中文摘要：

针对未来信息化系统对微小型化、高可靠性惯性器件的迫切需求，开展单片式集成光学陀螺技术研究。揭示窄线宽半导体激光器频率稳定机理和微纳尺度下导波机制，建立陀螺系统仿真分析平台；探索有源器件与无源器件的单片集成和工艺兼容性问题，确定光波导结构一体化集成的精密加工方法；开展陀螺单片集成封装技术研究，为下一步应用提供技术支撑。通过物理学、光学工程、微纳米技术等学科的交叉融合，深入研究光电子集成技术、微纳米跨尺度制造技术、高效光电耦合技术等前沿科学问题，争取在微纳光学惯性器件技术上取得重大突破，为我国微小型惯性器件及系统的研究和应用提供核心竞争力。

结论摘要：

本项目以未来信息化系统的微小型化、高可靠性惯性器件为需求背景，力求解决窄线宽半导体激光器、低损耗环形谐振、陀螺系统的集成化等关键问题，提出集成光学陀螺的集成化方案，研究成果对实现光学陀螺的微小型具有重要学术意义。本项目重点开展了陀螺的集成相关理论和关键技术研究，并搭建了陀螺系统，实验验证了陀螺效应。取得的主要创新性成果如下 1．针对混合集成式集成光学陀螺，提出了基于硅基二氧化硅的集成化波导敏感腔的设计方案。通过在谐振腔上集成Y波导和外调制波导光栅结构，实现光波的分光和对光源输出光谱线宽控制，为实现光学陀螺的混合集成提供了基础。 2．针对集成光学化设计方案和集成光学陀螺用关键器件—敏感腔、窄线宽半导体激光器、信号检测电路等的陀螺的优化设计，提出了一种波导谐振腔的结构参数的优化设计方法。通过综合考虑谐振曲线斜率最大化、非线性度和陀螺动态范围等因素，实现谐振腔等效直径和耦合系数的优化匹配设计。通过优化设计，研制出谐振腔芯片，清晰度89，谐振深度0.95，波导损耗小于1dB/m，是当时报道的最高值。 3．针对集成光学陀螺用激光器的窄线宽、可调谐要求，提出一种高调制精度、低调制伴随损耗的可调谐半导体激光器设计方案。应用硅基波导光栅外腔实现单纵模和窄线宽特性；应用内置硅基波导调制器实现光频率的连续调节，解决了原有半导体激光器的调节精度低、调制伴随损耗等问题，计算得到频率调节精度为5.7MHz/mA，是现有半导体激光器的1/10，有利于提高陀螺系统检测精度。 4．针对集成光学陀螺的信号检测方案，提出了一种采用基于光源驱动电流调制技术的集成光学陀螺开环检测方法，简化了系统结构。分析了半导体激光器的电流调谐致强度噪声，提出了基于频率锁定位置的强度噪声抑制方案，并实验验证了频率锁定位置对电流调谐致强度噪声实时补偿的可行性。 5．针对集成光学陀螺的单片集成，提出了一种基于谐振腔内调制的硅基集成光学陀螺设计方案。应用谐振腔内置调制器实现信号的调制解调，降低了对半导体激光器的性能要求，提高了系统的集成化程度。相关研究成果发表在Optics Letters 、Optics Express、Applied Optics等学术期刊，参加国际学术会议和国内会议6人次，申请中国发明专利6项，国际发明专利1项。所培养的博士生获得2015年度中国仪器仪表学会“金国藩青年学子奖学金”。