本實用新型涉及光纖陀螺儀等光纖傳感技術領域，特別是涉及一種鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件。

背景技術：

光纖陀螺儀當前的技術發(fā)展方向之一是分立的集成光學器件的單片集成或混合集成，以實現(xiàn)光纖陀螺儀的小型化和高可靠性。目前所采用的集成技術方案主要有：采用雙Y波導芯片對接、采用分光片的光收發(fā)模塊以及采用環(huán)形器的光收發(fā)模塊。

現(xiàn)有光學調制器的技術方案可參考以下專利文獻：

1、新型雙Y波導集成光學器件及其制作方法，申請?zhí)枺?01410136408.1

2、光纖傳感用光收發(fā)組件，授權公告號：CN201508181 U

3、光纖陀螺集成模塊和包含它的光纖陀螺系統(tǒng)，授權公告號：CN202994163 U。

然而上述技術方案存在著以下主要問題：

1)雙Y波導芯片對接的方案，存在著集成芯片尺寸過長、器件整體尺寸過大的問題，不利于光纖陀螺系統(tǒng)的小型化，容易超出光纖陀螺系統(tǒng)對集成光學器件尺寸的限制；

2)采用分光片的光收發(fā)模塊以及采用環(huán)形器的光收發(fā)模塊的方案，使用的分光片或環(huán)形器為分立光學元件，雖然實現(xiàn)了集成光學器件的模塊化、小型化以及無光纖熔接，但是這兩種方案無疑有增加了一個分立光學元件，不利于光纖陀螺系統(tǒng)的高可靠性。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的提供一種鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件，以解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題。

為實現(xiàn)本實用新型的目的，本實用新型提供了一種鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件，由波導耦合器部分I和Y波導調制器部分II組成，包括：基底材料1、下層電極2、下緩沖層3、鈮酸鋰薄膜4、光學波導5、Y波導調制器電極6、上緩沖層11；波導耦合器吸收層電極7，所述波導耦合器部分I由兩個輸入波導、Y分支區(qū)域、直通耦合波導和兩個輸出端口組成，輸出功率比為50:50；所述Y波導調制器部分II由輸入波導、Y分支區(qū)域和輸出波導組成；所述基底材料1采用Z切Y傳切向、厚度在0.1mm至2mm的鈮酸鋰體晶材料，或采用Z切石英晶體材料，也可采用硅晶體材料；所述下層電極2采用厚度為0.1μm至30μm的金或鋁金屬薄膜；下緩沖層3和上緩沖層11，采用厚度為0.1μm至5μm的二氧化硅或氧化鋁薄膜；所述鈮酸鋰薄膜4采用具有單晶結構的的鈮酸鋰薄膜材料，薄膜厚度為0.1μm至10μm，薄膜材料切向為Z切Y傳；光學波導5采用退火質子交換波導，其擴散寬度為1μm至7μm，擴散深度為1μm至7μm；Y波導調制器電極6采用厚度為0.1um至30um的金或鋁薄膜，制作于上緩沖層上表面，其位置在Y分支波導的Y分支區(qū)域上方；波導耦合器吸收層電極7采用厚度為0.1um至30um的金或鋁等金屬薄膜，制作在波導耦合器上表面。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果為，采用具有上下型電極結構的鈮酸鋰薄膜Y波導調制器，通過提高調制器的電光調制效率以達到大幅縮小Y波導調制器長度。Y波導調制器的小型化為鈮酸鋰波導耦合器留出了較大的空間，因而可實現(xiàn)Y波導調制器與3dB波導耦合器的鈮酸鋰薄膜單片集成，并且縮小了芯片尺寸。本實用新型可實現(xiàn)3dB波導耦合器與Y波導調制器的單片集成，有利于該集成芯片的小型化，可實現(xiàn)光纖陀螺用集成光學器件集成度的提升、光纖陀螺儀體積的縮小以及光纖陀螺系統(tǒng)可靠性的提升。

附圖說明

圖1所示為本實用新型的鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件的結構示意圖；

圖2所示為本實用新型鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件中波導耦合器部分的橫截面結構示意圖；

圖3所示為本實用新型波導耦合器中第二輸出端口部分的橫截面結構示意圖；

圖4所示為本實用新型鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件中Y波導調制器部分的橫截面結構示意圖；

圖5所示為本實用新型鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件應用于實際光纖陀螺系統(tǒng)實例的結構示意圖；

圖中，I.波導耦合器部分；II.Y波導調制器部分；1.基底材料；2.下層電極；3.緩沖層；4.鈮酸鋰薄膜；5.光學波導；6.Y波導調制器電極；7.波導耦合器吸收層電極；8.光源；9.探測器；10.光纖環(huán)，11.上緩沖層。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

應當說明的是，本申請中所述的“連接”和用于表達“連接”的詞語，如“相連接”、“相連”等，既包括某一部件與另一部件直接連接，也包括某一部件通過其他部件與另一部件相連接。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、部件或者模塊、組件和/或它們的組合。

需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施方式例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產(chǎn)品或設備固有的其它步驟或單元。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個部件或者模塊或特征與其他部件或者模塊或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了部件或者模塊在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的部件或者模塊被倒置，則描述為“在其他部件或者模塊或構造上方”或“在其他部件或者模塊或構造之上”的部件或者模塊之后將被定位為“在其他部件或者模塊或構造下方”或“在其他部件或者模塊或構造之下”。因而，示例性術語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該部件或者模塊也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

如圖1-圖5所示，本實用新型提供了一種鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件，由波導耦合器部分I和Y波導調制器部分II組成，包括：基底材料1、下層電極2、下緩沖層3、上緩沖層11、鈮酸鋰薄膜4、光學波導5、Y波導調制器電極6；波導耦合器吸收層電極7。

波導耦合器部分I由兩個輸入波導、Y分支區(qū)域、直通耦合波導和兩個輸出端口組成，輸出功率比為50:50。

Y波導調制器部分II由輸入波導、Y分支區(qū)域和輸出波導組成。

基底材料1采用Z切Y傳切向、厚度在0.1mm至2mm的鈮酸鋰體晶材料，或采用Z切石英晶體材料，也可采用硅晶體材料。

下層電極2采用厚度為0.1μm至30μm的金或鋁等金屬薄膜。

下緩沖層3和上緩沖層11，采用厚度為0.1μm至5μm的二氧化硅或氧化鋁等氧化物薄膜。

鈮酸鋰薄膜4采用具有單晶結構的的鈮酸鋰薄膜材料，薄膜厚度為0.1μm至10μm，薄膜材料切向為Z切Y傳。

光學波導5采用退火質子交換波導，其擴散寬度為1μm至7μm，擴散深度為1μm至7μm。

Y波導調制器電極6采用厚度為0.1um至30um的金或鋁等金屬薄膜，制作于上緩沖層上表面，其位置在Y分支波導的Y分支區(qū)域上方。

波導耦合器吸收層電極7采用厚度為0.1um至30um的金或鋁等金屬薄膜，制作在波導耦合器上表面。

上述的鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件的制造方法如下：

1)在基底材料1的上表面，采用蒸發(fā)鍍膜或濺射鍍膜等工藝制備一層厚度為0.1μm至30μm的金或鋁等金屬薄膜，作為下層電極2；

2)在下層電極2的上表面，采用蒸發(fā)鍍膜或濺射鍍膜等工藝制備一層厚度為0.1um至5um的二氧化硅或氧化鋁等氧化物薄膜，作為下緩沖層3；

3)將鈮酸鋰晶圓與基底材料1進行鍵合；

4)將鍵合后的鈮酸鋰晶圓進行研磨減薄和拋光，將鈮酸鋰材料的厚度減薄到0.1μm至10μm，形成鈮酸鋰薄膜4；

5)采用退火質子交換工藝在鈮酸鋰薄膜4上制備光學波導5，制成3dB波導耦合器和Y分支波導；

6)在鈮酸鋰薄膜4上表面，采用光刻工藝制備上緩沖層11的圖形結構；

7)采用蒸發(fā)鍍膜或濺射鍍膜等工藝制備一層厚度為0.1um至5um的二氧化硅或氧化鋁等氧化物薄膜，再通過剝離工藝制備出上緩沖層11的結構；

8)采用光刻工藝制備Y分支波導調制器電極6和波導耦合器吸收層電極7的圖形結構；

9)采用蒸發(fā)鍍膜或濺射鍍膜等工藝制備一層厚度為0.1μm至30μm的金或鋁等金屬薄膜，再通過剝離工藝制備出Y分支波導調制器電極6和波導耦合器吸收層電極7；

10)對鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件芯片端面進行拋光處理；

11)光纖端面耦合，完成鈮酸鋰薄膜多功能集成光學器件封裝。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出的是，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。