光信号相位调制装置以及陀螺仪

技术领域

本申请属于集成光学传感技术领域，尤其涉及一种光信号相位调制装置以及陀螺仪。

背景技术

在无人驾驶、航空导航以及地理测绘等领域，光纤陀螺仪发挥了重要作用，因为其能够精确测量物体的角位移。并且，相对于传统的机械陀螺，光学陀螺仪不受冲击和震动的影响，因此具有安装便利性，使用范围更广的优势。

集成光学技术的快速发展为光纤陀螺的小型化、低成本和低功耗(Swac-P，SizeWeight cost and Power)指明了前进方向。采用单片集成方案将光纤陀螺分立光学器件(光源、探测器、分束器、调制器和干涉环)全部芯片化，是人们对集成光学陀螺的最初构想。芯片化的光学陀螺不仅可以大大的减小系统体积，也可以像集成电路一样，随着出货量的增加通过批量化生产不断摊低芯片成本。更何况已然全自动化的芯片生产流程可以进一步取代光纤陀螺复杂的光纤器件熔装和调试过程，进一步提升陀螺批量化和标准化生产能力。但是研究者很快发现，受制于集成光学材料工艺发展的局限性，当前想要在单一芯片上实现光的“输出”、“探测”、“调制”以及“低损耗传输”等功能还存在着诸多材料兼容和工艺制造难题。

对于干涉型光学陀螺，稳定的相位调制是实现系统中Sagnac相位差信号高灵敏度、高准确度提取的重要保证，从而要求相移器具备较高的调制响应度、调制线性度以及大调制带宽等性能特性。目前在光纤陀螺系统中得到广泛应用的集成相移器主要基于体铌酸锂波导中的电光效应实现，用于实现不同精度下的光纤陀螺中干涉相位的闭环反馈，以降低器件漂移的影响，具有较高的精度。但在集成光学陀螺的芯片化过程中，利用铌酸锂薄膜的调制问题也较为突出：(1)铌酸锂材料的低成本干法刻蚀问题难以解决。干法蚀刻是集成光子学的首选，但与大多数其他集成光子学平台(如Si和SiNx)不同，铌酸锂没有适当的反应性离子蚀刻配方。氟基反应离子蚀刻(RIE)可以通过形成易挥发的氟化铌(Nb)来有效去除锂。然而，它也会形成不挥发性的氟化锂(LiF)，并导致严重的再沉积问题。在薄膜铌酸锂波导中由再沉积问题生成的LiF会对进一步蚀刻表现出极高的电阻性，进而增加侧壁粗糙度和散射损耗。(2)铌酸锂材料与硅光材料需要层间耦合结构实现光在不同材料间的传输，其中层间耦合结构对准精度要求较高，非对准情况下容易激发多模。而多模调制所耦合进入基膜中的部分能量会造成系统难以消除的非互易误差

近年来，对如绝缘体上硅(SOI)等集成平台中波导的包层应力管理得到了深入研究。利用压电材料的逆压电效应改变施加在波导上的应力产生应变，进而通过弹光效应改变光学传输模式的等效折射率。这种方式与用于改变光学介质折射率的其他效应(例如热光效应或注入载流子色散效应)相比，光弹性效应可产生相对较强的双折射。

因此，对于光学陀螺集成驱动芯片中的关键主动控制器件-相移器，除上述基于铌酸锂材料的解决方案外，基于压电薄膜材料的弹光相移器将会提供一种有力的解决方案。目前压电调制器的制作难题在于压电材料层制备工艺与硅光制备工艺的兼容性问题。因此，需要对上述的问题进行改进。

发明内容

本申请实施例提供一种光信号相位调制装置以及陀螺仪，能够减少压电材料对芯层的扩散，降低光信号传输损耗，提高调节效率。

第一方面，本申请提供一种光信号相位调制装置，包括衬底、光波导层、压电控制单元以及隔离层。光波导层，设于衬底，光波导层用于传递光信号。压电控制单元，设于光波导层背离衬底的一侧，压电控制单元能够对光波导层施加压力以调整光波导层对光信号的折射率。隔离层，设于压电控制单元与光波导层之间，隔离层用于阻隔压电控制单元中的压电材料向光波导层的扩散。

在一些实施例中，隔离材料包括钛酸锶、二氧化硅、镧系元素、镱元素的硝酸盐化合物中的至少一者。

在一些实施例中，光波导层包括第一包层、第二包层以及芯层。第一包层，设于衬底。第二包层，设于第一包层背离衬底的一侧。芯层，设于第一包层以及第二包层之间，芯层的折射率大于第一包层的折射率，且芯层的折射率大于第二包层的折射率。

在一些实施例中，隔离层设于第二包层背离第一包层的一侧，隔离层包括隔离材料，隔离材料的晶向一致性大于第二包层的晶向一致性。

在一些实施例中，光波导层还包括探测单元，探测单元能够获取芯层中的光信号，并将光信号转变为电信号。

在一些实施例中，第二包层背离第一包层的表面凸出形成凸起部，凸起部在衬底上的正投影与芯层在衬底上的正投影至少部分重合。

在一些实施例中，衬底朝向光波导层的表面内凹形成凹槽，凹槽用于容纳至少部分光波导层。

在一些实施例中，芯层在衬底上的正投影与凹槽至少部分重合。

在一些实施例中，压电控制单元包括第一电极、第二电极以及压电材料层，第一电极，设于光波导层背离衬底的一侧。第二电极，设于第一电极背离衬底的一侧。压电材料层，设于第一电极以及第二电极之间。其中，第一电极以及第二电极能够对压电材料层施加电压以使压电材料层产生形变。

在一些实施例中，压电控制单元的数量为两个，两个压电控制单元沿第一方向间隔设于光波导层背离衬底的一侧，第一方向与芯层中的光信号传播的方向相交。

在一些实施例中，压电控制单元包括压电材料层、第一电极以及第二电极，压电材料层设于隔离背离衬底的一侧，第一电极以及第二电极间隔设于压电材料层背离衬底的一侧。

在一些实施例中，压电材料层在衬底上的正投影沿第一方向的延伸宽度为W1，芯层在衬底上的正投影沿第一方向的延伸宽度为W2，第一方向与芯层中光信号传播的方向相交。其中，W1与W2满足关系：13≤W1/W2≤20。

在一些实施例中，压电材料层沿衬底厚度方向的延伸长度为H1，第一电极层在衬底厚度方向的延伸长度为H2。其中，H1与H2满足关系：5≤H1/H2≤15。

第二方面，本申请实施例提供一种陀螺仪，包括上述任一实施例中的光信号相位调制装置。

本申请实施例的提供的光信号相位调制装置以及陀螺仪，通过设置光波导层传输光信号，压电控制单元能够改变光波导层折射率从而控制光波导层中光传输的相位。并且，将隔离层设于压电控制单元与光波导层之间：第一，隔离层能够充当低光学吸收的扩散阻挡层，保证芯层中的光传输效率；第二，隔离层为压电控制单元提供了良好的晶向，提高了压电控制单元的制造效率。因此，上述的结构能够有效降低光信号传输功耗，提高相位调制的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的光信号相位调制装置的剖视结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的光信号相位调制装置的探测单元的剖视结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的光信号相位调制装置的凸起部的剖视结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的光信号相位调制装置的凹槽的剖视结构示意图；

图5是本申请另一实施例提供的光信号相位调制装置的剖视结构示意图；

图6是本申请又一实施例提供的光信号相位调制装置的剖视结构示意图；

图7是本申请再一实施例提供的光信号相位调制装置的剖视结构示意图；

图8是本申请一实施例提供的光信号相位调制装置的尺寸示意图。

在附图中，附图未必按照比例进行绘制。

具体实施方式中的附图标号如下：

1、光信号相位调制装置；X、第一方向；Y、第二方向；10、衬底；101、凹槽；20、光波导层；201、第一包层；202、第二包层；203、芯层；204、探测单元；205、凸起部；30、压电控制单元；301、第一电极；302、第二电极；303、压电材料层；304、第一导线；305、第二导线；306、第一控制单元；307、第二控制单元；308、第三电极；309、第四电极；310、第二压电材料；311、第五电极；312、第六电极；313、第三压电材料；314、第三导线；315、第四导线；316、第五导线；317、第六导线；40、隔离层。

具体实施方式

下面将详细描述本申请各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

光波导技术中，可以通过在波导结构顶部沉积压电薄膜材料来实现波导材料应力的主动控制。通过给压电材料施加驱动电压造成形变，导致光学波导产生应变进而通过波导弹光效应改变材料的折射率，实现相位调制的功能。但是，在集成光学陀螺的芯片化过程中，想要在硅光平台上利用锆钛酸铅实现相位调制，仍然存在一些问题。例如，波导结构与锆钛酸铅压电材料相邻设置，压电材料(锆钛酸铅)中的金属元素会在制备过程中扩散到波导包层材料中，导致波导包层材料纯度降低，并造成光信号的吸收，导致其光信号传输能力大大降低，提高了光传输损耗。

在一些相关技术中，压电材料与波导结构之间还设有金属电极层，金属电极层通常是铂金电极层或金电极层，上述的金属电极层可以起到一定的阻挡锆钛酸铅金属元素扩散的作用，但通常金属电极层自身对光就有很强的吸收效果。为了减少光学吸收损耗，只能进一步扩大金属电极层与波导结构之间的最小距离。而压电材料所产生的应力随着距离的增加而减少，这会使得波导结构难以充分利用压电材料产生的应变效果，造成了调制器调制功耗的增加。

基于上述的情况，本申请的实施例提供了一种光信号相位调制装置。如图1以及图2所示，本申请实施例的光信号相位调制装置1，包括衬底10、光波导层20、压电控制单元30以及隔离层40。光波导层20设于衬底10，光波导层20用于传递光信号。压电控制单元30设于光波导层20背离衬底10的一侧，压电控制单元30能够对光波导层20施加压力以调整光波导层20对光信号的折射率。隔离层40设于压电控制单元30与光波导层20之间，隔离层40用于阻隔压电控制单元30中的压电材料向光波导层20的扩散。

示例性的，衬底10可以是硅衬底10。隔离层40设于衬底10上，即隔离层40与衬底10之间紧密接触。隔离层40可以在衬底10上进行沉积、生长。具体的，隔离层40成膜步骤可以包括：化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、等离子体增强的原子层沉积(PEALD)、脉冲化学气相沉积(PCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、低于大气压的化学气相沉积(SACVD)、大气压化学气相沉积(APCVD)、空间ALD、自由基辅助成膜、超临界流体成膜中的至少一种方法。上述的方法可以根据实际需要进行选择，同样的，也可以使用本领域其他公知的技术对隔离层40进行制备，在此不做限制。

在上述的实施例中，设置衬底10为光波导层20提供良好的生长晶向，便于光波导层20生长。光波导层20具有较低的光吸收特性，提高了光传输效率。压电控制单元30能够在电压控制下发生形变，压电控制单元30的形变对光波导层20产生应变，致使光波导层20弹光效应改变其折射率，进而实现了光的相位的调制。

进一步的，调制装置中设置隔离层40，减少了压电控制单元30的压电材料向光波导层20中的扩散，降低了光波导层20对光能量的吸收；并且，通过设置隔离层40，能够进一步减小压电控制单元30与光波导层20之间的距离，提高了压电控制的灵敏度，提高了光波导层20传输效率，降低了调制损耗。进一步的，隔离层40在压电控制单元30的作用下也能发生形变，因此上述的结构仍然能够实现压电控制单元30对光波导层20的控制。

在本申请的一些实施例中，隔离层40包括隔离材料，隔离材料的晶向一致性大于光波导层20的晶向一致性。在上述的技术方案中，晶向一致性越高，则表示材料的致密性越高，在晶向一致性较高的材料上生长，能提高压电控制单元30的控制效率。压电控制单元30的压电效率极大程度上取决于隔离层40材料的晶向和致密程度，当隔离材料晶向一致性越高，其致密程度也越高，那么压电效应越优异，压电控制单元30调制功耗越低。

在本申请的一些实施例中，隔离材料包括钛酸锶、二氧化硅、镧系元素、镱元素的硝酸盐化合物中的至少一者。上述的材料均具有晶向一致性较高的特性，并且大部分能够在光波导层20上进行良好的生长，是优异的隔离层40材料。

在本申请的一些实施例中，光波导层20包括第一包层201、第二包层202以及芯层203。第一包层201设于衬底10，第二包层202设于第一包层201背离衬底10的一侧，芯层203设于第一包层201以及第二包层202之间。其中，芯层203的折射率大于第一包层201的折射率，且芯层203的折射率大于第二包层202的折射率。

示例性的，第一包层201以及第二包层202可以选择二氧化硅材料进行制造。芯层203可以选择氮化硅或硅材料中的至少一种进行制造。可选的，第一包层201以及第二包层202使用同一种材料，一体成型制造。第一包层201以及第二包层202包围在芯层203外周。在上述的实施例中，光波导层20中芯层203折射率高，光信号被限制在芯层203中传播，能够有效降低光波导层20的传输损耗。

如图2所示，在本申请的一些实施例中，光波导层20还包括探测单元204，探测单元204能够获取芯层203中的光信号，并将光信号转变为电信号。

示例性的，上述的探测单元204可以使用硅材料制备锗硅探测器实现，探测单元204可包括：氮化硅层、探测层、阴极以及阳极，氮化硅层设于第一包层201背离衬底10的一侧，探测层设于碳化硅层背离第一包层201的一侧。探测层包括硅锗探测材料，探测层可以获取芯层203中的光信号。阴极与氮化硅层电连接，阳极与探测层连接。其中，探测层与芯层203相连，能获取芯层203中的光信号。阴极对氮化硅层施加电压，阳极对探测层施加电压后，当光信号作用在硅锗探测材料后，硅锗探测材料能将光信号转变为电信号，并将其进行输出实现光信号的实时探测。上述的结构也可以使用现有技术中的微型硅锗探测电路进行代替，在此不做赘述。

在上述的结构中，在光波导层20中集成微型探测器，对芯层203中光信号进行探测，能够将光信号转换为电信号，实现光信号探测的微型化，进一步提高光信号相位调制装置1的集成度。

如图3所示，在本申请的一些实施例中，第二包层202背离第一包层201的表面凸出形成凸起部205，凸起部205在衬底10上的正投影与芯层203在衬底10上的正投影至少部分重合。示例性的，凸起部205的一部分朝压电控制单元30的方向凸出，并且挤压隔离层40、压电控制单元30形成向上的凸起。在上述的技术方案中，在芯层203的上方设置凸起部205，凸起部205能够提高压电控制单元30控制的灵敏度，从而提高压电控制单元30对芯层203应变的响应，提高相位调制的效率。

如图3以及图4所示，在本申请的一些实施例中，衬底10朝向光波导层20的表面内凹形成凹槽101，凹槽101用于容纳至少部分光波导层20。在上述的技术方案中，凹槽101能够容纳因形变对衬底10进行挤压的光波导层20，增大了光波导层20的可活动空间，从而增加光波导层20在相同应力下的等效模式折射率差，提高压电控制单元30相位调制的效率。

在本申请的一些实施例中，芯层203在衬底10上的正投影与凹槽101至少部分重合。可选的，芯层203在衬底10上的正投影与凹槽101完全重合。上述的技术方案中，将凹槽101对应芯层203设置，能够提高光波导层20中的芯层203发生应变的灵敏度，进一步提高压电控制单元30相位调制的精确性。

如图5所示，在本申请的一些实施例中，光信号相位调制装置1包括衬底10、光波导层20、压电控制单元30以及隔离层40。光波导层20设于衬底10，光波导层20用于传递光信号。压电控制单元30设于光波导层20背离衬底10的一侧，压电控制单元30能够对光波导层20施加压力以调整光波导层20对光信号的折射率。隔离层40设于压电控制单元30与光波导层20之间，隔离层40用于阻隔压电控制单元30中的压电材料向光波导层20的扩散。

光波导层20还包括探测单元204，探测单元204能够获取芯层203中的光信号，并将光信号转变为电信号。衬底10朝向光波导层20的表面内凹形成凹槽101，凹槽101用于容纳至少部分光波导层20。芯层203在衬底10上的正投影与凹槽101至少部分重合。可选的，芯层203在衬底10上的正投影与凹槽101完全重合。

上述的实施例中，调制装置中设置隔离层40，减少了压电控制单元30的压电材料向光波导层20中的扣扩散，降低了光波导层20对光能量的吸收，提高了光波导层20传输效率，降低了调制损耗。在光波导层20中集成微型探测器，对光信号进行探测，能够将光信号转换为电信号，实现光信号探测的微型化，进一步提高光信号相位调制装置1的集成度。进一步的，凹槽101能够容纳因形变对衬底10进行挤压的光波导层20，能提高光波导层20应变的灵敏度，提高压电控制单元30相位调制的效率以及精确性。将凹槽101对应芯层203设置，能够提高光波导层20中的芯层203发生应变的灵敏度，进一步提高压电控制单元30相位调制的精确性。

如图1至图5所示，在本申请的一些实施例中，压电控制单元30包括第一电极301、第二电极302以及压电材料层303。第一电极301设于光波导层20背离衬底10的一侧。第二电极302设于第一电极301背离衬底10的一侧。压电材料层303设于第一电极301以及第二电极302之间。其中，第一电极301以及第二电极302能够对压电材料层303施加电压以使压电材料层303产生形变。

示例性的，在光波导层20的顶部，依次沉积第一电极金属材料、压电薄膜材料、第二电极金属材料，得到上述的压电控制单元30，以实现光波导层20应力的主动控制。通过对第一电极301以及第二电极302通电，给压电材料层303施加驱动电压造成形变，致使光波导层20产生应变，进而通过波导弹光效应改变芯层203材料的折射率，实现光信号的相位调制的功能。压电薄膜材料包括：钛酸钡(BaTiO)、锆钛酸铅(PZT)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)或掺钪氮化铝(Sc_AlN)中的至少一种。上述材料核心特征为具有逆压电效应的化合物或参杂混合物材料。压电材料层303的制备方法可以包括磁控溅射、溶胶凝胶法和脉冲激光沉积中的至少一种。

在上述的技术方案中，通过两个电极对压电材料层303施加电压产生形变，实现将电信号转变为对光波导层20的挤压力。上述的结构，具有调制效率高，光传输损耗低的特点。

在一些可选的实施例中，压电控制单元30还包括第一导线304以及第二导线305。其中，第一导线304与第一电极301电连接，第二导线305与第二电极302电连接。通过设置第一导线304以及第二导线305，能够将第一电极301以及第二电极302与外部电源连接，对压电材料层303施加电压，实现对芯层203应力的主动控制。

如图6所示，在本申请的一些实施例中，压电控制单元30的数量为两个，两个压电控制单元30沿第一方向X间隔设于光波导层20背离衬底10的一侧，第一方向X与芯层203中的光信号传播的方向相交。示例性的，第一方向X与芯层203中的光信号传播方向垂直。

示例性的，压电控制单元30包括第一控制单元306以及第二控制单元307。第一控制单元306以及第二控制单元307沿第一方向X间隔设置在光波导层20的两侧。光信号在光波导层20中的传播沿芯层203的轴向方向，第一方向X可以是芯层203的径向方向。将第一控制单元306以及第二控制单元307沿芯层203的径向方向设置，能够更好的利用光波导层20上侧的空间，保证第一控制单元306以及第二控制单元307之间的距离够大，增大压电控制单元30的电学带宽，提高调制效率。

具体的，第一控制单元306包括第三电极308、第四电极309以及第二压电材料310。第三电极308设于隔离层40，第四电极309设于电三电极背离隔离层40的一侧，第二压电材料310设与第三电极308以及第四电极309之间。第一控制单元306还包括第三导线314以及第四导线315。第三导线314与第三电极308电连接，第四导线315与第四电极309电连接。

第二控制单元307包括第五电极311、第六电极312以及第三压电材料313层303。第五电极311设于隔离层40，第六电极312设于第五电极311背离隔离层40的一侧，第三压电材料313层303设于第五电极311以及第六电极312之间第二控制单元307还包括第五导线316以及第六导线317。第五导线316与第五电极311电连接，第六导线317与第六电极312电连接。

上述的结构，改变了压电控制单元30的电场施加方式。本实施例中的结构电场沿第一方向X两侧施加，图1实施例中电池沿第二方向Y进行施加。与图1的实施例相比，第一控制单元306以及第二控制单元307之间的距离增大，能够有效增大压电控制单元30的电学带宽，提高调制效率。

如图7所示，在本申请的一些实施例中，压电控制单元30包括压电材料层303、第一电极301以及第二电极302，压电材料层303设于隔离背离衬底10的一侧，第一电极301以及第二电极302间隔设于压电材料层303背离衬底10的一侧。示例性的，第一电极301以及第二电极302沿第一方向X间隔设置在压电材料层303的两侧。光信号在光波导层20中的传播沿芯层203的轴向方向，第一方向X可以是芯层203的径向方向。将第一电极301以及第二电极302沿芯层203的径向方向设置，能够更好的利用光波导层20上侧的空间，改变了压电控制单元30的电场施加方式，保证第一电极301以及第二电极302之间的距离够大，增大压电控制单元30的电学带宽，提高调制效率。

如图8所示，在本申请的一些实施例中，压电材料层303在衬底10上的正投影沿第一方向X的延伸宽度为W1，芯层203在衬底10上的正投影沿第一方向X的延伸宽度为W2，第一方向X与芯层203中光信号传播的方向相交。其中，W1与W2满足关系：13≤W1/W2≤20。在上述的取值范围下，波导层半波电压最小，调制效率高。

请参考表一，当压电材料层303的宽度W1与芯层203的宽度W2比值不同时，测得的光信号相位调制装置1的半波电压数值。

表一

通常，光信号相位调制装置1的半波电压数值小于或等于6.5V.cm为可接受范围。从表一可以看出，对比例一中W1/W2为10，半波电压达到了9.1V.cm，半波电压超过标准值。对比例二中，W1/W2为23，半波电压达到了7.3V.cm。对比例一以及对比例二的光信号相位调制装置1的半波电压均超过了标准值，可见其调制损耗大，调制效率较低。

而实施例一、实施例二以及实施例三中，半波电压均小于6.5V.cm，调制损耗低，制效率较高。

具体的，当压电材料层303的宽度W1与芯层203的宽度W2比值W1/W2在13-20范围之内，压电材料层303与芯层203之间对准的概率较高，并且便于制造。示例性的，当W1/W2小于13，压电材料层303的宽度较小，压电材料层303与芯层203之间发生交错的的概率增大，压电材料层303形变对芯层203的影响范围减小，因此其调制效率降低，半波电压增大。当W1/W2大于20，芯层203宽度过小，压电材料层303形变会对芯层203造成过大的形变，上述的结构对压电材料层303形变的控制精度要求提高，降低了生产制造的效率。综上，将压电材料层303的宽度W1与芯层203的宽度W2比值W1/W2控制在13-20范围之内，能保证压电控制单元30的调制效率，同时保证生产效率。

请继续参考图8，在本申请的一些实施例中，压电材料层303沿衬底10厚度方向的延伸长度为H1，第一电极层301在衬底10厚度方向的延伸长度为H2。衬底10的厚度方向为第二方向Y。其中，H1与H2满足关系：5≤H1/H2≤15。在上述的技术方案中，波导层半波电压最小，调制效率高。

请参考表二，为压电材料层303沿衬底10厚度方向的延伸长度H1与第一电极层301在衬底10厚度方向的延伸长度H2的比值不同时，测得的光信号相位调制装置1的半波电压数值。

表二

通常，光信号相位调制装置1的半波电压数值小于或等于6.5V.cm为可接受范围。从表二可以看出，对比例三中H1/H2为0.5，半波电压达到了9.1V.cm。对比例四中，H1/H2为1，半波电压达到了15.0V.cm。对比例五中，H1/H2为20，半波电压达到了6.6V.cm。对比例三、对比例四以及对比例五的光信号相位调制装置1的半波电压均超过了标准值，可见其调制损耗大，调制效率较低。

而实施例四、实施例五以及实施例六中，半波电压均小于6.5V.cm，调制损耗低，制效率较高。

具体的，当压电材料层303沿衬底10厚度方向的延伸长度H1与第一电极层301在衬底10厚度方向的延伸长度为H2的比值H1/H2在5-15范围之内，调制效率较高。

示例性的，当H1/H2小于5，压电材料层303的厚度相对较小，压电材料层303在电场作用下发生的形变也较小，压电材料层303形变对芯层203的影响减小，因此其调制效率降低，半波电压增大。当H1/H2大于15，压电材料层303的厚度相对较大，第一电极301对压电材料层303施加电场较大，因此其调制效率降低，半波电压增大。综上，将压电材料层303沿衬底10厚度方向的延伸长度H1与第一电极层301在衬底10厚度方向的延伸长度为H2的比值H1/H2控制在5-15范围之内，能保证压电控制单元30的调制效率。

本申请实施例还提供一种陀螺仪，包括上述任一实施例中的光信号相位调制装置1。

本申请实施例的提供的光信号相位调制装置1以及陀螺仪，通过设置衬底10，为光波导层20提供良好生长晶向，压电控制单元30能够改变光波导层20折射率从而控制光波导层20中光传输的相位。其中，隔离层40设于压电控制单元30与光波导层20之间，第一，隔离层40能够充当低光学吸收的扩散阻挡层，保证芯层203中的光传输效率；第二，隔离层40为压电控制单元30提供了良好的晶向，提高了压电控制单元30的制造效率。因此，上述的结构能够有效降低光信号传输功耗，提高相位调制的效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。