光纤陀螺(Fiber-Optic Gyroscope)用Y型波导调制器(Y-junction integrated optical waveguide)是应用于干涉式光纤陀螺中的集成光学器件。它同时具有分束、合束器,起偏、检偏器,电光调制器等多种功能,是干涉式光纤陀螺的核心器件。其可靠性的优劣将对高精度光纤陀螺的精度及稳定性产生较大的影响,因此越来越受到世界各国的关注。 由于器件实际工作的环境条件往往十分恶劣,温度是影响器件性能的最主要因素之一。因此本文从光纤陀螺用Y波导调制器的重要光学参数入手,研究器件在高温、低温储存,高低温冲击,以及在温度快速循环变化的环境中工作的温度特性,总结其变化规律,探究参数变化的主要原因,并对其进行可靠性分析和寿命预测的探索。论文研究内容此前在国内未见报道。 首先,对光纤陀螺用Y型波导调制器在高温75℃、低温-55℃存储条件下进行了各120小时的试验。结果显示长期的高低温存储对器件的插入损耗参数的影响较大,器件表现出随存储时间延长而插入损耗增加的趋势,高温参数平均退化率为L1=0.00372dB/小时,低温参数平均退化率为L2=0.00157dB/小时。另外从高温和低温实验的数据的对比看,器件参数普遍受高温存储的影响比受低温存储的影响大。 其次,对器件进行了高低温冲击和循环温度工作稳定性试验。结果在温度冲击实验中尾纤偏振串音出现了明显的退化,器件受快速温度冲击时参数退化和失效的敏感区在60次至90次之间。在温度循环实验中在工作极限温度区,各参数都出现不同程度的退化。其中尾纤偏振串音在低温区-55℃∪-20℃出现明显退化,是器件温度循环工作稳定的主要瓶颈。 由于器件参数的常温可恢复性和在异常温度下对器件进行解剖分析的困难性,器件模拟成为了理想而有效的分析手段。针对光纤陀螺用Y型波导调制器温度特性试验中暴露出来的问题,本文利用ANSYS大型有限元分析软件,对Y型波导调制器在低温下的光纤-波导耦合进行了温度应力模拟,给出了耦合处的应力分布和弹性位移。通过和实验数据的对比,证明了由于耦合处材料性质的差异导致的受温形变是器件低温下工作参数退化的主要原因之一,为改进器件温度特性提供了有效参考,也为Y波导调制器的可靠性分析探索了新的思路。 最后,对部分失效器件进行了光学显微分析及对波导芯片进行了能量弥散谱(EDX)组分分析,发现了波导存在的缺陷和污点。为波导制作工艺的提高提供了参考。对Y波导调制器采用电子器件加速寿命预测的尝试表明,电子器件的加速寿命预测方法不适用于Y波导调制器,其寿命的预测有待进一步的研究。 本文对光纤陀螺用Y型波导调制器的温度特性进行了系统的研究,并有针对性的进行了器件模拟、失效分析、寿命预测尝试等可靠性研究。更大规模、更长时间的温度特性试验；更细致、更完善的器件模拟；更有效、更科学的失效分析和寿命预测将是今后光纤陀螺用Y波导调制器可靠性研究的重要方向,它必将为我国惯性导航领域的发展产生重大而深远的意义。