、重量、功耗以及制作成本，从而将为光学陀螺的普及起到重要的推动作用。
目前的集成光学陀螺还停留在分立式样机的研制阶段，其体积较大、集成化程度不高。制约光学陀螺实现集成化的因素，一是各关键光学器件的集成化设计和加工工艺技术还不够成熟；二是利用单一材料平台实现满足性能要求的各关键器件（如低插损耦合器、高消光比起偏器等）还存在很多挑战和问题亟待解决。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片，以有效提高其稳定性、可靠性，同时实现开环光纤陀螺的更小型化、更低功耗、更低成本、更简单结构设计及工艺。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片，包括第一光纤- SiO2波导模式转换器、第二光纤- SiO2波导模式转换器、第一3dB SiO2耦合器、第一SiO2-SiN波导模式转换器、SiN连续曲率弯曲波导起偏器、第二SiO2-SiN波导模式转换器、第二3dB SiO2耦合器、第三光纤- SiO2波导模式转换器及第四光纤- SiO2波导模式转换器；
第一光纤- SiO2波导模式转换器一端通过光纤与外部光源相连，第一光纤- SiO2波导模式转换器的另一端与第一3dB SiO2耦合器的一个分支相连；第二光纤- SiO2波导模式转换器一端通过光纤与外部光电探测器相连，第二光纤- SiO2波导模式转换器的另一端与第一3dB SiO2耦合器的另一个分支相连；
第一3dB SiO2耦合器的基波导与第一SiO2-SiN波导模式转换器的一端对准耦合；第一SiO2-SiN波导模式转换器的另一端与SiN连续曲率弯曲波导起偏器的一端相连；SiN连续曲率弯曲波导起偏器的另一端与第二SiO2-SiN波导模式转换器的一端相连；第二SiO2-SiN波导模式转换器的另一端与第二3dB SiO2耦合器的基波导对准耦合；第二3dB SiO2耦合器的一个分支与第三光纤- SiO2波导模式转换器一端相连，第二3dB SiO2耦合器的另一个分支与第四光纤- SiO2波导模式转换器一端相连；第三光纤- SiO2波导模式转换器的另一端和第四光纤- SiO2波导模式转换器的另一端分别与外部光纤环两端相连。
进一步地，所述第一、第二、第三、第四光纤- SiO2波导模式转换器均采用inversed taper结构实现与光纤的模场直径匹配，工作波长范围为800-900nm。
进一步地，所述第一3dB SiO2耦合器和第二3dB SiO2耦合器均采用1×2 MMI耦合器，工作波长范围为800-900nm。
进一步地，所述第一SiO2-SiN波导模式转换器和第二SiO2-SiN波导模式转换器均采用inversed taper结构，在耦合端面处实现第一、第二3dB SiO2耦合器的基波导与各自对应的SiO2-SiN波导模式转换器中的SiN波导之间的模场直径匹配，减少耦合损耗，其工作波长范围为800-900nm。
进一步地，所述SiN连续曲率弯曲波导起偏器由具有较高纵横比的曲率连续分布的弯曲波导组成，其波导的宽度和高度、弯曲波导部分的最小弯曲半径以及总的弯曲波导长度满足：波导高度<80nm，波导宽高纵横比>25，弯曲波导部分最小弯曲半径取值范围为[300um, 900um]，总的弯曲波导长度为6πRmin，其中Rmin为所述最小弯曲半径。
本发明的有益效果为：
1、利用与光纤折射率接近的SiO2波导作为中介，将光纤中较大的模场转换为较小的模场，再耦合到SiN波导中进行起偏，可以实现较小的总体耦合损耗。
2、在SiN波导中基于尺寸设计可以实现较大的双折射，而具有高双折射的波导可以提供较好的相位误差抑制。
3、基于曲率连续的弯曲波导结构实现的起偏器设计，可以在保证准TE0模式很小的传播损耗下实现准TE0/TM0两个模式间很高的消光比（>50dB），从而可以很好的抑制光纤陀螺中与偏振有关的相位误差。
4、提升了开环光纤陀螺的温度稳定性及可靠性，实现开环光纤陀螺的小型化。由于SiO2、SiN材料的热光系数较小，从而使得环境温度的变化对起偏器的光学传输特性影响较小，进而一定程度上抑制了温度漂移效应，提高了陀螺的温度稳定性。另外，通过集成光波导和器件，避免了采用分离器件引入的寄生反射、连接点处增加的***损耗以及对环境敏感的偏振失配等，进一步提高了***的可靠性，并且减小了体积，适合小型化开环光纤陀螺的集成，也使得开环光纤陀螺的成本进一步降低。
附图说明
图1中(a) 为光纤- SiO2波导模式转换器的俯视图；（b）为光纤- SiO2波导模式转换器的横截面图。
图2是本发明实施例的1×2MMI耦合器的结构示意图。
图3中（a）是SiO2-SiN波导模式转换器的俯视图；（b）是SiO2-SiN波导模式转换器的横截面图。
图4是本发明实施例的SiN连续曲率弯曲波导起偏器的结构示意图。
图5是本发明实施例的SiN连续曲率弯曲波导起偏器的曲率随弯曲波导长度的分布图。
图6是本发明实施例的基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片的结构示意图。
附图标号说明
第一光纤- SiO2波导模式转换器1-1，第二光纤- SiO2波导模式转换器1-2，第一3dB SiO2耦合器2，耦合区域3，第一SiO2-SiN波导模式转换器4，SiN连续曲率弯曲波导起偏器5，第二SiO2-SiN波导模式转换器6，第二3dB SiO2耦合器7，第三光纤- SiO2波导模式转换器8-1，第四光纤- SiO2波导模式转换器8-2，标号9的箭头方向为外部光源输出的光的方向，标号10的箭头方向为输出到外部光纤环的光的方向。
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结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参照图1～图6，本发明实施例的基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片包括第一光纤- SiO2波导模式转换器1-1、第二光纤- SiO2波导模式转换器1-2、第一3dB SiO2耦合器2、第一SiO2-SiN波导模式转换器4、SiN连续曲率弯曲波导起偏器5、第二SiO2-SiN波导模式转换器6、第二3dB SiO2耦合器7、第三光纤- SiO2波导模式转换器8-1及第四光纤- SiO2波导模式转换器8-2。
第一光纤- SiO2波导模式转换器1-1一端通过光纤与外部光源相连，第一光纤-SiO2波导模式转换器1-1的另一端与第一3dB SiO2耦合器2的一个分支相连；第二光纤-SiO2波导模式转换器1-2一端通过光纤与外部光电探测器相连，第二光纤- SiO2波导模式转换器1-2的另一端与第一3dB SiO2耦合器2的另一个分支相连。
第一3dB SiO2耦合器2的基波导与第一SiO2-SiN波导模式转换器4的一端对准耦合；第一SiO2-SiN波导模式转换器4的另一端与SiN连续曲率弯曲波导起偏器5的一端相连；SiN连续曲率弯曲波导起偏器5的另一端与第二SiO2-SiN波导模式转换器6的一端相连；第二SiO2-SiN波导模式转换器6的另一端与第二3dB SiO2耦合器7的基波导对准耦合；第二3dBSiO2耦合器7的一个分支与第三光纤- SiO2波导模式转换器8-1一端相连，第二3dB SiO2耦合器7的另一个分支与第四光纤- SiO2波导模式转换器8-2一端相连；第三光纤- SiO2波导模式转换器8-1的另一端和第四光纤- SiO2波导模式转换器8-2的另一端分别与外部光纤环两端相连。
参照图6所示，外部光源输出的光经光纤沿箭头9标识的方向耦合到芯片上的第一光纤- SiO2波导模式转换器1-1，模式转换器1-1输出的光包含两种不同的偏振模式（准TE0和TM0）；两种不同的偏振模式通过第一3dB SiO2耦合器2、耦合区域3和第一SiO2-SiN波导模式转换器4后，经直波导进入SiN连续曲率弯曲波导起偏器5，由于起偏器5的偏振选择，将准TM0模式泄露到了SiO2包层中，而在SiN波导中只保留了准TE0模式；该TE0模式通过第二SiO2-SiN波导模式转换器6和耦合区域3进入第二3dB SiO2耦合器7，分成两束经第三、第四光纤-SiO2波导模式转换器8-1和8-2后，耦合进入光纤环；这两束光在光纤环中分别沿顺时针和逆时针方向相向传播，且两束光满足相干条件。当光纤环绕其中心轴发生转动后，产生了Sagnac效应，从而在回到第二3dB SiO2耦合器7处的干涉光强发生变化；该干涉光信号经第二3dB SiO2耦合器7、耦合区域3、第二SiO2-SiN波导模式转换器6、起偏器5、第一SiO2-SiN波导模式转换器4、耦合区域3、第一3dB SiO2耦合器2、第二光纤- SiO2波导模式转换器1-2后，耦合输出到外部的光电探测器（光的方向如图6中沿箭头10标识的方向），从而检测出变化的光强，经处理后即得转动角速度信息。
作为一种实施方式，所述第一、第二、第三、第四光纤- SiO2波导模式转换器均采用inversed taper结构实现与光纤的模场直径匹配，工作波长范围为800-900nm。对于inversed taper结构，在固定SiO2波导厚度情况下，通过优化输入端波导的宽度，可实现与光纤模场直径的匹配；当taper长度足够长时，可实现较高的耦合效率，模式串扰可以忽略不计。如图1所示；以超细径保偏光纤为例，其包层直径为40um，纤芯直径为3um，在波长830nm处，光纤中的准TE0模式的模场直径约为3.7um；对于inversed taper结构，在固定SiO2波导厚度情况下，通过优化输入端波导的宽度，可实现与光纤模场直径的匹配；以SiO2波导厚度1um为例，此时最优波导宽度为394nm，对应波导中的准TE0模式在830nm下的模场直径约为3.7um，从而实现了二者间的模场匹配，可实现93%的耦合效率，模式串扰可以忽略不计。在该实施例中，SiO2波导厚度为1um，输入端波导宽度为394nm，对应波导中的准TE0模式在830nm下的模场直径约为3.7um。输入端直波导长度为100um，taper长度为500um，输出端波导宽度为2um，对应的耦合效率为93%。
作为一种实施方式，所述第一3dB SiO2耦合器和第二3dB SiO2耦合器均采用1×2MMI耦合器，工作波长范围为800-900nm。为了减少寄生反射以及降低加工误差，本发明实施例可对所述1×2 MMI耦合器的结构进行了优化，抑制了后向反射，其结构设计如图2所示；以宽度为2um、高度为1um的SiO2波导尺寸为例，在波长830nm处，1×2 MMI耦合器的最优结构参数为：耦合区域宽度为25um，长度为370um，两输出通道间隔为0.3um，此时对于TE0模式的插损为-0.04dB。在该实施例中，SiO2波导宽度为2um，高度为1um，耦合区域宽度为25um，长度为370um，两输出通道间隔为0.3um，输入和输出taper的长度为225um，与耦合区域相接的宽度为10um；此时对于TE0模式的插损为-0.04dB。
作为一种实施方式，所述第一SiO2-SiN波导模式转换器和第二SiO2-SiN波导模式转换器均采用inversed taper结构实现SiN波导与输入SiO2波导的模场直径匹配，工作波长范围为800-900nm。对于SiN inversed taper结构，在固定SiN波导厚度情况下，通过优化输入端波导的宽度，可实现与输入SiO2波导模场直径的匹配，模式串扰可以忽略不计。如图3所示；以宽度为2um、高度为1um的SiO2波导尺寸为例，在波长830nm处，波导中的准TE0模式的模场直径约为2um；对于SiN inversed taper结构，在固定SiN波导厚度情况下，通过优化输入端波导的宽度，可实现与输入SiO2波导模场直径的匹配；以SiN波导厚度为45nm为例，此时最优波导宽度为539nm，对应波导中的准TE0模式在830nm下的模场直径约为2um，从而实现了二者间的模场匹配，可实现93.2%的耦合效率，模式串扰可以忽略不计。在该实施例中，SiN波导厚度为45nm，输入端波导宽度为539nm，对应波导中的准TE0模式在830nm下的模场直径约为2um。输入端直波导长度为50um，taper长度为500um，输出端波导宽度为1200nm。
作为一种实施方式，参照图4所示，所述SiN连续曲率弯曲波导起偏器由具有较高纵横比的曲率连续分布的弯曲波导组成。其波导的宽度和高度、弯曲波导部分的最小弯曲半径以及总的弯曲波导长度满足：波导高度<80nm，波导宽高纵横比>25，弯曲波导部分最小弯曲半径取值范围为[300um, 900um]，总的弯曲波导长度为6πRmin，其中Rmin为所述最小弯曲半径。
所述起偏器设计原理为：在目标工作波长范围800-900nm内，合理选择波导尺寸，使其具有足够大的宽-高纵横比，从而波导内仅支持准TE0/TM0两个模式，且二者之间有足够大的有效折射率差，使得TM0的模场尺寸远大于TE0，故在相同的弯曲半径下，TM0的弯曲辐射损耗远大于TE0，从而在足够长的传输距离下实现偏振选择；另一方面，选择合适的弯曲半径，确保在合理长度的传播距离下准TE0模式的传播损耗小于0.5dB，且准TE0/TM0两个模式之间的偏振消光比大于50dB；此外，在弯曲半径固定的情况下，对于输入/输出直波导与弯曲圆弧以及具有相反符号曲率的圆弧连接处，由于曲率的不连续，导致模场分布的不连续，从而引起准TE0模式的散射，导致传播损耗。针对上述问题，本技术方案设计了从输入端到输出端曲率连续分布的弯曲波导结构，其曲率随长度的分布如图5所示，从而避免了TE0模式由于曲率不连续引起的散射损耗，进一步减小了TE0模式的总体传播损耗，提高了起偏器的偏振消光比。
在该实施例中，SiN波导尺寸为1200×45nm，最小弯曲半径为500um，弯曲波导总的长度为9.4mm，对应的曲率随弯曲波导长度的分布如图5所示。
本发明在保证开环光纤陀螺精度的同时，可有效提高其稳定性、可靠性，提高开环光纤陀螺的多项性能，实现开环光纤陀螺的更小型化、更低功耗、更低成本、更简单结构设计及工艺。
由于光纤折射率与SiN相差较大，使得基于SiN的倒锥形模式转换器尖端的模场尺寸还是无法较好地与单模光纤匹配，导致二者间的耦合损耗较大；故本发明选择与光纤折射率接近的SiO2波导作为中介，将光纤中较大的模场转换为较小的模场，再耦合到SiN波导中进行起偏，从而实现较小的总体耦合损耗。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (5)
1.一种基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片，其特征在于，包括第一光纤- SiO2波导模式转换器、第二光纤- SiO2波导模式转换器、第一3dB SiO2耦合器、第一SiO2-SiN波导模式转换器、SiN连续曲率弯曲波导起偏器、第二SiO2-SiN波导模式转换器、第二3dB SiO2耦合器、第三光纤- SiO2波导模式转换器及第四光纤- SiO2波导模式转换器；
第一光纤- SiO2波导模式转换器一端通过光纤与外部光源相连，第一光纤- SiO2波导模式转换器的另一端与第一3dB SiO2耦合器的一个分支相连；第二光纤- SiO2波导模式转换器一端通过光纤与外部光电探测器相连，第二光纤- SiO2波导模式转换器的另一端与第一3dB SiO2耦合器的另一个分支相连；
第一3dB SiO2耦合器的基波导与第一SiO2-SiN波导模式转换器的一端对准耦合；第一SiO2-SiN波导模式转换器的另一端与SiN连续曲率弯曲波导起偏器的一端相连；SiN连续曲率弯曲波导起偏器的另一端与第二SiO2-SiN波导模式转换器的一端相连；第二SiO2-SiN波导模式转换器的另一端与第二3dB SiO2耦合器的基波导对准耦合；第二3dB SiO2耦合器的一个分支与第三光纤- SiO2波导模式转换器一端相连，第二3dB SiO2耦合器的另一个分支与第四光纤- SiO2波导模式转换器一端相连；第三光纤- SiO2波导模式转换器的另一端和第四光纤- SiO2波导模式转换器的另一端分别与外部光纤环两端相连。
2.如权利要求1所述的基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四光纤- SiO2波导模式转换器均采用inversed taper结构实现与光纤的模场直径匹配，工作波长范围为800-900nm。
3.如权利要求1所述的基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片，其特征在于，所述第一3dB SiO2耦合器和第二3dB SiO2耦合器均采用1×2 MMI耦合器，工作波长范围为800-900nm。
4.如权利要求1所述的基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片，其特征在于，所述第一SiO2-SiN波导模式转换器和第二SiO2-SiN波导模式转换器均采用inversed taper结构，在耦合端面处实现第一、第二3dB SiO2耦合器的基波导与各自对应的SiO2-SiN波导模式转换器中的SiN波导之间的模场直径匹配，减少耦合损耗，其工作波长范围为800-900nm。
5.如权利要求1所述的基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片，其特征在于，所述SiN连续曲率弯曲波导起偏器由具有较高纵横比的曲率连续分布的弯曲波导组成，其波导的宽度和高度、弯曲波导部分的最小弯曲半径以及总的弯曲波导长度满足：波导高度<80nm，波导宽高纵横比>25，弯曲波导部分最小弯曲半径取值范围为[300um,900um]，总的弯曲波导长度为6πRmin，其中Rmin为所述最小弯曲半径。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111449569.2A CN113884085B (zh) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | 基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111449569.2A CN113884085B (zh) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | 基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113884085A CN113884085A (zh) | 2022-01-04 |
| CN113884085B true CN113884085B (zh) | 2022-02-08 |
Family
ID=79016152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111449569.2A Active CN113884085B (zh) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | 基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113884085B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114815051B (zh) * | 2022-06-30 | 2022-09-16 | 深圳奥斯诺导航科技有限公司 | 光学陀螺双层SiN基集成驱动芯片 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4220395A (en) * | 1974-05-13 | 1980-09-02 | Regents Of University Of California | Polarization converter and circuit elements for use in optical waveguides |
| CN101216317A (zh) * | 2008-01-21 | 2008-07-09 | 浙江大学 | 光纤陀螺用互易性集成光学调制芯片 |
| CN101320113A (zh) * | 2008-07-15 | 2008-12-10 | 浙江大学 | 一种波导型偏振模式转换器 |
| CN102565955A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-11 | 中国科学院半导体研究所 | 电可调谐光栅耦合器 |
| CN105659814B (zh) * | 2009-08-12 | 2013-05-08 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 一种全光路无熔接点的闭环光纤陀螺及光路实现方法 |
| CN105444750A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-03-30 | 湖北三江航天红峰控制有限公司 | 一种保偏光子晶体光纤陀螺及其制造方法 |
| CN109579816A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-05 | 天津津航技术物理研究所 | 混合集成光纤陀螺光学芯片 |
| CN109725385A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-07 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 一种基于波导光栅耦合器的光偏振态调整芯片 |
| CN112833873A (zh) * | 2020-09-12 | 2021-05-25 | 天津领芯科技发展有限公司 | 光子集成芯片以及干涉型光纤陀螺 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3692474B2 (ja) * | 2002-11-01 | 2005-09-07 | 日本航空電子工業株式会社 | 光ファイバジャイロ |
| TWI719888B (zh) * | 2020-04-17 | 2021-02-21 | 極星光電股份有限公司 | 積體雙翼式光電感測核心晶片 |
-
2021
- 2021-12-01 CN CN202111449569.2A patent/CN113884085B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4220395A (en) * | 1974-05-13 | 1980-09-02 | Regents Of University Of California | Polarization converter and circuit elements for use in optical waveguides |
| CN101216317A (zh) * | 2008-01-21 | 2008-07-09 | 浙江大学 | 光纤陀螺用互易性集成光学调制芯片 |
| CN101320113A (zh) * | 2008-07-15 | 2008-12-10 | 浙江大学 | 一种波导型偏振模式转换器 |
| CN105659814B (zh) * | 2009-08-12 | 2013-05-08 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 一种全光路无熔接点的闭环光纤陀螺及光路实现方法 |
| CN102565955A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-11 | 中国科学院半导体研究所 | 电可调谐光栅耦合器 |
| CN105444750A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-03-30 | 湖北三江航天红峰控制有限公司 | 一种保偏光子晶体光纤陀螺及其制造方法 |
| CN109579816A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-05 | 天津津航技术物理研究所 | 混合集成光纤陀螺光学芯片 |
| CN109725385A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-07 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 一种基于波导光栅耦合器的光偏振态调整芯片 |
| CN112833873A (zh) * | 2020-09-12 | 2021-05-25 | 天津领芯科技发展有限公司 | 光子集成芯片以及干涉型光纤陀螺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113884085A (zh) | 2022-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101387519B (zh) | 一种空芯光子晶体光纤陀螺 | |
| EP3864373A1 (en) | Photonic integrated circuits, fiber optic gyroscopes and methods for making the same | |
| CN112833873A (zh) | 光子集成芯片以及干涉型光纤陀螺 | |
| CN114397729B (zh) | 基于连续曲率弯曲波导起偏器的SiN集成光学芯片 | |
| WO2023103610A1 (zh) | 基于SiON起偏器的光纤陀螺用SiN基集成光学芯片 | |
| CN111854726B (zh) | 一种空芯反谐振光纤陀螺 | |
| CN114527538B (zh) | 一种具有模式选择结构的铌酸锂薄膜芯片 | |
| CN112066973B (zh) | 一种铌酸锂波导的集成光子晶体光纤陀螺 | |
| CN109579817B (zh) | 一种硅基-ln基混合集成光学芯片的制备方法 | |
| WO2024000936A1 (zh) | 光学陀螺双层SiN基集成驱动芯片 | |
| CN115356867A (zh) | 铌酸锂薄膜集成芯片、光电子器件和光纤陀螺 | |
| US10564355B2 (en) | Optical waveguide element | |
| CN111060090A (zh) | 一种三轴一体星载光纤陀螺光路 | |
| CN113884085B (zh) | 基于SiO2-SiN耦合芯片结构的光纤陀螺用的集成光学芯片 | |
| Shang et al. | Near-navigation-grade interferometric fiber optic gyroscope with an integrated optical chip | |
| CN117433500B (zh) | 基于光子芯片的偏振模式复用双倍光程的光纤陀螺 | |
| CN112097754B (zh) | 一种铌酸锂和su-8混合集成空芯光子晶体光纤陀螺 | |
| CN116026308B (zh) | 一种高阶模空芯光纤陀螺及制作方法 | |
| CN102645214A (zh) | 一种具有温度稳定性的光波导谐振腔 | |
| CN115857098B (zh) | 一种硅基片上光学环行器 | |
| CN109186582B (zh) | 一种片上光学干涉式角速度传感模块 | |
| CN111024058A (zh) | 一种基于电光效应开关的实现多次绕行的光纤陀螺仪及其方法 | |
| CN114690453A (zh) | 压电-弹光相移器及光学陀螺SiN集成芯片 | |
| CN109579814B (zh) | 一种光纤陀螺仪 | |
| Guo et al. | Three-axis interferometric fiber optic gyroscope with silica integrated coupler chip |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518000 Unit 4 401, Huamei Industrial Zone, Dongfang Community, Songgang Street, Baoan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Osno Industry Co.,Ltd. Address before: 518000 Unit 4 401, Huamei Industrial Zone, Dongfang Community, Songgang Street, Baoan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen osno Navigation Technology Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Unit 607-2, Unit 2, No. 2515 Huandao North Road, Hengqin New District, Zhuhai City, Guangdong Province, 519000 Patentee after: Guangdong Osno Industry Co.,Ltd. Address before: 518000 Unit 4 401, Huamei Industrial Zone, Dongfang Community, Songgang Street, Baoan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen Osno Industry Co.,Ltd. |