JP2006242817A - Semiconductor laser gyroscope - Google Patents

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Shuichi Tamura
修一 田村
Takahisa Harayama
卓久 原山
Takehiro Fukushima
丈浩 福嶋
Nobuo Saito
信雄 斎藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser gyroscope capable of precisely and simply detecting rotation by using a semiconductor of novel structure. <P>SOLUTION: The semiconductor laser gyroscope comprises: the semiconductor laser 10 for emitting the first and the second laser beams; the photo detector 72 for detecting the rotation; the photodiode 77 for monitoring wave length; the Fabry Perot etalon 76; and the wave length control means. The semiconductor laser 10 includes the active layers provided with the opposite first and second end faces. The first laser beam is a part of circulating laser light (L1) on the rhombic path in the active layer emitted from the first terminal face, and the 2nd laser beam is a part of circulating laser light (L2) circulating in reverse direction in the rhombic path emitted from the first terminal face. The laser beam emitted from the second terminal face is monitored by the photodiode 77 through the Fabry Perot etalon 76, the wave length of the laser beam is stabilized based on the output. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体レーザを用いたジャイロに関する。   The present invention relates to a gyro using a semiconductor laser.

回転する物体の角速度を検出するためのジャイロの中でも、光ジャイロは精度が高いという特徴を有する。光ジャイロでは、環状の光路を互いに逆方向に進む2つのレーザ光の周波数差を用いて角速度の検出を行う。このような光ジャイロとして、希ガスレーザを用いた光ジャイロが提案されている(たとえば特許文献1参照)。これらの光ジャイロでは、同じ経路を互いに逆方向に周回するレーザ光を取り出して干渉縞を形成させる。これらの光ジャイロの一般的な構成を図17に示す。図17の光ジャイロにおいて、干渉縞は、以下の式(1)で表される。   Among the gyros for detecting the angular velocity of the rotating object, the optical gyro has a feature of high accuracy. In the optical gyro, the angular velocity is detected using a frequency difference between two laser beams traveling in opposite directions along an annular optical path. As such an optical gyro, an optical gyro using a rare gas laser has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In these optical gyros, laser beams that circulate in the opposite directions on the same path are extracted to form interference fringes. A general configuration of these optical gyros is shown in FIG. In the optical gyro of FIG. 17, the interference fringes are expressed by the following formula (1).

ここで、I0はレーザ光の光強度であり、λはレーザ光の波長である。また、εは図17に示す角度であり、χは図17に示すX方向の座標である。Δωは、ジャイロが回転したときの時計回りのモードと反時計回りのモードとの周波数差であり、tは時刻である。Δωはジャイロの回転の角速度Ωと比例関係にある。すなわち、Δω=4AΩ/(Lλ)である。ここで、Aはリング形状の囲む面積であり、Lは光路長である。φは、2つのレーザ光の初期の位相差を示す。このジャイロでは、干渉縞の移動速度および移動方向を検出することによって、ジャイロの回転速度および回転方向が検出される。しかし、希ガスレーザを用いた光ジャイロは、駆動に高電圧が必要で消費電力が大きいという課題、および、装置が大きく熱に弱いという課題を有していた。 Here, I 0 is the light intensity of the laser light, and λ is the wavelength of the laser light. Further, ε is an angle shown in FIG. 17, and χ is a coordinate in the X direction shown in FIG. Δω is a frequency difference between a clockwise mode and a counterclockwise mode when the gyro is rotated, and t is a time. Δω is proportional to the angular velocity Ω of the gyro rotation. That is, Δω = 4 AΩ / (Lλ). Here, A is an area surrounded by a ring shape, and L is an optical path length. φ indicates the initial phase difference between the two laser beams. In this gyro, the rotational speed and direction of the gyro are detected by detecting the movement speed and direction of the interference fringes. However, an optical gyro using a rare gas laser has a problem that a high voltage is required for driving and power consumption is large, and a problem that the apparatus is large and weak against heat.

このような課題を解決するジャイロとして、環状(三角環状や四角環状)の導波路を備える半導体リングレーザを用いたジャイロが提案されている(たとえば特許文献2参照)。このジャイロで用いられている半導体レーザは、ほぼ一定の幅の環状の導波路を備える。そして、その環状の導波路を互いに反対方向に周回する2つのレーザ光を外部に取り出して、その干渉縞を検出する。しかしながら、細い導波路を用いて閉じこめられたレーザ光は、導波路の外部に出射する際に大きく広がってしまうため、実際に干渉縞を精度よく検出することは困難である。そのため、半導体レーザを用いるジャイロでは、半導体レーザの2つの電極間の電圧変化から、2つのレーザ光の周波数差に対応するビート周波数を検出するジャイロ(たとえば特許文献3参照)や、共振器の端面からしみだしたエバネッセント光を用いてビート周波数を検出するジャイロ(たとえば特許文献4参照)が一般的である。
特開平11−351881号公報 特開2000−230831号公報 特開平4−174317号公報 特開2000−121367号公報
As a gyro for solving such a problem, a gyro using a semiconductor ring laser having an annular (triangular or square) waveguide has been proposed (for example, see Patent Document 2). The semiconductor laser used in this gyro has an annular waveguide having a substantially constant width. Then, two laser beams that circulate in the opposite directions in the annular waveguide are extracted to detect the interference fringes. However, since the laser light confined using a thin waveguide spreads greatly when emitted to the outside of the waveguide, it is difficult to actually detect the interference fringes with high accuracy. Therefore, in a gyro using a semiconductor laser, a gyro for detecting a beat frequency corresponding to a frequency difference between two laser beams from a voltage change between two electrodes of the semiconductor laser (see, for example, Patent Document 3), or an end face of a resonator A gyro (see, for example, Patent Document 4) that detects beat frequency using evanescent light that oozes out is generally used.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-351881 JP 2000-230831 A JP-A-4-174317 JP 2000-121367 A

しかしながら、ビート周波数を検出するジャイロでは、回転方向の検出に特別な装置が必要となる。   However, a gyro that detects the beat frequency requires a special device for detecting the rotational direction.

また、半導体レーザジャイロでは、経時変化や温度変化などによって半導体レーザから出射される光の周波数が変化すると、検出される角速度が変化するという問題があった。たとえば、半導体レーザの発振波長を850nmとし、180°/秒の回転を検出することを考えると、波長が1nmずれると検出される角速度が0.21°/秒ずれる。このような検出誤差を抑制するため、半導体レーザから出射されるレーザ光の波長を安定化する必要があった。   Further, the semiconductor laser gyro has a problem that the detected angular velocity changes when the frequency of light emitted from the semiconductor laser changes due to a change with time, a temperature change, or the like. For example, considering that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is 850 nm and rotation of 180 ° / second is detected, the detected angular velocity is shifted by 0.21 ° / second when the wavelength is shifted by 1 nm. In order to suppress such detection errors, it is necessary to stabilize the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser.

このような状況に鑑み、本発明は、新規な構造の半導体レーザを用いることによって、半導体レーザを用いた従来のジャイロよりも精度よく簡単に回転を検出できる半導体レーザジャイロを提供することを目的の1つとする。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser gyro that can detect rotation more accurately and easily than a conventional gyro using a semiconductor laser by using a semiconductor laser having a novel structure. One.

本発明者らは、特別な構造の半導体レーザによって特別なレーザ光を励起できることを見出した。この半導体レーザでは、菱形の経路を互いに逆方向に進む2つのレーザ光が励起される。この2つのレーザ光は、それぞれよくコリメートされた状態で半導体レーザから外部に出射され、明瞭な干渉縞を形成する。本発明は、この新たな知見に基づくものである。   The present inventors have found that a special laser beam can be excited by a semiconductor laser having a special structure. In this semiconductor laser, two laser beams traveling in opposite directions along the rhombus path are excited. These two laser beams are emitted from the semiconductor laser to the outside in a well-collimated state, and form clear interference fringes. The present invention is based on this new knowledge.

本発明の半導体レーザジャイロは、基板と、前記基板上に配置され第1および第2のレーザ光を出射する半導体レーザと、回転検出用の第1の光検出器と、波長モニタ用の第2の光検出器と、ファブリペローエタロンと、前記第1および第2のレーザ光の波長を制御する波長制御手段とを備える半導体レーザジャイロであって、前記第1の光検出器は、前記第1および第2のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置されており、前記半導体レーザは、対向する第1および第2の端面を備える活性層を含み、前記第1のレーザ光は、前記活性層内において菱形の経路上を周回するレーザ光(L1)の一部が前記第1の端面から出射されたレーザ光であり、前記第2のレーザ光は、前記経路上を前記レーザ光(L1)とは逆の方向に周回するレーザ光(L2)の一部が前記第1の端面から出射されたレーザ光であり、前記第2の端面から出射される、前記レーザ光(L1)および前記レーザ光(L2)から選ばれる少なくとも1つのレーザ光を、前記ファブリペローエタロンを介して前記第2の光検出器でモニタし、前記第2の光検出器の出力に基づいて前記波長制御手段で前記第1および第2のレーザ光の波長を安定化する。   The semiconductor laser gyro of the present invention includes a substrate, a semiconductor laser disposed on the substrate and emitting first and second laser beams, a first photodetector for rotation detection, and a second wavelength monitor. And a Fabry-Perot etalon, and a wavelength control means for controlling the wavelengths of the first and second laser beams, wherein the first photodetector is the first photodetector. And the second laser beam is disposed at a position where an interference fringe is formed, the semiconductor laser includes an active layer having first and second end faces facing each other, and the first laser beam is A part of the laser beam (L1) that circulates on the rhombic path in the active layer is a laser beam emitted from the first end surface, and the second laser beam is the laser beam ( L1) orbiting in the opposite direction A part of the laser beam (L2) is a laser beam emitted from the first end surface, and is selected from the laser beam (L1) and the laser beam (L2) emitted from the second end surface At least one laser beam is monitored by the second photodetector via the Fabry-Perot etalon, and the first and second lasers are controlled by the wavelength control unit based on the output of the second photodetector. Stabilize the wavelength of light.

本発明によれば、高精度で小型の半導体レーザジャイロを実現できる。本発明のジャイロでは、特別な構造の半導体レーザを用いており、この半導体レーザからは、環状の経路を互いに逆方向に進行する2つのレーザ光が、よくコリメートされた状態で出射される。また、この半導体レーザでは、出射端面におけるレーザ光の劣化が小さい。そのため、2つのレーザ光によって明瞭な干渉縞が形成され、精度よく回転速度(角速度)を検出できる。また、本発明のジャイロによれば、2つ以上の受光素子で干渉縞の移動を観測することによって、回転速度および回転方向を簡単に算出できる。これらの検出には、希ガスレーザを用いた従来の光ジャイロで用いられている回路と類似の回路を適用できるため、本発明のジャイロは様々な機器への応用が容易である。   According to the present invention, a highly accurate and small semiconductor laser gyro can be realized. In the gyro of the present invention, a semiconductor laser having a special structure is used, and from this semiconductor laser, two laser beams traveling in opposite directions along an annular path are emitted in a well-collimated state. Further, in this semiconductor laser, the deterioration of the laser beam at the emission end face is small. Therefore, clear interference fringes are formed by the two laser beams, and the rotational speed (angular speed) can be detected with high accuracy. Further, according to the gyro of the present invention, the rotation speed and the rotation direction can be easily calculated by observing the movement of the interference fringes with two or more light receiving elements. For these detections, a circuit similar to a circuit used in a conventional optical gyro using a rare gas laser can be applied. Therefore, the gyro of the present invention can be easily applied to various devices.

また、本発明の半導体レーザジャイロは、ファブリペローエタロンを用いて波長変化を検出し、検出された波長変化を打ち消すように制御して波長を安定化するため、より高精度に回転を検出できる。   In addition, the semiconductor laser gyro of the present invention detects the wavelength change using a Fabry-Perot etalon and stabilizes the wavelength by controlling to cancel the detected wavelength change, so that the rotation can be detected with higher accuracy.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する半導体レーザジャイロ(半導体レーザジャイロ素子)は本発明の一例であり、本発明は以下の説明に限定されない。また、以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. A semiconductor laser gyro (semiconductor laser gyro element) described below is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following description. Moreover, in the following description, the same code | symbol may be attached | subjected to the same part and the overlapping description may be abbreviate | omitted.

本発明の半導体レーザジャイロは、基板と、基板上に配置され第1および第2のレーザ光を出射する半導体レーザと、回転検出用の第1の光検出器と、波長モニタ用の第2の光検出器と、ファブリペローエタロンと、前記第1および第2のレーザ光の波長を制御する波長制御手段とを備える。第1の光検出器は、第1および第2のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置されている。半導体レーザは、対向する第1および第2の端面を備える活性層を含む。第1のレーザ光は、活性層内において菱形の経路上を周回するレーザ光(L1)の一部が第1の端面から出射されたレーザ光であり、第2のレーザ光は、上記経路上をレーザ光(L1)とは逆の方向に周回するレーザ光(L2)の一部が第1の端面から出射されたレーザ光である。第2の端面から出射される、レーザ光(L1)およびレーザ光(L2)から選ばれる少なくとも1つのレーザ光を、ファブリペローエタロンを介して第2の光検出器でモニタし、第2の光検出器の出力に基づいて波長制御手段で第1および第2のレーザ光の波長を安定化する。   The semiconductor laser gyro of the present invention includes a substrate, a semiconductor laser disposed on the substrate and emitting first and second laser beams, a first photodetector for rotation detection, and a second wavelength monitor. A photodetector; a Fabry-Perot etalon; and wavelength control means for controlling wavelengths of the first and second laser beams. The first photodetector is disposed at a position where an interference fringe is formed by the first and second laser beams. The semiconductor laser includes an active layer having first and second opposing end faces. The first laser beam is a laser beam in which a part of the laser beam (L1) that circulates on the rhombic path in the active layer is emitted from the first end face, and the second laser beam is on the path. Part of the laser light (L2) that circulates in the direction opposite to the laser light (L1) is the laser light emitted from the first end face. At least one laser beam selected from the laser beam (L1) and the laser beam (L2) emitted from the second end face is monitored by the second photodetector via a Fabry-Perot etalon, and the second light beam Based on the output of the detector, the wavelength control means stabilizes the wavelengths of the first and second laser beams.

半導体レーザから出射されるレーザ光は、温度などによって波長が変化するが、本発明では、ファブリペローエタロンを用いて波長の変化を検出し、その結果に基づいて波長を安定化する。そのため、本発明のジャイロによれば、回転をより正確に検出できる。なお、波長の安定化は、活性層に注入する電流の大きさや、基板温度を制御することによってなされる。これらの安定化は、第1および第2のレーザ光の両方に同様の影響を与えるため、回転による第1および第2のレーザ光の周波数差の検出には悪影響を与えない。   Although the wavelength of laser light emitted from a semiconductor laser changes depending on temperature or the like, in the present invention, a change in wavelength is detected using a Fabry-Perot etalon, and the wavelength is stabilized based on the result. Therefore, according to the gyro of the present invention, rotation can be detected more accurately. The wavelength is stabilized by controlling the magnitude of current injected into the active layer and the substrate temperature. These stabilizations have the same influence on both the first and second laser beams, and thus do not adversely affect the detection of the frequency difference between the first and second laser beams due to rotation.

波長制御手段は、第2の光検出器の出力に基づいて基板温度や注入電流を制御する装置を含む。そのような装置には、公知の装置を適用できる。たとえば、ペルチェ素子などを用いて基板温度を制御できる。   The wavelength control means includes a device that controls the substrate temperature and the injection current based on the output of the second photodetector. A known device can be applied to such a device. For example, the substrate temperature can be controlled using a Peltier element or the like.

上記ジャイロは、第2の端面から出射される上記少なくとも1つのレーザ光の光量をモニタするための第3の光検出器をさらに備えてもよい。この場合、第2の光検出器の出力と第3の光検出器の出力とに基づいて波長制御手段で第1および第2のレーザ光の波長を安定化できる。   The gyro may further include a third photodetector for monitoring the amount of the at least one laser beam emitted from the second end surface. In this case, the wavelengths of the first and second laser beams can be stabilized by the wavelength control means based on the output of the second photodetector and the output of the third photodetector.

活性層の平面形状は、上記菱形の経路の角部が外縁部に位置するように上記菱形を内包する形状である。活性層に電流が注入されると光が発生するが、この光は、活性層の端面で反射されるとともに誘導放出を生じる。そして、活性層の平面形状に応じて、特定の経路を安定に周回するレーザ光(L1およびL2)が励起される。すなわち、活性層は共振器(キャビティー)として機能する。共振器として機能する活性層の端面は、発生した光が所定の形状の経路を周回するように形成される。菱形の経路を周回するレーザ光を励起するため、活性層には、経路(仮想の菱形)の4つの角部のそれぞれに対応する位置に端面(側面)が形成される。活性層およびそれを挟むように配置されるクラッド層は、通常、均一な層であり、上記経路に対応するような一定の幅の導波路は形成されていない。菱形の経路の形状は、活性層の形状によって変化させることができる。   The planar shape of the active layer is a shape that encloses the rhombus so that the corner of the rhombus path is located at the outer edge. When current is injected into the active layer, light is generated. This light is reflected by the end face of the active layer and causes stimulated emission. Then, laser light (L1 and L2) that circulates a specific path stably is excited according to the planar shape of the active layer. That is, the active layer functions as a resonator (cavity). The end face of the active layer that functions as a resonator is formed so that the generated light circulates in a predetermined path. In order to excite the laser light that goes around the rhombus path, end faces (side surfaces) are formed in the active layer at positions corresponding to the four corners of the path (virtual rhombus). The active layer and the clad layer disposed so as to sandwich the active layer are usually uniform layers, and a waveguide having a certain width corresponding to the above-described path is not formed. The shape of the rhombic path can be changed depending on the shape of the active layer.

(半導体レーザ)
まず、本発明のジャイロに用いられる半導体レーザについて説明する。
(Semiconductor laser)
First, a semiconductor laser used in the gyro of the present invention will be described.

半導体レーザの活性層は、その平面形状が多角環状でないことが好ましい。三角環状や四角環状といった多角環状の細い導波路内に閉じこめられたレーザ光は、出射される際に広がるため、明瞭な干渉縞が形成されない。そのため、活性層の平面形状は実質的に多角環状でないことが好ましい。本発明で用いられる半導体レーザでは、活性層内にキャリアを注入することによって、2次元方向に広がる活性層を共振器とする特定のモードのレーザ光、具体的には活性層内を周回するレーザ光を得ることができる。このような活性層から出射されるレーザ光は、よくコリメートされており、そのレーザ光強度の半値幅を10°以下(たとえば5°以下)とすることが可能である。なお、活性層の中央付近に貫通孔が形成されている場合でも、実質的に多角環状でない活性層、すなわちほぼ一定の幅の導波路が環状に形成されていない活性層であればよい。なお、この明細書において、「平面形状」とは、図3に示される形状、すなわち、半導体層の積層方向と垂直な方向の形状を意味する。   The active layer of the semiconductor laser preferably has a planar shape that is not a polygonal ring. Since the laser light confined in a thin waveguide having a polygonal ring shape such as a triangular ring shape or a quadrangular ring shape is spread when emitted, a clear interference fringe is not formed. Therefore, the planar shape of the active layer is preferably not substantially polygonal. In the semiconductor laser used in the present invention, by injecting carriers into the active layer, a laser beam of a specific mode having an active layer extending in a two-dimensional direction as a resonator, specifically, a laser that circulates in the active layer Light can be obtained. Laser light emitted from such an active layer is well collimated, and the half-value width of the laser light intensity can be set to 10 ° or less (for example, 5 ° or less). Even when the through hole is formed near the center of the active layer, it may be an active layer that is not substantially polygonal, that is, an active layer in which a waveguide having a substantially constant width is not formed in an annular shape. In this specification, the “planar shape” means a shape shown in FIG. 3, that is, a shape perpendicular to the stacking direction of the semiconductor layers.

本発明で用いられる半導体レーザでは、上記菱形の経路の互いに対向する第1の角部と第2の角部とは、それぞれ、第1の端面および第2の端面に配置されており、第1の角部と第2の角部とを結ぶ対角線は、第1および第2のレーザ光と非平行であることが好ましい。   In the semiconductor laser used in the present invention, the first corner and the second corner facing each other in the rhombic path are disposed on the first end face and the second end face, respectively. It is preferable that a diagonal line connecting the corner portion and the second corner portion is not parallel to the first and second laser beams.

本発明で用いられる半導体レーザは、活性層に電流を注入するための第1および第2の電極を備える。そして、第1および第2の電極から選ばれる少なくとも1つの電極と半導体レーザを構成する半導体層とが、上記菱形の経路に沿って接触することが好ましい。電流は、接触している領域を介して注入される。この構成によれば、活性層のうち上記菱形の経路の部分にキャリアを注入でき、菱形の経路上を周回する2つのレーザ光(L1およびL2)が容易に励起される。典型的な一例では、上記少なくとも1つの電極が、菱形の経路(菱形の経路)に実質的に対応するように半導体層と接触する。これらの場合、上記少なくとも1つの電極と半導体層とが環状に接触していてもよい。なお、この明細書において、「菱形の経路に実質的に対応するように」とは、菱形の経路に完全に対応する場合に加えて、菱形の経路の50%以上(好ましくは、70%以上でより好ましくは90%以上)に対応する場合を含む。また、菱形の経路に対応する上記領域の面積は、活性層の平面形状の面積に対して通常50%以下であり、たとえば30%以下である。   The semiconductor laser used in the present invention includes first and second electrodes for injecting current into the active layer. It is preferable that at least one electrode selected from the first and second electrodes and a semiconductor layer constituting the semiconductor laser are in contact with each other along the rhombic path. Current is injected through the contact area. According to this configuration, carriers can be injected into the rhomboid path portion of the active layer, and two laser beams (L1 and L2) that circulate on the rhombus path are easily excited. In a typical example, the at least one electrode is in contact with the semiconductor layer so as to substantially correspond to a diamond-shaped path (diamond-shaped path). In these cases, the at least one electrode and the semiconductor layer may be in annular contact. In this specification, the phrase “so as to substantially correspond to the rhombus route” means 50% or more (preferably 70% or more) of the rhombus route in addition to the case of completely corresponding to the rhombus route. And more preferably 90% or more). In addition, the area of the region corresponding to the rhombus path is usually 50% or less, for example, 30% or less, with respect to the area of the planar shape of the active layer.

第1および第2の電極から選ばれる少なくとも1つの電極は、利得が発生する電流を注入する第1の部分と、第1の部分よりも少ない電流を注入する第2の部分とを含んでもよい。第1の部分ではレーザ発振に必要な電流が注入される。第2の部分には、利得が発生しないように弱い電流を注入することによって、菱形の光路以外の方向に進行するレーザ光を減衰させることができる。   At least one electrode selected from the first and second electrodes may include a first portion that injects a current that generates a gain, and a second portion that injects less current than the first portion. . In the first part, a current necessary for laser oscillation is injected. By injecting a weak current into the second portion so as not to generate a gain, the laser light traveling in a direction other than the rhombus optical path can be attenuated.

菱形の経路の第1〜第4の角部のそれぞれに対応するように、活性層の第1〜第4の端面が存在する。活性層は、レーザ光(L1)およびレーザ光(L2)が第3および第4の端面において全反射する条件を満たすことが好ましい。第3および第4の端面でレーザ光を全反射させることによって、レーザ発振の閾値を下げることができる。   The first to fourth end faces of the active layer exist so as to correspond to the first to fourth corners of the rhombic path. The active layer preferably satisfies the condition that the laser beam (L1) and the laser beam (L2) are totally reflected at the third and fourth end faces. By totally reflecting the laser beam at the third and fourth end faces, the laser oscillation threshold can be lowered.

レーザ光の波長や活性層の材質によって、菱形の経路の好ましい形状は異なるが、第1の角部と第2の角部との距離(菱形の長い方の対角線の長さ)と、第3の角部と第4の角部とを結ぶ距離(菱形の短い方の対角線の長さ)との比は、たとえば、600:190〜600:30の範囲とされる。第1の端面はミラー面ではあるが、活性層内を周回するレーザ光の一部が外部に出射されるように、通常、ミラーコート処理などは行わない。なお、第1の端面には、レーザ光が外部に出射しやすいような処理をしてもよい。   The preferred shape of the rhombus path varies depending on the wavelength of the laser light and the material of the active layer, but the distance between the first corner and the second corner (the length of the longer diagonal of the rhombus), the third The ratio of the distance connecting the corners of the second and the fourth corners (the length of the shorter diagonal of the rhombus) is, for example, in the range of 600: 190 to 600: 30. Although the first end surface is a mirror surface, mirror coating treatment or the like is usually not performed so that a part of the laser light circulating in the active layer is emitted to the outside. Note that the first end face may be processed so that the laser light is easily emitted to the outside.

活性層の第1の端面は、曲面であることが好ましい。特に、第1および第2の端面は、それぞれ、外側に凸の曲面であることが好ましい。この構成によれば、菱形の経路を周回するレーザ光を安定に発生させることができるとともに、第1および第2のレーザ光を第1の端面から安定に出射できる。外側に凸の2つの曲面は、それぞれ、菱形の経路の第1および第2の角部を結ぶ対角線上に中心を有する円柱の一部であることが好ましい。   The first end surface of the active layer is preferably a curved surface. In particular, it is preferable that each of the first and second end surfaces is an outwardly convex curved surface. According to this configuration, it is possible to stably generate the laser light that goes around the rhombus path, and to stably emit the first and second laser lights from the first end face. Each of the two outwardly convex curved surfaces is preferably a part of a cylinder having a center on a diagonal line connecting the first and second corners of the rhombus path.

上述した円柱の半径、すなわち、上記第1の端面の曲率半径R1および第2の端面の曲率半径R2は共に、第1の角部と第2の角部との間の距離Lの半分の近傍、または距離L以上であることが好ましい。R1およびR2の上限は特に限定はないが、たとえば距離Lの2倍以下である。   The radius of the cylinder described above, that is, the curvature radius R1 of the first end face and the curvature radius R2 of the second end face are both in the vicinity of half of the distance L between the first corner and the second corner. Or a distance L or more. The upper limit of R1 and R2 is not particularly limited, but is, for example, twice or less the distance L.

活性層は、菱形の経路を含む第1の領域と、第1の領域に隣接する第2の領域とを含むことが好ましい。この場合、第1の領域の平面形状は、略長方形状であることが好ましく、より詳細には、長方形の短辺を外側に凸の曲面とした形状であることが好ましい。この構成では、第1の領域を共振器として菱形の光路を進むレーザ光が励起される。また、この構成によれば、菱形の経路以外の方向に進むレーザ光を第2の領域によって減衰させることができる。   The active layer preferably includes a first region including a rhombic path and a second region adjacent to the first region. In this case, the planar shape of the first region is preferably a substantially rectangular shape, and more specifically, a shape in which the short side of the rectangle is a curved surface convex outward. In this configuration, laser light that travels along the rhombic optical path using the first region as a resonator is excited. Further, according to this configuration, the laser light traveling in a direction other than the rhombus path can be attenuated by the second region.

上記第1の領域と第2の領域とによって構成される活性層の平面形状は略H字状(より詳細には、Hを横に伸ばした形状)であることが好ましい(図3参照)。この場合、第1の領域には、4つの第2の領域が隣接する。この場合、第1の角部と第2の角部とを結ぶ対角線に平行な方向における第2の領域の長さLs(μm)と、第1の角部と第2の角部との距離L(μm)とが、L/4<Lsを満たすことが好ましい。また、第3の角部と第4の角部とを結ぶ対角線に平行な方向における第2の領域の長さWs(図3参照)は、たとえば、第3の角部と第4の角部とを結ぶ距離Wの1〜3倍の範囲である。   The planar shape of the active layer constituted by the first region and the second region is preferably substantially H-shaped (more specifically, a shape obtained by extending H laterally) (see FIG. 3). In this case, four second regions are adjacent to the first region. In this case, the length Ls (μm) of the second region in the direction parallel to the diagonal line connecting the first corner and the second corner, and the distance between the first corner and the second corner L (μm) preferably satisfies L / 4 <Ls. Also, the length Ws (see FIG. 3) of the second region in the direction parallel to the diagonal line connecting the third corner and the fourth corner is, for example, the third corner and the fourth corner. 1 to 3 times the distance W connecting the two.

本発明の半導体レーザを構成する半導体および積層構造に特に限定はなく、利用するレーザ光の波長などに応じて選択される。レーザ光(L1およびL2)の波長に特に限定はないが、波長が短い方が高い精度で回転の角速度を検出できる。好ましい波長は、1550nm以下であり、特に好ましくは900nm以下である。半導体層の材料の一例としては、たとえば、III−V族化合物半導体が挙げられる。   There is no particular limitation on the semiconductor and the laminated structure that constitute the semiconductor laser of the present invention, and the semiconductor laser is selected according to the wavelength of the laser beam to be used. The wavelength of the laser light (L1 and L2) is not particularly limited, but the shorter angular wavelength can detect the angular velocity of rotation with higher accuracy. A preferable wavelength is 1550 nm or less, and particularly preferably 900 nm or less. An example of the material of the semiconductor layer is, for example, a III-V compound semiconductor.

以下、本発明で用いられる半導体レーザの好ましい一例について説明する。半導体レーザの一例の斜視図を図1に示し、図1の線I−Iにおける断面図を図2に示す。なお、本発明の説明に用いる図面は模式的なものであり、理解が容易なように各部の縮尺を変更している。   Hereinafter, a preferred example of the semiconductor laser used in the present invention will be described. A perspective view of an example of a semiconductor laser is shown in FIG. 1, and a cross-sectional view taken along line II in FIG. 1 is shown in FIG. Note that the drawings used for explaining the present invention are schematic, and the scale of each part is changed for easy understanding.

図1の半導体レーザ10は、基板11と、基板11上に形成された半導体層20と、半導体層20上に形成された絶縁層12および第1の電極13と、基板11の裏面側の全面に形成された第2の電極14とを備える。   1 includes a substrate 11, a semiconductor layer 20 formed on the substrate 11, an insulating layer 12 and a first electrode 13 formed on the semiconductor layer 20, and the entire back surface of the substrate 11. And a second electrode 14 formed on the substrate.

図2を参照して、半導体層20は、基板11側から順に積層された、バッファ層21、バッファ層22、グレーデッド層23、クラッド層24、グレーデッド層25、活性層26、グレーデッド層27、クラッド層28およびキャップ層29を含む。キャップ層29の上には、パターニングされた絶縁層12が形成されている。絶縁層12上には、第1の電極13が形成されている。絶縁層12には貫通孔が形成されているため、第1の電極13とキャップ層29とは、貫通孔が形成されている領域31で接触する。   Referring to FIG. 2, the semiconductor layer 20 is laminated in order from the substrate 11 side, the buffer layer 21, the buffer layer 22, the graded layer 23, the clad layer 24, the graded layer 25, the active layer 26, and the graded layer. 27, a clad layer 28 and a cap layer 29. On the cap layer 29, the patterned insulating layer 12 is formed. A first electrode 13 is formed on the insulating layer 12. Since the insulating layer 12 has a through hole, the first electrode 13 and the cap layer 29 are in contact with each other in the region 31 in which the through hole is formed.

半導体レーザ10の活性層26を上方から見たときの平面形状を図3および図4に示す。図4には、第1の電極13と半導体層20(キャップ層29)とが接触している領域31の部分を斜線で示す。なお、半導体層20は、活性層26と同じ平面形状を有する。   3 and 4 show planar shapes when the active layer 26 of the semiconductor laser 10 is viewed from above. In FIG. 4, a portion of a region 31 where the first electrode 13 and the semiconductor layer 20 (cap layer 29) are in contact with each other is indicated by hatching. The semiconductor layer 20 has the same planar shape as the active layer 26.

図3を参照して、活性層26は、菱形の経路32を含む面状に形成された薄膜である。経路32の第1から第4の角部32a〜32dのうち、第1および第2の角部32aおよび32bは、第3および第4の角部32cおよび32dよりも角度が小さい。活性層26は、角部32a〜32dを含むように配置された第1から第4の端面(ミラー面)26a〜26dを有する。第1の端面26aと第2の端面26bとは互いに対向しており、それぞれ、外側に向かって凸の曲面である。第3および第4の端面26cおよび26dは、フラットな平面である。   Referring to FIG. 3, the active layer 26 is a thin film formed in a planar shape including a rhombic path 32. Of the first to fourth corners 32a to 32d of the path 32, the first and second corners 32a and 32b are smaller in angle than the third and fourth corners 32c and 32d. The active layer 26 has first to fourth end surfaces (mirror surfaces) 26a to 26d arranged so as to include corner portions 32a to 32d. The first end surface 26a and the second end surface 26b are opposed to each other, and are curved surfaces that protrude outward. The third and fourth end faces 26c and 26d are flat planes.

活性層26は、第1の領域26fと、第1の領域に隣接する4つの第2の領域26sとを備える。第1の領域26fの平面形状は、長方形の短辺を外側に凸の曲面とした形状である。経路32は、第1の領域26f内に形成される。第1の領域26fと第2の領域26sとによって構成される活性層26は、略H字状の形状(より詳しくはHの字を横に引き延ばした形状)をしている。   The active layer 26 includes a first region 26f and four second regions 26s adjacent to the first region. The planar shape of the first region 26f is a shape in which the short side of the rectangle is a curved surface protruding outward. The path 32 is formed in the first region 26f. The active layer 26 constituted by the first region 26f and the second region 26s has a substantially H-shape (more specifically, a shape obtained by horizontally extending the H-shape).

図4を参照して、第1の電極13と半導体層20とが接触している領域31は、経路32に対応するように、略菱形に形成される。領域31が経路32に完全に対応していないのは、絶縁層12に貫通孔を形成する際に、製造工程上の制限があるためである。経路32に完全に対応するように領域31を公知の方法で菱形に形成することは可能であるが、製造工程が複雑になる。   With reference to FIG. 4, a region 31 in which the first electrode 13 and the semiconductor layer 20 are in contact is formed in a substantially diamond shape so as to correspond to the path 32. The reason why the region 31 does not completely correspond to the path 32 is that when the through hole is formed in the insulating layer 12, there is a limitation in the manufacturing process. Although it is possible to form the region 31 in a diamond shape by a known method so as to completely correspond to the path 32, the manufacturing process becomes complicated.

第1の電極13と第2の電極14との間に電圧を印加して活性層26にキャリアを注入すると、活性層26で光が発せられる。この光は、グレーデッド層25および27によって閉じこめられるため、活性層26内を移動する。そのような光の中で、経路32上を進行する光は、端面26a〜26dによって反射されながら誘導放出を生じる。このため、経路32を光路として周回するレーザ光L1が発生する。同様に、経路32を光路としてレーザ光L1とは反対の方向に周回するレーザ光L2が発生する。レーザ光L1およびL2のうちの一部が、第1の端面26aの第1の角部32aから出射され、第1および第2のレーザ光35および36となる(図4参照)。   When a voltage is applied between the first electrode 13 and the second electrode 14 to inject carriers into the active layer 26, light is emitted from the active layer 26. Since this light is confined by the graded layers 25 and 27, it moves in the active layer 26. Among such lights, the light traveling on the path 32 causes stimulated emission while being reflected by the end faces 26a to 26d. For this reason, the laser beam L1 which goes around the path 32 as an optical path is generated. Similarly, a laser beam L2 that circulates in a direction opposite to the laser beam L1 using the path 32 as an optical path is generated. A part of the laser beams L1 and L2 is emitted from the first corner portion 32a of the first end face 26a and becomes the first and second laser beams 35 and 36 (see FIG. 4).

第1の角部32aと第2の角部32bとの間の距離L(図3参照)は600μmであり、第3の角部32cと第4の角部32dとの間の距離Wは60μmである。半導体レーザ10では、端面26cおよび26dにおいて、レーザ光(L1およびL2)が全反射する。   The distance L (see FIG. 3) between the first corner 32a and the second corner 32b is 600 μm, and the distance W between the third corner 32c and the fourth corner 32d is 60 μm. It is. In the semiconductor laser 10, the laser beams (L1 and L2) are totally reflected at the end faces 26c and 26d.

4つの第2の領域26sは、第1の領域26fで発生したレーザ光が端面26cおよび26dで多重反射されることによって発生するモードを抑制するために形成される。半導体レーザ10では、第1の角部32aと第2の角部32bとを結ぶ対角線32abに平行な方向における第2の領域26sの長さLs(図3参照)が160μmである。一方、L/4は150μmであり、L/4<Lsが満たされるため、上記モードが特に抑制される。また、第3の角部32cと第4の角部32dとを結ぶ対角線32cdの方向における第2の領域26sの長さWsは70μmである。   The four second regions 26s are formed in order to suppress a mode generated by the multiple reflection of the laser light generated in the first region 26f on the end surfaces 26c and 26d. In the semiconductor laser 10, the length Ls (see FIG. 3) of the second region 26s in the direction parallel to the diagonal line 32ab connecting the first corner portion 32a and the second corner portion 32b is 160 μm. On the other hand, L / 4 is 150 μm, and since L / 4 <Ls is satisfied, the above mode is particularly suppressed. The length Ws of the second region 26s in the direction of the diagonal line 32cd connecting the third corner portion 32c and the fourth corner portion 32d is 70 μm.

端面26aおよび26bの形状は、それぞれ、円柱の曲面の一部の形状である。具体的には、対角線32ab上であって活性層26の表面と垂直に中心軸が配置された円柱の曲面の一部と同じ形状である。その円柱の半径、すなわち端面26aの曲率半径R1(図3参照)は600μmであり、端面26bの曲率半径R2(図示せず)も同じく600μmである。活性層26の平面形状は、対角線32abおよび対角線32cdに対して線対称の形状であり、端面26bの平面形状は、第3の角部32cと第4の角部32dとを結ぶ対角線32cdに対して端面26aの平面形状と線対称である。ただし、それらは線対称の形状でなくともよい。   The shapes of the end surfaces 26a and 26b are each a partial shape of a cylindrical curved surface. Specifically, it has the same shape as a part of a curved surface of a cylinder on the diagonal line 32ab and having a central axis perpendicular to the surface of the active layer 26. The radius of the cylinder, that is, the radius of curvature R1 (see FIG. 3) of the end face 26a is 600 μm, and the radius of curvature R2 (not shown) of the end face 26b is also 600 μm. The planar shape of the active layer 26 is symmetrical with respect to the diagonal line 32ab and the diagonal line 32cd, and the planar shape of the end face 26b is with respect to the diagonal line 32cd connecting the third corner part 32c and the fourth corner part 32d. It is symmetrical with the planar shape of the end face 26a. However, they do not have to be line symmetrical.

基板11、半導体層20、絶縁層12、第1の電極13および第2の電極14の材料および膜厚について、表1に示す。表1において、一部の半導体層については、バンドギャップEgと、多数キャリアおよびその濃度についても示す。   Table 1 shows materials and film thicknesses of the substrate 11, the semiconductor layer 20, the insulating layer 12, the first electrode 13, and the second electrode 14. In Table 1, for some semiconductor layers, the band gap Eg, majority carriers and their concentrations are also shown.

なお、第1の電極13および第2の電極14を構成する各層は、熱処理によって合金化されていてもよい。また、表1に示す構成は一例であり、半導体レーザに求められる特性に応じて適宜変更される。   In addition, each layer which comprises the 1st electrode 13 and the 2nd electrode 14 may be alloyed by heat processing. Moreover, the structure shown in Table 1 is an example, and is suitably changed according to the characteristic calculated | required by the semiconductor laser.

バッファ層21および22、ならびにグレーデッド層23は、品質が高いIII−V族化合物半導体結晶を得るために形成される。   The buffer layers 21 and 22 and the graded layer 23 are formed in order to obtain a high-quality III-V compound semiconductor crystal.

グレーデッド層23のアルミニウムの組成比Xは、バッファ層22側からクラッド層24側に向かって徐々に増加する。具体的には、組成比Xは、バッファ層22との界面では0.2であり、クラッド層24との界面では0.5である。   The aluminum composition ratio X of the graded layer 23 gradually increases from the buffer layer 22 side toward the cladding layer 24 side. Specifically, the composition ratio X is 0.2 at the interface with the buffer layer 22 and 0.5 at the interface with the cladding layer 24.

グレーデッド層25において、ドーパントであるSiの濃度はクラッド層24側から活性層26側に向かって徐々に減少する。具体的には、クラッド層24との界面では約1×1018cm-3であり、活性層26との界面では約1×1017cm-3である。また、グレーデッド層25のアルミニウムの組成比Xも、クラッド層24側から活性層26側に向かって放物線状に減少する。具体的には、組成比Xは、クラッド層24との界面では0.5であり、活性層26との界面では0.2である。 In the graded layer 25, the concentration of Si as a dopant gradually decreases from the cladding layer 24 side toward the active layer 26 side. Specifically, it is about 1 × 10 18 cm −3 at the interface with the cladding layer 24 and about 1 × 10 17 cm −3 at the interface with the active layer 26. Further, the aluminum composition ratio X of the graded layer 25 also decreases in a parabolic shape from the cladding layer 24 side toward the active layer 26 side. Specifically, the composition ratio X is 0.5 at the interface with the cladding layer 24 and 0.2 at the interface with the active layer 26.

グレーデッド層27において、ドーパントであるBeの濃度は活性層26側からクラッド層28側に向かって徐々に増加する。具体的には、活性層26との界面では約1×1017cm-3であり、クラッド層28との界面では約1×1018cm-3である。また、グレーデッド層27のAlの組成比Xも、活性層26側からクラッド層28側に向かって放物線状に増加する。具体的には、組成比Xは、活性層26との界面では0.2であり、クラッド層28との界面では0.5である。 In the graded layer 27, the concentration of Be as a dopant gradually increases from the active layer 26 side toward the cladding layer 28 side. Specifically, it is about 1 × 10 17 cm −3 at the interface with the active layer 26 and about 1 × 10 18 cm −3 at the interface with the cladding layer 28. Further, the Al composition ratio X of the graded layer 27 also increases in a parabolic shape from the active layer 26 side toward the cladding layer 28 side. Specifically, the composition ratio X is 0.2 at the interface with the active layer 26 and 0.5 at the interface with the cladding layer 28.

半導体層20のバンドギャッププロファイルを図5に模式的に示す。グレーデッド層25のバンドギャップは、クラッド層24から活性層26側に向かって2.0eVから1.7eVまで放物線状に減少する。グレーデッド層27のバンドギャップは、活性層26からクラッド層28側に向かって1.7eVから2.0eVまで放物線状に増加する。   A band gap profile of the semiconductor layer 20 is schematically shown in FIG. The band gap of the graded layer 25 decreases in a parabolic manner from 2.0 eV to 1.7 eV from the cladding layer 24 toward the active layer 26 side. The band gap of the graded layer 27 increases in a parabolic manner from 1.7 eV to 2.0 eV from the active layer 26 toward the cladding layer 28 side.

半導体レーザ10は、いわゆる単一量子井戸形のレーザであり、2つの電極から注入されたキャリアは活性層26に閉じこめられて低い閾値電流でレーザ発振が開始される。なお、活性層26は、多重量子井戸形などの他の形態であってもよい。   The semiconductor laser 10 is a so-called single quantum well type laser. Carriers injected from two electrodes are confined in the active layer 26 and laser oscillation is started with a low threshold current. The active layer 26 may have other forms such as a multiple quantum well type.

クラッド層24〜クラッド層28までの屈折率の変化を図6に模式的に示す。クラッド層24、グレーデッド層25、グレーデッド層27およびクラッド層28は、活性層26内に光を閉じこめるために活性層26よりも屈折率が低い材料からなる。活性層26の屈折率が最も高いため、活性層26で発生した光は、活性層26およびその近傍に閉じこめられる。   FIG. 6 schematically shows changes in the refractive index from the cladding layer 24 to the cladding layer 28. The clad layer 24, the graded layer 25, the graded layer 27, and the clad layer 28 are made of a material having a refractive index lower than that of the active layer 26 in order to confine light in the active layer 26. Since the refractive index of the active layer 26 is the highest, the light generated in the active layer 26 is confined in the active layer 26 and the vicinity thereof.

なお、半導体レーザ10の第1の電極13は、利得が発生する電流を注入する第1の部分と、第1の部分よりも少ない電流を注入する第2の部分とを含んでもよい。   The first electrode 13 of the semiconductor laser 10 may include a first portion that injects a current that generates a gain, and a second portion that injects a smaller current than the first portion.

半導体レーザ10では、注入される電流が閾値電流を超えるとシングルモードの発振を開始する。そして、注入される電流が閾値電流からさらに増加するに従って、発振のモードが、シングルモード、ツインモード、ロッキングモードという順で変化する。シングルモードでは、図4に示すように、第1および第2のレーザ光35および36が出射される。ツインモードでは、2つのレーザ光が周期的に交互に出射される。ロッキングモードでは、2つのレーザ光のうちの1つのレーザ光のみが出射される。したがって、本発明では、通常、半導体レーザ10をシングルモードで動作させる。具体的には、たとえば、第1の電極13と第4の電極14との間に、200mAの電流を流すことによって、レーザを発振させればよい。なお、本発明のジャイロでは、注入する電流によって発振のモードを変更できることを利用して、特別な機能を付与してもよい。   In the semiconductor laser 10, single mode oscillation starts when the injected current exceeds the threshold current. As the injected current further increases from the threshold current, the oscillation mode changes in the order of single mode, twin mode, and rocking mode. In the single mode, as shown in FIG. 4, the first and second laser beams 35 and 36 are emitted. In the twin mode, two laser beams are periodically and alternately emitted. In the rocking mode, only one of the two laser beams is emitted. Therefore, in the present invention, the semiconductor laser 10 is normally operated in a single mode. Specifically, for example, the laser may be oscillated by passing a current of 200 mA between the first electrode 13 and the fourth electrode 14. Note that the gyro of the present invention may be provided with a special function by utilizing the fact that the oscillation mode can be changed by the injected current.

(半導体レーザジャイロ)
本発明のジャイロは、第1および第2のレーザで干渉縞が形成される位置に配置された第1の光検出器と、ファブリペローエタロンを通過したレーザ光の光量を測定するための第2の光検出器とを備える。第1の光検出器は、干渉縞の移動を検出できるものであれば特に限定がなく、通常は、フォトダイオードやフォトトランジスタといった半導体受光素子が用いられる。第1の光検出器は、干渉縞の光量の強弱に応じた信号を出力する。干渉縞が移動すると、第1の光検出器に入力される光量が周期的に変化するため、干渉縞の移動速度を算出できる。第2の光検出器も、フォトダイオードやフォトトランジスタといった公知の半導体素子を適用できる。なお、導波路型のフォトダイオードを用いてもよい。
(Semiconductor laser gyro)
The gyro of the present invention includes a first photodetector arranged at a position where an interference fringe is formed by the first and second lasers, and a second for measuring the amount of laser light that has passed through the Fabry-Perot etalon. Photo detector. The first photodetector is not particularly limited as long as it can detect the movement of interference fringes, and usually a semiconductor light receiving element such as a photodiode or a phototransistor is used. The first photodetector outputs a signal corresponding to the intensity of the interference fringes. When the interference fringe moves, the amount of light input to the first photodetector changes periodically, so that the movement speed of the interference fringe can be calculated. A known semiconductor element such as a photodiode or a phototransistor can also be applied to the second photodetector. A waveguide type photodiode may be used.

第1の光検出器は、複数の受光素子を備えてもよい。2つ以上の受光素子を干渉縞の移動方向に配置することによって、干渉縞の移動速度に加えて干渉縞の移動方向を検出することができる。干渉縞の移動速度と移動方向とを検出することによって、半導体レーザジャイロの回転方向と回転速度とを算出できる。   The first photodetector may include a plurality of light receiving elements. By arranging two or more light receiving elements in the moving direction of the interference fringes, the moving direction of the interference fringes can be detected in addition to the moving speed of the interference fringes. By detecting the moving speed and moving direction of the interference fringes, the rotating direction and rotating speed of the semiconductor laser gyro can be calculated.

本発明のジャイロでは、上記半導体レーザと第1の光検出器(受光素子)とが、モノリシックに形成されていてもよい。この場合、半導体レーザと第1の光検出器(たとえばフォトダイオード)とが同じ積層構造を有してもよい。この構成では、半導体レーザと第1の光検出器とを、半導体素子を製造する一連のプロセスで同時に形成できる。そのため、製造が容易であると共に、半導体レーザと光検出器とを正確な配置に形成できる。   In the gyro of the present invention, the semiconductor laser and the first photodetector (light receiving element) may be formed monolithically. In this case, the semiconductor laser and the first photodetector (for example, a photodiode) may have the same stacked structure. In this configuration, the semiconductor laser and the first photodetector can be simultaneously formed by a series of processes for manufacturing a semiconductor element. Therefore, the manufacturing is easy, and the semiconductor laser and the photodetector can be formed in an accurate arrangement.

本発明の半導体レーザジャイロでは、活性層の第2の端面から出射されるレーザ光(L1)およびレーザ光(L2)から選ばれる少なくとも1つのレーザ光が、ファブリペローエタロンを通過したのち、第2の光検出器でモニタされる。ファブリペローエタロンは、波長の変化に対して透過率が周期的に変化する素子である。ファブリペローエタロンには、公知のファブリペローエタロンを用いることができ、本発明で用いられるレーザ光の波長付近で透過率が急激に変化するエタロンを選択することが好ましい。   In the semiconductor laser gyro of the present invention, at least one laser beam selected from the laser beam (L1) and the laser beam (L2) emitted from the second end face of the active layer passes through the Fabry-Perot etalon, Monitored by a photo detector. A Fabry-Perot etalon is an element whose transmittance periodically changes with changes in wavelength. A known Fabry-Perot etalon can be used as the Fabry-Perot etalon, and it is preferable to select an etalon whose transmittance changes rapidly in the vicinity of the wavelength of the laser beam used in the present invention.

本発明の半導体レーザジャイロは、基板の上に基板側から順に配置された第1および第2の層を含む積層部と、第1および第2の層を第2の層側に曲げることによって形成された2つの起立部とをさらに含んでもよい。この場合、積層部および起立部は、それぞれ、互いに格子定数が異なる複数の層を含み、その複数の層における格子定数の差によって生じた力によって第1および第2の層が曲げられて起立部が形成されている。そして、ファブリペローエタロンが、2つの起立部によって形成されていてもよい。   The semiconductor laser gyro according to the present invention is formed by bending a laminated portion including first and second layers arranged in order from the substrate side on a substrate, and bending the first and second layers to the second layer side. It may further include two raised portions. In this case, each of the stacked portion and the upright portion includes a plurality of layers having different lattice constants from each other, and the first and second layers are bent by the force generated by the difference in the lattice constant in the plurality of layers. Is formed. The Fabry-Perot etalon may be formed by two upright portions.

本発明の半導体レーザジャイロは、第2の端面とファブリペローエタロンとの間の光路上にレンズを備えてもよい。レンズは、第2の端面から出射されたレーザ光をほぼ平行光とするために配置される。この場合、ジャイロは、基板の上に基板側から順に配置された第1および第2の層を含む積層部と、第1および第2の層を第2の層側に曲げることによって形成された起立部とをさらに含んでもよい。そして、積層部および起立部は、それぞれ、互いに格子定数が異なる複数の層を含み、その複数の層における格子定数の差によって生じた力によって第1および第2の層が曲げられて起立部が形成されており、レンズが起立部に形成されていてもよい。起立部には、フレネルレンズを形成できる。   The semiconductor laser gyro of the present invention may include a lens on the optical path between the second end face and the Fabry-Perot etalon. The lens is arranged to make the laser light emitted from the second end face substantially parallel light. In this case, the gyro is formed by bending the first and second layers to the second layer side, and the stacked portion including the first and second layers arranged in order from the substrate side on the substrate. An upright part may be further included. Each of the stacked portion and the standing portion includes a plurality of layers having different lattice constants, and the first and second layers are bent by the force generated by the difference in the lattice constant in the plurality of layers, so that the standing portions are It is formed and the lens may be formed in the standing part. A Fresnel lens can be formed on the standing part.

本発明のジャイロは、第1および第2のレーザ光を重ね合わせるためのレンズ(たとえば球面レンズ)やプリズムをさらに備えてもよい。これらのレンズやプリズムは、半導体レーザが形成されている基板上に配置されてもよいし、基板外に配置されてもよい。   The gyro of the present invention may further include a lens (for example, a spherical lens) or a prism for superimposing the first and second laser beams. These lenses and prisms may be disposed on the substrate on which the semiconductor laser is formed, or may be disposed outside the substrate.

図4を参照しながら、サニャック効果(sagnac効果)を用いる本発明の半導体レーザジャイロの原理を簡単に説明する。半導体レーザ10が回転すると、レーザ光L1とレーザ光L2とでは、経路32の光路を一周するのに要する時間が変化する。光の速度は一定であるため、半導体レーザ10が回転すると、レーザ光L1とレーザ光L2との間で周波数差が生じ、その周波数差に応じた速度で干渉縞が移動する。干渉縞の移動方向は、半導体レーザ10の回転方向に応じて変化する。このため、干渉縞の移動速度を測定することによって、半導体レーザ10の回転速度(角速度)を算出でき、干渉縞の移動方向を検出することによって半導体レーザの回転方向を検出できる。より具体的には、活性層26の表面と平行な面内における回転方向と回転速度とを算出できる。上述したように、このような光ジャイロの原理は公知の原理であり、希ガスレーザを用いた光ジャイロなどで利用されている。したがって、本発明の半導体レーザジャイロは、公知の駆動回路で駆動でき、ジャイロによって得られた情報は公知の方法で処理できる。なお、本発明の半導体レーザジャイロを3つ組み合わせることによって、全方向における回転方向と回転速度とを算出することが可能である。   The principle of the semiconductor laser gyro of the present invention using the Sagnac effect (sagnac effect) will be briefly described with reference to FIG. When the semiconductor laser 10 rotates, the time required to go around the optical path of the path 32 varies between the laser light L1 and the laser light L2. Since the speed of light is constant, when the semiconductor laser 10 rotates, a frequency difference is generated between the laser light L1 and the laser light L2, and the interference fringes move at a speed corresponding to the frequency difference. The movement direction of the interference fringes changes according to the rotation direction of the semiconductor laser 10. Therefore, the rotational speed (angular speed) of the semiconductor laser 10 can be calculated by measuring the moving speed of the interference fringes, and the rotational direction of the semiconductor laser can be detected by detecting the moving direction of the interference fringes. More specifically, the rotation direction and rotation speed in a plane parallel to the surface of the active layer 26 can be calculated. As described above, the principle of such an optical gyro is a known principle, and is used in an optical gyro using a rare gas laser. Therefore, the semiconductor laser gyro of the present invention can be driven by a known driving circuit, and information obtained by the gyro can be processed by a known method. Note that by combining three semiconductor laser gyros of the present invention, the rotation direction and rotation speed in all directions can be calculated.

以下、本発明の半導体レーザジャイロについて、例を挙げて説明する。   Hereinafter, the semiconductor laser gyro of the present invention will be described with examples.

(実施形態1)
実施形態1のジャイロ70aの上面図を図7に示す。ジャイロ70aは、上述した半導体レーザ10と、プリズム71と、回転検出用の光検出器72と、レンズ73と、ハーフミラー74と、パワーモニタ用のフォトダイオード75と、ファブリペローエタロン76と、波長モニタ用のフォトダイオード77とを備える。これらの光学素子およびフォトダイオードなどの光検出器には、公知のものを適用できる。半導体レーザ10と、それ以外の光学素子および半導体素子とは、同じ基板上に配置されてもよいし、異なる基板上に配置されてもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 7 shows a top view of the gyro 70a of the first embodiment. The gyro 70a includes the semiconductor laser 10, the prism 71, the rotation detection photodetector 72, the lens 73, the half mirror 74, the power monitor photodiode 75, the Fabry-Perot etalon 76, the wavelength, and the like. And a monitoring photodiode 77. Known optical elements such as optical elements and photodiodes can be used. The semiconductor laser 10 and other optical elements and semiconductor elements may be disposed on the same substrate or may be disposed on different substrates.

半導体レーザ10と、プリズム71と、光検出器72と、半導体レーザ10の第1の端面から出射される2つのレーザ光との関係を、図8に模式的に示す。半導体レーザ10から出射された2つのレーザ光は、プリズム71で重ね合わされて干渉縞を生じる。干渉縞の移動は、光検出器72の2つのフォトダイオード72aおよび72bによって観測される。干渉縞は、ジャイロ70aの回転速度に応じた速度で矢印の方向に移動する。干渉縞の移動方向は、ジャイロ70aの回転方向に対応して変化する。   FIG. 8 schematically shows the relationship between the semiconductor laser 10, the prism 71, the photodetector 72, and the two laser beams emitted from the first end face of the semiconductor laser 10. The two laser beams emitted from the semiconductor laser 10 are overlapped by the prism 71 to generate interference fringes. The movement of the interference fringes is observed by the two photodiodes 72a and 72b of the photodetector 72. The interference fringes move in the direction of the arrow at a speed corresponding to the rotational speed of the gyro 70a. The movement direction of the interference fringes changes corresponding to the rotation direction of the gyro 70a.

プリズム71の形状は、入射する2つのレーザ光の角度や間隔、および光検出器72との距離などの条件に応じて決定される。干渉縞の周期長を長くするために、プリズム71の断面形状である三角形の最も大きい角は90°(0.5πラジアン)よりも僅かに大きいことが好ましい。その角の角度を(0.5π+ε)ラジアンとすると、εは、0.5ラジアン以下であることが好ましい。   The shape of the prism 71 is determined according to conditions such as the angle and interval between the two incident laser beams and the distance from the photodetector 72. In order to increase the period length of the interference fringes, it is preferable that the largest angle of the triangle which is the cross-sectional shape of the prism 71 is slightly larger than 90 ° (0.5π radians). If the angle is (0.5π + ε) radians, ε is preferably 0.5 radians or less.

図7に示すように、半導体レーザ10の第2の端面から出射されるレーザ光は、レンズ73によって略平行光とされ、ハーフミラー74に入射する。ハーフミラー74を透過したレーザ光の強度は、パワーモニタ用のフォトダイオード75で測定される。一方、ハーフミラー74で反射されたレーザ光は、ファブリペローエタロン76を通過したのち、フォトダイオード77で強度が測定される。   As shown in FIG. 7, the laser light emitted from the second end face of the semiconductor laser 10 is made into substantially parallel light by the lens 73 and enters the half mirror 74. The intensity of the laser beam transmitted through the half mirror 74 is measured by a power monitoring photodiode 75. On the other hand, the intensity of the laser beam reflected by the half mirror 74 is measured by a photodiode 77 after passing through a Fabry-Perot etalon 76.

ファブリペローエタロン76は、図9のように、透過率の波長依存性を示す。ファブリペローエタロン76には、半導体レーザ10から出射されるレーザ光の典型的な波長91の近傍において波長に対する透過率の変化が大きいエタロンが選択される。たとえば、レーザ光の波長が850nm近傍である場合には、屈折率が1.46で光軸方向における長さが200nmである水晶体を用いることができる。このエタロンにおいて、透過率のピーク間の波長間隔は、波長が850nmの近傍において約1.24nmである。   The Fabry-Perot etalon 76 shows the wavelength dependency of the transmittance as shown in FIG. As the Fabry-Perot etalon 76, an etalon having a large change in transmittance with respect to the wavelength in the vicinity of the typical wavelength 91 of the laser light emitted from the semiconductor laser 10 is selected. For example, when the wavelength of the laser beam is in the vicinity of 850 nm, a crystalline lens having a refractive index of 1.46 and a length in the optical axis direction of 200 nm can be used. In this etalon, the wavelength interval between the transmittance peaks is about 1.24 nm in the vicinity of the wavelength of 850 nm.

半導体レーザ10の波長が典型的な波長91から波長92や波長93にずれると、ファブリペローエタロンを通過するレーザ光76の強度が大きく変化し、フォトダイオード77の出力がそれに対応して増減する。一方、半導体レーザ10の第2の端面から出射されるレーザ光の強度も、温度や経時劣化などによって変化し、フォトダイオード77の出力に影響を与える。そのため、第2の端面から出射されるレーザ光の強度の変化をフォトダイオード75で検知し、フォトダイオード75の出力に対するフォトダイオード77の出力の割合の変化に基づいて、半導体レーザ10から出射されるレーザ光の波長変化を検出する。そして、検出された波長変化に基づいて、その波長変化を打ち消すように制御を行う。具体的には、たとえば、基板温度または注入電流を変化させて波長を制御する。このようにして、半導体レーザ10から出射されるレーザ光の波長を安定化できる。   When the wavelength of the semiconductor laser 10 is shifted from the typical wavelength 91 to the wavelength 92 or the wavelength 93, the intensity of the laser beam 76 passing through the Fabry-Perot etalon changes greatly, and the output of the photodiode 77 increases or decreases correspondingly. On the other hand, the intensity of the laser light emitted from the second end face of the semiconductor laser 10 also changes due to temperature, deterioration with time, etc., and affects the output of the photodiode 77. Therefore, a change in the intensity of the laser light emitted from the second end face is detected by the photodiode 75 and emitted from the semiconductor laser 10 based on a change in the ratio of the output of the photodiode 77 to the output of the photodiode 75. A wavelength change of the laser beam is detected. Then, based on the detected wavelength change, control is performed so as to cancel the wavelength change. Specifically, for example, the wavelength is controlled by changing the substrate temperature or the injection current. In this way, the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser 10 can be stabilized.

なお、ジャイロが回転したときには、半導体レーザ10内の菱形の経路を周回するレーザ光の波長も変化するが、その変化は、ファブリペローエタロンを用いて検出しようとする周波数の変化、すなわち、温度や注入電流の変化などによる周波数の変化に比べて十分に小さい。   When the gyro is rotated, the wavelength of the laser light that circulates in the rhombic path in the semiconductor laser 10 also changes. This change is a change in the frequency to be detected using a Fabry-Perot etalon, that is, a temperature, It is sufficiently smaller than the change in frequency due to the change in injection current.

(実施形態2)
実施形態2では、半導体レーザ10と同じ基板上に、波長モニタ用の光学素子および光検出器を形成した一例について説明する。実施形態2のジャイロ70bを図10に示す。このジャイロは、波長モニタ用の光学素子の形成方法のみが実施形態1とは異なるため、重複する説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an example in which an optical element for wavelength monitoring and a photodetector are formed on the same substrate as the semiconductor laser 10 will be described. A gyro 70b of Embodiment 2 is shown in FIG. Since this gyro differs from the first embodiment only in the method of forming the optical element for wavelength monitoring, the overlapping description is omitted.

ジャイロ70bは、半導体レーザ10と、プリズム71と、回転検出用の光検出器72と、フレネルレンズ81と、ハーフミラー82と、パワーモニタ用のフォトダイオード75と、ファブリペローエタロン83と、波長モニタ用のフォトダイオード77とを備える。ファブリペローエタロン83は、2つのハーフミラー83aおよび83bを一定の間隔で配置したエアーギャップタイプのエタロンである。なお、フレネルレンズ81の表面で反射された光が半導体レーザ10に入射することを防止するため、フレネルレンズ81は、光軸に対して少し傾けて配置することが好ましい。   The gyro 70b includes a semiconductor laser 10, a prism 71, a photodetector 72 for detecting rotation, a Fresnel lens 81, a half mirror 82, a photodiode 75 for power monitoring, a Fabry-Perot etalon 83, and a wavelength monitor. And a photodiode 77 for use. The Fabry-Perot etalon 83 is an air gap type etalon in which two half mirrors 83a and 83b are arranged at a constant interval. In order to prevent the light reflected by the surface of the Fresnel lens 81 from entering the semiconductor laser 10, it is preferable that the Fresnel lens 81 is disposed slightly inclined with respect to the optical axis.

ジャイロ70bは、基板上に形成された複数の層を備える。そして、それらの層の一部が折り曲げられることによって、基板から立ち上がった起立部が形成されている。そして、レンズ81、ハーフミラー82、83aおよび83bは、起立部に形成されている。   The gyro 70b includes a plurality of layers formed on the substrate. And the standing part which stood | started up from the board | substrate is formed by bending a part of those layers. The lens 81 and the half mirrors 82, 83a and 83b are formed on the upright portion.

起立部を形成する部分では、図11に示すように、基板11側から順に配置された、バッファ層111、層(犠牲層)112、ヒンジ層(積層部)113、エッチストップ層114、補償層115および機能層116を含む多層膜が形成される。ヒンジ層113は、基板11側から順に配置された第1の層113aおよび第2の層113bを含む。   As shown in FIG. 11, in the portion where the standing portion is formed, the buffer layer 111, the layer (sacrificial layer) 112, the hinge layer (laminated portion) 113, the etch stop layer 114, and the compensation layer, which are sequentially arranged from the substrate 11 side A multilayer film including 115 and the functional layer 116 is formed. The hinge layer 113 includes a first layer 113a and a second layer 113b arranged in this order from the substrate 11 side.

基板11は、半導体レーザ10の説明で述べた基板である。バッファ層111は、その上に形成される層の結晶性を高めるために形成される層であり、上述したバッファ層21および22を適用できる。   The substrate 11 is the substrate described in the description of the semiconductor laser 10. The buffer layer 111 is a layer formed to increase the crystallinity of the layer formed thereon, and the buffer layers 21 and 22 described above can be applied.

層112は、起立部(図14(a)参照)を形成するためにその一部が選択的に除去される層である。そのため、層112は、選択的に除去可能な材料で形成される。   The layer 112 is a layer from which part is selectively removed to form an upright portion (see FIG. 14A). Thus, layer 112 is formed of a material that can be selectively removed.

ヒンジ層113は、複数の半導体層の格子定数の差によって半導体層を折り曲げるための層である。そのため、第1の層113aは、第2の層113bを構成する半導体よりも格子定数が大きい半導体で形成される。たとえば、InGaAsからなる第1の層113aと、GaAsからなる第2の層113bとを用いることができる。これらの半導体層の組成比、厚さおよび折れ曲がり部の長さを変化させることによって、ヒンジ層113が折れ曲がる角度を調節することができる。   The hinge layer 113 is a layer for bending the semiconductor layer by the difference in lattice constant between the plurality of semiconductor layers. Therefore, the first layer 113a is formed using a semiconductor having a larger lattice constant than the semiconductor included in the second layer 113b. For example, a first layer 113a made of InGaAs and a second layer 113b made of GaAs can be used. The angle at which the hinge layer 113 is bent can be adjusted by changing the composition ratio, thickness, and length of the bent portion of these semiconductor layers.

たとえば、In0.2Ga0.8Asからなる第1の層113aと、GaAsからなる第2の層113bとを用いて折れ曲がり部を形成したときの折れ曲がり部の曲率半径Rは、通常、以下の式で表される。
R=(a/Δa)・{(t1+t2)/2}
ここで、aは第2の層113b(GaAs層)の格子定数である。また、Δaは、第1の層113a(In0.2Ga0.8As層)の格子定数と第2の層113b(GaAs層)の格子定数との差である。また、t1は第1の層113aの厚さ(単位:オングストローム)であり、t2は第2の層113bの厚さ(単位:オングストローム)である。
For example, when the bent portion is formed using the first layer 113a made of In 0.2 Ga 0.8 As and the second layer 113b made of GaAs, the radius of curvature R of the bent portion is usually expressed by the following equation. Is done.
R = (a / Δa) · {(t1 + t2) / 2}
Here, a is the lattice constant of the second layer 113b (GaAs layer). Δa is the difference between the lattice constant of the first layer 113a (In 0.2 Ga 0.8 As layer) and the lattice constant of the second layer 113b (GaAs layer). Further, t1 is the thickness (unit: angstrom) of the first layer 113a, and t2 is the thickness (unit: angstrom) of the second layer 113b.

なお、ヒンジ層は、3層以上の層で構成されていてもよい。たとえば、格子定数が大きい層Aと格子定数が小さい層Bとを、厚い層A/層B/薄い層Aというように積層させると、厚い層Aが層Bに及ぼす応力の方が薄い層Aが層Bに及ぼす応力よりも大きいため、トータルでは薄い層A側に曲がろうとする応力が発生する。同様に、厚い層B/層A/薄い層Bという積層膜では、トータルでは厚い層B側に曲がろうとする応力が発生する。このような関係を利用して、積層された複数の層を所定の方向に折り曲げることができる。   The hinge layer may be composed of three or more layers. For example, when the layer A having a large lattice constant and the layer B having a small lattice constant are laminated such as thick layer A / layer B / thin layer A, the stress applied to the layer B by the thick layer A is thinner. Is larger than the stress exerted on the layer B, so that a total stress that tends to bend on the thin layer A side is generated. Similarly, in the laminated film of thick layer B / layer A / thin layer B, a stress that tends to bend toward the thick layer B is generated in total. By utilizing such a relationship, a plurality of stacked layers can be bent in a predetermined direction.

機能層116は、光学素子としての機能を発揮する層である。フレネルレンズを形成する場合、機能層116をエッチングすることによってレンズを形成する。ハーフミラーを形成する場合、機能層116でハーフミラーを構成するか、またはハーフミラーとして機能する層を、補償層115の上にさらに形成する。補償層115は、ヒンジ層113によって生じる応力を打ち消すための層である。なお、ヒンジ層113による変形を機能層116によって防止できる場合には、補償層115を省略できる。   The functional layer 116 is a layer that exhibits a function as an optical element. In the case of forming a Fresnel lens, the lens is formed by etching the functional layer 116. In the case of forming a half mirror, the functional layer 116 forms a half mirror, or a layer that functions as a half mirror is further formed on the compensation layer 115. The compensation layer 115 is a layer for canceling the stress generated by the hinge layer 113. Note that when the deformation by the hinge layer 113 can be prevented by the functional layer 116, the compensation layer 115 can be omitted.

以下、フレネルレンズ81を含む起立部を形成する方法について図12を参照しながら説明する。図12(b)、(d)および(f)は上面図である。また、図12(a)、(c)および(e)は、それぞれ、図12(b)、(d)および(f)の断面図である。   Hereinafter, a method of forming the standing portion including the Fresnel lens 81 will be described with reference to FIG. 12B, 12D, and 12F are top views. FIGS. 12A, 12C, and 12E are cross-sectional views of FIGS. 12B, 12D, and 12F, respectively.

まず、図12(a)に示すように、基板11上に、バッファ層111、層112、第1の層113a、第2の層113b、エッチストップ層114、補償層115および機能層116を形成する。これらの層は、公知の方法、たとえば、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成できる。なお、図2の多層膜の一部をバッファ層22の表面までエッチングしたのち、バッファ層22の上に、層112〜機能層116を積層してもよい。   First, as shown in FIG. 12A, the buffer layer 111, the layer 112, the first layer 113a, the second layer 113b, the etch stop layer 114, the compensation layer 115, and the functional layer 116 are formed on the substrate 11. To do. These layers can be formed by a known method, for example, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. 2 may be stacked on the buffer layer 22 after the part of the multilayer film in FIG. 2 is etched to the surface of the buffer layer 22.

フレネルレンズ81を形成する場合、機能層116はたとえば、アクリル樹脂、ポリカーボネイトまたはフォトレジストなどで形成できる。機能層116には、フレネルレンズ81のパターンが形成される。フレネルレンズのパターンの一例について、図13(a)に平面図を示し、図13(b)に断面図を示す。このようなパターンは、フレネルレンズを形成する斜面に対応するように、階段状のステップを多数形成することによって形成できる。そのような階段状のステップは、フォトリソグラフィーとエッチングとを繰り返すことによって形成できる。なお、レーザ光入射時の反射損失を低減するため、フレネルレンズの表面に反射防止膜を形成してもよい。   When forming the Fresnel lens 81, the functional layer 116 can be formed of, for example, acrylic resin, polycarbonate, or photoresist. A pattern of the Fresnel lens 81 is formed on the functional layer 116. FIG. 13A shows a plan view and FIG. 13B shows a cross-sectional view of an example of the Fresnel lens pattern. Such a pattern can be formed by forming a large number of stepped steps so as to correspond to the slopes forming the Fresnel lens. Such a stepped step can be formed by repeating photolithography and etching. An antireflection film may be formed on the surface of the Fresnel lens in order to reduce the reflection loss when the laser beam is incident.

次に、図12(c)および(d)に示すように、第2の層113bの表面に到達する溝121と、層112に到達する溝122と、基板11の表面よりも深い溝123とを形成する。これらは、各層の材料に応じて公知のエッチング法で形成できる。溝121は、互いに直交するように配置された2つの溝部121aおよび121bを含む。これらの溝は、折り曲げ部となる部分に形成される。溝122は、起立部を形成する際に、基板11上の多層膜から切り離される部分に形成される。溝123は、断面が略V字状の溝である。溝123は、フレネルレンズが配置される位置に形成される。   Next, as shown in FIGS. 12C and 12D, a groove 121 reaching the surface of the second layer 113b, a groove 122 reaching the layer 112, and a groove 123 deeper than the surface of the substrate 11 Form. These can be formed by a known etching method depending on the material of each layer. The groove 121 includes two groove parts 121a and 121b arranged so as to be orthogonal to each other. These grooves are formed in a portion that becomes a bent portion. The groove 122 is formed in a portion that is cut off from the multilayer film on the substrate 11 when the standing portion is formed. The groove 123 is a groove having a substantially V-shaped cross section. The groove 123 is formed at a position where the Fresnel lens is disposed.

次に、図12(e)および(f)に示すように、溝部121aと溝122と溝123とによって囲まれた部分の下方に位置する層112をウェットエッチングで選択的に除去する。ウェットエッチングのエッチング液としては、たとえば、フッ酸を用いることができる。   Next, as shown in FIGS. 12E and 12F, the layer 112 located under the portion surrounded by the groove 121a, the groove 122, and the groove 123 is selectively removed by wet etching. As an etchant for wet etching, for example, hydrofluoric acid can be used.

層112が除去されると、溝部121aの部分(第1の折れ曲がり部)には、InGaAsからなる第1の層113aと、GaAsからなる第2の層113bのみが存在する。GaAsよりもInGaAsの方が格子定数が大きいため、溝部121aの部分では、第1の層113aおよび第2の層113bが、第2の層113b側に折れ曲がり、第1の折れ曲がり部141(図14(a)参照)が形成される。これによって、多層膜(第1の層113a〜機能層116)の一部が基板11から立ち上がり、起立部が形成される。同様に、溝部121bの部分でも、第1の層113aおよび第2の層113bが、第2の層113b側に折れ曲がり、第2の折れ曲がり部142(図14(a)参照)が形成される。   When the layer 112 is removed, only the first layer 113a made of InGaAs and the second layer 113b made of GaAs exist in the groove 121a (first bent portion). Since InGaAs has a larger lattice constant than GaAs, in the groove 121a, the first layer 113a and the second layer 113b are bent toward the second layer 113b, and the first bent portion 141 (FIG. 14). (See (a)) is formed. Thereby, a part of the multilayer film (the first layer 113a to the functional layer 116) rises from the substrate 11, and an upright portion is formed. Similarly, also in the groove 121b, the first layer 113a and the second layer 113b are bent toward the second layer 113b, and the second bent portion 142 (see FIG. 14A) is formed.

図14(a)および(b)は、それぞれ、起立部140の構造を模式的に示す斜視図および断面図である。2つの折れ曲がり部141および142でヒンジ層がほぼ直角に折れ曲がることによって、起立部140は、互いに直交するように配置された第1の平面部140aと第2の平面部140bとを含む。第2の平面部140bの一部は、溝123に嵌め込まれ、第2の平面部140bは、基板11の表面に対してほぼ垂直に立ち上がっている。この方法では、第2の平面部140bの一部を溝123に埋め込むことによって、起立部140の配置が容易である。さらに、この方法では、基板11の表面近傍にフレネルレンズを配置できる。これによって、基板11の表面近くを移動するレーザ光の集光が可能になる。   FIGS. 14A and 14B are a perspective view and a cross-sectional view schematically showing the structure of the upright portion 140, respectively. When the hinge layer is bent at a substantially right angle at the two bent portions 141 and 142, the upright portion 140 includes a first flat surface portion 140a and a second flat surface portion 140b arranged to be orthogonal to each other. A part of the second flat surface portion 140 b is fitted in the groove 123, and the second flat surface portion 140 b rises substantially perpendicular to the surface of the substrate 11. In this method, the upright portion 140 can be easily arranged by embedding a part of the second flat surface portion 140b in the groove 123. Further, in this method, a Fresnel lens can be arranged near the surface of the substrate 11. This makes it possible to collect laser light that moves near the surface of the substrate 11.

ハーフミラーを形成する場合、機能層116は、たとえば、フレネルレンズと同じ材料の層と半導体層とを組み合わせることによって形成できる。フレネルレンズとは異なり、これらのミラーの表面は平坦である。ファブリペローエタロンを形成する場合、ハーフミラーとして機能する起立部を2つ、所定の距離だけ離して形成すればよい。   When forming a half mirror, the functional layer 116 can be formed, for example, by combining a layer of the same material as the Fresnel lens and a semiconductor layer. Unlike Fresnel lenses, the surface of these mirrors is flat. When forming a Fabry-Perot etalon, it is only necessary to form two upright portions that function as half mirrors at a predetermined distance apart.

これらの光学素子は、図14に示したように、一部が溝に嵌め込まれている起立部に形成できる。ただし、起立部に形成する必要がない光学素子については、起立部に形成しなくてもよい。   As shown in FIG. 14, these optical elements can be formed on an upright portion that is partially fitted in the groove. However, optical elements that do not need to be formed on the standing part need not be formed on the standing part.

なお、フレネルレンズ81の代わりに凹面鏡(フレネルミラー)を用いてレーザ光を集光してもよい。フレネルミラーを用いたジャイロの一例を図15に示す。図15のジャイロ70cは、半導体レーザ10と、プリズム71と、回転検出用の光検出器72と、フレネルミラー151と、ハーフミラー82と、パワーモニタ用のフォトダイオード75と、ファブリペローエタロン83と、波長モニタ用のフォトダイオード77とを備える。フレネルミラー151以外の部分については、ジャイロ70bと同様である。   The laser beam may be condensed using a concave mirror (Fresnel mirror) instead of the Fresnel lens 81. An example of a gyro using a Fresnel mirror is shown in FIG. 15 includes a semiconductor laser 10, a prism 71, a rotation detection photodetector 72, a Fresnel mirror 151, a half mirror 82, a power monitoring photodiode 75, and a Fabry-Perot etalon 83. And a photodiode 77 for wavelength monitoring. About parts other than the Fresnel mirror 151, it is the same as that of the gyro 70b.

フレネルミラー151は、凹面鏡として機能するミラーである。フレネルミラー151は、たとえば、フレネルレンズ81の表面形状を反転させた表面形状を有し、表面が金属膜でコーティングされている。フレネルミラー151は、フレネルレンズ81と同様の方法で機能層116を所定の形状にエッチングしたのち、金属膜を蒸着することによって形成できる。   The Fresnel mirror 151 is a mirror that functions as a concave mirror. The Fresnel mirror 151 has, for example, a surface shape obtained by inverting the surface shape of the Fresnel lens 81, and the surface is coated with a metal film. The Fresnel mirror 151 can be formed by depositing a metal film after etching the functional layer 116 into a predetermined shape in the same manner as the Fresnel lens 81.

ジャイロ70cにおいて、半導体レーザ10の第2の端面から出射されたレーザ光は、フレネルミラーでほぼ平行光とされ、ハーフミラー82に入射する。ハーフミラー82で反射されたレーザ光は、フォトダイオード75で光量が測定される。一方、ハーフミラー82を透過したレーザ光は、ファブリペローエタロン83に入射し、それを通過したあとの光量がフォトダイオード77で測定される。ジャイロ70cでは、ジャイロ70bと同様にレーザ光の波長を安定化できる。   In the gyro 70c, the laser light emitted from the second end face of the semiconductor laser 10 is made substantially parallel light by the Fresnel mirror and enters the half mirror 82. The light quantity of the laser light reflected by the half mirror 82 is measured by the photodiode 75. On the other hand, the laser beam that has passed through the half mirror 82 enters the Fabry-Perot etalon 83, and the amount of light after passing through it is measured by the photodiode 77. In the gyro 70c, the wavelength of the laser beam can be stabilized as in the gyro 70b.

(半導体レーザジャイロの製造方法)
本発明のジャイロで用いられる半導体レーザの製造方法に限定はなく、公知の半導体製造技術によって製造できる。また、本発明のジャイロは、半導体レーザと他の部材とを公知の技術で組み立てることによって容易に製造できる。以下に、半導体レーザ10を製造する方法の一例を説明する。
(Manufacturing method of semiconductor laser gyro)
There is no limitation in the manufacturing method of the semiconductor laser used with the gyro of this invention, It can manufacture with a well-known semiconductor manufacturing technique. The gyro of the present invention can be easily manufactured by assembling a semiconductor laser and other members by a known technique. Hereinafter, an example of a method for manufacturing the semiconductor laser 10 will be described.

図16(a)〜(h)に、製造工程を模式的に示す。なお、図16(a)〜(h)では、絶縁層12の形成状態の理解を容易にするため、絶縁層12の表面にハッチングを付す。   16A to 16H schematically show the manufacturing process. 16A to 16H, the surface of the insulating layer 12 is hatched to facilitate understanding of the formation state of the insulating layer 12.

まず、図16(a)に示すように、基板11上に、複数の半導体層からなる半導体層20aと、厚さ0.4μmの絶縁層12aとを形成する。半導体層20aは、エッチングによって半導体層20(図2および表1参照)となる層である。半導体層20aを構成する各層は、一般的な方法、たとえば、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成できる。絶縁層12aは、たとえばSiやSiOからなる。絶縁層12aは、スパッタリング法やCVD法といった方法で形成できる。 First, as shown in FIG. 16A, a semiconductor layer 20a composed of a plurality of semiconductor layers and an insulating layer 12a having a thickness of 0.4 μm are formed on a substrate 11. The semiconductor layer 20a is a layer that becomes the semiconductor layer 20 (see FIG. 2 and Table 1) by etching. Each layer constituting the semiconductor layer 20a can be formed by a general method, for example, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The insulating layer 12a is made of, for example, Si 3 N 4 or SiO 2 . The insulating layer 12a can be formed by a method such as sputtering or CVD.

次に、図16(b)に示すように、絶縁層12a上に、パターニングされたレジスト膜161を形成する。レジスト膜161は、図3に示した活性層26の形状にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 16B, a patterned resist film 161 is formed on the insulating layer 12a. The resist film 161 is patterned into the shape of the active layer 26 shown in FIG.

次に、図16(c)に示すように、レジスト膜161をマスクとして、絶縁層12aと半導体層20aと基板11の一部とをエッチングしたのち、レジスト膜161を除去する。エッチングは、RIE(Reactive Ion Etching)法によって行い、少なくともクラッド層24の深さまでエッチングする。エッチングによって、所定の形状の絶縁層12および半導体層20が形成される。エッチングは、半導体層20の側面の垂直性および平滑性が高くなるような条件で行われる。そのような条件は、半導体製造プロセスで一般的に採用されている。エッチングによって、半導体層20を構成するすべての半導体層の平面形状は、図3に示した活性層26の平面形状とほぼ同じになる。また、半導体層20の側面はミラー面として機能する。   Next, as shown in FIG. 16C, the resist film 161 is used as a mask to etch the insulating layer 12a, the semiconductor layer 20a, and part of the substrate 11, and then the resist film 161 is removed. Etching is performed by RIE (Reactive Ion Etching), and etching is performed to at least the depth of the cladding layer 24. The insulating layer 12 and the semiconductor layer 20 having a predetermined shape are formed by etching. Etching is performed under conditions such that the verticality and smoothness of the side surfaces of the semiconductor layer 20 are high. Such conditions are commonly employed in semiconductor manufacturing processes. By etching, the planar shape of all the semiconductor layers constituting the semiconductor layer 20 becomes substantially the same as the planar shape of the active layer 26 shown in FIG. Further, the side surface of the semiconductor layer 20 functions as a mirror surface.

次に、図16(d)に示すように、領域31(図2および図4参照)に対応するように、絶縁層12に略菱形の貫通孔12hを形成する。貫通孔12hは、一般的なフォトリソ・エッチング工程で形成できる。   Next, as shown in FIG. 16D, a substantially diamond-shaped through hole 12h is formed in the insulating layer 12 so as to correspond to the region 31 (see FIGS. 2 and 4). The through hole 12h can be formed by a general photolithography / etching process.

次に、図16(e)に示すように、基板11の表面全体を覆うようにレジスト膜162を形成する。このとき、基板11の表面と絶縁層12の表面との間の段差を埋めるために、レジスト膜162は、レジスト層162aおよびレジスト層162bの2層からなることが好ましい。レジスト膜162は、レジスト層162aを基板11の表面全体に塗布して段差を埋めたのち、レジスト層162bを塗布することによって形成できる。この方法によれば、表面の平坦性が高いレジスト膜162を形成できる。   Next, as illustrated in FIG. 16E, a resist film 162 is formed so as to cover the entire surface of the substrate 11. At this time, in order to fill a step between the surface of the substrate 11 and the surface of the insulating layer 12, the resist film 162 is preferably formed of two layers, a resist layer 162a and a resist layer 162b. The resist film 162 can be formed by applying the resist layer 162b after applying the resist layer 162a to the entire surface of the substrate 11 to fill the steps. According to this method, the resist film 162 with high surface flatness can be formed.

次に、図16(f)に示すように、レジスト膜162をパターニングし、レジスト膜162に貫通孔162hを形成する。貫通孔162hは、第1の電極13を形成する領域に対応する形状に形成される。貫通孔162hを形成したのち、半導体層20(キャップ層29)と第1の電極13との間で良好なコンタクトが得られるように、貫通孔162h内の半導体層20(キャップ層29)の表面を0.01μm〜0.02μm程度エッチングする。   Next, as illustrated in FIG. 16F, the resist film 162 is patterned to form a through hole 162 h in the resist film 162. The through hole 162h is formed in a shape corresponding to a region where the first electrode 13 is formed. After the through-hole 162h is formed, the surface of the semiconductor layer 20 (cap layer 29) in the through-hole 162h so that good contact can be obtained between the semiconductor layer 20 (cap layer 29) and the first electrode 13. Is etched about 0.01 μm to 0.02 μm.

次に、図16(g)に示すように、第1の電極13を形成する。第1の電極13は、リフトオフ法で形成できる。具体的には、まず、レジスト膜162をマスクとして、第1の電極13を構成する複数の金属層を電子ビーム法で順次成膜する。その後、レジスト膜162をアセトンで除去する。このようにして、所定の形状の第1の電極13を形成できる。第1の電極13は、絶縁層12に形成された貫通孔12hを介して半導体層20(キャップ層29)に接触する。   Next, as shown in FIG. 16G, the first electrode 13 is formed. The first electrode 13 can be formed by a lift-off method. Specifically, first, using the resist film 162 as a mask, a plurality of metal layers constituting the first electrode 13 are sequentially formed by an electron beam method. Thereafter, the resist film 162 is removed with acetone. In this way, the first electrode 13 having a predetermined shape can be formed. The first electrode 13 is in contact with the semiconductor layer 20 (cap layer 29) through the through hole 12h formed in the insulating layer 12.

1枚の基板11(ウェハ)を用いて多数の半導体レーザを形成する場合、基板11のへき開を容易にするため、基板11の厚さが100〜150μmになるように基板11の裏面を研磨することが好ましい。   When a large number of semiconductor lasers are formed using a single substrate 11 (wafer), the back surface of the substrate 11 is polished so that the thickness of the substrate 11 becomes 100 to 150 μm in order to facilitate cleavage of the substrate 11. It is preferable.

次に、図16(h)に示すように、基板11の裏面側に複数の金属層を蒸着法で順次形成して第2の電極14を形成する。その後、第1の電極13および第2の電極14を構成する金属層を合金化するために、400〜450℃で熱処理する。最後に、必要に応じて、半導体レーザごとに基板11をへき開する。   Next, as shown in FIG. 16H, a plurality of metal layers are sequentially formed on the back surface side of the substrate 11 by vapor deposition to form the second electrode 14. Then, in order to alloy the metal layer which comprises the 1st electrode 13 and the 2nd electrode 14, it heat-processes at 400-450 degreeC. Finally, the substrate 11 is cleaved for each semiconductor laser as necessary.

このようにして、半導体レーザ10が形成される。なお、半導体レーザ10と同じ積層構造を有するフォトダイオードをモノリシックに形成する場合には、半導体レーザを形成する部分とフォトダイオードを形成する部分とに対応するように、レジスト膜161および162をパターニングすればよい。同様に、半導体レーザの半導体層と同様の積層構造を有するプリズムを形成する場合には、半導体レーザを形成する部分とプリズムを形成する部分とに対応するようにレジスト膜161をパターニングすればよい。   In this way, the semiconductor laser 10 is formed. When a photodiode having the same stacked structure as that of the semiconductor laser 10 is formed monolithically, the resist films 161 and 162 are patterned so as to correspond to a portion where the semiconductor laser is formed and a portion where the photodiode is formed. That's fine. Similarly, in the case of forming a prism having the same stacked structure as the semiconductor layer of the semiconductor laser, the resist film 161 may be patterned so as to correspond to the portion where the semiconductor laser is formed and the portion where the prism is formed.

なお、基板11には、光検出器およびプリズム以外の、他の光学素子や電子部品を形成してもよい。たとえば、半導体レーザを駆動するための駆動回路や、光検出器から出力された信号を処理するための回路を形成してもよい。また、本発明の半導体レーザジャイロに、従来のジャイロに用いられている公知の技術をさらに適用してもよい。   Note that other optical elements and electronic components other than the photodetector and the prism may be formed on the substrate 11. For example, a driving circuit for driving the semiconductor laser or a circuit for processing a signal output from the photodetector may be formed. Moreover, you may further apply the well-known technique used for the conventional gyro to the semiconductor laser gyro of this invention.

以上、本発明の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づいて他の実施形態に適用できる。   The embodiments of the present invention have been described above by way of examples, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to other embodiments based on the technical idea of the present invention.

たとえば、上記実施形態では、第2の端面から出射される2つのレーザ光のうち、1つのレーザ光のみを用いて波長を安定化する方法について説明したが、両方を用いてもよい。   For example, in the above embodiment, the method of stabilizing the wavelength using only one laser beam out of the two laser beams emitted from the second end face has been described, but both may be used.

本発明の半導体レーザジャイロは、物体の回転の検出が必要な様々な機器に適用できる。代表的な例としては、姿勢制御装置やナビゲーション装置、手ぶれ補正装置に利用できる。具体的には、本発明のジャイロは、ロケットや飛行機などの航空機、自動車やバイクといった移動手段に利用できる。また、本発明のジャイロは超小型で取り扱いが容易であるという利点を生かし、携帯電話や小型のパーソナルコンピュータといった携帯情報端末、玩具、カメラなどに利用できる。   The semiconductor laser gyro of the present invention can be applied to various devices that need to detect the rotation of an object. As a typical example, it can be used for an attitude control device, a navigation device, and a camera shake correction device. Specifically, the gyro of the present invention can be used for moving means such as aircraft such as rockets and airplanes, automobiles and motorcycles. Further, the gyro of the present invention can be used for a portable information terminal such as a mobile phone or a small personal computer, a toy, a camera, etc. by taking advantage of being ultra-small and easy to handle.

本発明の半導体レーザジャイロに用いられる半導体レーザの一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically an example of the semiconductor laser used for the semiconductor laser gyro of this invention. 図1に示した半導体レーザを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor laser shown in FIG. 1 typically. 図1に示した半導体レーザの活性層の平面形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the planar shape of the active layer of the semiconductor laser shown in FIG. 図1に示した半導体レーザの機能を説明する図である。It is a figure explaining the function of the semiconductor laser shown in FIG. 図1に示した半導体レーザの半導体層のバンドギャッププロファイルを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the band gap profile of the semiconductor layer of the semiconductor laser shown in FIG. 図1に示した半導体レーザの活性層付近の屈折率を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the refractive index of the active layer vicinity of the semiconductor laser shown in FIG. 本発明の半導体レーザジャイロの一例の構成を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structure of an example of the semiconductor laser gyro of this invention. 図7に示した半導体レーザジャイロにおける一部のレーザ光の光路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical path of a part of laser beam in the semiconductor laser gyro shown in FIG. ファブリペローエタロンの機能を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically the function of a Fabry-Perot etalon. 本発明の半導体レーザジャイロの他の一例の構成を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structure of another example of the semiconductor laser gyro of this invention. 起立部を形成する部分における多層膜の積層構造の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the laminated structure of the multilayer film in the part which forms an upright part. フレネルレンズを含む起立部の形成方法の一例を模式的に示す工程図である。It is process drawing which shows typically an example of the formation method of the standing part containing a Fresnel lens. フレネルレンズの一例を模式的に示す(a)正面図および(b)断面図である。It is (a) front view and (b) sectional drawing which show an example of a Fresnel lens typically. フレネルレンズを含む起立部の一例を模式的に示す(a)斜視図および(b)断面図である。It is (a) perspective view and (b) sectional view showing typically an example of a standing part containing a Fresnel lens. 本発明の半導体レーザジャイロのその他の一例の構成を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structure of another example of the semiconductor laser gyro of this invention. 本発明の半導体レーザジャイロで用いられる半導体レーザの製造工程の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically an example of the manufacturing process of the semiconductor laser used with the semiconductor laser gyro of this invention. 従来の光ジャイロの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the conventional optical gyroscope.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体レーザ
11 基板
12 絶縁層
12h 貫通孔
13 第1の電極
14 第2の電極
20 半導体層
21、22、111 バッファ層
23 グレーデッド層
24 クラッド層
25 グレーデッド層
26 活性層
26a〜26d (第1から第4の)端面
26f 第1の領域
26s 第2の領域
27 グレーデッド層
28 クラッド層
29 キャップ層
32 菱形の経路
32a〜32d (第1から第4の)角部
35 第1のレーザ光
36 第2のレーザ光
70a、70b、70c 半導体レーザジャイロ
71 プリズム
72 光検出器(第1の光検出器)
72a、72b フォトダイオード
73 レンズ
74、82、83a、83b ハーフミラー
75 フォトダイオード(第3の光検出器)
76、83 ファブリペローエタロン
77 フォトダイオード(第2の光検出器)
81 フレネルレンズ
113 ヒンジ層(積層部)
113a 第1の層
113b 第2の層
115 補償層
116 機能層
140起立部
141、142 折れ曲がり部
151 フレネルミラー
161、162 レジスト膜
L1、L2 レーザ光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor laser 11 Board | substrate 12 Insulating layer 12h Through-hole 13 1st electrode 14 2nd electrode 20 Semiconductor layer 21, 22, 111 Buffer layer 23 Graded layer 24 Cladding layer 25 Graded layer 26 Active layer 26a-26d (1st 1st to 4th) end face 26f first region 26s second region 27 graded layer 28 cladding layer 29 cap layer 32 rhombic path 32a to 32d (first to fourth) corner 35 first laser light 36 2nd laser beam 70a, 70b, 70c Semiconductor laser gyro 71 Prism 72 Photo detector (first photo detector)
72a, 72b Photodiode 73 Lens 74, 82, 83a, 83b Half mirror 75 Photodiode (third photodetector)
76, 83 Fabry-Perot etalon 77 Photodiode (second photodetector)
81 Fresnel lens 113 Hinge layer (lamination part)
113a First layer 113b Second layer 115 Compensation layer 116 Functional layer 140 Standing portion 141, 142 Bending portion 151 Fresnel mirror 161, 162 Resist film L1, L2 Laser light

Claims (7)

基板と、前記基板上に配置され第1および第2のレーザ光を出射する半導体レーザと、回転検出用の第1の光検出器と、波長モニタ用の第2の光検出器と、ファブリペローエタロンと、前記第1および第2のレーザ光の波長を制御する波長制御手段とを備える半導体レーザジャイロであって、
前記第1の光検出器は、前記第1および第2のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置されており、
前記半導体レーザは、対向する第1および第2の端面を備える活性層を含み、
前記第1のレーザ光は、前記活性層内において菱形の経路上を周回するレーザ光(L1)の一部が前記第1の端面から出射されたレーザ光であり、
前記第2のレーザ光は、前記経路上を前記レーザ光(L1)とは逆の方向に周回するレーザ光(L2)の一部が前記第1の端面から出射されたレーザ光であり、
前記第2の端面から出射される、前記レーザ光(L1)および前記レーザ光(L2)から選ばれる少なくとも1つのレーザ光を、前記ファブリペローエタロンを介して前記第2の光検出器でモニタし、前記第2の光検出器の出力に基づいて前記波長制御手段で前記第1および第2のレーザ光の波長を安定化する半導体レーザジャイロ。
A substrate, a semiconductor laser disposed on the substrate and emitting first and second laser beams, a first photodetector for rotation detection, a second photodetector for wavelength monitoring, and a Fabry-Perot A semiconductor laser gyro comprising an etalon and wavelength control means for controlling the wavelengths of the first and second laser beams,
The first photodetector is arranged at a position where an interference fringe is formed by the first and second laser beams,
The semiconductor laser includes an active layer having first and second end faces facing each other,
The first laser beam is a laser beam in which a part of the laser beam (L1) that circulates on the rhombic path in the active layer is emitted from the first end face,
The second laser beam is a laser beam in which a part of the laser beam (L2) that circulates in the direction opposite to the laser beam (L1) on the path is emitted from the first end surface,
At least one laser beam selected from the laser beam (L1) and the laser beam (L2) emitted from the second end face is monitored by the second photodetector via the Fabry-Perot etalon. A semiconductor laser gyro that stabilizes the wavelengths of the first and second laser beams by the wavelength control unit based on the output of the second photodetector.
前記第2の端面から出射される前記少なくとも1つのレーザ光の光量をモニタするための第3の光検出器をさらに備え、
前記第2の光検出器の出力と前記第3の光検出器の出力とに基づいて前記波長制御手段で前記第1および第2のレーザ光の波長を安定化する、請求項1に記載の半導体レーザジャイロ。
A third photodetector for monitoring the amount of the at least one laser beam emitted from the second end face;
2. The wavelength of the first and second laser beams is stabilized by the wavelength control unit based on the output of the second photodetector and the output of the third photodetector. 3. Semiconductor laser gyro.
前記第1および第2の端面は、それぞれ、外側に凸の曲面である請求項1または2に記載の半導体レーザジャイロ。   3. The semiconductor laser gyro according to claim 1, wherein each of the first and second end surfaces is an outwardly convex curved surface. 前記第1の光検出器が複数の受光素子を備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体レーザジャイロ。   The semiconductor laser gyro according to claim 1, wherein the first photodetector includes a plurality of light receiving elements. 前記基板の上に前記基板側から順に配置された第1および第2の層を含む積層部と、前記第1および第2の層を前記第2の層側に曲げることによって形成された2つの起立部とをさらに含み、
前記積層部および前記起立部は、それぞれ、互いに格子定数が異なる複数の層を含み、
前記複数の層における格子定数の差によって生じた力によって前記第1および第2の層が曲げられて前記起立部が形成されており、
前記ファブリペローエタロンが前記2つの起立部によって形成されている請求項1または2に記載の半導体レーザジャイロ。
A laminated portion including first and second layers disposed in order from the substrate side on the substrate; and two formed by bending the first and second layers to the second layer side And a standing part,
Each of the stacked portion and the standing portion includes a plurality of layers having different lattice constants from each other,
The first and second layers are bent by a force generated by a difference in lattice constant in the plurality of layers to form the upright portion;
3. The semiconductor laser gyro according to claim 1, wherein the Fabry-Perot etalon is formed by the two upright portions.
前記第2の端面と前記ファブリペローエタロンとの間の光路上にレンズを備える請求項1または2に記載の半導体レーザジャイロ。   3. The semiconductor laser gyro according to claim 1, further comprising a lens on an optical path between the second end face and the Fabry-Perot etalon. 前記基板の上に前記基板側から順に配置された第1および第2の層を含む積層部と、前記第1および第2の層を前記第2の層側に曲げることによって形成された起立部とをさらに含み、
前記積層部および前記起立部は、それぞれ、互いに格子定数が異なる複数の層を含み、
前記複数の層における格子定数の差によって生じた力によって前記第1および第2の層が曲げられて前記起立部が形成されており、
前記レンズが前記起立部に形成されている請求項6に記載の半導体レーザジャイロ。
A laminated portion including first and second layers arranged in order from the substrate side on the substrate, and an upright portion formed by bending the first and second layers to the second layer side And further including
Each of the stacked portion and the standing portion includes a plurality of layers having different lattice constants from each other,
The first and second layers are bent by a force generated by a difference in lattice constant in the plurality of layers to form the upright portion;
The semiconductor laser gyro according to claim 6, wherein the lens is formed on the upright portion.
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