JP2002310667A - Ring laser gyro - Google Patents

Ring laser gyro

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JP2002310667A
JP2002310667A JP2001118296A JP2001118296A JP2002310667A JP 2002310667 A JP2002310667 A JP 2002310667A JP 2001118296 A JP2001118296 A JP 2001118296A JP 2001118296 A JP2001118296 A JP 2001118296A JP 2002310667 A JP2002310667 A JP 2002310667A
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JP
Japan
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path
ring laser
gyro
laser
light
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Application number
JP2001118296A
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Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Numai
貴陽 沼居
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ring laser type gyro with a satisfactory signal-noise ratio by suppressing noises due to spontaneous emission and limiting the number of oscillation modes by a method which will not a lock-in cause. SOLUTION: Noises generated by spontaneous emission light, that combines clockwise laser beam 11 with a counterclockwise laser beam 12, are suppressed by light 21 generated in a non-orbital course 1. Because of the existence of an asymmetrical taper 7, the oscillation threshold of the clockwise laser beam is smaller than the oscillation threshold of the counterclockwise laser beam. As a result, when both laser beams are oscillating, the light intensity of the clockwise laser beam is higher than the light intensity of the counterclockwise laser beam. The end face of the course 1 is inclined relative to the laser beam propagating direction, in order to avoid lock-in, in which progressive waves and regressive waves are together combined to cause oscillation only in one of the modes.

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、回転を検出する光
ジャイロに関し、特にリングレーザー型の光ジャイロに
関する。
The present invention relates to an optical gyro for detecting rotation, and more particularly to a ring laser type optical gyro.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジャイロは、移動する物体の角速度を検
出するためのセンサである。そして、航空機やロボット
の姿勢制御、カーナビゲーションでの位置検出、車の横
滑り検知や、銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメ
ラの手ぶれ防止などに用いることができる。
2. Description of the Related Art A gyro is a sensor for detecting the angular velocity of a moving object. It can be used for attitude control of an aircraft or a robot, position detection in car navigation, side slip detection of a car, and prevention of camera shake of a silver halide camera, a digital camera, and a video camera.

【0003】ジャイロとしては、回転子や振動子をもつ
機械的なジャイロや、光ジャイロが知られている。特に
光ジャイロは、瞬間起動が可能でダイナミックレンジが
広いため、ジャイロ技術分野に革新をもたらしつつあ
る。光ジャイロには、リングレーザー型ジャイロ、光フ
ァイバージャイロ、受動型リング共振器ジャイロなどが
ある。このうち、最も早く開発に着手されたのが、気体
レーザーを用いたリングレーザー型ジャイロであり、す
でに航空機などで実用化されている。また、小型で高精
度なリングレーザー型ジャイロとして、半導体レーザー
を用いたジャイロも提案されている。この公知文献とし
ては、例えば特公昭62−039836があり、例を図
10に示す。
As a gyro, a mechanical gyro having a rotor and a vibrator and an optical gyro are known. In particular, optical gyros are being revolutionized in the gyro technical field because they can be activated instantaneously and have a wide dynamic range. The optical gyro includes a ring laser gyro, an optical fiber gyro, a passive ring resonator gyro, and the like. Of these, the first to be developed is a ring laser type gyro using a gas laser, which has already been put to practical use in aircraft and the like. A gyro using a semiconductor laser has also been proposed as a small and highly accurate ring laser gyro. As this known document, for example, there is Japanese Patent Publication No. 62-039836, and an example is shown in FIG.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】リングレーザー型ジャ
イロにおいて、信号雑音比を大きくするためには、雑音
を低減すればよい。そして、レーザー光の雑音のうち本
質的なものは、発振モードに結合する自然放出光であ
る。しかしながら、従来のリングレーザー型ジャイロで
は、自然放出光を制御して雑音を低減することに関し
て、あまり検討されてこなかった。
In order to increase the signal-to-noise ratio in a ring laser gyro, it is necessary to reduce the noise. An essential part of the laser light noise is spontaneous emission light coupled to the oscillation mode. However, in the conventional ring laser gyro, much less attention has been given to controlling spontaneous emission light to reduce noise.

【0005】また、半導体レーザーの場合、利得帯域が
10nm程度と大きいため、この帯域の中にある共振モ
ードは、発振することができる。つまり、半導体リング
レーザー型ジャイロは、多モード発振しやすい。信号雑
音比をさらに改善するためには、発振モード数を制限す
ることが重要であり、このためには、利得帯域内に存在
する共振モードの数を減らせばよい。しかし、ファブリ
ペロー共振器や回折格子などの共振型の光フィルターを
用いることはできない。なぜならば、共振型の光フィル
ターは、進行波と後退波を結合させるからである。も
し、共振型の光フィルターを用いると、お互いに反対方
向に周回しているレーザー光同士が強結合を起こし、一
方のモードの発振が抑制される。この現象は、ロックイ
ン現象として知られており、回転数が小さいときのよう
に、反対方向に周回しているレーザー光の発振周波数の
差が小さい場合に特に問題となる。このため、進行波と
後退波が結合しない状態で、発振モード数を制限できる
リングレーザー型ジャイロが望まれていた。
In the case of a semiconductor laser, since the gain band is as large as about 10 nm, a resonance mode in this band can oscillate. That is, the semiconductor ring laser type gyro easily oscillates in multiple modes. In order to further improve the signal-to-noise ratio, it is important to limit the number of oscillation modes, and this can be achieved by reducing the number of resonance modes present in the gain band. However, a resonant optical filter such as a Fabry-Perot resonator or a diffraction grating cannot be used. This is because the resonance type optical filter combines the traveling wave and the backward wave. If a resonance type optical filter is used, the laser beams circling in opposite directions to each other cause strong coupling, and the oscillation of one mode is suppressed. This phenomenon is known as a lock-in phenomenon, and is particularly problematic when the difference between the oscillation frequencies of the laser beams circulating in opposite directions is small, such as when the rotation speed is small. For this reason, a ring laser gyro that can limit the number of oscillation modes in a state where the traveling wave and the backward wave are not coupled has been desired.

【0006】一方で、ロックイン現象を解除するため
に、リングレーザー型ジャイロにディザをかけることが
よく行われている。また、従来のリングレーザー型ジャ
イロは、それ単体では回転方向の検出が出来なかった。
このため、ディザの方向と信号との相関から回転方向を
決定していた。
On the other hand, it is common practice to dither a ring laser type gyro to release the lock-in phenomenon. Further, the conventional ring laser type gyro cannot detect the rotation direction by itself.
For this reason, the rotation direction is determined from the correlation between the dither direction and the signal.

【0007】そこで、本発明は、自然放出光による雑音
を抑制し、しかもロックインが生じない方法で発振モー
ド数を制限することで、信号雑音比の良好なリングレー
ザー型ジャイロを提供することを課題としている。
Accordingly, the present invention is to provide a ring laser type gyro having a good signal-to-noise ratio by suppressing noise due to spontaneous emission and limiting the number of oscillation modes by a method that does not cause lock-in. It is an issue.

【0008】又、本発明は、ディザなどの機械的な機構
がなくても、回転方向および回転速度の検出を行うこと
ができるリングレーザー型ジャイロを提供することを課
題としている。
It is another object of the present invention to provide a ring laser type gyro which can detect a rotation direction and a rotation speed without a mechanical mechanism such as dither.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のリングレーザー型ジャイロは、第1の発光波
長分布を有する周回状の経路と、前記周回状の経路の少
なくとも一部と光学的に結合し、かつ前記第1の発光波
長分布と異なる第2の発光波長分布を有する非周回状の
経路とを少なくとも含み、かつ前記非周回状の経路の端
部が反射抑制構造としている。
A ring laser type gyro according to the present invention for solving the above-mentioned problems comprises a circular path having a first emission wavelength distribution, at least a part of the circular path, and an optical path. And at least a non-circular path having a second emission wavelength distribution different from the first emission wavelength distribution, and an end of the non-circular path has a reflection suppressing structure.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1及び図2を参照して、半導体
リングレーザー型ジャイロの自然放出光に起因する雑音
がどのようにして抑制されるかについて説明する。図1
は、本発明のリングレーザー型ジャイロの構造を模式的
に示す上面図であり、非周回状の経路である光導波路1
が周回状の経路である光導波路2と光学的に結合してい
る。また、同図において、11は時計回りのレーザー
光、12は反時計回りのレーザー光、21は非周回状の
経路1で発生した光である。図2は、発光スペクトルを
表す図であり、実線が周回状の経路である光導波路2に
おける発光波長分布、破線が非周回状の経路である光導
波路1における発光波長分布である。この図からわかる
ように、それぞれの光強度のピーク波長は約0.03μ
m異なる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS With reference to FIGS. 1 and 2, a description will be given of how noise caused by spontaneous emission of a semiconductor ring laser type gyro is suppressed. FIG.
FIG. 1 is a top view schematically showing a structure of a ring laser type gyro of the present invention, and shows an optical waveguide 1 which is a non-circular path.
Are optically coupled to the optical waveguide 2 which is a circular path. Further, in the figure, reference numeral 11 denotes clockwise laser light, 12 denotes counterclockwise laser light, and 21 denotes light generated in the non-circular path 1. FIG. 2 is a diagram showing an emission spectrum. A solid line indicates an emission wavelength distribution in the optical waveguide 2 which is a circular path, and a broken line indicates an emission wavelength distribution in the optical waveguide 1 which is a non-circular path. As can be seen from this figure, the peak wavelength of each light intensity is about 0.03 μm.
m different.

【0011】さて、リングレーザーでは、複数の安定点
が存在し、この安定点で発振モードが規定される。ま
た、この安定点で決まる複数のモード間でのスイッチン
グ現象が見られる。さらに、ランダムな自然放出光が発
振モードに結合し、発振モードに揺らぎが生じ、雑音と
なる。このように、(1)複数の安定点が存在する、
(2)安定点間でのスイッチングが生じる、(3)ラン
ダムな生成項あるいは駆動力が存在するという3つの条
件を満たす場合、確率共鳴現象(Stochastic
Resonance)が存在することが知られてい
る。確率共鳴現象とは、ランダム項がある値の時に雑音
がもっとも抑制される現象であり、この値よりランダム
項が大きくても小さくても雑音が大きくなる。この確率
共鳴現象は、非線形な相互作用の結果生じるものであ
り、レーザーのように、非線形利得をもつ系で生じやす
い。図2の発光スペクトルは、増幅された自然放出光
(Amplified Spontaneous Em
ission)であり、この非線形利得の影響を受け
る。
Now, a ring laser has a plurality of stable points, and the oscillation mode is defined by these stable points. In addition, a switching phenomenon between a plurality of modes determined by the stable point is observed. Further, random spontaneous emission light is coupled to the oscillation mode, and the oscillation mode fluctuates, resulting in noise. Thus, (1) there are a plurality of stable points,
In the case where three conditions are satisfied, that is, (2) switching between stable points occurs, and (3) a random generation term or a driving force exists, a stochastic resonance phenomenon (Stochastic) is satisfied.
Resonance) is known to exist. The stochastic resonance phenomenon is a phenomenon in which noise is most suppressed when a random term has a certain value, and the noise increases when the random term is larger or smaller than this value. This stochastic resonance phenomenon occurs as a result of nonlinear interaction, and is likely to occur in a system having a nonlinear gain, such as a laser. The emission spectrum of FIG. 2 shows the amplified spontaneous emission light (Amplified Spontaneous Em).
issue) and is affected by this non-linear gain.

【0012】ここで、電流注入あるいは光励起によっ
て、非周回状の経路である光導波路1で図2の破線のよ
うな発光スペクトルをもつ光を発生させる場合を考え
る。非周回状の経路である光導波路1が周回状の経路で
ある光導波路2と光学的に結合していることから、この
光は周回状の経路である光導波路2に入射する。そし
て、入射した自然放出光と周回状の経路で発生した自然
放出光との非線形相互作用により、発振モードに結合し
ていた自然放出光が抑制される。この結果、発振モード
の揺らぎが低減され、信号雑音比の大きなリングレーザ
ー形ジャイロが実現される。
Here, consider a case where light having an emission spectrum as shown by a broken line in FIG. 2 is generated in the optical waveguide 1 which is a non-circular path by current injection or optical excitation. Since the optical waveguide 1 which is a non-circular path is optically coupled to the optical waveguide 2 which is a circular path, this light enters the optical waveguide 2 which is a circular path. Then, due to the nonlinear interaction between the incident spontaneous emission light and the spontaneous emission light generated in the circular path, the spontaneous emission light coupled to the oscillation mode is suppressed. As a result, fluctuation of the oscillation mode is reduced, and a ring laser type gyro having a large signal-to-noise ratio is realized.

【0013】なお、ここで、非周回状の経路である光導
波路1と周回状の経路である光導波路2で発生する光の
スペクトル分布をシフトさせているのは、非周回状の経
路である光導波路1で発生した光が、発振モードそのも
のに影響を与えないようにするためである。
Here, it is the non-circular path that shifts the spectral distribution of light generated in the optical waveguide 1 which is a non-circular path and the optical waveguide 2 which is a circular path. This is to prevent light generated in the optical waveguide 1 from affecting the oscillation mode itself.

【0014】さて、2つのモードのレーザー光が共存す
る場合、発振周波数と光子数密度との間には、次のよう
な関係があることが知られている。
When two modes of laser light coexist, it is known that the following relationship exists between the oscillation frequency and the photon number density.

【0015】[0015]

【数1】 ここで、Φiは位相、Ωiは共振角周波数、σはモー
ドの引き込みを表す係数、ρはモードの自己押し出し
を示す係数、τijはモードの相互押し出しを示す係数
である。ただし、ここでi、j=1、2;i≠jであ
る。いま、反対方向に周回する2つのレーザー光の光強
度が異なる、すなわち光子数密度S1≠S2の場合、式
(1)からf1≠f2となる。
(Equation 1) Here, Φi is a phase, Ωi is a resonance angular frequency, σ i is a coefficient representing a mode pull-in, ρ i is a coefficient representing a self-extrusion of a mode, and τ ij is a coefficient representing a mutual extrusion of a mode. Here, i, j = 1, 2; i ≠ j. Now, when the light intensities of the two laser lights circulating in opposite directions are different, that is, when the photon number density S 1 ≠ S 2 , f 1 ≠ f 2 is obtained from the equation (1).

【0016】上述のようなリングレーザー型ジャイロに
おいて、光共振器内でお互いに反対の周回方向に伝搬
し、かつ発振周波数の異なるレーザー光が共存すると、
回転方向検知が可能なジャイロを実現することができ
る。これから、その原理を説明する。
In the ring laser type gyro described above, if laser lights having different oscillating frequencies co-exist in the optical resonator in the circumferential directions opposite to each other,
A gyro capable of detecting the rotation direction can be realized. The principle will now be described.

【0017】時計回りに周回する第1のレーザー光の波
長をとする。また、反時計回りに周回する第2のレーザ
ー光の波長をとする。リングレーザー型ジャイロを時計
回りに回転させるとき、時計回りの第1のレーザー光の
発振周波数f1は、非回転時の発振周波数f10に比べて
The wavelength of the first laser light circulating clockwise is defined as the wavelength. Further, the wavelength of the second laser light that circulates counterclockwise is defined as the wavelength. When the ring laser type gyro is rotated clockwise, the oscillation frequency f 1 of the first laser light in the clockwise direction is compared with the oscillation frequency f 10 in the non-rotation.

【0018】[0018]

【数2】 だけ減少する。ここで、は第1のレーザー光の光路が囲
む閉面積、は第1のレーザー光の光路長、Ωは回転の角
速度である。一方、反時計回りの第2のレーザー光の発
振周波数f2は、非回転時の発振周波数f20に比べて
(Equation 2) Only decrease. Here, is the closed area surrounded by the optical path of the first laser light, is the optical path length of the first laser light, and Ω is the angular velocity of rotation. On the other hand, the oscillation frequency f 2 of the second laser beam in the counterclockwise direction is larger than the oscillation frequency f 20 when the laser beam is not rotating.

【0019】[0019]

【数3】 だけ増加する。ここで、は第2のレーザー光の光路が囲
む閉面積、は第2のレーザー光の光路長である。このと
き、リングレーザー型ジャイロの中に第1のレーザー光
と第2のレーザー光が共存する。したがって、リングレ
ーザー型ジャイロの中で第1のレーザー光と第2のレー
ザー光の発振周波数の差、すなわち
(Equation 3) Only increase. Here, is the closed area surrounded by the optical path of the second laser light, and is the optical path length of the second laser light. At this time, the first laser light and the second laser light coexist in the ring laser type gyro. Therefore, the difference between the oscillation frequencies of the first laser light and the second laser light in the ring laser gyro, that is,

【0020】[0020]

【数4】 をもつビート光が発生する。一方、リングレーザー型ジ
ャイロが反時計回りに回転したときは、次の周波数をも
つビート光が発生する。
(Equation 4) Is generated. On the other hand, when the ring laser gyro rotates counterclockwise, beat light having the following frequency is generated.

【0021】[0021]

【数5】 リングレーザー型ジャイロの中に2つ以上の発振モード
が存在すると、反転分布はモードの発振周波数の差に応
じた時間変動を示す。この現象は、反転分布の脈動とし
て知られている。気体レーザーや半導体レーザーのよう
に、電流注入型レーザーの場合、反転分布とレーザーの
インピーダンスには1対1の対応関係がある。そして、
レーザーの中で光が干渉すると、それに応じて反転分布
が変化し、その結果、レーザーの電極間のインピーダン
スが変化する。この変化の様子は、駆動電源として定電
圧源を用いれば、端子電流の変化として現れる。また、
定電流源を用いれば、端子電圧の変化として、光の干渉
の様子を信号として取り出すことができる。もちろん、
直接インピーダンスメーターで、インピーダンスの変化
を測定することもできる。したがって、リングレーザー
型ジャイロの電流、電圧またはインピーダンス変化を回
転に応じたビート信号として用いることができる。もち
ろん、リングレーザー型ジャイロの共振器内をお互いに
反対の周回方向に伝搬するレーザー光を外部に出射し、
同時に光検出器に入射すれば、光検出器からビート信号
を取り出すことができる。ビート信号として、リングレ
ーザー型ジャイロの電流、電圧またはインピーダンス変
化と光検出器からの信号の両方を用い、平均、差分など
の統計処理を行うのも雑音を低減するうえで好適なもの
である。
(Equation 5) If there are two or more oscillation modes in the ring laser gyro, the population inversion shows a time variation corresponding to the difference between the oscillation frequencies of the modes. This phenomenon is known as population inversion pulsation. In the case of a current injection type laser such as a gas laser or a semiconductor laser, there is a one-to-one correspondence between the population inversion and the impedance of the laser. And
When light interferes in the laser, the population inversion changes accordingly, resulting in a change in the impedance between the electrodes of the laser. This change appears as a change in terminal current when a constant voltage source is used as the drive power supply. Also,
If a constant current source is used, the state of light interference can be extracted as a signal as a change in terminal voltage. of course,
The change in impedance can also be measured directly with an impedance meter. Therefore, a change in current, voltage or impedance of the ring laser gyro can be used as a beat signal according to rotation. Of course, the laser light propagating in the circular direction opposite to each other in the resonator of the ring laser type gyro is emitted to the outside,
If the light is simultaneously incident on the photodetector, a beat signal can be extracted from the photodetector. It is also preferable to perform statistical processing such as averaging and difference using both the change in the current, voltage or impedance of the ring laser gyro and the signal from the photodetector as the beat signal, in order to reduce noise.

【0022】さて、本発明によれば、式(4)、(5)
に示すように、回転方向に応じてビート周波数が増減す
る。したがって、ビート周波数の非回転時からの増減を
観測することによって、回転方向を検知することができ
る。なお、回転方向を検知できるのは、発振周波数の差
が、(f2−f1)≧0なる条件を満たすときである。
Now, according to the present invention, equations (4) and (5)
As shown in (2), the beat frequency increases or decreases according to the rotation direction. Therefore, the rotation direction can be detected by observing the increase / decrease of the beat frequency from the non-rotation time. The rotation direction can be detected when the difference between the oscillation frequencies satisfies the condition (f 2 −f 1 ) ≧ 0.

【0023】もし、第1のレーザー光と第2のレーザー
光の発振波長が等しければ、(f20−f10)=0とな
り、ビート周波数(f2−f1)は正負の値をとる。ビー
ト周波数の絶対値が等しければ、同じ信号が検出される
だけなので、この場合は回転方向の検知ができない。こ
れに対して、本発明のように、ビート周波数の符号が常
に同一(ただし説明では、符号を正にとった)で、その
絶対値だけが回転方向によって変化する構成にすれば、
回転方向の検知が可能となる。
If the oscillation wavelengths of the first laser light and the second laser light are equal, (f 20 −f 10 ) = 0, and the beat frequency (f 2 −f 1 ) takes a positive or negative value. If the absolute values of the beat frequencies are equal, only the same signal is detected, and in this case, the rotation direction cannot be detected. On the other hand, according to the present invention, if the sign of the beat frequency is always the same (however, the sign is positive in the description) and only the absolute value changes depending on the rotation direction,
The rotation direction can be detected.

【0024】ここで、注意すべきことがある。リングレ
ーザー型ジャイロにおいて、後方散乱光が存在すると、
進行波と後退波が結合し、一方のモードのみが発振す
る、いわゆるロックインが生じる。これを避けるために
は、リングレーザー型ジャイロにおいて、反射点をなく
すことが大切である。したがって、反射抑制構造を実現
するために、図1の例では、非周回状の経路1の端面を
レーザー光の伝搬方向から傾斜させている。また、反射
抑制構造として、図3のように端部に近づくにつれて細
くなっている経路3を採用するとか、図4のように反射
防止膜5を非周回状の経路4の端面に形成してもよい。
これらの反射抑制構造を組み合わせると、後方散乱光の
低減にいっそう効果があることはいうまでもない。
Here, attention should be paid to: In a ring laser gyro, when backscattered light exists,
The so-called lock-in, in which the traveling wave and the backward wave are combined and only one mode oscillates, occurs. In order to avoid this, it is important to eliminate the reflection point in the ring laser type gyro. Therefore, in order to realize the reflection suppressing structure, in the example of FIG. 1, the end surface of the non-circular path 1 is inclined from the propagation direction of the laser light. In addition, as the reflection suppressing structure, a path 3 that becomes narrower as approaching the end as shown in FIG. 3 is employed, or an antireflection film 5 is formed on the end face of the non-circular path 4 as shown in FIG. Is also good.
It goes without saying that combining these reflection suppressing structures is more effective in reducing backscattered light.

【0025】次に、時計回り、反時計回りのレーザー光
をそれぞれ単一モード化する構成について、図5を参照
しながら説明する。内側の経路(1周の長さd3)と外
側の経路(1周の長さd4>d3)が、点Aおよび点Bで
接続されている。なお、図5では、素子への注入電流を
なるべく小さくするために、レーザー光がなるべく共通
の経路を伝搬するように、内側の経路と外側の経路とが
2点で光学的に結合する構成としている。経路の等価屈
折率をneffとすると、内側の経路に対する共振波長λ3
と、外側の経路に対する共振波長λ4は、それぞれ λ3
=neff3/m3、λ4=neff4/m4と表される。こ
こで、m3,m4は、それぞれ正の整数である。等価屈折
率neff=3.2のとき、d3=600μm、d4=66
0μmに対する共振特性をそれぞれ図6(a)、(b)
に示す。同図において、横軸は波長、縦軸はリング共振
器のパワー透過率である。この図から、複数の透過率の
等しい共振ピークが存在し、かつ図6(a)、(b)で
共振モードの間隔がわずかにずれていることがわかる。
Next, a configuration in which clockwise and counterclockwise laser beams are converted into single modes will be described with reference to FIG. The inner path (length d 3 of one round) and the outer path (length d 4 > d 3 of one round) are connected at points A and B. In FIG. 5, the inner path and the outer path are optically coupled at two points so that the laser light propagates through a common path as much as possible in order to minimize the injection current to the element. I have. Assuming that the equivalent refractive index of the path is n eff , the resonance wavelength λ 3 for the inner path
And the resonance wavelength λ 4 for the outer path are λ 3
= N eff d 3 / m 3 and λ 4 = n eff d 4 / m 4 . Here, m 3 and m 4 are each a positive integer. When the equivalent refractive index n eff = 3.2, d 3 = 600 μm and d 4 = 66
FIGS. 6A and 6B show the resonance characteristics for 0 μm, respectively.
Shown in In the figure, the horizontal axis represents the wavelength, and the vertical axis represents the power transmittance of the ring resonator. From this figure, it can be seen that there are a plurality of resonance peaks having the same transmittance, and the intervals between the resonance modes are slightly shifted in FIGS. 6 (a) and 6 (b).

【0026】内側の形経路(1周の長さd3)と外側の
経路(1周の長さd4)が、少なくとも1点で光学的に
結合している場合、このリング共振器は、複合共振器と
なる。そして、この複合共振器の共振モードは、図6
(a)、(b)において、共振波長が一致したところで
決定される。この結果を図6(c)に示す。この図から
わかるように、共振モードの数が、図6(a)、(b)
に比べて格段に減っている。しかも、透過率の大きい主
モードと、透過率の小さい副モードとが現れている。な
お、図5では、内側の経路と外側の経路とが2点で光学
的に結合しているが、リング共振器が複合共振器となる
ためには、内側の経路と外側の経路が、少なくとも1点
で光学的に結合していればよいことは、言うまでもな
い。
If the inner path (length d 3 of one circumference) and the outer path (length d 4 of one circumference) are optically coupled at at least one point, the ring resonator has: It becomes a composite resonator. The resonance mode of the composite resonator is shown in FIG.
In (a) and (b), it is determined when the resonance wavelengths match. The result is shown in FIG. As can be seen from this figure, the number of resonance modes is shown in FIGS.
It is significantly reduced compared to. In addition, a main mode having a large transmittance and a sub-mode having a small transmittance appear. In FIG. 5, the inner path and the outer path are optically coupled at two points. However, in order for the ring resonator to be a composite resonator, at least the inner path and the outer path must be It goes without saying that it is only necessary to optically couple at one point.

【0027】さて、発振モードは、利得スペクトルの利
得帯域内に存在する共振モードで決まる。図7(a)
に、内側の経路だけでリング共振器を構成した場合の発
振スペクトルを、(b)に複合共振器における発振スペ
クトルを示す。この図から、(a)のように単一の経路
だけをもつリングレーザー型ジャイロでは、多モード発
振しやすいのに対して、(b)のような複合共振器では
副モードが充分抑制され、縦モードが単一となっている
ことがわかる。なお、この例では、光学長の異なる2つ
の経路を用いて複合共振器を構成したが、複合共振器を
構成する経路の数が3つ以上でもよいことは、言うまで
もない。
The oscillation mode is determined by the resonance mode existing in the gain band of the gain spectrum. FIG. 7 (a)
2 shows an oscillation spectrum when the ring resonator is constituted only by the inner path, and FIG. 2B shows an oscillation spectrum in the composite resonator. From this figure, it can be seen that a ring laser gyro having only a single path as in (a) easily oscillates in multiple modes, whereas in the composite resonator as in (b), the submode is sufficiently suppressed, It can be seen that the vertical mode is single. In this example, the composite resonator is configured using two paths having different optical lengths. However, it is needless to say that the number of paths configuring the composite resonator may be three or more.

【0028】複合共振器を形成する際に、注意しなけれ
ばならないことがある。それは、レーザー光が複合共振
器内を伝搬するうちに、その周回方向が反転しないとい
うことである。もし、レーザー光の周回方向が反転する
と、経路の一部で進行波と後退波が結合し、ロックイン
が生じるためである。
Some care must be taken when forming a composite resonator. That is, while the laser light propagates through the composite resonator, its circling direction does not reverse. If the circling direction of the laser beam is reversed, the traveling wave and the backward wave are combined in a part of the path, and lock-in occurs.

【0029】以上説明したように、本発明のジャイロ
は、静止時および回転時にビート信号を発生する。この
信号のビート周波数は、ビート信号を周波数―電圧変換
回路に入力することで、電圧の大きさに変換して出力す
ることができる。また、周波数―電圧変換回路の代わり
に周波数カウンタを用いてもよいことはいうまでもな
い。先にも述べたように、ビート周波数は、回転の角速
度に比例した成分を含むため、回転速度と周波数―電圧
変換回路や周波数カウンタの出力との関係をあらかじめ
求めておくことで、これらの出力を角速度に換算するこ
とができる。こうして、お互いに反対方向に周回し、か
つ発振周波数の異なるレーザー光を光共振器内に共存さ
せることで、回転方向検知の可能なリングレーザー型ジ
ャイロが実現できる。
As described above, the gyro of the present invention generates a beat signal at rest and during rotation. The beat frequency of this signal can be converted into a voltage level and output by inputting the beat signal to a frequency-voltage conversion circuit. Needless to say, a frequency counter may be used instead of the frequency-voltage conversion circuit. As described above, since the beat frequency includes a component proportional to the angular velocity of rotation, the relationship between the rotational speed and the output of the frequency-voltage conversion circuit or the frequency counter can be obtained in advance to obtain the output of the beat frequency. Can be converted to angular velocity. Thus, a ring laser type gyro capable of detecting the rotation direction can be realized by coexisting laser beams circling in opposite directions and having different oscillation frequencies in the optical resonator.

【0030】最後に、複数の経路の少なくとも一部を、
他の経路とは独立に電気制御する理由について説明す
る。非周回状の経路に独立に電流を流すことができれ
ば、非周回状経路における発光強度を周回状の経路とは
独立に制御することができる。この結果、確率共鳴がも
っとも効率よく生じる発光強度をつねに作り出すことが
可能となる。また、注入電流あるいは、印加電圧の大き
さを変えることで、経路の屈折率を変調することができ
る。このため、電気制御によって、経路の光学長を変え
ることができる。複数の経路の光学長の違いによって、
共振モードの数を制限できることから、複数の経路の少
なくとも一部を、他の経路とは独立に電気制御できれ
ば、もっとも安定な単一縦モード動作が実現できるよう
に、光学長の差を制御できるようになる。この結果、複
数の経路の屈折率を単一電極によって制御する場合(各
経路の屈折率が同じように変わる)に比べて、光学長の
差が最適となるように制御しやすくなる。
Finally, at least a part of the plurality of routes is
The reason for performing the electric control independently of the other paths will be described. If a current can be passed through the non-circular path independently, the emission intensity in the non-circular path can be controlled independently of the circular path. As a result, it is possible to always generate the emission intensity at which stochastic resonance occurs most efficiently. Also, the refractive index of the path can be modulated by changing the magnitude of the injection current or the applied voltage. Therefore, the optical length of the path can be changed by electric control. Due to the difference in optical length of multiple paths,
Since the number of resonance modes can be limited, if at least a part of the plurality of paths can be electrically controlled independently of the other paths, the difference in optical length can be controlled so that the most stable single longitudinal mode operation can be realized. Become like As a result, compared to a case where the refractive indices of a plurality of paths are controlled by a single electrode (the refractive indices of the respective paths change in the same manner), it is easier to control so that the difference in optical length is optimal.

【0031】[0031]

【実施例】(第1の実施例)図1は、本発明の特徴をも
っともよく表す図画であり、リングレーザー型ジャイロ
の光導波路の上面図を示している。同図において、1は
非周回状の経路、2は周回状の経路、7は非対称なテー
パー、11は時計回りのレーザー光、12は反時計回り
のレーザー光、21は非周回状の経路1で発生した光で
ある。非周回状の経路1は、周回状の経路(光導波路)
2と光学的に結合している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 is a drawing which best illustrates the features of the present invention and shows a top view of an optical waveguide of a ring laser type gyro. In the figure, 1 is a non-circular path, 2 is a circular path, 7 is an asymmetric taper, 11 is a clockwise laser beam, 12 is a counterclockwise laser beam, and 21 is a non-circular path 1. It is the light generated by The non-circular path 1 is a circular path (optical waveguide)
2 optically coupled.

【0032】上記構成において、光共振器の外部である
非周回状の経路1で発生した光21が、周回状の経路2
で構成される光共振器に入射する。この光21によっ
て、時計回りのレーザー光11および反時計回りのレー
ザー光12と結合する自然放出光によって生ずる雑音が
抑制される。また非対称なテーパー7があるために、時
計回りのレーザー光の発振しきい値が、反時計回りのレ
ーザー光の発振しきい値よりも小さくなる。その結果、
これら両方のレーザー光が発振しているときは、時計回
りのレーザー光の光強度が、反時計回りのレーザー光の
光強度よりも大きくなる。注入電流が6mAのとき、時
計回り、反時計回りのレーザー光の光強度は、それぞれ
3.3mW、2.6mWである。この半導体リングレー
ザー型ジャイロが静止しているときは、レーザー光11
とレーザー光12の発振波長はほぼ等しく、発振波長λ
は約1.55μmである。しかし、これらのレーザー光
の光強度が異なることから、駆動電流6mAにおいて、
レーザー光11とレーザー光12の発振周波数は20k
Hzだけ異なる。そして、半導体リングレーザー型ジャ
イロの中でレーザー光11と12が干渉する。このと
き、電源電流が一定となるよう調整しておき、アノード
とカソードの間の電圧をモニターすると、振幅100m
Vで周波数20kHzの信号が得られる。すなわち、半
導体リングレーザー型ジャイロが静止しているときで
も、ビート信号が検出できる。図1において、周回状の
経路2は円形であり、1周の長さは600μmである。
このとき、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒3
0度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回りの
レーザー光12の発振周波数は103.225Hzだけ
増加する。一方、時計回りのレーザー光11の発振周波
数は103.225Hzだけ減少する。したがって、ビ
ート周波数Δfは20kHz+206.45Hzとな
る。
In the above configuration, the light 21 generated in the non-circular path 1 outside the optical resonator is transmitted to the circular path 2
Into the optical resonator composed of The light 21 suppresses noise generated by spontaneous emission light combined with the clockwise laser light 11 and the counterclockwise laser light 12. Further, because of the asymmetric taper 7, the oscillation threshold value of the clockwise laser light becomes smaller than the oscillation threshold value of the counterclockwise laser light. as a result,
When both of these laser lights are oscillating, the light intensity of the clockwise laser light becomes greater than the light intensity of the counterclockwise laser light. When the injection current is 6 mA, the light intensities of the clockwise and counterclockwise laser beams are 3.3 mW and 2.6 mW, respectively. When the semiconductor ring laser gyro is stationary, the laser light 11
And the oscillation wavelength of the laser beam 12 are substantially equal, and the oscillation wavelength λ
Is about 1.55 μm. However, since the light intensities of these laser lights are different, at a driving current of 6 mA,
The oscillation frequency of laser light 11 and laser light 12 is 20k
Hz. Then, the laser beams 11 and 12 interfere in the semiconductor ring laser type gyro. At this time, the power supply current was adjusted to be constant, and the voltage between the anode and the cathode was monitored.
A signal having a frequency of 20 kHz at V is obtained. That is, a beat signal can be detected even when the semiconductor ring laser gyro is stationary. In FIG. 1, the orbital path 2 is circular, and the length of one circumference is 600 μm.
At this time, 3 seconds per second, such as camera shake or automobile vibration
When the laser beam 12 is rotated clockwise at a speed of 0 degrees, the oscillation frequency of the counterclockwise laser light 12 increases by 103.225 Hz. On the other hand, the oscillation frequency of the clockwise laser light 11 decreases by 103.225 Hz. Therefore, the beat frequency Δf is 20 kHz + 206.45 Hz.

【0033】一方、半導体リングレーザー型ジャイロ
が、毎秒30度の速度で反時計回りに回転を受けると、
ビート周波数Δfは20kHz−206.45Hzとな
る。
On the other hand, when the semiconductor ring laser type gyro is rotated counterclockwise at a speed of 30 degrees per second,
The beat frequency Δf is 20 kHz-206.45 Hz.

【0034】こうして、静止時からのビート周波数の増
減によって、回転角速度だけでなく、回転方向の検知が
可能になる。従来は、自然放出光雑音により、このビー
ト周波数が1%程度揺らいでいたが、確率共鳴により自
然放出光雑音を低減したことで、揺らぎは0.1%程度
にまで低減される。ここで、注意すべきことがある。リ
ングレーザー型ジャイロにおいて、後方散乱光が存在す
ると、進行波と後退波が結合し、一方のモードのみが発
振する、いわゆるロックインが生じる。これを避けるた
めには、リングレーザー型ジャイロにおいて、反射点を
なくすことが必要である。したがって、反射抑制構造を
実現するために、図1の例では、非周回状の経路1の端
面をレーザー光の伝搬方向から傾斜させている。なお、
本実施例では、リング共振器の形状を円形としたが、円
形に限らず、六角形、四角形、三角形など、レーザー光
がリング共振器の中を周回することさえできれば、どの
ような形状でもよいことは言うまでもない。
In this way, not only the rotation angular velocity but also the rotation direction can be detected by increasing or decreasing the beat frequency from the standstill. Conventionally, the beat frequency fluctuates by about 1% due to spontaneous emission noise, but the fluctuation is reduced to about 0.1% by reducing spontaneous emission noise by stochastic resonance. Here, there is something to note. In a ring laser gyro, when backscattered light is present, a traveling wave and a backward wave are combined, and so-called lock-in in which only one mode oscillates occurs. In order to avoid this, it is necessary to eliminate the reflection point in the ring laser type gyro. Therefore, in order to realize the reflection suppressing structure, in the example of FIG. 1, the end surface of the non-circular path 1 is inclined from the propagation direction of the laser light. In addition,
In the present embodiment, the shape of the ring resonator is circular. Needless to say.

【0035】(第2の実施例)図3は、本発明の特徴を
もっともよく表す図画であり、リングレーザー型ジャイ
ロの光導波路の上面図を示している。同図において、3
は非周回状の経路、23は非周回状の経路3で発生した
光である。第1の実施例との違いは、非周回状の経路3
の構造が、図3のように端部に近づくにつれて細くなっ
ていることである。このような反射抑制構造も、後方散
乱光の低減に効果がある。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a drawing that best illustrates the features of the present invention and shows a top view of an optical waveguide of a ring laser type gyro. In FIG.
Is a non-circular path, and 23 is light generated in the non-circular path 3. The difference from the first embodiment is that the non-circular path 3
Is narrowed toward the end as shown in FIG. Such a reflection suppressing structure is also effective in reducing backscattered light.

【0036】(第3の実施例)図4は、本発明の特徴を
もっともよく表す図画であり、リングレーザー型ジャイ
ロの光導波路の上面図を示している。同図において、4
は非周回状の経路、24は非周回状の経路4で発生した
光である。第1の実施例との違いは、非周回状の経路4
の端面に反射防止膜5が形成してあることである。この
ような反射抑制構造も、後方散乱光の低減に効果があ
る。
(Third Embodiment) FIG. 4 is a drawing that best illustrates the features of the present invention, and shows a top view of an optical waveguide of a ring laser type gyro. In FIG.
Is the light generated in the non-circular path 4, and 24 is the light generated in the non-circular path 4. The difference from the first embodiment is that the non-circular path 4
Is that an anti-reflection film 5 is formed on the end face. Such a reflection suppressing structure is also effective in reducing backscattered light.

【0037】なお、非周回状の経路の端面がレーザー光
の伝搬方向から傾斜していたり、非周回状の経路が端部
に近づくにつれて細くなっていたり、反射防止膜が端面
に形成したりしている構造を組み合わせるのも、後方散
乱光のいっそうの低減に対して好適なものである。
The end face of the non-circular path may be inclined from the direction of propagation of the laser beam, the non-circular path may become narrower as approaching the end, or an anti-reflection film may be formed on the end face. The combination of the above structures is also suitable for further reducing the backscattered light.

【0038】(第4の実施例)図5は、本発明の特徴を
もっともよく表す図画であり、光導波路の上面図を示し
ている。同図において、内側の経路(1周の長さd3
2と外側の経路(1周の長さd4>d3)6が、点Aおよ
び点Bで接続されている。経路の等価屈折率をneff
すると、内側の経路に対する共振波長λ3と、外側の経
路に対する共振波長λ4は、それぞれ λ3=neff3
3、λ4=neff4/m4と表される。ここで、m3,m
4は、それぞれ正の整数である。等価屈折率neff=3.
2のとき、d3=600μm、d4=660μmに対する
共振特性をそれぞれ図6(a)、(b)に示す。同図に
おいて、横軸は波長、縦軸はリング共振器のパワー透過
率である。この図から、複数の透過率の等しい共振ピー
クが存在し、かつ図6(a)、(b)で共振モードの間
隔がわずかにずれていることがわかる。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 is a drawing that best illustrates the features of the present invention, and shows a top view of an optical waveguide. In the figure, the inner path (length d 3 of one round)
2 and an outer route (length d 4 > d 3 ) 6 are connected at points A and B. Assuming that the equivalent refractive index of the path is n eff , the resonance wavelength λ 3 for the inner path and the resonance wavelength λ 4 for the outer path are respectively λ 3 = n eff d 3 /
m 3 , λ 4 = n eff d 4 / m 4 Where m 3 , m
4 is a positive integer. Equivalent refractive index n eff = 3.
6A and 6B show resonance characteristics for d 3 = 600 μm and d 4 = 660 μm, respectively. In the figure, the horizontal axis represents the wavelength, and the vertical axis represents the power transmittance of the ring resonator. From this figure, it can be seen that there are a plurality of resonance peaks having the same transmittance, and the intervals between the resonance modes are slightly shifted in FIGS. 6 (a) and 6 (b).

【0039】図5において、内側の経路(1周の長さd
3)2と外側の経路(1周の長さd43)6が、点Aと
点Bで光学的に結合していることから、このリング共振
器は、複合共振器となる。そして、この複合共振器の共
振モードは、図6(a)、(b)において、共振波長が
重なったところで決定される。この結果を図6(c)に
示す。この図からわかるように、共振モードの数が、図
6(a)、(b)に比べて格段に減っている。しかも、
透過率の大きい主モードと、透過率の小さい副モードと
が現れている。なお、図5では、内側の経路と外側の経
路とが2点で光学的に結合しているが、リング共振器が
複合共振器となるためには、内側の経路と外側の経路
が、少なくとも1点で光学的に結合していればよいこと
は、言うまでもない。
In FIG. 5, the inner route (the length d of one round)
3 ) Since the ring 2 and the outer path (length d 4 d 3 ) 6 are optically coupled at points A and B, this ring resonator becomes a composite resonator. The resonance mode of the composite resonator is determined when the resonance wavelengths overlap in FIGS. 6A and 6B. The result is shown in FIG. As can be seen from this figure, the number of resonance modes is significantly reduced as compared with FIGS. 6 (a) and 6 (b). Moreover,
A main mode having a large transmittance and a submode having a small transmittance appear. In FIG. 5, the inner path and the outer path are optically coupled at two points. However, in order for the ring resonator to be a composite resonator, at least the inner path and the outer path must be It goes without saying that it is only necessary to optically couple at one point.

【0040】さて、発振モードは、利得スペクトルの利
得帯域内に存在する共振モードで決まる。図7(a)
に、内側の経路2だけでリング共振器を構成した場合の
発振スペクトルを、(b)に複合共振器における発振ス
ペクトルを示す。この図から、(a)のように単一の経
路だけをもつリングレーザー型ジャイロでは、多モード
発振しやすいのに対して、(b)のような複合共振器で
は副モードが充分抑制され、縦モードが単一となってい
ることがわかる。なお、この例では、光学長の異なる2
つの経路を用いて複合共振器を構成したが、複合共振器
を構成する経路の数が3つ以上でもよいことは、言うま
でもない。
The oscillation mode is determined by the resonance mode existing in the gain band of the gain spectrum. FIG. 7 (a)
2 shows an oscillation spectrum when a ring resonator is constituted only by the inner path 2, and (b) shows an oscillation spectrum in the composite resonator. From this figure, it can be seen that a ring laser gyro having only a single path as in (a) easily oscillates in multiple modes, whereas in the composite resonator as in (b), the submode is sufficiently suppressed, It can be seen that the vertical mode is single. In this example, two optical lengths different from each other are used.
Although the composite resonator is configured using one path, it goes without saying that the number of paths configuring the composite resonator may be three or more.

【0041】さらに、図5のように内側の経路と外側の
経路が光学的に結合することで、レーザー光が複合共振
器内を伝搬するうちに、その周回方向は反転しない。こ
の結果、経路の結合により進行波と後退波が結合するこ
とはない。したがって、ロックインが生じない状態で単
一縦モード化を実現することができる。
Further, since the inner path and the outer path are optically coupled as shown in FIG. 5, while the laser light propagates in the composite resonator, the circling direction does not reverse. As a result, the traveling wave and the backward wave do not combine due to the coupling of the paths. Therefore, a single longitudinal mode can be realized without lock-in.

【0042】図5のリング共振器を用いて、半導体リン
グレーザー型ジャイロを構成する。駆動電流6mAにお
いて、この半導体リングレーザー型ジャイロが静止して
いるときの発振波長λは約1.55μmである。これら
のレーザー光の光強度が異なることから、駆動電流6m
Aにおいて、レーザー光11とレーザー光12の発振周
波数は20kHzだけ異なる。そして、半導体リングレ
ーザー型ジャイロの中でレーザー光11と12が干渉す
る。このとき、電源電流が一定となるよう調整してお
き、アノードとカソードの間の電圧をモニターすると、
振幅100mVで周波数20kHzの信号が得られる。
すなわち、半導体リングレーザー型ジャイロが静止して
いるときでも、ビート信号が検出できる。
A semiconductor ring laser gyro is constructed using the ring resonator shown in FIG. At a driving current of 6 mA, the oscillation wavelength λ when the semiconductor ring laser type gyro is stationary is about 1.55 μm. Since the light intensities of these laser lights are different, a driving current of 6 m
In A, the oscillation frequencies of the laser light 11 and the laser light 12 differ by 20 kHz. Then, the laser beams 11 and 12 interfere in the semiconductor ring laser type gyro. At this time, if the power supply current is adjusted to be constant and the voltage between the anode and cathode is monitored,
A signal having an amplitude of 100 mV and a frequency of 20 kHz is obtained.
That is, a beat signal can be detected even when the semiconductor ring laser gyro is stationary.

【0043】図5において、周回状の経路2は円形であ
り、1周の長さは600μmである。このとき、カメラ
の手ぶれや自動車の振動程度の毎秒30度の速度で時計
回りに回転を受けると、反時計回りのレーザー光12の
発振周波数は103.225Hzだけ増加する。一方、
時計回りのレーザー光11の発振周波数は103.22
5Hzだけ減少する。したがって、ビート周波数Δfは
20kHz+206.45Hzとなる。一方、半導体リ
ングレーザー型ジャイロが、毎秒30度の速度で反時計
回りに回転を受けると、ビート周波数Δfは20kHz
−206.45Hzとなる。
In FIG. 5, the orbital path 2 is circular, and the length of one circumference is 600 μm. At this time, if the laser beam 12 is rotated clockwise at a speed of 30 degrees per second, such as camera shake or vehicle vibration, the oscillation frequency of the counterclockwise laser light 12 increases by 103.225 Hz. on the other hand,
The oscillation frequency of the clockwise laser beam 11 is 103.22
Decreases by 5 Hz. Therefore, the beat frequency Δf is 20 kHz + 206.45 Hz. On the other hand, when the semiconductor ring laser type gyro is rotated counterclockwise at a speed of 30 degrees per second, the beat frequency Δf becomes 20 kHz.
-206.45 Hz.

【0044】こうして、静止時からのビート周波数の増
減によって、回転角速度だけでなく、回転方向の検知が
可能になる。
In this way, not only the rotational angular velocity but also the rotational direction can be detected by increasing or decreasing the beat frequency from the standstill.

【0045】さて、このときのビート信号をスペクトラ
ムアナライザで計測したときの様子を図8に示す。図8
(a)は、レーザー光の経路が一つだけの時のものであ
る。一方、図8(b)は図1のように複合共振器を構成
した場合である。どちらの図も、横軸は中心周波数から
の変位、縦軸はスペクトル強度である。縦モードが多モ
ード化している場合、図8(a)のように、スペクトル
幅が広い。これに対して、リングレーザー型ジャイロが
単一縦モード発振している場合、図8(b)のように、
スペクトル幅が狭くなり、ビート信号検出の信号雑音比
が改善される。なお、図8(b)のスペクトル線幅は、
図8(a)の100分の1である。
FIG. 8 shows a state when the beat signal at this time is measured by a spectrum analyzer. FIG.
(A) is a case where there is only one laser light path. On the other hand, FIG. 8B shows a case where the composite resonator is configured as shown in FIG. In both figures, the horizontal axis is the displacement from the center frequency, and the vertical axis is the spectrum intensity. When the longitudinal mode is multi-mode, the spectrum width is wide as shown in FIG. On the other hand, when the ring laser type gyro oscillates in a single longitudinal mode, as shown in FIG.
The spectrum width is reduced, and the signal-to-noise ratio for beat signal detection is improved. Note that the spectral line width in FIG.
This is 1/100 in FIG.

【0046】また、複数の経路の少なくとも一部を、他
の経路とは独立に電気制御するのも好適なものである。
これから、この理由について説明する。非周回状の経路
に独立に電流を流すことができれば、非周回状経路にお
ける発光強度を周回状の経路とは独立に制御することが
できる。この結果、確率共鳴がもっとも効率よく生じる
発光強度をつねに作り出すことが可能となる。また、注
入電流あるいは、印加電圧の大きさを変えることで、経
路の屈折率を変調することができる。このため、電気制
御によって、経路の光学長を変えることができる。複数
の経路の光学長の違いによって、共振モードの数を制限
できることから、複数の経路の少なくとも一部を、他の
経路とは独立に電気制御できれば、もっとも安定な単一
縦モード動作が実現できるように、光学長の差を制御で
きるようになる。この結果、複数の経路の屈折率を単一
電極によって制御する場合(各経路の屈折率が同じよう
に変わる)に比べて、光学長の差が最適となるように制
御しやすくなる。
It is also preferable that at least a part of the plurality of paths be electrically controlled independently of the other paths.
Now, the reason will be described. If a current can be passed through the non-circular path independently, the emission intensity in the non-circular path can be controlled independently of the circular path. As a result, it is possible to always generate the emission intensity at which stochastic resonance occurs most efficiently. Also, the refractive index of the path can be modulated by changing the magnitude of the injection current or the applied voltage. Therefore, the optical length of the path can be changed by electric control. Since the number of resonance modes can be limited by the difference in the optical length of the plurality of paths, the most stable single longitudinal mode operation can be realized if at least a part of the plurality of paths can be electrically controlled independently of the other paths. Thus, the difference in optical length can be controlled. As a result, compared to a case where the refractive indices of a plurality of paths are controlled by a single electrode (the refractive indices of the respective paths change in the same manner), it is easier to control so that the difference in optical length is optimal.

【0047】(第5の実施例)図9は、本発明の第5の
実施例の特徴をもっともよく表す図である。同図におい
て、6は非周回状の経路、26は非周回状の経路6で発
生した光である。第1の実施例との違いは、非周回状の
経路6と周回状の経路2とが接続されていないことであ
る。しかし、図9のように、非周回状の経路6と周回状
の経路2とが近接して配置されていれば、光学的に結合
し、その結果、第1の実施例と同様な効果を得ることが
できる。
(Fifth Embodiment) FIG. 9 is a diagram best representing the features of the fifth embodiment of the present invention. In the figure, 6 is a non-circular path, and 26 is light generated in the non-circular path 6. The difference from the first embodiment is that the non-circular path 6 and the circular path 2 are not connected. However, as shown in FIG. 9, if the non-circular path 6 and the circular path 2 are arranged close to each other, they are optically coupled, and as a result, the same effect as in the first embodiment is obtained. Obtainable.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、自然放出
光による雑音を抑制し、しかもロックインが生じない方
法で発振モード数を制限することで、信号雑音比の良好
なリングレーザー型ジャイロを提供することができる。
また、ディザなどの機械的な機構がなくても、回転方向
および回転速度の検出が可能となる。
According to the present invention described above, a ring laser type gyro having a good signal-to-noise ratio can be achieved by suppressing noise due to spontaneous emission light and limiting the number of oscillation modes by a method that does not cause lock-in. Can be provided.
Further, the rotation direction and the rotation speed can be detected without a mechanical mechanism such as dither.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係るリングレーザー型
ジャイロを説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a ring laser type gyro according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の原理を説明する発光波長分布スペクト
ルを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an emission wavelength distribution spectrum for explaining the principle of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例に係るリングレーザー型
ジャイロを説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a ring laser gyro according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例に係るリングレーザー型
ジャイロを説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a ring laser type gyro according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施例に係るリングレーザー型
ジャイロを説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a ring laser gyro according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例に係るリングレーザー型
ジャイロの共振モードを説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a resonance mode of a ring laser gyro according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施例に係るリングレーザー型
ジャイロの発振スペクトルを説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an oscillation spectrum of a ring laser gyro according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施例に係るリングレーザー型
ジャイロのビート信号のスペクトルを説明する図であ
る。
FIG. 8 is a diagram illustrating the spectrum of a beat signal of a ring laser gyro according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5の実施例に係るリングレーザー型
ジャイロを説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a ring laser gyro according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】従来例を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 非周回状の経路 2 周回状の経路 3 非周回状の経路 4 非周回状の経路、 5 反射防止膜 6 非周回状の経路 7 非対称なテーパー 11 時計回りのレーザー光 12 反時計回りのレーザー光、 21、23、24、26 非周回状の経路で発生した光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-circular path 2 Non-circular path 3 Non-circular path 4 Non-circular path 5 Anti-reflection film 6 Non-circular path 7 Asymmetrical taper 11 Clockwise laser beam 12 Counterclockwise laser Light, 21, 23, 24, 26 Light generated in a non-circular path

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の発光波長分布を有する周回状の経
路と、 前記周回状の経路の少なくとも一部と光学的に結合し、
かつ前記第1の発光波長分布と異なる第2の発光波長分
布を有する非周回状の経路とを少なくとも含み、 前記非周回状の経路の端部が、反射抑制構造であること
を特徴とするリングレーザー型ジャイロ。
1. A circular path having a first emission wavelength distribution, and optically coupled to at least a part of the circular path;
And a non-circular path having a second emission wavelength distribution different from the first emission wavelength distribution, wherein an end of the non-circular path is a reflection suppressing structure. Laser type gyro.
【請求項2】 前記反射抑制構造が、レーザー光の伝搬
方向から傾斜している端面から構成されることを特徴と
する請求項1記載のリングレーザー型ジャイロ。
2. The ring laser type gyro according to claim 1, wherein the reflection suppressing structure is constituted by an end face inclined from a propagation direction of the laser light.
【請求項3】 前記反射抑制構造が、端部に近づくにつ
れて細くなっている経路から構成されることを特徴とす
る請求項1記載のリングレーザー型ジャイロ。
3. A ring laser type gyro according to claim 1, wherein said reflection suppressing structure comprises a path which becomes narrower as approaching an end.
【請求項4】 前記反射抑制構造が、反射防止膜が形成
された端面から構成されることを特徴とする請求項1記
載のリングレーザー型ジャイロ。
4. The ring laser type gyro according to claim 1, wherein the reflection suppressing structure is constituted by an end face on which an anti-reflection film is formed.
【請求項5】 前記反射抑制構造が、レーザー光の伝搬
方向から傾斜している端面、端部に近づくにつれて細く
なっている経路、あるいは反射防止膜が形成された端面
のうち2つ以上の組み合わせから構成されることを特徴
とする請求項1記載のリングレーザー型ジャイロ。
5. A combination of two or more of an end face inclined with respect to a propagation direction of a laser beam, a path narrowing as approaching the end, or an end face having an anti-reflection film formed thereon, wherein the reflection suppressing structure is inclined. The ring laser type gyro according to claim 1, wherein the gyro comprises:
【請求項6】 前記周回状の経路が、光学長の異なる複
数の経路を有し、かつ前記複数の経路のうち少なくとも
一部が光学的に結合し、かつ光共振器内を伝搬するレー
ザー光の周回方向が前記複数の経路によって反転しない
ことを特徴とする請求項1乃至5記載のリングレーザー
型ジャイロ。
6. The laser beam wherein the orbital path has a plurality of paths having different optical lengths, and at least a part of the plurality of paths is optically coupled and propagates in an optical resonator. 6. The ring laser type gyro according to claim 1, wherein the circling direction of the gyro is not reversed by the plurality of paths.
【請求項7】 前記周回状の経路が非対称なテーパー部
を少なくとも含み、光共振器内でお互いに反対の周回方
向に伝搬し、かつ光強度の異なるレーザー光が共存する
ことを特徴とする請求項1乃至6記載のリングレーザー
型ジャイロ。
7. The circuit according to claim 1, wherein the orbital path includes at least an asymmetric taper portion, and laser lights having different light intensities propagate in opposite orbiting directions in the optical resonator. Item 7. A ring laser type gyro according to items 1 to 6.
【請求項8】 光共振器内でお互いに反対の周回方向に
伝搬し、かつ発振周波数の異なるレーザー光が共存する
ことを特徴とする請求項1乃至7記載のリングレーザー
型ジャイロ。
8. A ring laser type gyro according to claim 1, wherein laser lights having different oscillation frequencies coexist in the optical resonator and propagate in opposite circular directions.
【請求項9】 前記経路のうち、少なくとも一部を電気
的に独立に制御することのできる複数の電極を備えてい
ることを特徴とする請求項1乃至8に記載のリングレー
ザー型ジャイロ。
9. The ring laser gyro according to claim 1, further comprising a plurality of electrodes capable of electrically controlling at least a part of the path independently.
【請求項10】 前記複数の電極のうち、少なくとも一
部を電気的に独立に制御することを特徴とするリングレ
ーザー型ジャイロの駆動方法。
10. A method of driving a ring laser gyro, wherein at least a part of the plurality of electrodes is electrically controlled independently.
【請求項11】 前記第1の発光波長分布のピークは、
前記第2の発光波長分布のピークと異なることを特徴と
する請求項1記載のリングレーザー型ジャイロ。
11. The peak of the first emission wavelength distribution,
2. The ring laser gyro according to claim 1, wherein the gyro is different from a peak of the second emission wavelength distribution.
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