硅基光分路集成芯片、集成化光纤陀螺、制备及连接方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115755273A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211346505.4(22)申请日2022.10.31(71)申请人北京自动化控制设备研究所地址100074北京市丰台区云岗北里1号院3号楼(72)发明人尚克军雷明李豪伟于晓之张丽哲(51)Int.Cl.G02B6/122(2006.01)G02B6/125(2006.01)G02B6/14(2006.01)G02B6/136(2006.01)G02B6/132(2006.01)G02B6/26(2006.01)G01C19/72(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称硅基光分路集成芯片、集成化光纤陀螺、制备及连接方法(57)摘要本发明提供了一种硅基光分路集成芯片、集成化光纤陀螺、制备及连接方法，其中硅基光分路集成芯片包括包层，包层内设置波导结构，波导结构包括两根直波导、n‑1根弯曲波导，n为待连接的复用型光纤环圈的纤芯根数；n‑1根弯曲波导用于将复用型光纤环圈n根纤芯连通为一条光路，直波导一端用于连接相位调制器的一个光信号端口、另一端连接复用型光纤环圈对应端口剩余的一根纤芯。本发明硅基光分路集成芯片可实现光纤环圈多纤芯间的通道切换，减小结构尺寸，简化加工工艺，降低成本，提高光路一致性。CN115755273ACN115755273A权利要求书1/2页1.一种硅基光分路集成芯片，其特征在于，包括包层，所述包层内设置波导结构，所述波导结构包括两根直波导、n‑1根弯曲波导，n为待连接的复用型光纤环圈的纤芯根数；所述n‑1根弯曲波导用于将复用型光纤环圈n根纤芯连通为一条光路，所述直波导一端用于连接相位调制器的一个光信号端口、另一端连接复用型光纤环圈对应端口剩余的一根纤芯。2.根据权利要求1所述的硅基光分路集成芯片，其特征在于，所述硅基光分路集成芯片包括相对的第一连接面、第二连接面，所述第一连接面包括两根直波导的第一端口，所述第二连接面包括第一、第二波导阵列，所述第一波导阵列包括n‑1根弯曲波导的第一端口和一根直波导的第二端口，所述第二波导阵列包括n‑1根弯曲波导的第二端口和另一根直波导的第二端口；所述第一、第二波导阵列均与复用型光纤环圈纤芯位置对应，所述n‑1根弯曲波导交错连接不同的纤芯。3.根据权利要求1所述的硅基光分路集成芯片，其特征在于，所述直波导、弯曲波导端口位置均设置模式转换器，所述模式转换器为锥形结构。4.根据权利要求1所述的硅基光分路集成芯片，其特征在于，所述直波导端口与相位调制器光信号端口直接对接，或者二者通过一段光纤连接。5.根据权利要求1所述的硅基光分路集成芯片，其特征在于，所述直波导、弯曲波导均为单模矩形条波导结构。6.一种集成化紧凑型光纤陀螺，其特征在于，包括权利要求1～5中任一项所述的硅基光分路集成芯片，还包括复用型光纤环圈，所述复用型光纤环圈采用多芯光纤绕制，所述硅基光分路集成芯片分别连接相位调制器和复用型光纤环圈。7.一种如权利要求1～5中任一项所述的硅基光分路集成芯片的制备方法，其特征在于，所述硅基光分路集成芯片包括3根弯曲波导，包括如下步骤芯片清洗、吹干；在芯片一侧硅芯层上均匀涂敷光刻胶，在光刻胶上曝光一层波导图形；芯片进行显影、定影，对该侧硅芯层进行刻蚀，芯片去除光刻胶、吹干；在芯片另一侧硅芯层上均匀涂敷光刻胶，在光刻胶上曝光二层波导图形；芯片进行显影、定影，对该侧硅芯层进行刻蚀，芯片去除光刻胶、吹干；在芯片两侧沉积二氧化硅包层。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述芯片采用超声清洗浸泡，清洗溶液依次为丙酮、甲醇和异丙醇，所述芯片采用氮气枪吹干；所述涂敷光刻胶采用匀胶机，通过离心力控制光刻胶均匀分布，通过匀胶机转速控制光刻胶厚度；所述波导图形采用电子束光刻实现；所述硅芯层采用ICP刻蚀；所述包层采用PECVD沉积。9.一种如权利要求1～5中任一项所述的硅基光分路集成芯片与复用型光纤环圈的连接方法，其特征在于，包括如下步骤选择光源和2*2耦合器，将2*2耦合器第一端口连接光源，第二端口空置，第三、第四端口连接硅基光分路集成芯片两个直波导端口；光源发出激光，将复用型光纤环圈X端口靠近硅基光分路集成芯片第一波导阵列，通过2CN115755273A权利要求书2/2页调整复用型光纤环圈X端口的位置，使得复用型光纤环圈Y端口输出信号光强最大；调整复用型光纤环圈X端口的角度，使得复用型光纤环圈Y端口输出信号消光比最大，将X端口和第一波导阵列耦合；将复用型光纤环圈Y端口靠近硅基光分路集成芯片第二波导阵列，通过调整复用型光纤环圈Y端口的位置，使得2*2耦合器第二端口输出信号光强最大；调整复用型光纤环圈Y端口的角度，使得2*2耦合器第二端