再入式光纤陀螺用集成光波导调制器

摘要

光纤陀螺作为一种惯性导航设备广泛应用于航天航空、舰船、潜艇、导弹等领域。再入式光纤陀螺因为具备较高光纤线圈利用率作为光纤陀螺的一个发展方向具有很高的研究价值。目前提出了一种新型的再入式光纤陀螺方案，集成光波导调制器是该方案的核心器件，其结构集成了一个Y分支调制器和两个定向耦合器光开关，采用铌酸锂晶体制作。本文的主要工作是对该器件的分析、设计、制作和测试。
　　铌酸锂光波导是集成光波导调制器的基础，本文首先对其进行了理论分析，并采用有效折射率方法推导了其单模传输条件，在此基础之上，通过Opti-BPM软件对Y分支调制器和定向耦合器光开关进行了仿真，根据仿真结果对器件的结构和尺寸进行了优化，完成了器件的设计。
　　然后本文根据设计的参数完成了器件掩模版的绘制，通过质子交换工艺完成了器件的制作，接着对制作好的集成光波导调制器进行了耦合、封装。在研制过程中，针对器件的具体特点提出了工艺改进措施。
　　最后本文对完成封装的器件进行了测试，该器件的铌酸锂芯片长度为44 mm，其波导宽度为6.0μm，整个器件的损耗为33 dB，偏振消光比为42 dB。集成光波导调制器的Y分支调制器的半波电压为11 V，Y分支调制器的带宽约为9 MHz；集成光波导调制器的两个光开关的开关电压分别为6 V和7 V，对应的四个输出端口的信道消光比分别为6 dB，12 dB，7 dB，12 dB，两个光开关的带宽分别为7 MHz和8 MHz，对应的开关时间分别为23 ns和20 ns。
　　研制出的器件完全实现了设计功能，并基本达到了设定的指标，可以用于再入式光纤陀螺系统性能的验证，该器件的研制对推动再入式光纤陀螺的深入研究和实用化具有积极的意义。

目录

声明

简缩字表

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 光纤陀螺的发展概况

1.3论文研究的目标和主要研究的内容

第二章 再入式光纤陀螺原理

2.1 Sagnac效应

2.2传统干涉式光纤陀螺

2.3再入式光纤陀螺

2.4再入式光纤陀螺改进方案

2.5 集成光波导调制器的结构与原理

2.6本章小结

第三章 集成光波导调制器的设计与仿真

3.1单模铌酸锂光波导设计

3.2弯曲波导的设计

3.3 Y分支调制器的设计

3.4定向耦合器光开关的设计

3.5器件的完整结构设计

3.6 绘制的掩模版

3.7 本章小结

第四章 集成光波导调制器的制作、测试与分析

4.1铌酸锂光波导的制作工艺

4.2 铌酸锂光波导的工艺改进

4.3 器件的耦合封装

4.4器件的测试与分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献