集成光学陀螺及相关技术研究的现状与展望

陀螺技术作为惯性导航的重要组成部分已广泛应用于国民经济和军事工业的众多领域.文章综述了包括机械陀螺、光学陀螺和原子陀螺在内的 陀螺技术的发展过程和基本特点,着重论述了集成光学陀螺及其相关技术研究的现状与发展趋势.通过对比各种类型陀螺的性能特点,结合导 航技术的发展趋势,展望了各种陀螺在相应领域的发展前景.     

集成光学的进展与现状——纪念集成光学诞生二十周年

今年是集成光学诞生二十周年,本文就集成光学领域的进展与现状作一评述。重点介绍LiN_bO₃Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体和硅衬底上的器件及其集成,工艺技术以及应用。     

集成光学与光纤陀螺

 物理学的两大分支--电子学与光学近几十年来发生了越来越密切的关连。有人用“正在迅速融合”来形容之。一方面是这两个学科随着科学技术的发展而飞跃发展;另一方面,由于它们之间在理论上有着深远的联系,应用上又是相似相通、相辅相成。     

光纤陀螺中的多功能集成光学芯片

介绍了多功能集成光学芯片在光纤陀螺中的应用。在光纤陀螺中采用了多功能集成光学芯片后 ,可以大大简化光纤陀螺系统的结构 ,缩小光纤陀螺的体积。光纤陀螺中的一些器件如相位调制器和光学开关、消光器甚至光波导谐振腔都可以集成在一个多功能集成光学芯片上。这样可以提高光纤陀螺的性能 ,增加其稳定性和可靠性 ,在某些特殊的设计中还可以对陀螺系统的误差进行补偿。     

集成光学光纤陀螺的噪声分析

集成光学光纤陀螺以其体积小、重量轻、以及高的调制频率与消光比引起了国际上的广泛重视。深入研究光纤陀螺的噪声特性,对于降低零漂是极为重要的。通过广泛调研,从光源、光纤环与集成光学芯片、电路、以及外界环境的角度,详细的论述了各噪声源产生的机理、特征和一些抑制噪声的办法。简要的提出了一种利用负反馈补偿零漂的方法     

集成光学芯片的闭环光纤陀螺研究

简要分析集成光学芯片闭环光纤陀螺的构成、信号检测方法及电路实现方法。     

小型铌酸锂多功能集成光学器件

为满足小型光纤陀螺对光学器件小体积的要求,对铌酸锂多功能集成光学小型化器件的结构做了分析和优化设计。采用BPM软件分析了Y形分支波导的S形波导损耗与弯曲长度及折射率差的关系。通过调整退火质子交换的工艺参数,增加了波导对光的束缚能力;降低了小型化芯片上S形波导的弯曲损耗;去掉了原有Y形波导的输出端直波导,直接由S形弯曲波导引至输出端,在更短的芯片上得到了更长的弯曲过渡区。设计制作的芯片长度由常规的20 mm减至12.5 mm,封装后的器件长度减小到20 mm,为目前同类常规器件尺寸的2/3。设计制作的器件插入损耗典型值小于2.5 dB,全温损耗变化量小于0.2 dB。     

谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺

研究了光学环形腔中的单方向传输光在光学谐振腔中传输的情况，在系统旋转角速率变化时光束会产生频移，在此基础上，设计出一种具有谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺结构，可以方便地检测出系统旋转角速率与方向，其检测精度与光波导谐振腔的品质无关。和萨尼亚克集成光波导陀螺相比较，性能价格比有进一步提高的潜力。     

谐振式集成光学陀螺噪声分析与实验研究

针对目前谐振式集成光学陀螺(IORG)输出检测精度与其理论极限灵敏度存在两个数量级差别的情况,分析了IORG系统中存在的主要噪声源;搭建了基于单光路锁频和单光路输出的IORG噪声分离系统;分别对无光情况下信号检测系统中各部分的噪声以及陀螺静态频率锁定情况下各部分的噪声影响进行了测试与分析;得到了系统的噪声分布情况。实验结果表明:光路噪声以及包括探测器热噪声和散粒噪声的电路固有噪声为系统的主要噪声源。     

用于集成光学陀螺的波导谐振腔设计

给出了一种集成光学陀螺谐振腔的优化设计方案,在保证集成光学陀螺精度的同时更利于微型化。选用传输损耗为0.01dB/cm的硅基二氧化硅材料作基底,谐振腔内损耗仅为0.5dB,保证了谐振腔的高清晰度;采用准单模矩形波导结构,利用弯曲波导对一阶模的有效限制实现了光的基模传输,利于谐振腔的小型化;分析了波导的传输损耗、波导耦合器分光比对谐振腔性能及陀螺极限灵敏度的影响,得出波导耦合器分光比的优化参数,并仿真得到谐振腔的谐振清晰度达到70以上。在激光器线宽为30kHz,探测器响应度0.95A/W,积分时间为10s的条件下,系统的极限灵敏度为1.6°/h。     

梯形截面介质光波导的模吸收损耗

本文运用微分法由梯形截面介质光波导的近似模方程导出了模吸收损耗系数的公式.并结合计算实例进行了误差分析.     

Considerations on material composition for low-loss hollow-core integrated optical waveguides

The role of cladding bilayer material compositions to obtain low-loss hollow-core integrated optical waveguides was studied. Using the simple Fresnel reflection formulae, the optimal material composition was determined. It is shown that using bilayers with higher index-contrast does not always lead to a lower loss for (quasi-)linearly polarized modes. Based on that knowledge, structures that exhibit very low leakage loss for quasi-TE₀₀ mode are proposed and designed using Si-compatible materials.     

微细笔直写聚合物条形光波导的研究

提出一种采用微细笔直写技术直写聚合物光波导的简便方法，利用该技术成功直写出了氟化聚酰胺条形光波导，并着重研究了气体压力和直写速度对波导宽度的影响规律。实验结果表明：直写获得的条形波导的边缘整齐、表面光滑，而且不存在小孔等缺陷或杂质。当其他工艺参数不变的情况下，波导宽度随着气体压力的增加而增大，随着直写速度的增大而减小。微细笔直写获得的条形光波导成功地实现了通光，在波长为1550nm处的最小传输损耗为0.59dB/cm。     

SOI及GeSi/Si脊形光波导的模式与波导几何结构

用有效折射率方法对SOI（绝缘体上硅）及GeSi/Si脊形光波导的单模条件进行了模拟,与Soref的单模条件进行了比较,将两者与实验结果进行了比较,得到了与实验结果符合得非常好的单模条件。同时对多模波导进行了模拟,得到了波导承载一阶和二阶模的条件。     

光纤陀螺惯导系统航位推算误差补偿方法研究

 针对惯导系统定位误差随时间积累而增大的缺点,提出利用航位推算方法进行误差补偿。在航位推算中根据引起误差的主要因素推导出位置误差方程,以此方程为依据,建立相应的卡尔曼滤波器。将惯导系统速度与航位推算速度之差作为滤波器的输入,估计系统的姿态、速度、位置及里程计刻度系数误差值,并通过闭环反馈进行实时误差补偿修正。任选2条非闭合路径进行跑车实验,第一条路径定位误差补偿修正前是3.49‰,补偿修正后定位误差是2.3‰,第二条路径补偿修正前定位误差是2.4‰,补偿修正后定位误差是2‰。实验结果表明：采用航位推算误差补偿方法可以有效降低系统定位误差。     

Impressing technology of optical Bragg’s gratings on planar optical sol-gel waveguides

The aim of the presented investigations was to develop a technique of producing Bragg’s grating couplers on planar waveguides. Waveguides are obtained by means of the sol-gel technology. The introduction of a light beam into the structure of the waveguide is in the case of planar or strip optical systems always an essential technical problem, requiring simple and reproducible solutions without extending excessively the waveguide structure. The paper presents a technology of producing grating couplers by impressing the pattern of the network while forming the planar waveguide structure applying the sol-gel method. Some remarks concerning the sol-gel technology are also presented. The results of investigations on grating couplers obtained in such a way have been discussed, too. Attention has been drawn to the possibility of using such structures in optoelectronic sensors, particularly gas sensors, including sensors of water vapour as well as toxic gases.     

Acousto-optic light deflection in an Al2O3 optical waveguide structure

The total deflection of an optical guided wave by a surface acoustic wave (SAW) in a silicon-based SiO₂/AL₂O₃/SiO₂ optical waveguide structure is reported. The SAW is generated by an interdigital transducer with piezoelectric ZnO deposited on top of the optical waveguide structure.     

二次多项式折射率分布平面光波导的模式

对于折射率分布为二次多项式的非对称平面光波导,求解了Helmholtz方程,推得用抛物柱函数表示的模式场分布和模方程.结果可用于处理这类波导(如银离子交换玻璃光波导等)的模耦合或有关器件的问题.