光纤陀螺以其体积小、结构简单、灵敏度高、启动速度快等优点,受到各国科技界和军界的普遍重视。而光纤陀螺集成光学芯片(Y分支波导相位调制器)则是光纤陀螺的关键部件,对其制备工艺进行研究、提高其性能对于国防建设具有重要的现实意义。本课题的主要工作目的是对质子交换和退火过程的机理以及退火质子交换光波导的特性进行研究,重点探索了利用退火质子交换法制备光纤陀螺芯片的工艺方法。本文首先简单分析了Y分支波导在光纤陀螺系统中的重要性,以及典型结构的Y分支波导的设计思想,并对条波导模式传输的分析方法和调制电极的设计进行了详细论述。研究了不同切割方向的铌酸锂晶体,对电光调制效果产生的影响,以及调制电极结构参数对半波电压和调制带宽的影响。详细阐述了退火质子交换过程的机理和铌酸锂晶体电光系数恢复的问题。利用Arrhenius定律推导出退火质子交换波导的深度变化与退火质子交换工艺过程的各项工艺参数的关系。在本文中对传统的钛扩散工艺原理和过程也进行了简要说明,重点讨论了退火质子交换法制备光波导的工艺方法,并将其与钛扩散法进行了比较,论述了采用退火质子交换工艺制备光纤陀螺集成光学芯片的优越性。本文中创造性地提出了显影与腐蚀同步进行的铝膜腐蚀方法。在理论分析的基础上,本文提出了适当的退火质子交换法制备光纤陀螺芯片(Y分支波导)的工艺方法以及改进方案,设计了多种实用的实验工具。进行了大量的制作退火质子交换波导的实验,优化并确定了磁控溅射、匀胶、光刻、曝光、显影、腐蚀、交换和退火等一系列过程的工艺参数,并且最终得出了保证退火质子交换波导单模传输的各项工艺参数。