JP2001108445A - Semiconductor laser, gyro and operation method of gyro - Google Patents
Semiconductor laser, gyro and operation method of gyroInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロ及びその
操作方法に関する。より詳しくは、リング共振器型レー
ザーを用いて構成するジャイロに関する。The present invention relates to a gyro and a method for operating the gyro. More specifically, the present invention relates to a gyro configured using a ring resonator type laser.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、移動する物体の角速度を検出する
ために用いるジャイロとしては、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、リング共振器型レーザージャイ
ロ、光ファイバージャイロ、受動型のリング共振器型ジ
ャイロなどがある。このうち、最も早く開発に着手され
たのが、ガスレーザーを用いたリング共振器型レーザー
ジャイロであり、既に航空機用途などで実用化されてい
る。最近では、小型で高精度なリング共振器型レーザー
ジャイロも提案されており、その一例としては特開平5
−288556号公報に開示されたものが挙げられる。2. Description of the Related Art Conventionally, as a gyro used for detecting an angular velocity of a moving object, a mechanical gyro having a rotor and a vibrator and an optical gyro are known. In particular, the optical gyro is capable of instantaneous activation and has a wide dynamic range, and is thus innovating in the gyro technical field. The optical gyro includes a ring resonator type laser gyro, an optical fiber gyro, and a passive type ring resonator type gyro. Of these, the first to be developed is a ring resonator type laser gyro using a gas laser, which has already been put to practical use in aircraft applications and the like. Recently, a small and high-precision ring resonator type laser gyro has also been proposed.
-288556.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リング共振器型レーザージャイロは、レーザーから右回
りのレーザー光と左回りのレーザー光をいったんレーザ
ー外部に放出し、この両方のレーザー光を光検出器で受
け、電気的なビートを信号として検出していた。このた
め、レーザー光を光検出器に入射する際に結合損失が存
在していた。また、レーザー外部の反射点からのレーザ
ーへの戻り光によって雑音が生じるため、この雑音を避
ける目的で光アイソレータを用いる必要があった。However, the conventional ring resonator type laser gyro emits clockwise laser light and counterclockwise laser light from the laser to the outside of the laser once, and detects both laser lights. And received electrical beats as signals. For this reason, coupling loss has been present when the laser light is incident on the photodetector. In addition, since noise is generated by light returning to the laser from a reflection point outside the laser, it is necessary to use an optical isolator to avoid the noise.
【0004】また、半導体レーザー内部に、周回状に伝
搬する右回りのレーザー光と、左回りのレーザー光を存
在させ、互いのレーザー光の干渉によって生じるビート
を利用して、物体の角速度を求めようとする手法が、特
開平4−174317号公報に示されている。Further, a clockwise laser beam and a counterclockwise laser beam propagating in a circular shape are present inside a semiconductor laser, and the angular velocity of an object is determined by using a beat generated by interference between the laser beams. A technique for achieving this is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-174317.
【0005】当該公報に記載されているレーザー素子に
ついて図34及び図35を用いて説明する。図34は、
素子を上面から見た図であり、図35はAA’での断面
図である。[0005] The laser element described in this publication will be described with reference to FIGS. 34 and 35. FIG.
It is the figure which looked at the element from the upper surface, and FIG. 35 is sectional drawing in AA '.
【0006】10はInP基板、11,12A,12
B,12Cはリッジ型光導波路であり各コーナーには全
反射用コーナーミラーが設けられている。10 is an InP substrate, 11, 12A, 12
B and 12C are ridge-type optical waveguides, and each corner is provided with a corner mirror for total reflection.
【0007】14は電圧検出用端子であり、15は、バ
イアス電流供給端子である。Reference numeral 14 denotes a voltage detection terminal, and 15 denotes a bias current supply terminal.
【0008】全反射用コーナーミラー13A,13B,
13C,13Dは、エッチング技術で図35に示すよう
にくりぬくことで形成されている。The total reflection corner mirrors 13A, 13B,
13C and 13D are formed by hollowing out as shown in FIG. 35 by an etching technique.
【0009】しかしながら該公報で示された方法では、
工業的に作製する場合に歩止まりの点で好ましくなく、
また、より低駆動電力で発振可能な素子が求められてい
た。However, according to the method disclosed in the publication,
Unfavorable in terms of yield when manufacturing industrially,
Further, an element capable of oscillating with lower driving power has been demanded.
【0010】本発明は上記点に鑑みてなされたものであ
り、以下、本発明について説明する。The present invention has been made in view of the above points, and the present invention will be described below.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の目的は、
低電流あるいは低電圧で駆動できる半導体レーザーを有
するジャイロ及びその操作方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to:
It is an object of the present invention to provide a gyro having a semiconductor laser that can be driven at a low current or a low voltage and a method of operating the gyro.
【0012】本発明の第2の目的は、結合損失や戻り光
雑音など問題がない、あるいは、非常に低減されたジャ
イロ及びその操作方法を提供することにある。A second object of the present invention is to provide a gyro having no problems such as coupling loss and return light noise, or a greatly reduced gyro, and an operation method thereof.
【0013】本発明の更に別の目的は、コンパクトなサ
イズのジャイロ及びその操作方法を提供することにあ
る。Still another object of the present invention is to provide a gyro having a compact size and a method of operating the gyro.
【0014】第1の本発明に係るジャイロは、互いに逆
回りの周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レー
ザーを有し、該半導体レーザーを構成する活性層を挟
み、該活性層よりも屈折率の低い低屈折率層側面と、該
活性層面とのなす角αが、該低屈折率層の全周にわたり
75°≦α≦105°を満たすことを特徴とする。A gyro according to a first aspect of the present invention has a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counter-rotating circular shape, and has an active layer constituting the semiconductor laser interposed therebetween. An angle α between the side surface of the low refractive index layer having a low refractive index and the active layer surface satisfies 75 ° ≦ α ≦ 105 ° over the entire circumference of the low refractive index layer.
【0015】とくに本発明は、該リング共振器型半導体
レーザーは、回転に伴い生じるビート信号を、該半導体
レーザーを流れる電流、該半導体レーザーにかかる電
圧、または該半導体レーザーのインピーダンスの変化と
して検出する。In particular, according to the present invention, the ring resonator type semiconductor laser detects a beat signal generated by rotation as a current flowing through the semiconductor laser, a voltage applied to the semiconductor laser, or a change in impedance of the semiconductor laser. .
【0016】また、本発明は、該低屈折率層側面の面精
度が、該活性層の媒質内波長の2分の1以下であること
を特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the surface precision of the side surface of the low refractive index layer is equal to or less than half the wavelength in the medium of the active layer.
【0017】第2の本発明に係るジャイロの操作方法
は、リング共振器型半導体レーザーを構成する活性層を
挟み、該活性層よりも屈折率の低い低屈折率層側面と該
活性層面とのなす角αが、該低屈折率層の全周にわたり
75°≦α≦105°を満たし、該リング共振器型半導
体レーザーに印加される角速度の大きさを求める信号と
して、電流、電圧又はインピーダンスの変化を用いるこ
とを特徴とする。According to a second method of operating a gyro according to the present invention, an active layer constituting a ring resonator type semiconductor laser is sandwiched between a low refractive index layer side surface having a lower refractive index than the active layer and the active layer surface. The angle α to be formed satisfies 75 ° ≦ α ≦ 105 ° over the entire circumference of the low refractive index layer, and as a signal for determining the magnitude of the angular velocity applied to the ring resonator type semiconductor laser, current, voltage or impedance It is characterized by using change.
【0018】また、本発明は、該信号の周波数帯域と異
なる周波数で、該リング共振器型半導体レーザーを駆動
する電圧あるいは電流を変調させることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that a voltage or a current for driving the ring resonator type semiconductor laser is modulated at a frequency different from the frequency band of the signal.
【0019】また、本発明は、圧電素子を用いて、該リ
ング共振器型半導体レーザーに、右回りあるいは左回り
の回転を与えることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the ring resonator type semiconductor laser is rotated clockwise or counterclockwise using a piezoelectric element.
【0020】また本発明に係る半導体レーザーは、活性
層を挟み、該活性層よりも屈折率の低い低屈折率層側面
と該活性層面とのなす角αが、該低屈折率層の全周にわ
たり75°≦α≦105°を満たすことを特徴とする。Further, in the semiconductor laser according to the present invention, the angle α between the side surface of the low refractive index layer having a lower refractive index than the active layer and the surface of the active layer sandwiching the active layer is determined by the entire circumference of the low refractive index layer. Over a range of 75 ° ≦ α ≦ 105 °.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】まず、図1を参照し、本発明に関
する半導体レーザーを用いた角速度の検出方法について
説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a method for detecting an angular velocity using a semiconductor laser according to the present invention will be described with reference to FIG.
【0022】図1の100は半導体レーザーを、101
は活性層、102は基板、103はアノード及び、アノ
ードより引出された線、104はカソードを示す。10
5は電気端子である。なお、活性層101は、クラッド
層で挟まれている。アノード103から、電流を注入す
ることによりリング状に導波するレーザー光が選択的に
増幅され、閾値を超えることによりレーザー発振が起こ
る。In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a semiconductor laser;
Denotes an active layer, 102 denotes a substrate, 103 denotes an anode, a line drawn from the anode, and 104 denotes a cathode. 10
5 is an electric terminal. Note that the active layer 101 is sandwiched between cladding layers. A laser beam guided in a ring shape is selectively amplified by injecting current from the anode 103, and laser oscillation occurs when the laser beam exceeds a threshold.
【0023】上記構成に係るリング共振器型レーザーで
は、周回状に光が伝搬し、右回りのレーザー光と、左回
りのレーザー光が存在する。該レーザーが静止していれ
ば、それぞれのレーザー光の発振周波数は等しい。しか
しながらレーザーを回転させた場合、右回りのレーザー
光と左回りのレーザー光の発振周波数に差が生じ、その
差Δfは、次式で与えられる。In the ring resonator type laser having the above configuration, light propagates in a circular manner, and there are clockwise laser light and counterclockwise laser light. If the laser is stationary, the oscillation frequency of each laser beam is equal. However, when the laser is rotated, a difference occurs between the oscillation frequencies of the clockwise laser light and the counterclockwise laser light, and the difference Δf is given by the following equation.
【0024】Δf=(4S/λL)Ω (1)Δf = (4S / λL) Ω (1)
【0025】ここで、Sは光路が囲む閉面積、λはレー
ザー光の発振波長、Lは光路長、Ωは回転の角速度であ
る。例えば、ガス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。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。Here, S is a closed area surrounded by the optical path, λ is the oscillation wavelength of the laser light, L is the optical path length, and Ω is the angular velocity of rotation. For example, in the case of a laser such as a gas laser or a semiconductor laser that causes a current to flow, there is a one-to-one correspondence between population inversion and laser impedance. If light interferes in the laser, the population inversion changes accordingly, and as a result, the impedance between the electrodes of the laser changes.
【0026】この変化の様子は、駆動電源として、定電
圧源を用いた場合はレーザーを流れる電流の変化として
現れ、また、定電流源を用いた場合は端子電圧の変化と
して現れることから、どちらの場合でも光の干渉の様子
を信号として取り出すことができる。より具体的には、
電流や電圧の周波数の変化としてビート信号が検出され
る。This state of change appears as a change in current flowing through the laser when a constant voltage source is used as a drive power source, and as a change in terminal voltage when a constant current source is used. In this case, the state of light interference can be extracted as a signal. More specifically,
A beat signal is detected as a change in the frequency of the current or the voltage.
【0027】定電圧源を用いる場合には、電池(バッテ
リー)を使用することができるため、駆動系の小型化、
軽量化が可能となる。When a constant voltage source is used, a battery (battery) can be used.
Weight reduction becomes possible.
【0028】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可能であ
る。この場合、端子電圧や素子に流れる電流を測定する
場合と異なり、駆動電源の雑音の影響が小さくなる。Of course, it is also possible to directly measure the change in impedance with an impedance meter. In this case, unlike the case where the terminal voltage or the current flowing through the element is measured, the influence of the noise of the driving power supply is reduced.
【0029】なお、半導体レーザーの端子電圧の変化を
検出する検出端子から、サージ雑音等が半導体レーザー
に入るのを防ぐ必要がある場合には、電圧変化を計測す
る回路と当該検出端子との間に保護回路を設けることが
好ましい。これにより、サージ雑音等による半導体レー
ザーの劣化及び破壊を防止することができる。If it is necessary to prevent surge noise or the like from entering the semiconductor laser from the detection terminal for detecting a change in the terminal voltage of the semiconductor laser, the circuit between the voltage change measurement circuit and the detection terminal is required. It is preferable to provide a protection circuit in the device. As a result, deterioration and destruction of the semiconductor laser due to surge noise or the like can be prevented.
【0030】本発明のように、リング共振器型レーザー
が、該リング共振器型レーザー内部の互いに逆回りに進
行するレーザー光の干渉によって生じるビートに起因す
る電流、電圧またはインピーダンスの変化を検出する端
子を備えることによって、この端子から回転に応じたビ
ート信号を取り出すことができる。従って、従来の光ジ
ャイロでは必須であった光検出器や光結合のための光学
系の省略が可能なジャイロが得られる。As in the present invention, a ring resonator type laser detects a change in current, voltage or impedance caused by a beat caused by interference of laser beams traveling in opposite directions inside the ring resonator type laser. By providing the terminal, a beat signal corresponding to the rotation can be extracted from the terminal. Therefore, it is possible to obtain a gyro that can omit a photodetector and an optical system for optical coupling, which are essential in the conventional optical gyro.
【0031】以下、より具体的に本発明について説明す
る。Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
【0032】図1において、106及び107は活性層
101を挟み、該活性層よりも屈折率の低い、低屈折率
層106、107を示している。In FIG. 1, low refractive index layers 106 and 107 sandwich the active layer 101 and have lower refractive indexes than the active layer.
【0033】例えば、活性層として1.55μm組成の
InGaAsPを、その上下に1.3μm組成のInG
aAsP光ガイド層、更にこれらを挟むようにInPク
ラッド層を形成する場合を考える。For example, InGaAsP having a composition of 1.55 μm is formed as an active layer, and InGaAsP having a composition of 1.3 μm is formed thereon.
Consider a case where an aAsP light guide layer and an InP clad layer are further formed so as to sandwich them.
【0034】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無い分だけ発振しきい値が
小さくて済むので、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。Since a semiconductor and air have different refractive indexes, reflection occurs at the interface. Assuming that the refractive index of the semiconductor is 3.5,
When the angle between the normal to the interface and the laser beam is 16.6 degrees or more, total reflection occurs. In the mode that receives total reflection, the oscillation threshold value can be reduced by the amount corresponding to the absence of the mirror loss as compared with the other modes, so that oscillation starts at a low injection current level. Moreover, since the gain is concentrated in this oscillation mode, oscillation in other modes is suppressed.
【0035】ところで、活性層101で発生するレーザ
ー光の大半は、光ガイド層やクラッド層などの活性層よ
りも屈折率の低い低屈折率層にしみ出しており、活性層
に光が閉じ込められる割合は、わずかである。Most of the laser light generated in the active layer 101 seeps into a low-refractive-index layer having a lower refractive index than the active layer, such as a light guide layer and a clad layer, so that light is confined in the active layer. The percentage is small.
【0036】例えば、1.55μm組成のInGaAs
P活性層を、1.3μm組成のInGaAsP光ガイド
層及びIuPクラッド層で挟み込んだ場合、活性層を光
ガイド層にレーザー光が閉じ込められる割合は、10%
以下である。For example, InGaAs having a composition of 1.55 μm
When the P active layer is sandwiched between the InGaAsP light guide layer and the IuP clad layer having a composition of 1.3 μm, the ratio of confining the active layer to the light guide layer by laser light is 10%.
It is as follows.
【0037】従って、光の損失を防ぎ、より低電流ある
いは低電圧駆動を可能とするには、上述の低屈折率層1
06、107における光の損失を低減することが必要に
なってくる。Therefore, in order to prevent loss of light and enable lower current or lower voltage driving, the above-described low refractive index layer 1 is used.
It is necessary to reduce the loss of light at 06 and 107.
【0038】具体的には、活性層101を挟む低屈折率
層側面と、該活性層面のなす角α1,α2(図2)が、 75°≦α1,α2≦105° 好ましくは、80°≦α1,α2≦100° 更に好ましくは、85°≦α1,α2≦95°であればよ
い。Specifically, the angles α 1 and α 2 (FIG. 2) formed by the side surface of the low refractive index layer sandwiching the active layer 101 and the active layer surface are 75 ° ≦ α 1 and α 2 ≦ 105 °. , 80 ° ≦ α 1 , α 2 ≦ 100 °, more preferably 85 ° ≦ α 1 , α 2 ≦ 95 °.
【0039】かかる条件を満たすことにより、該低屈折
率層の側面が実質的に全反射面となり該低屈折率層10
6、107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。とくに、活
性層101の厚さが、レーザー光の波長程度である場合
は、とりわけ上述のα1,α2の条件を満たすことが必要
となる。すなわち、InP系やGaAs系の場合、活性
層厚が2μm以下の場合には、上述のα1,2の条件が必
要となる。By satisfying such a condition, the side surface of the low refractive index layer becomes substantially a total reflection surface and the low refractive index layer 10
Since the loss of light (evanescent light) leaking to 6, 107 can be prevented, the semiconductor laser can be driven with lower current (or lower voltage). In particular, when the thickness of the active layer 101 is about the wavelength of a laser beam, it is necessary to satisfy the above-described conditions α 1 and α 2 . That is, in the case of the InP system or the GaAs system, when the active layer thickness is 2 μm or less, the above conditions of α 1,2 are required.
【0040】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。Of course, it is also preferable that the side surface of the semiconductor laser is a total reflection surface. It is preferable that the angle formed by 90% or more of the light exuding region on the total reflection surface with the active layer surface is within the above range.
【0041】とくに、低屈折率層の全周にわたる側面
が、上述のα1,α2の条件を満たしていることが好まし
い。In particular, it is preferable that the side surface over the entire circumference of the low refractive index layer satisfies the above-mentioned conditions of α 1 and α 2 .
【0042】また、表面粗れによる光の損失を防ぐた
め、活性層101を挟む低屈折率層側面の面精度は、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以下であ
る。In order to prevent light loss due to surface roughness, the surface accuracy of the side surface of the low refractive index layer sandwiching the active layer 101 is determined by the wavelength in the medium in the active layer (wavelength in vacuum / equivalent refractive index of the medium). It is preferably 1/2 or less, more preferably 1/3 or less. Specifically, in the case of an InP system (wavelength: 1.55 μm, equivalent refractive index of the medium: 3.6), the thickness is about 0.22 μm or less, preferably 0.14 μm or less.
【0043】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。In the case of a GaAs system (wavelength: 0.85 μm, equivalent refractive index of the medium: 3.6), it is about 0.12 μm or less, preferably 0.08 μm or less.
【0044】なお、この「面精度」とは、層の側面の平
坦性すなわち、面内での高低さを示すものである。この
面精度は、半導体レーザーが円形の場合は真円からのズ
レと考えることもできる。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。The "surface accuracy" indicates the flatness of the side surface of the layer, that is, the height within the surface. This surface accuracy can be considered as a deviation from a perfect circle when the semiconductor laser is circular. Of course, it is desirable that not only the side surface of the low refractive index layer but also the side surface of the active layer be in the above range.
【0045】また、本発明に係るジャイロは、前記リン
グ共振器型レーザーから生じたエバネッセント光のしみ
出し距離範囲内に、反射体を設けないことを特徴とす
る。Further, the gyro according to the present invention is characterized in that no reflector is provided within the exudation distance range of the evanescent light generated from the ring resonator type laser.
【0046】上記構成において、もしエバネッセント光
のしみ出し距離以内に反射体が存在すると、反射体とレ
ーザーとが光学的に結合し、レーザーから見ると損失と
なるだけでなく、反射体からレーザーへの戻り光が存在
し、雑音源となる。In the above configuration, if a reflector exists within the exudation distance of the evanescent light, the reflector and the laser are optically coupled to each other, causing not only a loss from the viewpoint of the laser but also a loss from the reflector to the laser. Return light exists and becomes a noise source.
【0047】これとは逆に、本発明のようにレーザーの
エバネッセント光のしみ出し距離以内に反射体が存在し
なければ、レーザーは光学的に他の反射体と独立とな
り、レーザー外部の影響による損失がなくなるだけでな
く、戻り光雑音も存在しないことから、結合による損失
や戻り光雑音を著しく改善できる。On the contrary, if the reflector does not exist within the exudation distance of the evanescent light of the laser as in the present invention, the laser becomes optically independent of the other reflectors and is affected by the external influence of the laser. In addition to eliminating loss, there is no return optical noise, so that loss due to coupling and return optical noise can be significantly improved.
【0048】本発明に係るジャイロの操作方法は、上述
した構成からなるジャイロにおいて、前記端子から検出
された前記電流、電圧又はインピーダンスの変化を、前
記リング共振型レーザーに印加された角速度の大きさを
求める信号として用いることを特徴とする。より具体的
には、電流、電圧等の周波数変化を検出する。この構成
によれば、従来の光ジャイロは必須であった光検出器や
光結合のための光学系が不要となるので、これらの構成
物に起因する結合損失や戻り光雑音の問題を解消でき
る、ジャイロの操作方法を提供できる。In the gyro operating method according to the present invention, in the gyro having the above-described configuration, the change in the current, voltage or impedance detected from the terminal is determined by the magnitude of the angular velocity applied to the ring resonant laser. Is used as a signal for determining More specifically, a frequency change such as a current or a voltage is detected. According to this configuration, the conventional optical gyro does not require a photodetector and an optical system for optical coupling, which were essential, and thus can solve the problems of coupling loss and return optical noise caused by these components. , Gyro operation method can be provided.
【0049】上記操作方法では、ビートに起因する端子
電圧、電流、インピーダンス等の変化による前記信号の
周波数帯域と異なる周波数で前記リング共振器型レーザ
ーを駆動する電圧あるいは電流を変調させる事も好まし
いものである。In the above operation method, it is also preferable that the voltage or current for driving the ring resonator type laser is modulated at a frequency different from the frequency band of the signal due to a change in terminal voltage, current, impedance or the like caused by the beat. It is.
【0050】上述した構成からなるジャイロにおいて、
該ジャイロを回転させると、右回りのレーザー光と左回
りのレーザー光の発振周波数に差が現れ、その差Δfは
式(1)で与えられるが、発振周波数の差Δfが小さい
場合には、レーザー媒質の非線形性のために、発振周波
数が引き込まれ、Δf=0となってしまう、通称ロック
インという現象が発生する場合がある。In the gyro having the above configuration,
When the gyro is rotated, a difference appears in the oscillation frequency between the clockwise laser light and the counterclockwise laser light, and the difference Δf is given by Expression (1). When the difference Δf in the oscillation frequencies is small, Due to the non-linearity of the laser medium, the oscillation frequency is pulled in, so that a phenomenon called lock-in, in which Δf = 0, may occur.
【0051】しかし、上記構成に示すように、常に発振
周波数の差Δfが変動する状態にしておけば、ロックイ
ン現象を回避することができるからである。However, as shown in the above configuration, the lock-in phenomenon can be avoided if the difference Δf between the oscillation frequencies is always fluctuated.
【0052】従来、上記ロックイン現象を回避する方法
としてディザ(微小振動)をかける方法が用いられてい
るが、これは式(1)において、角速度Ωを変調したこ
とに相当する。Conventionally, a method of applying dither (small vibration) has been used as a method of avoiding the lock-in phenomenon, which corresponds to the modulation of the angular velocity Ω in equation (1).
【0053】例えば、半導体レーザーでは、電流の大き
さによって発振波長が変動する現象が知られている。こ
れは、電流によって半導体の屈折率が変化するからであ
る。For example, in a semiconductor laser, it is known that the oscillation wavelength varies depending on the magnitude of the current. This is because the refractive index of the semiconductor changes according to the current.
【0054】したがって、半導体レーザーを電流変調す
ることによって、式(1)のλを変調することができ、
この結果いつもΔfが変動する状態を作り出すことがで
きる。Therefore, by modulating the current of the semiconductor laser, λ of the equation (1) can be modulated.
As a result, a state in which Δf always fluctuates can be created.
【0055】しかも、信号周波数と異なる帯域の周波数
で変調することによって、信号に悪影響を与えることな
く、ロックインを避けることができる。Further, by modulating the signal at a frequency in a band different from the signal frequency, lock-in can be avoided without adversely affecting the signal.
【0056】もちろん、直列抵抗を介して電圧を変調し
ても、半導体レーザーに流れる電流が変調されるので、
同じ効果が得られる。Of course, even if the voltage is modulated via the series resistor, the current flowing through the semiconductor laser is modulated,
The same effect is obtained.
【0057】また、ガスレーザーの場合でも電流あるい
は電圧を変調することで、共振器のQ値が変動するた
め、発振波長が変調される。これは、ガスレーザーの発
振波長が原子、分子、あるいはイオンの共鳴遷移のQ値
と共振器のQ値によって決まるためで、この現象は、発
振波長の引き寄せとして知られている。Further, even in the case of a gas laser, by modulating the current or the voltage, the Q value of the resonator fluctuates, so that the oscillation wavelength is modulated. This is because the oscillation wavelength of the gas laser is determined by the Q value of the resonance transition of atoms, molecules, or ions and the Q value of the resonator, and this phenomenon is known as drawing of the oscillation wavelength.
【0058】また上記操作方法では、前記信号の周波数
帯域と異なる周波数で前記リング共振型レーザーを備え
たジャイロに振動を印加し、該振動に同期させて前記端
子から信号を検出することにより、振動の方向と端子電
圧の大小関係の対応をつけることができる。例えば、右
回りの回転方向に振動を与えたとき、ジャイロが右回り
の回転を受けていれば端子電圧は大きくなり、逆に左回
りの回転を受けていれば、端子電圧は小さくなる。した
がって、ジャイロが右回りに回転しているのか、左回り
に回転しているかを識別することが可能となる。しか
も、信号周波数と異なる帯域の周波数で変調することに
よって、信号に悪影響を与えることなく、回転の方向を
検知できる。Further, in the above operating method, vibration is applied to a gyro provided with the ring-resonant laser at a frequency different from the frequency band of the signal, and a signal is detected from the terminal in synchronization with the vibration, thereby obtaining a vibration. And the magnitude of the terminal voltage can be correlated. For example, when a vibration is applied in the clockwise rotation direction, the terminal voltage increases when the gyro receives clockwise rotation, and conversely, decreases when the gyro receives counterclockwise rotation. Therefore, it is possible to identify whether the gyro is rotating clockwise or counterclockwise. Moreover, by modulating the signal at a frequency in a band different from the signal frequency, the direction of rotation can be detected without adversely affecting the signal.
【0059】以下では、本発明に係るジャイロ及びその
操作方法の構成並びにその作用について、図面を参照し
て説明する。Hereinafter, the configuration and operation of the gyro according to the present invention and its operating method will be described with reference to the drawings.
【0060】(第1の実施の形態)図3は、本発明に係
る、周回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備
えたジャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、
レーザーとし四角柱状の半導体レーザーを用いた場合を
示す。図3において、305は電気端子、303はアノ
ード、304はカソード、300は四角柱状の半導体レ
ーザー、301は半導体レーザーを構成する活性層、3
02は半導体レーザーを載置する基板である。そして、
306及び307は、活性層301よりも屈折率の低い
低屈折率層である。(First Embodiment) FIG. 3 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention.
The case where a quadrangular prism-shaped semiconductor laser is used as the laser is shown. In FIG. 3, reference numeral 305 denotes an electric terminal, 303 denotes an anode, 304 denotes a cathode, 300 denotes a semiconductor laser having a rectangular column shape, 301 denotes an active layer constituting the semiconductor laser,
Reference numeral 02 denotes a substrate on which a semiconductor laser is mounted. And
306 and 307 are low refractive index layers having a lower refractive index than the active layer 301.
【0061】そして、活性層を挟む、低屈折率層側面3
06と活性層301の層面とのなす角が75°以上10
5°以下となるように素子を形成する。Then, the side surface 3 of the low refractive index layer sandwiching the active layer
06 and the layer surface of active layer 301 are at least 75 ° and 10
The element is formed so as to have an angle of 5 ° or less.
【0062】具体的には、半導体レーザーを構成する各
層を堆積させた後前述の従来技術のように、全反射コー
ナーミラーとなる部分のみをエッチングにより取り除く
のではなく、レーザーの側面全面を除去(例えば、エッ
チング)して素子を構成する。Specifically, after depositing each layer constituting the semiconductor laser, not only the portion which becomes the total reflection corner mirror is removed by etching as in the above-mentioned prior art, but the entire side surface of the laser is removed ( The element is formed by, for example, etching.
【0063】すなわち、図4に示すように各層を形成
し、側面全面をエッチングし、図5に示すように四角柱
状のレーザーを作製する。図6は、それを上面から見た
図である。エッチングの方法としては、ウェットエッチ
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(RIBE)を用いることが
できる。もちろん、図7に示すようにコーナー部を設け
てもよい。本発明のように活性層を挟む低屈折率層側面
全面を除去することで、作製プロセスの簡略化ができ
る。That is, each layer is formed as shown in FIG. 4 and the entire side surface is etched to produce a square-pillar laser as shown in FIG. FIG. 6 is a view of the same as viewed from above. As an etching method, wet etching, gas etching, plasma etching, sputter etching, reactive ion etching (RIE), and reactive ion beam etching (RIBE) can be used. Of course, a corner portion may be provided as shown in FIG. By removing the entire side surface of the low refractive index layer sandwiching the active layer as in the present invention, the manufacturing process can be simplified.
【0064】また、前述の角度条件を満たすことによ
り、光損失を防止し、低駆動電力でレーザーを発振させ
ることができる。すなわち、低屈折率層の全周の側面
に、実質的に全反射面が形成されていることになる。そ
して、半導体レーザー300を、定電流で駆動し、素子
にかかる電圧変化を電気端子305より検出すること
で、物体の回転検知が可能なジャイロを構成することが
できる。By satisfying the above-mentioned angle condition, light loss can be prevented and the laser can be oscillated with low driving power. That is, the total reflection surface is substantially formed on the entire peripheral side surface of the low refractive index layer. By driving the semiconductor laser 300 at a constant current and detecting a voltage change applied to the element from the electric terminal 305, a gyro capable of detecting the rotation of an object can be formed.
【0065】もちろん、定電圧駆動し、半導体レーザー
を流れる電流変化を検出したり、半導体レーザー自体の
インピーダンス変化を検出してもよい。Of course, constant voltage driving may be used to detect a change in current flowing through the semiconductor laser, or a change in impedance of the semiconductor laser itself.
【0066】また、半導体レーザーの検出端子に保護回
路をもうけることで半導体レーザーの劣化あるいは破壊
を防ぐことができる。保護回路として、ボルテージフォ
ロワ5005を接続した例を図8に示す。5000は、
半導体レーザー、5002は電流源、5001は電気抵
抗、5006は電圧検出回路を示す。Further, by providing a protection circuit at the detection terminal of the semiconductor laser, deterioration or destruction of the semiconductor laser can be prevented. FIG. 8 shows an example in which a voltage follower 5005 is connected as a protection circuit. 5000 is
A semiconductor laser, 5002 indicates a current source, 5001 indicates an electric resistance, and 5006 indicates a voltage detection circuit.
【0067】さて、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9や図10に示すように、定
電圧源として電池5003を用いると、駆動系の小型
化、軽量化につながる。When a constant voltage source is used as the power supply, the angular velocity of rotation can be measured as a change in the current flowing through the semiconductor laser. As shown in FIGS. 9 and 10, when the battery 5003 is used as the constant voltage source, the driving system can be reduced in size and weight.
【0068】図9では、半導体レーザーと直列に電気抵
抗を接続し、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。5007は電
圧計である。一方、図10では、半導体レーザーと直列
に電流計5008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。In FIG. 9, the electric resistance is connected in series with the semiconductor laser, and the current flowing through the semiconductor laser is measured as a change in the voltage across the electric resistance. 5007 is a voltmeter. On the other hand, in FIG. 10, an ammeter 5008 is connected in series with the semiconductor laser, and the current flowing through the semiconductor laser is measured directly.
【0069】また、定電流の種類に関わらず、直接イン
ピーダンスメーター5009で、半導体レーザーのイン
ピーダンスの変化を測定することもできる。5004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11に示す。Further, regardless of the type of the constant current, the impedance change of the semiconductor laser can be directly measured by the impedance meter 5009. 5004 is a power supply. In this case, unlike the case where the terminal voltage or the current flowing through the element is measured, the influence of the noise of the driving power supply is reduced. This example is shown in FIG.
【0070】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。Another circuit configuration for detecting a beat signal will be described.
【0071】図12に示すようにリング共振器型ガスレ
ーザー5000のアノードをバッファ用の演算増幅器5
005に接続する。そして、該増幅器5005から出力
される信号は、角速度に対応した周波数を有しているの
で、これを公知の周波数−電圧変換回路(F−V変換回
路)により電圧に変換して、回転を検知する。5004
は、定電流源である。As shown in FIG. 12, an anode of a ring resonator type gas laser 5000 is connected to an operational amplifier 5 for a buffer.
005. Since the signal output from the amplifier 5005 has a frequency corresponding to the angular velocity, the signal is converted into a voltage by a known frequency-voltage conversion circuit (FV conversion circuit) to detect rotation. I do. 5004
Is a constant current source.
【0072】もちろん、所望の特性が得られれば、演算
増幅器5005「ボルテージホロワ」は、省略すること
もできる。Of course, if desired characteristics can be obtained, the operational amplifier 5005 “voltage follower” can be omitted.
【0073】図13に、レーザーを定電流駆動し、レー
ザー5000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。FIG. 13 shows an example of a circuit diagram in which the laser is driven at a constant current, a change in the anode potential of the laser 5000 is read, and the rotation is detected.
【0074】レーザー5000のアノードは、保護抵抗
5001を介して、演算増幅器5015の出力端子に接
続され、レーザー5000のカソードは、演算増幅器5
015の反転入力端子に接続される。The anode of the laser 5000 is connected to the output terminal of the operational amplifier 5015 via the protection resistor 5001, and the cathode of the laser 5000 is connected to the operational amplifier 5
015 inverting input terminal.
【0075】また、抵抗5011は、演算増幅器501
5の反転入力端子と基準電位の間に接続されている。The resistor 5011 is connected to the operational amplifier 501.
5 between the inverting input terminal and the reference potential.
【0076】ここで、演算増幅器5015の非反転入力
端子にマイコン等から定電位(Vin)を与えるとその
電位と抵抗5011で求まる電流がレーザー5000に
流れる定電流ドライブ構成になる。レーザー5000の
アノードは、演算増幅器5005に接続される。Here, when a constant potential (Vin) is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 5015 from a microcomputer or the like, a constant current drive configuration in which the potential and the current determined by the resistor 5011 flow through the laser 5000 is adopted. The anode of the laser 5000 is connected to the operational amplifier 5005.
【0077】該演算増幅機5005は、信号Voutを
出力する。この信号は、角速度に比例したビート周波数
をもつので、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。The operational amplifier 5005 outputs a signal Vout. Since this signal has a beat frequency proportional to the angular velocity, the signal is converted into a voltage by a known frequency-voltage conversion circuit (FV conversion circuit) or the like, and rotation is detected.
【0078】図14に、リング共振器型レーザー500
0を定電圧駆動し、回転に伴うビート信号を検出する回
路構成の一例を示す。FIG. 14 shows a ring resonator type laser 500.
1 shows an example of a circuit configuration in which 0 is driven at a constant voltage and a beat signal accompanying rotation is detected.
【0079】図14は、リング共振器型レーザー500
0を定電圧駆動し、レーザーに流れる電流を電気抵抗5
001の電圧降下として読みだし、回転検知を行う回路
図の一例を示す。FIG. 14 shows a ring resonator type laser 500.
0 is driven at a constant voltage and the current flowing through the laser is
FIG. 9 shows an example of a circuit diagram which reads as a voltage drop of 001 and detects rotation.
【0080】レーザー5000のアノードは、抵抗50
01を介して、演算増幅器5015の出力端子に接続さ
れ、レーザー5000のカソードは、基準電位に接地さ
れている。The anode of the laser 5000 has a resistance of 50
01 is connected to the output terminal of the operational amplifier 5015, and the cathode of the laser 5000 is grounded to the reference potential.
【0081】マイコン等から、演算増幅器5015の反
転入力端子に定電位(Vin)を与えると、その電位が
常に抵抗5001とレーザー5000にかかる定電圧ド
ライブ構成になる。When a constant potential (Vin) is applied to the inverting input terminal of the operational amplifier 5015 from a microcomputer or the like, a constant voltage drive configuration in which the potential is always applied to the resistor 5001 and the laser 5000 is adopted.
【0082】電気抵抗5001は、バッファ用の演算増
幅器5005に接続される。該演算増幅器5005は、
信号Voutを出力する。この信号は、角速度に比例し
たビート周波数をもつので、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、電気抵抗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。The electric resistance 5001 is connected to an operational amplifier 5005 for a buffer. The operational amplifier 5005 is
The signal Vout is output. Since this signal has a beat frequency proportional to the angular velocity, the signal is converted into a voltage by a known frequency-voltage conversion circuit (FV conversion circuit) or the like, and rotation is detected. Of course, the rotation detection may be performed by directly inputting the signal of the electric resistance and the equipotential portion to the FV conversion circuit.
【0083】次に、図14と同じ定電圧ドライブ構成に
加え、減算回路5025を用いて、信号電位の基準をア
ースにとる場合を図15に示す。Next, FIG. 15 shows a case where the reference of the signal potential is taken to ground by using the subtraction circuit 5025 in addition to the constant voltage drive configuration as in FIG.
【0084】マイコン等から演算増幅器5015の反転
入力端子に定電位V1を与える。5000は、リング共
振器型レーザー、5005はボルテージフォロワ、50
01及び5026〜5029は電気抵抗であり、502
6と5027及び5028と5029の抵抗値をそれぞ
れ等しくしている。A constant potential V 1 is applied to the inverting input terminal of the operational amplifier 5015 from a microcomputer or the like. 5000 is a ring resonator type laser, 5005 is a voltage follower, 50
01 and 5026 to 5029 are electric resistances;
6 and 5027 and 5028 and 5029 have the same resistance.
【0085】電気抵抗5001の両端の電位V1,V2が
ボルテージフォロワ及び抵抗5026、5028を通し
て、該増幅器5030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5001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
リング共振器型レーザー5000に流れる電流変化を検
出できる。The potentials V 1 and V 2 at both ends of the electric resistor 5001 are connected to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the amplifier 5030 through a voltage follower and resistors 5026 and 5028. By doing so, the voltage V 2 −
A change in V 1 (= V 0 ) can be detected. That is, a change in current flowing through the ring resonator type laser 5000 can be detected.
【0086】得られる信号をF−V変換回路等を通し
て、回転を検知する。もちろん、いわゆる周波数カウン
タ回路等を用いることもできる。The rotation of the obtained signal is detected through an FV conversion circuit or the like. Of course, a so-called frequency counter circuit or the like can be used.
【0087】なお、図16に周波数−電圧変換回路(F
V変換回路)の例を示すが、もちろんこれに限定される
ものではない。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
(2)で表される。FIG. 16 shows a frequency-voltage conversion circuit (F
V conversion circuit), but the present invention is not limited to this. This circuit is composed of a transistor, a diode, a capacitor, and a resistor, and the output voltage V C2 is represented by Expression (2).
【0088】[0088]
【外1】 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,R0C2f<
1となるように回路パラメータを設計することで、式
(3)に示すように、 VC2=EiC1R0f ・・・(3) となり、ビート周波数に比例した電圧出力を得ることが
可能となる。[Outside 1] Here, E i is the peak-to-peak value of the input voltage, and f is the beat frequency. C 2 >> C 1 , R 0 C 2 f <
By designing the circuit parameters to be 1, V C2 = E i C 1 R 0 f (3) as shown in equation (3), and a voltage output proportional to the beat frequency is obtained. Becomes possible.
【0089】さて、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0.074μmである。エバネッセント光の強度は指
数関数的に減衰し(しみ出し距離は、電界振幅が1/e
に減衰する距離である)、余裕を見て反射体となりうる
ものから10μmも離せば、戻り光の影響は無視でき
る。すなわち、上述した構成例は、図3の半導体レーザ
ー300の四角柱の界面から10μm以内に反射体が存
在しない場合の例であり、戻り光雑音の影響は受けな
い。When total reflection occurs, there is evanescent light traveling along the interface. When the oscillation wavelength is 1.55 μm, the exudation distance of the evanescent light is 0.074 μm. The intensity of the evanescent light attenuates exponentially.
If it is 10 μm away from a reflector that can be considered with a margin, the effect of the return light can be neglected. That is, the above-described configuration example is an example in the case where the reflector does not exist within 10 μm from the interface of the quadrangular prism of the semiconductor laser 300 in FIG. 3, and is not affected by the return light noise.
【0090】また、ビート信号の周波数と異なる帯域の
周波数で注入電流を変調することも好ましい。この場
合、信号に悪影響を与えることを防止できる。It is also preferable to modulate the injection current at a frequency in a band different from the frequency of the beat signal. In this case, it is possible to prevent the signal from being adversely affected.
【0091】たとえば注入電流を振幅0.1mA、周波
数2kHzで変調しておくことにより、ビート周波数が
1Hzを切るような小さい周波数に応じた回転の際にも
ロックイン現象が生じることのない光ジャイロを構成す
ることもできる。For example, by modulating the injection current with an amplitude of 0.1 mA and a frequency of 2 kHz, an optical gyro that does not cause a lock-in phenomenon even at the time of rotation according to a frequency as small as a beat frequency of less than 1 Hz. Can also be configured.
【0092】なお、本実施形態に適用可能な活性層の材
料としては、GaAs、InP、ZnSe、AlGaA
s、InGaAsP、InGaAlP、InGaAs
P、GaAsP、InGaAsSb、AlGaAsS
b、InAsSbP、PbSnTe、GaN、GaAl
N、InGaN、InAlGaN、GaInP、GaI
nAs、SiGe系、等が挙げられる。The active layer material applicable to this embodiment is GaAs, InP, ZnSe, AlGaAs.
s, InGaAsP, InGaAlP, InGaAs
P, GaAsP, InGaAsSb, AlGaAsS
b, InAsSbP, PbSnTe, GaN, GaAl
N, InGaN, InAlGaN, GaInP, GaI
nAs, SiGe, and the like.
【0093】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。具体的な活性層とクラ
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)、PbSnS
eTe(活性層)/PbSeTe(クラッド層)、Pb
EuSeTe(活性層)/PbEuSeTe、PbEu
SeTe(活性層)/PbTe(クラッド層)、InG
aAsSb(活性層)/GaSb(クラッド層)、Al
InAsSb(活性層)/GaSb(クラッド層)、I
nGaAsP(活性層)/InP(クラッド層)、Al
GaAs(活性層)/AlGaAs(クラッド層)、A
lGaInP(活性層)/AlGaInP(活性層)を
用いることができる。As the cladding layer, those applicable to the above-mentioned active layer can be used. As a specific combination of the active layer and the cladding layer, for example, PbSnTe
(Active layer) / PbSeTe (cladding layer), PbSnS
eTe (active layer) / PbSeTe (cladding layer), Pb
EuSeTe (active layer) / PbEuSeTe, PbEu
SeTe (active layer) / PbTe (cladding layer), InG
aAsSb (active layer) / GaSb (cladding layer), Al
InAsSb (active layer) / GaSb (cladding layer), I
nGaAsP (active layer) / InP (cladding layer), Al
GaAs (active layer) / AlGaAs (cladding layer), A
1GaInP (active layer) / AlGaInP (active layer) can be used.
【0094】また、半導体レーザーの構成としては、活
性属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。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。Further, the configuration of the semiconductor laser is not limited to the bulk type, and the active group may be a single quantum well structure (SQ
W) and a multiple quantum well structure (MQW). When using a quantum well laser,
It is also preferable to adopt a strained quantum well structure. For example, an active layer is formed by eight InGaAsP quantum wells having a compressive strain of about 1% and a barrier layer of InGaAsP. Of course, an MIS structure can also be used.
【0095】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。The substrate may be any substrate on which a desired material can be grown, and may be a GaAs substrate, an InP substrate, a GaSb substrate, an InAs substrate, a PbTe substrate, a Ga
A compound semiconductor such as an N substrate, a ZnSe substrate, or a ZnS substrate, a SiC substrate, a 4H-SiC substrate, a 6H-SiC substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, an SOI substrate, or the like can be used.
【0096】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)等を用いることができる。For forming an active layer and the like of a semiconductor laser, liquid phase epitaxy (LPE method), molecular beam epitaxy (MBE)
Method), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD, MOVPE)
Method), atomic layer growth method (ALE method), metalorganic molecular beam epitaxy (MOMBE), chemical beam epitaxy (CB)
E) can be used.
【0097】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。もちろん、これらに限定されるものではない。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。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。例えば、I
nGaAsP(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。As the anode electrode, Cr / Au, Ti
/ Pt / Au, AuZn / Ti / Pt / Au or the like can be used. AuGe / Ni as the cathode electrode
/ Au and AuSn / Mo / Au can be used. Of course, it is not limited to these. Further, the arrangement of the electrodes can be appropriately reversed from that shown in the drawings according to the conductivity of the substrate, the active layer, and the like. The same applies to other embodiments. It is also preferable to form a cap layer (contact layer) for reducing contact resistance with an electrode on the clad layer, and then form the above-mentioned electrode material on the cap layer. For example, I
nGaAsP (active layer) / P-type InP (cladding layer) /
This is a configuration of P-type InGaAsP (cap layer) / electrode.
【0098】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。Although the cathode electrode is shown below the substrate in the drawings, the arrangement of the anode and the cathode may be reversed depending on the type of the substrate.
【0099】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。It is also preferable to mount a semiconductor laser chip on a heat radiating material (heat sink) in order to prevent the semiconductor laser from affecting the heat. As a heat sink material, Cu, Si, SiC,
AlN, diamond, or the like can be used. Of course, it is not limited to these. Further, if necessary, a Peltier element can be used for temperature control.
【0100】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)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 、SiN、A
l2 O3 、Si3 N4 などの絶縁膜やアモルファスシリ
コン(α−Si)などを用いることができる。An insulating film (coating film) is formed on the side surface (in a region where light exists) of the semiconductor laser so as to ensure that the semiconductor laser becomes a total reflection surface or to prevent deterioration. Is also preferred.
As the coating material, SiO 2 , SiN, A
An insulating film such as l 2 O 3 or Si 3 N 4 or amorphous silicon (α-Si) can be used.
【0101】(第2の実施の形態)図17は、本発明に
係る、周回状に光が伝搬するリンク共振器型レーザーを
備えたジャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であ
り、レーザーとして用いる半導体レーザーの形状を円柱
状として点が第1の実施の形態(図3)と異なる。他の
点は、第1の実施の形態と同様とした。なお、301は
活性層、306及び307は活性層301を挟む低屈折
率層である。本実施形態においても、活性層301の層
面と低屈折率層とのなす角α1,α2が75°≦α1,α2
≦105°のときに、低電流駆動が可能となる。(Second Embodiment) FIG. 17 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a link resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention. The difference from the first embodiment (FIG. 3) is that the semiconductor laser used as the laser has a cylindrical shape. The other points were the same as in the first embodiment. Note that 301 is an active layer, and 306 and 307 are low refractive index layers sandwiching the active layer 301. Also in the present embodiment, the angles α 1 and α 2 between the layer surface of the active layer 301 and the low refractive index layer are 75 ° ≦ α 1 and α 2
When ≦ 105 °, low-current driving becomes possible.
【0102】なお、図18は、駆動電流0.5mAでビ
ート信号が得られた場合の、半導体レーザーのFE−S
EMによる断面図である。FIG. 18 shows the FE-S of the semiconductor laser when a beat signal is obtained at a drive current of 0.5 mA.
It is sectional drawing by EM.
【0103】図18において、401は活性層(1.5
5μmの組成のInGaAsP)、422及び423は
光ガイド層(1.3μm組成のInGaAsP)、40
6,407はクラッド層(InP)である。In FIG. 18, reference numeral 401 denotes an active layer (1.5
InGaAsP having a composition of 5 μm), 422 and 423 are optical guide layers (InGaAsP having a composition of 1.3 μm), 40
6,407 is a cladding layer (InP).
【0104】該活性層面とクラッド層406,407の
なす角を測定したところ、α1=80°,α2=103°
であった。When the angle between the active layer surface and the cladding layers 406 and 407 was measured, α 1 = 80 ° and α 2 = 103 °.
Met.
【0105】なお、半導体レーザーの側面形成は、RI
BEを用いて行った。具体的には、材料系はInP基板
上に成長したInP,InGaAsPである。The side surface of the semiconductor laser is formed by RI
Performed using BE. Specifically, the material system is InP or InGaAsP grown on an InP substrate.
【0106】基板温度を200℃とし、塩素ガスをエッ
チングガスとして用いた。塩素ガスの圧力は、2×10
-4Torr,マイクロ波のパワーは120W,塩素イオ
ンの引き出し電圧は500Vである。The substrate temperature was set to 200 ° C., and chlorine gas was used as an etching gas. The pressure of chlorine gas is 2 × 10
-4 Torr, microwave power was 120 W, and chlorine ion extraction voltage was 500 V.
【0107】この条件において、エッチングレートは
1.2μm/min.であった。Under these conditions, the etching rate is 1.2 μm / min. Met.
【0108】更に、低屈折率層の面精度と駆動電流との
関係を調べたところ、図19に示すように、真円にかな
り近い場合(図19において、真円と比較した誤差の最
大値は、0.14μm)は、4mAの駆動電流でビート
信号が得られたが、図20のように真円と比較した誤差
の最大値が0.4μm(媒質内波長の3分の1より大き
い)とき、ビート信号は得られなかった。Further, the relationship between the surface accuracy of the low refractive index layer and the driving current was examined. As shown in FIG. 19, when the relationship was very close to a perfect circle (in FIG. 19, the maximum value of the error compared to the perfect circle was shown). Is 0.14 μm), a beat signal was obtained with a drive current of 4 mA, but the maximum value of the error compared to a perfect circle was 0.4 μm (greater than one third of the wavelength in the medium) as shown in FIG. At that time, no beat signal was obtained.
【0109】なお素子直径は、どちらも13.4μmで
ある。なお、媒質内波長とは、半導体レーザーの真空中
での発振波長を媒質の等価屈折率で除した値である(た
とえば、InGaAsPの場合、発振波長1.55μ
m、媒質の等価屈折率3.6なので、媒質内波長は約
0.43μmとなる)。The element diameter is 13.4 μm in both cases. The wavelength in the medium is a value obtained by dividing the oscillation wavelength of the semiconductor laser in a vacuum by the equivalent refractive index of the medium (for example, in the case of InGaAsP, the oscillation wavelength is 1.55 μm).
m, the equivalent refractive index of the medium is 3.6, so that the wavelength in the medium is about 0.43 μm).
【0110】また、活性層がGaAsあるいはAlGa
Asの場合、発振波長0.85μm、媒質の等価屈折率
3.6なので、媒質内波長は、約0.24μmとなる。The active layer is made of GaAs or AlGa.
In the case of As, since the oscillation wavelength is 0.85 μm and the equivalent refractive index of the medium is 3.6, the wavelength in the medium is about 0.24 μm.
【0111】(第3の実施の形態)図21は、本発明に
係る、周回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを
備えたジャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であ
り、レーザーとして用いる半導体レーザーの形状を四角
柱状に代えて三角柱状とした点が第1の実施の形態と異
なる。他の点は、第1の実施の形態と同様である。(Third Embodiment) FIG. 21 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention. The difference from the first embodiment is that the semiconductor laser used as the laser is triangular prism instead of square prism. The other points are the same as in the first embodiment.
【0112】図21中、300は半導体レーザー、30
1は活性層、302は基板、303はアノード、305
は電気端子であり、活性層301が低屈折率層306、
307で挟まれている。In FIG. 21, reference numeral 300 denotes a semiconductor laser;
1 is an active layer, 302 is a substrate, 303 is an anode, 305
Is an electric terminal, and the active layer 301 is a low refractive index layer 306;
307.
【0113】本実施形態においても、活性層面と低屈折
率層側面とのなす角α1,α2が75°≦α1,α2≦10
5°を満たすように形成することで、低電流あるいは低
電圧駆動でビート信号を得ることができる。Also in this embodiment, the angles α 1 and α 2 between the active layer surface and the low refractive index layer side surface are 75 ° ≦ α 1 and α 2 ≦ 10.
By forming so as to satisfy 5 °, a beat signal can be obtained with low current or low voltage driving.
【0114】なお、第1〜第3の実施の形態では、半導
体レーザーが円柱状、四角柱状あるいは三角柱状の場合
を示したが、リング共振器型レーザーの形態を構成しさ
えすれば、その形状に制限はない。例えば、柱状ではな
く、円盤状などの形状であってもよい。In the first to third embodiments, the case where the semiconductor laser is cylindrical, quadrangular, or triangular is shown. However, as long as the semiconductor laser has the form of a ring resonator type laser, its shape can be changed. There are no restrictions. For example, the shape may be a disk shape instead of a column shape.
【0115】図22は、本発明に係る、周回状に光が伝
搬するリング共振器型レーザーを備えたジャイロの他の
一例を示す模式的な斜視図であり、レーザーとして用い
る半導体レーザーを形成した基板302に、圧電素子3
50を備えている。FIG. 22 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention, and a semiconductor laser used as a laser is formed. The piezoelectric element 3 is provided on the substrate 302.
50.
【0116】上記構成によれば、圧電素子350に周波
数20kHzの電圧を加えることによって、ジャイロを
構成する半導体レーザー300に右回りと左回りの回転
を与えることができる。端子305から圧電素子350
に加えた電圧と同期した信号を検出することで、右回り
の回転と左回りの回転を識別することが可能となる。例
えば、右回りの回転方向に振動を与えたとき、半導体レ
ーザー300が右回りの回転を受けていれば端子電圧は
大きくなり、逆に左回りの回転を受けていれば、端子電
圧は小さくなる。しかも、信号周波数と異なる帯域の周
波数で変調することによって、信号に悪影響を与えるこ
となく、回転の方向を検知できる。圧電素子とてして
は、例えばPZT、ニオブ酸鉛等の圧電セラミックスや
圧電高分子をもって構成する。According to the above configuration, by applying a voltage having a frequency of 20 kHz to the piezoelectric element 350, the clockwise and counterclockwise rotations can be given to the semiconductor laser 300 constituting the gyro. From the terminal 305 to the piezoelectric element 350
By detecting a signal synchronized with the voltage applied to the clock signal, clockwise rotation and counterclockwise rotation can be distinguished. For example, when vibration is applied in the clockwise direction, the terminal voltage increases when the semiconductor laser 300 receives clockwise rotation, and conversely, the terminal voltage decreases when the semiconductor laser 300 receives counterclockwise rotation. . Moreover, by modulating the signal at a frequency in a band different from the signal frequency, the direction of rotation can be detected without adversely affecting the signal. The piezoelectric element is made of, for example, a piezoelectric ceramic such as PZT or lead niobate, or a piezoelectric polymer.
【0117】(実施例1)図23は、周回状に光が伝搬
するリング共振器型レーザー3000を備えたジャイロ
を上面から見た場合の模式図である。四角形の導波路構
造を有するものである。XX′での断面図を図24に示
す。3001は活性層、3022は光ガイド層、300
2は基板、3003はアノード、3004はカソード、
3005は電気端子、3006及び3007はクラッド
層(低屈折率層)、3040はキャップ層である。以
下、具体的に本リングレーザーの作製方法について示
す。(Example 1) FIG. 23 is a schematic view of a gyro provided with a ring resonator type laser 3000 in which light propagates in a circular shape when viewed from above. It has a rectangular waveguide structure. FIG. 24 shows a cross-sectional view taken along XX '. 3001 is an active layer, 3022 is a light guide layer, 300
2 is a substrate, 3003 is an anode, 3004 is a cathode,
3005 is an electric terminal, 3006 and 3007 are cladding layers (low refractive index layers), and 3040 is a cap layer. Hereinafter, a method for manufacturing the present ring laser will be specifically described.
【0118】まず図25に示す構成を有する基体を用意
する。n−GaAs基板3002上に、Al0.3 Ga
0.7 As/GaAsの3層からなる多重量子井戸構造の
活性層3001があり、この活性層を挟むようにAl
0.3 Ga0.7 Asの光ガイド層3022を設けている。
更にそれらを挟むようにクラッド層(3006はp−A
l 0.5 Gao.5 As、3007はn−Al0.5 Gao.5
As)が形成してある。3015は、n−GaAsから
なるバッファー層である。3040は、p−GaAsか
らなるキャップ層である。該キャップ層3040上にア
ノード3003となるCr/Au(またはTi/Pt/
Au)を形成する(図26)。そして、フォトレジスト
3060を塗布後、図27のようにパターニングする。
パターニングされたフォトレジスト3060をマスクに
アノード3003に対してドライエッチングを行う(図
28)。次に、半導体層をドライエッチングにより除去
し(図29)、そしてフォトレジストを剥離する(図3
0)。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。First, a base having the structure shown in FIG. 25 was prepared.
I do. On an n-GaAs substrate 3002, Al0.3 Ga
0.7 Of a multiple quantum well structure composed of three layers of As / GaAs
There is an active layer 3001, and Al is sandwiched between the active layers.
0.3 Ga0.7 An As light guide layer 3022 is provided.
Further, the cladding layer (3006 is p-A
l 0.5 Gao.5 As, 3007 is n-Al0.5 Gao.5
As) is formed. 3015 is from n-GaAs
Buffer layer. 3040 is p-GaAs
It is a cap layer composed of: A layer on the cap layer 3040
Cr / Au (or Ti / Pt /
Au) (FIG. 26). And photoresist
After applying 3060, patterning is performed as shown in FIG.
Using patterned photoresist 3060 as a mask
Dry etching is performed on the anode 3003 (see FIG.
28). Next, the semiconductor layer is removed by dry etching.
(FIG. 29), and the photoresist is removed (FIG. 3)
0). Here, the anode is annealed in a hydrogen atmosphere,
Alloy.
【0119】次に、必要に応じて基板研磨後、AuGe
Ni/Auからなるカソード3004を蒸着する(図3
1)。再度、水素雰囲気中でアニールし、アロイ化す
る。Next, if necessary, after polishing the substrate, AuGe
A cathode 3004 made of Ni / Au is deposited (FIG.
1). Anneal again in a hydrogen atmosphere to form an alloy.
【0120】図32は、図31中の領域は3091を拡
大したものである。活性層3001層面とクラッド層3
006、3007のなす角α1,α2は、75°≦α1,
α2≦105°を満たしていた。実際には、α1,=8
9.0°、α2=88.0°であった。こうして、図2
4に示されるリング共振器型半導体レーザーを有する光
ジャイロを作製した。FIG. 32 is an enlarged view of the area 3091 in FIG. Active layer 3001 layer surface and cladding layer 3
The angles α 1 and α 2 formed by 006 and 3007 are 75 ° ≦ α 1 ,
α 2 ≦ 105 ° was satisfied. Actually, α 1 , = 8
9.0 ° and α 2 = 88.0 °. Thus, FIG.
An optical gyro having the ring resonator type semiconductor laser shown in FIG.
【0121】1辺の長さが400μm、発振閾値は4m
Aであった。駆動電流5mAにしたところ、カメラの手
ぶれや、自動車の振動程度の毎秒30度程度の回転を与
えたところ、電極端子3005から電圧振幅100m
V、周波数860Hzの信号を得ることができた。The length of one side is 400 μm and the oscillation threshold is 4 m
A. When the driving current was set to 5 mA, the camera was shaken or the vehicle was rotated about 30 degrees per second, which was about the vibration of the automobile.
V and a signal of frequency 860 Hz could be obtained.
【0122】比較のため活性層3001と上下のクラッ
ド層とのなす角α1,α2が、様々である半導体レーザー
を作製した。For comparison, semiconductor lasers having various angles α 1 and α 2 between the active layer 3001 and the upper and lower clad layers were manufactured.
【0123】毎秒30度程度の回転に対してα1,α
2が、75°≦α1,α2≦105°の場合に、5mA以
下でビート信号が得られた。For rotations of about 30 degrees per second, α 1 , α
When 2 was 75 ° ≦ α 1 , α 2 ≦ 105 °, a beat signal was obtained at 5 mA or less.
【0124】しかしながら活性層面と低屈折率層側面と
のなす角が90°から±15°を超えると信号を生じて
いなかった。なお、本明細書において低屈折率層とはい
わゆるクラッド層をいうが、もちろん、光ガイド層をも
含めて低屈折率層とみなしてもよい。However, when the angle between the active layer surface and the side surface of the low refractive index layer exceeded 90 ° ± 15 °, no signal was generated. In the present specification, the low refractive index layer refers to a so-called clad layer, but may be regarded as a low refractive index layer including a light guide layer.
【0125】また、図23中の角度βは、45°±0.
01°の範囲内、好ましくは45°±0.001°の範
囲内である。他の角部に対応する箇所も同様である。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。もちろ
ん、他のプロセスにより半導体レーザーを作製する場合
にも、βは上述の範囲であることが望ましい。The angle β in FIG. 23 is 45 ± 0.
It is within the range of 01 °, preferably within the range of 45 ° ± 0.001 °. The same applies to the portions corresponding to the other corners. This is a condition necessary for the laser beam to return as close to the starting point as possible when making a round in the optical resonator. Of course, when a semiconductor laser is manufactured by another process, β is desirably within the above range.
【0126】図33は、図23中の角部3090を拡大
したものであるが、角部における面精度rは200Å以
下となるように作製することが好ましい。FIG. 33 is an enlarged view of the corner 3090 in FIG. 23, but it is preferable to manufacture the corner so that the surface accuracy r is 200 ° or less.
【0127】[0127]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るジャ
イロによれば、互いに逆回りの周回状の光が伝搬するリ
ング共振器型レーザーが、活性層面とそれを挟む低屈折
率層側面とのなる角を制御し、そして、回転に伴うビー
ト信号を検出することにより光損失の少ないリングレー
ザー、及びそれを用いたジャイロを提供できる。As described above, according to the gyro according to the present invention, the ring resonator type laser in which the circulating light of the opposite direction propagates is composed of the active layer surface and the low refractive index layer side surface sandwiching the active layer surface. By controlling the angle of rotation and detecting a beat signal accompanying rotation, a ring laser with small optical loss and a gyro using the same can be provided.
【図1】本発明に関するリング共振器型半導体レーザー
を用いた角速度の検出方法について説明する為の図であ
る。FIG. 1 is a diagram for explaining a method of detecting an angular velocity using a ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図2】本発明に係るリング共振器型半導体レーザーに
ついて説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図3】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーの模式的な斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーについて説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
レーザーについて説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a ring resonator type laser according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
レーザーについて説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a ring resonator type laser according to the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
レーザーについて説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a ring resonator type laser according to the first embodiment of the present invention.
【図8】本発明に係るビート信号を検出するための回路
図の一例である。FIG. 8 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal according to the present invention.
【図9】本発明に係るビート信号を検出するための回路
図の一例である。FIG. 9 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal according to the present invention.
【図10】本発明に係るビート信号を検出するための回
路図の一例である。FIG. 10 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal according to the present invention.
【図11】本発明に係るビート信号を検出するための回
路図の一例である。FIG. 11 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal according to the present invention.
【図12】本発明に係るビート信号を検出するための回
路図の一例である。FIG. 12 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal according to the present invention.
【図13】本発明に係るビート信号を検出するための回
路図の一例である。FIG. 13 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal according to the present invention.
【図14】本発明に係るビート信号を検出するための回
路図の一例である。FIG. 14 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal according to the present invention.
【図15】本発明に係るビート信号を検出するための回
路図の一例である。FIG. 15 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal according to the present invention.
【図16】F−V変換回路の一例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an FV conversion circuit.
【図17】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型レーザーについて説明するための図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a ring resonator type laser according to a second embodiment of the present invention.
【図18】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型レーザーのSEM像である。FIG. 18 is an SEM image of a ring resonator type laser according to a second embodiment of the present invention.
【図19】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型レーザーのSEM像である。FIG. 19 is an SEM image of the ring resonator type laser according to the second embodiment of the present invention.
【図20】本発明について説明するためのSEM像であ
る。FIG. 20 is an SEM image for explaining the present invention.
【図21】本発明の第3の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的
な斜視図である。FIG. 21 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
【図22】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
を備えたジャイロの一例を示す模式的な斜視図である。FIG. 22 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図23】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
を備えたジャイロを上面から見た場合の模式図である。FIG. 23 is a schematic view of a gyro provided with the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention when viewed from above.
【図24】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の模式的断面図である。FIG. 24 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図25】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。FIG. 25 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図26】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。FIG. 26 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図27】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。FIG. 27 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図28】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。FIG. 28 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図29】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。FIG. 29 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図30】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
を説明するための模式的断面図である。FIG. 30 is a schematic sectional view illustrating a ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図31】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
を説明するための模式的断面図である。FIG. 31 is a schematic sectional view illustrating a ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.
【図32】本発明に係る半導体レーザーを備えたジャイ
ロの一例示す模式的な断面図である。FIG. 32 is a schematic sectional view showing an example of a gyro provided with the semiconductor laser according to the present invention.
【図33】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
を備えたジャイロを上面から見た場合の模式図の一部の
領域の拡大図である。FIG. 33 is an enlarged view of a partial area of a schematic view when a gyro provided with the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention is viewed from above.
【図34】従来例を説明するための図である。FIG. 34 is a diagram for explaining a conventional example.
【図35】図34のAA′での断面図である。FIG. 35 is a sectional view taken along AA ′ of FIG. 34;
100 半導体レーザー 101 活性層 102 基板 103 アノード 104 カソード 105 電気端子 106、107 低屈折率層 1350 圧電素子 REFERENCE SIGNS LIST 100 semiconductor laser 101 active layer 102 substrate 103 anode 104 cathode 105 electric terminal 106, 107 low refractive index layer 1350 piezoelectric element
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成12年10月23日(2000.10.
23)[Submission date] October 23, 2000 (2000.10.
23)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0014】第1の本発明に係るジャイロは、互いに逆
回りの周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レー
ザーを有し、該半導体レーザーを構成する2μm以下の
厚さの活性層を挟み、該活性層よりも屈折率の低い低屈
折率層側面と、該活性層面とのなす角αが、該低屈折率
層の全周にわたり75°≦α≦105°を満たし、且つ
該半導体レーザーの駆動源は検出されるビート信号の周
波数とは異なる周波数で変調されていることを特徴とす
る。A gyro according to a first aspect of the present invention has a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise circular shape, and sandwiches an active layer having a thickness of 2 μm or less constituting the semiconductor laser. The angle α between the side of the low refractive index layer having a lower refractive index than the active layer and the surface of the active layer satisfies 75 ° ≦ α ≦ 105 ° over the entire circumference of the low refractive index layer, and the semiconductor laser Is characterized by being modulated at a frequency different from the frequency of the beat signal to be detected.
【手続補正3】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0017】第2の本発明に係るジャイロの操作方法
は、リング共振器型半導体レーザーを構成する2μm以
下の厚さの活性層を挟み、該活性層よりも屈折率の低い
低屈折率層側面と該活性層面とのなす角αが、該低屈折
率層の全周にわたり75°≦α≦105°を満たし、該
リング共振器型半導体レーザーに印加される角速度の大
きさを求める信号として、電流、電圧又はインピーダン
スの変化を用い、且つ該半導体レーザーの駆動源は検出
されるビート信号の周波数とは異なる周波数で変調され
ていることを特徴とする。According to a second method of operating a gyro according to the present invention, a low-refractive-index layer having a lower refractive index than the active layer is sandwiched by an active layer having a thickness of 2 μm or less constituting a ring resonator type semiconductor laser. And the angle α between the active layer surface and the low refractive index layer satisfies 75 ° ≦ α ≦ 105 ° over the entire circumference, and as a signal for determining the magnitude of the angular velocity applied to the ring resonator type semiconductor laser, It is characterized in that a change in current, voltage or impedance is used, and the drive source of the semiconductor laser is modulated at a frequency different from the frequency of the beat signal to be detected.
Claims (18)
ング共振器型半導体レーザーを有するジャイロであっ
て、 該半導体レーザーを構成する活性層を挟み、該活性層よ
りも屈折率の低い低屈折率層側面と、該活性層面とのな
す角αが、該低屈折率層の全周にわたり75°≦α≦1
05°を満たすことを特徴とするジャイロ。1. A gyro having a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counter-rotating circular shape, comprising an active layer forming the semiconductor laser, and having a lower refractive index than the active layer. The angle α between the side of the refractive index layer and the surface of the active layer is 75 ° ≦ α ≦ 1 over the entire circumference of the low refractive index layer.
A gyro characterized by satisfying 05 °.
転に伴い生じるビート信号を電流、電圧、またはインピ
ーダンスの変化として検出する請求項1記載のジャイ
ロ。2. The gyro according to claim 1, wherein the ring resonator type semiconductor laser detects a beat signal generated by rotation as a change in current, voltage, or impedance.
転に伴い生じるビート信号を、該半導体レーザーを流れ
る電流、該半導体レーザーにかかる電圧、または該半導
体レーザーのインピーダンス、それぞれの周波数変化と
して検出する請求項1記載のジャイロ。3. The ring resonator type semiconductor laser detects a beat signal generated by rotation as a current flowing through the semiconductor laser, a voltage applied to the semiconductor laser, or an impedance of the semiconductor laser, and changes in respective frequencies. The gyro according to claim 1.
信号を検出する信号検出手段を有する請求項1あるいは
2記載のジャイロ。4. The gyro according to claim 1, wherein said gyro has signal detection means for detecting a beat signal generated with rotation.
検出回路、あるいはインピーダンス検出回路である請求
項4記載のジャイロ。5. The gyro according to claim 4, wherein said signal detection means is a current detection circuit, a voltage detection circuit, or an impedance detection circuit.
路、あるいは周波数カウンタ回路を含む請求項4記載の
ジャイロ。6. The gyro according to claim 4, wherein said signal detection means includes a frequency-voltage conversion circuit or a frequency counter circuit.
求項1記載のジャイロ。7. The gyro according to claim 1, wherein the thickness of the active layer is 2 μm or less.
角αが、85°≦α≦95°を満たす請求項1あるいは
2記載のジャイロ。8. The gyro according to claim 1, wherein an angle α formed between the side surface of the low refractive index layer and the surface of the active layer satisfies 85 ° ≦ α ≦ 95 °.
形状、あるいは三角柱形状を有している請求項1あるい
は2記載のジャイロ。9. The gyro according to claim 1, wherein the ring resonator type semiconductor laser has a cylindrical shape or a triangular prism shape.
層の媒質内波長の2分の1以下である請求項1あるいは
2記載のジャイロ。10. The gyro according to claim 1, wherein the surface accuracy of the side surface of the low refractive index layer is equal to or less than half the wavelength of the active layer in the medium.
ッド層である請求項1記載のジャイロ。11. The gyro according to claim 1, wherein the low refractive index layer is a clad layer sandwiching an active layer.
イド層及びクラッド層である請求項1記載のジャイロ。12. The gyro according to claim 1, wherein the low refractive index layer is a light guide layer and a clad layer sandwiching an active layer.
生じたエバネッセント光のしみ出し距離範囲内に反射体
が存在しないことを特徴とする請求項1記載のジャイ
ロ。13. The gyro according to claim 1, wherein no reflector is present within a range in which the evanescent light generated from the ring resonator type semiconductor laser exudes.
s、InP、InGaAsPである請求項1記載のジャ
イロ。14. The active layer is made of GaAs, AlGaAs.
The gyro according to claim 1, wherein the gyro is s, InP, or InGaAsP.
する活性層を挟み、該活性層よりも屈折率の低い低屈折
率層側面と該活性層面とのなす角αが、該低屈折率層の
全周にわたり75°≦α≦105°を満たし、該リング
共振器型半導体レーザーに印加される角速度の大きさを
求める信号として、電流、電圧又はインピーダンスの変
化を用いることを特徴とするジャイロの操作方法。15. An angle α between a side surface of a low refractive index layer having a lower refractive index than the active layer and an active layer surface, sandwiching the active layer constituting the ring resonator type semiconductor laser, is defined as the angle of the low refractive index layer. Gyro operation characterized by using a change in current, voltage or impedance as a signal that satisfies 75 ° ≦ α ≦ 105 ° over the entire circumference and determines the magnitude of the angular velocity applied to the ring resonator type semiconductor laser. Method.
で、該リング共振器型半導体レーザーを駆動する電圧あ
るいは電流を変調させる請求項15記載のジャイロの操
作方法。16. The gyro operation method according to claim 15, wherein a voltage or a current for driving the ring resonator type semiconductor laser is modulated at a frequency different from a frequency band of the signal.
半導体レーザーに、右回りあるいは左回りの回転を与え
る請求項15記載のジャイロの操作方法。17. The gyro operation method according to claim 15, wherein the ring resonator type semiconductor laser is rotated clockwise or counterclockwise using a piezoelectric element.
の低い低屈折率層側面と該活性層面とのなす角αが、該
低屈折率層の全周にわたり75°≦α≦105°を満た
すことを特徴とする半導体レーザー。18. An angle α between a side surface of a low refractive index layer having a lower refractive index than the active layer and the surface of the active layer, sandwiching the active layer, is set at 75 ° ≦ α ≦ 105 over the entire circumference of the low refractive index layer. ° semiconductor laser.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29463399A JP2001108445A (en) | 1998-10-19 | 1999-10-18 | Semiconductor laser, gyro and operation method of gyro |
Applications Claiming Priority (5)
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JP29658098 | 1998-10-19 | ||
JP21614099 | 1999-07-30 | ||
JP11-216140 | 1999-07-30 | ||
JP10-296580 | 1999-07-30 | ||
JP29463399A JP2001108445A (en) | 1998-10-19 | 1999-10-18 | Semiconductor laser, gyro and operation method of gyro |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001108445A true JP2001108445A (en) | 2001-04-20 |
Family
ID=27329844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29463399A Pending JP2001108445A (en) | 1998-10-19 | 1999-10-18 | Semiconductor laser, gyro and operation method of gyro |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2001108445A (en) |
-
1999
- 1999-10-18 JP JP29463399A patent/JP2001108445A/en active Pending
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