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JP2001050753A - Semiconductor laser gyro - Google Patents

Semiconductor laser gyro

Info

Publication number
JP2001050753A
JP2001050753A JP11228230A JP22823099A JP2001050753A JP 2001050753 A JP2001050753 A JP 2001050753A JP 11228230 A JP11228230 A JP 11228230A JP 22823099 A JP22823099 A JP 22823099A JP 2001050753 A JP2001050753 A JP 2001050753A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
semiconductor laser
ring resonator
laser gyro
gain medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11228230A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Yanagawa
勉 柳川
Satoru Oku
哲 奥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP11228230A priority Critical patent/JP2001050753A/en
Publication of JP2001050753A publication Critical patent/JP2001050753A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Gyroscopes (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定精度を犠牲にすることなく、小型化を可
能とする半導体レーザジャイロを提供すること。 【解決手段】 半導体基板21上にサイズの異なる複数
の周回光路(導波路)によって構成された多重周回リン
グ共振器22を形成し、該共振器22上に設けられたキ
ャリア注入電極23に電圧を印加することによってレー
ザ発振させ、右回りと左回りの発振モードの周波数差
を、電圧検出用端子24から電圧の変化としてもしくは
ビーム合波プリズム25及び受光器26から求めること
により、外部から加わる回転角速度を計測する。
(57) [Problem] To provide a semiconductor laser gyro that can be miniaturized without sacrificing measurement accuracy. SOLUTION: A multi-circular ring resonator 22 composed of a plurality of circular optical paths (waveguides) having different sizes is formed on a semiconductor substrate 21, and a voltage is applied to a carrier injection electrode 23 provided on the resonator 22. The laser is oscillated by the application, and the frequency difference between the clockwise and counterclockwise oscillation modes is obtained as a voltage change from the voltage detection terminal 24 or from the beam multiplexing prism 25 and the light receiving device 26, whereby the rotation applied from the outside is obtained. Measure the angular velocity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザジャ
イロに関し、特にサイズ依存性を有する測定精度を犠牲
にすることなく、小型化を可能とする半導体レーザジャ
イロに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser gyro, and more particularly, to a semiconductor laser gyro that can be reduced in size without sacrificing size-dependent measurement accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、実用化されているジャイロスコー
プとしては、機械式(コマジャイロ)、光学式(リング
レーザジャイロ、光ファイバジャイロ)、振動ジャイロ
がある。これらはそれぞれ、価格、精度、サイズ等に得
失をもっており、用途に応じた機種選定が行われてい
る。
2. Description of the Related Art Currently, gyroscopes put into practical use include a mechanical gyroscope, an optical gyroscope, and a vibration gyroscope. Each of these has advantages and disadvantages in price, accuracy, size, etc., and models are selected according to the application.

【0003】機械部分が主要部となるコマジャイロは、
小型化し難く、加速度に弱いこと等から、最近は減少の
傾向が進みつつある。また、アクティブなリングレーザ
ジャイロは、最も高精度でかつ安定であるが、高価格で
あることから、航空機や宇宙開発方面等に限定的に使用
されている。民生用には、主にパッシブな光ファイバジ
ャイロや振動ジャイロが採用され、振動ジャイロは、測
定精度が悪いながらも、数センチ角と小型で安価なた
め、重用されている。
A coma gyro whose main part is a machine is:
Since it is difficult to reduce the size and is susceptible to acceleration, etc., it has recently been on a downward trend. Active ring laser gyros are the most accurate and stable, but are expensive, and are therefore limitedly used in aircraft and space development. For consumer use, passive optical fiber gyros and vibrating gyroscopes are mainly used. Vibrating gyroscopes are used frequently because they are small and inexpensive, measuring several centimeters square, while having low measurement accuracy.

【0004】従来から、半導体レーザを用いて小型のセ
ンサを構成する方法は、種々検討されている。ジャイロ
センサに関しても、その検討が始まっている。特に、半
導体レーザの使用は、従来品より小型化し易いため、応
用範囲に広がりがある。
Conventionally, various methods for forming a small sensor using a semiconductor laser have been studied. Considerations have also begun on gyro sensors. In particular, the use of a semiconductor laser has a wider range of applications because it is easier to reduce the size than conventional products.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】民生用として、リング
レーザジャイロより小型化、低価格化を目指して実現さ
れたのが光ファイバジャイロである。しかし、価格面、
サイズ面、性能面での現状以上の改善は容易でない。ま
た、光学部品の組み合わせ工程が存在するため、強い振
動が発生する建設現場等では、部品毎の微小なずれによ
り、所望の性能が得られない場合が少なくない。さら
に、このジャイロセンサに関しては、測定精度がサイズ
に関わっているため、いたずらに小さくするとかえって
測定精度が低下し、実用品にはなり得ないという欠点が
あった。
SUMMARY OF THE INVENTION An optical fiber gyro has been realized for consumer use in order to reduce the size and cost of the ring laser gyro. However, in terms of price,
It is not easy to improve the size and performance more than the current situation. In addition, since there is a process of assembling optical components, in a construction site or the like where strong vibration occurs, a desired performance cannot be often obtained due to a minute displacement of each component. Further, the measurement accuracy of the gyro sensor is related to the size. Therefore, if the measurement accuracy is reduced unnecessarily, the measurement accuracy is reduced, and the gyro sensor cannot be used as a practical product.

【0006】振動ジャイロに関しても、機械式であるこ
とに変わりなく、数センチ角程度と小型化にも限界があ
る。また、外力としての加速度や振動には注意が必要で
ある。検出対象が振動そのものであることも影響してお
り、光ファイバジャイロとは異なる理由で測定対象には
注意が必要であった。
[0006] The vibrating gyroscope is still of the mechanical type, and there is a limit to miniaturization of about several centimeters square. Attention must be paid to acceleration and vibration as external force. The fact that the object to be detected is the vibration itself also has an effect, and the object to be measured needs to be careful because it is different from the optical fiber gyro.

【0007】いずれの方式を用いても、より小型で、測
定精度の低下がないジャイロセンサは、望まれていても
実現が困難なものであった。
Regardless of which method is used, a gyro sensor which is smaller and has no decrease in measurement accuracy has been difficult to realize even if desired.

【0008】本発明の目的は、測定精度を犠牲にするこ
となく、小型化を可能とする半導体レーザジャイロを提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser gyro that can be miniaturized without sacrificing measurement accuracy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】図1はHe−Neレーザ
を用いた代表的なリングレーザジャイロの構成を示すも
ので、図中、1はHe−Neレーザ、2,3は全反射ミ
ラー、4は出力ミラー、5はハーフミラー、6はビーム
合波プリズム、7は受光器である。
FIG. 1 shows the configuration of a typical ring laser gyro using a He-Ne laser, in which 1 is a He-Ne laser, 2 and 3 are total reflection mirrors, 4 is an output mirror, 5 is a half mirror, 6 is a beam combining prism, and 7 is a light receiver.

【0010】このリングレーザジャイロで測定される回
転角速度は、リングレーザの右回りと、左回りの発振モ
ードの周波数差(ビート信号)から求められる。回転運
動によって、左右それぞれのモードが感じる共振器長が
変化する(サニャック効果)ため、 Δf=4AΩ/λL ………(1) のような関係式が成り立つ。ここで、Δfはリング共振
器を左右に進行する光の発振モード間のビート(サニャ
ックビート)周波数、Aはリングの面積、Lはリングの
長さ、Ωは回転角速度、λはレーザ出射光の発振波長で
ある。
The rotational angular velocity measured by the ring laser gyro is obtained from the frequency difference (beat signal) between the clockwise and counterclockwise oscillation modes of the ring laser. Since the length of the resonator sensed by each of the left and right modes changes due to the rotational motion (Sagnac effect), a relational expression such as Δf = 4AΩ / λL is established. Here, Δf is the beat (Sagnac beat) frequency between the oscillation modes of light traveling left and right through the ring resonator, A is the area of the ring, L is the length of the ring, Ω is the rotational angular velocity, and λ is the laser output light. The oscillation wavelength.

【0011】半導体レーザを用いてリングレーザジャイ
ロを作製するには、それぞれ、図2の(a)、(b)、
(c)に示すような、三角形や四角形あるいは円形の導
波路構造11,12,13をリング共振器として利用す
るのが一般的である(なお、14,15は導波路11,
12の反射面である。)。勿論、リング共振器の形状
は、これらの形状に限ったことではないが、実用的には
簡便な形状が望ましいので、ここでは、これらの形状の
みについて触れることにする。
In order to manufacture a ring laser gyro using a semiconductor laser, FIGS.
It is common to use a triangular, square or circular waveguide structure 11, 12, 13 as a ring resonator as shown in FIG.
Twelve reflecting surfaces. ). Of course, the shapes of the ring resonators are not limited to these shapes, but practically simple shapes are desirable. Therefore, only these shapes will be described here.

【0012】現状で、光路の1辺が10μm〜数cmの
三角形や四角形の導波路や、直径が10μm〜数cmの
円形導波路は、比較的簡便に作製できる。従って、この
ようなリングレーザジャイロの作製は容易である。
At present, a triangular or square waveguide having an optical path of 10 μm to several cm or a circular waveguide having a diameter of 10 μm to several cm can be relatively easily manufactured. Therefore, the production of such a ring laser gyro is easy.

【0013】ちなみに、パッシブ構成の光ファイバジャ
イロを用いた回転角速度の測定は、 Δφ=8πnNAΩ/λc ………(2) で表される、各々左右を進行する光の位相差から求めら
れる。ここで、Δφは位相差、Nは光ファイバの巻き
数、nは屈折率、cは光速である。
Incidentally, the measurement of the rotational angular velocity using an optical fiber gyro having a passive configuration is obtained from the phase difference of light traveling right and left, which is represented by Δφ = 8πnNAΩ / λc (2). Here, Δφ is the phase difference, N is the number of turns of the optical fiber, n is the refractive index, and c is the speed of light.

【0014】アクティブなリングレーザジャイロとパッ
シブな光ファイバジャイロで測定感度の比較を行うと、
(1)、(2)両式からも、スケールファクタの点から
も、リングレーザジャイロスコープの方が有利であるこ
とが分かる。
A comparison of measurement sensitivity between an active ring laser gyro and a passive optical fiber gyro shows that:
From both (1) and (2), it can be seen that the ring laser gyroscope is more advantageous in terms of the scale factor.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【0016】[0016]

【実施の形態1】半導体レーザジャイロでは、作製時に
使用するウェハサイズに依存して、最大リングサイズの
上限が決まってしまう。従って、He−Neレーザを用
いた従来のリングレーザジャイロとの比較において、通
常は、式(1)に示されるようなスケールファクタの点
で、測定精度では半導体レーザジャイロの方が不利であ
る。
Embodiment 1 In a semiconductor laser gyro, the upper limit of the maximum ring size is determined depending on the wafer size used at the time of fabrication. Therefore, in comparison with a conventional ring laser gyro using a He-Ne laser, the semiconductor laser gyro is generally disadvantageous in terms of measurement accuracy in terms of a scale factor as shown in Expression (1).

【0017】なぜなら、数10cmを一辺とする三角形
や四角形をリング共振器として使用するHe−Neリン
グレーザジャイロに対し、現状の半導体レーザの場合
は、フルウェハで2〜3インチ程度であり、この中に半
導体リング共振器を作製し、ジャイロを構成するからで
ある。
This is because, in contrast to a He-Ne ring laser gyro using a triangle or a quadrangle having a side of several tens of cm as a ring resonator, the current semiconductor laser has a full wafer of about 2 to 3 inches. This is because a semiconductor ring resonator is manufactured in order to form a gyro.

【0018】しかしながら、図3の(a)、(b)に示
すようなサイズの異なる多重周回構造を作製すること
は、半導体プロセスをもってすれば簡単であるが、従来
のリングレーザジャイロ(He−Neレーザのようなガ
スレーザによる構成)では、このような多重周回構造
を、しかも微小領域に実現することは、ほとんど不可能
に近い。
However, it is easy to fabricate multi-turn structures having different sizes as shown in FIGS. 3A and 3B by using a semiconductor process. However, it is easy to fabricate a conventional ring laser gyro (He-Ne). With a configuration using a gas laser such as a laser), it is almost impossible to realize such a multi-turn structure in a very small area.

【0019】図3は本発明で用いる半導体レーザ多重周
回リング共振器の模式図を示すもので、同図の(a)は
正方形状の多重周回構造、同図の(b)は円形状の多重
周回構造を示している。
FIGS. 3A and 3B are schematic views of a semiconductor laser multi-turn ring resonator used in the present invention. FIG. 3A shows a square multi-turn structure, and FIG. 3B shows a circular multi-turn structure. The orbital structure is shown.

【0020】左回り、右回りの発振モードが独立に、こ
のようなサイズが異なる多重周回構造を有するリング共
振器の中を走るには、図3の(a)の矩形(正方形の外
に長方形も含む。)リングの方が、図3の(b)の円形
リングより漏話が小さい分有利である。実際、円形リン
グの場合は、交差点で漏話が起こり、測定精度の向上は
実現できなかった。
In order for the clockwise and clockwise oscillation modes to run independently of each other in a ring resonator having a multi-turn structure having different sizes, a rectangular shape shown in FIG. The ring is more advantageous than the circular ring of FIG. 3B because crosstalk is smaller. In fact, in the case of a circular ring, crosstalk occurred at the intersection, and improvement in measurement accuracy could not be realized.

【0021】図3の(a)の矩形リングでは、左右各々
の方向に周回する光が交差する部分を除いた頂点部分
が、反応性エッチング等の利用により作製された全反射
面であることを想定した構造を示している。しかし、こ
の部分は、図4の(b)に示すように、曲率をもった構
造にしても差し支えない。
In the rectangular ring shown in FIG. 3A, the apex portion excluding the portion where the light circulating in the left and right directions intersects is a total reflection surface formed by using reactive etching or the like. The assumed structure is shown. However, this portion may have a structure having a curvature as shown in FIG.

【0022】図4は本発明の半導体レーザジャイロにお
ける多重周回リング共振器の説明図であり、同図の
(a)は周回光の交差がない矩形頂点部分が全反射面に
なる構造の例、同図の(b)は周回光の交差がない部分
に曲率を持たせた構造の例を示している。
FIG. 4 is an explanatory view of a multi-circular ring resonator in a semiconductor laser gyro according to the present invention. FIG. 4 (a) shows an example of a structure in which a rectangular vertex where there is no crossing of circular light becomes a total reflection surface. FIG. 2B shows an example of a structure in which a portion where there is no intersection of the circulating lights has a curvature.

【0023】光出力を用いてジャイロセンサを構成する
場合は、例えば、左上の頂点部分を図4の(a)のよう
にエッチングして光出力を取り出したり、特願平4−8
4088号に示したような導波路のピックアップ設置
や、部分出力の取り出しによって、左右各々の方向に周
回する光を合波すれば良い。
When a gyro sensor is constructed using light output, for example, the upper left apex portion is etched as shown in FIG.
The light circulating in the left and right directions may be multiplexed by installing a waveguide pickup as shown in No. 4088 or extracting a partial output.

【0024】サイズが異なる多重周回構造を有する、図
4の(a)に示すような矩形リング共振器の中を左右独
立に周回する光が感じるサニャック効果は、一辺が
0,a1,a2,a3,………,an-1,anの四角形の一
つの頂点部分が、一辺bの正方形として欠けた変形矩形
リング導波路を周回する光が感じる効果と等しくなる。
As shown in FIG. 4A, a Sagnac effect of light that circulates independently in the left and right directions in a rectangular ring resonator having multiple circulating structures having different sizes has a side of a 0 , a 1 , a. 2, a 3, ........., square one apex portion of the a n-1, a n is equal to the effect of light feel orbiting the deformed rectangular ring waveguides missing as a square of a side b.

【0025】従って、一辺がak-1からak(k=0,
1,2,3,4,……,n−1,n)の長さの矩形導波
路に変わる部分の結合部で、欠けた頂点部分の面積はb
2となる。これらから、akは ak=ak-1+2b=a0+2kb ……(3) で表される。
Therefore, one side is a k−1 to a k (k = 0,
1, 2, 3, 4,..., N−1, n) at the junction where the rectangular waveguide is changed,
It becomes 2 . From these, a k is represented by a k = a k -1 + 2b = a 0 +2 kb (3)

【0026】一辺dの正方形内に納まる多重周回リング
共振器の個数を考えると、 h=Int{(d−a0)/b}+1 ……(4) で表される異なるサイズの周回リングが存在することが
分かる。従って、多重周回リング共振器の全周回長Lは
Considering the number of multiple orbiting ring resonators contained in a square with one side d, h = Int {(d−a 0 ) / b} +1... (4) You can see it exists. Therefore, the total circuit length L of the multiple circuit ring resonator is

【0027】[0027]

【数1】 (Equation 1)

【0028】で表される。## EQU1 ##

【0029】また、周回リング共振器が囲む面積Si
総和Aは
The total sum A of the area S i surrounded by the orbiting ring resonator is

【0030】[0030]

【数2】 (Equation 2)

【0031】で表せる。It can be expressed by

【0032】従って、ジャイロの測定精度を決定するパ
ラメータA/Lは、 A/L=[4b23+6b(b+a0)h2 +{6a0b−b2+3(a02}h+3(a02] /12(bh+a0)(h+1) ……(8) となる。
Therefore, the parameter A / L for determining the measurement accuracy of the gyro is A / L = [4b 2 h 3 + 6b (b + a 0 ) h 2 + {6a 0 b−b 2 +3 (a 0 ) 2 } h + 3 (A 0 ) 2 ] / 12 (bh + a 0 ) (h + 1) (8)

【0033】与えられたa0、bによって、A/Lの最
大値を与えるhが、多重周回リング共振器の最適パスを
与える周回回数を示すこととなるが、このことは測定精
度のフィギュアオブメリット(F≡A/L)が式(8)
そのもので与えられることを意味している。
With the given a 0 and b, h, which gives the maximum value of A / L, indicates the number of orbits giving the optimum path of the multi-turn ring resonator, which is the figure of measurement accuracy. The merit (F≡A / L) is given by equation (8)
It means being given by itself.

【0034】a0≫bの場合には簡略化が可能となり、 F≡A/L≒{4b22+2(b+3a0)bh+3(a02} /12(bh+a0) ……(9) となる。In the case of a 0 ≫b, simplification is possible, and F≡A / L ≒ {4b 2 h 2 +2 (b + 3a 0 ) bh + 3 (a 0 ) 2 } / 12 (bh + a 0 ) (9) ).

【0035】例えば、a0=0.2mm、b=0.03
mmの場合、1mm□(平方)に納まるリング共振器を
仮定すれば、L=3.15cm、A=7.86mm2
なり、F≡A/Lは、単一リングの場合の5倍程度とな
る。この条件で、10mm□に納まるリング共振器を仮
定すると、L=334cmに達し、A=5570mm 2
となる。この場合、Fは単一リングの場合の33倍程度
となり、一辺が33cmの矩形リングレーザジャイロの
性能が、1cm□の寸法で実現できることになる。
For example, a0= 0.2 mm, b = 0.03
mm, a ring resonator that fits within 1 mm square
Assuming that L = 3.15 cm, A = 7.86 mmTwoWhen
F≡A / L is about five times that of a single ring.
You. Under these conditions, a ring resonator that fits within 10 mm
L = 334cm, A = 5570mm Two
Becomes In this case, F is about 33 times that of a single ring
And a rectangular ring laser gyro with a side of 33 cm
Performance can be achieved with a size of 1 cm square.

【0036】h>10では、dF/dh>0であり、こ
の条件ではFは単調増加になっている。このため、製造
技術の優劣が決定する微小効果の蓄積や損失が無視でき
る状態であれば、多重性を増してFを単純に向上させ得
ることが分かる。
When h> 10, dF / dh> 0, and F is monotonically increased under this condition. For this reason, it can be seen that if accumulation and loss of minute effects determined by the superiority of the manufacturing technology can be ignored, F can be simply improved by increasing the multiplicity.

【0037】ジャイロ動作の心臓部となるサニャック効
果の検出は、従来通り、左右独立に伝搬した光の干渉出
力を用いても、リング共振器内の電圧の変化の検出によ
っても、同様に得ることができる。
The Sagnac effect, which is the heart of the gyro operation, can be detected in the same manner by using the interference output of the left and right independently transmitted light or by detecting the change in the voltage in the ring resonator. Can be.

【0038】図5は本発明の半導体レーザジャイロの実
施の形態を示す平面図及び側面図であり、ここでは光源
部分の多様性を表している。ここで、同図の(a)は本
発明の半導体レーザジャイロ全体を半導体ゲイン媒質の
みで実現した例を示すもので、図中、21は半導体基
板、22は半導体基板21上に形成された多重周回リン
グ共振器、23は多重周回リング共振器22のほぼ全面
に亘って形成されたキャリア注入手段(電極)、24は
多重周回リング共振器22の一部に形成された電圧検出
用端子、25はビーム合波プリズム、26は受光器であ
る。
FIG. 5 is a plan view and a side view showing an embodiment of a semiconductor laser gyro according to the present invention. Here, the variety of light source portions is shown. Here, (a) of the figure shows an example in which the entire semiconductor laser gyro of the present invention is realized only by a semiconductor gain medium. In the figure, 21 is a semiconductor substrate, and 22 is a multiplex formed on the semiconductor substrate 21. The orbiting ring resonator 23 is a carrier injection means (electrode) formed over almost the entire surface of the multiple orbiting ring resonator 22, 24 is a voltage detection terminal formed on a part of the multiple orbiting ring resonator 22, 25 Is a beam combining prism, and 26 is a light receiver.

【0039】光の干渉出力を用いる場合は、例えば多重
周回リング共振器22の左上部の反射面27から一部の
光を取り出し、各々の光をハーフミラーやプリズム、導
波路、光ファイバ等を用いたカップラを用いて干渉させ
た後、受光器26で検出すれば良い(なお、この場合、
電圧検出用端子24は省略しても良い。)。図5の
(a)ではビーム合波プリズム25を用いた例を示した
が、図5の他の例では図示することを省略した。しかし
ながら、他の例においても同様に適応できることはいう
までもない。
In the case of using the interference output of light, for example, a part of the light is extracted from the reflection surface 27 at the upper left of the multiple orbiting ring resonator 22, and each light is separated by a half mirror, a prism, a waveguide, an optical fiber, or the like. After causing interference using the coupler used, detection may be performed by the light receiver 26 (in this case,
The voltage detection terminal 24 may be omitted. ). FIG. 5A shows an example in which the beam combining prism 25 is used, but the illustration is omitted in the other examples of FIG. However, it goes without saying that other examples can be similarly applied.

【0040】また、リング共振器内の電圧の変化を測定
することにより、サニャック効果の検出を行う場合は、
電圧検出用端子24から電圧を取り出して行う。
When the Sagnac effect is detected by measuring a change in voltage in the ring resonator,
The operation is performed by extracting a voltage from the voltage detection terminal 24.

【0041】図5の(b)は本発明の半導体レーザジャ
イロを各々異なる組成や構造、異なる材質を持つもので
実現したゲイン媒質部及び導波路部で構成した例、特に
多重周回リング共振器内にリング共振器を有する半導体
レーザあるいはARコート(無反射コート)を施すこと
によって作製された半導体光増幅器を有する例を示す。
即ち、図中、31は多重周回リング共振器、32は多重
周回リング共振器31の最内周の部分に設けられたリン
グレーザもしくは半導体光増幅器であり、該リングレー
ザもしくは半導体光増幅器32の多重周回リング共振器
31との境界面にはARコート(無反射コート)33が
施されている。また、34はキャリア注入電極、35は
電圧検出用端子である。
FIG. 5 (b) shows an example in which the semiconductor laser gyro of the present invention is constituted by a gain medium portion and a waveguide portion each having a different composition, a different structure, and a different material. An example having a semiconductor laser having a ring resonator or a semiconductor optical amplifier manufactured by applying an AR coat (anti-reflection coat) is shown below.
That is, in the figure, reference numeral 31 denotes a multi-turn ring resonator, 32 denotes a ring laser or a semiconductor optical amplifier provided at the innermost portion of the multi-turn ring resonator 31, and the ring laser or the semiconductor optical amplifier 32 is multiplexed. An AR coating (anti-reflection coating) 33 is applied to a boundary surface with the orbiting ring resonator 31. Reference numeral 34 denotes a carrier injection electrode, and reference numeral 35 denotes a voltage detection terminal.

【0042】図5の(c)は基本的に同図の(b)と同
様であるが、ここでは多重周回リング共振器内にリング
共振器を持たない半導体レーザあるいはARコート(無
反射コート)を施すことによって作製された半導体光増
幅器を有する例を示す。即ち、図中、36は多重周回リ
ング共振器31の最内周の部分に設けられたファブリ−
ペロー(F−P)型レーザもしくはF−P型半導体光増
幅器であり、該F−P型レーザもしくはF−P型半導体
光増幅器36の両端面には多重周回リング共振器で半導
体レーザを発振させるため、ARコート37が施されて
いる。また、38は電圧検出用端子兼用キャリア注入電
極である。
FIG. 5 (c) is basically the same as FIG. 5 (b), except that a semiconductor laser or an AR coat (anti-reflection coat) having no ring resonator in the multi-turn ring resonator is used here. An example having a semiconductor optical amplifier manufactured by applying the method is described below. That is, in the drawing, reference numeral 36 denotes a fabric provided at the innermost portion of the multi-turn ring resonator 31.
A Perot (FP) type laser or FP type semiconductor optical amplifier, and a semiconductor laser is oscillated by a multi-turn ring resonator on both end surfaces of the FP type laser or FP type semiconductor optical amplifier 36. Therefore, an AR coat 37 is provided. Reference numeral 38 denotes a carrier injection electrode that also serves as a voltage detection terminal.

【0043】キャリア注入電極と電圧検出用端子とは、
S/N向上という観点からも独立させた方がベターであ
るが、分けなくても測定自体は可能である。
The carrier injection electrode and the voltage detection terminal
It is better to be independent from the viewpoint of improving S / N, but the measurement itself is possible without dividing.

【0044】[0044]

【実施の形態2】図6は本発明の半導体レーザジャイロ
の実施の形態を示す平面図であり、ここでは導波路部の
多様性を表している。特に、ここでは実施の形態1で説
明していなかった部分について記述することにする。
[Embodiment 2] FIG. 6 is a plan view showing an embodiment of a semiconductor laser gyro according to the present invention, and here shows the variety of waveguide portions. In particular, here, portions not described in the first embodiment will be described.

【0045】図6の(a)は本発明の半導体レーザジャ
イロを半導体ゲイン媒質のみで実現した例を示すもの
で、図中、41は半導体基板、42は多重周回リング共
振器、43はキャリア注入電極、44は電圧検出用端子
である。
FIG. 6A shows an example in which the semiconductor laser gyro of the present invention is realized only by a semiconductor gain medium. In the figure, reference numeral 41 denotes a semiconductor substrate, reference numeral 42 denotes a multi-turn ring resonator, and reference numeral 43 denotes carrier injection. The electrode 44 is a voltage detection terminal.

【0046】この図はキャリア注入電極と電圧検出用端
子が設けてある多重周回リング共振器を有する半導体レ
ーザそのものの構成により、半導体レーザジャイロが実
現できる例を示しており、光学的なサニャックビートの
測定を示していない点を除いて図5の(a)と同様であ
るので、詳細な説明は割愛する。
This figure shows an example in which a semiconductor laser gyro can be realized by the configuration of a semiconductor laser itself having a multiple orbiting ring resonator provided with a carrier injection electrode and a voltage detection terminal. Since it is the same as FIG. 5A except that the measurement is not shown, detailed description is omitted.

【0047】図6の(b)は本発明の半導体レーザジャ
イロを同一組成、同一構造を持つ半導体ゲイン媒質部及
び半導体導波路部によって構成した例を示すもので、図
中、45は多重周回リング共振器42の最内周の部分の
みに対応して設けられたキャリヤ注入電極、46は多重
周回リング共振器42のキャリヤ注入電極45以外の部
分に対応して設けられたバイアス印加電極である。
FIG. 6B shows an example in which the semiconductor laser gyro of the present invention is constituted by a semiconductor gain medium section and a semiconductor waveguide section having the same composition and the same structure. A carrier injection electrode 46 is provided corresponding to only the innermost portion of the resonator 42, and a bias application electrode 46 is provided corresponding to a portion other than the carrier injection electrode 45 of the multi-turn ring resonator 42.

【0048】前記キャリヤ注入電極45及びバイアス印
加電極46に対する注入電流はそれぞれ個別に調整さ
れ、これによって多重周回リング共振器42の半導体ゲ
イン媒質に、アクティブな光源の部分とパッシブな導波
路の部分という二つの役目を分担させる如くなってい
る。
The injection currents to the carrier injection electrode 45 and the bias application electrode 46 are individually adjusted, so that the semiconductor gain medium of the multi-circular ring resonator 42 includes an active light source portion and a passive waveguide portion. It is designed to share two roles.

【0049】本構成によれば、アクティブ/パッシブの
境界における反射を押さえることができ、素子作製の簡
素化が図れ、素子の歩留まり向上、注入電流の減少をも
たらし、低消費電力化が図れる。また、素子の温度上昇
を抑えることにも好都合となる。
According to this configuration, it is possible to suppress the reflection at the boundary between active / passive, simplify the fabrication of the device, improve the yield of the device, reduce the injection current, and reduce the power consumption. Further, it is convenient to suppress the temperature rise of the element.

【0050】[0050]

【実施の形態3】図6の(c)は本発明の半導体レーザ
ジャイロを各々異なる組成や構造を持つ半導体ゲイン媒
質部及び半導体導波路部で構成した例を示すもので、同
図の(a)、(b)と異なり、アクティブ光源となる半
導体ゲイン媒質部とパッシブな半導体導波路部とが、は
っきりと区別できる構造になっているヘテロ構造を用い
た例を示している。即ち、図中、47は多重周回リング
共振器であり、各々異なる組成や構造を持つ半導体ゲイ
ン媒質部47a及び半導体導波路部47bからなってい
る。
Third Embodiment FIG. 6C shows an example in which the semiconductor laser gyro of the present invention is constituted by a semiconductor gain medium portion and a semiconductor waveguide portion having different compositions and structures, respectively. 1B and 1B, there is shown an example in which a semiconductor structure in which a semiconductor gain medium portion serving as an active light source and a passive semiconductor waveguide portion have a structure that can be clearly distinguished is used. That is, in the drawing, reference numeral 47 denotes a multiple orbiting ring resonator, which comprises a semiconductor gain medium portion 47a and a semiconductor waveguide portion 47b having different compositions and structures.

【0051】ゲイン媒質部と導波路部とで組成を変える
場合も勿論のこと、GaAs、InPあるいはこれらを
含む化合物でゲイン媒質部を構成する場合、パッシブな
導波路部はSiやGe、その化合物で担うという方法も
ある。勿論、前述したIII−V族だけでなく、Zn、C
d、Se等のII−VI族や窒化物を用いても良い。
When the gain medium portion is made of GaAs, InP or a compound containing these, as well as when the composition is changed between the gain medium portion and the waveguide portion, the passive waveguide portion is made of Si, Ge, or a compound thereof. There is also a method of carrying it. Of course, not only the aforementioned III-V group, but also Zn, C
A group II-VI such as d or Se or a nitride may be used.

【0052】図6の(b)の場合とは異なり、アクティ
ブ光源となるゲイン媒質部47aにはキャリア注入電極
45を、パッシブな導波路部47bの一部に電圧検出用
端子44を設ける構造になっている。なお、図6の
(b)の場合と同様に、導波路部47b上にバイアス印
加電極を設けて、ゲイン媒質部47aとは異なる量のキ
ャリヤを注入するようになしても良い。ちなみに、ゲイ
ン媒質部と導波路部の境界には、ARコートを施すのが
ベターである。
Unlike the case shown in FIG. 6B, the carrier injection electrode 45 is provided in the gain medium portion 47a serving as an active light source, and the voltage detection terminal 44 is provided in a part of the passive waveguide portion 47b. Has become. As in the case of FIG. 6B, a bias application electrode may be provided on the waveguide portion 47b to inject a different amount of carriers from the gain medium portion 47a. Incidentally, it is better to apply an AR coating to the boundary between the gain medium portion and the waveguide portion.

【0053】[0053]

【実施の形態4】図6の(d)は本発明の半導体レーザ
ジャイロを異なる媒質からなるゲイン媒質部及び導波路
部で構成した例を示すもので、同図の(a)〜(c)と
は異なり、アクティブ光源となるゲイン媒質部は半導体
で構成するものの、パッシブな導波路部は半導体とは異
なる物質で構成しても良い。即ち、図中、48は多重周
回リング共振器であり、半導体で構成されるゲイン媒質
部48aと、増幅機能の有無やドーピング材料の有無を
問わず、ガラス導波路や光ファイバによって構成される
導波路部48bとからなっている。また、49はキャリ
ア注入電極、50は電圧検出用端子である。パッシブな
導波路部は使用波長にもよるが、特に長波長側ではSi
も利用できる。
Fourth Embodiment FIG. 6D shows an example in which the semiconductor laser gyro of the present invention is constituted by a gain medium portion and a waveguide portion made of different media, and FIGS. 6A to 6C show the same. Unlike the above, the gain medium portion serving as the active light source is made of a semiconductor, but the passive waveguide portion may be made of a material different from the semiconductor. That is, in the figure, reference numeral 48 denotes a multi-turn ring resonator, which includes a gain medium portion 48a formed of a semiconductor and a waveguide formed of a glass waveguide or an optical fiber regardless of the presence or absence of an amplification function or a doping material. And a wave path portion 48b. 49 is a carrier injection electrode, and 50 is a voltage detection terminal. The passive waveguide portion depends on the wavelength used, but especially on the long wavelength side, Si
Also available.

【0054】なお、導波路部48bを構成する前記以外
の固体材料としては、ドーピング材料の有無を問わず、
サファイヤ、YAG、LiNb3等の無機物の外にポリ
イミド等の有機物の導波路が利用できる。ちなみに、ゲ
イン媒質部と導波路部の境界には、ARコートを施すの
がベターである。
The solid material constituting the waveguide portion 48b other than the solid material described above, regardless of the presence or absence of a doping material,
In addition to inorganic substances such as sapphire, YAG, and LiNb 3 , an organic waveguide such as polyimide can be used. Incidentally, it is better to apply an AR coating to the boundary between the gain medium portion and the waveguide portion.

【0055】[0055]

【実施の形態5】半導体レーザもしくは半導体光増幅器
を発光部としてレーザジャイロを構成する場合、右回り
もしくは左回りのいずれか一方の出力光の端子電圧(ノ
イズ)を測定することにより、サニャックビートが得ら
れる。この動作は、例えば図5の(a)の左上部のビー
ム合波プリズム25を取り除き、そのまま受光器26で
出力光の一部を検出するだけで得られる。これは、左右
各々の方向に周回する光が感じるサニャック効果がサニ
ャックビートとして電圧変化となって検出されると同時
に、レーザのキャリア注入電極に等価的に入力されるた
め、各々一方の出力光に、このサニャックビートの混入
が発生するためである。
Embodiment 5 In the case where a laser gyro is constituted by using a semiconductor laser or a semiconductor optical amplifier as a light emitting section, the terminal voltage (noise) of either clockwise or counterclockwise output light is measured, so that the Sagnac beat can be reduced. can get. This operation can be obtained, for example, by removing the beam combining prism 25 at the upper left of FIG. 5A and simply detecting a part of the output light with the light receiver 26 as it is. This is because the Sagnac effect felt by the light circling in each of the left and right directions is detected as a Sagnac beat as a voltage change, and at the same time, is equivalently input to the carrier injection electrode of the laser. This is because mixing of the Sagnac beat occurs.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来技術では不可能であった、測定精度を損なうことの
ないダウンサイジングを実現することが可能になる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to realize downsizing that is impossible with the prior art without impairing the measurement accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来のリングレーザジャイロの一例を示す構成
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional ring laser gyro;

【図2】半導体レーザリング共振器の形状の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a shape of a semiconductor laser ring resonator.

【図3】本発明で用いる半導体レーザ多重周回リング共
振器の模式図
FIG. 3 is a schematic view of a semiconductor laser multi-turn ring resonator used in the present invention.

【図4】本発明の半導体レーザジャイロにおける多重周
回リング共振器の説明図
FIG. 4 is an explanatory view of a multi-turn ring resonator in the semiconductor laser gyro of the present invention.

【図5】本発明の半導体レーザジャイロの光源部分の多
様性を表す実施の形態の構成図
FIG. 5 is a configuration diagram of an embodiment showing the diversity of light source portions of the semiconductor laser gyro of the present invention.

【図6】本発明の半導体レーザジャイロの導波路部の多
様性を表す実施の形態の構成図
FIG. 6 is a configuration diagram of an embodiment showing the diversity of the waveguide section of the semiconductor laser gyro of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:He−Neレーザ、2,3:全反射ミラー、4:出
力ミラー、5:ハーフミラー、6,25:ビーム合波プ
リズム、7,26:受光器、11,12,13:導波
路、14,15,27:反射面、21,41:半導体基
板、22,31,42,47,48:多重周回リング共
振器、23,34,43,45,49:キャリア注入電
極、24,35,44,50:電圧検出用端子、32:
リングレーザもしくは半導体光増幅器、33,37:A
Rコート、 36:F−P型レーザもしくはF−P型半
導体光増幅器、38:電圧検出用端子兼用キャリア注入
電極、46:バイアス印加電極。
1: He-Ne laser, 2, 3: total reflection mirror, 4: output mirror, 5: half mirror, 6, 25: beam combining prism, 7, 26: light receiver, 11, 12, 13: waveguide, 14, 15, 27: reflection surface, 21, 41: semiconductor substrate, 22, 31, 42, 47, 48: multiple orbital ring resonators, 23, 34, 43, 45, 49: carrier injection electrodes, 24, 35, 44, 50: voltage detection terminal, 32:
Ring laser or semiconductor optical amplifier, 33, 37: A
R coat, 36: FP type laser or FP type semiconductor optical amplifier, 38: carrier injection electrode also serving as voltage detection terminal, 46: bias application electrode.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リング共振器を有する半導体レーザ、も
しくはリング共振器内に配置された半導体レーザ、もし
くはリング共振器内に配置された半導体光増幅器を備え
た半導体レーザジャイロであって、 リング共振器を、サイズの異なる複数の周回光路(導波
路)によって構成することを特徴とする半導体レーザジ
ャイロ。
1. A semiconductor laser gyro having a ring resonator, a semiconductor laser disposed in a ring resonator, or a semiconductor laser gyro including a semiconductor optical amplifier disposed in a ring resonator. Is constituted by a plurality of orbiting optical paths (waveguides) having different sizes.
【請求項2】 周回光路全体を半導体ゲイン媒質によっ
て構成するとともに、 半導体ゲイン媒質内にキャリヤを注入するキャリヤ注入
手段と、 リング共振器内の電圧変化を測定する手段とを備えたこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体レーザジャイロ。
2. The semiconductor optical device according to claim 1, further comprising: a carrier injecting means for injecting carriers into the semiconductor gain medium, and a means for measuring a voltage change in the ring resonator. The semiconductor laser gyro according to claim 1.
【請求項3】 周回光路全体を同一組成、同一構造とす
るとともに、 周回光路に対して独立して設けられ、キャリヤ注入量を
個別に調整可能なキャリヤ注入手段と、 リング共振器内の電圧変化を測定する手段とを備えたこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体レーザジャイロ。
3. A carrier injection means having the same composition and the same structure for the entire orbiting optical path and provided independently of the orbiting optical path and capable of individually adjusting the amount of injected carriers, and a voltage change in the ring resonator. 2. A semiconductor laser gyro according to claim 1, further comprising:
【請求項4】 半導体ゲイン媒質部と、これと異なる組
成や構造を有する半導体導波路部とからなる周回回路
と、 半導体ゲイン媒質部内にキャリヤを注入するキャリヤ注
入手段と、 リング共振器内の電圧変化を測定する手段とを備えたこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体レーザジャイロ。
4. A circulating circuit comprising a semiconductor gain medium section, a semiconductor waveguide section having a different composition and structure, a carrier injection means for injecting carriers into the semiconductor gain medium section, and a voltage in a ring resonator. 2. The semiconductor laser gyro according to claim 1, further comprising means for measuring a change.
【請求項5】 ゲイン媒質部と、これと材質の異なる導
波路部とからなる周回回路と、 ゲイン媒質部内にキャリヤを注入するキャリヤ注入手段
と、 リング共振器内の電圧変化を測定する手段とを備えたこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体レーザジャイロ。
5. A circulating circuit comprising a gain medium part, a waveguide part made of a material different from the gain medium part, carrier injection means for injecting carriers into the gain medium part, and means for measuring a voltage change in the ring resonator. The semiconductor laser gyro according to claim 1, further comprising:
【請求項6】 リング共振器内の電圧変化を測定する手
段の代わりに、リング共振器から取り出した左右各々の
方向に周回する出力光を合波し、フォトダイオード等の
光検出素子を用いて受光する手段を備えたことを特徴と
する請求項1乃至5いずれか記載の半導体レーザジャイ
ロ。
6. Instead of a means for measuring a voltage change in a ring resonator, output lights circulating in left and right directions extracted from the ring resonator are multiplexed, and a photodetector such as a photodiode is used. 6. The semiconductor laser gyro according to claim 1, further comprising a light receiving unit.
【請求項7】 半導体光源もしくは半導体光増幅器を有
する半導体レーザジャイロにおいて、 左右各々の方向に周回する光出力のどちらか一方の一部
または漏れ光を受光することによって、あるいは左右各
々の方向に周回する光出力または漏れ光を独立に受光す
ることによって得られるビート信号を利用することを特
徴とする半導体レーザジャイロ。
7. A semiconductor laser gyro having a semiconductor light source or a semiconductor optical amplifier, by receiving a part of one of optical outputs circulating in left and right directions or receiving leaked light, or circulating in left and right directions. A semiconductor laser gyro utilizing a beat signal obtained by independently receiving light output or leaked light.
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