面向諧振式微光學陀螺的高Q平面光波導諧振腔研究.pdf

1、近年來，諧振式微光學陀螺儀逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點之一。以薩格納克效應為原理的諧振式微光學陀螺在集成化、小型化的發(fā)展方面非常具有潛力。諧振式微光學陀螺利用成熟的半導體加工工藝將光源、調(diào)制器、探測器以及諧振腔和其他關鍵器件集成在芯片上，具有體積小、全固態(tài)、抗沖擊等優(yōu)點。
　　光波導諧振腔作為諧振式微光學陀螺的核心敏感元件，其光學特性嚴重影響著陀螺的性能。本文深入分析了光波導諧振腔的光學傳輸特性，對影響陀螺性能的諧振腔關鍵特征參數(shù)進行

2、了討論。針對目前光波導諧振腔品質(zhì)因數(shù)低、對諧振腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)缺乏優(yōu)化等關鍵問題開展了系統(tǒng)的研究，提出了二氧化硅光波導諧振腔的設計加工方法，提高了諧振腔的品質(zhì)因數(shù)。論文主要研究內(nèi)容可分為以下幾個方面:
　　1)提出了高Q鍺摻雜二氧化硅光波導諧振腔的設計加工方法。
　　針對諧振式微光學陀螺應用對光波導諧振腔的需求，采用有效折射率法和光束傳播法對掩埋型鍺摻雜二氧化硅光波導進行了分析，計算出了光波導的深寬、最大彎曲弧度等參數(shù)。在硅基底

3、上采用等離子體化學氣相沉積、光刻以及反應離子刻蝕等工藝制備了鍺摻雜二氧化硅光波導諧振腔。所制備的硅光波導的橫截面尺寸為6μm×6μm，傳輸損耗為0.017 dB/cm，光波導諧振腔為環(huán)形跑道結(jié)構(gòu)，尺寸為2 cm×3.6 cm。構(gòu)建了光波導諧振腔諧振曲線測試系統(tǒng)，測試得到所制備的鍺摻雜二氧化硅光波導諧振腔品質(zhì)因數(shù)高達107。
　　2)提出了面向諧振式微光學陀螺的光波導諧振腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。
　　結(jié)合諧振式光波導陀螺的信號檢測原理

4、，從陀螺靈敏度的角度提出了欠耦合狀態(tài)且諧振深度等于0.75是光波導諧振腔應用于諧振式微光學陀螺的設計參數(shù)。通過對諧振腔的分析發(fā)現(xiàn)，在不同的耦合狀態(tài)下，諧振腔所表現(xiàn)出來的諧振譜的半高與諧振深度等特征參量都有所不同。對比了理論上與實驗上諧振腔的品質(zhì)因數(shù)、諧振深度在不同耦合狀態(tài)下的變化趨勢，結(jié)合諧振式微光學陀螺的三角波調(diào)制解調(diào)過程，得出了使陀螺靈敏度最大化的光波導諧振腔的特征結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　3)提出了雙圈光波導諧振腔設計結(jié)構(gòu)。
　

5、　根據(jù)諧振腔腔長與諧振譜半高全寬的關系，提出了一種雙圈式光波導諧振腔的設計結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以在有限的芯片空間內(nèi)通過提升光波導諧振腔的腔長來提高其品質(zhì)因數(shù)。論文通過對光纖耦合器進行熔接上不同長度的光纖實驗驗證了諧振腔的腔長對其品質(zhì)因數(shù)的影響，最高得到了腔長100米，品質(zhì)因數(shù)高達6.74×109的光纖環(huán)形諧振腔。在硅基底上，也設計加工出雙圈式設計結(jié)構(gòu)，腔長21.6 cm的二氧化硅光波導諧振腔，測試得到其品質(zhì)因數(shù)達到2×107。
　　通