集成化光纖陀螺設計、制造及未來發展

尚克軍，雷 明，李豪偉，馮 喆，姜千紅，張麗哲

（北京自動化控制設備研究所，北京100074）

光纖陀螺在原理上具有高精度、全固態、高可靠等突出優點，同時可以通過增大光纖環圈尺寸來提高檢測靈敏度，是高精度陀螺的一種優選方案。經過40余年的發展，光纖陀螺已經成為主流慣性儀表，試驗室精度已經達到 0.0001 °/h，產品精度覆蓋0.0005 °/h～10 °/h，應用范圍覆蓋了姿態控制、定位導航、鉆井測斜等各軍民用領域，并表現出進一步提高精度的潛力[1,2]。

近年來，以半球諧振陀螺[3,4]、核磁共振陀螺[5,6]、MEMS陀螺[7,8]為代表的小型化陀螺慣性器件發展迅速，有望對傳統光纖陀螺形成競爭優勢。受限于尺寸較大且獨立封裝的光學器件以及動輒數百上千米的光纖環圈，傳統方案光纖陀螺實現微型化困難重重。以導航級精度（0.01 °/h）光纖陀螺為例，其典型的外形尺寸一般達到Φ70～Φ90 mm。高精度光纖陀螺的尺寸、重量、成本（Size, Weight, and Cost, SWaC）綜合性能逐漸難以滿足各類輕小型、高精度慣性導航系統的應用需求，為此必須探索創新性的技術途徑。

早在1983年，Northrop公司的Lawrence等人就首次提出了集成光學陀螺的概念，考慮采用先進的集成光電子技術和工藝，將光源、探測器、耦合器、相位調制器以及敏感環圈等全部集成到一個光學芯片上，從而實現微小型光學陀螺的批量化制造，但是受限于當時的集成加工水平，研制的陀螺樣機精度僅400 °/h[9]，難以滿足應用需求。進入21世紀以來，美國霍尼韋爾公司[10]、Sandia國家實驗室[11]、Draper實驗室[12]、OEwaves公司[13]等研究機構仍在不斷報道單片式集成光學陀螺的最新研究成果，但單片式集成光學陀螺在噪聲處理和檢測靈敏度提升方面始終未獲得突破性進展，因此均未能形成具備實用價值的陀螺樣機。為此，研究人員開始考慮分階段、分部件地實現光學陀螺集成。

目前，應用最廣泛的干涉式光纖陀螺光路主要由光學器件（包括光源、耦合器、相位調制器、探測器等）和敏感環圈組成，其中分立光學器件是限制尺寸與工藝復雜度的主要瓶頸。集成化光纖陀螺的內涵，是采用集成光學芯片部分或全部取代傳統光纖陀螺光路，按照集成光學芯片中包含功能單元的不同可以將集成化光纖陀螺分為三種方案：光學器件集成、敏感環圈集成以及單片式全集成。

本文對國內外集成化光纖陀螺的最新研究進展和發展動態進行梳理，探討集成化光纖陀螺典型的集成方案、設計和制造方法，分析不同方案的優缺點，探索得到一種有效融合了創新性與可行性的集成化光纖陀螺技術路線，并開展了相關研究，給出初步的研究結果。在確保精度前提下大大優化光纖陀螺的SWaC綜合性能，實現慣性導航系統綜合效能的顯著提升。

1 集成化光纖陀螺發展現狀

1.1 基于光學器件集成方案的光纖陀螺

2011年，美國Gener8公司通過與英國集成光子中心合作，采用多器件端面耦合工藝實現了光源、耦合器、相位調制器以及探測器芯片共計24個分立光學器件的集成和封裝[14]。集成光學芯片采用的是硅基二氧化硅平面光路（PLC）集成平臺，圖1(a)給出了集成光學芯片的整體結構圖，通過設計4個單獨的波導芯片：光源（SLED）、波導隔離器（ISO）、探測器陣列（DET）和相位調制器陣列芯片（PM），每個芯片都經過了平行開發和生產，隨后采用芯片到芯片的耦合技術集成為一個組合芯片，封裝后的器件整體尺寸達到了67 mm×11 mm。二氧化硅PLC芯片端面被設計為錐形結構，光源（SLED）芯片采用被動對準方式與PLC芯片之間實現耦合，以提升光源耦合效率；光隔離器（ISO）芯片由輸入/輸出偏光鏡、法拉第旋轉鏡以及半波片組成，與ISO芯片相連的PLC芯片端面同樣被設計為錐形結構，在700微米溝槽的自由空間中實現散射光對SLED芯片的有效光隔離，同時確保插入損耗盡量低，研制的波導隔離器具有3 dB的插入損耗和28 dB的隔離度；探測器（DET）芯片基于InGaAs材料，通過在PLC基底上蝕刻金屬化微鏡以提升探測器的耦合效率，在進探測器之前進行隔離溝槽設計并在槽內填充聚合物，盡量降低PLC散射光的傳播，提升芯片的整體信噪比；相位調制器（PM）芯片采用傳統的LiNbO3材料，通過芯片-芯片耦合工藝實現與PLC波導芯片間的連接，通過控制反轉芯片設計確保芯片的消光比高于70 dB，同時采用微機械拋光切割工藝來制造耦合端面，降低了插入損耗和耦合成本。

圖1 美國Gener8公司研制的混合集成光學芯片Fig.1 Hybrid integrated optical chip proposed by Gener8 company of the United States

Gener8公司采用保偏光纖繞制的光纖環圈作為敏感部件，搭建成功集成化光纖陀螺原理樣機，完成了零偏穩定性、噪聲以及標度因數測試，陀螺測試性能與采用分立器件的光纖陀螺相媲美，而且抗輻射性能更佳。不過由于采用的是分立光學芯片的微組裝工藝，研制的光學芯片封裝尺寸還較大，難以滿足微小型光纖陀螺的應用需求。

2014年，英國Bookham公司在《自然·光子學》上報道了他們針對光纖陀螺微型化的需求，研制成功的硅基集成光學芯片[15]，如圖2所示，將光源、耦合器、相位調制器以及探測器全部集成于單片Si基底上。由于Si基波導具有極小的彎曲半徑，該芯片有望具有極小的外形尺寸。集成光學芯片的光路基于傳統制造工藝實現單模、單偏振光路傳輸以降低偏振噪聲影響，同時確保順逆時針光路良好的互易性。通過對Si基波導表面的納米級平滑處理，實現0.1 dB/cm乃至0.001 dB/cm以下的光傳輸損耗，降低背向散射光的影響。寬譜光源芯片采用低成本III–V族增益材料，基于分布式布拉格反射鏡結構，采用“pick and place”制造工藝，實現與Si基波導之間的鍵合。為了確保Si基光學芯片能夠兼容CMOS工藝進行生產與封裝，并符合光通信技術規范，Bookham公司對硅基集成平臺進行了升級，研發成功自對準工藝平臺，同時在Si基波導中設計模式匹配結構，提升光源芯片與Si基波導間耦合效率，以提升集成化光纖陀螺的信噪比。

圖2 英國Bookham公司研制的硅基集成光學芯片Fig.2 Silicon-based integrated optical chip proposed by Bookham, UK

英國Bookham公司成功搭建了集成化光纖陀螺樣機，樣機性能在導彈的慣性制導系統上取得成功驗證，不過文中并未給出芯片尺寸、樣機配置與精度等詳細信息。

2017年，美國加州大學[16-17]在DARPA項目支持下，基于硅基平臺開展了集成化光纖陀螺的研究工作，在4.5 mm2(0.5 mm×9 mm)尺寸的硅襯底上實現光源、耦合器、分束器、光相位調制器等多個光學器件的混合集成（集成光學芯片如圖3(a)所示）。在芯片設計方面：光源采用多模式Fabry-Perot激光器結構，通過應變量子阱結構和高效鍵合工藝提升硅基光源的光功率和譜線寬譜，在提升信號質量的同時降低噪聲的影響；耦合器采用絕熱型3 dB光分束器降低波長對分束比的影響，降低光波傳輸損耗并避免光反射對光路的影響，設計分束比可控制到50±3%以內；相位調制器采用AlGaInAs多量子阱結構，基于載波損耗效應以實現寬光學帶寬、低插入損耗和低功耗特性，為降低半波電壓并抑制背向散射噪聲，調制器采用推挽式電極結構；探測器采用三個相同的量子阱III-V堆棧作為增益，III-V區域采用傾斜設計以減少在Si波導轉換中的反射，通過垂直量子阱區優化設計以實現更高的響應度；在芯片和環圈的光互聯上，通過設計模式轉換器結構，解決硅基光波導和保偏光纖的模場尺寸匹配問題，以提升耦合效率，通過對硅基光波導的表面進行7 °磨拋處理以減少反射的影響。在芯片加工方面：重點優化外延生長、光刻、刻蝕、電極沉積等工藝，并進行工藝兼容性優化，最終通過芯片切割和表面拋光完成了整個集成光學芯片的研制。

隨后，加州大學采用180 m長、0.2 m直徑的保偏光纖環圈作為敏感環，通過空間光耦合方式實現芯片/光纖連接，通過使用RF探針與芯片建立電接觸（耦合對準平臺如圖3(b)所示），整個對準裝置放置在光具座上，而光纖線圈放置在單獨的旋轉臺，進行Allan方差、角度隨機游走和偏置穩定性的測量，最終測得陀螺標度因數為6.28 μV/(°/s)，陀螺靈敏度為0.53 °/s。

圖3 美國加州大學研制的集成光學芯片Fig.3 Integrated optical chip proposed by the University of California

2020，美國KVH公司[18,19]針對無人機、車輛等應用需求開發了一型基于集成光學芯片的低成本、高可靠集成化光纖陀螺。在1 cm2尺寸的Si3N4基集成光學芯片上集成了2個耦合器和1個起偏器（如圖4所示），用集成光學芯片取代陀螺產品中的3個分立光學器件。為了縮小器件尺寸，耦合器的芯層采用Si3N4材料，涂覆層為SiO2材料。采用片上集成起偏器連接2個耦合器，通過對片上起偏器件的結構優化以及增加一定厚度的涂層材料，可以大幅提升起偏器的消光比（白光干涉儀實測消光比45.3 dB），進而有效濾除模式交叉耦合對信號光的干擾；通過精密分光設計，將兩個Y分支的耦合分光比控制在0.5±0.01以內，從而降低分光比變化對陀螺性能的影響；通過對Si3N4光波導的加工工藝優化，主要包括波導端面拋光工藝，可以降低Si3N4的傳輸損耗到0.24 dB/cm左右；在芯片/光纖的光互聯上，通過設計模場轉換結構實現模場匹配，并對芯片端面進行一定角度的切割和拋光，光纖尖端也拋光成相應的菲尼爾角，在降低反射光影響的同時實現芯片與光纖的低損耗連接。

圖4 KVH研制的SiO2基集成光學芯片以及IMU產品Fig.4 SiO2-based integrated optical chips and IMU products proposed by KVH

目前KVH公司已研制成功集成化光纖陀螺樣機，陀螺精度為0.02 °/h并通過了全溫（-45～70 °C）性能測試。目前，公司基于集成光學芯片的光纖陀螺已經形成了一個完整的高性能IMU系列，極大提升了陀螺產品的環境適應性和壽命。

此外，波蘭Warsaw大學[20,21]、加州理工學院[22,23]等也開展了光學器件集成方案光纖陀螺方面的研究工作。

總的來看，光纖陀螺的光學器件集成包括不同的部件集成方案和材料選取方案，其中無源器件集成方案的開環光纖陀螺已經實現了產品級應用，而有源/無源混合集成方案的閉環光纖陀螺還處于原理樣機研制階段，雖然還沒有相應的產品問世，但是具有極佳的應用前景。

1.2 基于敏感環圈集成方案的光纖陀螺

敏感環圈集成主要是實現干涉敏感環路的片上集成，目前典型的集成光波導材料主要包括SiO2、Si和Si3N4材料，其目標是為了降低敏感環路集成化引入的損耗問題，從而提升集成化光纖陀螺的理論靈敏度，目前主要研究機構包括UCSB[24]、華中科技大學[25,26]以及北京航空航天大學[27]等，研制的集成化敏感環圈如圖5所示。

圖5 各研究機構研制的集成化敏感環圈Fig.5 Integrated sensitive coil proposed by the research institutions

表1給出了近幾年國內外研究機構基于敏感環圈集成方案的光纖陀螺研究進展，可見樣機精度均在幾度/小時量級。基于敏感環圈集成方案的光纖陀螺，受限于加工工藝的影響，實際研制的光波導傳輸損耗還較大，無法通過增加環圈長度來提高陀螺的理論精度，因此基于敏感環圈集成的光纖陀螺總體上還處于實驗室探索階段，要實現工程應用，還有很多技術問題需要研究解決。

表1 基于敏感環圈集成方案的光纖陀螺研究進展Tab.1 Research progress of fiber optic gyroscope based on integrated sensitive coil

綜上所述，集成化光纖陀螺的設計方案直接決定陀螺最終性能，目前基于“光學器件集成+環圈細徑化”方案的集成化光纖陀螺有望在保持光纖陀螺極高精度優勢的基礎上大幅降低其SWaC。

從國外集成部件發展來看，現階段要想實現光源、探測器、耦合器、相位調制器所有光學器件的單片式全集成存在一定難度，主要是由于制作光源的InP有源材料無法在Si、SiO2等無源材料上實現生長，而必須采用鍵合、端接等混合集成方法，在此過程中集成光學芯片的設計和制造工藝水平將會直接決定器件性能，進而影響集成光學器件在光纖陀螺中的應用效果。從材料制造與加工而言，SiO2基集成方案具有較低的制造成本，但是受限于最小彎曲半徑的影響，研制的集成光學芯片會相對較大，通常在幾十mm2量級。Si3N4基和Si基平臺的流片成本較高，但是波導彎曲半徑得到了大幅降低，適用于更高的集成度和更小的芯片尺寸，尤其是Si基集成光學芯片尺寸可大幅降低到幾mm2，但是由于Si基模場直徑與光纖差別較大，導致芯片/光纖的耦合損耗較大，此外有源器件的高密度集成會導致芯片的整體溫升較高，對集成光學芯片性能（如輸出光功率穩定性、波長穩定性等）造成影響，進而影響到集成化光纖陀螺性能。

2 光學器件集成方案光纖陀螺研究進展

2.1 總體技術方案

我們采用“光學器件集成化+環圈微型化”的總體技術方案：將實現光信號收發、分光、調制的各光學器件實現芯片化集成，采用新一代超細徑光纖實現敏感環圈的微型化，在確保集成化光纖陀螺精度的前提條件下降低光路體積和熔裝復雜度。在集成工藝平臺方面，采用成熟且成本較低的SiO2基作為襯底材料，通過離子摻雜實現低損耗的PLC光芯片，光源、探測器以及調制器芯片通過微組裝工藝實現與PLC光芯片間的耦合連接。

集成化光纖陀螺的核心是集成光學芯片，芯片的集成方案直接決定了后期陀螺的光路結構，按照芯片上集成光學器件個數的不同可分為：“三合一”集成方案和“四合一”集成方案，分別實現光源/探測器/耦合器集成和光源/探測器/耦合器/光學調制器集成。“四合一”集成光學芯片方案如圖6(a)所示，光源、探測器和Y1分束器集成到SiO2基底上，而光學調制器采用傳統LiNbO3體材料實現起偏、Y2分束器光路分光以及相位調制功能，兩個芯片之間通過端面耦合方式實現不同基底材料間的混合集成[28]，“四合一”集成光學芯片上存在一個由Y1分束器和Y2分束器構成的“雙Y”分支波導，存在空間模式誤差，導致陀螺存在較大的固有零位漂移。“三合一”集成光學芯片方案如圖6(b)所示，在SiO2基底上通過片上耦合集成光源、探測器和Y1分束器，通過在“三合一”集成光學芯片和集成光學調制器之間增加一個空間模式濾波器，能夠有效濾除“雙Y”分支波導引入的空間模式誤差，從而消除“四合一”集成方案光纖陀螺存在的固有零位和零位漂移問題[29]。

圖6 集成光學芯片典型結構Fig.6 Typical structure of integrated optical chip

2.2 部件研究進展

本文主要探討采用“三合一”集成光學芯片完成光纖陀螺研究進展情況，集成化光纖陀螺的性能指標與集成光學芯片性能存在直接依賴關系，我們采用SiO2基PLC技術，集成光學芯片的整體布局如圖7(a)所示。首先采用光波導集成工藝完成Y1分束器芯片研制，通過對耦合區波導寬度、亞波長結構周期及占空比、以及耦合區長度等參數進行全局優化，可實現超小型、大帶寬3 dB分束器，設計耦合分光比為(50 ± 2)%；光源芯片采用InP材料的SLD芯片，為了實現寬光譜的片上超輻射發光，在提高器件輸出功率的同時盡可能增大SLD芯片的光譜寬度，采用量子阱混雜工藝，使用相同組分不同阱寬的多量子阱結構作為SLD有源區結構，有效增大光譜寬度；光子探測器（PIN）芯片采用InGaAs材料，重點關注響應度和暗電流兩個參數指標：通過優化制備工藝提高材料的吸收系數，通過材料缺陷、表面漏電流、金屬半導體接觸電阻優化設計，降低PIN芯片的暗電流大小，探測光信號隨后通過場效應晶體管（FET）電路實現電流信號到電壓信號的轉換，供檢測電路實現陀螺轉速檢測；SLD芯片和PIN芯片分別通過透鏡光路和物理鍵合方法實現與Y1分束器芯片之間的光耦合連接，形成一塊組合芯片；集成光學芯片通過過渡熱沉安裝在熱制冷器（TEC）上，通過溫度控制確保集成光學芯片的穩定功率和波長輸出。通過電端口引線設計，完成集成光學芯片的封裝固化，封裝后的結構外形如圖7(b)所示，該金屬封裝的接口和引線鍵合允許與16個電氣引腳和光纖尾纖進行電接觸，以隔離外部環境對集成光學芯片的干擾。

圖7 “三合一”集成光學芯片結構及實物Fig.7 Structure and package diagram of the "three in one"integrated optical chip

對研制的“三合一”集成光學芯片進行性能測試，測試結果如表2所示，從表中可見：集成光學器件的主要指標與傳統分立光源、探測器及耦合器指標相當，能夠滿足光纖陀螺應用需求。

表2 “三合一”集成光學芯片性能測試結果Tab.2 Performance test results of "three in one"integrated optical chip

微小型高對稱光纖環圈是集成化光纖陀螺的敏感部件，其外形尺寸直接限制陀螺最終外形，其性能直接影響陀螺精度和環境適應性：環圈損耗與背向散射噪聲大小影響陀螺精度，環圈良好的對稱性是確保集成化光纖陀螺溫度、振動和磁場等環境適應性的前提條件。

本文采用小彎曲半徑的超細徑保偏光纖，減小光纖環圈尺寸以滿足陀螺小型化需求，同時光纖環圈尺寸的降低可以有效提升環圈內部溫度場均勻性，從而降低陀螺的溫度敏感性。為了解決小型化環圈繞制過程的幾何對稱性和應力對稱性問題，使得環圈內部應力均勻分布而且可控，采用正交四極對稱方法實現小型化光纖環圈繞制。同時，為了降低環圈環境因素引入的內應力變化，針對細徑光纖特點改進了施膠固化工藝，研制的小型化光纖環圈如圖8所示，其中光纖環圈相關參數為：內徑10 mm，外徑32 mm，長度1350 m，按照文獻[30]中的精度計算公式得到，采用該環圈的光纖陀螺設計精度[30]為0.023 °/h。

圖8 微小型高對稱光纖環圈Fig.8 Micro and high-symmetry optical fiber coil

集成化光纖陀螺用到的電路主要包括信號檢測電路和驅動控制電路。信號檢測電路主要實現光纖陀螺數字解調、閉環控制及數據通信等功能，本文采用專用集成電路（ASIC）完成信號檢測電路研制，具有微小型、高性能、抗干擾的技術優勢；驅動控制電路主要通過對光源部分的恒定電流和溫度控制實現集成化器件的穩定光功率和波長輸出，為整個光路提供穩定的光信號來源。信號檢測電路和驅動控制電路的實物分別如圖9(a)和9(b)所示。

圖9 集成化光纖陀螺用電路Fig.9 Circuits of the integrated fiber optic gyroscope

2.3 樣機研制情況

基于“三合一”集成光學芯片、小型化光纖環圈、信號檢測及驅動控制電路，搭建成功集成化光纖陀螺樣機（樣機實物如圖10(a)所示），在集成光學芯片與集成光學調制器之間引入單模光纖作為空間模式濾波器，有效消除空間模式誤差引入的固有零位漂移。在前期研究[30]基礎上進一步增大光纖環圈的長度和外徑以提升集成化光纖陀螺的理論精度，同時通過對集成光學器件的內部金絲走線進行布局優化和電磁屏蔽隔離，有效提升了集成化光纖陀螺的精度水平。

最終研制的集成化光纖陀螺整機尺寸為35 mm×35 mm×35 mm，相較目前傳統光纖陀螺尺寸大幅降低。對搭建的集成化光纖陀螺樣機進行常溫靜態性能測試，測試數據如圖10(b)所示，100 s平滑后的陀螺零偏穩定性為0.048 °/h，距離其理論精度還有2倍左右的差距，分析其原因主要是因為硅基受限空間下光路串擾對探測器信號的影響，導致信噪比偏低，進而影響陀螺精度。

圖10 集成化光纖陀螺樣機及測試結果Fig.10 Prototype and test results of integrated fiber optic gyroscope

表3給出了研制的集成化光纖陀螺與國際上主流商用光纖陀螺產品精度/尺寸的對比情況。從表3中可見：研制的集成化光纖陀螺精度與美國KVH公司最新報道的集成化開環光纖陀螺DSP1750精度相當，但是整機體積只有DSP1750的1/2左右；與目前世界最小光纖陀螺-俄羅斯VG191AD相比，本文的集成化光纖陀螺的精度明顯更高。綜上所述，集成化光纖陀螺相較于同尺寸的光纖陀螺具有顯著的精度優勢，相較于同等精度的傳統光纖陀螺具有顯著的尺寸優勢。

表3 集成化光纖陀螺與傳統光纖陀螺產品對比情況Tab.3 Comparison between integrated fiber optic gyroscope and traditional fiber optic gyroscope

3 集成化光纖陀螺發展展望

光纖陀螺歷經多年發展已經取得廣泛應用，但是其SWaC難以進一步下降，已成為目前光纖陀螺進一步發展的主要限制因素。2015年以來，隨著光學集成技術的快速發展，以Si、SiO2、Si3N4、LiNbO3為襯底的集成光學芯片逐漸獲得突破，并已經在光通訊領域獲得了應用驗證。集成化光纖陀螺正是在這一背景下應運而生，它結合了集成光學芯片的小尺寸優勢與光纖陀螺的高精度優勢，逐漸成為一種極具潛力的微小型高精度陀螺解決方案。

通過對近年來集成化光纖陀螺研究現狀和發展動態的梳理，我們展望未來，形成如下認識：

（1）“光器件芯片化+電路ASIC化+環圈微型化”方案的集成化光纖陀螺有望快速實現系統應用。

通過采用硅基集成/微組裝工藝，有望研制成功兼具光源、探測器、耦合器、調制器等多種功能單元為一體的“四合一”集成光學器件，解決光纖陀螺應用時存在的串擾、溫升、空間輻射等問題。同時，隨著ASIC電路集成度提升、保偏光纖細徑化等技術發展，在確保精度的同時進一步降低陀螺體積。在3～5年左右時間研制成功微小型的集成化光纖陀螺，在導航級精度范圍具有絕佳的SWaC綜合性能優勢。

（2）Si基集成光學芯片有望將芯片尺寸從初期的cm2量級降低到mm2量級。

以目前國內研制的“三合一”集成光學芯片為例，由于采用的是SiO2基集成工藝，封裝后的器件尺寸還較大，難以滿足進一步小型化以及多軸集成化光纖陀螺的應用需求，通過研制成功Si基集成光學芯片可大幅降低集成光學器件尺寸[31-33]，實現集成化光纖陀螺綜合性能的進一步提升。針對LiNbO3體材料相位調制器難以與Si基集成等瓶頸難題，可以考慮采用目前國際最新的LiNbO3薄膜相位調制器[34,35]方案，最終實現光源、探測器、耦合器和相位調制器的Si基單片式全集成。目前，國外在硅基集成光學芯片設計、流片及應用方面具有一定優勢，國內研究基礎相對薄弱，還需加大研究力度。

（3）單片全集成方案的集成化光學陀螺具有批量化制造、大幅降低成本和體積的潛力優勢。

單片全集成方案在光學器件集成的基礎上將作為敏感部件的光纖環圈也實現了片上集成，有望最終改變傳統光纖陀螺的結構組成和制造方法，用片上集成光路實現對分立光纖光路的變革性替代，從而實現集成化光學陀螺的規模化、批量化制造。不過，單片全集成方案的集成化光學陀螺目前面臨的主要問題是集成化環圈傳輸損耗過大，同時環圈微型化尺寸導致靈敏度過低，噪聲嚴重制約陀螺精度，還需要較長時間研究和攻關。