JP2001517779A - 光集積回路 - Google Patents

光集積回路

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JP2001517779A JP2000513109A JP2000513109A JP2001517779A JP 2001517779 A JP2001517779 A JP 2001517779A JP 2000513109 A JP2000513109 A JP 2000513109A JP 2000513109 A JP2000513109 A JP 2000513109A JP 2001517779 A JP2001517779 A JP 2001517779A
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マッケンジー，ジェームス，スチュアート
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ブックハム テクノロジー ピーエルシー
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Abstract

(57)【要約】 光ファイバジャイロスコープに使用する光集積回路を製造する際の素子の整合を容易にする。 【解決手段】 シリコン絶縁体上チップ１の、絶縁層によって基板から分離された上部シリコン層にリブ導波管１１を形成し、光ファイバーコネクタ９を上部シリコン層に溝状に形成し、位相測定手段１６、１７をチップに組み込んだ構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、光ファイバジャイロスコープに使用する光集積回路に関する。
【０００２】 サニャック効果に基づいて回転速度を測定する光ファイバジャイロスコープが
知られている。その平面に対して垂直な軸の回りを回転している光ファイバルー
プを光が横切る場合、光の通過時間は、ループの回転速度により変化する。反対
方向にループを横切っている二つの光信号の間のサニャック位相差は、回転速度
に比例する。
【０００３】 そのような光ファイバジャイロスコープで使用する光集積回路は、例えば、米
国特許第５，１９４，９１７号公報に提案されている。しかしながら、これらの
設計は、非シリコン受動機能素子を含むようなものであった。これは、材料不整
合又は結合損失による問題を回避又は最小化することを試みるために、余分な整
合及び組立ての工程が要求され、製造工程に余分な複雑性及び経費を付加する。
【０００４】 本発明は、従来技術によって経験されたこれらの困難を回避又は低減すること
を課題とする。
【０００５】
【課題を解決する手段】
本発明の第１の態様によれば、反対方向に光ファイバ感知ループの周に沿って
伝わる光線間のサニャック効果による位相変位を確認することによって、回転速
度を感知する光ファイバジャイロスコープに使用する光集積回路が提供され、該
回路は、絶縁層によって基板から分離されたシリコンの層を備えている絶縁体上
シリコンチップに配置されており、該回路は、光源からの光を受け、光を光検出
器に送るためにシリコン層に形成されたリブ導波管と、光ファイバ感知ループの
各端部を受容するためにシリコン層にエッチングされ溝状に形成された光ファイ
バコネクタと、感知ループの周に沿って反対方向に光線を誘導し、また、それか
ら戻ってくる光線を受けるように光ファイバコネクタに送られる光と該光ファイ
バコネクタから戻る光を伝達するため、シリコン層に形成されたリブ導波管と、
感知ループから戻ってくる光線間の位相変位を確認するためにシリコン層に組込
まれた位相確認手段とを備えている。
【０００６】 本発明の別の態様によれば、そのような光集積回路を備えている光ファイバジ
ャイロスコープが提供される。
【０００７】 本発明の他の好ましく、かつ任意に選択可能な特徴は、以下の説明及び特許請
求の範囲から明らかであろう。
【０００８】 リブ導波管は、リッジ導波管としてしばしば知られ、二つの用語は、互換性を
有する。
【０００９】 本発明について、添付した図面を参照して、ごく例示的にここで更に説明する
。
【００１０】 図１に示す光ファイバジャイロスコープは、絶縁体上シリコンチップ１上に形
成される光集積回路を備えている。これは、二酸化シリコンのような、絶縁層に
よって、シリコンの基礎層から分離されたシリコンの上部層を備えている。その
ような基板は、少なくとも０．１ミクロンの厚みを有し、好ましくは少なくとも
０．３ミクロンの厚さの層によって基板のシリコン層から分離された、３乃至１
５ミクロンの厚さのシリコンの上部層を備えていることが好ましい。そのような
基板は、容易に市販のものが利用可能である。以下、シリコン層と述べるものは
、上述した上部層を指す。
【００１１】 光集積回路１は、光源２、光検出器３、及び光ファイバループ４を互いに接続
し、ジャイロスコープの感知素子を形成する。
【００１２】 光集積回路１は、光検出器３と、光源２と、それらと光を送受信する光ファイ
バ７及び８を受容するための第１及び第２のファイバコネクタ５及び６を備えて
いる。ファイバコネクタ５と６は、シリコン層に、一般にＶ字の溝状に形成され
ている。
【００１３】 更に、ファイバコネクタ９及び１０は、光ファイバループ４の端部を受容する
ために設けられている。リブ導波管１１は、ファイバコネクタ５，６，９及び１
０を光学的に接続するためにチップのシリコン層に形成され、コネクタ５及び６
からのリブ導波管は、第１のＹジャンクション１２で接合し、第２のＹジャンク
ション１５で分かれる前に、空間フィルタ１３と、偏光器１４を通過する。導波
管は、第２のＹジャンクション１５から位相変調器１６及び１７を通過してコネ
クタ９及び１０に延伸する。したがって、Ｙジャンクション１５は、光を感知コ
イル４の周に沿って両方向に向けて誘導し、かつチップ１に戻り受けられた反対
方向の伝搬光を再び組合せる役目をする。導波管１１は、モードを調和させ、良
好な光パワーの伝達を提供するために、導波管と光ファイバとの接続部でテーパ
状に形成されうる。テーパの適格な形式の詳細は、ＧＢ−Ａ−２３１７０２３で
提供されている。
【００１４】 図１に示した光集積回路は、従来技術に対して多くの利点を有する。最も重要
なのは、リブ導波管１１と、ファイバコネクタ５，６，９及び１０と、位相変調
器１６及び１７とが全て同じシリコン層に構築されることである。これは、回路
の製造を大幅に簡略化し、光源、光検出器及び光ファイバのような構成部分をリ
ブ導波管１１と受動的に整合させることができ、従来の技術で経験されたような
、導波管と、その他の一体に組み込まれた構成部分との界面における材料及び屈
折率の変化に関連した潜在的な問題を回避することができる。
【００１５】 例えば、米国特許第５，１９４，９１７号公報は、リン又はゲルマニウムをド
ーピングしたＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４をシリコン基板に堆積させて形成した導波
管を使用している。また、変調器に、ゲルマニウムをシリコン基板に拡散させる
か、シリコン基板上にエピタキシャル成長させるか、又はシリコン・ゲルマニウ
ム混成結晶から形成したものを使用するので、回路の機能素子間の潜在的な結合
損失を誘発する。
【００１６】 更に、絶縁体上シリコン基板を使用すると、出願人による係属中の出願ＷＯ９
７／４２５３４号にしたがって、Ｖ溝内に配置された光ファイバと導波管の突き
合わせ結合を容易にするために、Ｖ溝の端部を覆い被すように張り出してリブ導
波管を形成してファイバコネクタを製造することができる。
【００１７】 また、本発明で用いられるリブ導波管１１と、ファイバコネクタ５，６，９及
び１０とは、シリコン層の結晶面に対して自己整合されかつそれらの相対位置は
、回路を製造する際、単一のフォトリソグラフ工程によって決定される。
【００１８】 米国特許第５，１９４，９１７号公報に開示される導波管とＶ溝は、別々の工
程によって形成される。すなわち、導波管は基板自体から形成されるのではなく
、基板上に堆積して形成される。それゆえに、より複雑な製造工程は、整合の難
しさを増大させる。
【００１９】 信号の質問のために本発明で用いる位相変調器は、例えば、ＷＯ９５／０８７
８７号公報に開示されたように、ドーピングされた領域がシリコンリブ導波管の
いずれかの側面に横付けし、あるいは横に並べて設けられているような、リブ導
波管にわたって形成されているｐ-ｉ-ｎダイオードからなる。ダイオード中に供
給された電気信号は、自由電荷キャリヤをリブ導波管に導入して、その有効屈折
率を変える。導波管１１とそのような変調器との間に、材料不整合は存在しない
ので、それらの間の結合損失は、回避される。この点、米国特許第５，１９４，
９１７号公報に記載された回路では、変調器と、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４ベース
の導波管との間に材料不整合が存在し、それは回路の製造に複雑性を付加し、か
つその間の屈折率の段差による損失を導きうる。更に、上述した形式のｐ-ｉ-ｎ
変調器は、オープンループ及びクローズドループのいずれのシステムに対するジ
ャイロスコープ復調方式として十分かそれ以上のＭＨｚまで変調することができ
る。
【００２０】 また、上示したｐ-ｉ-ｎダイオードの代りに熱変調器を使用しうる。熱変調器
は、ｐ-ｉ-ｎダイオードと比較して振幅変調を全く示さないか、あるいはかなり
低減する。位相変調器で発生するスプリアス振幅変調は、バイアス安定性に影響
を及ぼし、かつジャイロスコープのスケールファクタを変化させることがある。
バイアス安定性への影響を低減するための一般的な方法は、位相変調器を、１／
（２×ループを伝播する時間）に等しい光ファイバループ４の固有周波数で動作
させることである。一般的に、熱位相変調器は、ｐ-ｉ-ｎダイオード変調器と比
較して低い帯域幅を有するが、長い光ファイバループを採用している高感度ジャ
イロスコープの場合には、ループの固有周波数でそれらを動作することができる
。それゆえに、ループ固有周波数で熱変調器を用いることにより、バイアス及び
スケールファクタ安定性への残留効果を更に低減することができる。これは、高
感度ジャイロスコープにおいて最も重要であり、それゆえに熱変調器が好ましい
。
【００２１】 熱変調器は、導波管の温度を制御するための加熱又は冷却手段を供給すること
によってリブ導波管の一部として形成することができる。これは、例えば、導波
管に取付けるか又はそれに隣接して設けられた電気抵抗ヒータ回路を用いて、或
いはｎ形及びｐ形にドープされた領域を二つのリブ導波管の間に設け、各導波管
に隣接してそのように形成される非類似材料（ｐ形にドーピングされた領域とｎ
形にドーピングされた領域）間の接合によるペルティエ効果の原理により一つの
リブ導波管が冷却され、他のリブ導波管が加熱されるように、電流を導波管の導
電性トラックを通してドーピングされた領域の中に通すことによってなされる。
そのような構成は、本出願人の同時係属中の特許出願第ＧＢ９８０９４５８．４
号に更に説明されている。
【００２２】 また、熱変調器は、上示したｐ-ｉ-ｎダイオードと同様な方法で、しかし両方
の領域をｎ形にドーピングするか又は両方の領域をｐ形にドーピングして、導波
管に渡りｎ−ｉ−ｎ又はｐ−ｉ−ｐデバイスを形成することによっても供給され
うる。そのような素子は、電気抵抗ヒータ回路として動作して、ドーピングされ
た領域間を通る電流が導波管を加熱する。そのような構成は、本出願人の同時係
属中の特許出願第ＧＢ９８１５６５５．７号に説明されている。
【００２３】 ある構成によっては単一の位相変調器だけが要求されることもあるが、位相変
調器は、光ファイバ感知ループの各端部に通じている導波管のそれぞれに設けら
れるのが好ましい。
【００２４】 また、偏光器１４は、チップ１に組込まれることが好ましく、かつ例えば、シ
リコンリブ導波管の構成をベースとして、誘電体のクラッド層（例えば、通常は
二酸化シリコン）を加工し、それの一部を高い屈折率のバッファ層及びアルミニ
ウムのような金属被覆で置換することにより形成される。偏光器の適切な形態は
、第ＧＢ−Ａ−２３１８６４７号に開示されている。偏光器をチップに組込む機
能は、従来技術に対して更に重要な利点をもたらす。しかしながら、感知ループ
に送られた光を偏光するために他の形式の偏光手段を用いることもできる。
【００２５】 上記に加えて、絶縁体上シリコン基板に形成されたシリコンリブ導波管におけ
る光の閉じ込めは、それらの高い屈折率及びそれらの１３００ｎｍ又は１５５０
ｎｍ波長（これらは光ファイバジャイロスコープの動作に対する最適波長である
）の光との適合性の点でＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４ベースの導波管よりも遥かによ
く、基板における迷光の量が低減されて、Ｓ／Ｎ比を改良し、信号ドリフトを低
減する。
【００２６】 空間フィルタ１３は、Ｙジャンクション１２がもたらす基板における迷光の影
響を低減することを支援するために設けられ、それは導波管に結合される。必要
な空間フィルタリングの程度は、（例えば、接合部における散乱により、Ｙジャ
ンクションにより、及び比較的少ないがカプラーによって生成される）迷光の量
に依存し、かつ用途による要求事項に依存する。
【００２７】 空間フィルタは、（図１及び２に示すように）リブ導波管の湾曲部分として形
成されるか、又は鋭い９０度の曲げによって形成されうるか、又は他の手段、例
えば、一つ以上の鏡を設けることによって供給されうる。また、空間フィルタは
、チップに組込まれることが好ましい。
【００２８】 図２は、光源及び光検出器２及び３が、チップ外に取付けられるのではなく絶
縁体上シリコンチップに設けられるということ以外は、図１のものに類似する構
成を示す。
【００２９】 光源２は、一般的にチップ１に組込まれたレーザダイオードからなる。光源２
は、それをシリコン層に形成された位置決め用のリセス部に取付けることによっ
て、それに通じている導波管に受動的に整合されうる。位置決め用のリセス部及
び導波管の位置は、チップの製造の際、単一のリソグラフ工程によって決定する
ことができるので、それらは、互いに自動的に整合される。また、レーザダイオ
ードの、チップの面に垂直な方向での位置は、絶縁体上シリコンチップにおいて
、当然にエッチングを止める絶縁層の界面の位置によって決定される。リブ導波
管とレーザダイオードの整合の更なる詳細は、ＧＢ−Ａ−２３０７７８６に与え
られている。また、光源２としてスーパルミネセントダイオード（ＳＬＤｓ）及
びエッジ発光ダイオード（ＥＬＥＤｓ）を用いてもよい。
【００３０】 光検出器３は、一般的にフォトダイオードからなる。これは、チップに組込ま
れうるし、かつ上述したようなレーザダイオードと同様な方法でその上に整合さ
れうる。このようにする代わりに、フォトダイオードをシリコン層のリセス部の
上部に取付けて、そのリセス部の中に導波管からの光をフォトダイオードに向け
直す斜面を形成してもよい。斜面と導波管との間の整合は、それらが同じシリコ
ン層に形成されかつ単一のリソグラフ工程によってそれらの位置が決定されると
きに、前記と同様にして自動的になされる。これの更なる詳細は、ＧＢ−Ａ−２
３１５５９５に開示されている。
【００３１】 これらの整合技術は、結合損失を低減し、製造工程を簡略化して短時間かつ安
価とすることを助ける。
【００３２】 上記とは対照的に、絶縁体上シリコン基板と、それに形成されたシリコンリブ
導波管を使用しない、米国特許第５，１９４，９１７号公報のような従来技術で
は、材料の性質及び採用した構成によって、いかなる自己整合メカニズムをも提
供しない。また、絶縁体上シリコン基板の使用は、上述したようなファイバコネ
クタにおける導波管の覆い被すように張り出している部分の製造も容易にする。
【００３３】 図３は、図１に類似する構成であるが、Ｙジャンクション１２の代りにチップ
の外に設けられる通常の設計のファイバカプラー１８を有する構成を示す。この
場合には、チップの空間フィルタリングに対する要求は低減される。
【００３４】 Ｙジャンクションの代りに上述した回路に指向性カプラーを使用しうる。図４
Ａは、２×２カプラーを示し、図４Ｂは、３×３カプラーを示す。これらのカプ
ラーは、通常の設計であり、一つの導波管の中を進んでいる光波が他の導波管の
光波と重なり合って、それらと結合するように、互いに近くに配置されるリブ導
波管を備えている。図に示した円は、結合領域を表す。
【００３５】 また、（必要な場合には空間フィルタと一緒に）他の形のＹジャンクション又
はカプラーを用いうる。
【００３６】 また、カプラー及び位相変調器は、図１１及び図１２に関して以下に説明する
ようにマルチモードインターフェイスカプラーによって置換えられうる。
【００３７】 図５は、図１のものに類似するが、第１のＹジャンクションを第１の２×２カ
プラー１９によって置換え、第２のＹジャンクションを第２の２×２カプラー２
０によって置換えた構成を示す。カプラーがＹジャンクションに比べて迷光の量
を低減するので、空間フィルタリングに対する要求は、さらに低減される。
【００３８】 図６は、図２のものに類似するが３×３カプラー２１によって置換えられたＹ
ジャンクションを有する構成を示す。偏光器１４は、カプラー２１の上に矩形で
表されて示されている。偏光器１４は、カップリング領域内にありカップリング
領域における全ての導波管を覆う。
【００３９】 また、複数の光ファイバ感知ループに対する光源２の多重化は、以下に説明す
るように必要によりＹジャンクション、カプラー、空間フィルタ及び偏光器の適
当な構成で達成することができる。
【００４０】 図７は、二つの軸のまわりの回転速度を感知するための２コイル構成を示す。
４つの２×２カプラー２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ及び２３ＢとＹ接合２４は、光源
２、二つの検出器３Ａ及び３Ｂそして二つの感知コイル４Ａ及び４Ｂを接続する
ために用いられる。また、偏光器１４Ａ及び１４Ｂは、図示すようにカプラー２
２Ａと２３Ａとの間及びカプラー２２Ｂと２３Ｂとの間に設けられる。
【００４１】 図８は、三つの軸のまわりの回転速度を感知するための３コイル構成を示す。
４つの３×３カプラー２５，２６，２７及び２８は、光源２、三つの検出器３Ａ
、３Ｂ及び３Ｃそして三つの感知コイル４Ａ、４Ｂ及び４Ｃを接続するために用
いられる。また、偏光器１４は、上述したようにそれぞれのカップリング領域内
に設けられる。
【００４２】 偏光器が光源と各感知コイル４との間及び各感知コイル４と各検出器３との間
に設けられている限り、偏光器１４の位置を図６、７及び８に示すように変化さ
せてもよいということに注目すべきである。偏光器１４と空間フィルタ１３の順
番も関係ない。
【００４３】 図９は、光源２が（図１のように）チップの外部に設けられ、かつ光検出器３
が（図２のように）チップ１に設けられる更なる実施形態を示す。加えて、光源
２の出力を監視するために、追加された光検出器２９がチップ１に設けられてい
る。光検出器２９は、フォトダイオードからなり、かつ２×２カプラー３０によ
り光源２に通じている導波管と結合される。また、空間フィルタ１３及び偏光器
１４は、図１及び２のように設けられる。また、同様な構成は、図６，７及び８
にも設けられうる、即ち、図６，７及び８に示した実施例における光源２は、ま
た、チップに取付けられる代りにチップの外部に設けてもよい。
【００４４】 図１０は、図３のものに類似するが（図２及び６のように）光源２及び光検出
器３の両方がチップに設けられた別の実施形態を示す。
【００４５】 図１１は、上述したカプラーがマルチモードインターフェイスカプラー３１に
よって置換えられるような更なる実施形態を示す。図１２に示すように、これは
、シリコン層に組込まれ、入力及び出力用のリブ導波管１１がそれに接続されて
シリコン層に形成されたマルチモードセクション３２を備える。マルチモードイ
ンターフェイスカプラーは、セルフイメージング原理に基づくものであり、入力
及び出力導波管の間に高度に多様化された平面の導波管からなる部分を有する。
それらは、低減された製品許容誤差の産物であり、実質的に偏光に対して反応せ
ず、それらの動作の特質により入力と出力ポートとの間に安定した位相関係を供
給し、かつ上述した型のリブ導波管と適合性がある。
【００４６】 図１１に示す構成では、マルチモードインターフェイスカプラー３１は、光源
２から光を受取るように接続された一つのポート、光検出器３，３’及び３’’
に光を送るように接続された三つのポート、及び光ファイバループ４の各端部に
光を送りかつそれから光を受取るようにそれぞれ接続された二つのポートを有す
る。
【００４７】 マルチモードインターフェイスカプラーの更なる利点は、反対方向に光ファイ
バループ４の周に沿って進んでいる光線間に、安定した±１２０゜の位相変位を
与えるようにそれを設計できるということである。図１１に示すようにポートを
接続することによって、検出器ポート３及び３’における位相変位は、それぞれ
ΔΦ＝Φｃｃｗ−Φｃｗ＝２４０゜及びΔΦ＝Φｃｃｗ−Φｃｗ＝１２０゜によ
って与えられる。これによって、検出器３’及び３において信号Ｉ１ ＝ １＋ｃ
ｏｓ（ΔΦＲ −１２０゜）及びＩ３＝１＋ｃｏｓ（ΔΦＲ＋１２０゜）がそれ ぞれ導かれる。ここで、ΔΦＲは、回転速度に比例するサニャック位相変位を示
し、Φｃｗ及びΦｃｃｗは、時計方向及び反時計方向に進んでいる光線の位相を
それぞれ示す。それゆえに、３×３マルチモードインターフェイスは、ジャイロ
スコープ回路に用いた場合、通常の３×３ヒューズ式ファイバカプラーと同様に
機能する。図に示すように、光検出器３’’を、出力を監視する目的で任意に採
用することができる。二つの出力Ｉ１及びＩ３は、サニャック位相変位を求める
ために直接使用することができ、チップに能動位相変調器を備えつける必要がな
い。説明した方法にしたがって、偏光に対して無感応な３×３マルチモードイン
ターフェイスカプラーを用いると、ファイバコイルにおけるランダム偏光変化に
よってもたらされる３×３ファイバカプラーを採用しているジャイロスコープに
一般的に発生するスプリアス位相ドリフトをかなり低減することができ、受動の
、従って、低費用のジャイロスコープの性能を改良することができる。
【００４８】 図１１に示す構成は、偏光手段なしで用いうるが、反対方向に光ファイバルー
プの周に沿って送られた光が同じ偏光を有するように偏光器（図示省略）を設け
ると、更に感度がよいジャイロスコープを供給することができる。この場合には
、偏光維持ファイバが用いられることが好ましい。
【００４９】 絶縁体上シリコン基板の使用は、光源及び光検出器を除くジャイロスコープの
全ての構成部分をシリコン層にモノリシックに組込ませて回路の接点の数を低減
することができ好ましい。それゆえに、導波管材料の変化に伴う屈折率の段階に
よる光出力の結合損失は、回避され、あるいは取除かれる。光源及び光検出器は
、チップに混成化することができる。また、絶縁体上シリコン基板の特質は、上
述したリブ導波管への光ファイバの自己整合及び光源及び光検出器の自己整合を
可能にする。上述した集積回路のこれらの特徴は、それゆえに、従来技術に対し
てかなりの利点を供給する。
【００５０】 加えて、絶縁体上シリコン基板に組込まれたシリコン導波管を使用すると、集
積回路を従来技術よりもかなりコンパクトにすることができる。絶縁体上シリコ
ン基板に光集積回路を有する光ファイバジャイロスコープは、一般的に単一のコ
イルで構成される３ｍｍ×２０ｍｍのものから、三つのコイルで構成される７ｍ
ｍ×２０ｍｍのものまであり、これは従来の技術で達成できるものよりかなり小
さい。これは、製品の費用効率を改良すると共に装置のサイズを縮小する。
【００５１】 それゆえに、上述した光集積回路は、比較的安価に製造できる光ファイバジャ
イロスコープを供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態による光集積回路を組込んでいる光ファイバジャイロス
コープの概略図である。
【図２】 本発明の第２実施形態による光集積回路を組込んでいる光ファイバジャイロス
コープの概略図である。
【図３】 本発明の第３実施形態による光集積回路を組込んでいる光ファイバジャイロス
コープの概略図である。
【図４Ａ】 図１〜図３に示す回路に使用することができるカプラーの代替形状の概略図で
ある。
【図４Ｂ】 図１〜図３に示す回路に使用することができるカプラーの代替形状の概略図で
ある。
【図５】 図４に示すようなカプラーを有している光集積回路を組込んでいる光ファイバ
ジャイロスコープの概略図である。
【図６】 図４に示すようなカプラーを有している光集積回路を組込んでいる光ファイバ
ジャイロスコープの概略図である。
【図７】 図４に示すようなカプラーを有している光集積回路を組込んでいる光ファイバ
ジャイロスコープの概略図である。
【図８】 図４に示すようなカプラーを有している光集積回路を組込んでいる光ファイバ
ジャイロスコープの概略図である。
【図９】 本発明の第４の実施形態による光集積回路を組込んでいる光ファイバジャイロ
スコープの概略図である。
【図１０】 本発明の第５の実施形態による光集積回路を組込んでいる光ファイバジャイロ
スコープの概略図である。
【図１１】 本発明の第６の実施形態による光集積回路を組込んでいる光ファイバジャイロ
スコープの概略図である。
【図１２】 第６の実施形態で使用される好ましい形式のマルチモードインターフェイスカ
プラーの斜視図である。
【符号の説明】
１ チップ ２ 光源 ３ 光検出器 ４ 光ファイバループ ５ 光ファイバコネクタ ６ 光ファイバコネクタ ９ 光ファイバコネクタ １０ 光ファイバコネクタ １１ リブ導波管 １６ 位相変調器 １７ 位相変調器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーピン，アーノルド，ピーター，ロスコ ー イギリス国，オーエックス４ １エスダブ リュー，オックスフォード，ストラトフォ ード ストリート 58 (72)発明者 ペクステット，ラルフ−ダイエター イギリス国，オーエックス12 ９エッチユ ー，オックスフォードシャー，ワンテー ジ，ヒスキンズ 39 (72)発明者 マッケンジー，ジェームス，スチュアート イギリス国，ユービー８ ２ピーエル，ミ ドルセックス，アクスブリッジ，ザ グリ ーンウェイ 67／69，フラット ６ Ｆターム(参考） 2F105 BB03 BB05 BB15 DD02 DE01 DE06 DE08 DE13 DE21 2H047 KA03 KB04 KB08 LA09 MA05 MA07 QA02 QA07 RA01

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ファイバ感知ループの周に沿って反対方向に伝わる光線間の
    サニャック効果による位相変位を測定することによって回転速度を感知する光フ
    ァイバジャイロスコープに使用する光集積回路であり、絶縁層によって基板から
    分離されたシリコンの層を備えている絶縁体上シリコンチップに配置され、光源
    からの光を受け、光を光検出器に送るために前記シリコン層に形成されたリブ導
    波管と、前記光ファイバ感知ループの各端部を受容するために前記シリコン層に
    エッチングによって溝状に形成された光ファイバコネクタと、前記感知ループの
    周に沿って反対方向に光線を誘導しかつそこから戻ってくる光線を受けるように
    前記光ファイバコネクタに向う光及び該光ファイバコネクタから戻る光を伝達す
    るため、前記シリコン層に形成されたリブ導波管と、前記感知ループから戻って
    くる光線間の位相変位を測定するために前記シリコン層に組込まれた位相測定手
    段とを備えていることを特徴とする光集積回路。
  2. 【請求項２】 前記位相測定手段は、前記感知システムから戻ってくる少なく
    とも一つの光線の位相を変えるための、少なくとも一つの位相変調器を備えてい
    ることを特徴とする請求項１に記載の光集積回路。
  3. 【請求項３】 位相変調器は、前記感知ループの各端部を受ける前記光ファイ
    バコネクタにつながる前記リブ導波管のそれぞれに設けられていることを特徴と
    する請求項２に記載の光集積回路。
  4. 【請求項４】 前記感知ループの周に沿って送られた光を偏光するための偏光
    手段を備えていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光集積回路。
  5. 【請求項５】 前記偏光手段は、前記チップに組込まれていることを特徴とす
    る請求項４に記載の光集積回路。
  6. 【請求項６】 前記偏光手段は、バッファ層と、該バッファ層の上に設けられ
    た金属被覆を有するリブ導波管の一部からなることを特徴とする請求項５に記載
    の光集積回路。
  7. 【請求項７】 前記光源は、前記チップに組込まれていることを特徴とする上
    記いずれかの請求項に記載の光集積回路。
  8. 【請求項８】 前記光源は、リブ導波管と位置合せされる前記シリコン層に形
    成された位置決め用のリセス部に搭載されていることを特徴とする請求項７に記
    載の光集積回路。
  9. 【請求項９】 前記光検出器は、前記チップに組込まれていることを特徴とす
    る上記いずれかの請求項に記載の光集積回路。
  10. 【請求項１０】 前記光検出器は、リブ導波管と整合して前記シリコン層に形
    成された位置決め用のリセス部に搭載されていることを特徴とする請求項９に記
    載の光集積回路。
  11. 【請求項１１】 前記光検出器は、前記シリコン層のリセス部の上方に取付け
    られ、リブ導波管から前記光検出器に光を向け直すための傾斜した平面が前記リ
    セス部に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光集積回路。
  12. 【請求項１２】 前記リブ導波管は、その中を伝わる光を分割又は組合せるた
    めのカプラーを含むことを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の光集積回路
    。
  13. 【請求項１３】 前記チップに組込まれた空間フィルタを備えていることを特
    徴とする上記いずれかの請求項に記載の光集積回路。
  14. 【請求項１４】 前記空間フィルタは、リブ導波管の湾曲部分を備えているこ
    とを特徴とする請求項１３に記載の光集積回路。
  15. 【請求項１５】 前記空間フィルタは、一つ以上の鏡を備えていることを特徴
    とする請求項１３に記載の光集積回路。
  16. 【請求項１６】 前記光ファイバコネクタは、前記シリコン層にエッチングし
    て形成されたＶ溝を備え、前記導波管は、前記Ｖ溝内に配置された光ファイバと
    前記導波管の突き合わせ結合を容易にするために、前記Ｖ溝の端部を覆い被すよ
    うに張り出すことを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の光集積回路。
  17. 【請求項１７】 複数の光ファイバ感知ループを単一の光源に多重化するよう
    に構成されていることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の光集積回路。
  18. 【請求項１８】 前記位相決定手段は、マルチモードインターフェイスカプラ
    ーを備えていることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の光集積回路。
  19. 【請求項１９】 前記マルチモードインターフェイスカプラーは、前記光源か
    らの光を受取るために接続されたポートと、光検出器に接続された少なくとも二
    つのポートと、前記感知ループの各端部に光を送りかつ該各端部から光を受取る
    ためにそれぞれ接続された二つのポートとを有することを特徴とする請求項１８
    に記載の光集積回路。
  20. 【請求項２０】 前記カプラーは、前記感知ループの回りで反対方向に送られ
    る光線間の位相を１２０度変位させることを特徴とする請求項１９に記載の光集
    積回路。
  21. 【請求項２１】 前記マルチモードインターフェイスカプラーは、偏光に対し
    て反応しないことを特徴とする請求項１８、１９又は２０に記載の光集積回路。
  22. 【請求項２２】 前記絶縁体上シリコンチップは、厚みが少なくとも０．１ミ
    クロンの二酸化シリコンの層によってシリコン基板から分離された厚み３乃至１
    ５ミクロンのシリコンの層を備えていることを特徴とするいずれかの上記請求項
    に記載の光集積回路。
  23. 【請求項２３】 光ファイバジャイロスコープを形成するために、一つ以上の
    光ファイバ感知ループに接続され、光源と光検出器を有していることを特徴とす
    るいずれかの上記請求項に記載の光集積回路。
  24. 【請求項２４】 いずれかの上記請求項に記載の光集積回路を備えていること
    を特徴とする光ファイバジャイロスコープ。
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