微光學(xué)陀螺儀低損耗波導(dǎo)的設(shè)計與制造工藝研究.pdf

1、高精度、高可靠性、重量輕、小型化是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)追求的主要目標(biāo)。陀螺儀作為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分，成為各國重點發(fā)展的高科技軍事和民用技術(shù)。微光學(xué)陀螺儀(MOG：micro optic gyroscopes)，又稱集成光學(xué)陀螺儀(integrated optic gyroscopes)是在繼機械陀螺(Mechanical gyroscopes)激光陀螺(RLGS：ring laser gyroscopes)和光纖陀螺(FOGS：fibe

2、r optic gyroscopes)之后發(fā)展的第四代陀螺儀，它以波導(dǎo)取代光纖，將光源分束器、探測器、處理電路包括微加速度計集成在同一片硅片上，從而實現(xiàn)體積更小運轉(zhuǎn)更可靠的目標(biāo)。 集成光學(xué)陀螺儀研制中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有：低損耗彎曲波導(dǎo)基底的制備，在波導(dǎo)基底層制作封閉曲線(諧振式)或螺旋線(干涉式)，制作波導(dǎo)線條(溝道或脊形)并在不改變面型情況下濺射被覆層，用面耦合技術(shù)制成互易波導(dǎo)，利用高效光源偏光技術(shù)給予光調(diào)制并提取信號，利用光

3、纖陀螺的成熟技術(shù)進(jìn)行信息處理，從而制作出有實用價值的微光學(xué)陀螺儀(MOG)。 MOG研制中的最關(guān)鍵一項技術(shù)是制備低損耗螺線波導(dǎo)并用面耦合技術(shù)做成互易結(jié)構(gòu)，本論文主要針對此項技術(shù)進(jìn)行理論分析設(shè)計和實驗實踐。通過理論分析提出低損耗波導(dǎo)設(shè)計方案和耦合方案，用微偏移、外側(cè)刻槽、波導(dǎo)透鏡等措施減少彎曲損耗。在實驗實踐中，利用厚膠光刻和反應(yīng)離子束蝕刻技術(shù)實現(xiàn)深寬比l：1的螺線環(huán)溝道，對圖形線條展寬的影響因素，包括掩模、光刻膠、曝光、顯影、溫

4、度的影響和刻蝕二次效應(yīng)的等工藝條件進(jìn)行討論分析和實驗驗證，提出采用多次旋涂、消除芽孢、低溫后烘和刻蝕以及光學(xué)穩(wěn)定等措施，使展寬得到有效的改善；并討論利用反應(yīng)離子束蝕刻技術(shù)制備波導(dǎo)溝道，對嚴(yán)重影響面型粗糙度的草地現(xiàn)象的形成原因和工藝改善進(jìn)行實驗實踐，提出進(jìn)行光學(xué)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)離子入射角和改變刻蝕氣體壓強組成等減小草地現(xiàn)象的措施，對制備低損耗波導(dǎo)進(jìn)行有益的探索。 文中也對耦合方案、耦合損耗及其改善和系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行分析討論。討論不同耦合方案