JP2001124565A - Optical gyro and method using the same for detecting rotation direction - Google Patents

Optical gyro and method using the same for detecting rotation direction

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JP2001124565A
JP2001124565A JP30270999A JP30270999A JP2001124565A JP 2001124565 A JP2001124565 A JP 2001124565A JP 30270999 A JP30270999 A JP 30270999A JP 30270999 A JP30270999 A JP 30270999A JP 2001124565 A JP2001124565 A JP 2001124565A
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light
light receiving
optical gyro
receiving elements
gyro
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JP30270999A
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Japanese (ja)
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Natsuhiko Mizutani
夏彦 水谷
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Canon Inc
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Publication date
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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical gyro which has a small insertion loss at a light extracting part, a small oscillation threshold and a wide allowance range for assembly errors. SOLUTION: A light extracted from a laser mode 19 in the counterclockwise direction by a directional coupler 12 is emitted from a light extracting part 14. A light extracted from a laser mode 18 in the clockwise direction by the directional coupler 12 is emitted from a light take part 15 after deflected by a total reflection mirror 13. Optical waveguides of these light extracting parts similar to the directional couplers are provided having an optical gain by injecting a current, thereby compensating for the absorption loss. The light extracting parts 14 and 15 are directed slightly inwardly by with respect to a parallel position relation, whereby the intensity of light taken in the vicinity of photodetectors 16 and 17 is increased. Two output lights form interference fringes in the vicinity of the photodetectors 16 and 17. The interval between center of two photodetectors 16 and 17 is an (N/2+1/4) times (N is an integer) a pitch A of the interference fringe pattern.

Description

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

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、光ジャイロ及びこ
れを用いた回転方向の検出方法に関し、特に、半導体リ
ングレーザを用いて回転を検知する光ジャイロ装置とそ
の駆動、信号処理に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical gyro and a method for detecting a rotation direction using the same, and more particularly, to an optical gyro apparatus for detecting rotation using a semiconductor ring laser, and driving and signal processing thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、物体の回転、すなわち角速度を検
知するジャイロとしては、回転子や振動子をもつ機械的
ジャイロや、光ジャイロが知られている。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、
ジャイロ分野で革新をもたらしつつある。光ジャイロに
は、リングレーザ型ジャイロ、光ファイバジャイロ、受
動型リング共振器ジャイロなどがある。ガスレーザを用
いたリングレーザ型ジャイロはすでに航空機などで実用
化されている。また、小型で高精度なリングレーザ型ジ
ャイロとして、半導体基板上に集積された半導体レーザ
ジャイロは、たとえば、特開平5−288556号公報
に開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a gyro for detecting the rotation of an object, that is, an angular velocity, a mechanical gyro having a rotor and a vibrator and an optical gyro are known. Since the optical gyro can be activated instantaneously and has a wide dynamic range,
It is bringing innovation in the gyro field. The optical gyro includes a ring laser gyro, an optical fiber gyro, a passive ring resonator gyro, and the like. A ring laser type gyro using a gas laser has already been put to practical use in aircraft and the like. Further, a semiconductor laser gyro integrated on a semiconductor substrate as a small and high-precision ring laser gyro is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-288556.

【0003】このような、レーザジャイロの信号処理し
とては、周波数−電圧変換回路によって、出力信号の振
動周波数を電圧信号に変換する方法がある。又、周波数
−電圧変換回路には、アナログ信号を処理するもの、信
号を二値化してパルス数を数えるもの等がある。
As a signal processing of such a laser gyro, there is a method of converting a vibration frequency of an output signal into a voltage signal by a frequency-voltage conversion circuit. The frequency-voltage conversion circuit includes a circuit for processing an analog signal and a circuit for counting the number of pulses by binarizing the signal.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のリング
レーザ型ジャイロは、そのままの出力信号からは回転方
向の検知ができず、微小回転振動(ディザ)を加えて、
ディザと信号の相関から回転方向を検知していた。
However, the conventional ring laser type gyro cannot detect the rotation direction from the output signal as it is, and applies a minute rotation vibration (dither) to the gyro.
The direction of rotation was detected from the correlation between dither and signal.

【0005】また、リングレーザ素子から光を取り出し
て別の素子で受光するリングレーザジャイロにおいて
は、光取り出し部での後方散乱が、時計回りの光と反時
計回りの光の間に光学的な結合をもたらし、小さな角速
度の領域でロックイン現象が生じていた。これは、時計
回りの光と反時計回りの光の間の結合のために、発振周
波数が一方のモードの周波数に引き込まれ、信号が出力
されない、というものであった。
[0005] In a ring laser gyro that extracts light from a ring laser element and receives light with another element, backscattering at the light extraction section causes an optical difference between clockwise light and counterclockwise light. Due to the coupling, the lock-in phenomenon occurred in a region of small angular velocity. This is because the oscillation frequency is pulled into the frequency of one mode due to the coupling between the clockwise light and the counterclockwise light, and no signal is output.

【0006】そこで、本発明の第1の課題は、機械的な
微少振動(ディザ)を印加することなく回転方向を検知
するリングレーザジャイロを提供することである。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a ring laser gyro for detecting a rotation direction without applying mechanical minute vibration (dither).

【0007】本発明の第2の課題は、光取り出し部の挿
入損失を抑えて発振しきい値の小さなリングレーザジャ
イロを提供することである。
A second object of the present invention is to provide a ring laser gyro having a small oscillation threshold while suppressing the insertion loss of the light extraction portion.

【0008】本発明の第3の課題は、電気的な補正が可
能で素子の組立て誤差の許容範囲の広い光ジャイロ素子
を提供することである。
A third object of the present invention is to provide an optical gyro element capable of electrical correction and having a wide allowable range of element assembly errors.

【0009】本発明の第4の課題は、全構成要素を基板
上にモノリシックに形成でき、回転方向検知できるリン
グレーザジャイロを提供することである。
A fourth object of the present invention is to provide a ring laser gyro in which all components can be formed monolithically on a substrate and the direction of rotation can be detected.

【0010】本発明の第5の課題は、干渉縞ピッチの変
動の影響を受けないリングレーザジャイロを提供するこ
とである。
A fifth object of the present invention is to provide a ring laser gyro which is not affected by fluctuations in the interference fringe pitch.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の光ジャイロは、励起手段とリング形状の共
振器と共振器の一部である光取り出し部とを有する半導
体リングレーザと、前記光取り出し部から得た光を導波
路外へ出射する出力部と、出力部から得られる2つの光
が重なる位置に置かれた複数の受光素子とを備えてい
る。
An optical gyro according to the present invention for solving the above-mentioned problems comprises a semiconductor ring laser having excitation means, a ring-shaped resonator, and a light extraction part which is a part of the resonator. An output unit for emitting light obtained from the light extraction unit to the outside of the waveguide, and a plurality of light receiving elements disposed at positions where two lights obtained from the output unit overlap.

【0012】又、本発明の回転方向の検知方法において
は、上述した光ジャイロを用いて、前記複数の受光素子
からの光強度信号によって、受光素子の位置に形成され
た干渉縞パタンの変動周期と移動方向を検知してこれか
ら角速度と回転方向を得るようにしている。
In the method of detecting a rotation direction according to the present invention, the fluctuation period of the interference fringe pattern formed at the position of the light receiving element is determined by the light intensity signal from the plurality of light receiving elements using the optical gyro described above. And the moving direction are detected, and the angular velocity and the rotating direction are obtained from this.

【0013】又、本発明の回転方向の検知方法において
は、上述した光ジャイロを用いて、前記複数の受光素子
からの光強度信号によって、アレイ素子の位置に形成さ
れた干渉縞パタンの移動の速度と方向を検知してこれか
ら角速度と回転方向を得るようにしている。
In the method of detecting a rotation direction according to the present invention, the movement of the interference fringe pattern formed at the position of the array element is determined by the light intensity signal from the plurality of light receiving elements using the above-mentioned optical gyro. The speed and the direction are detected, and the angular speed and the rotation direction are obtained from this.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、数式を参照して本発明の実
施の形態に突いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below with reference to mathematical expressions.

【0015】[実施形態1]実施形態1においては、光
ジャイロは、励起手段とリング形状の共振器と共振器の
一部である光取り出し部とを有する半導体リングレーザ
と、前記光取り出し部から得た光を導波路外へ出射する
出力部と、出力部から得られる2つの光が重なる位置に
置かれた複数の受光素子を有する。
[Embodiment 1] In Embodiment 1, an optical gyro includes a semiconductor ring laser having an excitation unit, a ring-shaped resonator, and a light extraction unit which is a part of the resonator, and a light gyro from the light extraction unit. It has an output section for emitting the obtained light out of the waveguide, and a plurality of light receiving elements placed at positions where two lights obtained from the output section overlap.

【0016】上記構成において、電流注入によって利得
の生じたリング共振器内では、時計回りの周回モードと
反時計回りの周回モードが独立に存在ている。素子が慣
性系に対して角速度を持たない場合には、この右回りモ
ードと左回りモードの発振周波数に差はなく、活性層の
利得ピーク波長の共振器モードでのレーザ発振となって
いる。
In the above configuration, a clockwise rotation mode and a counterclockwise rotation mode exist independently in a ring resonator in which a gain is generated by current injection. When the element has no angular velocity with respect to the inertial system, there is no difference between the oscillation frequencies of the clockwise mode and the counterclockwise mode, and the laser oscillation is in the resonator mode with the gain peak wavelength of the active layer.

【0017】このリング共振器の光取り出し部において
時計回りの光の一部と反時計回りの光の一部とをリング
共振器外に取り出し、出力部から放射する。所定の場
所、すなわち観察面において、これら時計回り及び反時
計回りの光が重なって到達し、干渉縞を形成する。
At the light extraction section of the ring resonator, a part of the clockwise light and a part of the counterclockwise light are extracted outside the ring resonator and emitted from the output part. At a predetermined place, that is, at the observation plane, these clockwise and counterclockwise lights arrive at an overlap to form interference fringes.

【0018】簡単のために、観察面が光出力手段から離
れていて、それぞれの光が平行ビームとして扱える場合
を考える。2つのビームが観察面の法線に対してそれぞ
れ角度±ε/2だけ傾いて入射するとき、入射面と観察
面の交わりをX軸とし、時計回りの光がX軸の正の方向か
ら、反時計回りの光がX軸の負の方向から入射する場合
に、観察面上での光強度分布Iは、次の式で表される。
For simplicity, let us consider a case where the observation surface is separated from the light output means and each light can be handled as a parallel beam. When the two beams enter at an angle of ± ε / 2 with respect to the normal to the observation surface, the intersection of the incidence surface and the observation surface is defined as the X axis, and clockwise light is emitted from the positive direction of the X axis. When the counterclockwise light is incident from the negative direction of the X axis, the light intensity distribution I on the observation surface is represented by the following equation.

【0019】I=Io(1+cosΦ) ここに、Φ=2πεX/λ+2π(f1-f2)t ここで、λは半導体レーザジャイロが静止しているとき
光の波長、f1,f2はそれぞれ時計回りの光の発振周
波数と反時計回りの光の発振周波数である。半導体レー
ザジャイロが静止している場合にはf1=f2なので干
渉縞は時間変化がない。また、干渉縞のピッチはλ/ε
で表されることがわかる。
I = Io (1 + cosΦ) where Φ = 2πεX / λ + 2π (f1-f2) t where λ is the wavelength of light when the semiconductor laser gyro is stationary, and f1 and f2 are clockwise, respectively. And the oscillation frequency of the counterclockwise light. When the semiconductor laser gyro is stationary, the interference fringes do not change with time because f1 = f2. The pitch of the interference fringes is λ / ε
It can be seen that

【0020】ここで、半導体レーザジャイロが角速度Ω
で時計回りに回転すると、時計回りの第1のレーザ光の
発振周波数は、非回転時と比べて、Δf1=2SΩ/λ
Lだけ減少する。ここでSはリング共振器の囲む面積、
Lはレーザの光路長である。また同時に、時計回りの第
2のレーザ光の発振周波数は、非回転時と比べて、Δf
2=2SΩ/λLだけ増加する。このとき、光強度分布
Iは、ビート周波数(f2−f1)=4SΩ/λLで振
動し、干渉縞パタンは、xの正の方向に移動していく。
Here, the semiconductor laser gyro has an angular velocity Ω
, The oscillation frequency of the first clockwise laser beam becomes Δf1 = 2SΩ / λ compared with the non-rotational case.
Decrease by L. Where S is the area surrounding the ring resonator,
L is the optical path length of the laser. At the same time, the oscillation frequency of the second laser beam in the clockwise direction becomes Δf
2 = 2SΩ / λL. At this time, the light intensity distribution I oscillates at a beat frequency (f2−f1) = 4SΩ / λL, and the interference fringe pattern moves in the positive direction of x.

【0021】また、レーザジャイロが反時計回りに回転
すると、ビート周波数(f1−f2)=4SΩ/λLで
振動し、干渉縞は、xの負の方向に移動していく。
When the laser gyro rotates counterclockwise, it vibrates at a beat frequency (f1−f2) = 4SΩ / λL, and the interference fringes move in the negative direction of x.

【0022】2つの光がそれぞれ平行ビームではない場
合も、強度分布Iで表された干渉縞ピッチは不等間隔と
なるが、ビートに応じた干渉縞の移動が見られるという
ことは変わらない。
Even when the two lights are not parallel beams, the interference fringe pitches represented by the intensity distribution I are unequally spaced, but the movement of the interference fringes according to the beat remains unchanged.

【0023】そこで観察面上に、干渉縞のピッチと異な
る間隔で複数の受光素子を配置して位相の異なる光強度
振動を検知することで、振動周波数から回転の角速度の
絶対値を知り、この振動の位相差から干渉縞の移動方向
を検知することができる。それゆえ、回転方向の検知で
きるリングレーザジャイロとなる。
Therefore, a plurality of light receiving elements are arranged on the observation surface at intervals different from the pitch of the interference fringes and light intensity vibrations having different phases are detected, whereby the absolute value of the angular velocity of rotation is known from the vibration frequency. The moving direction of the interference fringes can be detected from the phase difference of the vibration. Therefore, the ring laser gyro can detect the rotation direction.

【0024】[実施形態2]実施形態2においては、光
取り出し部が、方向性結合器である。
[Second Embodiment] In the second embodiment, the light extraction unit is a directional coupler.

【0025】上記構成において方向性結合器は、リング
共振器のレーザモード光の所望の割合をリング共振器内
にとどめ、残りをリング共振器外に取り出す光分岐素子
として機能する。方向性結合器内では導波方向に光が進
行するとともに2つの導波路間でパワーの分配比率が変
化していくが、方向性結合器の結合長を、レーザの利得
ピーク付近の波長では大部分の光がリング共振器内にと
どまるように選定することで、レーザモードに対する方
向性結合器の損失を抑えて発振しきい値の小さな低駆動
電流の光ジャイロとすることができる。
In the above configuration, the directional coupler functions as an optical branching element that keeps a desired ratio of the laser mode light of the ring resonator inside the ring resonator and extracts the rest outside the ring resonator. In the directional coupler, the light travels in the waveguide direction and the power distribution ratio changes between the two waveguides, but the coupling length of the directional coupler is large at wavelengths near the laser gain peak. By selecting such that part of the light stays in the ring resonator, it is possible to suppress the loss of the directional coupler for the laser mode and to obtain an optical gyro having a low oscillation threshold and a low drive current.

【0026】[実施形態3]実施形態3においては、光
取り出し部が、マルチモード干渉計である。
[Third Embodiment] In the third embodiment, the light extraction unit is a multi-mode interferometer.

【0027】上記構成においてマルチモード干渉計は、
リング共振器のレーザモード光の所望の割合をリング共
振器内にとどめ、残りをリング共振器外に取り出す光分
岐素子として機能する。特にマルチモード導波路の幅の
変化するテーパ状マルチモード導波路を複数接続するこ
とで、接続部に位相シフトを与えて、出力の分岐比を任
意に制御できることが知られている。レーザの利得ピー
ク付近の波長では大部分の光がリング共振器内にとどま
るように設計したマルチモード干渉計を用いることで、
リングレーザモードに対する損失を抑えて発振しきい値
の小さな低駆動電流の光ジャイロとすることができる。
In the above configuration, the multimode interferometer is
It functions as an optical branching element that keeps a desired ratio of the laser mode light of the ring resonator inside the ring resonator and extracts the rest outside the ring resonator. In particular, it is known that by connecting a plurality of tapered multi-mode waveguides in which the width of the multi-mode waveguide changes, a phase shift can be given to the connection portion and the output branching ratio can be arbitrarily controlled. By using a multimode interferometer designed so that most of the light stays in the ring resonator at wavelengths near the laser gain peak,
An optical gyro with a low driving current and a small oscillation threshold can be obtained while suppressing loss in the ring laser mode.

【0028】[実施形態4]実施形態4においては、光
取り出し部が、低屈折率層/半導体層の多層膜反射ミラ
ーであることを特徴とする。
[Embodiment 4] Embodiment 4 is characterized in that the light extraction portion is a low refractive index layer / semiconductor layer multilayer mirror.

【0029】上記構成において低屈折率層/半導体層の
多層膜反射ミラーは、リング共振器のレーザモード光の
所望の割合をリング共振器内にとどめ、残りをリング共
振器外に取り出す光分岐素子として機能する。レーザの
利得ピーク付近の波長で高反射率となるような多層膜反
射ミラーによって大部分の光がリング共振器内にとどま
るようにして、リングレーザモードに対する損失を抑え
て発振しきい値の小さな低駆動電流の光ジャイロとする
ことができる。
In the above structure, the low-refractive index layer / semiconductor layer multi-layer reflecting mirror is a light splitting element that keeps a desired ratio of the laser mode light of the ring resonator inside the ring resonator and extracts the rest outside the ring resonator. Function as A multi-layer reflecting mirror that provides high reflectivity at wavelengths near the laser gain peak ensures that most of the light stays in the ring resonator, thereby suppressing loss in the ring laser mode and reducing the oscillation threshold. An optical gyro for driving current can be used.

【0030】[実施形態5]実施形態5においては、複
数の受光素子が、アレイ状に形成された受光素子群、又
はCCDアレイである。
[Fifth Embodiment] In the fifth embodiment, the plurality of light receiving elements are a light receiving element group formed in an array or a CCD array.

【0031】上記構成において、受光素子を2つ以上の
アレイ状の受光素子ないしCCDアレイとすることで、
補間などの信号処理が可能となり、受光素子の位置する
観察面上での干渉縞のピッチが設計と異なる場合にも信
号処理によって感度よく干渉縞の移動方向を検知するこ
とが可能になる。すなわち、受光素子の位置が設計上の
観察面からずれても電気的に補縞のピッチが設計と異な
る場合にも信号処理によって感度よく干渉縞の移動方向
を検知することが可能になる。すなわち、受光素子の位
置が設計上の観察面からずれても電気的に補正が可能に
なり、素子の組立て誤差の許容範囲を広くすることがで
きる。
In the above configuration, the light receiving elements are formed of two or more light receiving elements in an array or a CCD array.
Signal processing such as interpolation becomes possible, and even when the pitch of the interference fringes on the observation surface where the light receiving element is located is different from the design, the moving direction of the interference fringes can be detected with high sensitivity by the signal processing. In other words, even if the position of the light receiving element deviates from the designed observation surface, the moving direction of the interference fringes can be detected with high sensitivity by signal processing even when the pitch of the complementary fringes is electrically different from the design. That is, even if the position of the light receiving element deviates from the designed observation plane, it can be electrically corrected, and the allowable range of the error in assembling the element can be increased.

【0032】[実施形態6]実施形態6においては、複
数の受光素子として、リングレーザと同一の層構成を用
いたるか、又は、リングレーザと同一の層構成のレーザ
素子を用いる。
[Embodiment 6] In Embodiment 6, as the plurality of light receiving elements, the same layer configuration as the ring laser is used, or a laser element having the same layer configuration as the ring laser is used.

【0033】上記構成によって、リング共振器レーザ
と、出力光の伝播方向を変換する光学素子と、受光素子
とが同一の層構成となるので、全構成要素を容易にモノ
リシック形成できる。
With the above configuration, the ring resonator laser, the optical element for changing the propagation direction of the output light, and the light receiving element have the same layer configuration, so that all the components can be easily monolithically formed.

【0034】[実施形態7]実施形態7においては、複
数の受光素子からの光強度信号によって、受光素子の位
置に形成された干渉縞パタンの変動周期と移動方向を検
知してこれから角速度と回転方向を得る。
[Embodiment 7] In Embodiment 7, the fluctuation period and the moving direction of the interference fringe pattern formed at the position of the light receiving element are detected based on the light intensity signals from the plurality of light receiving elements, and the angular velocity and the rotation are determined from this. Get directions.

【0035】上記構成において、上述した光強度分布
I、Δf1、Δf2の各式からわかるように、各受光素
子における光強度信号の変動周期から素子の角速度を知
ることができ、また複数の受光素子での光強度信号の変
動の位相差から干渉縞パタンの移動の方向、すなわち回
転方向を検知することができる。
In the above configuration, as can be seen from the above-described equations of the light intensity distributions I, Δf1, and Δf2, the angular velocity of the element can be obtained from the fluctuation period of the light intensity signal in each light receiving element. The direction of movement of the interference fringe pattern, that is, the direction of rotation, can be detected from the phase difference of the fluctuation of the light intensity signal in step (1).

【0036】[実施形態8]実施形態8においては、複
数の受光素子の少なくとも二つの間隔が前記干渉縞パタ
ンのピッチの整数倍とは異なっている。
[Eighth Embodiment] In the eighth embodiment, at least two intervals between the plurality of light receiving elements are different from an integral multiple of the pitch of the interference fringe pattern.

【0037】上記構成において、干渉縞ピッチの整数倍
とは異なる間隔で設けた複数の受光素子から得られる光
強度信号は、同じ振動周期で時間変化し、かつ信号の位
相が異なっているので、この位相差から回転方向を検知
できる。
In the above configuration, the light intensity signals obtained from the plurality of light receiving elements provided at intervals different from the integral multiple of the interference fringe pitch change with time in the same oscillation cycle and have different signal phases. The direction of rotation can be detected from this phase difference.

【0038】より具体的には、ふたつの受光素子を中心
の間隔が干渉縞パタンのピッチΛのN/2+1/4倍
(Nは整数)となるように置かれている場合を例にとっ
て説明する。第1の受光素子の位置のx座標を−Λ/
4、第2の受光素子の位置のx座標を2Λとすると、第
1の受光素子から干渉縞パタンのsin(2π(f1−
f2)t)に相当する信号が、第2の受光素子からco
s(2π(f1−f2)t)とに相当する信号が得られ
ることがわかる。この結果、第2の受光素子での光強度
が極大近くのときに、第1の受光素子での光強度が増加
している場合には干渉縞がxの負の方向に移動してお
り、第1の受光素子での光強度が減少している場合には
干渉縞がxの正の方向に移動していることがわかる。
More specifically, a case will be described as an example where two light receiving elements are placed so that the distance between the centers is N / 2 + / times the pitch の of the interference fringe pattern (N is an integer). . The x coordinate of the position of the first light receiving element is-を /
4. Assuming that the x coordinate of the position of the second light receiving element is 2 °, the sin fringe pattern sin (2π (f1-
f2) A signal corresponding to t) is output from the second light receiving element to co.
It can be seen that a signal corresponding to s (2π (f1-f2) t) is obtained. As a result, when the light intensity at the second light receiving element is close to the maximum and the light intensity at the first light receiving element is increasing, the interference fringe moves in the negative direction of x, When the light intensity at the first light receiving element decreases, it can be seen that the interference fringes are moving in the positive x direction.

【0039】[実施形態9]実子形態9においては、光
の重なる位置に置かれたアレイ状の受光素子群からの光
強度信号によって、この受光素子群の位置に形成された
干渉縞パタンの移動の速度と方向を検知してこれから角
速度と回転方向を得るようにしている。
[Embodiment 9] In the real embodiment 9, the interference pattern formed at the position of the light receiving element group is moved by the light intensity signal from the array of light receiving element groups placed at the position where the light overlaps. The speed and direction are detected, and the angular speed and rotation direction are obtained from this.

【0040】上記構成において、アレイ状の素子で干渉
縞パタンを受光し、この強度信号を信号処理をして干渉
縞パタンを表す関数をえる。その時間変化を調べること
で干渉縞パタンの移動の速度と方向を検知し、角速度と
回転方向が得られる。等間隔ではない干渉縞パタンが形
成される場合にも有効である。
In the above configuration, the interference fringe pattern is received by the array-like elements, and the intensity signal is subjected to signal processing to obtain a function representing the interference fringe pattern. By examining the time change, the speed and direction of the movement of the interference fringe pattern are detected, and the angular velocity and the rotation direction can be obtained. This is also effective when interference fringe patterns that are not equally spaced are formed.

【0041】また、素子温度が変化して、レーザの発振
波長が変動して干渉縞ピッチが変動するような場合に
も、常に同じ信号処理が可能である。
The same signal processing can always be performed even when the element temperature changes and the laser oscillation wavelength fluctuates and the interference fringe pitch fluctuates.

【0042】[実施形態10]実施子形態10において
は、複数の受光素子からの光強度信号によって、受光素
子の位置に形成された干渉縞パタンの変動周期と移動方
向を検知してこれから角速度と回転方向を得るようにし
ている。
[Embodiment 10] In Embodiment 10, the fluctuation period and the moving direction of the interference fringe pattern formed at the position of the light receiving element are detected based on the light intensity signals from the plurality of light receiving elements, and the angular velocity and I try to get the direction of rotation.

【0043】上記構成において、干渉縞ピッチの整数倍
とは異なる間隔で設けた複数の受光素子から得られる光
強度信号は、同じ振動周期で時間変化し、かつ信号の位
相が異なっているので、この位相差から干渉縞パタンの
移動方向を得て回転方向を検知できる。
In the above arrangement, the light intensity signals obtained from the plurality of light receiving elements provided at intervals different from the integral multiple of the interference fringe pitch change with time in the same oscillation cycle and have different signal phases. The direction of movement of the interference fringe pattern can be obtained from this phase difference to detect the direction of rotation.

【0044】[実施形態11]実施形態11において
は、複数の受光素子からの光強度信号によってアレイ素
子の位置に形成された干渉縞パタンの移動の速度と方向
を検知してこれから角速度と回転方向を得るようにして
いる。
[Eleventh Embodiment] In the eleventh embodiment, the speed and direction of the movement of the interference fringe pattern formed at the position of the array element are detected based on the light intensity signals from the plurality of light receiving elements, and the angular velocity and the rotation direction are determined. I'm trying to get

【0045】上記構成において、アレイ状の素子で干渉
縞パタンを受光し、この強度信号を信号処理をして干渉
縞パタンを表す関数をえる。その時間変化を調べること
で干渉縞パタンの移動の速度と方向を検知し、角速度と
回転方向が得られる。等間隔ではない干渉縞パタンが形
成される場合にも有効である。また、素子温度が変化し
て、レーザの発振波長が変動して干渉縞ピッチが変動す
るような場合にも、常に同じ信号処理が可能である。
In the above configuration, the interference fringe pattern is received by the array-like elements, and the intensity signal is subjected to signal processing to obtain a function representing the interference fringe pattern. By examining the time change, the speed and direction of the movement of the interference fringe pattern are detected, and the angular velocity and the rotation direction can be obtained. This is also effective when interference fringe patterns that are not equally spaced are formed. In addition, even when the element temperature changes, the oscillation wavelength of the laser fluctuates, and the interference fringe pitch fluctuates, the same signal processing can always be performed.

【0046】[0046]

【実施例】[第1の実施例]図1(a)は、第1の実施
例の光ジャイロの平面図である。10は光ジャイロであ
り、11はリング共振器型半導体レーザ素子、12は導
波路の一部に設けた方向性結合器、13は全反射ミラ
ー、14と15は光取り出し部、16と17はホトディ
テクタである。リング共振器型半導体レーザ素子では1
8に示す時計回りの周回モードと19に示す反時計回り
の周回モードが存在している。方向性結合器12におい
て、入力光121と出力光122と123がある。
FIG. 1A is a plan view of an optical gyro according to a first embodiment. 10 is an optical gyro, 11 is a ring resonator type semiconductor laser device, 12 is a directional coupler provided in a part of the waveguide, 13 is a total reflection mirror, 14 and 15 are light extraction parts, and 16 and 17 are It is a photo detector. 1 for a ring resonator type semiconductor laser device
There are a clockwise rotation mode shown in FIG. 8 and a counterclockwise rotation mode shown in FIG. In the directional coupler 12, there are an input light 121 and output lights 122 and 123.

【0047】図1(b)は、リング共振器型半導体レー
ザ素子11と方向性結合器12、出力部14,15及び
ホトディテクタ16,17の断面図である。このような
断面構造を有する半導体多層構造を有機金属気相成長法
によって成膜した。
FIG. 1B is a sectional view of the ring resonator type semiconductor laser device 11, the directional coupler 12, the output units 14, 15, and the photodetectors 16, 17. A semiconductor multilayer structure having such a cross-sectional structure was formed by metal organic chemical vapor deposition.

【0048】すなわち、n−InP基板102上に、
1.3μm組成のノンドープInGaAsP光ガイド層
103(厚さ0.15μm)、1.55μm組成のアン
ドープInGaAsP活性層104(厚さ0.1μ
m)、1.3μm組成のノンドープInGaAsP光ガ
イド層105(厚さ0.15μm)、p−InPクラッ
ド層106(厚さ1.5μm)p−InGaAsキャッ
プ層107を結晶成長した。フォトレジストを塗布し、
マスクパタンを露光、現像して導波路形状とミラー形状
のレジストパタンを形成した。塩素ガスを用いたリアク
ティブイオンエッチングによって、高さ3μmのハイメ
サ形状のリッジ導波路とホトディテクタ部方向性結合器
を形成した。Cr/Auをリッジ導波路上部とホトディ
テクタ上に蒸着して、p−電極108とした。ウェハの
下側にはAuGe/Auを蒸着してn−電極101とし
た。水素雰囲気中でアロイ化して、p−,n−の電極を
オーミック接触とした。
That is, on the n-InP substrate 102,
Non-doped InGaAsP light guide layer 103 having a composition of 1.3 μm (thickness 0.15 μm), undoped InGaAsP active layer 104 having a composition of 1.55 μm (thickness 0.1 μm)
m) A non-doped InGaAsP light guide layer 105 (thickness: 0.15 μm) and a p-InP cladding layer 106 (thickness: 1.5 μm) having a composition of 1.3 μm and a p-InGaAs cap layer 107 were crystal-grown. Apply photoresist,
The mask pattern was exposed and developed to form a resist pattern having a waveguide shape and a mirror shape. A high mesa-shaped ridge waveguide having a height of 3 μm and a photodetector portion directional coupler were formed by reactive ion etching using chlorine gas. Cr / Au was deposited on the upper part of the ridge waveguide and on the photodetector to form a p-electrode 108. AuGe / Au was deposited on the lower side of the wafer to form an n-electrode 101. The alloy was formed in a hydrogen atmosphere, and the p- and n- electrodes were brought into ohmic contact.

【0049】次に、リング共振器型半導体素子11のレ
ーザ発振について説明する。半導体層と空気では屈折率
が異なるため、界面では反射が生じる。半導体層の屈折
率が3.5であれば、半導体と空気の界面に対する法線
とレーザ光のなす角が16.6度以上となるときに全反
射となる。リング共振器型レーザ素子11では、導波路
折れ曲がり部のコーナーミラーにおいて導波路と半導体
/空気界面の法線のなす角が45度となっており、全反
射条件を満たしている。全反射されるモードは他のモー
ドと比べてミラー損失分だけしきい値利得が小さくなる
ので、低注入電流レベルでレーザ発振する。また、この
発振モードに対する利得の集中によって、その他のモー
ドの発振を抑圧する。
Next, laser oscillation of the ring resonator type semiconductor device 11 will be described. Since the refractive index is different between the semiconductor layer and air, reflection occurs at the interface. If the refractive index of the semiconductor layer is 3.5, total reflection occurs when the angle between the laser beam and the normal to the interface between the semiconductor and air is 16.6 degrees or more. In the ring resonator type laser element 11, the angle formed by the normal of the waveguide and the semiconductor / air interface at the corner mirror at the bent portion of the waveguide is 45 degrees, which satisfies the condition of total reflection. In the mode of total reflection, the threshold gain is smaller by the mirror loss than in the other modes, so that the laser oscillates at a low injection current level. The concentration of the gain in the oscillation mode suppresses the oscillation in the other modes.

【0050】本実施例の半導体レーザ素子11はしきい
値15mAでレーザ発振した。
The semiconductor laser device 11 of this embodiment oscillated at a threshold value of 15 mA.

【0051】リング共振器では、時計回りの周回モード
18と反時計回りの周回モード19とが独立に存在して
いる。光ジャイロが慣性系に対して角速度を持たない場
合には、この時計回りのモードと反時計回りのモードの
発振周波数に差はなく、活性層の利得ピーク波長でのレ
ーザ発振となっている。また、光ジャイロがある角速度
で回転しているときには、時計回りの周回モード18の
発振周波数と反時計回りの周回モード19の発振周波数
に差が出る。
In the ring resonator, a clockwise rotation mode 18 and a counterclockwise rotation mode 19 exist independently. When the optical gyro has no angular velocity with respect to the inertial system, there is no difference between the oscillation frequencies of the clockwise mode and the counterclockwise mode, and the laser oscillates at the gain peak wavelength of the active layer. When the optical gyro is rotating at a certain angular velocity, there is a difference between the oscillation frequency of the clockwise rotation mode 18 and the oscillation frequency of the counterclockwise rotation mode 19.

【0052】方向性結合器12は、リング共振器でレー
ザ発振する光の一部を取り出す。吸収損失を補うために
方向性結合器12にはリング共振器の発振しきい値電流
密度以下の電流注入によって利得を与えている。
The directional coupler 12 extracts a part of the light oscillated by the laser in the ring resonator. To compensate for the absorption loss, a gain is given to the directional coupler 12 by injecting a current equal to or less than the oscillation threshold current density of the ring resonator.

【0053】反時計回りのレーザモード19が入力光1
21として方向性結合器12の左側から入射すると、方
向性結合器の右側の二つの導波路では、リング共振器内
にとどまる出力光122とリング共振器外に取り出され
る出力光123とが得られる。方向性結合器の結合長L
を調整することで出力光122と123の比率を変える
ことができる。また、この比率は波長分散を示すので、
活性層の利得ピーク波長では、出力光122と出力光1
23の分岐比率が例えば20:1などと大部分の光が出
力光122となるような方向性結合器を作製することが
できる。この場合にリング共振器型半導体素子11にお
ける損失、すなわち方向性結合器の挿入損失が小さく、
低しきい値でのレーザ発振を得やすくなる。
The counterclockwise laser mode 19 corresponds to the input light 1
When the light enters from the left side of the directional coupler 12 as 21, the two waveguides on the right side of the directional coupler provide an output light 122 staying in the ring resonator and an output light 123 extracted out of the ring resonator. . Coupling length L of directional coupler
Is adjusted, the ratio between the output lights 122 and 123 can be changed. Also, since this ratio indicates chromatic dispersion,
At the gain peak wavelength of the active layer, the output light 122 and the output light 1
It is possible to manufacture a directional coupler in which most of the light becomes the output light 122 with a branching ratio of 23, for example, 20: 1. In this case, the loss in the ring resonator type semiconductor element 11, that is, the insertion loss of the directional coupler is small,
It becomes easier to obtain laser oscillation at a low threshold.

【0054】このとき、時計回りのレーザモード18が
同様に方向性結合器に右側から入射して、大部分の光は
リング共振器内にとどまり、一部の光が共振器から取り
出される。このときの分岐比率は方向性結合器に左から
入射した場合の比率と同じである。リングレーザの発振
周波数が回転によって変化した場合でも、方向性結合器
の分岐特性の波長分散はそれほど急峻ではなく実質的に
は分岐比率には影響しない。
At this time, the clockwise laser mode 18 similarly enters the directional coupler from the right side, most of the light stays in the ring resonator, and some light is extracted from the resonator. The branch ratio at this time is the same as the ratio when the light enters the directional coupler from the left. Even when the oscillation frequency of the ring laser changes due to rotation, the chromatic dispersion of the branch characteristic of the directional coupler is not so steep and does not substantially affect the branch ratio.

【0055】方向性結合器12で反時計回りのレーザモ
ード19から取り出された光は、光取り出し部14から
出射される。また、方向性結合器12で時計回りのレー
ザモード18から取り出された光は、全反射ミラー13
で折返されたのちに光取り出し部15から出射される。
これらの光取り出し部の光導波路も方向性結合器と同様
に電流注入によって光利得を与えられて吸収損失を補っ
ている。
The light extracted from the laser mode 19 in the counterclockwise direction by the directional coupler 12 is emitted from the light extraction unit 14. The light extracted from the clockwise laser mode 18 by the directional coupler 12 is reflected by the total reflection mirror 13.
Then, the light is emitted from the light extraction unit 15 after being turned back.
Similarly to the directional coupler, the optical waveguides of these light extraction sections are provided with optical gain by current injection to compensate for the absorption loss.

【0056】光取り出し部14と15は、平行な位置関
係に対してわずかに内側を向いており、ホトディテクタ
16と17の近傍で取り出した光の強度が強くなる。ホ
トディテクタ16,17の近傍では2つの出力光が干渉
縞を形成する。ホトディテクタ16と17は逆バイアス
を印加してあり、入射光に応じた電流を取出すことがで
きる。2つのホトディテクタ16と17は、中心の間隔
が上記干渉縞パタンのピッチΛの(N/2+1/4)倍
(Nは整数)となるように置かれている。この配置によ
って、干渉縞パタンのcos(2π(f1−f2)t)
に相当する信号と、sin(2π(f1−f2)t)と
に相当する信号が得られるので、信号処理によって干渉
縞パタンの移動方向、すなわちf1とf2の大小関係が
わかり、回転方向を検知できる。また、干渉縞の振動の
周期から、回転の角速度が分かる。あるいは、干渉縞パ
タンの移動速度Λ・(f1−f2)から回転の角速度が
わかる。
The light extraction portions 14 and 15 are slightly inward with respect to the parallel positional relationship, and the intensity of the light extracted near the photodetectors 16 and 17 is increased. In the vicinity of the photodetectors 16 and 17, the two output lights form interference fringes. The photodetectors 16 and 17 are applied with a reverse bias, and can extract a current according to incident light. The two photodetectors 16 and 17 are arranged so that the interval between the centers is (N / 2 + /) times (N is an integer) the pitch の of the interference fringe pattern. With this arrangement, the cos (2π (f1-f2) t) of the interference fringe pattern is obtained.
And a signal corresponding to sin (2π (f1−f2) t) are obtained. Therefore, the moving direction of the interference fringe pattern, that is, the magnitude relationship between f1 and f2, can be determined by signal processing, and the rotation direction is detected. it can. The angular velocity of the rotation can be determined from the period of the vibration of the interference fringes. Alternatively, the angular velocity of rotation can be determined from the moving speed Λ · (f1−f2) of the interference fringe pattern.

【0057】さて、光ジャイロが、カメラの手振れや自
動車の姿勢変化によって30度毎秒の角速度で時計回り
に回転したときには、レーザ光の発振周波数f1は20
0Hz増加し、f2の発振周波数は、200Hz減少し
た。ホトディテクタ14,15では、400Hzの信号
を検知し、これから回転速度と回転方向を得た。
When the optical gyro rotates clockwise at an angular velocity of 30 degrees per second due to camera shake or a change in the attitude of the automobile, the oscillation frequency f1 of the laser beam becomes 20.
The frequency increased by 0 Hz, and the oscillation frequency of f2 decreased by 200 Hz. The photodetectors 14 and 15 detected a signal of 400 Hz, and obtained a rotation speed and a rotation direction from this.

【0058】ホトディテクタ14,15は順バイアス印
加として、インピーダンス変化を検知してもよい。
The photodetectors 14 and 15 may detect a change in impedance by applying a forward bias.

【0059】この実施例では半導体材料としてInGa
AsP/InP系を用いたが、GaAs系、ZnSe
系、InGaN系などの電流注入によってレーザ発振さ
せることのできる材料であっても構わない。
In this embodiment, InGa is used as a semiconductor material.
AsP / InP system was used, but GaAs system, ZnSe
A material that can cause laser oscillation by current injection, such as an InGaN-based material or an InGaN-based material, may be used.

【0060】[第2の実施例]図2(a)(b)は、そ
れぞれ、第2の実施例の光ジャイロの平面図及び断面図
である。20は本発明による光ジャイロ素子であり、2
1はリング共振器型半導体レーザ素子、22はマルチモ
ード干渉計、23は導波路に設けた全反射ミラー、24
は導波路の交差部、25,26は光取り出し部、27は
アレイ状のホトディテクタであり、リング共振器型半導
体レーザ素子21の基板の劈開端面に接して基板よりも
上側に受光部を設けて固定されている。リング共振器型
半導体レーザ素子21では28に示す時計回りの周回モ
ードと29に示す反時計回りの周回モードが存在してい
る。
[Second Embodiment] FIGS. 2A and 2B are a plan view and a sectional view, respectively, of an optical gyro according to a second embodiment. Reference numeral 20 denotes an optical gyro element according to the present invention;
1 is a ring resonator type semiconductor laser device, 22 is a multimode interferometer, 23 is a total reflection mirror provided on a waveguide, 24
Is an intersection of waveguides, 25 and 26 are light extraction parts, 27 is an array-shaped photodetector, and a light receiving part is provided above the substrate in contact with the cleavage end face of the substrate of the ring resonator type semiconductor laser device 21. Is fixed. The ring resonator type semiconductor laser device 21 has a clockwise rotation mode indicated by 28 and a counterclockwise rotation mode indicated by 29.

【0061】リング共振器型半導体レーザ素子の構成と
動作は、第1の実施例と同様である。
The configuration and operation of the ring resonator type semiconductor laser device are the same as in the first embodiment.

【0062】マルチモード干渉計22は、以下のように
して一定の比率の光を分岐してリング共振器から取り出
す。素子長Lと入力ポートの位置を適切に選んだマルチ
モード干渉計では、各ポートへの入力はすべての出力ポ
ートに結合される。均一な幅のマルチモード導波路部を
有する干渉計による2×2カプラに光を入力した場合に
は、1:1,0:1,15:85,28:72などの分
岐比の得られることが知られている。さらに、図のよう
にマルチモード導波路の幅にテーパを与えたものを接続
した場合には、接続部で生じる位相シフトによって2×
2カプラの分岐比を制御することができるので、テーパ
幅をパラメータとした設計が可能となることも知られて
いる。そこで、リング共振器レーザの共振器にたいする
マルチモード干渉計の挿入損失が大きくならないように
分岐比を設定できる。例えば、マルチモード干渉計22
への入射光221の94%は出射光222としてリング
共振器内にとどまり、6%が出射光223としてリング
共振器から取り出されるのである。このとき同様にマル
チモード干渉計22に入射した時計回りの光も、94%
がリング共振器内にとどまり、6%が取り出される。
The multimode interferometer 22 splits light at a fixed ratio and extracts it from the ring resonator as follows. In a multimode interferometer in which the element length L and the position of the input port are properly selected, the input to each port is coupled to all output ports. When light is input to a 2 × 2 coupler by an interferometer having a multimode waveguide section having a uniform width, a branching ratio of 1: 1, 0: 1, 15:85, 28:72, etc. can be obtained. It has been known. Further, when a multimode waveguide having a tapered width is connected as shown in FIG.
It is also known that since the branching ratio of the two couplers can be controlled, it is possible to design with the taper width as a parameter. Therefore, the branching ratio can be set so that the insertion loss of the multimode interferometer with respect to the resonator of the ring resonator laser does not increase. For example, the multimode interferometer 22
94% of the incident light 221 enters the ring resonator as output light 222, and 6% is extracted from the ring resonator as output light 223. At this time, similarly, the clockwise light incident on the multi-mode interferometer 22 is 94%
Stay in the ring resonator and 6% is extracted.

【0063】マルチモード干渉計から取り出した光を全
反射ミラー23で光路を折返して出射部に導く。時計回
りの周回モード28からマルチモード干渉計によって取
出された光は全反射ミラー23で光路を折返して光取り
出し部25から出射される。また反時計回りの周回モー
ド29からマルチモード干渉計によって取出された光は
導波路の交差部24を通過して、光取り出し部26から
出射される。
The light taken out of the multi-mode interferometer is turned back by the total reflection mirror 23 and guided to the emission section. The light extracted by the multi-mode interferometer from the clockwise rotation mode 28 is emitted from the light extraction unit 25 after turning the optical path back by the total reflection mirror 23. Light extracted from the counterclockwise rotation mode 29 by the multi-mode interferometer passes through the intersection 24 of the waveguide, and is emitted from the light extraction unit 26.

【0064】これらの光は、光ジャイロ素子の基板の端
面において干渉縞を形成する。アレイ状のホトディテク
タ27の素子間隔は、受光面への入射角とレーザ波長か
ら定まる干渉縞ピッチの1/2よりも小さくなってい
る。ホトディテクタ27で干渉縞をモニタし、この出力
を信号処理して干渉縞パタンを得ることができる。この
干渉縞パタンの移動の方向と速度を検出した。これによ
り回転方向と角速度を得た。
These lights form interference fringes on the end face of the substrate of the optical gyro element. The element spacing of the array-like photodetector 27 is smaller than half the interference fringe pitch determined by the angle of incidence on the light receiving surface and the laser wavelength. The interference fringe is monitored by the photodetector 27, and the output is subjected to signal processing to obtain an interference fringe pattern. The direction and speed of movement of this interference fringe pattern were detected. Thereby, the rotation direction and the angular velocity were obtained.

【0065】素子がAlGaAs系材料などからなって
いて、発振波長がシリコンのCCDが感度を有する波長
の場合には、安価なCCDアレイ素子によって干渉縞パ
タンを観測してもよい。
When the device is made of an AlGaAs material or the like and the oscillation wavelength is a wavelength at which a silicon CCD has sensitivity, the interference fringe pattern may be observed by an inexpensive CCD array device.

【0066】[第3の実施例]図3(a)(b)は、そ
れぞれ、第3の実施例の光ジャイロの平面図及び断面図
である。30は光ジャイロであり、31はリング共振器
型半導体レーザ素子、32は低屈折率層/半導体層多層
膜反射ミラーである。これらは、第1の実施例と同様の
層構成からなっている。また33はアレイ状ホトディテ
クタである。
[Third Embodiment] FIGS. 3A and 3B are a plan view and a sectional view of an optical gyro according to a third embodiment, respectively. Reference numeral 30 denotes an optical gyro, 31 denotes a ring resonator type semiconductor laser device, and 32 denotes a low refractive index layer / semiconductor layer multilayer mirror. These have the same layer configuration as in the first embodiment. Reference numeral 33 denotes an array-shaped photodetector.

【0067】低屈折率層/半導体層多層膜反射ミラー3
2は、レーザの発振波長λにたいして、(λ/(4ne
ff))×(2j+1)(j=0,1,2,…)の厚さ
の半導体部分と(λ/4n)×(2k+1)(k=0,
1,2,…)の厚さの低屈折率部分との繰り返しからな
る。レーザの活性層を含む半導体層での吸収損失を低減
するためには、半導体層の厚さは小さい方がよい。ま
た、導波構造のない低屈折率層部での光の広がりによる
損失を抑えるためには、この層も薄いことが望まれる。
例えば、3λ/4neffの半導体層と、3λ/4nの
低屈折率層からなる構造を作製した。半導体層上にSi
N膜とホトレジスト膜を形成し、EB描画によってホト
レジスト上に形成したパタンを、ドライエッチングによ
ってSiN膜に転写し、塩素ガスを用いたリアクティブ
イオンエッチングによって、下側クラッドまで到達する
溝を形成して多層膜ミラーを形成した。
Low-refractive index layer / semiconductor layer multilayer film reflection mirror 3
2 is (λ / (4ne) with respect to the laser oscillation wavelength λ.
ff)) × (2j + 1) (j = 0, 1, 2,...) and (λ / 4n) × (2k + 1) (k = 0,
1, 2,...) Having a low refractive index portion. In order to reduce absorption loss in a semiconductor layer including an active layer of a laser, the thickness of the semiconductor layer is preferably small. Further, in order to suppress the loss due to the spread of light in the low refractive index layer portion having no waveguide structure, it is desired that this layer is also thin.
For example, a structure including a 3λ / 4neff semiconductor layer and a 3λ / 4n low-refractive index layer was manufactured. Si on the semiconductor layer
An N film and a photoresist film are formed, a pattern formed on the photoresist by EB drawing is transferred to a SiN film by dry etching, and a groove reaching the lower clad is formed by reactive ion etching using chlorine gas. Thus, a multilayer mirror was formed.

【0068】低屈折率層/半導体層多層膜反射ミラー3
2に対して2つの導波路が垂直から傾いて接続する。多
層ミラーに対する入射角は、半導体層から低屈折率層へ
の界面で全反射条件とならない小さな角度を選定してい
る。半導体層の屈折率が3.5、低屈折率層が空気(屈
折率は1.0)の場合、入射角16.6度以上が全反射
条件となるので、多層膜反射ミラー部ではこれより小さ
な入射角としている。また、グースヘンシェンシフトが
生じるので、このシフト量を考慮して2つの導波路を配
置して、導波路間で最も高い反射率が得られるようにし
た。
Low-refractive index layer / semiconductor layer multilayer mirror 3
Two waveguides are connected to 2 at an angle from the vertical. The incident angle with respect to the multilayer mirror is set to a small angle that does not satisfy the condition of total reflection at the interface from the semiconductor layer to the low refractive index layer. When the refractive index of the semiconductor layer is 3.5 and the low refractive index layer is air (refractive index is 1.0), the incident angle of 16.6 degrees or more is the condition of total reflection. The angle of incidence is small. In addition, since a Goos-Henschen shift occurs, two waveguides are arranged in consideration of the shift amount so that the highest reflectance can be obtained between the waveguides.

【0069】反射ミラーからの透過光はホトディテクタ
33近くでは入射角の差が小さいので周期の大きな干渉
縞を形成する。
The transmitted light from the reflection mirror forms an interference fringe having a large period because the difference in the incident angle is small near the photodetector 33.

【0070】第1、第2の実施例同様に、アレイ状のホ
トディテクタ33によって、干渉縞の移動速度と移動方
向を検知して、素子の回転速度と方向を知ることができ
た。
As in the first and second embodiments, the moving speed and moving direction of the interference fringes were detected by the array-shaped photodetector 33, so that the rotational speed and direction of the element could be known.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上説明した実施形態1の本発明によれ
ば、回転の角速度と回転方向を検知することのできる光
ジャイロが得られた。
According to the first embodiment of the present invention described above, an optical gyro capable of detecting the angular velocity and direction of rotation can be obtained.

【0072】実施形態2の本発明によれば、低発振しき
い値で低駆動電流の光ジャイロが得られた。
According to the second embodiment of the present invention, an optical gyro having a low oscillation threshold and a low driving current was obtained.

【0073】実施形態3の本発明によれば、低発振しき
い値で低駆動電流の光ジャイロが得られた。
According to the third embodiment of the present invention, an optical gyro having a low oscillation threshold and a low driving current was obtained.

【0074】実施形態4の本発明によれば、低発振しき
い値で低駆動電流の光ジャイロが得られた。
According to the fourth embodiment of the present invention, an optical gyro having a low oscillation threshold and a low driving current was obtained.

【0075】実施形態5の本発明によれば、受光素子の
位置が設計上の観察面からずれても電気的に補正が可能
になり、素子の組立て誤差の許容範囲を広くすることが
できる光ジャイロが得られた。
According to the fifth embodiment of the present invention, even if the position of the light receiving element is deviated from the designed observation surface, it is possible to electrically correct the light receiving element, and the allowable range of the element assembly error can be widened. Gyro was obtained.

【0076】実施形態6の本発明によれば、部品点数が
少なく、回転の角速度と回転方向を検知することのでき
る光ジャイロが得られた。
According to the sixth embodiment of the present invention, an optical gyro having a small number of components and capable of detecting the angular velocity and the rotation direction of the rotation is obtained.

【0077】実施形態7,8の本発明によれば、複数の
受光素子での信号の位相差から、回転方向を検知するこ
とのできる光ジャイロが得られた。
According to the present invention of the seventh and eighth embodiments, an optical gyro capable of detecting the direction of rotation can be obtained from the phase difference between signals at a plurality of light receiving elements.

【0078】実施形態9の本発明によれば、干渉縞パタ
ンの移動の速度と方向を検知し、角速度と回転方向の得
られる光ジャイロが得られた。
According to the ninth embodiment of the present invention, the speed and direction of the movement of the interference fringe pattern are detected, and an optical gyro having an angular velocity and a rotation direction is obtained.

【0079】実施形態10の本発明によれば、複数の受
光素子での信号の位相差から、回転方向を検知すること
のできる光ジャイロの回転方向の検知方法が得られた。
According to the tenth embodiment of the present invention, a method for detecting the rotation direction of the optical gyro, which can detect the rotation direction from the phase difference of the signals at the plurality of light receiving elements, is obtained.

【0080】実施形態11の本発明によれば、干渉縞パ
タンの移動の速度と方向を検知し、角速度と回転方向の
得られる光ジャイロの回転方向の検知方法が得られた。
According to the eleventh embodiment of the present invention, a method for detecting the rotation direction of the optical gyro that can obtain the angular velocity and the rotation direction by detecting the moving speed and direction of the interference fringe pattern is obtained.

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

【図1】第1の実施例の光ジャイロの平面図及び断面図FIG. 1 is a plan view and a sectional view of an optical gyro according to a first embodiment.

【図2】第2の実施例の光ジャイロの平面図及び断面図FIG. 2 is a plan view and a sectional view of an optical gyro according to a second embodiment.

【図3】第3の実施例の光ジャイロの平面図及び断面図FIG. 3 is a plan view and a sectional view of an optical gyro according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20 光ジャイロ素子 11,21,31 リング共振器型半導体レーザ素子 12 方向性結合器 14,15,24,25 光取り出し部 16,17,26,33 ホトディテクタ 18,27,37 時計回りの周回モード光 19,26,36 反時計回りの周回モード光 22 マルチモード干渉計 32 低屈折率層/半導体層の多層膜反射ミラー 10, 20 Optical gyro element 11, 21, 31 Ring resonator type semiconductor laser element 12 Directional coupler 14, 15, 24, 25 Light extraction section 16, 17, 26, 33 Photodetector 18, 27, 37 Clockwise Circular mode light 19, 26, 36 Circular mode light counterclockwise 22 Multimode interferometer 32 Multi-layer reflective mirror with low refractive index layer / semiconductor layer

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起手段とリング形状の共振器と共振器
の一部である光取り出し部とを有する半導体リングレー
ザと、前記光取り出し部から得た光を導波路外へ出射す
る出力部と、出力部から得られる2つの光が重なる位置
に置かれた複数の受光素子とを有することを特徴とする
光ジャイロ。
A semiconductor ring laser having pumping means, a ring-shaped resonator, and a light extraction part which is a part of the resonator; and an output part for emitting light obtained from the light extraction part to outside the waveguide. An optical gyro comprising: a plurality of light receiving elements disposed at positions where two lights obtained from an output unit overlap.
【請求項2】 前記光取り出し部が、方向性結合器であ
ることを特徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
2. The optical gyro according to claim 1, wherein the light extraction unit is a directional coupler.
【請求項3】 前記光取り出し部が、マルチモード干渉
計であることを特徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
3. The optical gyro according to claim 1, wherein the light extraction unit is a multi-mode interferometer.
【請求項4】 前記光取り出し部が、低屈折率層と半導
体層からなる多層膜反射鏡であり、該反射鏡がリング共
振器の導波路の屈曲部に位置して該導波路間を光学的に
接続することを特徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
4. The light-extracting portion is a multilayer reflector comprising a low-refractive-index layer and a semiconductor layer, and the reflector is located at a bent portion of a waveguide of a ring resonator and optically communicates between the waveguides. 2. The optical gyro according to claim 1, wherein the optical gyro is connected to the optical gyro.
【請求項5】 前記複数の受光素子が、アレイ状に形成
された受光素子群であることを特徴とする請求項1記載
の光ジャイロ。
5. The optical gyro according to claim 1, wherein the plurality of light receiving elements are a light receiving element group formed in an array.
【請求項6】 前記複数の受光素子として、CCDアレ
イを有することを特徴とする請求項1記載の光ジャイ
ロ。
6. The optical gyro according to claim 1, wherein the plurality of light receiving elements include a CCD array.
【請求項7】 前記複数の受光素子として、リングレー
ザと同一の層構成のレーザ素子を用いることを特徴とす
る請求項1記載の光ジャイロ。
7. The optical gyro according to claim 1, wherein a laser element having the same layer configuration as a ring laser is used as the plurality of light receiving elements.
【請求項8】 前記複数の受光素子からの光強度信号に
よって、受光素子の位置に形成された干渉縞パタンの変
調周期と移動方向を検知してこれから角速度と回転方向
を得ることを特徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
8. The method according to claim 1, wherein a modulation period and a moving direction of an interference fringe pattern formed at a position of the light receiving element are detected based on light intensity signals from the plurality of light receiving elements, and an angular velocity and a rotating direction are obtained from the detected modulation period and moving direction. The optical gyro according to claim 1.
【請求項9】 前記複数の受光素子の少なくとも二つの
間隔が前記干渉縞パタンのピッチの整数倍とは異なって
いることを特徴とする請求項8記載の光ジャイロ。
9. The optical gyro according to claim 8, wherein at least two intervals between the plurality of light receiving elements are different from an integral multiple of a pitch of the interference fringe pattern.
【請求項10】 前記アレイ状の受光素子群からの光強
度信号によって、アレイ素子の位置に形成された干渉縞
パタンの移動の速度と方向を検知してこれから角速度と
回転方向を得ることを特徴とする請求項5記載の光ジャ
イロ。
10. The method according to claim 1, wherein a speed and a direction of movement of an interference fringe pattern formed at a position of the array element are detected based on a light intensity signal from the array of light receiving element groups, and an angular velocity and a rotation direction are obtained from the detected speed and direction. The optical gyro according to claim 5, wherein
【請求項11】 励起手段とリング形状の共振器と共振
器の一部である光取り出し部とを有する半導体リングレ
ーザと、前記光取り出し部から得た光を導波路外へ出射
する出力部と、出力部から得られる2つの光が重なる位
置に置かれた複数の受光素子を有することを特徴とする
光ジャイロにおいて、前記複数の受光素子からの光強度
信号によって、受光素子の位置に形成された干渉縞パタ
ンの変動周期と移動方向を検知してこれから角速度と回
転方向を得ることを特徴とする光ジャイロの回転方向検
知方法。
11. A semiconductor ring laser having pumping means, a ring-shaped resonator, and a light extraction part which is a part of the resonator, and an output part for emitting light obtained from the light extraction part to outside the waveguide. A light gyro having a plurality of light receiving elements placed at positions where two lights obtained from the output unit overlap, formed by light intensity signals from the plurality of light receiving elements at a position of the light receiving element A rotation period of the optical gyro, and a rotation direction of the optical gyro obtained by detecting a fluctuation period and a movement direction of the interference fringe pattern.
【請求項12】 励起手段とリング形状の共振器と共振
器の一部である光取り出し部とを有する半導体リングレ
ーザと、前記光取り出し部から得た光を導波路外へ出射
する出力部と、出力部から得られる2つの光が重なる位
置に置かれた複数の受光素子を有することを特徴とする
光ジャイロにおいて、前記複数の受光素子からの光強度
信号によって、アレイ素子の位置に形成された干渉縞パ
タンの移動の速度と方向を検知してこれから角速度と回
転方向を得ることを特徴とする光ジャイロの回転方向検
知方法。
12. A semiconductor ring laser having pumping means, a ring-shaped resonator, and a light extraction part which is a part of the resonator, and an output part for emitting light obtained from the light extraction part to outside the waveguide. A light gyro having a plurality of light receiving elements placed at positions where two lights obtained from the output unit overlap each other, the light gyro being formed at a position of an array element by a light intensity signal from the plurality of light receiving elements. A rotational speed and direction of the interference fringe pattern, and obtaining an angular velocity and a rotational direction from the detected rotational speed and direction.
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