JP2002246674A - Ring laser controlling detuning quantity, ring, laser gyro and control method therefor - Google Patents

Ring laser controlling detuning quantity, ring, laser gyro and control method therefor

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JP2002246674A
JP2002246674A JP2001035571A JP2001035571A JP2002246674A JP 2002246674 A JP2002246674 A JP 2002246674A JP 2001035571 A JP2001035571 A JP 2001035571A JP 2001035571 A JP2001035571 A JP 2001035571A JP 2002246674 A JP2002246674 A JP 2002246674A
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JP
Japan
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ring laser
ring
controlling
resonator
peak
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Application number
JP2001035571A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Shimosaku
義行 下窄
Takaaki Numai
貴陽 沼居
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ring layer and a ring laser gyro, where two modes can stably exist even if the reduction of back scattering is not sufficient by controlling detuning quantity being the difference of an oscillation peak and a control peak. SOLUTION: A part 11 is an n-InP substrate, a part 12, is an n-InP clad layer, a part 13 is the InGaAsP/InGaAs multiple quantum well layer of 1.55 μm composition, a part 14 is a p-InP clad layer, a part 15 is a p-InGaAs cap layer, a part 16 is a carrier injection p-side electrode, a part 17 is a reverse bias application electrode and a part 18 is an n-side electrode. For insulating the carrier injection electrode 16 and the reverse bias application electrode 17, a part of the cap layer 15 is removed. A part where the carrier injection electrode 16 exists operates as a gain area 19 and a part where the reverse bias application electrode 17 exists as a loss area 20 where an absorption spectrum can be controlled with such structure.

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、リングレーザーお
よびリングレーザージャイロにおいて、リングレーザー
共振器内を互いに反対方向に周回する2つの発振モード
を安定に共存させる技術に関する。
The present invention relates to a technique for stably coexisting two oscillation modes circulating in a ring laser resonator in opposite directions in a ring laser and a ring laser gyro.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、リングレーザー内を互いに反対方
向に周回する2つの発振モードを安定に存在させるため
の手法としては、共振器の後方散乱を抑制する方法が知
られており、特開平7−7202号公報にその装置が提
案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for stably causing two oscillation modes orbiting in a ring laser in opposite directions to each other, a method of suppressing backscattering of a resonator is known. Japanese Patent Application Publication No. 7202 proposes the device.

【0003】この従来例を図16に示す。レーザー共振
器71からの2つのレーザー光72、73を各々独立に
検出して光強度を指示する光強度検出信号を出力する光
検出手段74、75と、この光強度検出信号より差信号
76を生成するレーザー光検出回路77と、この差信号
76を入力する散乱光位相制御回路78とを有し、この
差信号76によってエネルギー非損失カップリング成分
が最小となるようにミラー79、80の位置関係を制御
するようにされている。これにより、最適な光路長制御
および散乱光位相制御を行い、後方散乱の影響を抑制
し、最良のスケールファクタ特性を得られるようになっ
ている。
FIG. 16 shows this conventional example. Light detecting means 74 and 75 for independently detecting the two laser beams 72 and 73 from the laser resonator 71 and outputting a light intensity detection signal for indicating the light intensity, and a difference signal 76 based on the light intensity detection signal. And a scattered light phase control circuit 78 for inputting the difference signal 76. The position of the mirrors 79 and 80 is adjusted such that the energy lossless coupling component is minimized by the difference signal 76. The relationship is being controlled. As a result, optimal optical path length control and scattered light phase control are performed, the effect of backscattering is suppressed, and the best scale factor characteristics can be obtained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報の装置では、リングレーザー内を互いに反対方向に周
回する2つの発振モードを安定に存在させるために、後
方散乱の低減のみに注目していた。このため、仮に後方
散乱を極限まで低減したとしても2つのモードを安定に
存在させることができない場合があり、このときにはリ
ングレーザージャイロとして動作ができないという難点
があった。
However, in the apparatus disclosed in the above publication, attention was paid only to the reduction of backscattering in order to stably exist two oscillation modes circulating in the ring laser in opposite directions. For this reason, even if the backscattering is reduced to the utmost limit, the two modes may not be able to exist stably, and at this time, there has been a problem that the operation as a ring laser gyro cannot be performed.

【0005】そこで、本発明は、従来2モードの安定共
存のためのパラメータとしては注目されていなかった、
発振ピークと利得ピークの差であるデチューニング量を
制御することにより、仮に後方散乱の低減が不十分な場
合においても2つのモードが安定に存在できるリングレ
ーザーおよびリングレーザージャイロを提供することを
課題としている。
Therefore, the present invention has not been noticed as a parameter for stable coexistence of two modes in the past.
An object of the present invention is to provide a ring laser and a ring laser gyro that can stably exist in two modes even if the backscattering is not sufficiently reduced by controlling a detuning amount which is a difference between an oscillation peak and a gain peak. And

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係るリングレーザーは、リング共振器内を互
いに反対方向に周回する2つの発振モードの結合係数が
1未満になるように、発振ピークと利得ピークの差であ
るところのデチューニング量を制御する。
A ring laser according to the present invention for solving the above-mentioned problems is provided so that a coupling coefficient of two oscillation modes circulating in a ring resonator in opposite directions is less than 1. The amount of detuning, which is the difference between the oscillation peak and the gain peak, is controlled.

【0007】又、本発明のリングレーザー制御方法にお
いては、前記損失領域において、損失領域に逆バイアス
電圧を印加することにより吸収スペクトルを制御し、こ
の吸収スペクトルの形状によって正味の利得に対する共
振ピークの位置を変化させデチューニング量を制御す
る。
In the ring laser control method of the present invention, in the loss region, the absorption spectrum is controlled by applying a reverse bias voltage to the loss region, and the shape of the absorption spectrum causes the resonance peak to be reduced with respect to the net gain. The detuning amount is controlled by changing the position.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、数式を参照して本発明の原
理及び実施形態について説明する。リング共振器中に右
回りと左回りの2つの発振モードが存在しているとき
の、2モードの強度の時間変化を表すレート方程式は、
式(1)、(2)のように書くことができる。以下、数
式は、発明の実施の形態の欄の最後に一括して記載す
る。又、数式についての詳細は2000年7月号のJa
panese Journal of Applied
PhysicsYoshiyuki Shimosako and Takahiro N
umai, "Semiclassical Approach in Analysis of Ring
Laser: I. Derivation of Rate Equations Including B
ackscattering and Interference", pp.3983-3990に記
載されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principles and embodiments of the present invention will be described below with reference to mathematical expressions. When there are two clockwise and counterclockwise oscillation modes in the ring resonator, the rate equation representing the time change of the intensity of the two modes is as follows:
Equations (1) and (2) can be written. Hereinafter, the mathematical expressions are collectively described at the end of the section of the embodiment of the invention. For more information on mathematical formulas, see the July 2000 issue of Ja.
panese Journal of Applied
Physics Yoshiyuki Shimosako and Takahiro N
umai, "Semiclassical Approach in Analysis of Ring
Laser: I. Derivation of Rate Equations Including B
ackscattering and Interference ", pp. 3983-3990.

【0009】各係数の添え字1、2はそれぞれ右回り、
左回りの発振モードを表す。Iは無次元化光強度、αは
正味の利得、β、θ、ξ、ηは飽和を表す係数である。
この飽和を表す係数には、リング共振器の後方散乱やレ
ーザー媒質の運動によるドップラー効果、さらには発振
ピークと利得ピークのずれであるところのデチューニン
グ量などが反映されている。以降、このレート方程式を
用いて解の安定性に関する検討を行い、その結果から2
モードの結合係数を定義する。そして、2モード間の結
合強度のデチューニング量依存性について述べる。
The subscripts 1 and 2 of each coefficient are clockwise,
Indicates the counterclockwise oscillation mode. I is a dimensionless light intensity, α is a net gain, β, θ, ξ, and η are coefficients representing saturation.
The coefficient representing the saturation reflects the backscattering of the ring resonator, the Doppler effect due to the movement of the laser medium, and the detuning amount which is the difference between the oscillation peak and the gain peak. Thereafter, the stability of the solution was examined using this rate equation.
Define the coupling coefficient for the mode. The dependence of the coupling strength between the two modes on the detuning amount will be described.

【0010】まず、解の安定性についての検討からはじ
める。2モードの発振周波数が等しい場合を考え、式
(1)、(2)を同時に満たす定常解I1=I2=I0
存在するとする。この定常解の安定性を調べるため、小
信号解析を行う。すなわち、定常解に変動成分ε1、ε2
を加える。すなわち、I1、I2をそれぞれ式(3)、式
(4)で表してそれぞれ式(1)、式(2)に代入す
る。
[0010] First, we begin by examining the stability of the solution. Considering the case where the oscillation frequencies of the two modes are equal, it is assumed that there is a stationary solution I 1 = I 2 = I 0 that satisfies the equations (1) and (2) simultaneously. In order to check the stability of the stationary solution, small signal analysis is performed. That is, the fluctuation components ε 1 , ε 2
Add. That is, I 1 and I 2 are expressed by Expressions (3) and (4), respectively, and substituted into Expressions (1) and (2), respectively.

【0011】I0が時間によらない定数であることを考
慮し、変形すると、変動成分ε1、ε 2の時間発展の式
(5)、式(6)を得る。
I0Is a constant that does not depend on time.
Considering and deforming, the fluctuation component ε1, Ε TwoExpression of time evolution
(5), Equation (6) is obtained.

【0012】変動成分ε1、ε2が0に収束すればI0
安定な解であり、発散すれば不安定な解である。すなわ
ち、I0が安定な解であるためには式(5)、(6)の
右辺が負であればよい。このことから、2モード間の結
合係数Cを式(7)で次のように定義する。
If the fluctuation components ε 1 and ε 2 converge to 0, I 0 is a stable solution, and if it diverges, I 0 is an unstable solution. That is, in order for I 0 to be a stable solution, the right sides of Expressions (5) and (6) need only be negative. From this, the coupling coefficient C between the two modes is defined by equation (7) as follows.

【0013】C<1の場合には、変動成分ε1、ε2が収
束する。すなわち、2モードは安定に共存する。C≧1
の場合には変動成分ε1、ε2が発散し、2モードは安定
に共存することができない。これはロックイン現象とし
てよく知られているもので、2モードの片方がもう一方
のモードに引き込まれてしまうことに相当する。
When C <1, the fluctuation components ε 1 and ε 2 converge. That is, the two modes coexist stably. C ≧ 1
In this case, the fluctuation components ε 1 and ε 2 diverge, and the two modes cannot coexist stably. This is well known as a lock-in phenomenon, and corresponds to one of the two modes being pulled into the other mode.

【0014】さて、リングレーザーにおける後方散乱と
ロックイン現象との関係は従来からよく知られている。
式(7)で定義されている結合係数Cはもちろん後方散
乱の振幅反射率Rの関数でもある。
The relationship between backscattering and the lock-in phenomenon in a ring laser has been well known.
The coupling coefficient C defined in equation (7) is, of course, also a function of the backscattering amplitude reflectance R.

【0015】図14に後方散乱の振幅反射率Rと結合係
数Cとの関係を模式的に示す。後方散乱が小さくなるに
つれて2モード間の結合は小さくなり、やがて1を切
る。ここで、C=1となるときの振幅反射率として、後
方散乱のしきい振幅反射率Rcを定義する。すなわち、
後方散乱の振幅反射率がRc未満であればC<1であっ
て、2モードは安定に共存する。後方散乱がRcより大
きければ、ロックイン現象が起こる。
FIG. 14 schematically shows the relationship between the amplitude reflectance R of backscattering and the coupling coefficient C. As the backscatter decreases, the coupling between the two modes decreases and eventually falls below one. Here, a threshold amplitude reflectance Rc for backscattering is defined as the amplitude reflectance when C = 1. That is,
If the amplitude reflectance of the backscattering is less than Rc, C <1 and the two modes coexist stably. If the backscatter is greater than Rc, a lock-in phenomenon occurs.

【0016】逆に言えば、2モード共存のため許される
後方散乱の上限がRcということになる。よって、Rc
が大きければ大きいほど2モード間の結合が弱いという
ことができる。
Conversely, the upper limit of the back scattering allowed for the coexistence of the two modes is Rc. Therefore, Rc
Is larger, the coupling between the two modes is weaker.

【0017】また、結合係数Cはデチューニング量の関
数でもあるので、Rcのデチューニング量依存性を計算
することもできる。
Further, since the coupling coefficient C is also a function of the detuning amount, the dependence of Rc on the detuning amount can be calculated.

【0018】Rcのデチューニング量δω依存性を図1
5(a)、(b)に示す。具体的には、(a)室温で動
作するInGaAsP系の半導体リングレーザー(発振
波長1.55μm、共振器長300μm)、(b)室温
で動作するHe−Neガスレーザー(発振波長0.63
μm、共振器長30cm)をそれぞれ想定している。図
を見てわかるように、デチューニング量δωの増大に伴
い、後方散乱のしきい振幅反射率Rcは上昇していく。
すなわち、δωが大きければ大きいほど2モード間の結
合は弱くなり、結果としてロックインを起こしにくくな
る。以上のようにして、デチューニング量δωを制御す
ることにより2モードの安定共存が実現できるというこ
とが示された。
FIG. 1 shows the dependence of Rc on the detuning amount δω.
5 (a) and 5 (b). Specifically, (a) an InGaAsP-based semiconductor ring laser (oscillation wavelength 1.55 μm, resonator length 300 μm) operating at room temperature, and (b) a He—Ne gas laser (oscillation wavelength 0.63) operating at room temperature
μm, resonator length 30 cm). As can be seen from the figure, the threshold amplitude reflectance Rc of the backscattering increases as the detuning amount δω increases.
That is, the larger δω is, the weaker the coupling between the two modes is, and as a result, lock-in is less likely to occur. As described above, it has been shown that the stable coexistence of two modes can be realized by controlling the detuning amount δω.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】[0020]

【実施例】[第一実施例]以下、本発明の実施例につい
て、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の第一
の実施例を示すデチューニング量を制御可能な半導体リ
ングレーザーの斜視図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to a first embodiment of the present invention.

【0021】図1において、11はn−InP基板、1
2はn−InPクラッド層、13は1.55μm組成の
InGaAsP/InGaAs多重量子井戸層、14は
p−InPクラッド層、15はp−InGaAsキャッ
プ層、16はキャリア注入用p側電極、17は逆バイア
ス印加用電極、18はn側電極である。本実施例におけ
る半導体リングレーザーの構造は、図1に示すように、
キャリア注入用電極16と逆バイアス印加用電極17と
の絶縁をとるために、キャップ層15が一部除去されて
いる。本構造により、キャリア注入用電極16の存在す
る部分が利得領域19として、逆バイアス印加用電極1
7が存在する部分が吸収スペクトルを制御可能な損失領
域20として、それぞれ働く。
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes an n-InP substrate, 1
2 is an n-InP cladding layer, 13 is an InGaAsP / InGaAs multiple quantum well layer having a composition of 1.55 μm, 14 is a p-InP cladding layer, 15 is a p-InGaAs cap layer, 16 is a p-side electrode for carrier injection, 17 is The reverse bias application electrode 18 is an n-side electrode. The structure of the semiconductor ring laser in this embodiment is, as shown in FIG.
The cap layer 15 is partially removed in order to insulate the carrier injection electrode 16 and the reverse bias application electrode 17 from each other. According to this structure, the portion where the carrier injection electrode 16 is present serves as the gain region 19 and the reverse bias application electrode 1 is formed.
The portions where 7 exist serve as loss regions 20 in which the absorption spectrum can be controlled.

【0022】図2は本実施例の半導体リングレーザーの
製造工程図である。
FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor ring laser of this embodiment.

【0023】はじめに、有機金属気相成長法を用いて、
n−InP基板11(350μm)の上にn−InPバ
ッファー層(不図示:0.05μm)、n−InPクラ
ッド層12(1μm)、1.3μm組成のInGaAs
P光ガイド層(不図示:0.15μm)、1.55μm
組成のInGaAsP/InGaAs多重量子井戸層1
3(総厚0.1μm)、1.3μm組成のInGaAs
P光ガイド層(不図示:0.15μm)、p−InPク
ラッド層14(1.5μm)、p−InGaAsPキャ
ップ層15(0.5μm)を成長する。
First, using a metal organic chemical vapor deposition method,
On an n-InP substrate 11 (350 μm), an n-InP buffer layer (not shown: 0.05 μm), an n-InP cladding layer 12 (1 μm), and InGaAs having a composition of 1.3 μm
P light guide layer (not shown: 0.15 μm), 1.55 μm
InGaAsP / InGaAs multiple quantum well layer 1 of composition
3 (total thickness 0.1 μm), 1.3 μm composition InGaAs
A P light guide layer (not shown: 0.15 μm), a p-InP cladding layer 14 (1.5 μm), and a p-InGaAsP cap layer 15 (0.5 μm) are grown.

【0024】結晶成長後、利得領域19と損失領域20
との電気的な絶縁をとるため、選択的エッチングを行っ
てキャップ層の一部分を、図のように除去する。このと
き、損失領域20の長さが80μm、絶縁領域21の幅
が10μm程度になるようにする。
After the crystal growth, the gain region 19 and the loss region 20
Then, selective etching is performed to remove part of the cap layer as shown in FIG. At this time, the length of the loss area 20 is set to about 80 μm, and the width of the insulating area 21 is set to about 10 μm.

【0025】こうして絶縁領域21を形成した後、リン
グ共振器を構成するように、エッチングによって光導波
路を形成する。ストライプの幅は10μm、光路1辺の
長さは150μmである。そして、ウエハー全体にパッ
シベーション用の保護膜(不図示)を形成する。
After forming the insulating region 21 in this manner, an optical waveguide is formed by etching so as to constitute a ring resonator. The width of the stripe is 10 μm, and the length of one side of the optical path is 150 μm. Then, a passivation protective film (not shown) is formed on the entire wafer.

【0026】この後、素子に電流を流すために、キャッ
プ層15の上の必要な部分のみ保護膜を除去し、キャリ
ア注入用電極16、逆バイアス印加用電極17としてC
r/Auを形成し、裏面には、必要ならば基板を研磨し
て薄膜化した後、n側電極18としてAuGe/Ni/
Auを形成する。
Thereafter, in order to allow a current to flow through the device, the protective film is removed only at a necessary portion on the cap layer 15, and the carrier injection electrode 16 and the reverse bias application electrode 17 are formed as C electrodes.
After forming r / Au and polishing the substrate on the back surface to make it thinner, if necessary, AuGe / Ni /
Au is formed.

【0027】以上に述べた方法で作製された半導体リン
グレーザーは、利得領域19と損失領域20を有し、か
つ、損失領域20においては、逆バイアスを印加するこ
とにより吸収スペクトルを変化させることができる。こ
れは、バルクの半導体ではフランツ・ケルディッシュ効
果として知られているものであり、半導体に高電界を印
加したとき、その基礎吸収端が長波長側に移動する現象
である。これは、電界によって電子の波動関数が禁止帯
中へしみ出すことに起因する。
The semiconductor ring laser manufactured by the above-described method has a gain region 19 and a loss region 20. In the loss region 20, the absorption spectrum can be changed by applying a reverse bias. it can. This is known as the Franz-Keldysh effect in a bulk semiconductor, and is a phenomenon in which when a high electric field is applied to a semiconductor, its basic absorption edge moves to a longer wavelength side. This is because the wave function of the electron seeps into the forbidden band due to the electric field.

【0028】同様の効果は量子井戸構造においても観測
され、この場合は特に量子閉じこめシュタルク効果と呼
ばれる。この様子を図3に模式的に示す。印加電圧が高
くなるにつれて、吸収ピークは長波長側に、すなわち低
エネルギー側にシフトしていく。よって、逆バイアスの
印加電圧が高くなるほど、長波長側の損失が大きく、短
波長側の損失が小さくなる。
A similar effect is also observed in the quantum well structure, and in this case, it is particularly called the quantum confined Stark effect. This is schematically shown in FIG. As the applied voltage increases, the absorption peak shifts to the longer wavelength side, that is, to the lower energy side. Therefore, as the applied voltage of the reverse bias increases, the loss on the long wavelength side increases, and the loss on the short wavelength side decreases.

【0029】その結果、正味の利得スペクトルも長波長
側へシフトしていく。この様子を図4に模式的に示す。
22は発振ピークであり、23は逆バイアス電圧を印加
する前の利得スペクトル、24は逆バイアス電圧を印加
した後の利得スペクトルである。逆バイアスの印加電圧
が大きくなるにつれ、利得スペクトルが長波長側へシフ
トし、発振ピークとのずれ、すなわちデチューニング量
は増大する。
As a result, the net gain spectrum also shifts to the longer wavelength side. This is schematically shown in FIG.
22 is an oscillation peak, 23 is a gain spectrum before applying a reverse bias voltage, and 24 is a gain spectrum after applying a reverse bias voltage. As the applied reverse bias voltage increases, the gain spectrum shifts to the longer wavelength side, and the deviation from the oscillation peak, that is, the detuning amount increases.

【0030】ところで、本実施例のように半導体に逆バ
イアスを印加したばあい、吸収スペクトルの変化に伴っ
て屈折率も変化する。これは、吸収係数の変化と屈折率
の変化との関係を示すクラマース・クローニッヒの関係
式から説明される。逆バイアス電圧の増加とともに屈折
率は増加するので、発振波長も長波長側にずれる。ただ
し、損失領域では光を吸収するとキャリアを生じるた
め、自由キャリアプラズマ効果によって屈折率が小さく
なる効果も効く。すなわち、屈折率変動による発振波長
のシフト量は、吸収スペクトルの変化に伴う屈折率の増
加(発振波長の長波長側へのシフト)と、自由キャリア
プラズマ効果による屈折率の減少(発振波長の短波長側
へのシフト)との差し引きで決定される。
When a reverse bias is applied to the semiconductor as in the present embodiment, the refractive index changes with the change in the absorption spectrum. This is explained by Kramers-Kronig's relational expression showing the relationship between the change in the absorption coefficient and the change in the refractive index. Since the refractive index increases as the reverse bias voltage increases, the oscillation wavelength also shifts to the longer wavelength side. However, in the loss region, carriers are generated when light is absorbed, so that the effect of reducing the refractive index by the free carrier plasma effect is also effective. That is, the amount of shift of the oscillation wavelength due to the change in the refractive index is caused by the increase in the refractive index (shift to the longer wavelength side of the oscillation wavelength) due to the change in the absorption spectrum and the decrease in the refractive index (shortening of the oscillation wavelength) (Shift to the wavelength side).

【0031】しかし、本実施例におけるこのような屈折
率の変化による発振波長のずれは、例えば1.55μm
帯の半導体レーザーを考えた場合1nm以下である。こ
れに対して、吸収スペクトルの変化による利得ピークの
ずれは、数nm〜十数nmと大きい。すなわち、吸収ス
ペクトルの変化から見積られる利得ピークのずれ量に加
えて、屈折率変化による発振ピークのずれを考慮したも
のが最終的なデチューニング量になる。
However, the deviation of the oscillation wavelength due to such a change in the refractive index in this embodiment is, for example, 1.55 μm.
When considering a semiconductor laser in a band, it is 1 nm or less. On the other hand, the shift of the gain peak due to the change in the absorption spectrum is as large as several nm to several tens of nm. That is, the final detuning amount is obtained by taking into account the shift of the oscillation peak due to the change in the refractive index in addition to the shift amount of the gain peak estimated from the change in the absorption spectrum.

【0032】これらの様子を図5に模式的に示す。2
7、25はそれぞれ逆バイアス電圧を印加する前の利得
スペクトル、発振ピークであり、28、26はそれぞれ
逆バイアス電圧を印加した後の利得スペクトル、発振ピ
ークである。逆バイアス電圧を印加することで、発振ピ
ーク、利得スペクトル共に長波長側へ移動する。本実施
例の半導体リングレーザーにおいては、たとえば逆バイ
アスの印加電圧を0.3Vから2.6Vまで変化させた
場合、利得ピークのずれ量は3nmになる。屈折率変動
による発振ピークのずれ量を0.1nmとすると、最終
的なデチューニング量の値として2.9nmという値が
得られる。
FIG. 5 schematically shows these states. 2
Reference numerals 7 and 25 denote a gain spectrum and an oscillation peak before applying a reverse bias voltage, respectively, and reference numerals 28 and 26 denote a gain spectrum and an oscillation peak after applying a reverse bias voltage, respectively. By applying the reverse bias voltage, both the oscillation peak and the gain spectrum move to the longer wavelength side. In the semiconductor ring laser of the present embodiment, for example, when the applied voltage of the reverse bias is changed from 0.3 V to 2.6 V, the shift amount of the gain peak becomes 3 nm. Assuming that the deviation amount of the oscillation peak due to the change in the refractive index is 0.1 nm, a value of 2.9 nm is obtained as the final detuning amount value.

【0033】これは、図15(a)に示した結果をみる
と、2モードの安定共存のために十分効果のある値だと
言うことができる。ただし、一般に半導体レーザーの利
得幅は10nm程度であるため、これを越えてデチュー
ニングを行えばレーザー発振ができなくなってしまうこ
とに注意する必要がある。後述の第二の実施例において
も同様である。以上に述べた方法と図15より、適切な
逆バイアスを印加する事で、リング共振器中の右回りと
左回りの2つの発振モードの安定共存を実現することが
可能になる。
From the result shown in FIG. 15A, it can be said that this is a value that is sufficiently effective for stable coexistence of two modes. However, it should be noted that since the gain width of a semiconductor laser is generally about 10 nm, laser oscillation cannot be performed if detuning is performed beyond this. The same applies to the second embodiment described later. From the method described above and FIG. 15, by applying an appropriate reverse bias, it is possible to realize stable coexistence of two clockwise and counterclockwise oscillation modes in the ring resonator.

【0034】[第二実施例]図6は本発明の第二の実施
例におけるデチューニング量を制御可能な半導体リング
レーザーの構造を示す上面図である。第一の実施例との
相違点は、損失領域がなく全面にキャリア注入用電極が
形成されていること、および2つの周回状光路からなる
複合共振器構造を持つことである。
[Second Embodiment] FIG. 6 is a top view showing a structure of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount in a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a carrier injection electrode is formed on the entire surface without any loss region, and that a composite resonator structure including two orbital optical paths is provided.

【0035】プロセス前のウエハーの層構造は第一の実
施例と同じであり、製造工程においても、損失領域形成
のためのキャップ層除去工程がなく、光導波路のエッチ
ングパターンが異なるのみである。
The layer structure of the wafer before the process is the same as that of the first embodiment. In the manufacturing process, there is no cap layer removing step for forming the loss region, and only the etching pattern of the optical waveguide is different.

【0036】このようにして作製された複合共振器構造
を有する半導体リングレーザー29は、光路長が異な
り、かつその一部を共有する2つの光路30(光路長L
1)、31(光路長L2)から構成される。
The semiconductor ring laser 29 having the composite resonator structure manufactured as described above has two optical paths 30 (optical path length L) which differ in optical path length and share a part thereof.
1) and 31 (optical path length L2).

【0037】本実施例における半導体リングレーザーの
共振波長は、次のように定まる。経路の等価屈折率をn
とすると、光路30に対する共振波長λ1と光路31に
対する共振波長λ2は、それぞれλ1=n L1/m
1、λ2=n L2/m2と表される。ここで、m1、
m2はそれぞれ正の整数である。等価屈折率n=3.2
のとき、L1=800μm、L2=700μmに対する
共振特性を図7(a)、(b)に示す。いま、2つの経
路30、31はその経路の一部を共有する複合共振器構
造をもつため、この複合共振器の共振モードは、それぞ
れの経路30、31の共振ピークの重なった点であり、
これを図7(c)に示す。このように、複合共振器構造
をもつリングレーザーにおいては、共振器長L1、L2
を変化させることで、共振ピークの位置を制御すること
が可能となり、また、単一モード化にも有利である。
The resonance wavelength of the semiconductor ring laser in this embodiment is determined as follows. Let the equivalent refractive index of the path be n
Then, the resonance wavelength λ1 for the optical path 30 and the resonance wavelength λ2 for the optical path 31 are λ1 = n L1 / m, respectively.
1, λ2 = nL2 / m2. Where m1,
m2 is a positive integer. Equivalent refractive index n = 3.2
7A and 7B show resonance characteristics for L1 = 800 μm and L2 = 700 μm. Now, since the two paths 30 and 31 have a composite resonator structure sharing a part of the paths, the resonance mode of this composite resonator is a point where the resonance peaks of the respective paths 30 and 31 overlap.
This is shown in FIG. As described above, in the ring laser having the composite resonator structure, the resonator lengths L1, L2
Is changed, it is possible to control the position of the resonance peak, and it is also advantageous for the single mode operation.

【0038】いま、利得ピークが1550nmにあると
し、L1=720μm、L2=700μmとすると、発
振ピークは1548.9nmになる。よって、デチュー
ニング量として1.1nmという値が得られることにな
り、図15(a)に示した結果をみると、2モードの安
定共存のために十分効果のある値だと言うことができ
る。
Now, assuming that the gain peak is at 1550 nm, and L1 = 720 μm and L2 = 700 μm, the oscillation peak becomes 1548.9 nm. Therefore, a value of 1.1 nm is obtained as the detuning amount, and from the result shown in FIG. 15A, it can be said that the value is sufficiently effective for stable coexistence of two modes. .

【0039】以上に述べた方法と図15より、適切な共
振器長L1、L2をとることで、リング共振器中の右回
りと左回りの2つの発振モードの安定共存を実現するこ
とが可能になる。
According to the method described above and FIG. 15, it is possible to realize the stable coexistence of two clockwise and counterclockwise oscillation modes in the ring resonator by setting appropriate resonator lengths L1 and L2. become.

【0040】[第三実施例]図8は、本実施例の第三の
実施例における、デチューニング量を制御可能なガスリ
ングレーザーの構造を示す図である。32は一辺20c
mの三角形の共振器をもつガスリングレーザーであり、
レーザー媒質としてHe−Neガス(発振波長0.63
28μm)が封止されている。38はアノード、37は
カソードである。3つのミラーのうち二つは固定されて
いて、そのうちのひとつが光取り出し用ミラー36であ
り、残る一つが光路長制御用の可動ミラー33である。
[Third Embodiment] FIG. 8 is a view showing a structure of a gas ring laser capable of controlling a detuning amount in a third embodiment of the present embodiment. 32 is 20c per side
a gas ring laser with a m-shaped triangular resonator,
He-Ne gas (oscillation wavelength 0.63) as a laser medium
28 μm) is sealed. 38 is an anode and 37 is a cathode. Two of the three mirrors are fixed, one of them is a light extraction mirror 36, and the other is a movable mirror 33 for controlling the optical path length.

【0041】この可動ミラー33は、圧電素子(PZ
T)34上にミラーを張り付けたもので、PZT制御用
電源35を用いて印加電圧を制御することにより、図の
矢印方向に微少な変位を与えることができる。一般にこ
のようなPZTの変位量はサブミクロンからミクロンオ
ーダーである。こうして光路長を変化させることで、デ
チューニング量を制御する。すなわち、利得ピークの位
置は固定されているが、発振ピークの位置をずらすこと
でデチューニング量を制御する。
The movable mirror 33 includes a piezoelectric element (PZ).
T) 34 in which a mirror is stuck on, and by controlling the applied voltage using a PZT control power supply 35, a minute displacement can be given in the direction of the arrow in the figure. Generally, the displacement of such PZT is on the order of submicron to micron. By changing the optical path length in this way, the amount of detuning is controlled. That is, although the position of the gain peak is fixed, the amount of detuning is controlled by shifting the position of the oscillation peak.

【0042】ガスの屈折率はほぼ1に等しいから、共振
器の発振ピーク間隔Δλは、Δλ=λ2/2Lで与えら
れる。ここでλは発振波長、Lは共振器長である。い
ま、共振器長60cm、発振波長0.6328μmであ
るから、ピーク間隔を見積もるとΔλ=3.3×10
-13m=0.00033nmとなる。
Since the refractive index of the gas is substantially equal to 1, the oscillation peak interval Δλ of the resonator is given by Δλ = λ 2 / 2L. Here, λ is the oscillation wavelength, and L is the resonator length. Now, since the resonator length is 60 cm and the oscillation wavelength is 0.6328 μm, when the peak interval is estimated, Δλ = 3.3 × 10
-13 m = 0.00033 nm.

【0043】いま、媒質のドップラー広がりを考慮する
と、利得幅はピーク間隔よりも大きいため、デチューニ
ング量の最大値は、このピーク間隔から定まることにな
る。一方、発振波長のシフト量(デチューニング量)δ
λと共振器長の変化量ΔLとの関係は、ΔL=(m/
n)δλで与えられる。ここでmは整数、nは媒質の屈
折率で、この場合、前述のように1とみなしてかまわな
い。この関係から、たとえば0.0001nmの発振波
長シフト(すなわちデチューニング量)を得るために必
要な共振器長の変化量はおよそ0.1μmであることが
わかる。これは前述のPZTによって十分実現可能な変
位量であり、かつ、図15(b)を見てもわかるように
2つの発振モードの安定共存のために十分意味のあるデ
チューニング量を得ることができる。
Considering the Doppler spread of the medium, the gain width is larger than the peak interval, so that the maximum value of the detuning amount is determined from this peak interval. On the other hand, the oscillation wavelength shift amount (detuning amount) δ
The relationship between λ and the change amount ΔL of the resonator length is ΔL = (m /
n) given by δλ. Here, m is an integer and n is the refractive index of the medium. In this case, it may be regarded as 1 as described above. From this relationship, it can be seen that the amount of change in the resonator length required to obtain, for example, an oscillation wavelength shift of 0.0001 nm (ie, the amount of detuning) is about 0.1 μm. This is a displacement amount that can be sufficiently realized by the above-described PZT, and as can be seen from FIG. 15B, a sufficiently significant detuning amount can be obtained for the stable coexistence of the two oscillation modes. it can.

【0044】以上に述べた方法と図15より、適切な光
路長の変化を与えることで、リング共振器中の右回りと
左回りの2つの発振モードの安定共存を実現することが
可能になる。
From the method described above and FIG. 15, it is possible to realize stable coexistence of two clockwise and counterclockwise oscillation modes in the ring resonator by giving an appropriate change in the optical path length. .

【0045】[第四実施例]図9は、本発明の第四の実
施例における、デチューニング量を制御可能な半導体リ
ングレーザーの構造を示す図である。以下、第一の実施
例および第二の実施例との相違点のみ説明する。本実施
例におけるデチューニング量を制御可能な半導体リング
レーザーは39は、第二の実施例において説明されてい
る複合共振器構造と、第一の実施例において説明されて
いる吸収スペクトルを制御可能な損失領域とを同時に有
することを特徴とする。ここで、16はキャリア注入用
の電極、17は逆バイアス印加用電極、21は絶縁領域
である。プロセス前のウエハーの層構造は第一の実施例
および第二の実施例と同一であり、製造工程において
も、第一の実施例において光導波路のエッチングパター
ンが異なるのみである。このようにして作製された、複
合共振器構造と吸収スペクトルを制御可能な損失領域と
を同時に有する半導体リングレーザー39は、デチュー
ニング量を制御する機構として、第一の実施例で説明さ
れる利得スペクトルの制御と、第二の実施例で説明され
る共振ピークの制御とを同時に行うことを特徴とする。
[Fourth Embodiment] FIG. 9 is a diagram showing a structure of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount in a fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, only differences from the first embodiment and the second embodiment will be described. The semiconductor ring laser 39 capable of controlling the amount of detuning in the present embodiment has a complex resonator structure described in the second embodiment and an absorption spectrum described in the first embodiment. It has a loss region at the same time. Here, 16 is an electrode for carrier injection, 17 is an electrode for applying a reverse bias, and 21 is an insulating region. The layer structure of the wafer before the process is the same as in the first embodiment and the second embodiment, and the manufacturing process is different from the first embodiment only in the etching pattern of the optical waveguide. The semiconductor ring laser 39 having the composite resonator structure and the loss region where the absorption spectrum can be controlled at the same time is manufactured as described above, and the mechanism described in the first embodiment serves as a mechanism for controlling the amount of detuning. It is characterized in that control of the spectrum and control of the resonance peak described in the second embodiment are performed simultaneously.

【0046】いま、逆バイアス電圧印加前の利得ピーク
を1550nmとする。複合共振器の共振器長として、
L1=720μm、L2=700μmを用いた場合、利
得ピークにもっとも近い共振ピークは1548.9nm
のところに存在する。このとき、1548.9nmのピ
ークの、隣の共振ピーク(長波長側)は1554.9n
mのところに存在する。ここでさらに、吸収領域に逆バ
イアス電圧として2.5Vを印加すると、吸収スペクト
ルの変化に伴い、利得スペクトルのピーク位置が2.8
nm、長波長側へ移動する。利得スペクトルのピークに
もっとも近い共振ピークは、依然1548.9nmのピ
ークである。ここで、さらに印加電圧を上げれば、利得
スペクトルのピークがさらに長波長側にずれ、隣の共振
ピークであるところの1554.9nmで発振するよう
になることに注意する。このようにして、最終的なデチ
ューニング量として1.1nm+2.8nm=3.9n
mが得られる。
Now, assume that the gain peak before applying the reverse bias voltage is 1550 nm. As the resonator length of the composite resonator,
When L1 = 720 μm and L2 = 700 μm, the resonance peak closest to the gain peak is 1548.9 nm.
Exists at At this time, the resonance peak (longer wavelength side) adjacent to the peak at 1548.9 nm is 1554.9 n.
m. Here, when 2.5 V is applied as a reverse bias voltage to the absorption region, the peak position of the gain spectrum becomes 2.8 with the change of the absorption spectrum.
nm, move to the longer wavelength side. The resonance peak closest to the peak of the gain spectrum is still the peak at 1548.9 nm. Here, it should be noted that, when the applied voltage is further increased, the peak of the gain spectrum is further shifted to the longer wavelength side, so that the oscillation occurs at 1554.9 nm, which is the adjacent resonance peak. Thus, the final detuning amount is 1.1 nm + 2.8 nm = 3.9 n
m is obtained.

【0047】これは、図15(a)に示した結果をみる
と、2モードの安定共存のために十分効果のある値だと
いえる。以上に述べた方法と図15より、適切な共振器
長L1、L2および逆バイアス電圧をとることでリング
共振器中の右回りと左回りの2つの発振モードの安定共
存を実現することができる。
From the result shown in FIG. 15A, it can be said that this is a value which is sufficiently effective for stable coexistence of two modes. From the method described above and FIG. 15, it is possible to realize stable coexistence of two clockwise and counterclockwise oscillation modes in the ring resonator by setting appropriate resonator lengths L1 and L2 and a reverse bias voltage. .

【0048】[第五実施例]本発明の第五の実施例につ
いて説明する。図10は、本発明の第五の実施例におけ
る、デチューニング量を制御可能な半導体リングレーザ
ーの構造を示す図である。図10において、43は屈折
率を変化させることにより光路長を制御することを特徴
とする半導体リングレーザーである。46は屈折率制御
用電極、21は絶縁領域、16はキャリア注入用電極で
ある。
[Fifth Embodiment] A fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a diagram showing a structure of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 10, reference numeral 43 denotes a semiconductor ring laser which controls the optical path length by changing the refractive index. 46 is a refractive index control electrode, 21 is an insulating region, and 16 is a carrier injection electrode.

【0049】図11は図10のA−A'における断面図
である。本実施例におけるウエハーの層構造は第一の実
施例と同様であり、またリングレーザーの作製工程にお
いては、第一の実施例と同様に1.55μm組成のIn
GaAsP/InGaAs多重量子井戸層13まで成膜
した後、1.3μm組成のInGaAsP光ガイド層を
成膜する代わりに第一のp−InPクラッド層44を成
膜した上で、クラッドと多重量子井戸層の一部(屈折率
を制御する領域)を選択的エッチングにより除去し、第
二のp−InPクラッド層45を再成膜するという点に
特徴がある。その後は第一の実施例と同様にp−InG
aAsキャップ層15を成膜し、絶縁領域を形成する。
光導波路のエッチングパターンは第一の実施例と異な
る。その後、キャリア注入用電極16と屈折率制御用電
極46、およびn側電極18を形成する。
FIG. 11 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG. The layer structure of the wafer in this embodiment is the same as that of the first embodiment, and in the step of fabricating the ring laser, the 1.55 μm composition In
After forming the GaAsP / InGaAs multiple quantum well layer 13, instead of forming the 1.3 μm InGaAsP light guide layer, the first p-InP cladding layer 44 is formed, and then the cladding and the multiple quantum well layer are formed. It is characterized in that part of the layer (region for controlling the refractive index) is removed by selective etching, and the second p-InP clad layer 45 is formed again. Thereafter, as in the first embodiment, p-InG
An aAs cap layer 15 is formed to form an insulating region.
The etching pattern of the optical waveguide is different from that of the first embodiment. Thereafter, the carrier injection electrode 16, the refractive index control electrode 46, and the n-side electrode 18 are formed.

【0050】このようにして作製された屈折率変化によ
り光路長を制御する半導体リングレーザー43の発振波
長は、次のようにして定まる。すなわち、屈折率制御用
電極46の存在する部分には、活性層が存在しないた
め、ここからキャリアを注入しても発振波長に近い1.
55μm付近の利得スペクトルは変化せず、キャリアの
注入による屈折率の減少が起こるのみである。光路長
は、共振器長と共振器内の媒質の屈折率との積で与えら
れるから、この部分にキャリアを注入することで光路長
を変化させることができる。つまり、屈折率制御用電極
46の存在する部分の屈折率を、注入するキャリアの量
を変化することによって制御することができ、これによ
り光路長を変化させることができる。よって、屈折率制
御用電極46から適当なキャリアを注入することにより
光路長を変化させ、共振ピークをシフトさせることによ
り、結果としてデチューニング量を制御することができ
る。なお、ここで述べた屈折率変化機構は、自由キャリ
アプラズマ効果と呼ばれている。一般に、本実施例のよ
うな1.55μm帯での半導体レーザーにおける自由キ
ャリアプラズマ効果の屈折率変化量は最大0.5%程
度、波長変化量にしておよそ5nmであり、この波長変
化量はそのままデチューニング量と見なせるので、結果
として5nm程度のデチューニング量が得られることに
なる。この値は、図15(a)に示した結果をみると、
2モードの安定共存のために十分効果のある値だと言う
ことができる。以上に述べた方法と図15より、屈折率
制御電極46から適切なキャリアを注入することで、リ
ング共振器中の右回りと左回りの2つの発振モードの安
定共存を実現することが可能になる。
The oscillation wavelength of the semiconductor ring laser 43 for controlling the optical path length by the change in the refractive index manufactured as described above is determined as follows. That is, since the active layer does not exist in the portion where the refractive index control electrode 46 exists, even if carriers are injected from here, it is close to the oscillation wavelength.
The gain spectrum around 55 μm does not change, but only decreases the refractive index due to carrier injection. Since the optical path length is given by the product of the resonator length and the refractive index of the medium in the resonator, the optical path length can be changed by injecting carriers into this portion. That is, the refractive index of the portion where the refractive index control electrode 46 is present can be controlled by changing the amount of carriers to be injected, whereby the optical path length can be changed. Therefore, by injecting appropriate carriers from the refractive index control electrode 46 to change the optical path length and shift the resonance peak, it is possible to control the detuning amount as a result. Note that the refractive index changing mechanism described here is called a free carrier plasma effect. In general, the amount of change in the refractive index of the free carrier plasma effect in the semiconductor laser in the 1.55 μm band as in the present embodiment is about 0.5% at the maximum, and the amount of change in wavelength is about 5 nm. Since it can be regarded as the detuning amount, a detuning amount of about 5 nm is obtained as a result. According to the result shown in FIG.
It can be said that the value is sufficiently effective for stable coexistence of two modes. From the method described above and FIG. 15, it is possible to realize stable coexistence of two clockwise and counterclockwise oscillation modes in the ring resonator by injecting appropriate carriers from the refractive index control electrode 46. Become.

【0051】[第六実施例]図12は、本発明の第六の
実施例における、デチューニング量を制御可能な半導体
リングレーザーを示す図である。47は複数の光路それ
ぞれに対して屈折率を変化させることによりデチューニ
ング量を制御する半導体リングレーザーである。ここ
で、48は光路1(共振器長L1)に対する屈折率制御
用電極、49は光路2(共振器長L2)に対する屈折率
制御用電極、21は絶縁領域、16はキャリア注入用電
極である。本実施例における、複数の光路それぞれに対
して屈折率を変化させる機構を持つ半導体リングレーザ
ー47のウエハーの層構造は、第五の実施例に用いられ
ているものと同様であり、作製工程においても、第五の
実施例と光導波路のエッチングパターンが異なるのみで
ある。このようにして作製された、複数の光路それぞれ
に対して屈折率を変化させる機構を持つ半導体リングレ
ーザー47の発振波長は次のようにして定まる。すなわ
ち、基本的には第二の実施例で詳細に説明されている複
合共振器の光路長L1、L2を制御することによるが、
ここで、第五の実施例に詳細に説明されている、屈折率
変化による光路長制御の手法を併用する点に特徴があ
る。たとえば、第二の実施例と同様の共振器長L1、L
2を用いることで、デチューニング量として2.9nm
という値が得られるが、ここでさらに光路1、光路2そ
れぞれに対し屈折率を制御することで、光路1、光路2
それぞれの光路長を変化させ、共振ピークの位置をさら
に変化させることができ、これにより、最終的な共振ピ
ークの位置をさらにシフトさせることができる。このよ
うにして、さらに最大5nm程度のデチューニング量の
上乗せが可能である。この値は、図15(a)に示した
結果をみると、2モードの安定共存のために十分効果の
ある値だと言うことができる。以上に述べた方法と図1
5より、適切な共振器長L1、L2をとる、および屈折
率制御電極48、49から適切なキャリアを注入するこ
とで、リング共振器中の右回りと左回りの2つの発振モ
ードの安定共存を実現することが可能になる。
[Sixth Embodiment] FIG. 12 is a view showing a semiconductor ring laser capable of controlling the amount of detuning according to a sixth embodiment of the present invention. Reference numeral 47 denotes a semiconductor ring laser that controls a detuning amount by changing a refractive index for each of a plurality of optical paths. Here, 48 is a refractive index control electrode for the optical path 1 (resonator length L1), 49 is a refractive index control electrode for the optical path 2 (resonator length L2), 21 is an insulating region, and 16 is a carrier injection electrode. . In this embodiment, the layer structure of the wafer of the semiconductor ring laser 47 having a mechanism for changing the refractive index for each of the plurality of optical paths is the same as that used in the fifth embodiment. Also, only the etching pattern of the optical waveguide is different from that of the fifth embodiment. The oscillation wavelength of the semiconductor ring laser 47 having a mechanism for changing the refractive index for each of the plurality of optical paths manufactured as described above is determined as follows. That is, basically, by controlling the optical path lengths L1 and L2 of the composite resonator described in detail in the second embodiment,
Here, the fifth embodiment is characterized in that an optical path length control method based on a change in refractive index, which is described in detail in the fifth embodiment, is used in combination. For example, the same resonator lengths L1 and L1 as in the second embodiment are used.
2, the detuning amount is 2.9 nm.
Here, the refractive index is further controlled for each of the optical path 1 and the optical path 2 to obtain the optical path 1 and the optical path 2
By changing each optical path length, the position of the resonance peak can be further changed, whereby the position of the final resonance peak can be further shifted. In this way, it is possible to further increase the detuning amount by about 5 nm at the maximum. This value can be said to be a value that is sufficiently effective for stable coexistence of the two modes, as seen from the results shown in FIG. The method described above and FIG.
According to FIG. 5, by taking appropriate resonator lengths L1 and L2 and by injecting appropriate carriers from the refractive index control electrodes 48 and 49, the stable coexistence of two clockwise and counterclockwise oscillation modes in the ring resonator is achieved. Can be realized.

【0052】[第七実施例]図13は、本発明の第四の
実施例における、デチューニング量を制御可能な半導体
リングレーザーを用いた半導体リングレーザージャイロ
の構造を示す図である。本実施例における半導体リング
レーザージャイロは、第四の実施例にて詳細に説明し
た、複合共振器構造と吸収スペクトルを制御可能な損失
領域とを同時に有する半導体リングレーザー39と、こ
れを駆動する定電流電源41、レーザーの端子間電圧の
変動周波数を測定する装置42、および逆バイアス電圧
制御用の電源40から構成される。また、16はキャリ
ア注入用電極、17は逆バイアス印加用電極、21は絶
縁領域である。なお、半導体リングレーザー39の製造
工程やデチューニング量の制御方法などは第四の実施例
と同じである。この、第四の実施例にあるように、適切
な共振器長および逆バイアス電圧を制御して、右回りと
左回りの2つの発振モードが安定に共存している場合を
考える。このばあい、2つのモードは同一の発振周波数
をもっている。ここで、図の矢印のように、共振器を含
む面の法線方向を軸として、半導体リングレーザー39
を回転させると、2つのモード間にビートが生じる。こ
のビートの周波数は、半導体リングレーザー39の回転
角速度に比例しており、ビート信号の周波数を観測する
ことで、回転角速度の情報を得ることができる。ビート
信号の検出については、キャリア注入用電極における端
子電圧の変化を測定することで検出することが可能であ
る。すなわち、ビートが生じることにより共振器内の光
強度が変動し、光強度の変動に従いキャリアの反転分布
も変動するため、これが端子電圧の変動として測定され
る。よって、測定装置42としてF−V変換回路や周波
数カウンタを用いることでビート周波数を検知すること
ができ、回転の角速度が測定される。このようなリング
レーザージャイロにおいては、2モードが安定に共存で
きなければ、ビート信号そのものが生じず、ジャイロと
しての動作ができない。よって、本発明における2モー
ドの安定共存が可能な半導体リングレーザーを用いるこ
とにより、常に安定して回転角速度を検出することので
きるリングレーザージャイロを実現することが可能にな
る。
Seventh Embodiment FIG. 13 is a view showing a structure of a semiconductor ring laser gyro using a semiconductor ring laser capable of controlling the amount of detuning in a fourth embodiment of the present invention. The semiconductor ring laser gyro according to the present embodiment includes a semiconductor ring laser 39 having a complex resonator structure and a loss region capable of controlling an absorption spectrum, which are described in detail in the fourth embodiment, and a driving device for driving the semiconductor ring laser 39. It comprises a current power supply 41, a device 42 for measuring a fluctuation frequency of a voltage between terminals of a laser, and a power supply 40 for controlling a reverse bias voltage. Reference numeral 16 denotes a carrier injection electrode, 17 denotes a reverse bias application electrode, and 21 denotes an insulating region. The manufacturing process of the semiconductor ring laser 39 and the method of controlling the amount of detuning are the same as in the fourth embodiment. As in the fourth embodiment, consider a case where two oscillation modes, clockwise and counterclockwise, coexist stably by controlling the appropriate resonator length and reverse bias voltage. In this case, the two modes have the same oscillation frequency. Here, as shown by the arrow in the figure, the semiconductor ring laser 39 is set with the normal direction of the plane including the resonator as an axis.
Is rotated, a beat occurs between the two modes. The frequency of this beat is proportional to the rotational angular velocity of the semiconductor ring laser 39, and information on the rotational angular velocity can be obtained by observing the frequency of the beat signal. The beat signal can be detected by measuring a change in terminal voltage at the carrier injection electrode. That is, the occurrence of a beat causes the light intensity in the resonator to fluctuate, and the inversion distribution of carriers also fluctuates in accordance with the fluctuation in the light intensity. This is measured as a fluctuation in the terminal voltage. Therefore, the beat frequency can be detected by using an FV conversion circuit or a frequency counter as the measuring device 42, and the angular velocity of rotation is measured. In such a ring laser gyro, if the two modes cannot coexist stably, no beat signal is generated and the gyro cannot operate. Therefore, by using the semiconductor ring laser capable of stably coexisting in two modes in the present invention, it is possible to realize a ring laser gyro that can always detect the rotational angular velocity stably.

【0053】なお、以上に述べたいくつかの実施例にお
けるデチューニング量の制御機構を適宜組み合わせて用
いることももちろん可能であり、レーザージャイロへの
応用も第七の実施例に限るものではない。また、リング
共振器の形状も四角形に限るものではなく、たとえば三
角形や六角形などでももちろん構わない。さらに、媒質
の材料も実施例中にあげたものに限定されるものではな
い。
It is of course possible to use the detuning amount control mechanisms in some of the embodiments described above in appropriate combinations, and the application to the laser gyro is not limited to the seventh embodiment. The shape of the ring resonator is not limited to a quadrangle, but may be, for example, a triangle or a hexagon. Further, the material of the medium is not limited to those described in the embodiments.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、利得ピー
クと発振ピークの差であるところのデチューニング量を
制御することにより、たとえ後方散乱の影響が無視でき
ない場合であっても、右回りと左回りの2つの発振モー
ドが安定に共存できるリングレーザーおよびリングレー
ザージャイロを実現することができる。
According to the present invention described above, by controlling the amount of detuning, which is the difference between the gain peak and the oscillation peak, even if the effect of backscatter cannot be ignored, the clockwise rotation A ring laser and a ring laser gyro that can stably coexist with the two oscillation modes counterclockwise and counterclockwise can be realized.

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

【図1】本発明の第一の実施例を示すデチューニング量
を制御可能な半導体リングレーザーの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第一の実施例におけるデチューニング
量を制御可能な半導体リングレーザーの製造工程を示す
図である。
FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第一の実施例におけるデチューニング
量を制御可能な半導体リングレーザーの、吸収領域にお
ける逆バイアス電圧と吸収スペクトルとの関係を示す模
式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between a reverse bias voltage and an absorption spectrum in an absorption region of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第一の実施例におけるデチューニング
量を制御可能な半導体リングレーザーの、逆バイアス電
圧印加前後での利得スペクトルの変化を示す模式図であ
る。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a change in gain spectrum before and after application of a reverse bias voltage of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第一の実施例におけるデチューニング
量を制御可能な半導体リングレーザーの、逆バイアス電
圧印加前後での利得スペクトルおよび発振ピークの変化
を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing changes in a gain spectrum and an oscillation peak before and after application of a reverse bias voltage of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount in the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第二の実施例におけるデチューニング
量を制御可能な半導体リングレーザーの上面図である。
FIG. 6 is a top view of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第二の実施例におけるデチューニング
量を制御可能な半導体リングレーザーの共振ピークを示
す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a resonance peak of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第三の実施例におけるデチューニング
量を制御可能なガスリングレーザーの上面図である。
FIG. 8 is a top view of a gas ring laser capable of controlling a detuning amount according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第四の実施例におけるデチューニング
量を制御可能な半導体リングレーザーの上面図である。
FIG. 9 is a top view of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第五の実施例におけるデチューニン
グ量を制御可能な半導体リングレーザーの上面図であ
る。
FIG. 10 is a top view of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第五の実施例におけるデチューニン
グ量を制御可能な半導体リングレーザーの断面図であ
る。
FIG. 11 is a sectional view of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第六の実施例におけるデチューニン
グ量を制御可能な半導体リングレーザーの上面図であ
る。
FIG. 12 is a top view of a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount according to a sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第七の実施例における、デチューニ
ング量を制御可能な半導体リングレーザーを用いた半導
体リングレーザージャイロの構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a semiconductor ring laser gyro using a semiconductor ring laser capable of controlling a detuning amount in a seventh embodiment of the present invention.

【図14】2モード間の結合係数Cの後方散乱の振幅反
射率R依存性と、2モードの安定共存のために必要な後
方散乱の振幅反射率の上限(しきい振幅反射率)Rcの
定義を示す図である。
FIG. 14 shows the dependence of the coupling coefficient C between the two modes on the amplitude reflectance R of backscattering and the upper limit (threshold amplitude reflectance) Rc of the amplitude reflectance of backscattering necessary for stable coexistence of the two modes. It is a figure showing a definition.

【図15】2モードの安定共存のために必要な後方散乱
の振幅反射率の上限(しきい振幅反射率)Rcのデチュ
ーニング量依存性を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the detuning amount dependence of the upper limit (threshold amplitude reflectance) Rc of the amplitude reflectance of backscattering necessary for stable coexistence of two modes.

【図16】従来例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 n−InP基板 12 n−InPクラッド層 13 InGaAsP/InGaAs多重量子井戸層
(1.55μm組成) 14 p−InPクラッド層 15 p−InGaAsキャップ層 16 キャリア注入用p側電極 17 逆バイアス印加用電極 18 n側電極 19 利得領域 20 吸収スペクトルを制御可能な損失領域 21 絶縁領域 22 発振ピーク 23 逆バイアス電圧印加前の利得ピーク 24 逆バイアス電圧印加後の利得ピーク 25 逆バイアス電圧印加前の発振ピーク 26 逆バイアス電圧印加後の発振ピーク 27 逆バイアス電圧印加前の利得ピーク 28 逆バイアス電圧印加後の利得ピーク 29 複合共振器構造を有する半導体リングレーザー 30 光路1 31 光路2 32 ガスリングレーザー 33 光路長制御用の可動式ミラー 34 圧電素子(PZT) 35 圧電素子制御用電源 36 光取り出しミラー 37 カソード 38 アノード 39 複合共振器構造と吸収スペクトルを制御可能な機
構を有する半導体リングレーザー 40 逆バイアス印加用電源 41 キャリア注入用定電流電源 42 端子電圧の変動周波数測定装置 43 屈折率変化により光路長を制御する半導体リング
レーザー 44 第一のp−InPクラッド層 45 第二のp−InPクラッド層 46 屈折率制御用電極 47 複数の光路それぞれに対して屈折率を変化させる
機構を持つ半導体リングレーザー 48 光路1に対する屈折率制御用電極 49 光路2に対する屈折率制御用電極 71 レーザー共振器 72 レーザー光1 73 レーザー光2 74 光検出手段1 75 光検出手段2 76 差信号 77 レーザー光検出回路 78 散乱光位相制御回路 79 ミラー1 80 ミラー2
Reference Signs List 11 n-InP substrate 12 n-InP cladding layer 13 InGaAsP / InGaAs multiple quantum well layer (composition of 1.55 μm) 14 p-InP cladding layer 15 p-InGaAs cap layer 16 p-side electrode for carrier injection 17 electrode for reverse bias application Reference Signs List 18 n-side electrode 19 gain region 20 loss region where absorption spectrum can be controlled 21 insulating region 22 oscillation peak 23 gain peak before applying reverse bias voltage 24 gain peak after applying reverse bias voltage 25 oscillation peak before applying reverse bias voltage 26 Oscillation peak after application of reverse bias voltage 27 Gain peak before application of reverse bias voltage 28 Gain peak after application of reverse bias voltage 29 Semiconductor ring laser having composite resonator structure 30 Optical path 1 31 Optical path 2 32 Gas ring laser 33 Optical path length control Movable mirror 3 for Piezoelectric element (PZT) 35 Piezoelectric element control power supply 36 Light extraction mirror 37 Cathode 38 Anode 39 Semiconductor ring laser having complex resonator structure and mechanism capable of controlling absorption spectrum 40 Power supply for reverse bias application 41 Constant current power supply for carrier injection 42 terminal voltage fluctuation frequency measuring device 43 semiconductor ring laser for controlling optical path length by refractive index change 44 first p-InP clad layer 45 second p-InP clad layer 46 refractive index control electrode 47 plural optical paths respectively A semiconductor ring laser having a mechanism for changing the refractive index with respect to the light 48 a refractive index control electrode for the light path 1 49 a refractive index control electrode for the light path 2 71 laser resonator 72 laser light 1 73 laser light 2 74 light detection means 1 75 Light detection means 2 76 Difference signal 77 Laser light Detection circuit 78 scattered light phase control circuit 79 Mirror 1 80 Mirror 2

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F105 BB05 DD07 DE11 5F072 AA01 AB13 AK07 HH05 JJ05 LL08 LL09 LL12 LL18 LL19 MM03 MM16 RR01 YY12  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F105 BB05 DD07 DE11 5F072 AA01 AB13 AK07 HH05 JJ05 LL08 LL09 LL12 LL18 LL19 MM03 MM16 RR01 YY12

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リング共振器内において、互いに反対方
向に周回する2つの発振モードの結合係数が1未満にな
るように、発振ピークと利得ピークの差であるデチュー
ニング量を制御することを特徴とするリングレーザー。
In a ring resonator, a detuning amount, which is a difference between an oscillation peak and a gain peak, is controlled so that a coupling coefficient of two oscillation modes orbiting in opposite directions is less than one. And ring laser.
【請求項2】 前記リングレーザーの共振器が、レーザ
ー光に対する利得領域と損失領域とに分割されており、
前記損失領域において、吸収スペクトルを制御する機構
を有することを特徴とする請求項1記載のリングレーザ
ー。
2. The resonator of the ring laser is divided into a gain region and a loss region for laser light,
The ring laser according to claim 1, further comprising a mechanism for controlling an absorption spectrum in the loss region.
【請求項3】 前記リングレーザーは、少なくとも活性
層と導波路とが半導体で形成されている半導体リングレ
ーザーであって、 前記損失領域が、キャリア注入用の電極とは電気的に独
立な電極を有することを特徴とする請求項2記載のリン
グレーザー。
3. The ring laser according to claim 1, wherein the ring region is a semiconductor ring laser in which at least an active layer and a waveguide are formed of a semiconductor, and the loss region includes an electrode that is electrically independent of a carrier injection electrode. The ring laser according to claim 2, wherein the ring laser is provided.
【請求項4】 前記リングレーザーの共振器において、
光路長を変化させる機構を有することを特徴とする請求
項1乃至3のいずれか一つに記載されたリングレーザ
ー。
4. The resonator of the ring laser,
4. The ring laser according to claim 1, further comprising a mechanism for changing an optical path length.
【請求項5】 前記リングレーザーの共振器が複数に分
割され、それぞれ電気的に独立な電極を有することを特
徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載されたリ
ングレーザー。
5. The ring laser according to claim 1, wherein the resonator of the ring laser is divided into a plurality of portions, each having an electrically independent electrode.
【請求項6】 前記リングレーザーの共振器が、光路長
の異なる複数のリング状経路から構成され、 前記複数のリング状経路の少なくとも一部が光学的に結
合されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれ
か一つに記載されたリングレーザー。
6. The ring laser resonator according to claim 1, wherein the plurality of ring paths have different optical path lengths, and at least a part of the plurality of ring paths is optically coupled. Item 6. A ring laser according to any one of Items 1 to 5.
【請求項7】 前記リングレーザーの複数のリング状経
路が、それぞれ電気的に独立な電極を有することを特徴
とする請求項6記載のリングレーザー。
7. The ring laser according to claim 6, wherein each of the plurality of ring-shaped paths of the ring laser has an electrically independent electrode.
【請求項8】 請求項3記載のリングレーザーを制御す
る方法であって、 前記損失領域において、損失領域に逆バイアス電圧を印
加することにより吸収スペクトルを制御し、この吸収ス
ペクトルの形状によって正味の利得に対する共振ピーク
の位置を変化させデチューニング量を制御することを特
徴とするリングレーザー制御方法。
8. The method for controlling a ring laser according to claim 3, wherein in the loss region, an absorption spectrum is controlled by applying a reverse bias voltage to the loss region, and a net shape is determined by a shape of the absorption spectrum. A ring laser control method characterized by changing a position of a resonance peak with respect to a gain to control a detuning amount.
【請求項9】 請求項4乃至7記載のリングレーザーを
制御する方法であって、 光路長を制御することで共振ピークの位置を変化させ、
これによってデチューニング量を制御することを特徴と
するリングレーザー制御方法。
9. A method for controlling a ring laser according to claim 4, wherein a position of a resonance peak is changed by controlling an optical path length.
A ring laser control method characterized by controlling a detuning amount by this.
【請求項10】 請求項6、7のいずれか一つに記載さ
れたリングレーザーを制御する方法であって、 複数の経路の光路長をそれぞれ制御することで共振ピー
クの位置を変化させ、これによってデチューニング量を
制御することを特徴とするリングレーザー制御方法。
10. A method for controlling a ring laser according to claim 6, wherein a position of a resonance peak is changed by controlling an optical path length of each of a plurality of paths. A ring laser control method, wherein a detuning amount is controlled by the method.
【請求項11】 請求項1乃至7のいずれか一つに記載
されたリングレーザーと、 前記リングレーザーの駆動電源と、 前記リングレーザーの共振器が構成される面の法線を軸
として回転させることにより前記リングレーザーの端子
間に生じる電圧変動の周波数を測定する回路とを少なく
とも備えたことを特徴とするリングレーザージャイロ。
11. The ring laser according to claim 1, a driving power source for the ring laser, and a ring normal to a surface on which a resonator of the ring laser is formed. A circuit for measuring a frequency of a voltage fluctuation generated between the terminals of the ring laser.
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