《SOI基波導諧振環中光傳輸特性及增益補償機制》是依託北京航空航天大學，由肖志松擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：SOI基波導諧振環中光傳輸特性及增益補償機制
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：肖志松
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬研究工作於1540 nm波長附近的SOI基光波導陀螺核心器件- - 波導諧振環的光傳輸特性及增益補償機制。在對SOI基無源和有源耦合波導諧振環進行結構設計和性能模擬的基礎上，採用標準微電子工藝製備稀土元素摻雜的有源波導諧振環器件原型。研究光在波導諧振環結構中的傳輸特性如吸收和損耗等；探討波導諧振環中拉曼效應和光吸收抑制機理，並通過拉曼放大效應和稀土摻雜產生的光增益補償諧振環損耗。分析無源和有源耦合波導諧振環中慢光效應的產生機制，探索此效應對諧振環性能和系統靈敏性的影響。這一研究是基於航空航天和現代裝備精確制導的迫切需求，並結合了光學陀螺技術的發展趨勢，研製和開發的矽基集成光波導陀螺核心器件對於我國在慣性技術領域打破國外封鎖與壟斷，趕超國際先進水平具有重要意義。
結題摘要
綜述和總結了近幾年國內外集成光學陀螺的研究進展和技術發展趨勢。理論分析和計算了矽基無源和有源光波導諧振環中損耗和增益對光傳輸色散性質的影響。模擬計算得到了SOI波導單模傳輸條件下的環形與直波導的耦合諧振環結構參數，採用微電子工藝製備了耦合諧振環光波導晶片。測試和研究了損耗、增益和快慢光效應對耦合諧振環陀螺靈敏度的影響。總體上，通過本項目研究，獲得了一些有意義和創新性的成果，完成了計畫的研究任務，主要成果簡述如下。 1.提出並分析了一種新型的能產生慢光效應的耦合諧振環波導結構（CROW）。研究表明這一構型具有增強的相靈敏度，其慢光效應和增強的相靈敏度之間只是形式上相關，卻沒有物理本質上的的聯繫。由於損耗最終決定了以耦合諧振環為基礎的陀螺性能的優劣，在類CROW結構中引入一個損耗係數γ＜0來分析其影響。對於一定的結構存在相應的損耗閾值主要由光波長和耦合係數決定，而與結構尺寸無關。對於確定的γ，存在著一個最佳諧振環數Nmax對應的陀螺最高靈敏度。 2.設計和分析了一種無源的狹縫波導/快光增強型耦合諧振環結構。此無源的五層非對稱狹縫波導結構符合諧振和高限光能力的要求，在透射耦合係數分別為0.2和0.7時能夠提高陀螺靈敏度的同時保證損耗閾值的最大化。在無源的快光增強型結構中，透射耦合係數最佳化為0.205和0.987時，該快光陀螺的靈敏度比傳統的單環結構陀螺提高一個數量級；角速率低於30 rad/s時，靈敏度曲線近似線性變化，而角速率低於240 rad/s時，靈敏度曲線非線性增強。 3.製備和分析了一種有源增益的耦合諧振環結構。研究表明：（1）僅在大環中引入增益時，增益從理想情況補償損耗和並增大到g=2.3m-1時，透射曲線表明有源增益陀螺相比無源陀螺其靈敏度顯著提高。（2）在小諧振環中引入增益且不大於系統損耗時，增益起到補償損耗的作用。這可以使系統的有效傳輸損耗降低，降至損耗閾值以下時則該結構便能通過諧振環個數的增加提高靈敏度。 4.製備和分析了一種有源快光增強型光波導陀螺結構（FLEG），結果表明諧振環數為奇數的結構才可能實現靈敏度增強至少1個數量級；偶數個環數的結構不具備實用性。與傳統雷射陀螺比較，標度因數在低角速度旋轉時顯著增大，當角速度大於7 rad/s時不具有優勢。
