JP2000283768A - ジャイロ及びレーザー装置 - Google Patents

ジャイロ及びレーザー装置

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JP2000283768A JP2000010565A JP2000010565A JP2000283768A JP 2000283768 A JP2000283768 A JP 2000283768A JP 2000010565 A JP2000010565 A JP 2000010565A JP 2000010565 A JP2000010565 A JP 2000010565A JP 2000283768 A JP2000283768 A JP 2000283768A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転方向の検出が可能なリングレーザー型ジ
ャイロを提供する。 【解決手段】 一方向に周回する第１のレーザー光を主
モードとして発生する第１のレーザー１２００、及び一
方向に周回する第２のレーザー光を主モードとして発生
する第２のレーザー１２０１を備え、該第１及び第２の
レーザーの少なくとも一方から電気信号を取り出すジャ
イロにおいて、該第１のレーザー光１２０６と第２のレ
ーザー光１２０７との発振周波数が異なり、かつ該第１
のレーザー光と該第２のレーザー光とが干渉する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、レーザー装置に関
する。また、本発明は、レーザー装置を用いたジャイロ
に関する。とくに、本発明は、リング共振器型レーザー
を用いたジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、移動する物体の角速度を検出する
ためのジャイロとしては、回転子や振動子をもつ機械的
なジャイロや、光ジャイロが知られている。特に光ジャ
イロは、瞬間起動が可能でダイナミックレンジが広いた
め、ジャイロ技術分野に革新をもたらしつつある。光ジ
ャイロには、リングレーザー型ジャイロ、光ファイバー
ジャイロ、受動型リング共振器ジャイロなどがある。
【０００３】このうち、最も早く開発に着手されたの
が、気体レーザーを用いたリングレーザー型ジャイロで
あり、すでに航空機などで実用化されている。
【０００４】最近では、小型で高精度なリングレーザー
型ジャイロとして、半導体基板上に集積化された半導体
レーザージャイロも提案されており、例えば特開平５−
２８８５５６号公報がある。
【０００５】上記の公報によれば、図６９に示すよう
に、ｐｎ接合を有する半導体基板５７１０上に、リング
状の利得導波路５７１１を形成し、この利得導波路５７
１１内に、電極５７２２からキャリアを注入してレーザ
ー発振を生じさせる。そして、利得導波路５７１１内を
時計方向及び反時計方向に伝搬するレーザー光のそれぞ
れの一部を取り出して、光吸収領域５７１７にて干渉さ
せ、その干渉光強度を電極５７２３から光電流として取
り出している。５７１６はＣＣＷ光、５７１５はＣＷ
光、５７１９，５７１８は出力光である。
【０００６】また、特開昭５７−４３４８６号公報（Ｕ
ＳＰ４，４３１，３０８）には、半導体レーザー素子の
外部に光を取り出さずに、回転に伴って当該素子の端子
電圧が変化することを利用したジャイロが記載されてい
る。図５６中、半導体レーザー素子５７９２は、上下に
電極５７９０、５７９１を有している。５７９３は直流
阻止用コンデンサ、５７９４は出力端子、５７９５は抵
抗である。
【０００７】図７０に示すように、リングレーザー装置
のレーザー素子として半導体レーザー素子を駆動用電源
５７９６に接続し、当該装置にある角速度が加わった場
合に生ずる時計回りと反時計回りの光の周波数差（ビー
ト周波数）をレーザー素子の端子電圧の差として検出す
る旨記載されている。
【０００８】また、特開平４−１７４３１７号公報に
も、回転に伴い生じるレーザー素子の端子電圧の変化を
検出する旨記載されている。
【０００９】しかしながら、上記いずれの公報において
も物体の回転方向検知が出来なかった。これは、回転方
向が異なっていても角速度が同じであれば、ビート周波
数は同じになってしまうためである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のリング
レーザー型ジャイロでは、回転方向の検出ができなかっ
た。このため、ディザ（微小振動）をかけ、ディザの方
向と信号との相関から回転方向を決定していた。
【００１１】また、リングレーザー型ジャイロでは、回
転に伴い発振周波数が２つに分離する。しかし、回転数
が小さいときは発振周波数の差が小さくなる。
【００１２】この場合、媒質の非線形性のため、発振周
波数が一方のモードに引き込まれるロックイン現象が生
じていた。
【００１３】このロックイン現象を解除するために、リ
ングレーザー型ジャイロに前述のディザをかけることが
行われている。
【００１４】そこで、本発明は、方向検知が可能なジャ
イロを提供することを目的とする。
【００１５】また、本発明は、ディザ（微小振動）など
の機械的な機構がない状態でも回転方向の検出可能なリ
ングレーザー型ジャイロを提供することを目的としてい
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るジャイロ
は、一方向に周回する第１のレーザー光を主モードとし
て発生する第１のレーザー、及び一方向に周回する第２
のレーザー光を主モードとして発生する第２のレーザー
を備え、該第１及び第２のレーザーの少なくとも一方か
ら電気信号を取り出すジャイロであって、該第１のレー
ザー光と第２のレーザー光との発振周波数が異なり、か
つ該第１のレーザー光と該第２のレーザー光とが干渉す
ることを特徴とする。
【００１７】また、本発明に係るジャイロは、前記第１
のレーザーは第１の光導波路を、前記第２のレーザーは
第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１の光導波路の少
なくとも一部と該第２の光導波路の少なくとも一部と
を、近接して配置することを特徴とする。
【００１８】また、本発明に係るジャイロは、前記第１
のレーザーは第１の光導波路を、前記第２のレーザーは
第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１及び第２の光導
波路の少なくとも一部に光学的に結合する第３の光導波
路を備えることを特徴とする。
【００１９】また、本発明に係るジャイロは、前記第１
のレーザーは第１の光導波路を、前記第２のレーザーは
第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１及び第２の光導
波路の少なくとも一部に接続する第３の光導波路を備え
ることを特徴とする。
【００２０】また、本発明に係るジャイロは、前記第１
のレーザーは第１の光導波路を、前記第２のレーザーは
第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１及び第２の光導
波路の少なくとも一部は共用されていることを特徴とす
る。
【００２１】また、本発明に係るジャイロは、前記第１
及び第２のレーザー光の周回方向は互いに逆であること
を特徴とする。
【００２２】また、本発明に係るジャイロは、前記第１
及び第２のレーザー光の周回方向は互いに同一であるこ
とを特徴とする。
【００２３】また、本発明に係るジャイロは、前記第１
のレーザーは第１の光導波路を、前記第２のレーザーは
第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１及び第２の光導
波路には非対称のテーパー領域が備わっていることを特
徴とする。
【００２４】また、本発明に係るジャイロは、前記テー
パー領域は、第１のテーパー部及び第２のテーパー部か
らなり、該第１及び第２のテーパー部の一方と、一定幅
を有する光導波路部とのなす角が９０度であることを特
徴とする。
【００２５】また、本発明に係るジャイロは、前記第１
のレーザーは第１の光導波路を、前記第２のレーザーは
第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１及び第２の光導
波路にはそれぞれ光学素子が備えられており、該光学素
子は、一の方向に周回するレーザー光に対する透過損
を、他の方向に周回するレーザー光に対する透過損と異
ならせることを特徴とする。
【００２６】また、本発明は、第１のレーザーは定電圧
駆動し、前記第２のレーザーは定電流駆動することを特
徴とする。
【００２７】本発明に係るジャイロは、一方向に周回す
る第１のレーザー光を主モードとして発生する第１のレ
ーザー、及び一方向に周回する第２のレーザー光を主モ
ードとして発生する第２のレーザーを備えるジャイロで
あって、該第１のレーザーは第１の光導波路を、該第２
のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１及
び第２の光導波路の少なくとも一部に光学的に結合する
第３の光導波路を備えていることを特徴とする。
【００２８】また、本発明に係るジャイロは、一方向に
周回する第１のレーザー光を主モードとして発生する第
１のレーザー、及び一方向に周回する第２のレーザー光
を主モードとして発生する第２のレーザーを備えるジャ
イロであって、該第１のレーザーは第１の光導波路を、
該第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有し、該
第１及び第２の光導波路の少なくとも一部に接続する第
３の光導波路を備えることを特徴とする。
【００２９】更にまた、本発明に係るジャイロは、一方
向に周回する第１のレーザー光を主モードとして発生す
る第１のレーザー、及び一方向に周回する第２のレーザ
ー光を主モードとして発生する第２のレーザーを備える
ジャイロであって、該第１のレーザーは第１の光導波路
を、該第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部に共用
されていることを特徴とする。
【００３０】本発明に係るジャイロは、一方向に周回す
る第１のレーザー光を主モードとして発生する第１のレ
ーザー、一方向に周回する第２のレーザー光を主モード
として発生する第２のレーザー、及びビート信号検出手
段を有するジャイロであって、該第１のレーザー光と第
２のレーザー光との発振周波数が異なり、かつ該第１の
レーザー光と該第２のレーザー光とが干渉することを特
徴とする。
【００３１】前記ビート信号検出手段は、前記第１若し
くは第２のレーザーにかかる電圧信号、前記第１若しく
は第２のレーザーを流れる電流信号、又は前記第１若し
くは第２のレーザー装置のインピーダンス信号を検出す
る。
【００３２】前記第１若しくは第２のレーザーは、前記
ビート信号を取り出すための電気端子を備える。
【００３３】前記ビート信号検出手段は、前記第１及び
第２のレーザーの外部に配された光検出器を含む。
【００３４】本発明に係るジャイロは、一方向に周回す
る第１のレーザー光を主モードとして発生する第１のレ
ーザー、及び一方向に周回する第２のレーザー光を主モ
ードとして発生する第２のレーザーを備え、該第１の及
び第２のレーザー光を受光する光検出器を有するジャイ
ロであって、該第１のレーザー光と第２のレーザー光と
の発振周波数が異なり、かつ該第１のレーザー光と該第
２のレーザー光とが干渉することを特徴とする。
【００３５】本発明に係るレーザー装置は、一方向に周
回する第１のレーザー光を主モードとして発生する第１
のレーザー、及び一方向に周回する第２のレーザー光を
主モードとして発生する第２のレーザーを有するレーザ
ー装置であって、該第１のレーザー光と第２のレーザー
光との発振周波数が異なり、かつ該第１のレーザー光と
該第２のレーザー光とが干渉することを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の説明に先立
って、まず、図６６，６７及び数式を参照して、本発明
に関係するジャイロの動作原理について説明する。
【００３７】本発明において、一つの方向に周回するレ
ーザー光を主モードとして発生するレーザーとは、光導
波路内を一つの方向に周回するレーザー光のみを発生す
るレーザー、又は、光導波路内を一つの方向に周回する
レーザー光の強度が他の方向に周回するレーザー光の強
度よりはるかに大きいレーザーをいう。
【００３８】本発明に係るジャイロから検出される信号
のＳＮ比は、一つの方向に周回する主モードのレーザー
光と、他の方向に周回する副モードのレーザー光との強
度比によって影響を受ける。
【００３９】従って、本発明においては、主モードのレ
ーザー光のみを発生させることが好ましい。
【００４０】もちろん、当該ジャイロによって検出され
る信号のＳＮ比を十分な値に確保することができれば、
副モードのレーザー光が発生しても構わない。
【００４１】図６６に示すリング状の導波路６０２，６
０３を有するレーザーを考える。
【００４２】いま、図６６に示すように、第１のレーザ
ー６００の主モードとしてのレーザー光６０６が時計回
り（ＣＷ）に周回し、その波長をλ1 とする。又、第２
のレーザー６０１の主モードとしてのレーザー光６０７
が反時計回り（ＣＣＷ）に周回し、その波長をλ2 （＜
λ1 ）とする。
【００４３】ここで、レーザー装置６２５自体を時計回
りに回転させるとき、時計回りの第１のレーザー光６０
６の発振周波数ｆ1 は、非回転時の発振周波数ｆ10に比
べて式１で示されるΔｆ1だけ減少する。
【００４４】
【数１】 ここで、Ｓ1 は第１のレーザーの光路が囲む閉面積、Ｌ
1 は第１のレーザーの光路長、Ωは回転の角速度であ
る。
【００４５】一方、反時計回りの第２のレーザー光６０
７の発振周波数ｆ2 は、非回転時の発振周波数ｆ20に比
べて式２で示されるΔｆ2だけ増加する。
【００４６】
【数２】 ここで、Ｓ2 は第２のレーザーの光路が囲む閉面積、Ｌ
2 は第２のレーザーの光路長である。
【００４７】このとき、第１のレーザー６００と第２の
レーザー６０１が近接して配置されていると、第１のレ
ーザー内を伝搬する第１のレーザー光６０６が第２のレ
ーザー光６０７に結合する。
【００４８】同時に、第２のレーザー内を伝搬する第２
のレーザー光が第１のレーザーに結合する。
【００４９】このため、第１のレーザー６００および第
２のレーザー６０１のそれぞれの中で両レーザー光が共
存する。従って、両レーザー光が干渉し合い、第１のレ
ーザー光６０６と第２のレーザー光６０７の発振周波数
の差、すなわち、式３で表されるビート光が発生する。
【００５０】
【数３】 一方、レーザー装置６２５自体が反時計回りに回転した
ときは、式４で表される周波数をもつビート光が発生す
る。
【００５１】
【数４】 レーザーの中に２つ以上の発振モードが存在すると、反
転分布はモードの発振周波数の差に応じた時間変動を示
す。
【００５２】この現象は、反転分布の脈動として知られ
ている。気体レーザーや半導体レーザーのように、電流
を流すレーザーの場合、反転分布とレーザーのインピー
ダンスには１対１の対応関係がある。
【００５３】そして、レーザーの中で光が干渉すると、
それに応じて反転分布が変化し、その結果、レーザーの
電極間のインピーダンスが変化する。
【００５４】この変化の様子は、駆動電源として定電圧
源を用いれば、レーザーを流れる電流の変化として現れ
る。又、定電流源を用いれば、レーザーにかかる電圧の
変化として、光の干渉の様子を信号として取り出すこと
ができる。
【００５５】もちろん、直接インピーダンスメーター
で、インピーダンスの変化を測定することもできる。
【００５６】したがって、本発明のように、レーザーの
電流、電圧又はインピーダンス変化を検出することで、
回転に応じたビート信号を取り出すことができる。
【００５７】さらに、本発明によれば、式（３）、式
（４）に示すように、回転方向に応じてビート周波数が
増減する。
【００５８】したがって、ビート周波数の非回転時から
の増減を観測することによって、回転方向を検知するこ
とができる。
【００５９】そして、（ｆ2−ｆ1）が式（５）を満足す
るようにしておけば、回転方向の検知とともに、角速度
の正確な検知が可能となる。すなわち、ビート周波数の
符号が常に同一（ただし、説明では、符号を正に取っ
た。もちろん逆でもよい。）で、その絶対値が回転方向
によって変化する構成にすれば、回転方向及び角速度の
正確な検知が可能となる。
【００６０】
【数５】 次に、第１のレーザー光と第２のレーザー光の周回方向
が同一である場合を考える（図６７）。例として、第１
のレーザー６００の主モードとしてのレーザー光６０６
が時計回りに周回し、その波長をλ1 とする。又、第２
のレーザー６０１の主モードとしてのレーザー光６０８
も時計回りに周回し、その波長をλ2 とする。ただし、
λ1 ＞λ2 である。レーザー装置６２５自体を時計回り
に回転させるとき、第１のレーザー光の発振周波数ｆ1
は、非回転時の発振周波数ｆ10に比べて式（６）だけ減
少する。
【００６１】
【数６】 ここで、Ｓ1 は第１のレーザーの光路が囲む閉面積、Ｌ
1 は第１のレーザーの光路長、Ωは回転の角速度であ
る。又、第２のレーザー光の発振周波数ｆ2 も、非回転
時の発振周波数ｆ20に比べて式（７）だけ減少する。
【００６２】
【数７】 ここで、Ｓ2 は第２のレーザーの光路が囲む閉面積、Ｌ
2 は第２のレーザーの光路長である。
【００６３】このとき、第１のレーザー６００と第２の
レーザー６０１が近接して配置されていると、第１のレ
ーザー内を伝搬する第１のレーザー光が第２のレーザー
に結合する。同時に、第２のレーザー内を伝搬する第２
のレーザー光が第１のレーザーに結合する。
【００６４】このため、第１のレーザーおよび第２のレ
ーザーそれぞれの中に、第１のレーザー光と第２のレー
ザー光が共存する。従って、両レーザー光は干渉し合
い、両レーザー光の発振周波数の差、すなわち式（８）
に示されるビート光が発生する。
【００６５】
【数８】 一方、レーザー装置自体が反時計回りに回転したとき
は、発振周波数は増加し、式（９）に示される周波数を
もつビート光が発生する。
【００６６】
【数９】 この場合も、これらのビート周波数に応じて、反転分布
は時間変動を示す。
【００６７】この結果、レーザーの電極間のインピーダ
ンスが変化する。
【００６８】さらに、式（８）、式（９）に示すよう
に、回転方向に応じてビート周波数が増減するので、ビ
ート周波数の非回転時からの増減を観測することによっ
て、回転方向を検知することができる。
【００６９】もし、第１のレーザー光と第２のレーザー
光の発振波長が等しければ、式（１０）が成立し、ビー
ト周波数ｆ2 −ｆ1 は正負の値をとる。
【００７０】
【数１０】 ビート周波数の絶対値が等しければ、レーザー装置に係
る電圧信号を取り出す端子から同じ信号が出るので、回
転方向の検知ができない。これに対して、本発明では、
（ｆ2−ｆ1）の絶対値の変化から回転方向が検知でき
る。式（５）を満たす場合は、とりわけ正確な角速度、
回転方向の検知ができる。
【００７１】また、レーザーにかかる電圧、レーザーを
流れる電流、あるいはレーザーのインピーダンス変化か
らビート周波数を検出するのではなく、外部に配された
検出器を用いてビート周波数を検出してもよい。
【００７２】具体的には、前述の第１のレーザー光と第
２のレーザー光をレーザーの外部に取り出す。
【００７３】そして、これらのレーザー光を同時に光検
出器で受光すると、光検出器の中で第１のレーザー光と
第２のレーザー光は干渉し合い、互いの発振周波数の差
に応じたビート光が発生する。
【００７４】この結果、光検出器の電気端子からビート
信号を検出することができる。
【００７５】さて、レーザーの中で、一の方向に周回状
に伝搬するレーザー光が主モードとして存在するために
は、当該一の方向と反対方向の周回状に伝搬する光に損
失を与えればよい。
【００７６】たとえば、光導波路の一部にテーパー部を
設けることで、前記テーパー部に入射する光に対して、
全反射条件がずれる。
【００７７】このため、前記テーパー部に入射した光に
対しては、ミラー損が生ずる。具体的には、光の周回方
向によって、テーパー部への入射角が異なるので、ある
方向に周回するレーザー光に対して損失が大きく、その
反対方向に周回する光に対して損失を小さくすることが
できる。このミラー損が十分大きくなるよう設計するこ
とで、レーザー発振を抑えることができる。
【００７８】こうして、一の方向に周回状に伝搬するレ
ーザー光が主モードとして存在するようなレーザーを実
現することができる。
【００７９】本発明において、テーパー部は、たとえ
ば、レーザー光の伝搬方向の一方向に沿って徐々に光導
波路の幅が広くなる部分として形成される。この場合、
周回するレーザー光の伝搬路を含む平面に平行な平面に
おけるテーパー部の形状は鋸歯状である。
【００８０】また、光導波路の一部にテーパー部を設け
る代わりに、あるいはそれとともに、光路中に光アイソ
レーターのような光学素子を挿入してもよい。
【００８１】光アイソレーターとは、ある偏波方向の定
まった光を一方向にのみ通すものである。したがって、
光アイソレーターを挿入することで、通常のレーザーの
ようにお互いに反対方向に周回する光の偏波が等しい場
合、一つの方向に周回状に伝搬する光が主モードとして
存在するリングレーザーを作ることができる。もちろ
ん、光を一方向にのみ通す機能を持った光学素子なら
ば、光アイソレーターに限らず、光サーキュレーターな
ど、他の光学素子でもよいことは言うまでもない。
【００８２】また、本発明に係る光ジャイロにおいて
は、第１のレーザーと第２のレーザーの注入電流を異な
らせて、前記第１のレーザーと前記第２のレーザーの発
振周波数あるいは発振波長を異ならせてもよい。
【００８３】上記構成において、前記第１のレーザー、
前記第２のレーザーの光路長をそれぞれＬ1，Ｌ2とする
と、前記第１のレーザー、前記第２のレーザーの発振波
長との間に式（１１）のような関係が存在する。
【００８４】
【数１１】 ここで、ｍ1 ，ｍ2 は正の整数である。正の整数ｍ1 ，
ｍ2 が等しい場合、光路長が異なれば、２つのレーザー
の発振波長を変えることができる。発振周波数は、発振
波長の逆数に比例するので、発振周波数も異なる。光路
長は、等価屈折率と光が伝搬する距離の積で与えられる
から、前記第１のレーザー、前記第２のレーザーにおい
て、光導波路の等価屈折率あるいは長さを変えること
で、これら２つのレーザーの光路長に差をつけることが
できる。
【００８５】光導波路の屈折率を変える方法として、こ
れら２つのレーザーへの注入電流を変えるのが一つの方
法である。半導体レーザーの場合、注入電流によって、
発熱の効果が無視できる範囲では自由キャリアプラズマ
効果（ｆｒｅｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｐｌａｓｍａ ｅｆ
ｆｅｃｔ）により、屈折率が減少する。
【００８６】一方、発熱が支配的な領域では、屈折率が
増大する。いずれにせよ、注入電流の値を制御すること
によって屈折率を変えることができ、光導波路の等価屈
折率が変化する。その結果、光路長が変化する。
【００８７】さて、発振周波数ｆi と光子数密度Ｓ
i （ｉ＝１，２）との間には、式（１２）及び式（１
３）のような関係があることが知られている。
【００８８】
【数１２】
【００８９】
【数１３】 ここで、Φi は位相、Ωi は共振角周波数、σi はモー
ドの引き込みを表す係数、ρi はモードの自己押し出し
を示す係数、τijはモードの相互押し出しを示す係数で
ある。ただし、ｉ＝１，２；ｊ＝１，２；ｉ≠ｊであ
る。
【００９０】ここで、光導波路の形状が定まれば式（１
２）（１３）のΩi、σi、ρi、τi jは定数となる。
【００９１】また、レーザー発振時にモードとびが無け
れば、ｄΦi／ｄｔ＝０と考えられる。
【００９２】このため、Ｓ1≠Ｓ2のときｆ1≠ｆ2となる
ことが式（１２）、式（１３）から導かれる。
【００９３】レーザーへの注入電流値によって、光子数
密度Ｓi （ｉ＝１，２）が変わるため、２つのレーザー
への注入電流値を異ならせることで、式（１２）、式
（１３）にしたがって、発振周波数に差を与えることが
できる。この現象は、半導体レーザーだけではなく、気
体レーザーにも当てはまる。
【００９４】また、光導波路の等価屈折率を変えるに
は、２つのレーザーにおいて、前記光導波路の幅、等価
屈折率に寄与する媒質のサイズ、前記媒質の材料、ある
いは前記媒質の組成のうち少なくとも一つが異なってい
ればよい。
【００９５】さらに、２つのレーザーにおいて、前記媒
質の材料、あるいは前記媒質の組成が異なっていれば、
利得のピーク波長が異なるため、２つのレーザーの発振
波長を変えることができる。これは、光共振器の中には
多数の共振モードが存在し、利得ピークにもっとも近い
波長が選択的に増幅されてレーザー発振にいたるためで
ある。
【００９６】本発明においては、電気信号を取り出すた
めにレーザー自体あるいは外部に配された光検出器に設
けられた端子からは回転の角速度に応じたビート周波数
で振動する電気信号が観測される。
【００９７】ここで、第１及び第２のレーザーを備えた
ジャイロが静止している時に、得られている電気信号
が、時計方向の回転或いは反時計方向の回転により、ど
のような信号に変化するかの概略を示す（図１（Ａ）〜
（Ｃ））。
【００９８】なお、当該ジャイロにおいて、第１のレー
ザーは時計回りに周回するレーザー光（ＣＷ光）を主モ
ードとして発生し、その波長をλ1とし、第２のレーザ
ーは反時計回りに周回するレーザー光（ＣＣＷ光）を主
モードとして発生し、その波長をλ2（＜λ1）とする。
【００９９】ジャイロが静止時に得られる電気信号（た
とえば、第１のレーザーにかかる電圧信号）を図１
（Ａ）に示す。
【０１００】当該電気信号の周期をｔＡとする。
【０１０１】周期ｔＡは、第１のレーザー光と第２のレ
ーザー光の静止時の発振周波数の逆数（前述の式（３）
における（ｆ20−ｆ10）-1）に対応する。
【０１０２】いま、ジャイロが時計回りに回転すると、
ビート周波数すなわち（ｆ2−ｆ1）は、前述の式（３）
により、大きくなる。従って、電気信号の周期ｔＢは、
図１（Ｂ）に示すように小さくなる。
【０１０３】一方、ジャイロが反時計回りに回転する
と、ビート周波数は、式（４）により、小さくなる。従
って、電気信号の周期ｔＣは、図１（Ｃ）に示すように
大きくなる。
【０１０４】このように、ジャイロが静止している時の
ビート周波数と、回転を受けた時のビート周波数との大
小関係から回転方向が分かる。
【０１０５】また、静止時と回転時のビート周波数の差
から角速度を検知することができる。
【０１０６】ビート周波数は、回転の角速度に比例して
いる。従って、例えば、上記電気信号を周波数−電圧変
換回路により電圧の大きさに変換し、回転速度と電圧の
関係を予め求めておくことで、電圧値を角速度に換算す
ることができる。以上、本発明に係るジャイロの動作原
理について説明した。
【０１０７】以下、図面を参照して本発明の実施形態に
ついて説明する。
【０１０８】［第１の実施形態］本発明の第１の実施形
態にかかるジャイロは、一方向に周回する第１のレーザ
ー光を主モードとして発生する第１のレーザー、及び一
方向に周回する第２のレーザー光を主モードとして発生
する第２のレーザーを備え、該第１の及び第２のレーザ
ーの少なくとも一方から電気信号を取り出すジャイロで
あって、該第１のレーザー光と第２のレーザー光との発
振周波数が異なり、かつ該第１のレーザー光と該第２の
レーザー光とが干渉することを特徴とするものである。
【０１０９】互いに発振周波数が異なる第１のレーザー
光と第２のレーザー光を干渉させるためには、第１及び
第２のレーザーが、それぞれ有する第１及び第２の光導
波路を以下のような構成にする。
【０１１０】すなわち、該第１及び第２の光導波路の少
なくとも一部を、近接して配置したり、該第１及び第２
の光導波路の少なくとも一部を接続する第３の光導波路
を設けたり、該第１及び第２の光導波路に光学的に結合
する第３の光導波路を設けたり、該第１及び第２の光導
波路の少なくとも一部を共用するようにジャイロを構成
する。
【０１１１】次に、第１のレーザー及び第２のレーザー
におけるそれぞれの主モード光を干渉させる方法につい
て説明する。
【０１１２】＜１＞ 第１及び第２のレーザーを近接配
置する場合（図２、図３） 図２（Ａ）に示すように、第１のレーザー１２００の第
１の光導波路１２０２と、第２のレーザー１２０１の第
２の光導波路１２０３とを近接して配置する。
【０１１３】図２（Ａ）中、１２０４，１２０５は一方
向に周回する主モード光を作り出すためのテーパー領域
である。
【０１１４】なお、１２０６はＣＣＷ光、１２０７はＣ
Ｗ光を示す。
【０１１５】近接配置とは第１のレーザーと第２のレー
ザーの光導波路の少なくとも一部を近づけることであ
る。こうすることで、第１のレーザー１２００内を周回
する主モード光１２０６が第２の光導波路１２０３と光
学的に結合し、第２のレーザー内を伝搬するようにな
る。
【０１１６】一方、第２のレーザー１２０１内を周回す
る主モード光１２０７は、第１の光導波路１２０２と光
学的に結合し、第１のレーザー内を伝搬するようにな
る。すなわち、２つの主モード光の発振周波数が互いに
異なれば、一つのレーザー内に２種の発振周波数を持つ
レーザー光が共存することになる。
【０１１７】なお、近接配置とは、図２（Ａ）中ｌの距
離を短くすることである。
【０１１８】具体的には、第１のレーザー１２００のＣ
ＣＷ光１２０６と第２のレーザー１２０１のＣＷ光１２
０７を干渉させるため、少なくとも一方のレーザーのレ
ーザー光の染み出し距離以内に、他のレーザーの光導波
路の少なくとも一部を配置する。
【０１１９】もちろん、両方のレーザー光のそれぞれの
染み出し距離以内に相手方のレーザーの光導波路の少な
くとも一部を配置してもよい。
【０１２０】また、近接して配置されるそれぞれのレー
ザーの光導波路同士は、必ずしも平行である必要はない
が、第１のレーザー１２００の光導波路１２０２に、第
２のレーザー光１２０７を光学的に効率よく結合させる
には、近接配置される第１及び第２の光導波路部同士は
平行であることが好ましい。
【０１２１】近接の方法は、図２（Ａ）に限定されるも
のではなく、図２（Ｂ）のように、第１の光導波路１２
０２の内側に第２の光導波路１２０３を設けてもよい。
この場合、第１及び第２の光導波路を伝搬する第１及び
第２のレーザー光の向きを統一する。また、図３
（Ｃ）、図３（Ｄ）に示すように、ガスレーザーの場合
においても第１及び第２のレーザー１２００，１２０１
を近接して配置できる。図中、１２１４及び１２１５は
ミラー（反射面）、１２１０及び１２１１はアノードで
ある。１２１６及び１２１７は回転に伴い生じる電気信
号を取り出すための端子である。１２１２及び１２１３
はカソードである。１２１８及び１２１９は光アイソレ
ーター等の光学素子である。なお、図中、電気信号を取
り出す為の端子を両方のレーザーに設けているが、もち
ろん、一方のみでもよい。なお、図２（Ａ）に示す配置
のみならず、図３（Ｅ）に示すように、第１及び第２の
レーザー１２００、１２０１をずらして配置させてもよ
い。
【０１２２】なお、レーザーの光導波路が全反射面を有
していることが好ましく、とりわけ、全反射面のみでリ
ングレーザーを構成することが発振閾値低減のため好ま
しい。
【０１２３】＜２＞ 第１の光導波路及び第２の光導波
路の少なくとも一部を光学的に結合する第３の光導波路
を設ける場合 図４（Ａ）に示すように、第１のレーザー１３００の第
１の光導波路１３０２の一部と、第２のレーザー１３０
１の第２の光導波路１３０３の一部とそれぞれ近接する
第３の光導波路１３２０を設けて光学的に接続する。第
１のレーザー１３００と、第２のレーザー１３０１は第
３の光導波路１３２０を挟んでいる。図中１３０６は主
モード光として発振するＣＣＷ光、１３０７は主モード
光として発振するＣＷ光である。
【０１２４】第３の光導波路１３０２を介して第１のレ
ーザー１３００におけるＣＣＷ光１３０６を、第２のレ
ーザー１３０１に光学的に結合する。
【０１２５】そして、第２のレーザーから回転に伴う電
気信号の変化を取り出し、回転方向を検知する。
【０１２６】又、図４（Ｂ）に示す配置でもよい。第１
のレーザー１３００と、第２のレーザー１３０１は第３
の光導波路１３２０の同じ側にある。図４（Ｂ）中、１
３０２は第１の導波路、１３０３は第２の導波路、１３
２０は、第３の光導波路である。この場合は、主モード
光の周回方向を一致させる必要がある。
【０１２７】図５（Ｃ）、図５（Ｄ）は、ガスレーザー
を用いる場合である。１３１０、１３１２、１３１３、
および１３１１はアノード若しくはカソードである。ま
た１３１７は回転に伴う電気信号の変化を取り出すため
の電気端子である。
【０１２８】１３１８，１３１９は、前述の光アイソレ
ータ等の光学素子である。
【０１２９】なお、第１及び第２のレーザーの主モード
光発生のためには、両方のレーザーにそれぞれテーパー
領域（１３０４，１３０５）あるいは光学素子（１３１
８，１３１９）を設けてもよい。
【０１３０】もちろん、一方のレーザーには、テーパー
領域を、他の一方のレーザーには、光学素子を用いても
よい。
【０１３１】尚、図４、図５に示す第３の光導波路１３
２０は、石英を用いて形成したり、あるいは、半導体プ
ロセス等で用いるリソグラフィー技術を用いることによ
り形成できる。
【０１３２】＜３＞ 第１及び第２の光導波路の少なく
とも一部を接続する第３の光導波路を設ける場合 図６（Ａ）中、１４００は第１のレーザー、１４０４は
テーパー領域、１４０２は第１の光導波路、１４０６は
主モードであるＣＣＷ光、１４０７は主モードであるＣ
Ｗ光、１４２０は、接続用の第３の光導波路である。第
１のレーザー１４００と第２のレーザー１４０１は第３
の光導波路１４２０を挟んでいる。
【０１３３】このような構成にすることで、ＣＣＷ光１
４０６が、第２のレーザー１４０１内に、ＣＷ光１４０
７とともに共存する。
【０１３４】従って、第２のレーザー１４０１から回転
に伴う伝記電気信号の変化を取り出すことで、その方
向、角速度が検知できる。
【０１３５】図６（Ｂ）のような構成にすることもでき
る。第１のレーザー１４００と第２のレーザー１４０１
は第３の光導波路１４２０の同じ側にある。
【０１３６】図７（Ｃ）（Ｄ）のようにガスレーザーを
用いることもできる。１４１０、１４１、１４１１、１
４１３はアノード及びカソードである。１４１４及び１
４１５はミラー、１４１１は電気信号を取り出すための
電気端子である。
【０１３７】＜４＞ 第１及び第２の光導波路の少なく
とも一部を共用するようにジャイロが構成されている場
合 図８（Ａ）において、１５００は第１のレーザー、１５
０１は第２のレーザー、１５０４、１５０５はテーパー
領域、１５２０は光導波路の共有部である。
【０１３８】第１のレーザー１５００の主モード光１５
０６が共用部１５２０を伝搬するとともに、第２のレー
ザーに結合する。一方、第２のレーザー１５０１の主モ
ード光１５０７が共用部１５２０を伝搬するとともに、
第１のレーザーに結合する。こうして、第１及び第２の
それぞれのレーザー装置において、互いに発振周波数の
異なるレーザー光が共存する。
【０１３９】従って、静止時も、ビート周波数が生じ、
回転に伴う電器信号の変化を読み取ることで、回転方向
及び角速度の検知が可能となる。
【０１４０】なお、第１あるいは第２のレーザーの一方
の電気信号を検出してもよい。両方の信号を利用するこ
とで回転検知の精度が上がる。
【０１４１】また、図８（Ｂ）のように、第１及び第２
のレーザーの主モード光の周回方向を同一にすることも
できる。この場合、共用部１５２０で第１のレーザー光
１５０６と第２のレーザー光１５０９が共存する。
【０１４２】もちろん、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）のよう
にガスレーザーの場合も光導波路の一部を共有すること
で互いに発振周波数の異なるレーザー光を一のレーザー
内に共存させることができる。
【０１４３】なお、上記＜１＞〜＜４＞においては、レ
ーザーの形状が四角形状の場合について説明したが、も
ちろん、四角形に限定されることなく、三角形状、円
形、多角形状であってもよい。
【０１４４】上記＜１＞〜＜４＞においては、リング状
の光導波路を持つレーザーについて説明したが、もちろ
ん、一の周回方向に伝搬する主モード光を発生させるこ
とができれば、図６８に示すような中空部がない導波路
１２０２であってもよい。１２０５はテーパー領域、１
２０６は主モード光である。
【０１４５】（テーパー領域）次に、一方向に周回する
レーザー光を主モードとして発生させるためのテーパー
領域の形状について具体的に述べる。
【０１４６】図１０において、１６０１は光導波路、１
６０６はテーパー領域を示す。
【０１４７】テーパー領域１６０６がなければ、ＣＷ光
１６０８とＣＣＷ光１６０６がともに発生する。
【０１４８】しかし、非対称なテーパー領域を設けるこ
とにより、ＣＷ光、ＣＣＷ光の光損失に差が生じる。テ
ーパー部の一方の角度βが９０°に近ければ近いほどＣ
Ｗ光の光強度が小さくなり、ＣＣＷ光が主モードとな
る。もちろん、α＝９０°の場合は、ＣＷ光が主モード
となる。
【０１４９】実質的に、一方向のみに周回させるために
は、８０°≦β（ないしα）≦１００°、好ましくは８
３°≦β（ないしα）≦９７°、更に好ましくは８７°
≦β（ないしα）≦９３°である。最適には、β（ない
しα）＝９０°である。
【０１５０】特に、β＝９０°の場合、テーパー領域の
起点（図の１６３０）で、発振モードが階段状に変化す
るので、一定幅の光導波路に対する導波モードとの結合
効率が小さくなる。従って、主モード光を生成しやすく
なる。なお、α<βの場合を考えると、βが上述の範囲
の場合に、２°≦α≦１０°、好ましくは、３°≦α≦
６°であるとよい。
【０１５１】第１のレーザーの主モード光と第２のレー
ザーの主モード光の発振周波数の差は、ロックイン現象
を避けるためにも、１００Ｈｚ以上、好ましくは１ｋＨ
ｚ以上、更に好ましくは１０ｋＨｚ以上であることが望
ましい。
【０１５２】主モード光同士の発振周波数を変えるに
は、レーザーを構成する材料を異ならせたり、それぞれ
のレーザーに注入する電流の大きさを変えたり、レーザ
ーに印加する電圧の大きさを変えたり、あるいは、光導
波路の幅又は長さを変えることで実現できる。
【０１５３】一のレーザー装置の中に発振周波数の異な
る２つのレーザー光が共存すると、両レーザー光は干渉
し合い、ビート周波数が電気信号として検出される。
【０１５４】レーザー装置から取り出す電気信号は、当
該装置が定電流駆動の場合は電圧信号、定電圧駆動の場
合は電流信号である。
【０１５５】また、レーザー装置のインピーダンス信号
を取り出してもよい。
【０１５６】このように取り出された電圧信号等の周波
数は、前述のビート周波数に対応している。従って、当
該周波数変化を検出することで当該レーザー装置が受け
た回転の角速度及びその方向の検知が可能となる。
【０１５７】なお、電気信号をレーザー装置から取り出
す場合について説明するが、後述の実施形態２において
説明する光検出器からの信号により回転方向及び又は角
速度を検知する場合にも適用できる。
【０１５８】以下、電気信号としてレーザー装置の電圧
変化を検出する手段について述べる。
【０１５９】図１１に示すように定電流源１９０２を用
意し、レーザー装置として半導体レーザー１９００を当
該電源と抵抗１９０１を介して接続する。そして電圧検
出回路１９０６により半導体レーザー１９００の電気信
号（この場合は電圧信号）を読みとる。
【０１６０】図１１のように必要に応じて保護回路とし
てボルテージフォロワ回路１９０５を設けることが好ま
しい。
【０１６１】なお、半導体レーザーを例にとり説明して
いるが、もちろん気体レーザーの場合も同様である。
【０１６２】図１２に、レーザーを定電流駆動し、半導
体レーザー２０００のアノード電位の変化を読みだし、
回転検知を行う回路図の一例を示す。
【０１６３】半導体レーザー２０００のアノードは、保
護抵抗２００３を介して、演算増幅器２０１０の出力端
子に接続され、半導体レーザー２０００のカソードは演
算増幅器２０１０の反転入力端子に接続される。
【０１６４】マイコンからの入力電位Ｖｉｎに対応し
て、該演算増幅器２０１１は、信号Ｖｏｕｔを出力す
る。この信号Ｖｏｕｔは、角速度に比例したビート周波
数を持つので、当該信号を公知の周波数−電圧変換回路
（Ｆ−Ｖ変換回路）等により電圧に変換し、回転を検知
する。
【０１６５】なお、図１３に周波数−電圧変換回路（Ｆ
−Ｖ変換回路）の例を示す。この回路は、トランジスタ
ー、ダイオード、コンデンサー、抵抗で構成され、出力
電圧Ｖc2は式（１４）で表される。
【０１６６】
【数１４】 ここで、Ｅｉは入力電圧のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋの
値、ｆはビート周波数である。Ｃ2＞＞Ｃ1、ＲOＣ2ｆ＜
１となるように回路パラメータを設計することで、式
（１５）に示すようなＶｃ２が得られ、ビート周波数に
比例した電圧出力を得ることが可能になる。
【０１６７】
【数１５】 次に、レーザー装置の電流変化により回転を検知する場
合について説明する。
【０１６８】電源として定電圧源を用いると、回転の角
速度を半導体レーザーに流れる電流の変化として測定す
ることができる。図１４や図１５に示すように、定電圧
源として電池を用いると、駆動系の小型化、軽量化につ
ながる。図１４では、半導体レーザー２２００と直列に
電気抵抗２２０１を接続し、電気抵抗の両端の電圧の変
化として、半導体レーザーに流れる電流を測定してい
る。２２０２は電池、（バッテリー）、２２０６は電圧
計である。一方、図１５では、半導体レーザー２３００
と直列に電流計２３０６を接続し、じかに半導体レーザ
ーに流れる電流を測定している。２３０１は電気抵抗で
ある。
【０１６９】次に、ビート信号を検出するための別の回
路構成について説明する。
【０１７０】図１６に、半導体レーザーを定電圧駆動
し、半導体レーザー２４００のアノード電位の変化を読
みだし、回転検知を行う回路図の一例を示す。
【０１７１】半導体レーザー２４００のアノードは、抵
抗２４０３を介して、演算増幅器２４１０の出力端子に
接続され、レーザー２４００のカソードは基準電位に接
地されている。
【０１７２】マイコン等から、演算増幅器２４１０の反
転入力端子に定電圧（Ｖｉｎ）を与えると、その電位が
常に抵抗２４０３とレーザー２４００にかかる定電圧ド
ライブ構成になる。
【０１７３】電気抵抗２４０３は、バッファ用の演算増
幅器２４１１に接続される。
【０１７４】該演算増幅器２４１１は、信号Ｖｏｕｔを
出力する。この信号Ｖｏｕｔは、角速度に比例したビー
ト周波数であるので、公知の周波数−電圧変換回路（Ｆ
−Ｖ変換回路）等により電圧に変換し、回転を検知す
る。もちろん、演算増幅器２４１１を通さず、電気抵抗
２４０３と等電位部分の信号を直接Ｆ−Ｖ変換回路に入
れて、回転検知してもよい。またビート信号検出手段と
して周波数カウンタを用いることもできる。
【０１７５】次に、図１６と同じ定電圧ドライブ回路構
成に加え、減算回路２５１５を用いて、信号電位の基準
をアースにとる場合を図１７に示す。
【０１７６】マイコン等から演算増幅器２５１０の反転
入力端子に定電位Ｖ1を与える。２５００はレーザー、
２５１１、２５１２はボルテージフォロワ、２５０３、
２５１６、２５１９は電気抵抗であり、２５１６と２５
１７、２５１８と２５１９の抵抗値をそれぞれ等しくし
ている。
【０１７７】電気抵抗２５０３の両端の電位Ｖ1、Ｖ
2が、ボルテージフォロワ２５１１，２５１２及び抵抗
２５１６、２５１８を通して、該増幅器２５２０の反転
入力端子、非反転入力端子につなげられている。こうす
ることにより、基準電位をアースにとって、電気抵抗２
５０３にかかる電圧（Ｖ2−Ｖ1）＝Ｖ0の変化を検出す
ることができる。すなわち、レーザー２５００に流れる
電流変化を検出できる。
【０１７８】得られる信号をＦ−Ｖ変換回路等を通し
て、回転を検出する。
【０１７９】また、電源の種類に関わらず、直接インピ
ーダンスメーター２６０９で、半導体レーザー２６００
のインピーダンスの変化を測定することもできる。２６
０２は、電源である。この場合、端子電圧や素子に流れ
る電流を測定する場合と違って、駆動電源の雑音の影響
が小さくなる。この例を図１８に示す。
【０１８０】以上、半導体レーザーを例に取り説明した
がガスレーザーの場合も同様である。 ［第２の実施形態］前述の第１の実施形態は、ビート周
波数を一のレーザーにかかる電圧、一のレーザーに流れ
る電流信号の変化として当該一のレーザーから電気信号
として取り出す。それに対して、第２の実施形態におい
ては、互いに発振周波数の異なる２種のレーザー光をレ
ーザーの外部に配した光検出器を用いてビート周波数の
変化すなわち回転数及び回転方向を検知するものであ
る。
【０１８１】＜１＞ 図１９〜図２１を参照して第２の
実施形態について説明する。図２、図３と同一番号を付
したものは、同じものを表している。
【０１８２】図１９（Ａ）図２０（Ｃ）において、１２
５６は第１のレーザー１２００の主モード光１２０６の
出力光である。１２５７は、第２のレーザー１２０１の
主モード光１２０７の出力光である。１２３０は光検出
器であり、両方の出力光１２５６と１２５７が干渉し合
い、それらの発振周波数差に応じた信号が当該光検出器
より検出される。
【０１８３】図２０（Ｄ）において１２４０はミラーで
ある。ＣＣＷ光１２０９の出力光をこのミラー１２４０
で反射させ光検出器１２３０に入射させている。
【０１８４】なお、図２１（Ｅ）及び図２１（Ｆ）は、
図２０（Ｃ）及び図２０（Ｄ）における主モード光発生
のためのテーパー領域１２０４、１２０５のかわりに、
光アイソレーター等の光学素子を用いた場合である。図
１９が半導体レーザー、図２０及び図２１はガスレーザ
ーの場合である。なお、図１９〜図２１のように、互い
に異なる発振周波数（波長）を有する出力光１２５６，
１２５７を光検出器１２３０にて受光する場合は、第１
及び第２のレーザー（１２００，１２０１）は、必ずし
も近接配置されていることを要しない。すなわち、光の
しみ出し距離内に配置することも要しない。
【０１８５】＜２＞ 更に図２２、図２３を参照して第
２の実施形態について説明する。図４，５と同一のもの
については同一番号を付している。
【０１８６】図２２（Ａ）において、１３５６、１３５
７は第１及び第２のレーザーそれぞれからの出力光であ
り、１３３０は、光検出器である。
【０１８７】第１及び第２のレーザーの主モード光１３
０６，１３０７に光学的に結合する第３の光導波路１３
２０から両光の出力光を光検出器１３３０に受光させ
る。
【０１８８】そして、当該光検出器からの信号により、
回転を検知する。
【０１８９】図２２は半導体レーザー、図２３がガスレ
ーザーの場合である。
【０１９０】＜３＞ 更に、図２４、図２５を参照し
て、第２の実施形態について説明する。なお、図６、図
７と同一のものについては同一番号を付している。
【０１９１】１４３０は光検出器、１４５６、１４５７
は第１及び第２のレーザーの主モード光の出力光であ
り、光検出器１４３０によって受光される。
【０１９２】図２４が半導体レーザー、図２５がガスレ
ーザーの場合である。
【０１９３】＜４＞ 更に、図２６、図２７を参照して
第２の実施形態について説明する。図８、図９と同じ物
には同一番号を付している。
【０１９４】図２６、図２７においては、第１のレーザ
ーと第２のレーザーとが光導波路の一部を共有するよう
に構成されている。
【０１９５】１５５６、１５５７は第１及び第２のレー
ザーの主モード光の出力光であり、ともに光検出器１５
３０で受光される。
【０１９６】図２６は半導体レーザーの場合、図２７は
ガスレーザーの場合である。
【０１９７】ここでいう光検出器とは、具体的にいえば
光の強度を電気信号に変換する装置で、光電子放出（外
部光電効果）を用いた光電管、光電子増倍管がある。ま
た、半導体における内部光電効果を利用した各種の素
子、すなわち光導電効果による光導電セル、フォトダイ
オード、フォトトランジスター、アバランシュフォトダ
イオード、光起電力効果による光電池がある。また、光
吸収による熱検出器すなわち熱電対検出器、ボロメータ
ー、ゴーレイセル、焦電効果による焦電光検出器などが
ある。
【０１９８】以下、本発明に用いることのできるリング
形状を有する半導体レーザーについて説明する。
【０１９９】図２８は、図４に示す半導体レーザーのA
A'間での断面図の一例を模式的に示したものである。２
８００は半導体レーザー、２８０１は活性層、２８０２
は基板、２８０３はアノード、２８０４はカソード、２
８０６は上部クラッド層、２８０７は下部クラッド層で
ある。
【０２００】このように少なくとも上部クラッド層２８
０６の中央部領域がくりぬかれた構造（リング形状）２
８０９にすることにより、半導体レーザーの中央部領域
に電流が流れにくくなる。従って、主として周回する光
のみに利得を生じさせることができるので、無効な電流
を低減することができる。特に、単一横モードが実現さ
れている場合には、ビート周波数は非常に安定したもの
となる。
【０２０１】図２８においては、光ガイド層やキャップ
層を特に示していないが、それらの層がある場合には、
少なくとも上部クラッド層２８０６の中央部がくりぬか
れた構造になっていれば良い。
【０２０２】図２９にその一例を示す。２９２１はキャ
ップ層、２９２２及び２９２３は光ガイド層、２９０１
は活性層、２９０４はカソードである。
【０２０３】また、上部クラッド層２９０６やキャップ
層２９２１等の形状はそのままに、電極２９０３をリン
グ状に形成することも可能である。なお、図において
は、アノード電極２９０３は、レーザー装置全面に設け
ているが、必ずしも全面に設けなくてもよい。
【０２０４】また、図３０に示すように、活性層２８０
１の一部あるいは活性層自体をリング形状にしたり、図
２１に示すように下部クラッド層２８０７の一部をもリ
ング形状にすることも好ましいものである。活性層の一
部をもリング形状にした場合、活性層の体積が減少する
ので、より効果的に閾値電流の低減を図ることができ
る。
【０２０５】とりわけ、レーザー光が分布している領域
（例えば、図３１中のｌ）の範囲内において、リング形
状を有していることが好適である。すなわち、活性層が
リング状（ドーナツ状）であることが好ましい。
【０２０６】例えば、活性層厚が０．１μｍの場合、図
３１中のｌは、１μｍ程度である。
【０２０７】活性層面に対して垂直方向のしみだし距離
内において、リング状の構造を有していれば活性層に対
する光閉じ込め係数が大きくなり、好適に低電流駆動が
可能になり、また発振周波数も安定する。もちろん、図
３２に示すように、半導体レーザー２８００全体がリン
グ形状を有していても良い。
【０２０８】なお、図３１においては、光のしみだし距
離ｌがクラッド層２８０６，２８０７内に位置するよう
に記載しているが、もちろんクラッド層の屈折率や厚さ
等の条件によっては、クラッド層を超えて光がしみだし
ている場合もある。この様な場合には、光のしみだし距
離ｌに相当する部分は、円筒形状を有していることが好
ましい。また、活性層とクラッド層間の光ガイド層や基
板２８０２にまでしみだしている場合には、しみだし距
離に対応する光ガイド層、基板の一部がリング形状であ
ることが好ましい。
【０２０９】なお、光の損失を防ぎ、低電流あるいは低
電圧駆動が求められる場合には、低屈折率層２８０６，
２８０７における光の損失を低減することが望ましい。
【０２１０】図３３に、図３２の領域２８５０を拡大し
た図を示す。低電力駆動する場合には、低屈折率層側面
と、該活性層面のなす角θ1 ，θ2 （図３３）が、 ７５゜≦θ1 ， θ2 ≦１０５゜ 好ましくは、８０゜≦θ1 ，θ2 ≦１００゜ 更に好ましくは、８５゜≦θ1 ，θ2 ≦９５゜を満たす
ように、レーザー装置を作製することが望ましい。
【０２１１】かかる条件を満たすことにより、該低屈折
率層２８０６，２８０７にしみ出している光（エバネッ
セント光）の損失を防げるので、より低電流（あるいは
低電圧）で半導体レーザーを駆動することが可能とな
る。
【０２１２】もちろん、半導体レーザー側面が全反射面
であることも好ましいものである。全反射面において光
のしみだしている領域の９０％以上が活性層面となす角
が、上記範囲内であることが好ましい。
【０２１３】また、低屈折率層の全周にわたる側面が、
上述のθ1 ，θ2 の条件を満たしていることも好ましい
ものである。レーザーの内部側面も上述のθ1 ，θ2 の
条件を満たしていれば更によい。
【０２１４】また、活性層２８０１を挟む低屈折率層側
面の面精度（表面粗さ）は、活性層における媒質内波長
（真空中での波長／媒質の等価屈折率）の２分の１以
下、より好ましくは３分の１以下であることが好まし
い。具体的には、ＩｎＰ系（波長１．５５μｍ、媒質の
等価屈折率３．６）の場合、約０．２２μｍ以下、好ま
しくは、０．１４μｍ以下ということになる。
【０２１５】また、ＧａＡｓ系（波長０．８５μｍ、媒
質の等価屈折率３．６）の場合、約０．１２μｍ以下、
好ましくは、０．０８μｍ以下である。
【０２１６】もちろん、低屈折率層側面のみではなく、
活性層側面も上述の範囲にあることが望ましい。
【０２１７】なお、リング形状部の少なくとも一部に、
絶縁性材料（誘電体薄膜）を充填することも好ましいも
のである。もちろん、所望の特性が得られる場合には、
絶縁性材料に限られないし、また、中空部分を完全に充
填する必要もない。
【０２１８】誘電体薄膜としては、クラッド層に比べ比
抵抗値が高ければ特に限定されるものではないが、アモ
ルファスＳｉ、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、ＳｉＮが好適に用い
られる。充填材により、円筒形状の内側に全反射面を形
成しても良い。図３４のように、１種類の材料２９３０
を充填しても良いし、または混合物であっても良い。ま
た、図３５のように、活性層等の内側及び外側側面の少
なくとも一方を薄膜２９３１で被覆することも好まし
い。この場合、外部雰囲気にさらされることによる素子
特性の劣化を防止できるとともに、完全に充填する場合
に比べ、材料の節約が可能である。図２５においては、
１層の被覆膜を示しているが、複数層であっても良いこ
とは言うまでもない。
【０２１９】複数層の誘電体薄膜を用いる場合には、Ｓ
ｉＯ2 とＳｉのペアを何層か設けることも好ましいもの
である。もちろん、所望の特性が得られれば、完全に充
填する必要はない。
【０２２０】以下に、充填する際の別の例について示
す。
【０２２１】図３６において、２９３０は絶縁膜であ
る。このようにアノード２９０３下部中央部に絶縁膜領
域２９３０を有することも好ましいものである。半導体
レーザー装置中央部に電流が流れにくくなり、無効な電
流が減るとともに単一横モード化が生じ易くなる。電極
構造を平坦に形成したい場合には有用である。
【０２２２】また、上部クラッド層２９０６がＰ型の場
合には、絶縁膜２９３０の代わりにＰＮＰ型の導電性を
持つ物質を充填することで、レーザー中央部領域は、Ｐ
ＮＰＮサイリスタ構造となって、電流を流れにくくする
ことができる。
【０２２３】また、図３７における２８４０はたとえば
Ｆｅドープ高抵抗層である。このような高抵抗層を利用
する形態によっても半導体レーザー素子中央部に電流が
流れにくい構造を実現できる。
【０２２４】半導体レーザーの活性層の中空部分２８０
９（例えば、図３１）は、およそ中央部に位置していれ
ば良い。導波モードが存在しない状態をカットオフとい
うが、横モードを安定化するため、高次のモードに対す
るカットオフ条件を満たすように形成することが好まし
い。また、中空部分の直径ｄ（図２８）も、高次のモー
ドに対するカットオフ条件を満たすように規定すること
が望ましい。
【０２２５】高次のモードに対するカットオフ条件を満
たすことにより、横モードは基本モードのみになり、安
定になる。
【０２２６】また、中空部分の形状もできるだけ高次モ
ードのカットオフ条件を満たし、かつ単一の導波モード
のみが存在（単一横モード化）するような形状とするこ
とが好ましい。
【０２２７】中空形状を有するレーザー装置の形成は、
基板上に活性層、光ガイド層、クラッド層等となる半導
体膜を堆積させる際に、マスク等を利用してリング状に
堆積させても良い。また、活性層、光ガイド層、クラッ
ド層等を堆積後、リング形状になる様エッチング等によ
りくりぬいても良い。
【０２２８】中空部を形成する際のエッチング方法とし
ては、ウエットエッチングや、ガスエッチング、プラズ
マエッチング、スパッタエッチング、反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（Ｒ
ＩＢＥ）などを適宜用いることができる。
【０２２９】本発明に適用可能な活性層の材料として
は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＡｌＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡ
ｓＰ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓ
ＳｂＰ、ＰｂＳｎＴｅ、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａ
Ｎ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、Ｓｉ
Ｇｅ系、等が挙げられる。
【０２３０】クラッド層としては、上記活性層に適用で
きるものを用いることができる。
【０２３１】活性層とクラッド層の組み合わせとして
は、例えば、ＰｂＳｎＴｅ（活性層）／ＰｂＳｅＴｅ
（クラッド層）、ＰｂＳｎＳｅＴｅ（活性層）／ＰｂＳ
ｅＴｅ（クラッド層）、ＰｂＥｕＳｅＴｅ（活性層）／
ＰｂＥｕＳｅＴｅ、ＰｂＥｕＳｅＴｅ（活性層）／Ｐｂ
Ｔｅ（クラッド層）、ＩｎＧａＡｓＳｂ（活性層）／Ｇ
ａＳｂ（クラッド層）、ＡｌＩｎＡｓＳｂ（活性層）／
ＧａＳｂ（クラッド層）、ＩｎＧａＡｓＰ（活性層）／
ＩｎＰ（クラッド層）、ＡｌＧａＡｓ（活性層）／Ａｌ
ＧａＡｓ（クラッド層）、ＡｌＧａＩｎＰ（活性層）／
ＡｌＧａＩｎＰ（活性層）等を用いることができる。
【０２３２】また、半導体レーザーの構造としては、活
性層はバルク構造に限らず、単一量子井戸構造（ＳＱ
Ｗ）、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）などの構造を用いる
こともできる。
【０２３３】量子井戸型レーザーを用いる場合には、歪
量子井戸型構造をとることも好ましいものである。例え
ば、約１％の圧縮歪みを持つＩｎＧａＡｓＰ量子井戸８
層と、ＩｎＧａＡｓＰの障壁層により活性層を形成す
る。もちろんＭＩＳ構造を用いることもできる。
【０２３４】基板としては、所望の材料を成長させるこ
とができる基板であれば良く、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基
板、ＧａＳｂ基板、ＩｎＡｓ基板、ＰｂＴｅ基板、Ｇａ
Ｎ基板、ＺｎＳｅ基板、ＺｎＳ基板などの化合物半導体
や、ＳｉＣ基板、４Ｈ−ＳｉＣ基板、６Ｈ−ＳｉＣ基
板、サファイア基板、シリコン基板、ＳＯＩ基板等を用
いることができる。
【０２３５】半導体レーザーの活性層等の形成には、液
相エピタキシ（ＬＰＥ法）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ
法）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ
法）、原子層成長法（ＡＬＥ法）、有機金属分子線エピ
タキシ（ＭＯＭＢＥ）、化学ビームエピタキシ（ＣＢ
Ｅ）など用いることができる。
【０２３６】アノード電極としては、Ｃｒ／Ａｕ、Ｔｉ
／Ｐｔ／Ａｕ、ＡｕＺｎ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等を用いる
ことができる。カソード電極としては、ＡｕＧｅ／Ｎｉ
／ＡｕやＡｕＳｎ／Ｍｏ／Ａｕ等を用いることができ
る。
【０２３７】もちろん、これらに限定されるものではな
い。
【０２３８】また、基板や活性層等の導電性に応じて適
宜、電極の配置を図面に記載の形態と逆にすることも可
能である。他の実施形態においても同様である。
【０２３９】なお、クラッド層上に、電極との接触抵抗
を低くするためのキャップ層（コンタクト層）を形成し
た後、該キャップ層上に上記電極材料を形成することも
好ましいものである。
【０２４０】例えば、ＩｎＧａＡｓＰ（活性層）／Ｐ型
ＩｎＰ（クラッド層）／Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（キャップ
層）／電極の構成である。
【０２４１】なお、図面上では、基板下にカソード電極
があるように図示しているが、もちろん、基板の種類に
よっては、アノード、カソードの配置が逆になることも
ある。
【０２４２】なお、半導体レーザーの熱に対する影響を
防止するため、放熱材料（ヒートシンク）上に半導体レ
ーザーチップをマウントすることも好ましいものであ
る。ヒートシンク材料としては、Ｃｕ、Ｓｉ、ＳｉＣ、
ＡｌＮ、ダイヤモンドなどを用いることができる。もち
ろん、これらに限定されるものではない。また、必要に
応じて温度制御用としてペルチェ素子を用いることもで
きる。
【０２４３】また、半導体レーザーが、確実に全反射面
となるように、あるいは劣化防止等のため、半導体レー
ザーの側面（光が存在している領域の側面）に、絶縁膜
（コーティング膜）を形成することも好ましいものであ
る。このコーティング材料としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ
Ｎ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などの絶縁膜やアモルファ
スシリコン（α−Ｓｉ）等を用いることができる。
【０２４４】また、前述のリング形状の中空部に相当す
る部分を図３８に示すように高抵抗化しておき、実質的
な光導波路の形状をリング状とすることも好ましいもの
である。
【０２４５】その場合の断面図の一例の模式図を図３８
に示す。
【０２４６】２８０１は活性層、２８０２は基板、２８
０３はアノード、２８０４はカソード、２８０６は上部
クラッド層、２８０７は下部クラッド層、２８５９はイ
オン注入により高抵抗化されている領域を示す。このよ
うな構成にすることにより、電流は中央部領域には流れ
にくくなり、主として周回する光のみに利得を与えるこ
とができる。
【０２４７】なお、図３８においては、高抵抗化領域２
８５９の界面がはっきりしているように記載している
が、実際には界面において多少の広がりがある。もちろ
ん、図３９に示すように、イオン注入の際の投影飛程が
主として、活性層にくるように、イオン注入を行うこと
も好ましいものである。
【０２４８】図３８においては、上部クラッド層の少な
くとも一部が高抵抗化されているように記載している
が、中央部領域に電流が流れにくい構造となっていれ
ば、活性層領域２８０１の一部まで高抵抗化されていて
も、下部クラッド層２８０７の少なくとも一部まで高抵
抗化されていてもよい。もちろん、半導体レーザーの中
央部領域全体が高抵抗化されていても良い。
【０２４９】とりわけ、活性層２８０１の中央部領域が
高抵抗化されていれば、実質的な活性層体積が減少する
ことになり、駆動電流を更に低減することができる。
【０２５０】もちろん、活性層付近の深さに投影飛程を
持つようにイオン注入を行ない、当該深さ付近を中心に
高抵抗化することも可能である。
【０２５１】また、図３８においては、アノード２８０
３は、半導体レーザーの周囲に配置した構造としている
が、レーザー上面の全面に配しても、あるいは逆に、一
部の領域に配してもよい。
【０２５２】適宜、光ガイド層、キャップ層等を形成す
ることも可能である。
【０２５３】本発明にいう高抵抗化に関しては、活性層
種類によっても異なるが、およそイオン注入領域におけ
る比抵抗が、１００Ω・ｃｍから１０5Ω・ｃｍ、好ま
しくは、５×１０3Ω・ｃｍから１×１０5Ω・ｃｍであ
るとよい。
【０２５４】イオン注入種としては、プロトンやホウ素
が挙げられる。
【０２５５】また、イオン注入の投影飛程Ｒｐを、活性
層中央になるようにイオン注入を行なうことも好まし
い。その場合の加速電圧としては、活性層上のクラッド
層、光ガイド層等の材質、厚さ等を考慮して、１０Ｋｅ
Ｖから１ＭｅＶの範囲で適宜行うことが好ましい。
【０２５６】イオン注入量は、１×１０13ｃｍ-2から１
×１０15ｃｍ-2の範囲内で行うことができる。
【０２５７】イオン注入の際の基板温度としては、室温
でよい。
【０２５８】イオン注入領域は、厳密に半導体レーザー
の中央部である必要はなく、高次のモードに対するカッ
トオフ条件を満たすように、略中央にイオン注入を行な
うことが好ましい。
【０２５９】注入領域の直径ｄも、高次のモードに対す
るカットオフ条件を満たすように規定することが望まし
い。
【０２６０】また、注入領域の形状は必ずしも円形に限
定されるものではなく、できるだけ高次のモードのカッ
トオフ条件を満たし、かつ単一の導波モード（単一横モ
ード化）のみが存在するような形状にすることが好まし
い。
【０２６１】なお、注入後に、イオン注入時に生じたダ
メージを低減するためにアニール処理をすることも好ま
しいものである。アニール処理の温度としては、２００
℃から５００℃、好ましくは３００℃から４００℃であ
る。アニールの際の雰囲気しては、水素を含む雰囲気等
を用いることができる。
【０２６２】なお、高抵抗化のために、イオン注入を利
用する例を示したが、高抵抗化したい部分を選択的に酸
化することで、高抵抗化を実現してもよい。
【０２６３】以上、本発明の実施の形態について説明し
た。なお、本発明にいうジャイロとは、角速度検知及び
回転方向検知が可能な物品はもちろん、角速度のみ検知
する物品や回転方向のみ検知する物品をも含むものであ
る。
【０２６４】（実施例１）図２（Ａ）は本発明の特徴を
最もよく表す図画であり、Ａ−Ａ’での断面図が図４０
である。１２００はリング共振器型半導体レーザー、１
２０４は光導波路のテーパー部、３３はアノード、３４
は電気端子、３５はキャップ層、３６はクラッド層、３
７は光ガイド層、３８は活性層、３９は光ガイド層、１
２０１はリング共振器型半導体レーザー、１２０５は光
導波路のテーパー部、４３はアノード、４４は電気端
子、４５はキャップ層、４６はクラッド層、４７は光ガ
イド層、４８は活性層、４９は光ガイド層、５４は半導
体基板、５５はカソード、１２０６は反時計回りのレー
ザー光、１２０７は時計回りのレーザー光である。
【０２６５】上記構成における製造方法を説明する。ま
ず、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰ基板５４
（厚み３５０μｍ）の上にリング共振器型半導体レーザ
ー１２００を構成する１．３μｍ組成のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３９（厚み０．１５μｍ）、１．
５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３８
（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３７（厚み０．１５μｍ）、ｐ−
ＩｎＰクラッド層３６（厚み２μｍ）、１．４μｍ組成
のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３５（厚み０．３μ
ｍ）を成長する。
【０２６６】又、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５４（厚み３５０μｍ）の上にリング共振器型
半導体レーザー１２０１を構成する１．３μｍ組成のア
ンドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４９（厚み０．１５
μｍ）、１．５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ
活性層４８（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のアン
ドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４７（厚み０．１５μ
ｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層４６（厚み２μｍ）、１．
４μｍ組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４５（厚み
０．３μｍ）を成長する。
【０２６７】今回は、リング共振器型半導体レーザー１
２００とリング共振器型半導体レーザー１２０１を構成
する共通の半導体層を同時に成長したが、それぞれ別々
に成長してもよい。
【０２６８】結晶成長後、スピンコーターを用いて、ｐ
−ＩｎＰキャップ層の上にフォトレジストＡＺ−１３５
０（ヘキスト製）を膜厚が１μｍとなるように塗布す
る。プリベークを８０℃で３０分おこなった後、ウェハ
ーにマスクをかけて露光した。現像、リンス後の光導波
路の幅は５μｍであり、テーパー部１２０４と１２０５
では、光導波路の幅の最大値は８μｍ、最小値は５μｍ
である。なお、テーパー部の角度（図１０のβ）は９０
°になるように形成した。又、光導波路１周の長さは、
６００μｍである。
【０２６９】このあと、ウェハーをリアクティブ・イオ
ンビームエッチング装置に導入し、塩素ガスを用いて、
深さが３μｍとなるようにエッチングした。最後に、ｐ
−ＩｎＧＡｓＰキャップ層３５，４５の上に、それぞれ
アノード３３，４３としてＣｒ／Ａｕを蒸着によって形
成した。又、ｎ−ＩｎＰ基板にカソード５５として、Ａ
ｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着した。その後、水素雰囲気中
でアニールし、オーミック接触をとった。
【０２７０】上記構成において、半導体と空気では屈折
率が異なるため、界面で反射が生じる。半導体の屈折率
を３．５とすると、界面に対する法線とレーザー光との
なす角が１６．６度以上で全反射が生じる。全反射を受
けるモードは、他のモードに比べてミラー損失が少ない
分だけ発振しきい利得が小さくてすむので、低注入電流
レベルで発振が開始する。しかもこの発振モードに利得
が集中するため、他のモードの発振は抑制される。
【０２７１】図２（Ａ）において、界面に対する法線と
レーザー光とのなす角は４５度であり、全反射条件を満
たす。室温における発振しきい電流は２ｍＡである。リ
ング共振器型レーザー１２００の駆動電流３ｍＡ、リン
グ共振器型レーザー１２０１の駆動電流３．５ｍＡであ
り、これらのレーザーが静止しているときは、レーザー
光１２０６とレーザー光１２０７の発振波長はほぼ等し
く、発振波長λは１．５５μｍである。ただし、リング
共振器型レーザー１２００とリング共振器型レーザー１
２０１の駆動電流が異なるから、これらのレーザーを構
成する光導波路の等価屈折率の値に差が生じる。
【０２７２】このため、発振周波数がわずかに異なり、
レーザー光１２０６の発振周波数ｆ 3 は、レーザー光１
２０７の発振周波数ｆ4 よりも１ｋＨｚ大きい。また、
全反射が生じるときには、界面に沿って進行するエバネ
ッセント光が存在する。発振波長が１．５５μｍの場
合、エバネッセント光のしみ出し距離は０．０７３５μ
ｍである。エバネッセント光の強度は指数関数的に減衰
するが（しみ出し距離は、電界振幅が１／ｅに減衰する
距離である）、リング共振器型レーザー１２００と１２
０１がしみ出し距離以内の０．０７μｍだけ離れて配置
されていることから、レーザー光１２０６とレーザー光
１２０７とが効率よく結合する。この結果、それぞれの
リング共振器型レーザーの中でレーザー光１２０６と１
２０７が干渉する。このとき、電源電流が一定となるよ
う調整しておき、電極端子３４とカソード５５の間の電
圧、あるいは電極端子４４とカソード５５の間の電圧を
モニターすると、それぞれ振幅８０ｍＶ、１００ｍＶで
周波数１ｋＨｚの信号が得られる。すなわち、リング共
振器型レーザー１２００と１２０１が静止しているとき
でも、ビート周波数が検出できる。
【０２７３】さて、リング共振器型レーザー１２００と
１２０１が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒
３０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回り
のレーザー光１２０６の発振周波数ｆ3 は８８．７Ｈｚ
だけ増加する。一方、時計回りのレーザー光１２０７の
発振周波数ｆ4 は８８．７Ｈｚだけ減少する。したがっ
て、ビート周波数は式（１６）で表わされる。
【０２７４】
【数１６】 一方、リング共振器型レーザー１２００と１２０１が、
毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビー
ト周波数は式（１７）で表わされる。
【０２７５】
【数１７】 ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速度に比例して
いるので、回転速度の検出ができるだけでなく、回転方
向とビート周波数の増減が１対１に対応しているので、
回転方向の検知が可能となる。こうして得られるレーザ
ー装置を、自動車、カメラ、レンズ、航空機、船舶に搭
載し、ジャイロとして使用する。
【０２７６】なお、この実施例では、定電流駆動とし、
端子電圧の変化を測定したが、もし定電圧駆動であれ
ば、端子に流れる電流の変化を検出することができる。
又、インピーダンスメーターを用いて、素子のインピー
ダンスの変化を直接検出してもよい。
【０２７７】これによって、ビート光を検出するための
光検出器が不要となり、その結果光検出器からの戻り光
が起因となる戻り光雑音もなくなる。
【０２７８】なお、ここでは半導体材料として、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系のものを用いたが、ＧａＡｓ系、ＺｎＳｅ
系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系などどのような材料系
であってもかまわない。又、光導波路も、光路が囲む形
状が、図３のように四角形だけでなく、六角形や三角
形、あるいは円などどのような形状でもよい。
【０２７９】リング共振器型レーザー１２００と１２０
１の発振波長が異なるようにするために、本実施例では
駆動電流の大きさを変えた。しかし、これ以外にも、光
導波路の長さや幅を変える、レーザーを構成している半
導体層の厚み・組成・材料を変えるなどして、２つのレ
ーザーの光学長を変えることで発振波長を変えることが
できる。
【０２８０】レーザーの別の作成方法を図４１から図４
９を用いて説明する。まず、ｎ−ＧａＡｓ基板４４０２
上に、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ／ＧａＡｓの３層からなる多
重量子井戸構造の活性層４４０１があり、この活性層を
挟むようにＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ の光ガイド層４４２２
を設けている。更にそれらを挟むようにクラッド層（４
４０６はｐ− Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、４４０７はｎ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）が形成してある。４４１５は、ｎ
−ＧａＡｓからなるバッファ層である。４４４０は、ｐ
−ＧａＡｓからなるキャップ層である。
【０２８１】該キャップ層４４４０上にアノード４４０
３となるｃｒ／Ａｕ（又はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を形成す
る（図４２）。
【０２８２】そして、フォトレジスト４４６０を塗布
後、図４３のようにパターンニングする。
【０２８３】パターニングされたフォトレジスト４４６
０をマスクにアノード４４０３に対してドライエッチン
グを行う（図４４）。
【０２８４】次に、半導体層をドライエッチングにより
除去し（図４５）、そしてフォトレジストを剥離する
（図４６）。
【０２８５】ここで、アノードを水素雰囲気中でアニー
ルし、アロイ化する。
【０２８６】次に、必要に応じて基板研磨後、ＡｕＧｅ
Ｎｉ／Ａｕからなるカソード４４０４を蒸着する（図４
７）。
【０２８７】こうして、リングレーザー４４００が形成
できる。図４８は、こうしてできたレーザー４４０４を
上面から見た図である。
【０２８８】なお、図４８中の角度ｍは、４５°±０．
０１°の範囲、好ましくは４５°±０．００１°の範囲
であることが望ましい。他の角部に対応する個所も同様
である。これは、レーザー光が光共振器内を一周したと
きに、できるだけ始点の近くに戻るために必要な条件で
ある。
【０２８９】もちろん、他のプロセスにより半導体リン
グレーザーを作成する場合にも、ｍは上述の範囲である
ことが望ましい。
【０２９０】また、図４９は、図４８中の角部４４９０
を拡大したものであるが、角部における表面荒れｒが５
０ｎｍ未満、好ましくは２０ｎｍ未満であるとよい。こ
れにより、後方散乱を低減し、ロックインを生じにくく
することができる。
【０２９１】図５０は、上述のレーザーを用いてビート
を検出するための一例を示す図であり、１は光ジャイ
ロ、２は回転台、３は電流源、４は抵抗、５は周波数−
電圧変換回路（ＦＶ変換回路）である。
【０２９２】上記構成において、直列に接続した抵抗４
を介して、電流源３から光ジャイロ１に電流を注入す
る。光ジャイロ１が静止した状態でも、光ジャイロ１を
構成する２つのレーザーの発振周波数の差に相当するビ
ート信号が端子電圧の変化として得られる。さらに、回
転台２に載せた光ジャイロ１を回転させると、回転の角
速度に応じたビート信号が現れる。
【０２９３】このビート信号を周波数−電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）５を通すことによって、ビート周波数
を電圧値に直すことができる。たとえば、オフセットを
調整して、光ジャイロ１が静止している時の周波数−電
圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の電圧出力をゼロとする
と、周波数−電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の出力の
正負によって、回転方向を検出することができる。
【０２９４】（実施例２）図２（Ｂ）において、１２０
２は光導波路、１２０４は光導波路のテーパー部、１２
０３は光導波路、１２０５は光導波路のテーパー部、１
２０８はレーザー光、１２０７はレーザー光である。
【０２９５】上記構成において、レーザー光１２０７も
１２０８も同じ方向に周回状に伝搬している。この場合
も、作用で説明したように回転方向を検知することがで
きるが、同じ方向にレーザー光が周回する場合、レーザ
ー光７００と８００の間の結合効率を大きくするには、
光導波路のうち近接した部分を伝搬するレーザー光の伝
搬方向が等しいことが望ましい。これを実現するため
に、光導波路１２０２の中に光導波路１２０３を形成し
てある。
【０２９６】（実施例３）図３（Ｃ）において、１２０
２は石英管、１２０４は光導波路のテーパー部、１２１
４はミラー、１２１０はアノード、１２１６は電気端
子、１２１２はカソード、１２０３は石英管、１２０５
は光導波路のテーパー部、１２１５はミラー、１２１１
はアノード、１２１７は電気端子、１２１３はカソー
ド、１２０６はレーザー光、１２０７はレーザー光であ
る。
【０２９７】上記構成において、レーザー光のしみ出し
距離以内に光導波路が存在することで、第１のレーザー
の光導波路に第２のレーザー光が光学的に効率よく結合
する。同時に、第２のレーザーの光導波路に第１のレー
ザー光が光学的に効率よく結合する。このため、それぞ
れのレーザー内での干渉光成分が大きくなり、さらに端
子での電気信号を大きくすることができる。なお、この
ようにしみ出している光をエバッセント光という。
【０２９８】上記構成において、石英のブロックをドリ
ルを用いてくり抜き、石英管１２０２と１２０３を形成
した。その後、石英管１２０２と１２０３に、それぞれ
ミラー１２１４，１２１５を取り付けた。さらに、石英
管１２０２と１２０３に、それぞれアノード１２１０、
電気端子１２１６、カソード１２１２、アノード１２１
１、電気端子１２１７、カソード１２１３を取り付け
た。次に石英管１２０２と１２０３の中にヘリウムガス
とネオンガスを入れ、アノードとカソード間に電圧をか
けると放電が始まり、電流が流れるようになる。
【０２９９】光導波路のテーパー部により、石英管１２
０２の中では反時計回りのレーザー光１２０６のみが発
振し、石英管１２０３の中では時計回りのレーザー光１
２０７のみが発振する。なお、テーパー部の角度（図１
０にいうβ）は、９０°になるように形成した。
【０３００】石英管１２０２０と１２０３が静止してい
るときは、レーザー光１２０６とレーザー光１２０７の
発振周波数はほぼ等しく、４．７３×１０14Ｈｚ、発振
波長λは６３２．８ｎｍである。ただし、石英管１２０
２と１２０３に流す電流を変えておくことで、媒質のＱ
値が変わるので、発振周波数がわずかに異なり、レーザ
ー光１２０６の発振周波数ｆ1 は、レーザー光１２０７
の発振周波数ｆ2 よりも２０ＭＨｚ大きい。
【０３０１】又、石英管１２０２と１２０３とが近接さ
れて配置していることから、レーザー光１２０６が石英
管１２０３の中のレーザー光１２０７と結合する。
【０３０２】同時にレーザー光１２０７が石英管１２０
２の中のレーザー光１２０６と結合する。この結果、そ
れぞれの石英管の中でレーザー光１２０６と１２０７が
干渉する。このとき、電源電流が一定となるよう調整し
ておき、電極端子１２１６とカソード１２１２の間の電
圧をモニターすると、振幅１００ｍＶで周波数２０ＭＨ
ｚの信号が得られる。同時に電極端子１２１７とカソー
ド１２１３の間の電圧をモニターすると、振幅８０ｍＶ
で、先ほどと同じ周波数２０ＭＨｚの信号が得られる。
すなわち、石英管１２０２と１２０３が静止していると
きでも、ビート電圧が検出できる。
【０３０３】さて、石英管１２０２と１２０３が毎秒１
８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１辺の
長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザー光１００
の発振周波数ｆ1 は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
【０３０４】一方、時計回りのレーザー光２００の発振
周波数ｆ2 は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがっ
て、ビート周波数は式（１８）で表わされる。
【０３０５】
【数１８】 一方、石英管１２０２と１２０３が毎秒１８０度の速度
で反時計回りに回転を受けると、ビート周波数は式（１
９）で表わされる。
【０３０６】
【数１９】 ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速度に比例して
いるので、回転速度の検出ができるだけでなく、回転方
向とビート周波数の増減が１対１に対応しているので、
回転方向の検知が可能となる。
【０３０７】この実施例では、定電流駆動とし、端子電
圧の変化を測定したが、もし定電圧駆動であれば、端子
に流れる電流の変化を検出することができる。又、イン
ピーダンスメーターを用いて、放電のインピーダンスの
変化を直接検出してもよい。
【０３０８】これによって、ビート光を検出するための
光検出器が不要となり、その結果光検出器からの戻り光
が起因となる戻り光雑音もなくなる。
【０３０９】なお、ここでは、ヘリウムガスとネオンガ
スを用いたが、レーザー発振する気体であれば何であっ
てもよい。又、光導波路も、光路が囲む形状が、図３
（Ｃ）のように四角形だけでなく、六角形や三角形、あ
るいは円などどのような形状でもよい。
【０３１０】（実施例４）図３（Ｄ）において１２１８
は光アイソレーター、１２１９は光アイソレーターであ
る。
【０３１１】この構成においても、実施例３と同じ原理
で、回転方向を検知することができる。本実施例が実施
例３と異なるのは、リングレーザーの中で１方向にのみ
周回するモードを選択するための手段である。すなわ
ち、実施例３ではテーパー状の光導波路を用いたのに対
し、実施例４では光アイソレーターを用いたことであ
る。
【０３１２】同一偏波の光が、お互いに反対方向から光
アイソレーターに入射した場合、光アイソレーターは一
方向に伝搬する光のみを透過し、逆方向に伝搬する光は
通さない。通常のリングレーザーでは、お互いに反対方
向に周回する光の偏波が等しいが、光アイソレーターを
挿入することで、一つの方向に周回状に伝搬する光のみ
が存在するようなリングレーザーを作ることができる。
もちろん、光を一方向にのみ通す機能を持った光学素子
ならば、光アイソレーターに限らず、光サーキュレータ
ーなど、他の光学素子でもよいことは言うまでもない。
【０３１３】（実施例５）図４（Ａ）及び図５１におい
て、１３００はリング共振器型半導体レーザー、１３０
４は光導波路のテーパー部、３３はアノード、３５はキ
ャップ層、３６はクラッド層、３７は光ガイド層、３８
は活性層、３９は光ガイド層、１３０１はリング共振器
型半導体レーザー、１３０５は光導波路のテーパー部、
４３はアノード、４４は電気端子、４５はキャップ層、
４６はクラッド層、４７は光ガイド層、４８は活性層、
４９は光ガイド層、５４は半導体基板、５５はカソー
ド、１３２０は光導波路、１３０６は反時計回りのレー
ザー光、１３０７は時計回りのレーザー光である。Ａ−
Ａ’及びＢ−Ｂ’でカットした断面図がそれぞれ図５１
（Ａ）、図５１（Ｂ）である。
【０３１４】上記構成における製造方法を説明する。ま
ず、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰ基板５４
（厚み３５０μｍ）の上にリング共振器型半導体レーザ
ー１３００を構成する１．３μｍ組成のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３９（厚み０．１５μｍ）、１．
５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３８
（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３７（厚み０．１５μｍ）、ｐ−
ＩｎＰクラッド層３６（厚み２μｍ）、１．４μｍ組成
のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３５（厚み０．３μ
ｍ）を成長する。
【０３１５】又、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５４（厚み３５０μｍ）の上にリング共振器型
半導体レーザー１３０１を構成する１．３μｍ組成のア
ンドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４９（厚み０．１５
μｍ）、１．５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ
活性層４８（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のアン
ドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４７（厚み０．１５μ
ｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層４６（厚み２μｍ）、１．
４μｍ組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４５（厚み
０．３μｍ）を成長する。
【０３１６】今回は、リング共振器型半導体レーザー１
３００とリング共振器型半導体レーザー１３０１を構成
する共通の半導体層を同時に成長したが、それぞれ別々
に成長してもよい。
【０３１７】結晶成長後、スピンコーターを用いて、ｐ
−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層の上にフォトレジストＡＺ
−１３５０（ヘキスト製）を膜厚が１μｍとなるように
塗布する。
【０３１８】プリベークを８０℃で３０分おこなった
後、ウエハーにマスクをかけて露光した。現像、リンス
後の光導波路の幅は５μｍであり、テーパー部１３０４
と１３０５では、光導波路の幅の最大値は８μｍ、最小
値は５μｍである。又、光導波路１周の長さは、６００
μｍである。このあと、ウェハーをリアクティブ・イオ
ンビームエッチング装置に導入し、塩素ガスを用いて、
深さが３μｍとなるようにエッチングした・最後に、ｐ
−ＩｎＰキャップ層３５，４５の上に、それぞれアノー
ド３３，４３としてＣｒ／Ａｕを蒸着によって形成し
た。又、ｎ−ＩｎＰ基板にカソード５５として、ＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着した。その後、水素雰囲気中でア
ニールし、オーミック接触をとった。
【０３１９】なお、第３の光導波路１３２０の構成は次
のようにしている。
【０３２０】第３の光導波路１３２０は、半導体レーザ
ー１３００と同じ層構成とした。そして、活性層３８が
透明となるように電流を注入し、受動型の光導波路とし
て用いた。
【０３２１】また、第３の光導波路に差らに電流を注入
し、増幅肩の光導波路として用いてもよい。
【０３２２】光導波機能だけを実現するのであれば、第
３の光導波路１３２０の層構造として、半導体レーザー
１３００から活性層３８だけを除去した構造としてもよ
い。この場合は、第３の光導波路１３２０は、既に受動
型光導波路なので、第３の光導波路に電流を注入する必
要はない。
【０３２３】図４（Ａ）において、コーナー部における
半導体と空気の界面に対する法線とレーザー光とのなす
角は４５度であり、全反射条件を満たす。室温における
発振しきい電流は２ｍＡである。リング共振器型レーザ
ー１３００の駆動電流３ｍＡ、リング共振器型レーザー
１３０３の駆動電流３．５ｍＡであり、これらのレーザ
ーが静止しているときは、レーザー光１３０６とレーザ
ー光１３０７の発振波長はほぼ等しく、発振波長λは
１．５５μｍである。
【０３２４】ただし、リング共振器型レーザー１３００
とリング共振器型レーザー１３０１の駆動電流が異なる
から、これらのレーザーを構成する光導波路の等価屈折
率の値に差が生じる。このため、発振周波数がわずかに
異なり、レーザー光１３０６の発振周波数ｆ3 は、レー
ザー光１３０７の発振周波数ｆ4 よりも１ｋＨｚ大き
い。
【０３２５】又、全反射が生じるときには、界面に沿っ
て進行するエバネッセント光が存在する。発振波長が
１．５５μｍの場合、エバネッセント光のしみ出し距離
は０．０７３５μｍである。エバネッセント光の強度は
指数関数的に減衰するが（しみ出し距離は、電界振幅が
１／ｅに減衰する距離である）、リング共振器型レーザ
ー１３００と光導波路１３２０がしみ出し距離以内の
０．０７μｍだけ離れて配置されており、レーザー光１
３０６と光導波路１３２０とが効率よく結合する。そし
て、リング共振器型レーザー１３０３と光導波路１３２
０もしみ出し距離以内の０．０７μｍだけ離れて配置さ
れており、光導波路１３２０を伝搬してきたレーザー光
がリング共振器型レーザー１３０３に効率よく結合す
る。
【０３２６】この結果、リング共振器肩レーザー１３０
１の中でレーザー光１３０６と１３０７が干渉する。そ
れぞれのリング共振器型レーザーの中でレーザー光３０
０と４００が干渉する。このとき、電源電流が一定とな
るよう調整しておき、電極端子４４とカソード５５の間
の電圧モニターすると、振幅８０ｍＶで周波数１ｋＨｚ
の信号が得られる。すなわち、リング共振器型レーザー
１３００と１３０３が静止しているときでも、ビート電
圧が検出できる。
【０３２７】さて、リング共振器型レーザー１３００と
１３０１が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒
３０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回り
のレーザー光１３０６の発振周波数ｆ3 は８８．７Ｈｚ
だけ増加する。一方、時計回りのレーザー光１３０７の
発振周波数ｆ4 は８８．７Ｈｚだけ減少する。したがっ
て、ビート周波数は式（１６）で表わされる。
【０３２８】一方、リング共振器型レーザー１３００と
１３０１が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受
けると、ビート周波数は式（１７）で表わされる。
【０３２９】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０３３０】リング共振器型レーザー１３００と１３０
１の発振波長が異なるようにするために、本実施例では
駆動電流の大きさを変えた。しかし、これ以外にも、光
導波路の長さや幅を変える、レーザーを構成している半
導体層の厚み・組成・材料を変えるなどして、２つのレ
ーザーの光学長を変えることで発振波長を変えることが
できる。
【０３３１】図５２において、１は光ジャイロ、２は回
転台、３は電流源、４は抵抗、５は周波数−電圧変換回
路（ＦＶ変換回路）である。
【０３３２】上記構成において、直列に接続した抵抗４
を介して、電流源３から光ジャイロ１に電流を注入す
る。光ジャイロ１が静止した状態でも、光ジャイロ１を
構成する２つのレーザーの発振周波数の差に相当するビ
ート信号が端子電圧の変化として得られる。さらに、回
転台２に載せた光ジャイロ１を回転させると、回転の角
速度に応じたビート信号が現れる。
【０３３３】このビート信号を周波数−電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）５を通すことによって、ビート周波数
を電圧値に直すことができる。たとえば、オフセットを
調整して、光ジャイロ１が静止している時の周波数−電
圧変換回路（ＦＶ変換回路）５を電圧出力をゼロとする
と、周波数−電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の出力の
正負によって、回転方向を検出することができる。
【０３３４】（実施例６）図４（Ｂ）において、１３０
２は光導波路、１３０４は光導波路のテーパー部、１３
０３は光導波路、１３０５は光導波路のテーパー部、１
３２０は光導波路、１３０６はレーザー光、１３０９は
レーザー光である。
【０３３５】上記構成において、レーザー光１３０６も
１３０９も同じ方向に周回状に伝搬している。この場合
も、作用で説明したように回転方向を検知することがで
きるが、同じ方向にレーザー光が周回する場合、光導波
路１３０２、１３０３、１３２０を配置することで、レ
ーザー光１３０６と１３０９の間の結合効率を大きくす
ることができる。
【０３３６】（実施例７）図５（Ｃ）において、１３０
２は石英管、１３０４は光導波路のテーパー部、１３１
４はミラー、１３１０はアノード、１３１２はカソー
ド、１３０３は石英管、１３０５は光導波路のテーパー
部、１３１５はミラー、１３１１はアノード、１３１７
は電気端子、１３１３はカソード、１３２０は光導波
路、１３０６はレーザー光、１３０７はレーザー光であ
る。なお、テーパー部の角度（図１０のβ）は、９０°
とした。他の実施例においても同様である。ただし、静
止時にビート信号が適当に得られれば、９０°に限られ
るものではない。
【０３３７】上記構成において、石英のブロックをドリ
ルを用いてくり抜き、石英管１３０２と１３０３、光導
波路１３２０を形成した。その後、石英管１３０２と１
３０３に、それぞれミラー１３１４，１３１５を取り付
けた。さらに、石英管１３０２と１３０３に、それぞれ
アノード１３１０、カソード１３１２、アノード１３１
１、電気端子１３１７、カソード１３１３を取り付け
た。
【０３３８】次に石英管１３０２の中にヘリウムガスと
ネオンガスを入れ、アノードとカソード間に電圧をかけ
ると放電が始まり、電流が流れるようになる。光導波路
のテーパー部１３０４と１３０５により、石英管１３０
２の中では反時計回りのレーザー光１３０６のみが発振
し、石英管１３０３の中では時計回りのレーザー光１３
０７のみが発振する。
【０３３９】石英管１３０２と１３０３が静止している
ときは、レーザー光１３０６とレーザー光１３０７の発
振周波数はほぼ等しく、４．７３×１０14Ｈｚ、発振波
長λは６３２．８ｎｍである。
【０３４０】ただし、石英管１３０２と１３０３に流す
電流を変えておくことで、媒質のＱ値が変わるので、発
振周波数がわずかに異なり、レーザー光１３０６の発振
周波数ｆ1 は、レーザー光１３０７の発振周波数ｆ2 よ
りも２０ＭＨｚ大きい。
【０３４１】石英管１３０２が光導波路１３２０に近接
して配置されていることから、レーザー光１３０６が光
導波路１３２０に結合する。そして、石英管１３０３が
光導波路１３２０に近接して配置されていることから、
光導波路１３２０を伝搬したレーザー光が石英管１３０
３と結合する。この結果、石英管１３０３の中でレーザ
ー光１３０６と１３０７が干渉する。
【０３４２】このとき、電源電流が一定となるよう調整
しておき、電気端子１３１７とカソード１３１３の間の
電圧をモニターすると、振幅８０ｍＶ、周波数２０ＭＨ
ｚの信号が得られる。すなわち、石英管１３０２と１３
０３が静止しているときでも、ビート電圧が検出でき
る。
【０３４３】さて、石英管１３０２と１３０３が毎秒１
８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１辺の
長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザー光１３０
６の発振周波数ｆ1 は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
【０３４４】一方、時計回りのレーザー光１３０７の発
振周波数ｆ2 は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したが
って、ビート周波数は式（１８）で表わされる。
【０３４５】一方、石英管１３０２と１３０３が毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は式（１９）で表わされる。
【０３４６】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０３４７】（実施例８）図５（Ｄ）において、１３１
８は光アイソレーター、１３１９は光アイソレーターで
ある。
【０３４８】この構成においても、実施例７と同じ原理
で、回転方向を検知することができる。本実施例が実施
例７と異なるのは、リングレーザーの中で１方向にのみ
周回するモードを選択するための手段である。
【０３４９】すなわち、実施例７ではテーパー状の光導
波路を用いたのに対し、本の実施例では光アイソレータ
ーを用いたことである。
【０３５０】同一偏波の光が、お互いに反対方向から光
アイソレーターに入射した場合、光アイソレーターは一
方向に伝搬する光のみを透過し、逆方向に伝搬する光は
通さない。通常のリングレーザーでは、お互いに反対方
向に周回する光の偏波が等しいが、光アイソレーターを
挿入することで、一つの方向に周回状に伝搬する光のみ
が存在するようなリングレーザーを作ることができる。
もちろん、光を一方向にのみ通す機能を持った光学素子
ならば、光アイソレーターに限らず、光サーキュレータ
ーなど、他の光学素子でもよいことは言うまでもない。
（実施例９）図６（Ａ）及び図５３において、１４０２
はリング共振器型半導体レーザー、１４０４は光導波路
のテーパー部、３３はアノード、３５はキャップ層、３
６はクラッド層、３７は光ガイド層、３８は活性層、３
９は光ガイド層、１４０３はリング共振器型半導体レー
ザー、１４０５は光導波路のテーパー部、４３はアノー
ド、４４は電気端子、４５はキャップ層、４６はクラッ
ド層、４７は光ガイド層、４８は活性層、４９は光ガイ
ド層、５４は半導体基板、５５はカソード、１４３０は
光導波路、１４０６は反時計回りのレーザー光、１４０
７は時計回りのレーザー光である。又、図５３（Ａ）、
図５３（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ′およびＢ−Ｂ′で
カットした断面図である。
【０３５１】上記構成における製造方法を説明する。ま
ず、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰ基板５４
（厚み３５０μｍ）の上にリング共振器型半導体レーザ
ー１４０２を構成する１．３μｍ組成のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３９（厚み０．１５μｍ）、１．
５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３８
（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３７（厚み０．１５μｍ）、ｐ−
ＩｎＰクラッド層３６（厚み２μｍ）、１．４μｍ組成
のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３５（厚み０．３μ
ｍ）を成長する。
【０３５２】又、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５４（厚み３５０μｍ）の上にリング共振器型
半導体レーザー１４０３を構成する１．３μｍ組成のア
ンドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４９（厚み０．１５
μｍ）、１．５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ
活性層４８（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のアン
ドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４７（厚み０．１５μ
ｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層４６（厚み２μｍ）、１．
４μｍ組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４５（厚み
０．３μｍ）を成長する。
【０３５３】今回は、リング共振器型半導体レーザー１
４０２とリング共振器型半導体レーザー１４０３を構成
する共通の半導体層を同時に成長したが、それぞれ別々
に成長してもよい。結晶成長後、スピンコーターを用い
て、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層の上にフォトレジス
トＡＺ−１３５０（ヘキスト製）を膜厚が１μｍとなる
ように塗布する。プリベークを８０℃で３０分おこなっ
た後、ウェハーにマスクをかけて露光した。現像、リン
ス後の光導波路の幅は５μｍであり、テーパー部１４０
４と１４０５では、光導波路の幅の最大値は８μｍ、最
小値は５μｍである。又、光導波路１周の長さは、６０
０μｍである。このあと、ウェハーをリアクティブ・イ
オンエッチング装置に導入し、塩素ガスを用いて、深さ
が３μｍとなるようにエッチングした。最後に、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰキャップ層３５，４５の上に、それぞれア
ノード３３，４３としてＣｒ／Ａｕを蒸着によって形成
した。又、ｎ−ＩｎＰ基板にカソード５５として、Ａｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着した。その後、水素雰囲気中で
アニールし、オーミック接触をとった。
【０３５４】上記構成において、半導体と空気では屈折
率が異なるため、界面で反射が生じる。半導体の屈折率
を３．５とすると、界面に対する法線とレーザー光との
なす角が１６．６度以上で全反射が生じる。全反射を受
けるモードは、他のモードに比べてミラー損失分だけ発
振しきい利得が小さくなるので、低注入電流レベルで発
振が開始する。しかもこの発振モードに利得が集中する
ため、他のモードの発振は抑制される。図６（Ａ）にお
いて、界面に対する法線とレーザー光とのなす角は４５
度であり、全反射条件を満たす。室温における発振しき
い電流は２ｍＡである。リング共振器型レーザー１４０
２の駆動電流３ｍＡ、リング共振器型レーザー１４０３
の駆動電流３．５ｍＡであり、これらのレーザーが静止
しているときは、レーザー光１４０６とレーザー光１４
０７の発振波長はほぼ等しく、発振波長λは１．５５μ
ｍである。ただし、リング共振器型レーザー１４０２と
リング共振器型レーザー１４０３の駆動電流が異なるか
ら、これらのレーザーを構成する光導波路の等価屈折率
の値に差が生じる。このため、発振周波数がわずかに異
なり、レーザー光１４０６の発振周波数ｆ3 は、レーザ
ー光１４０７の発振周波数ｆ4 よりも１ｋＨｚ大きい。
【０３５５】リング共振器型レーザー１４０２とリング
共振器型レーザー１４０３が、光導波路１４３０で接続
されていることから、レーザー光１４０６とレーザー光
１４０７とが効率よく結合する。この結果、それぞれの
リング共振器型レーザーの中でレーザー光１４０６と１
４０７が干渉する。
【０３５６】このとき、電源電流が一定となるよう調整
しておき、電気端子４４とカソード５５の間の電圧をモ
ニターすると、振幅１００ｍＶ、周波数１ｋＨｚの信号
が得られる。すなわち、リング共振器型レーザー１４０
２と１４０３が静止しているときでも、ビート電圧が検
出できる。
【０３５７】さて、リング共振器型レーザー１４０２と
１４０３が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒
３０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回り
のレーザー光１４０６の発振周波数ｆ3 は８８．７Ｈｚ
だけ増加する。一方、時計回りのレーザー光１４０７の
発振周波数ｆ4 は８８．７Ｈｚだけ減少する。したがっ
て、ビート周波数は式（１６）で表わされる。
【０３５８】一方、リング共振器型レーザー１４０２と
１４０３が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受
けると、ビート周波数は式（１７）で表わされる。
【０３５９】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０３６０】リング共振器型レーザー１４０２と１４０
３の発振波長が異なるようにするために、本実施例では
駆動電流の大きさを変えた。しかし、これ以外にも、光
導波路の長さや幅を変える。レーザーを構成している半
導体層の厚み・組成・材料を変えるなどして、２つのレ
ーザーの光学長を変えることで発振波長を変えることが
できる。
【０３６１】図５４において、１は光ジャイロ、２は回
転台、３は電流源、４は抵抗、５は周波数−電圧変換回
路（ＦＶ変換回路）である。
【０３６２】上記構成において、直列に接続した抵抗４
を介して、電流源３から光ジャイロ１に電流を注入す
る。光ジャイロ１が静止した状態でも、光ジャイロ１を
構成する２つのレーザーの発振周波数の差に相当するビ
ート信号が端子電圧の変化として得られる。さらに、回
転台２に載せた光ジャイロ１を回転させると、回転の角
速度に応じたビート信号が現れる。
【０３６３】このビート信号を周波数−電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）５を通すことによって、ビート周波数
を電圧値に直すことができる。たとえば、オフセットを
調整して、光ジャイロ１が静止している時の周波数−電
圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の電圧出力をゼロとする
と、周波数−電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の出力の
正負によって、回転方向を検出することができる。
【０３６４】（実施例１０）図６（Ｂ）において、１４
０２は光導波路、１４０４は光導波路のテーパー部、１
４０３は光導波路、１４０５は光導波路のテーパー部、
１４３０は光導波路、１４０６はレーザー光、１４０９
はレーザー光である。
【０３６５】上記構成において、レーザー光１４０６も
１４０９も同じ方向に周回状に伝搬している。この場合
も、作用で説明したように回転方向を検知することがで
きるが、同じ方向にレーザー光が周回する場合、図６
（Ｂ）のように光導波路１４０２，１４０３を配置する
ことで、レーザー光１４０６と１４０９の間の結合効率
を大きくすることができる。
【０３６６】（実施例１１）図７（Ｃ）において、１４
０２は石英管、１４０４は光導波路のテーパー部、１４
１４はミラー、１４１０はアノード、１４１２はカソー
ド、１４０３は石英管、１４０５は光導波路のテーパー
部、１４１５はミラー、１４１１はアノード、１４１７
は電気端子、１４１３はカソード、１４３０は光導波
路、１４０６はレーザー光、１４０７はレーザー光であ
る。
【０３６７】上記構成において、石英のブロックをドリ
ルを用いてくり抜き、石英管１４０２と１４０３、光導
波路１４３０を形成した。その後、石英管１４０２と１
４０３に、それぞれミラー１４１４，１４１５を取り付
けた。さらに、石英管１４０２と１４０３に、それぞれ
アノード１４１０、カソード１４１２、アノード１４１
１、電気端子１４１７、カソード１４１３を取り付け
た。
【０３６８】次に石英管１４０２の中にヘリウムガスと
ネオンガスを入れ、アノードとカソード間に電圧をかけ
ると放電が始まり、電流が流れるようになる。光導波路
のテーパー部１４０４と１４０５により、石英管１４０
２の中では反時計回りのレーザー光１４０６のみが発振
し、石英管１４０３の中では時計回りのレーザー光１４
０７のみが発振する。
【０３６９】石英管１４０２と１４０３が静止している
ときは、レーザー光１４０６とレーザー光１４０７の発
振周波数はほぼ等しく、４．７３×１０14Ｈｚ、発振波
長λは６３２．８ｎｍである。
【０３７０】ただし、石英管１４０２と１４０３に流す
電流を替えておくことで、媒質のＱ値が変わるので、発
振周波数がわずかに異なり、レーザー光１４０６の発振
周波数ｆ1 は、レーザー光１４０７の発振周波数ｆ2 よ
りも２０ＭＨｚ大きい。又、石英管１４０２と１４０３
とが光導波路１４３０を介して接続されていることか
ら、レーザー光１４０６が石英管１４０３の中のレーザ
ー光１４０７と結合する。
【０３７１】同時にレーザー光１４０７が石英管１４０
２の中のレーザー光１４０６と結合する。この結果、そ
れぞれの石英管の中でレーザー光１４０６と１４０７が
干渉する。このとき、電源電流が一定となるよう調整し
ておき、電気端子１４１７とカソード１４１３の間の電
圧をモニターすると、振幅８０ｍＶ、周波数２０ＭＨｚ
の信号が得られる。すなわち、石英管１４０２と１４０
３が静止しているときでも、ビート電圧が検出できる。
【０３７２】さて、石英管１４０２と１４０３が毎秒１
８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１辺の
長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザー光１４０
６の発振周波数ｆ1 は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
一方、時計回りのレーザー光１４０７の発振周波数ｆ2
は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビート
周波数は式（１８）で表わされる。
【０３７３】一方、石英管１４０２と１４０３が毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は式（１９）で表わされる。
【０３７４】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０３７５】この実施例では、定電流駆動とし、端子電
圧の変化を測定したが、もし定電圧駆動であれば、端子
に流れる電流の変化を検出することができる。又、イン
ピーダンスメーターを用いて、放電のインピーダンスの
変化を直接検出してもよい。 （実施例１２）図７（Ｄ）において、１４１８は光アイ
ソレーター、１４１９は光アイソレーターである。
【０３７６】この構成においても、実施例１１と同じ原
理で、回転方向を検知することができる。実施例１２が
実施例１１と異なるのは、リングレーザーの中で１方向
にのみ集回するモードを選択するための手段である。す
なわち、実施例１１ではテーパー状の光導波路を用いた
のに対し、本実施例では光アイソレーターを用いたこと
である。
【０３７７】同一偏波の光が、お互いに反対方向から光
アイソレーターに入射した場合、光アイソレーターは一
方向に伝搬する光のみを透過し、逆方向に伝搬する光は
通さない。通常のリングレーザーでは、お互いに反対方
向に周回する光の偏波が等しいが、光アイソレーターを
挿入することで、一つの方向に周回状に伝搬する光のみ
が存在するようなリングレーザーを作ることができる。
もちろん、光を一方向にのみ通す機能を持った光学素子
ならば、光アイソレーターに限らず、光サーキュレータ
ーなど、他の光学素子でもよいことは言うまでもない。
【０３７８】（実施例１３）図８（Ａ）及び図５５にお
いて、１５０２はリング共振器型半導体レーザー、１５
０４は光導波路のテーパー部、３３はアノード、３４は
電気端子、３５はキャップ層、３６はクラッド層、３７
は光ガイド層、３８は活性層、３９は光ガイド層、１５
０３はリング共振器型半導体レーザー、１５０５は光導
波路のテーパー部、４３はアノード、４４は電気端子、
４５はキャップ層、４６はクラッド層、４７は光ガイド
層、４８は活性層、４９は光ガイド層、５４は半導体基
板、５５はカソード、１５０６は反時計回りのレーザー
光、１５０７は時計回りのレーザー光である。又、図５
５は８（Ａ）のＡ−Ａ’でカットした断面図である。
【０３７９】上記構成における製造方法を説明する。ま
ず、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰ基板５４
（厚み３５０μｍ）の上にリング共振器型半導体レーザ
ー１５０２を構成する１．３μｍ組成のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３９（厚み０．１５μｍ）、１．
５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３８
（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３７（厚み０．１５μｍ）、ｐ−
ＩｎＰクラッド層３６（厚み２μｍ）、１．４μｍ組成
のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３５（厚み０．３μ
ｍ）を成長する。
【０３８０】又、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５４（厚み３５０μｍ）の上にリング共振器型
半導体レーザー１５０３を構成する１．３μｍ組成のア
ンドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４９（厚み０．１５
μｍ）、１．５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ
活性層４８（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のアン
ドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４７（厚み０．１５μ
ｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層４６（厚み２μｍ）、１．
４μｍ組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４５（厚み
０．３μｍ）を成長する。
【０３８１】今回は、リング共振器型半導体レーザー１
５０２とリング共振器型半導体レーザー１５０３を構成
する共通の半導体層を同時に成長したが、それぞれ別々
に成長してもよい。結晶成長後、スピンコーターを用い
て、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層の上にフォトレジス
トＡＺ−１３５０（ヘキスト製）を膜厚が１μｍとなる
ように塗布する。プリベークを８０℃で３０分おこなっ
た後、ウェハーにマスクをかけて露光した。現像、リン
ス後の光導波路の幅は５μｍであり、テーパー部１５０
４と１５０５では、光導波路の幅の最大値は８μｍ、最
小値は５μｍである。又、光導波路１周の長さは、６０
０μｍである。このあと、ウェハーをリアクティブ・イ
オンエッチング装置に導入し、塩素ガスを用いて、深さ
が３μｍとなるようにエッチングした。最後に、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰキャップ層３５，４５の上に、それぞれア
ノード３３，４３としてＣｒ／Ａｕを蒸着によって形成
した。又、ｎ−ＩｎＰ基板にカソード５５として、Ａｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着した。その後、水素雰囲気中で
アニールし、オーミック接触をとった。
【０３８２】上記構成において、半導体と空気では屈折
率が異なるため、界面で反射が生じる。半導体の屈折率
を３．５とすると、界面に対する法線とレーザー光との
なす角が１６．６度以上で全反射が生じる。全反射を受
けるモードは、他のモードに比べてミラー損失分だけ発
振しきい利得が小さくなるので、低注入電流レベルで発
振が開始する。しかもこの発振モードに利得が集中する
ため、他のモードの発振は抑制される。図８（Ａ）にお
いて、リング形状のコーナー部における半導体と空気と
の界面に対する法線とレーザー光とのなす角は４５度で
あり、全反射条件を満たす。室温における発振しきい電
流は２ｍＡである。リング共振器型レーザー１５０２の
駆動電流３ｍＡ、リング共振器型レーザー１５０３の駆
動電流３．５ｍＡであり、これらのレーザーが静止して
いるときは、レーザー光１５０６とレーザー光１５０７
の発振波長はほぼ等しく、発振波長λは１．５５μｍで
ある。
【０３８３】ただし、リング共振器型レーザー１５０２
とリング共振器型レーザー１５０３の駆動電流が異なる
から、これらのレーザーを構成する光導波路の等価屈折
率の値に差が生じる。このため、発振周波数がわずかに
異なり、レーザー光１５０６の発振周波数ｆ3 は、レー
ザー光１５０７の発振周波数ｆ4 よりも１ｋＨｚ大き
い。
【０３８４】リング共振器型レーザー１５０２とリング
共振器型レーザー１５０３が、光導波路の一部を共有し
ていることから、レーザー光１５０６とレーザー光１５
０７とが効率よく結合する。この結果、それぞれのリン
グ共振器型レーザーの中でレーザー光１５０６と１５０
７が干渉する。このとき、電源電流が一定となるよう調
整しておき、電気端子３４とカソード５５の間の電圧を
モニターすると、振幅８０ｍＶ、周波数１ｋＨｚの信号
が得られる。又、電気端子４４とカソード５５の間の電
圧をモニターすると、振幅１００ｍＶ、周波数１ｋＨｚ
の信号が得られる。すなわち、リング共振器型レーザー
１５０２と１５０３が静止しているときでも、ビート電
圧が検出できる。
【０３８５】さて、リング共振器型レーザー１５０２と
１５０３が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒
３０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回り
のレーザー光１５０６の発振周波数ｆ3 は８８．７Ｈｚ
だけ増加する。一方、時計回りのレーザー光１５０７の
発振周波数ｆ4 は８８．７Ｈｚだけ減少する。したがっ
て、ビート周波数は式（１６）で表わされる。
【０３８６】一方、リング共振器型レーザー１５０２と
１４０３が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受
けると、ビート周波数は式（１７）で表わされる。
【０３８７】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０３８８】リング共振器型レーザー１５０２と１５０
３の発振波長が異なるようにするために、本実施例では
駆動電流の大きさを変えた。しかし、これ以外にも、光
導波路の長さや幅を変える、レーザーを構成している半
導体層の厚み・組成・材料を変えるなどして、２つのレ
ーザーの光学長を変えることで発振波長を変えることが
できる。
【０３８９】図５６において、１は光ジャイロ、２は回
転台、３は電流源、４は抵抗、５は周波数−電圧変換回
路（ＦＶ変換回路）である。
【０３９０】上記構成において、直列に接続した抵抗４
を介して、電流源３から光ジャイロ１に電流を注入す
る。光ジャイロ１が静止した状態でも、光ジャイロ１を
構成する２つのレーザーの発振周波数の差に相当するビ
ート信号が端子電圧の変化として得られる。さらに、回
転台２に載せた光ジャイロ１を回転させると、回転の角
速度に応じたビート信号が現れる。
【０３９１】このビート信号を周波数−電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）５を通すことによって、ビート周波数
を電圧値に直すことができる。たとえば、オフセットを
調整して、光ジャイロ１が静止している時の周波数−電
圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の電圧出力をゼロとする
と、周波数−電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の出力の
正負によって、回転方向を検出することができる。 （実施例１４）図８（Ｂ）において、１５０２は光導波
路、１５０４は光導波路のテーパー部、１５０３は光導
波路、１５０５は光導波路のテーパー部、１５０６はレ
ーザー光、１５０９はレーザー光である。
【０３９２】上記構成において、レーザー光１５０６も
１５０９も同じ方向に周回状に伝搬している。この場合
も、実施例１３と同じように回転方向を検知することが
できる。
【０３９３】（実施例１５）図９（Ｃ）において、１５
０２は石英管、１５０４は光導波路のテーパー部、１５
１４はミラー、１５１０はアノード、１５１６は電気端
子、１５１２はカソード、１５０３は石英管、１５０５
は光導波路のテーパー部、１５１５はミラー、１５１１
はアノード、１５１７は電気端子、１５１３はカソー
ド、１５０６はレーザー光、１５０８はレーザー光であ
る。
【０３９４】上記構成において、石英のブロックをドリ
ルを用いてくり抜き、石英管１５０２と１５０３を形成
した。その後、石英管１５０２と１５０３に、それぞれ
ミラー１５１４，１５１５を取り付けた。さらに、石英
管１５０２と１５０３に、それぞれアノード１５１０、
電気端子１５１６、カソード１５１２、アノード１５１
１、電気端子１５１７、カソード１５１３を取り付け
た。次に石英管１５０２と１５０３の中にヘリウムガス
とネオンガスを入れ、アノードとカソード間に電圧をか
けると放電が始まり、電流が流れるようになる。光導波
路のテーパー部１５０４と１５０５により、石英管１５
０２の中では反時計回りのレーザー光１５０６のみが発
振し、石英管１５０３の中では時計回りのレーザー光１
５０８のみが発振する。
【０３９５】石英管１５０２と１５０３が静止している
ときは、レーザー光１５０６とレーザー光１５０８の発
振周波数はほぼ等しく、４．７３×１０14Ｈｚ、発振波
長λは６３２．８ｎｍである。ただし、石英管１５０２
と１５０３に流す電流を変えておくことで、媒質のＱ値
が変わるので、発振周波数がわずかに異なり、レーザー
光１５０６の発振周波数ｆ1 は、レーザー光１５０８の
発振周波数ｆ2 よりも２０ＭＨｚ大きい。又、石英管１
５０２と１５０３とが光導波路の一部を共有しているこ
とから、レーザー光１５０２が石英管１５０３の中のレ
ーザー光１５０８と結合する。同時にレーザー光１５０
３が石英管１５０２の中のレーザー光１５０６と結合す
る。この結果、それぞれの石英管の中でレーザー光１５
０６と１６０８が干渉する。このとき、電源電流が一定
となるよう調整しておき、電気端子１５１６とカソード
１５１２の間の電圧をモニターすると、振幅８０ｍＶ、
周波数２０ＭＨｚの信号が得られる。又、電気端子１５
１７とカソード１５１３の間の電圧をモニターすると、
振幅１００ｍＶ、周波数２０ＭＨｚの信号が得られる。
すなわち、石英管１５０２と１５０３が静止していると
きでも、ビート電圧が検出できる。
【０３９６】さて、石英管１５０２と１５０３が毎秒１
８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１辺の
長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザー光１５０
６の発振周波数ｆ1 は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
一方、時計回りのレーザー光１５０８の発振周波数ｆ2
は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビート
周波数は式（１８）で表わされる。
【０３９７】一方、石英管１５０２と１５０３が毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は式（１９）で表わされる。
【０３９８】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０３９９】なお、ここでは、ヘリウムガスとネオンガ
スを用いたが、レーザー発振する気体であれば何であっ
てもよい。又、光導波路も、光路が囲む形状が、図１の
ように四角形だけでなく、六角形や三角形、あるいは円
などどのような形状でもよい。
【０４００】（実施例１６）図９（Ｄ）において、１５
１８は光アイソレーター、１５１９は光アイソレーター
である。
【０４０１】この構成においても、実施例１５と同じ原
理で、回転方向を検知することができる。本実施例が実
施例１５と異なるのは、リングレーザーの中で１方向に
のみ周回するモードを選択するための手段である。すな
わち、実施例１５ではテーパー状の光導波路を用いたの
に対し、本実施例では光アイソレーターを用いたことで
ある。
【０４０２】同一偏波の光が、お互いに反対方向から光
アイソレーターに入射した場合、光アイソレーターは一
方向に伝搬する光のみを透過し、逆方向に伝搬する光は
通さない。通常のリングレーザーでは、お互いに反対方
向に周回する光の偏波が等しいが、光アイソレーターを
挿入することで、一つの方向に周回状に伝搬する光のみ
が存在するようなリングレーザーを作ることができる。
もちろん、光を一方向にのみ通す機能を持った光学素子
ならば、光アイソレーターに限らず、光サーキュレータ
ーなど、他の光学素子でもよいことは言うまでもない。
【０４０３】（実施例１７）図１９（Ａ）、図５７にお
いて、１２００はリング共振器型半導体レーザー、１２
０４は光導波路のテーパー部、３３はアノード、３５は
キャップ層、３６はクラッド層、３７は光ガイド層、３
８は活性層、３９は光ガイド層、１２０１はリング共振
器型半導体レーザー、１２０５は光導波路のテーパー
部、４３はアノード、４５はキャップ層、４６はクラッ
ド層、４７は光ガイド層、４８は活性層、４９は光ガイ
ド層、１２３０は光検出器、５４は半導体基板、５５は
カソード、１２０６は反時計回りのレーザー光、１２５
６はリング共振器型半導体レーザー１２００から出射さ
れたレーザー光、１２０７は時計回りのレーザー光、１
２５７はリング共振器型半導体レーザー１２０１から出
射されたレーザー光である。また、図５７（Ｇ）は、図
１９（Ａ）のＡ−Ａ′でカットした断面図である。レー
ザー１２００，１２０１の形成方法は既述の実施例１と
同様に、同じ装置を作製した。
【０４０４】室温における発振しきい電流は２ｍＡであ
る。リング共振器型レーザー１２００の駆動電流３ｍ
Ａ、リング共振器型レーザー１２０１の駆動電流３．５
ｍＡであり、これらのレーザーが静止しているときは、
レーザー光１２０６とレーザー光１２０７の発振波長は
ほぼ等しく、発振波長λは１．５５μｍである。ただ
し、リング共振器型レーザー１２００とリング共振器型
レーザー１２０１の駆動電流が異なるから、これらのレ
ーザーを構成する光導波路の等価屈折率の値に差が生じ
る。このため、発振周波数がわずかに異なり、レーザー
光１２０６の発振周波数ｆ3 は、レーザー光１２０７の
発振周波数ｆ4 よりも１ｋＨｚ大きい。レーザー光１２
５６とレーザ光１２５７を光検出器１３２０で同時に受
光することで、光検出器１２３０の中でレーザー光１２
５６と１２５７が干渉する。この結果、光検出器１２３
０の電気端子から振幅５０ｍＶ、周波数１ｋＨｚの信号
が得られる。すなわち、リング共振器型レーザー１２０
０と１２０１が静止しているときでも、ビート電圧が検
出できる。
【０４０５】さて、リング共振器型レーザー１２００と
１２０１が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒
３０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回り
のレーザー光３００の発振周波数ｆ3 は８８．７Ｈｚだ
け増加する。一方、時計回りのレーザー光４００の発振
周波数ｆ4 は８８．７Ｈｚだけ減少する。したがって、
ビート周波数は式（１６）で表わされる。
【０４０６】一方、リング共振器型レーザー１２００と
１２０１が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受
けると、ビート周波数は式（１７）で表わされる。
【０４０７】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０４０８】なお、ここでは半導体材料として、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系のものを用いたが、ＧａＡｓ系、ＺｎＳｅ
系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系などどのような材料系
であってもかまわない。また、光導波路も、光路が囲む
形状が、図１９（Ａ）のように四角形だけでなく、六角
形や三角形、あるいは円などどのような形状でもよい。
【０４０９】リング共振器型レーザー１２０２と１２０
３の発振波長が異なるようにするために、本実施例では
駆動電流の大きさを変えた。しかし、これ以外にも、光
導波路の長さや幅を変える、レーザーを構成している半
導体層の厚み・組成・材料を変えるなどして、２つのレ
ーザーの光学長を変えることで発振波長を変えることが
できる。
【０４１０】図５８において、１は光ジャイロ、２２２
はリングレーザー、３３３は光検出器、２は回転台、３
は電流源、４は抵抗、５は周波数−電圧変換回路（ＦＶ
変換回路）である。
【０４１１】上記構成において、直列に接続した抵抗４
を介して、電流源３から光ジャイロ１の中のリングレー
ザー２２２に電流を注入する。光ジャイロ１が静止した
状態でも、光ジャイロ１を構成する２つのリングレーザ
ー２２２の発振周波数の差に相当するビート信号が光検
出器３３３の端子電圧の変化として得られる。さらに、
回転台２に載せた光ジャイロ１を回転させると、回転の
角速度に応じたビート信号が現れる。
【０４１２】このビート信号を周波数−電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）５を通すことによって、ビート周波数
を電圧値に直すことができる。たとえば、オフセットを
調整して、光ジャイロ１が静止している時の周波数−電
圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の電圧出力をゼロとする
と、周波数−電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の出力の
正負によって、回転方向を検出することができる。
【０４１３】（実施例１８）図１９（Ｂ）、図５９にお
いて、１２４０はミラー、１２０９は反時計回りのレー
ザー光、１２５７はミラー１２４０で反射されたレーザ
ー光である。
【０４１４】上記構成において、実施例１７との違い
は、光導波路のテーパー部１２０５の向きが、図１９
（Ａ）と逆で、その結果、リング共振器型レーザー１２
０１の中を伝搬するレーザー光１２０９が反時計回りに
周回していることである。この場合、リング共振器型レ
ーザー１２０１から出射されたレーザー光１２５７をミ
ラー１２４０で反射させ、レーザー光１２５６と同時に
光検出器１２３０で受光することで、実施例１７と同様
にビート信号を得ることができる。
【０４１５】（実施例１９）図２０（Ｃ）において、１
２３０光検出器、１２０２は石英管、１２０４は光導波
路のテーパー部、１２１４はミラー、１２１０はアノー
ド、１２１２はカソード、１２０３は石英管、１２０５
は光導波路のテーパー部、１２１５はミラー、１２１１
はアノード、１２１３はカソード、１２０６は石英管１
２０２の中を伝搬するレーザー光、１２５６は外部に出
射されたレーザー光、１２０７は石英管１２０３の中を
伝搬するレーザー光、１２５７は外部に出射されたレー
ザー光である。
【０４１６】レーザーは、実施例３に記載の方法を用い
て作製した。
【０４１７】石英管１２０２と１２０３が静止している
ときは、レーザー光１２０６０とレーザー光１２０７の
発振周波数はほぼ等しく、４．７３×１０14Ｈｚ、発振
波長λは６３２．８ｎｍである。ただし、石英管１２０
２と１２０３に流す電流を変えておくことで、媒質のＱ
値が変わるので、発振周波数がわずかに異なり、レーザ
ー光１２０６の発振周波数ｆ1 は、レーザー光１２０７
の発振周波数ｆ2 よりも２０ＭＨｚ大きい。レーザーの
共振器を構成するミラーのうち、一つのミラーの反射率
を下げておくことで、この反射率の低いミラーからレー
ザー光を取り出すことができる。レーザーから外部に出
射されたレーザー光１２５６と１２５７を光検出器１２
３０で同時に受光することで、光検出器の中でレーザー
光１２５６と１２５７が干渉する。このとき、光検出器
１２３０の電気端子に、振幅５０ｍＶで周波数２０ＭＨ
ｚの信号が得られる。すなわち、石英管１２０２と１２
０３が静止しているときでも、ビート電圧が検出でき
る。
【０４１８】さて、石英管１２０２と１２０３が毎秒１
８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１辺の
長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザー光１２０
６の発振周波数ｆ1 は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
一方、時計回りのレーザー光１２０７の発振周波数ｆ2
は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビート
周波数は式（１８）で表わされる。
【０４１９】一方、石英管１２０２と１２０３が毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は式（１９）で表わされる。
【０４２０】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０４２１】なお、ここでは、ヘリウムガスとネオンガ
スを用いたが、レーザー発振する気体であれば何であっ
てもよい。また、光導波路も、光路が囲む形状が、図２
０（Ｃ）のように四角形だけでなく、六角形や三角形、
あるいは円などどのような形状でもよい。
【０４２２】（実施形態１の第１の実施例）図２０
（Ｃ）において、１２３０光検出器、１２０２は石英
管、１２０４は光導波路のテーパー部、１２１４はミラ
ー、１２１０はアノード、１２１２はカソード、１２０
３は石英管、１２０５は光導波路のテーパー部、１２１
５はミラー、１２１１はアノード、１２１３はカソー
ド、１２０６は石英管１２０２の中を伝搬するレーザー
光、１２５６は外部に出射されたレーザー光、１２０７
は石英管１２０３の中を伝搬するレーザー光、１２５７
は外部に出射されたレーザー光である。
【０４２３】レーザーは、実施例３に記載の方法を用い
て作製した。
【０４２４】石英管１２０２と１２０３が静止している
ときは、レーザー光１２０６０とレーザー光１２０７の
発振周波数はほぼ等しく、４．７３×１０14Ｈｚ、発振
波長λは６３２．８ｎｍである。ただし、石英管１２０
２と１２０３に流す電流を変えておくことで、媒質のＱ
値が変わるので、発振周波数がわずかに異なり、レーザ
ー光１２０６の発振周波数ｆ1 は、レーザー光１２０７
の発振周波数ｆ2 よりも２０ＭＨｚ大きい。レーザーの
共振器を構成するミラーのうち、一つのミラーの反射率
を下げておくことで、この反射率の低いミラーからレー
ザー光を取り出すことができる。レーザーから外部に出
射されたレーザー光１２５６と１２５７を光検出器１２
３０で同時に受光することで、光検出器の中でレーザー
光１２５６と１２５７が干渉する。このとき、光検出器
１２３０の電気端子に、振幅５０ｍＶで周波数２０ＭＨ
ｚの信号が得られる。すなわち、石英管１２０２と１２
０３が静止しているときでも、ビート電圧が検出でき
る。
【０４２５】さて、石英管１２０２と１２０３が毎秒１
８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１辺の
長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザー光１２０
６の発振周波数ｆ1 は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
一方、時計回りのレーザー光１２０７の発振周波数ｆ2
は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビート
周波数は式（１８）で表わされる。
【０４２６】一方、石英管１２０２と１２０３が毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は式（１９）で表わされる。
【０４２７】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０４２８】なお、ここでは、ヘリウムガスとネオンガ
スを用いたが、レーザー発振する気体であれば何であっ
てもよい。また、光導波路も、光路が囲む形状が、図２
０（Ｃ）のように四角形だけでなく、六角形や三角形、
あるいは円などどのような形状でもよい。
【０４２９】（実施例２０）図２０（Ｄ）において、１
２４０はミラー、１２０９は反時計回りのレーザー光、
１２５７はミラー１２４０で反射されたレーザー光であ
る。
【０４３０】上記構成において、実施例１９との違い
は、光導波路のテーパー部１２０５の向きが、図２０
（Ｃ）と逆で、その結果、石英管１２０３の中を伝搬す
るレーザー光１２０９が反時計回りに周回していること
である。この場合、石英管１２０３から出射されたレー
ザー光１２５７をミラー１２４０で反射させ、レーザー
光１２５６と同時に光検出器１２３０で受光すること
で、実施例１９と同様にビート信号を得ることができ
る。
【０４３１】（実施例２１）図２１（Ｅ）において、１
２１８は光アイソレーター、１２１９は光アイソレータ
ーである。
【０４３２】この構成においても、実施例１９と同じ原
理で、回転方向を検知することができる。本実施例が実
施例１９と異なるのは、リングレーザーの中で１方向に
のみ周回するモードを選択するための手段である。すな
わち、実施例１９ではテーパー状の光導波路を用いたの
に対し、本実施例では光アイソレーターを用いたことで
ある。
【０４３３】同一偏波の光が、お互いに反対方向から光
アイソレーターに入射した場合、光アイソレーターは一
方向に伝搬する光のみを透過し、逆方向に伝搬する光は
通さない。通常のリングレーザーでは、お互いに反対方
向に周回する光の偏波が等しいが、光アイソレーターを
挿入することで、一つの方向に周回状に伝搬する光のみ
が存在するようなリングレーザーを作ることができる。
もちろん、光を一方向にのみ通す機能を持った光学素子
ならば、光アイソレーターに限らず、光サーキュレータ
ーなど、他の光学素子でもよいことは言うまでもない。
【０４３４】（実施例２２）図２１（Ｆ）の構成におい
て、実施例２１との違いは、光アイソレーター１２１９
の向きが、図２１（Ｅ）と逆で、その結果、石英管１２
０３の中を伝搬するレーザー光１２０９が反時計回りに
周回していることである。この場合、石英管１２０３か
ら出射されたレーザー光１２５７をミラー１２４０で反
射させ、レーザー光１２５６と同時に光検出器１２３０
で受光することで、実施例２１と同様にビート信号を得
ることができる。
【０４３５】（実施例２３）図２２（Ａ）、図６０にお
いて、１３００はリング共振器型半導体レーザー、１３
０４は光導波路のテーパー部、３３はアノード、３５は
キャップ層、３６はクラッド層、３７は光ガイド層、３
８は活性層、３９は光ガイド層、１３０１はリング共振
器型半導体レーザー、１３０５は光導波路のテーパー
部、４３はアノード、４５はキャップ層、４６はクラッ
ド層、４７は光ガイド層、４８は活性層、４９は光ガイ
ド層、１３３０は光検出器、５４は半導体基板、５５は
カソード、１３２０は光導波路、１３０６は反時計回り
のレーザー光、１３５６はリング共振器型半導体レーザ
ー１３００から出射されたレーザー光、１３０７は時計
回りのレーザー光、１３５７はリング共振器型半導体レ
ーザー１３０１から出射されたレーザー光である。ま
た、図６０（Ｅ）、図６０（Ｆ）は図２２（Ａ）のＡ−
Ａ′およびＢ−Ｂ′でカットした断面図である。
【０４３６】実施例５と同じ方法でリングレーザーを形
成した。
【０４３７】室温における発振しきい電流は２ｍＡであ
る。リング共振器型レーザー１３００の駆動電流３ｍ
Ａ、リング共振器型レーザー１３０１の駆動電流３．５
ｍＡであり、これらのレーザーが静止しているときは、
レーザー光１３０６とレーザー光１３０７の発振波長は
ほぼ等しく、発振波長λは１．５５μｍである。ただ
し、リング共振器型レーザー１３００とリング共振器型
レーザー１３０１の駆動電流が異なるから、これらのレ
ーザーを構成する光導波路の等価屈折率の値に差が生じ
る。このため、発振周波数がわずかに異なり、レーザー
光１３０６の発振周波数ｆ3 は、レーザー光１３０７
の発振周波数ｆ4 よりも１ｋＨｚ大きい。
【０４３８】また、全反射が生じるときには、界面に沿
って進行するエバネッセント光が存在する。発振波長が
１．５５μｍの場合、エバネッセント光のしみ出し距離
は０．０７３５μｍである。エバネッセント光の強度は
指数関数的に減衰する（しみ出し距離は、電界振幅が１
／ｅに減衰する距離である）。リング共振器型レーザー
１３００と光導波路１３２０が、しみ出し距離以内の
０．０７μｍだけ離れて配置されており、レーザー光１
３０６が光導波路１３２０に効率よく結合する。そし
て、リング共振器型レーザー１３０３と光導波路１３２
０も、しみ出し距離以内の０．０７μｍだけ離れて配置
され、レーザー光１３０７も光導波路１３２０に効率よ
く結合する。光導波路１３２０から出射したレーザー光
１３５６とレーザー光１３５７を光検出器１３３０で同
時に受光することで、光検出器１３３０の中でレーザー
光１３５６と１３５７が干渉する。この結果、光検出器
１３３０の電気端子から振幅５０ｍＶ、周波数１ｋＨｚ
の信号が得られる。すなわち、リング共振器型レーザー
１３００と１３０１が静止しているときでも、ビート電
圧が検出できる。
【０４３９】さて、リング共振器型レーザー１３００と
１３０１が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒
３０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回り
のレーザー光３００の発振周波数ｆ3 は８８．７Ｈｚ
だけ増加する。一方、時計回りのレーザー光１３０７の
発振周波数ｆ4 は８８．７Ｈｚだけ減少する。したが
って、ビート周波数は式（１６）で表わされる。
【０４４０】一方、リング共振器型レーザー１３００と
１３０１が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受
けると、ビート周波数は式（１７）で表わされる。
【０４４１】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０４４２】リング共振器型レーザー１３００と１３０
１の発振波長が異なるようにするために、本実施例では
駆動電流の大きさを変えた。しかし、これ以外にも、光
導波路の長さや幅を変える。レーザーを構成している半
導体層の厚み・組成・材料を変えるなどして、２つのレ
ーザーの光学長を変えることで発振波長を変えることが
できる。
【０４４３】図６１において、１は光ジャイロ、２２２
はリングレーザー、３３３は光検出器、２は回転台、３
は電流源、４は抵抗、５は周波数−電圧変換回路（ＦＶ
変換回路）である。
【０４４４】上記構成において、直列に接続した抵抗４
を介して、電流源３から光ジャイロ１の中のリングレー
ザー２２２に電流を注入する。光ジャイロ１が静止した
状態でも、光ジャイロ１を構成する２つのリングレーザ
ー２２２の発振周波数の差に相当するビート信号が光検
出器３３３の端子電圧の変化として得られる。さらに、
回転台２に載せた光ジャイロ１を回転させると、回転の
角速度に応じたビート信号が現れる。
【０４４５】このビート信号を周波数−電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）５を通すことによって、ビート周波数
を電圧値に直すことができる。たとえば、オフセットを
調整して、光ジャイロ１が静止している時の周波数−電
圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の電圧出力をゼロとする
と、周波数−電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の出力の
正負によって、回転方向を検出することができる。
【０４４６】（実施例２４）図２２（Ｂ）において、１
３０２は光導波路、１３０４は光導波路のテーパー部、
１３０３は光導波路、１３０５は光導波路のテーパー
部、１３２０は光導波路、１３０６はレーザー光、１３
５６はレーザー光、１３０９はレーザー光、１３５７は
レーザー光である。
【０４４７】上記構成において、レーザー光１３０６も
１３０９も同じ方向に周回状に伝搬している。この場合
も、回転方向を検知することができるが、同じ方向にレ
ーザー光が周回する場合、図２２（Ｂ）のように光導波
路１３０２，１３０３，１３２０を配置することで、レ
ーザー光１３０６と１３０９の間の結合効率を大きくす
ることができる。
【０４４８】（実施例２５）図２３（Ｃ）において、１
３３０は光検出器、１３０２は石英管、１３０４は光導
波路のテーパー部、１３１４はミラー、１３１０はアノ
ード、１３１２はカソード、１３０３は石英管、１３０
５は光導波路のテーパー部、１３１５はミラー、１３１
１はアノード、１３１３はカソード、１３２０は光導波
路、１３０６は石英管１３０２の中を伝搬するレーザー
光、１３５６は外部に出射されたレーザー光、１３０７
は石英管１３０３の中を伝搬するレーザー光、１３５７
は外部に出射されたレーザー光である。
【０４４９】実施例７記載の方法を用いてリングレーザ
ーを作製した。
【０４５０】石英管１３０２と１３０３が静止している
ときは、レーザー光１３０６とレーザー光１３０７の発
振周波数はほぼ等しく、４．７３×１０14Ｈｚ、発振波
長λは６３２．８ｎｍである。
【０４５１】ただし、石英管１３０２と１３０３に流す
電流を変えておくことで、媒質のＱ値が変わるので、発
振周波数がわずかに異なり、レーザー光１３０６の発振
周波数ｆ1 は、レーザー光１３０７の発振周波数ｆ2
よりも２０ＭＨｚ大きい。
【０４５２】石英管１３０２と１３０３が光導波路１３
２０に近接して配置されていることから、レーザー光１
３０６と１３０７は光導波路１３２０に結合する。光導
波路１３２０から外部に出射されたレーザー光１３５６
と１３５７を光検出器１３３０で同時に受光すること
で、光検出器の中でレーザー光１３５６と１３５７が干
渉する。
【０４５３】このとき、光検出器１３３０の電気端子
に、振幅５０ｍＶで周波数２０ＭＨｚの信号が得られ
る。すなわち、石英管１３０２と１３０３０が静止して
いるときでも、ビート電圧が検出できる。
【０４５４】さて、石英管１３０２と１３０３が毎秒１
８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１辺の
長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザー光１３０
６の発振周波数ｆ１ は２４８．３ｋＨｚだけ増加す
る。一方、時計回りのレーザー光１３０７の発振周波数
ｆ２ は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、
ビート周波数は式（１８）で表わされる。
【０４５５】一方、石英管１３０２と１３０３が毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は式（１９）で表わされる。
【０４５６】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０４５７】（実施例２６）図２３（Ｄ）において、１
３１８は光アイソレーター、１３１９は光アイソレータ
ーである。
【０４５８】この構成においても、実施例２５と同じ原
理で、回転方向を検知することができる。本実施例が実
施例２５と異なるのは、リングレーザーの中で一方向に
のみ周回するモードを選択するための手段である。すな
わち、実施例２５ではテーパー状の光導波路を用いたの
に対し、本実施例では光アイソレーターを用いたことで
ある。
【０４５９】同一偏波の光が、お互いに反対方向から光
アイソレーターに入射した場合、光アイソレーターは一
方向に伝搬する光のみを透過し、逆方向に伝搬する光は
通さない。通常のリングレーザーでは、お互いに反対方
向に周回する光の偏波が等しいが、光アイソレーターを
挿入することで、一つの方向に周回状に伝搬する光のみ
が存在するようなリングレーザーを作ることができる。
もちろん、光を一方向にのみ通す機能を持った光学素子
ならば、光アイソレーターに限らず、光サーキュレータ
ーなど、他の光学素子でもよいことは言うまでもない。 （実施例２７）図２４（Ａ）、図６２において、１４０
０はリング共振器型半導体レーザー、１４０４は光導波
路のテーパー部、３３はアノード、３５はキャップ層、
３６はクラッド層、３７は光ガイド層、３８は活性層、
３９は光ガイド層、１４０１はリング共振器型半導体レ
ーザー、１４０５は光導波路のテーパー部、４３はアノ
ード、４５はキャップ層、４６はクラッド層、４７は光
ガイド層、４８は活性層、４９は光ガイド層、１４３０
は光検出器、５４は半導体基板、５５はカソード、１４
３０は光導波路、１４０６は反時計回りのレーザー光、
１４５６はリング共振器型半導体レーザー１４００から
出射されたレーザー光、１４０７は時計回りのレーザー
光、１４５７はリング共振器型半導体レーザー１４０３
から出射されたレーザー光である。また、図６２
（Ｅ），図６２（Ｆは、図２４（Ａ）のＡ−Ａ′および
Ｂ−Ｂ′でカットした断面図である。
【０４６０】リングレーザーは実施例９に記載された方
法を用いて作製した。
【０４６１】室温における発振しきい電流は２ｍＡであ
る。リング共振器型レーザー１４００の駆動電流３ｍ
Ａ、リング共振器型レーザー１４０１の駆動電流３．５
ｍＡであり、これらのレーザーが静止しているときは、
レーザー光１４０６とレーザー光１４０７の発振波長は
ほぼ等しく、発振波長λは１．５５μｍである。ただ
し、リング共振器型レーザー１４００とリング共振器型
レーザー１４０１の駆動電流が異なるから、これらのレ
ーザーを構成する光導波路の等価屈折率の値に差が生じ
る。
【０４６２】このため、発振周波数がわずかに異なり、
レーザー光１４０６の発振周波数ｆ 3 は、レーザー光１
４０７の発振周波数ｆ4 よりも１ｋＨｚ大きい。リング
共振器型レーザー１４００とリング共振器型レーザー１
４０１が、光導波路１４３０で接続されていることか
ら、レーザー光１４０６とレーザー光１４０７とが効率
よく結合する。光導波路１４３０から出射したレーザー
光１４５６とレーザー光１４５７を光検出器１４３０で
同時に受光することで、光検出器１４３０の中でレーザ
ー光１４５６と１４５７が干渉する。
【０４６３】この結果、光検出器１４３０の電気端子か
ら振幅５０ｍＶ、周波数１ｋＨｚの信号が得られる。す
なわち、リング共振器型レーザー１４０２と１４０３が
静止しているときでも、ビート電圧が検出できる。
【０４６４】さて、リング共振器型レーザー１４００と
１４０１が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒
３０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回り
のレーザー光１４０６の発振周波数ｆ3 は８８．７Ｈｚ
だけ増加する。一方、時計回りのレーザー光１４０７の
発振周波数ｆ4 は８８．７Ｈｚだけ減少する。したがっ
て、ビート周波数は式（１６）で表わされる。
【０４６５】一方、リング共振器型レーザー１４００と
１４０１が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受
けると、ビート周波数は式（１７）で表わされる。
【０４６６】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０４６７】リング共振器型レーザー１４００と１４０
１の発振波長が異なるようにするために、本実施例では
駆動電流の大きさを変えた。しかし、これ以外にも、光
導波路の長さや幅を変える、レーザーを構成している半
導体層の厚み・組成・材料を変えるなどして、２つのレ
ーザーの光学長を変えることで発振波長を変えることが
できる。
【０４６８】図６３において、１は光ジャイロ、２２２
はリングレーザー、３３３は光検出器、２は回転台、３
は電流源、４は抵抗、５は周波数−電圧変換回路（ＦＶ
変換回路）である。
【０４６９】上記構成において、直列に接続した抵抗４
を介して、電流源３から光ジャイロ１の中のリングレー
ザー２２２に電流を注入する。光ジャイロ１が静止した
状態でも、光ジャイロ１を構成する２つのリングレーザ
ー２２２の発振周波数の差に相当するビート信号が光検
出器３３３の端子電圧の変化として得られる。さらに、
回転台２に載せた光ジャイロ１を回転させると、回転の
角速度に応じたビート信号が現れる。
【０４７０】このビート信号を周波数−電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）５を通すことによって、ビート周波数
を電圧値に直すことができる。たとえば、オフセットを
調整して、光ジャイロ１が静止している時の周波数−電
圧変換回路（ＦＶ変換回路）５を電圧出力をゼロとする
と、周波数−電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の出力の
正負によって、回転方向を検出することができる。
【０４７１】（実施例２８）図２４（Ｂ）において、１
４０２は光導波路、１４０４は光導波路のテーパー部、
１４０３は光導波路、１４０５は光導波路のテーパー
部、１４３０は光導波路、１４０６はレーザー光、１４
５６はレーザー光、１４０９はレーザー光、１４５７は
レーザー光である。
【０４７２】上記構成において、レーザー光１４０６も
１４０９も同じ方向に周回状に伝搬している。この場合
も、作用で説明したように回転方向を検知することがで
きる。同じ方向にレーザー光が周回する場合、図２４
（Ｂ）１２のように光導波路１４０２，１４０３，１４
３０を配置することで、レーザー光１４０６と１４０９
の間の結合効率を大きくすることができる。
【０４７３】（実施例２９）図２５（Ｃ）において、１
４３０は光検出器、１４０２は石英管、１４０４は光導
波路のテーパー部、１４１４はミラー、１３はアノー
ド、１５はカソード、１４０３は石英管、１４０５は光
導波路のテーパー部、１４１５はミラー、２３はアノー
ド、２５はカソード、１４３０は光導波路、１４０６は
石英管１４０２の中を伝搬するレーザー光、１４５６は
外部に出射されたレーザー光、１４０７は石英管１４０
３の中を伝搬するレーザー光、１４５７は外部に出射さ
れたレーザー光である。
【０４７４】リングレーザーは実施例１１と同様にして
作製した。
【０４７５】石英管１４０２と１４０３が静止している
ときは、レーザー光１４０６とレーザー光１４０７の発
振周波数はほぼ等しく、４．７３×１０14Ｈｚ、発振波
長λは６３２．８ｎｍである。
【０４７６】ただし、石英管１４０２と１４０３に流す
電流を変えておくことで、媒質のＱ値が変わるので、発
振周波数がわずかに異なり、レーザー光１４０６の発振
周波数ｆ1 は、レーザー光１４０７の発振周波数ｆ2 よ
りも２０ＭＨｚ大きい。
【０４７７】石英管１４０２，１４０３と光導波路１４
３０が接続されていることから、レーザー光１４０６と
１４０７は光導波路１４３０に結合する。光導波路１４
３０から外部に出射されたレーザー光１４５６と１４５
７を光検出器１４３０で同時に受光することで、光検出
器の中でレーザー光１４５６と１４５７が干渉する。こ
のとき、光検出器１４３０の電気端子に、振幅５０ｍＶ
で周波数２０ＭＨｚの信号が得られる。すなわち、石英
管１４０２と１４０３が静止しているときでも、ビート
電圧が検出できる。
【０４７８】さて、石英管１４０２と１４０３が毎秒１
８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１辺の
長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザー光１４０
６の発振周波数ｆ1 は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
一方、時計回りのレーザー光１４０７の発振周波数ｆ2
は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビート
周波数は式（１８）で表わされる。
【０４７９】一方、石英管１４０２と１４０３が毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は式（１９）で表わされる。
【０４８０】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０４８１】（実施例３０）図２５（Ｄ）において、１
４１８は光アイソレーター、１４１９は光アイソレータ
ーである。
【０４８２】この構成においても、実施例２９と同じ原
理で、回転方向を検知することができる。本実施例が実
施例２９と異なるのは、リングレーザーの中で１方向に
のみ周回するモードを選択するための手段である。すな
わち、実施例２９ではテーパー状の光導波路を用いたの
に対し、本実施例では光アイソレーターを用いたことで
ある。
【０４８３】同一偏波の光が、お互いに反対方向から光
アイソレーターに入射した場合、光アイソレーターは一
方向に伝搬する光のみを透過し、逆方向に伝搬する光は
通さない。通常のリングレーザーでは、お互いに反対方
向に周回する光の偏波が等しいが、光アイソレーターを
挿入することで、一つの方向に周回状に伝搬する光のみ
が存在するようなリングレーザーを作ることができる。
もちろん、光を一方向にのみ通す機能を持った光学素子
ならば、光アイソレーターに限らず、光サーキュレータ
ーなど、他の光学素子でもよいことは言うまでもない。
【０４８４】（実施例３１）図２６（Ａ）、図６４にお
いて、１５００はリング共振器型半導体レーザー、１５
０４は光導波路のテーパー部、３３はアノード、３５は
キャップ層、３６はクラッド層、３７は光ガイド層、３
８は活性層、３９は光ガイド層、１５０３はリング共振
器型半導体レーザー、１５０５は光導波路のテーパー
部、４３はアノード、４５はキャップ層、４６はクラッ
ド層、４７は光ガイド層、４８は活性層、４９は光ガイ
ド層、１５３０は光検出器、５４は半導体基板、５５は
カソード、１５０６は反時計回りのレーザー光、１５５
６はリング共振器型半導体レーザー１５００から出射さ
れたレーザー光、１５０７は時計回りのレーザー光、１
５５７はリング共振器型半導体レーザー１４０３から出
射されたレーザー光である。また、図６４（Ｅ）は、図
２６（Ａ）のＡ−Ａ′でカットした断面図である。
【０４８５】リングレーザーは、実施例１３と同様の方
法により作製した。
【０４８６】室温における発振しきい電流は２ｍＡであ
る。リング共振器型レーザー１５００の駆動電流３ｍ
Ａ、リング共振器型レーザー１５０１の駆動電流３．５
ｍＡであり、これらのレーザーが静止しているときは、
レーザー光１５０６とレーザー光１５０７の発振波長は
ほぼ等しく、発振波長λは１．５５μｍである。ただ
し、リング共振器型レーザー１５００とリング共振器型
レーザー１５０１の駆動電流が異なるから、これらのレ
ーザーを構成する光導波路の等価屈折率の値に差が生じ
る。このため、発振周波数がわずかに異なり、レーザー
光１５０６の発振周波数ｆ3 は、レーザー光１５０７の
発振周波数ｆ4 よりも１ｋＨｚ大きい。リング共振器型
レーザー１５００とリング共振器型レーザー１５０１
が、光導波路の一部を共有していることから、レーザー
光１５０６とレーザー光１５０７とが効率よく結合す
る。この共有している光導波路から出射したレーザー光
１５５６とレーザー光１５５７を光検出器１５３０で同
時に受光することで、光検出器１５３０の中でレーザー
光１５５６と１５５７が干渉する。この結果、光検出器
１５３０の電気端子から振幅５０ｍＶ、周波数１ｋＨｚ
の信号が得られる。すなわち、リング共振器型レーザー
１５００と１５０１が静止しているときでも、ビート電
圧が検出できる。
【０４８７】さて、リング共振器型レーザー１５００と
１５０１が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒
３０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回り
のレーザー光１５０６の発振周波数ｆ3 は８８．７Ｈｚ
だけ増加する。一方、時計回りのレーザー光１５０７の
発振周波数ｆ4 は８８．７Ｈｚだけ減少する。したがっ
て、ビート周波数は式（１６）で表わされる。
【０４８８】一方、リング共振器型レーザー１５００と
１５０１が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受
けると、ビート周波数は式（１７）で表わされる。
【０４８９】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０４９０】リング共振器型レーザー１５００と１５０
１の発振波長が異なるようにするために、本実施例では
駆動電流の大きさを変えた。しかし、これ以外にも、光
導波路の長さや幅を変える、レーザーを構成している半
導体層の厚み・組成・材料を変えるなどして、２つのレ
ーザーの光学長を変えることで発振波長を変えることが
できる。
【０４９１】図６５はにおいて、１は光ジャイロ、２２
２はリングレーザー、３３３は光検出器、２は回転台、
３は電流源、４は抵抗、５は周波数−電圧変換回路（Ｆ
Ｖ変換回路）である。
【０４９２】上記構成において、直列に接続した抵抗４
を介して、電流源３から光ジャイロ１の中のリングレー
ザー２２２に電流を注入する。光ジャイロ１が静止した
状態でも、光ジャイロ１を構成する２つのリングレーザ
ー２２２の発振周波数の差に相当するビート信号が光検
出器３の端子電圧の変化として得られる。さらに、回転
台２に載せた光ジャイロ１を回転させると、回転の角速
度に応じたビート信号が現れる。
【０４９３】このビート信号を周波数−電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）５を通すことによって、ビート周波数
を電圧値に直すことができる。たとえば、オフセットを
調整して、光ジャイロ１が静止している時の周波数−電
圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の電圧出力をゼロとする
と、周波数−電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５の出力の
正負によって、回転方向を検出することができる。
【０４９４】（実施例３２）図２６（Ｂ）において、１
５０２は光導波路、１５０４は光導波路のテーパー部、
１５０３は光導波路、１５０５は光導波路のテーパー
部、１５２０は光導波路、１５０６はレーザー光、１５
５６はレーザー光、１５０９はレーザー光、１５５７は
レーザー光である。
【０４９５】上記構成において、レーザー光１５０６も
１５０９も同じ方向に周回状に伝搬している。この場合
も、作用で説明したように回転方向を検知することがで
きる。 （実施例３３）図２７（Ｃ）において、１５３０は光検
出器、１５０２は石英管、１５０４は光導波路のテーパ
ー部、１５１４はミラー、１５１０はアノード、１５１
２はカソード、１５０３は石英管、１５０５は光導波路
のテーパー部、１５１５はミラー、１５１１はアノー
ド、１５１３はカソード、１５０６は石英管１５０２の
中を伝搬するレーザー光、１５５６は外部に出射された
レーザー光、１５０８は石英管１５０３の中を伝搬する
レーザー光、１５５７は外部に出射されたレーザー光で
ある。
【０４９６】リングレーザーは実施例１５と同様にして
作製した。
【０４９７】石英管１５０２と１５０３が静止している
ときは、レーザー光１５０６とレーザー光１５０８の発
振周波数はほぼ等しく、４．７３×１０14Ｈｚ、発振波
長λは６３２．８ｎｍである。
【０４９８】ただし、石英管１５０２と１５０３に流す
電流を変えておくことで、媒質のＱ値が変わるので、発
振周波数がわずかに異なり、レーザー光１５０６の発振
周波数ｆ1 は、レーザー光１５０８の発振周波数ｆ2 よ
りも２０ＭＨｚ大きい。石英管１５０と１５０３が光導
波路の一部を共有していることから、この光導波路の共
有部を通して外部に出射されたレーザー光１５５６と１
５５７を光検出器１５３０で同時に受光することで、光
検出器１５３０の中でレーザー光１５５６と１５５７が
干渉する。このとき、光検出器１５３０の電気端子に、
振幅５０ｍＶで周波数２０ＭＨｚの信号が得られる。す
なわち、石英管１５０２と１５０３が静止しているとき
でも、ビート電圧が検出できる。
【０４９９】さて、石英管１５０２と１５０３が毎秒１
８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１辺の
長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザー光１５０
６の発振周波数ｆ1 は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
一方、時計回りのレーザー光１５０８の発振周波数ｆ2
は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビート
周波数は式（１８）で表わされる。
【０５００】一方、石英管１５０２と１５０３が毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は式（１９）で表わされる。
【０５０１】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０５０２】（実施例３４）図２７（Ｄ）において、１
５１８は光アイソレーター、１５１９は光アイソレータ
ーである。
【０５０３】この構成においても、実施例３３と同じ原
理で、回転方向を検知することができる。本実施例が実
施例３３と異なるのは、リングレーザーの中で１方向に
のみ周回するモードを選択するための手段である。すな
わち、実施例３３ではテーパー状の光導波路を用いたの
に対し、本実施例では光アイソレーターを用いたことで
ある。
【０５０４】同一偏波の光が、お互いに反対方向から光
アイソレーターに入射した場合、光アイソレーターは一
方向に伝搬する光のみを透過し、逆方向に伝搬する光は
通さない。通常のリングレーザーでは、お互いに反対方
向に周回する光の偏波が等しいが、光アイソレーターを
挿入することで、一つの方向に周回状に伝搬する光のみ
が存在するようなリングレーザーを作ることができる。
もちろん、光を一方向にのみ通す機能を持った光学素子
ならば、光アイソレーターに限らず、光サーキュレータ
ーなど、他の光学素子でもよいことは言うまでもない。
【０５０５】なお、ガスレーザーについては、ヘリウム
ガスとネオンガスを用いた例を実施例で示しているが、
レーザー発振する気体であり、所望の角速度が検知可能
であれば、何であってもよい。例えば、アルゴンレーザ
ー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザーである。
【０５０６】尚、ガスレーザー作製にあたって、石英管
を用いる場合について説明したが、ポリマーを用いるこ
ともできる。この場合、低温プロセスで形成できる。な
お、ポリマー材料としては、フッ素化ポリイミド、ポリ
シロキサン、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、
エポキシやポリカーボネイトを用いることができる。
【０５０７】又、放電電極としては、アルミニウムやジ
ルコニウム、タングステン等が利用できる。
【０５０８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザー装置の回転時のビート周波数を検出し、非回転
時からの増減を求めることによって、角速度とともに、
回転方向を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転によるビート信号の変化を説明するための
波形図
【図２】第１及び第２のレーザーを近接配置する場合の
概念図
【図３】第１及び第２のレーザーを近接配置する場合の
概念図
【図４】第３の光導波路を設ける場合の概念図
【図５】第３の光導波路を設ける場合の概念図
【図６】光導波路の一部を接続する場合の概念図
【図７】光導波路の一部を接続する場合の概念図
【図８】光導波路を共用する場合の概念図
【図９】光導波路を共用する場合の概念図
【図１０】テーパー形状を説明するための光導波路の平
面図
【図１１】レーザー装置の電圧変化を検出する手段の回
路図
【図１２】レーザー装置の電圧変化を検出する手段の回
路図
【図１３】レーザー装置の電圧変化を検出する手段の回
路図
【図１４】レーザー装置の電圧変化を検出する手段の回
路図
【図１５】レーザー装置の電圧変化を検出する手段の回
路図
【図１６】レーザー装置の電圧変化を検出する手段の回
路図
【図１７】レーザー装置の電圧変化を検出する手段の回
路図
【図１８】レーザー装置の電圧変化を検出する手段の回
路図
【図１９】光検出器を備え、第１及び第２のレーザーを
近接配置する場合の概念図
【図２０】光検出器を備え、第１及び第２のレーザーを
近接配置する場合の概念図
【図２１】光検出器を備え、第１及び第２のレーザーを
近接配置する場合の概念図
【図２２】光検出器を備え、第３の光導波路を設ける場
合の概念図
【図２３】光検出器を備え、第３の光導波路を設ける場
合の概念図
【図２４】光検出器を備え、光導波路の一部を接続する
場合の概念図
【図２５】光検出器を備え、光導波路の一部を接続する
場合の概念図
【図２６】光検出器を備え、光導波路を共用する場合の
概念図
【図２７】光検出器を備え、光導波路を共用する場合の
概念図
【図２８】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図２９】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３０】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３１】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３２】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３３】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３４】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３５】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３６】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３７】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３８】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図３９】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図４０】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図４１】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図４２】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図４３】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図４４】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図４５】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図４６】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図４７】半導体レーザー及び光導波路の製造工程を説
明するための断面図
【図４８】光導波路の角部を説明するための平面図
【図４９】光導波路の角部の拡大図
【図５０】本発明の実施例を説明するための図
【図５１】本発明の実施例を説明するための図
【図５２】本発明の実施例を説明するための図
【図５３】本発明の実施例を説明するための図
【図５４】本発明の実施例を説明するための図
【図５５】本発明の実施例を説明するための図
【図５６】本発明の実施例を説明するための図
【図５７】本発明の実施例を説明するための図
【図５８】本発明の実施例を説明するための図
【図５９】本発明の実施例を説明するための図
【図６０】本発明の実施例を説明するための図
【図６１】本発明の実施例を説明するための図
【図６２】本発明の実施例を説明するための図
【図６３】本発明の実施例を説明するための図
【図６４】本発明の実施例を説明するための図
【図６５】本発明の実施例を説明するための図
【図６６】本発明の実施形態を説明するための図
【図６７】本発明の実施形態を説明するための図
【図６８】本発明の実施形態を説明するための図
【図６９】従来技術を説明するための図
【図７０】従来技術を説明するための図
【符号の説明】
１ 光ジャイロ ２ 回転台 ３ 電流源 ４ 抵抗 ５ ＦＶ変換回路 ２２２ リングレーザー ３３３ 光検出器 １２００、１３００、１４００、１５００、１６００
非対称テーパー部 １２０２、１３０２、１４０２、１５０２、１６０２
ＣＷ光 １２０３、１３０３、１４０３、１５０３、１６０３
ＣＣＷ光 １２０４、１３０４、１５０４、１６０４ ミラー １２３０、１３３０、１４３０、１５３０ 光検出器 ２６０２ 電源 ２６０９ インピーダンスメーター ２７１２ 外部に放出されたＣＷ光 ２７１３ 外部に放出されたＣＣＷ光 ２７３０ 光検出器 ２８０１、２９０１ 活性層 ２８０２、２９０２ 基板 ２８０３、２９０３ アノード ２８０４、２９０４ カソード ２８０６、２９０６ 上部クラッド層 ２８０７、２９０７ 下部クラッド層 ４１０１ 活性層 ４１０３ アノード ４１０４ カソード ４１２１ キャップ層 ４１２２、４１２３ 光ガイド層 ４１２４ ビート信号を取り出すための電気端子 ４３００ ジャイロ ４３５０ 回転台 ４４０１ 活性層 ４４０２ ｐ−ＧａＡｓ基板 ４４２２ 光ガイド層 ４４０６，４４０７ クラッド層 ４４０３ アノード ４４６０ フォトレジスト ４４９０ 角部 ５３０１ 石英管 ５３１３ アノード ５３１４ 電気端子 ５３１５ カソード ５８００、５９００ テーパー領域 ５７１１ リング上の利得導波路 ５７１７ 光吸収領域 ５７２２ 電極 ５７９０，５７９１ 電極 ５７９２ 半導体レーザー素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F105 BB01 DD07 5F072 AA01 AB13 FF05 JJ20 KK30 LL09 LL16 LL18 RR01 RR03 YY12 5F073 AA66 AA73 AA74 BA09 CA02 CA07 CA12 CA13 CA14 CA22 CB02 DA02 DA05 DA06 DA14 DA16 EA29 GA15

Claims (80)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方向に周回する第１のレーザー光を主
    モードとして発生する第１のレーザー、及び一方向に周
    回する第２のレーザー光を主モードとして発生する第２
    のレーザーを備え、該第１及び第２のレーザーの少なく
    とも一方から電気信号を取り出すジャイロであって、 該第１のレーザー光と第２のレーザー光との発振周波数
    が異なり、かつ該第１のレーザー光と該第２のレーザー
    光とが干渉する事を特徴とするジャイロ。
  2. 【請求項２】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１の光導波路の少なくとも一部と該第２の光導
    波路の少なくとも一部とを、近接して配置することを特
    徴とする請求項１記載のジャイロ。
  3. 【請求項３】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部に光学
    的に結合する第３の光導波路を備えることを特徴とする
    請求項１記載のジャイロ。
  4. 【請求項４】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部に接続
    する第３の光導波路を備えることを特徴とする請求項１
    記載のジャイロ。
  5. 【請求項５】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部は共用
    されていることを特徴とする請求項１記載のジャイロ。
  6. 【請求項６】 前記第１及び第２のレーザー光は、互い
    に発振波長が異なる請求項１乃至５のいずれか一つに記
    載されたジャイロ。
  7. 【請求項７】 前記第１及び第２のレーザー光は、互い
    に発振周波数が異なる請求項１乃至５のいずれか一つに
    記載されたジャイロ。
  8. 【請求項８】 前記第１及び第２のレーザー光の発振周
    波数差が１００Ｈｚ以上である請求項７記載のジャイ
    ロ。
  9. 【請求項９】 前記第１及び第２のレーザー光の発振周
    波数差が１ｋＨｚ以上である請求項７記載のジャイロ。
  10. 【請求項１０】 前記第１及び第２のレーザー光の発振
    周波数差が１０ｋＨｚ以上である請求項７記載のジャイ
    ロ。
  11. 【請求項１１】 前記第１及び第２のレーザー光の周回
    方向は互いに逆である請求項１乃至５のいずれか一つに
    記載されたジャイロ。
  12. 【請求項１２】 前記第１及び第２のレーザー光の周回
    方向は互いに同一である請求項１乃至５のいずれか一つ
    に記載されたジャイロ。
  13. 【請求項１３】 前記第１及び第２のレーザーに注入さ
    れる電流が互いに異なる請求項１乃至５のいずれか一つ
    に記載されたジャイロ。
  14. 【請求項１４】 前記第１及び第２のレーザーに印加さ
    れる電圧が互いに異なる請求項１乃至５のいずれか一つ
    に記載されたジャイロ。
  15. 【請求項１５】 前記第１及び第２のレーザーは、互い
    に光路長が異なる請求項１乃至５のいずれか一つに記載
    されたジャイロ。
  16. 【請求項１６】 前記第１及び第２のレーザーは、互い
    に光導波路の長さが異なる請求項１乃至５のいずれか一
    つに記載されたジャイロ。
  17. 【請求項１７】 前記第１及び第２のレーザーは、構成
    材料が互いに異なる請求項１乃至５のいずれか一つに記
    載されたジャイロ。
  18. 【請求項１８】 前記第１及び第２のレーザーを構成す
    る光導波路は、リング形状である請求項１乃至５のいず
    れか一つに記載されたジャイロ。
  19. 【請求項１９】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路には非対称のテーパー領
    域が備わっている請求項１乃至５のいずれか一つに記載
    されたジャイロ。
  20. 【請求項２０】 前記テーパー領域は、第１のテーパー
    部及び第２のテーパー部からなり、該第１及び第２のテ
    ーパー部の一方と、一定幅を有する光導波路部とのなす
    角が９０度である請求項１９記載のジャイロ。
  21. 【請求項２１】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路にはそれぞれ光学素子が
    備えられており、該光学素子は、一の方向に周回するレ
    ーザー光に対する透過損を、他の方向に周回するレーザ
    ー光に対する透過損と異ならせることを特徴とする請求
    項１乃至５のいずれか一つに記載されたジャイロ。
  22. 【請求項２２】 前記第１及び第２のレーザーは、半導
    体レーザーである請求項１乃至５のいずれか一つに記載
    されたジャイロ。
  23. 【請求項２３】 前記半導体レーザーは量子井戸構造を
    有している請求項２２記載のジャイロ。
  24. 【請求項２４】 前記第１及び第２のレーザーは、ガス
    レーザーである請求項１乃至５のいずれか一つに記載さ
    れたジャイロ。
  25. 【請求項２５】 前記第１及び第２のレーザーは、リン
    グ共振器型レーザーである請求項１乃至５のいずれか一
    つに記載されたジャイロ。
  26. 【請求項２６】 前記第１及び第２のレーザーは、導波
    路側面に全反射面を有する請求項１記載のジャイロ。
  27. 【請求項２７】 前記第１及び第２のレーザーは、定電
    流で駆動される請求項１記載のジャイロ。
  28. 【請求項２８】 第１及び第２のレーザーは、定電圧で
    駆動する請求項１記載のジャイロ。
  29. 【請求項２９】 第１のレーザーは定電圧駆動し、前記
    第２のレーザーは定電流駆動する請求項１記載のジャイ
    ロ。
  30. 【請求項３０】 前記第１の光導波路の少なくとも一部
    を前記第２のレーザー光のしみだし距離以内に近接して
    配置する請求項２記載のジャイロ。
  31. 【請求項３１】 前記電気信号は、前記第１及び第２の
    レーザーの回転に伴い変化する信号である請求項１記載
    のジャイロ。
  32. 【請求項３２】 前記電気信号は、前記第１及び第２の
    レーザーの一方のレーザーの電気信号である請求項１記
    載のジャイロ。
  33. 【請求項３３】 前記電気信号は、電圧信号である請求
    項１記載のジャイロ。
  34. 【請求項３４】 前記電気信号は、前記第１及び第２の
    レーザーの少なくとも一方にかかる電圧信号、あるいは
    前記第１及び第２のレーザーの少なくとも一方を流れる
    電流信号、あるいは前記第１及び第２のレーザーの少な
    くとも一方のインピーダンス信号である請求項１記載の
    ジャイロ。
  35. 【請求項３５】 前記電子信号の変化によりビート周波
    数を検出する請求項１記載のジャイロ。
  36. 【請求項３６】 前記電気信号の周波数変化により角速
    度及び回転方向を検知する請求項１乃至５のいずれか一
    つに記載されたジャイロ。
  37. 【請求項３７】 前記第１及び第２のレーザーの少なく
    とも一方は、電気信号を検出するための電気端子を備え
    る請求項１記載のジャイロ。
  38. 【請求項３８】 前記電気信号は、前記第１及び第２の
    レーザーの外部に配された光検出器により得られる請求
    項１記載のジャイロ。
  39. 【請求項３９】 周波数−電圧変換回路を備えている請
    求項１乃至５のいずれか一つに記載されたジャイロ。
  40. 【請求項４０】 保護回路を備えている請求項１乃至５
    のいずれか一つに記載されたジャイロ。
  41. 【請求項４１】 一方向に周回する第１のレーザー光を
    主モードとして発生する第１のレーザー、及び一方向に
    周回する第２のレーザー光を主モードとして発生する第
    ２のレーザーを備えるジャイロであって、 該第１のレーザーは第１の光導波路を、該第２のレーザ
    ーは第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１及び第２の
    光導波路の少なくとも一部に光学的に結合する第３の光
    導波路を備えていることを特徴とするジャイロ。
  42. 【請求項４２】 一方向に周回する第１のレーザー光を
    主モードとして発生する第１のレーザー、及び一方向に
    周回する第２のレーザー光を主モードとして発生する第
    ２のレーザーを備えるジャイロであって、 該第１のレーザーは第１の光導波路を、該第２のレーザ
    ーは第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１及び第２の
    光導波路の少なくとも一部に接続する第３の光導波路を
    備えることを特徴とするジャイロ。
  43. 【請求項４３】 一方向に周回する第１のレーザー光を
    主モードとして発生する第１のレーザー、及び一方向に
    周回する第２のレーザー光を主モードとして発生する第
    ２のレーザーを備えるジャイロであって、 該第１のレーザーは第１の光導波路を、該第２のレーザ
    ーは第２の光導波路をそれぞれ有し、該第１及び第２の
    光導波路の少なくとも一部に共用されていることを特徴
    とするジャイロ。
  44. 【請求項４４】 前記第１及び第２のレーザー光は互い
    に発振周波数が異なる請求項４１乃至４３のいずれか一
    つに記載されたジャイロ。
  45. 【請求項４５】 前記第１及び第２のレーザーの少なく
    とも一方から電気信号を検出する請求項４４記載のジャ
    イロ。
  46. 【請求項４６】 一方向に周回する第１のレーザー光を
    主モードとして発生する第１のレーザー、一方向に周回
    する第２のレーザー光を主モードとして発生する第２の
    レーザー、及びビート信号検出手段を有するジャイロで
    あって、 該第１のレーザー光と第２のレーザー光との発振周波数
    が異なり、かつ該第１のレーザー光と該第２のレーザー
    光とが干渉することを特徴とするジャイロ。
  47. 【請求項４７】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１の光導波路の少なくとも一部と該第２の光導
    波路の少なくとも一部とを、近接して配置することを特
    徴とする請求項４６記載のジャイロ。
  48. 【請求項４８】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部に光学
    的に結合する第３の光導波路を備えることを特徴とする
    請求項４６記載のジャイロ。
  49. 【請求項４９】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部に接続
    する第３の光導波路を備えることを特徴とする請求項４
    ６記載のジャイロ。
  50. 【請求項５０】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部は共用
    されていることを特徴とする請求項４６記載のジャイ
    ロ。
  51. 【請求項５１】 前記ビート信号検出手段は、電圧信号
    を検出する手段である請求項４６記載のジャイロ。
  52. 【請求項５２】 前記ビート信号検出手段は、前記第１
    若しくは第２のレーザーにかかる電圧信号、前記第１若
    しくは第２のレーザーを流れる電流信号、又は前記第１
    若しくは第２のレーザー装置のインピーダンス信号を検
    出する請求項４６記載のジャイロ。
  53. 【請求項５３】 前記第１若しくは第２のレーザーは、
    前記ビート信号を取り出すための電気端子を備える請求
    項４６記載のジャイロ。
  54. 【請求項５４】 前記ビート信号検出手段は、前記第１
    及び第２のレーザーの外部に配された光検出器を含む請
    求項４６記載のジャイロ。
  55. 【請求項５５】 前記ビート信号検出手段は、周波数−
    電圧変換回路を備えている請求項４６記載のジャイロ。
  56. 【請求項５６】 前記ビート信号検出手段は、減算回路
    を有する請求項４６記載のジャイロ。
  57. 【請求項５７】 前記ビート信号検出手段は、保護回路
    が設けられている請求項４６記載のジャイロ。
  58. 【請求項５８】 一方向に周回する第１のレーザー光を
    主モードとして発生する第１のレーザー、及び一方向に
    周回する第２のレーザー光を主モードとして発生する第
    ２のレーザーを備え、該第１の及び第２のレーザー光を
    受光する光検出器を有するジャイロであって、 該第１のレーザー光と第２のレーザー光との発振周波数
    が異なり、かつ該第１のレーザー光と該第２のレーザー
    光とが干渉することを特徴とするジャイロ。
  59. 【請求項５９】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１の光導波路の少なくとも一部と該第２の光導
    波路の少なくとも一部とを、近接して配置することを特
    徴とする請求項５８記載のジャイロ。
  60. 【請求項６０】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部に光学
    的に結合する第３の光導波路を備えることを特徴とする
    請求項５８記載のジャイロ。
  61. 【請求項６１】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部に接続
    する第３の光導波路を備えることを特徴とする請求項５
    ８記載のジャイロ。
  62. 【請求項６２】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路の少なくとも一部は共用
    されていることを特徴とする請求項５８記載のジャイ
    ロ。
  63. 【請求項６３】 前記光検出器では、前記第１及び第２
    のレーザー光を同時に受光する請求項５８記載のジャイ
    ロ。
  64. 【請求項６４】 前記光検出器から電気信号を取り出
    し、ビート信号を検出する請求項５８記載のジャイロ。
  65. 【請求項６５】 前記第１及び第２のレーザー光は、互
    いに発振周波数が異なる請求項５８乃至６２のいずれか
    一つに記載されたジャイロ。
  66. 【請求項６６】 前記第１及び第２のレーザー光の発振
    周波数差が１００Ｈｚ以上である請求項６５記載のジャ
    イロ。
  67. 【請求項６７】 前記第１及び第２のレーザー光の発振
    周波数差が１ｋＨｚ以上である請求項６５記載のジャイ
    ロ。
  68. 【請求項６８】 前記第１及び第２のレーザー光の発振
    周波数差が１０ｋＨｚ以上である請求項６６記載のジャ
    イロ。
  69. 【請求項６９】 前記第１及び第２のレーザー光の周回
    方向は互いに逆である請求項６２乃至６５のいずれか一
    つに記載されたジャイロ。
  70. 【請求項７０】 前記第１及び第２のレーザー光の周回
    方向は互いに同一である請求項６２乃至６５のいずれか
    一つに記載されたジャイロ。
  71. 【請求項７１】 前記第１及び第２のレーザーに注入さ
    れる電流が互いに異なる請求項６２乃至６５のいずれか
    一つに記載されたジャイロ。
  72. 【請求項７２】 前記第１及び第２のレーザーに印加さ
    れる電圧が互いに異なる請求項６２乃至６５のいずれか
    一つに記載されたジャイロ。
  73. 【請求項７３】 前記第１及び第２のレーザーは、互い
    に光路長が異なる請求項６２乃至６５のいずれか一つに
    記載されたジャイロ。
  74. 【請求項７４】 前記第１及び第２のレーザーは、互い
    に光導波路の長さが異なる請求項６２乃至６５のいずれ
    か一つに記載されたジャイロ。
  75. 【請求項７５】 前記第１及び第２のレーザーを構成す
    る光導波路は、リング形状である請求項６２乃至６５の
    いずれか一つに記載されたジャイロ。
  76. 【請求項７６】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路には非対称のテーパー領
    域が備わっている請求項７５記載のジャイロ。
  77. 【請求項７７】 前記テーパー領域は、第１のテーパー
    部及び第２のテーパー部からなり、該第１及び第２のテ
    ーパー部の一方と、一定幅を有する光導波路部とのなす
    角が９０度である請求項７５記載のジャイロ。
  78. 【請求項７８】 前記第１のレーザーは第１の光導波路
    を、前記第２のレーザーは第２の光導波路をそれぞれ有
    し、該第１及び第２の光導波路にはそれぞれ光学素子が
    備えられており、該光学素子は、一の方向に周回するレ
    ーザー光に対する透過損を、他の方向に周回するレーザ
    ー光に対する透過損と異ならせることを特徴とする請求
    項６２乃至６５のいずれか一つに記載されたジャイロ。
  79. 【請求項７９】 前記第１の光導波路の少なくとも一部
    を前記第２のレーザー光のしみだし距離以内に近接して
    配置する請求項６３記載のジャイロ。
  80. 【請求項８０】 一方向に周回する第１のレーザー光を
    主モードとして発生する第１のレーザー、及び一方向に
    周回する第２のレーザー光を主モードとして発生する第
    ２のレーザーを有するレーザー装置であって、 該第１のレーザー光と第２のレーザー光との発振周波数
    が異なり、かつ該第１のレーザー光と該第２のレーザー
    光とが干渉することを特徴とするレーザー装置。
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