用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高Q值微环谐振器

    专利2026-08-24  8


    本发明涉及集成光电子器件,用于光学传感领域,特别涉及一种用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高q值微环谐振器。


    背景技术:

    1、目前采用的方法是基于超薄si3n4波导微环谐振器(参考文献《feng,c.,zhang,y.,ma,h.,li,h.&feng,l.improving long-term temperature bias stability of anintegrated optical gyroscope employing a si3n4 resonator.photonics research10,doi:10.1364/prj.456321(2022).》),其波导厚度大概是40nm,这种方式可以使tm0模式的光在波导传输过程中损耗很大,而te0模式的光则不受影响,因此能消除偏振噪声的影响。但是这种超薄si3n4波导需要特殊加工工艺,无法很好的与其他陀螺仪器件集成,并且弯曲半径需要很大,不能满足陀螺仪应用的小型化需求以及大批量生产。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高q值微环谐振器,以达到如下至少一个作用:

    2、1)通过集成偏振分束器消除集成光学陀螺仪系统中的偏振噪声;

    3、2)基于标准400nm si3n4工艺平台,采用多模波导结构提高谐振式集成光学陀螺仪(riog)的关键器件微环谐振器的性能。

    4、为了达到上述目的,采用的技术方案如下:

    5、一种用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高q值微环谐振器,包括偏振分束器和多模微环结构,所述偏振分束器与所述微环谐振器连接,所述偏振分束器用于将te0模式和tm0模式的光分开,以保证进入所述多模微环结构的光是te0模式的光,所述多模微环结构采用多模波导以提高微环的q值。

    6、作为优选的技术方案,所述偏振分束器中设置有单模波导、脊波导区域和第一耦合区域dc1,当混合te0模式和tm0模式的光从偏振分束器的输入端输入时,经所述单模波导传输后经过所述脊波导区域,在所述脊波导区域中进行模式转换,其中tm0模式的光转变成te1模式的光,te0模式的光不发生改变并沿着单模波导继续传输,经过一个锥形波导进入所述微环谐振器中的多模波导内,te1模式的光经过第一耦合区域dc1,与下方波导发生耦合并转换成te0模式的光后经过锥形波导消散,以防止光透射出芯片。

    7、作为优选的技术方案,所述多模微环结构中设置多模波导和第二耦合区域dc2,te0模式的光进入多模波导内后进入第二耦合区域dc2,以多模波导耦合进入环内,采用多模波导以降低侧壁粗糙度引起光的反射,从而降低传输损耗,提高q值。

    8、作为优选的技术方案,所述微环谐振器最终输出的光经过锥形波导,以te0模式从单模波导输出端口输出。

    9、作为优选的技术方案,基于400nm si3n4工艺平台,通过浅刻蚀优化以形成脊波导区域。

    10、作为优选的技术方案,所述偏振分束器和多模微环结构均采用si3n4作为波导材料。

    11、本发明的有益效果是:

    12、1.通过将偏振分束器与微环两个器件集成,使整体器件具有良好的单偏振的特性,用于降低riog系统中的偏振噪声,提升riog的性能。

    13、2.基于400nm si3n4工艺平台,通过浅刻蚀优化,使偏振分束器具有良好的偏振消光比。采用多模波导,优化耦合器,使微环具有较低的模式串扰,实现超高q值。

    14、3.基于400nm si3n4标准工艺平台,与cmos工艺兼容,便于与其他器件集成,更有利于实现芯片级riog。



    技术特征:

    1.一种用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高q值微环谐振器,其特征在于,包括偏振分束器和多模微环结构,所述偏振分束器与所述微环谐振器连接,所述偏振分束器用于将te0模式和tm0模式的光分开,以保证进入所述多模微环结构的光是te0模式的光,所述多模微环结构采用多模波导以提高微环的q值。

    2.如权利要求1所述的用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高q值微环谐振器,其特征在于,所述偏振分束器中设置有单模波导、脊波导区域和第一耦合区域dc1,当混合te0模式和tm0模式的光从偏振分束器的输入端输入时,经所述单模波导传输后经过所述脊波导区域,在所述脊波导区域中进行模式转换,其中tm0模式的光转变成te1模式的光,te0模式的光不发生改变并沿着单模波导继续传输,经过一个锥形波导进入所述微环谐振器中的多模波导内,te1模式的光经过第一耦合区域dc1,与下方波导发生耦合并转换成te0模式的光后经过锥形波导消散,以防止光透射出芯片。

    3.如权利要求2所述的用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高q值微环谐振器,其特征在于,所述多模微环结构中设置多模波导和第二耦合区域dc2,te0模式的光进入多模波导内后进入第二耦合区域dc2,以多模波导耦合进入环内,采用多模波导以降低侧壁粗糙度引起光的反射,从而降低传输损耗,提高q值。

    4.如权利要求3所述的用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高q值微环谐振器,其特征在于,所述微环谐振器最终输出的光经过锥形波导,以te0模式从单模波导输出端口输出。

    5.如权利要求2所述的用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高q值微环谐振器,其特征在于,基于400nm si3n4工艺平台,通过浅刻蚀优化以形成脊波导区域。

    6.如权利要求1所述的用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高q值微环谐振器,其特征在于,所述偏振分束器和多模微环结构均采用si3n4作为波导材料。


    技术总结
    本发明公开一种用于谐振式集成光学陀螺仪的单偏振超高Q值微环谐振器,包括偏振分束器和多模微环结构,所述偏振分束器与所述微环谐振器连接,所述偏振分束器用于将TE<subgt;0</subgt;模式和TM<subgt;0</subgt;模式的光分开,以保证进入所述多模微环结构的光是TE<subgt;0</subgt;模式的光,所述多模微环结构采用多模波导以提高微环的Q值。本发明不仅通过集成偏振分束器消除集成光学陀螺仪系统中的偏振噪声,而且基于标准400nm Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;工艺平台,采用多模波导结构提高谐振式集成光学陀螺仪(RIOG)的关键器件微环谐振器的性能。

    技术研发人员:张顺,蔡艳,胡挺
    受保护的技术使用者:上海大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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