JP2009145110A - Optical gyroscope element - Google Patents

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Norihiko Sasaki
敬彦 佐々木
Minoru Nakae
穣 中榮
Takahisa Harayama
卓久 原山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new optical gyroscope element easily manufactured and having low electric power consumption. <P>SOLUTION: An optical gyroscope element determines rotational angular speed on the basis of the frequency difference between laser beams L1 and L2 propagating through a ring-like optical path 50 in the opposite directions. The optical gyroscope element is provided with: an optical waveguide 11 formed in a first substrate 10; a semiconductor optical amplifier 40 formed in a second substrate, an extraction means for extracting part of the laser beams L1 and L2 from the ring-like optical path 50; a photodiode 31 for observing the frequency difference between laser beams L1 and L2; and a mounting substrate 70. The semiconductor optical amplifier 40 includes an optical waveguide 22 at least the part of which is an optical amplifying region. The first substrate 10 and the semiconductor optical amplifier 40 are arranged on the mounting substrate 70 in such a way that two end parts of the optical waveguide 11 and two end parts of the optical waveguide 22 are connected to one another. The optical waveguide 11 and the optical waveguide 22 form the ring-like optical path 50. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ジャイロ素子に関する。   The present invention relates to an optical gyro element.

回転する物体の回転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回転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。   Among the gyros for detecting the rotational angular velocity of the rotating object, the optical gyro has a feature of high accuracy. In the optical gyro, the rotational angular velocity is detected by 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.

また、消費電力が少ない光ジャイロとして、三角環状の共振器(活性層)を備える半導体レーザ素子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)。この半導体レーザジャイロは、半導体レーザ素子に加えて、レーザ光の干渉縞を観測するための受光素子を備える。
特開平11−351881号公報 特開2000−230831号公報
Further, as an optical gyro with low power consumption, a gyro using a semiconductor laser element including a triangular ring resonator (active layer) has been proposed (for example, see Patent Document 2). This semiconductor laser gyro includes a light receiving element for observing interference fringes of laser light in addition to the semiconductor laser element.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-351881 JP 2000-230831 A

しかし、上記半導体レーザジャイロは製造工程が複雑であり、特に、上記半導体レーザジャイロを構成する複数の素子を1つの基板上にモノリシックに形成しようとすると、製造工程が極めて複雑になる。   However, the manufacturing process of the semiconductor laser gyro is complicated, and in particular, if a plurality of elements constituting the semiconductor laser gyro are monolithically formed on one substrate, the manufacturing process becomes extremely complicated.

このような状況において、本発明は、製造が容易で消費電力が少ない新規な光ジャイロ素子を提供することを目的の1つとする。   In such a situation, an object of the present invention is to provide a novel optical gyro element that is easy to manufacture and consumes less power.

上記目的を達成するために、本発明の光ジャイロ素子は、環状の光路を互いに逆方向に伝播する第1および第2のレーザ光の周波数差から回転角速度を求める光ジャイロ素子であって、第1の基板に形成された第1の光導波路と、第2の基板に形成された半導体光増幅器と、前記第1および第2のレーザ光の一部を前記環状の光路から引き出す引き出し手段と、引き出された前記第1および第2のレーザ光の周波数差を観測する観測手段と、実装基板とを備え、前記半導体光増幅器は、少なくとも一部が光増幅領域である第2の光導波路を含み、前記第1の光導波路の第1および第2の端部が、前記第1の基板の1つの側面側に存在し、前記第2の光導波路の第1および第2の端部が、前記第2の基板の1つの側面側に存在し、前記第1の光導波路の前記第1の端部と前記第2の光導波路の前記第1の端部とが結合され、且つ、前記第1の光導波路の前記第2の端部と前記第2の光導波路の前記第2の端部とが結合されるように、前記第1の基板および前記半導体光増幅器が前記実装基板上に配置されており、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路とによって前記環状の光路が形成されている。   In order to achieve the above object, an optical gyro element of the present invention is an optical gyro element that obtains a rotational angular velocity from a frequency difference between first and second laser beams that propagate in an annular optical path in opposite directions. A first optical waveguide formed on one substrate, a semiconductor optical amplifier formed on a second substrate, a drawing means for extracting a part of the first and second laser beams from the annular optical path, An observation means for observing a frequency difference between the extracted first and second laser beams and a mounting substrate, and the semiconductor optical amplifier includes a second optical waveguide at least a part of which is an optical amplification region The first and second end portions of the first optical waveguide are present on one side surface of the first substrate, and the first and second end portions of the second optical waveguide are The first light is present on one side surface of the second substrate. The first end of the waveguide and the first end of the second optical waveguide are coupled, and the second end of the first optical waveguide and the second optical waveguide The first substrate and the semiconductor optical amplifier are disposed on the mounting substrate so as to be coupled to the second end, and the first optical waveguide and the second optical waveguide The annular optical path is formed.

本発明の光ジャイロ素子では、半導体光増幅器が形成された基板と光導波路が形成された基板とを突き合わせることによって、環状の光導波路を簡単に形成できる。そのため、従来の光ジャイロに比べて製造が容易である。   In the optical gyro element of the present invention, an annular optical waveguide can be easily formed by abutting a substrate on which a semiconductor optical amplifier is formed with a substrate on which an optical waveguide is formed. Therefore, manufacture is easy compared with the conventional optical gyro.

以下、本発明について例を挙げて説明する。ただし、本発明は以下で述べる例には限定されない。以下の説明において特定の材料や特定の数値を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の材料や他の数値を適用してもよい。   Hereinafter, the present invention will be described with examples. However, the present invention is not limited to the examples described below. In the following description, specific materials and specific numerical values may be exemplified, but other materials and other numerical values may be applied as long as the effect of the present invention is obtained.

[光ジャイロ素子(光ジャイロ)]
本発明の光ジャイロ素子は、環状の光路を互いに逆方向に伝播する第1および第2のレーザ光の周波数差から回転角速度を求める光ジャイロ素子である。この光ジャイロ素子は、第1の基板に形成された第1の光導波路と、第2の基板に形成された半導体光増幅器と、引き出し手段と、観測手段と、実装基板とを備える。
[Optical Gyro Element (Optical Gyro)]
The optical gyro element of the present invention is an optical gyro element that obtains the rotational angular velocity from the frequency difference between the first and second laser beams propagating in opposite directions to each other in an annular optical path. The optical gyro element includes a first optical waveguide formed on a first substrate, a semiconductor optical amplifier formed on a second substrate, extraction means, observation means, and a mounting substrate.

第1の光導波路は、第1の基板に形成されている。第1の光導波路の2つの端部(第1および第2の端部)は、第1の基板の1つの側面側に存在する。第1の基板に限定はなく、基板上に第1の光導波路を形成できるものであればよい。   The first optical waveguide is formed on the first substrate. Two end portions (first and second end portions) of the first optical waveguide exist on one side surface side of the first substrate. The first substrate is not limited as long as the first optical waveguide can be formed on the substrate.

典型的な一例では、第1の光導波路は、コア層と、コア層の周囲に配置されコア層よりも屈折率が低いクラッド層とによって構成される。コア層の幅、厚さおよび長さに特に限定はないが、高次モードが抑制された基本モードになるようにコア層の幅および厚さを設計することが好ましく、コア層およびクラッド層の屈折率と発振波長とに基づいてこれらの値を決定することが好ましい。第1の光導波路は、第1および第2のレーザ光の損失ができるだけ小さい材料で形成されることが好ましい。第1の光導波路の好ましい一例では、コア層がGeドープのSiO2からなり、クラッド層がノンドープのSiO2からなる。 In a typical example, the first optical waveguide includes a core layer and a clad layer that is disposed around the core layer and has a refractive index lower than that of the core layer. Although there is no particular limitation on the width, thickness, and length of the core layer, it is preferable to design the width and thickness of the core layer so that the higher-order mode becomes a suppressed fundamental mode. These values are preferably determined based on the refractive index and the oscillation wavelength. The first optical waveguide is preferably formed of a material with as little loss as possible of the first and second laser beams. In a preferred example of the first optical waveguide, the core layer is made of Ge-doped SiO 2 and the cladding layer is made of non-doped SiO 2 .

本発明の効果が得られる限り、第1の光導波路の長さに限定はない。一例では、第1の光導波路の長さは1mm〜100mmの範囲にあってもよい。   The length of the first optical waveguide is not limited as long as the effects of the present invention can be obtained. In one example, the length of the first optical waveguide may be in the range of 1 mm to 100 mm.

半導体光増幅器(SOA)は、第2の基板に形成される。第2の基板に限定はなく、半導体光増幅器を形成できるものであればよい。   A semiconductor optical amplifier (SOA) is formed on the second substrate. The second substrate is not limited as long as it can form a semiconductor optical amplifier.

半導体光増幅器は、少なくとも一部が光増幅領域である光導波路(第2の光導波路)を含む。光増幅領域における第2の光導波路は、活性層を含む。活性層に電流が注入されることによって、第2の光導波路を通過する光が増幅される。活性層に注入される電流が閾値を超えると、レーザ光が励起される。   The semiconductor optical amplifier includes an optical waveguide (second optical waveguide) at least part of which is an optical amplification region. The second optical waveguide in the optical amplification region includes an active layer. By injecting current into the active layer, light passing through the second optical waveguide is amplified. When the current injected into the active layer exceeds the threshold value, the laser beam is excited.

第2の光導波路は、その全体が光増幅領域であってもよい。また、第2の光導波路の一部は光増幅領域でなくてもよい。たとえば、第2の光導波路の一部は光を増幅しないパッシブ領域であってもよい。また、第2の光導波路の2つの端部は、モードフィールド変換領域(スポットサイズ変換領域)であってもよい。光増幅領域以外の第2の光導波路は、第1および第2のレーザ光の損失が小さい材料で形成されることが好ましい。   The entire second optical waveguide may be an optical amplification region. Further, a part of the second optical waveguide may not be the optical amplification region. For example, a part of the second optical waveguide may be a passive region that does not amplify light. Further, the two end portions of the second optical waveguide may be a mode field conversion region (spot size conversion region). The second optical waveguide other than the optical amplification region is preferably formed of a material with a small loss of the first and second laser beams.

本発明の効果が得られる限り、第2の光導波路の長さに限定はない。一例では、第2の光導波路の長さは0.1mm〜10mmの範囲にあってもよい。   The length of the second optical waveguide is not limited as long as the effect of the present invention is obtained. In one example, the length of the second optical waveguide may be in the range of 0.1 mm to 10 mm.

本発明の効果が得られる限り、半導体光増幅器の構造に特に限定はない。半導体光増幅器の光増幅領域の構造は、励起する第1および第2のレーザ光に応じて選択される。たとえば、III−V族化合物半導体からなる活性層を備える半導体光増幅器を用いることができる。そのような半導体光増幅器によって励起される第1および第2レーザ光の波長は、たとえば0.25μm〜3μmの範囲にある。半導体光増幅器の一例は、2つの電極と、それらの電極の間に配置された2つのクラッド層と、それらのクラッド層の間に配置された活性層とを含む。   As long as the effects of the present invention are obtained, the structure of the semiconductor optical amplifier is not particularly limited. The structure of the optical amplification region of the semiconductor optical amplifier is selected according to the first and second laser beams to be excited. For example, a semiconductor optical amplifier including an active layer made of a III-V group compound semiconductor can be used. The wavelengths of the first and second laser beams excited by such a semiconductor optical amplifier are in the range of 0.25 μm to 3 μm, for example. An example of a semiconductor optical amplifier includes two electrodes, two cladding layers disposed between the electrodes, and an active layer disposed between the cladding layers.

第2の光導波路の2つの端部(第1および第2の端部)は、第2の基板の1つの側面側に存在する。そして、第1の光導波路の第1の端部と第2の光導波路の第1の端部とが結合され、且つ、第1の光導波路の第2の端部と第2の光導波路の第2の端部とが結合されるように、第1の基板および半導体光増幅器(第2の基板)が実装基板上に配置されている。これらの端部の結合によって、環状の光路が形成される。すなわち、第1の光導波路と第2の光導波路とによって、環状の光路が形成されている。   Two end portions (first and second end portions) of the second optical waveguide exist on one side surface side of the second substrate. Then, the first end of the first optical waveguide and the first end of the second optical waveguide are coupled, and the second end of the first optical waveguide and the second optical waveguide The first substrate and the semiconductor optical amplifier (second substrate) are arranged on the mounting substrate so as to be coupled to the second end. An annular optical path is formed by the coupling of these ends. That is, an annular optical path is formed by the first optical waveguide and the second optical waveguide.

通常、実装基板上には受光素子も実装される。実装基板の表面には、通常、半導体光増幅器の1つの電極と接続される電極パッド、および受光素子の1つの電極と接続される電極パッドが形成される。   Usually, a light receiving element is also mounted on the mounting substrate. Usually, an electrode pad connected to one electrode of the semiconductor optical amplifier and an electrode pad connected to one electrode of the light receiving element are formed on the surface of the mounting substrate.

本発明の光ジャイロ素子では、第1および第2の光導波路で形成された環状の光路を、互いに逆方向に伝播する第1および第2のレーザ光が励起される。環状の光路の形状は、第1および第2のレーザ光が励起される形状である限り、特に限定はない。環状の光路は、円環状であってもよいし、円環状でなくてもよい。環状の光路の形状は、たとえば、第2の光導波路の部分が外側に突き出した環状の形状であってもよい。   In the optical gyro element of the present invention, the first and second laser beams propagating in opposite directions through the annular optical path formed by the first and second optical waveguides are excited. The shape of the annular optical path is not particularly limited as long as the first and second laser beams are excited. The annular optical path may be annular or may not be annular. The shape of the annular optical path may be, for example, an annular shape in which a portion of the second optical waveguide protrudes outward.

引き出し手段は、第1および第2のレーザ光の一部を環状の光路から引き出す。具体的には、引き出し手段は、第2の光導波路から第1および第2のレーザ光の一部を引き出す。引き出し手段は、第2の光導波路から第1および第2のレーザ光を引き出すための光結合器を含んでもよい。そのような引き出し手段の一例は、光結合器として機能する光導波路である。   The extraction means extracts a part of the first and second laser beams from the annular optical path. Specifically, the extraction unit extracts part of the first and second laser beams from the second optical waveguide. The extraction means may include an optical coupler for extracting the first and second laser beams from the second optical waveguide. An example of such a drawing means is an optical waveguide that functions as an optical coupler.

観測手段は、環状の光路から引き出された第1および第2のレーザ光の周波数差を観測する。観測手段は、第1および第2のレーザ光を観測するための少なくとも1つの受光素子を含む。観測手段の典型的な一例は、引き出し手段によって引き出された第1および第2のレーザ光を重ね合わせるための重ね合わせ手段と、重ね合わされた第1および第2のレーザ光を観測する受光素子とを含む。重ね合わせ手段には、光結合器を用いることができる。本発明の典型的な一例では、引き出し手段として機能する光導波路と、重ね合わせ手段として機能する光導波路とが第1の基板に形成される。1つの光導波路が、引き出し手段として機能する光導波路、および、重ね合わせ手段として機能する光導波路を兼ねてもよい。   The observation means observes the frequency difference between the first and second laser lights drawn out from the annular optical path. The observation means includes at least one light receiving element for observing the first and second laser beams. A typical example of the observation means is a superposition means for superimposing the first and second laser beams extracted by the extraction means, and a light receiving element for observing the superposed first and second laser lights. including. An optical coupler can be used as the superimposing means. In a typical example of the present invention, an optical waveguide that functions as a drawing unit and an optical waveguide that functions as an overlapping unit are formed on the first substrate. One optical waveguide may also serve as an optical waveguide that functions as a drawing unit and an optical waveguide that functions as a superimposing unit.

受光素子には、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いることができる。受光素子は、第1および第2の基板とは異なる基板に形成されることが好ましい。そして、受光素子が形成された基板と第1の基板とを突き合わせることによって、受光素子と、重ね合わされた第1および第2のレーザ光が伝播する光導波路とを結合させることが好ましい。光導波路との結合を容易にするため、受光素子には、導波路型のフォトダイオードを用いることが好ましい。その場合、フォトダイオードの端面において反射されたレーザ光が光導波路に戻らないように、フォトダイオードの導波路の端面を、光軸に対して数度だけ斜めにすることが好ましい。   A photodiode or a phototransistor can be used as the light receiving element. The light receiving element is preferably formed on a substrate different from the first and second substrates. Then, it is preferable that the light receiving element and the optical waveguide through which the first and second laser beams are propagated are coupled by abutting the substrate on which the light receiving element is formed with the first substrate. In order to facilitate coupling with the optical waveguide, it is preferable to use a waveguide type photodiode as the light receiving element. In that case, it is preferable that the end face of the waveguide of the photodiode is inclined by several degrees with respect to the optical axis so that the laser light reflected on the end face of the photodiode does not return to the optical waveguide.

観測手段の受光素子からは、第1および第2のレーザ光の周波数に関する情報を含む信号が出力される。この信号に基づいて、ジャイロの回転角速度が求められる。受光素子の出力信号は、たとえば、スペクトルアナライザに入力されて処理・解析される。   A signal including information on the frequencies of the first and second laser beams is output from the light receiving element of the observation means. Based on this signal, the rotational angular velocity of the gyro is determined. The output signal of the light receiving element is input to a spectrum analyzer, for example, and processed and analyzed.

実装基板の表面の形状に限定はなく、第1の基板および半導体光増幅器(および受光素子)を正確な位置に実装しやすい形状であればよい。実装基板の表面は、平坦であってもよいし、平坦でなくてもよい。表面が平坦な実装基板を用いることによって、第1の基板および半導体光増幅器の配置や交換が容易になる。同様に、受光素子の正確な配置が容易になる。   There is no limitation on the shape of the surface of the mounting substrate, as long as the first substrate and the semiconductor optical amplifier (and the light receiving element) can be easily mounted at accurate positions. The surface of the mounting substrate may or may not be flat. By using a mounting substrate having a flat surface, the arrangement and replacement of the first substrate and the semiconductor optical amplifier are facilitated. Similarly, accurate arrangement of the light receiving elements is facilitated.

本発明の効果が得られる限り、第2の光導波路の平面形状に限定はない。第2の光導波路の平面形状は、U字状であってもよい。また、第2の光導波路の平面形状は、円弧状であってもよい。   As long as the effects of the present invention can be obtained, the planar shape of the second optical waveguide is not limited. The planar shape of the second optical waveguide may be U-shaped. The planar shape of the second optical waveguide may be an arc shape.

本発明の光ジャイロ素子の一例では、観測手段が、引き出された第1および第2のレーザ光を重ね合わせるための少なくとも1つの光導波路(第3の光導波路)と、重ね合わされた第1および第2のレーザ光を観測する受光素子とを含む。この一例では、第3の光導波路(少なくとも1つの光導波路)が第1の基板に形成されており、受光素子が実装基板上に配置されている。第3の光導波路の一部は、引き出し手段として機能させることが可能である。   In an example of the optical gyro element of the present invention, the observation means includes at least one optical waveguide (third optical waveguide) for superimposing the extracted first and second laser beams, and the superimposed first and second optical waveguides. And a light receiving element for observing the second laser beam. In this example, the third optical waveguide (at least one optical waveguide) is formed on the first substrate, and the light receiving element is disposed on the mounting substrate. A part of the third optical waveguide can function as a drawing means.

なお、本発明の光ジャイロ素子では、必要に応じて、導波路型の光学素子や光学装置を光導波路の途中に配置してもよい。   In the optical gyro element of the present invention, a waveguide-type optical element or optical device may be disposed in the middle of the optical waveguide as necessary.

[光ジャイロ素子の製造方法]
以下、本発明の光ジャイロ素子を製造する方法について説明する。本発明の製造方法の個々の工程は、半導体装置の製造方法で用いられる一般的な方法を用いて実施できる。
[Optical Gyro Element Manufacturing Method]
Hereinafter, a method for manufacturing the optical gyro element of the present invention will be described. The individual steps of the manufacturing method of the present invention can be carried out using a general method used in a method for manufacturing a semiconductor device.

光ジャイロ素子の製造方法は、以下の工程(i)を含む。工程(i)では、第1の基板に形成された第1の光導波路と、半導体光増幅器の第2の光導波路とが結合して環状の光路を形成するように、第1の基板と半導体光増幅器とを実装基板上に配置する。通常、第1の基板を実装基板上に配置してから、半導体光増幅器を実装基板上に配置する。第1の基板、第1の光導波路、半導体光増幅器、および実装基板については上述したため、重複する説明は省略する。これらはそれぞれ、公知の方法で形成できる。   The method for manufacturing an optical gyro element includes the following step (i). In step (i), the first substrate and the semiconductor are formed such that the first optical waveguide formed on the first substrate and the second optical waveguide of the semiconductor optical amplifier are combined to form an annular optical path. An optical amplifier is disposed on the mounting substrate. Usually, after the first substrate is disposed on the mounting substrate, the semiconductor optical amplifier is disposed on the mounting substrate. Since the first substrate, the first optical waveguide, the semiconductor optical amplifier, and the mounting substrate have been described above, overlapping descriptions are omitted. Each of these can be formed by a known method.

なお、第1の光導波路の2つの端面は、第1の基板の1つの側面側に存在するため、それらの端面を覆う反射防止膜は一度に形成できる。第2の光導波路の2つの端面は、第2の基板の1つの側面側に存在するため、それらの端面を覆う反射防止膜は一度に形成できる。   Since the two end faces of the first optical waveguide are present on one side of the first substrate, an antireflection film that covers these end faces can be formed at a time. Since the two end faces of the second optical waveguide exist on one side of the second substrate, an antireflection film covering these end faces can be formed at a time.

光ジャイロ素子の製造方法は、受光素子を実装基板上に配置する工程を含んでもよい。この工程は、工程(i)の前、途中、または後に行うことができる。通常、第1の基板を実装基板上に配置してから、第1の基板および受光素子を実装基板上に配置する。受光素子については上述したため、重複する説明を省略する。受光素子は、環状の光路から引き出されて重ね合わされた第1および第2のレーザ光を受光できる位置に実装される。   The method for manufacturing the optical gyro element may include a step of arranging the light receiving element on the mounting substrate. This step can be performed before, during or after step (i). Usually, after arrange | positioning a 1st board | substrate on a mounting board | substrate, a 1st board | substrate and a light receiving element are arrange | positioned on a mounting board | substrate. Since the light receiving element has been described above, a duplicate description is omitted. The light receiving element is mounted at a position where it can receive the first and second laser light extracted from the annular optical path and superimposed.

第1の基板、半導体光増幅器、および受光素子は、それらの相対的な位置が所定の位置になるように、正確に配置される必要がある。これらの正確な配置には、半導体素子の実装技術で用いられる公知の方法を適用してもよい。たとえば、それぞれにアライメントマークを形成し、アライメントマークを用いて位置あわせをしてもよい。   The first substrate, the semiconductor optical amplifier, and the light receiving element need to be accurately arranged so that their relative positions become predetermined positions. A known method used in a semiconductor element mounting technique may be applied to these accurate arrangements. For example, an alignment mark may be formed for each, and alignment may be performed using the alignment mark.

[光ジャイロ素子の一例]
本発明の光ジャイロ素子の一例について、構成を図1に模式的に示す。
[Example of optical gyro element]
The configuration of an example of the optical gyro element of the present invention is schematically shown in FIG.

図1の光ジャイロ素子100は、実装基板70と、実装基板70上に実装された第1の基板10、半導体光増幅器40およびフォトダイオード31とを含む。第1の基板10には、第1の光導波路11と第3の光導波路13とが形成されている。また、半導体光増幅器40は、第2の光導波路22を含む。第1の光導波路11と第2の光導波路22とによって、環状の光路50が形成されている。   The optical gyro element 100 of FIG. 1 includes a mounting substrate 70, a first substrate 10 mounted on the mounting substrate 70, a semiconductor optical amplifier 40, and a photodiode 31. A first optical waveguide 11 and a third optical waveguide 13 are formed on the first substrate 10. The semiconductor optical amplifier 40 includes a second optical waveguide 22. An annular optical path 50 is formed by the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 22.

第1の光導波路11と第3の光導波路13とは、一部で接近している。この部分は、光結合器51として機能する。また、第3の光導波路13の一部と他の一部とは、互いの光軸が平行となるように近接している。この部分は、光結合器52として機能する。   The first optical waveguide 11 and the third optical waveguide 13 are close to each other. This part functions as the optical coupler 51. Further, a part of the third optical waveguide 13 and the other part are close to each other so that their optical axes are parallel to each other. This portion functions as the optical coupler 52.

光結合器51は、第1の光導波路11を進行するレーザ光が第3の光導波路13に伝播するように形成される。一例の光結合器では、第3の光導波路13のコア層の一部が、第1の光導波路11のコア層の一部の接線に、隣接して且つほぼ平行に配置される。このカップリング部分における、第1の光導波路11のコア層と第3の光導波路13のコア層との最短距離は、たとえば、発振波長の数倍程度か、あるいはそれ以下の距離に設定される。同様に、光結合器52も、第3の光導波路13の一部と第3の光導波路13の他の一部とが隣接して平行に配置されることによって形成される。この一例では、第3の光導波路13は、レーザ光の引き出し手段およびレーザ光の重ね合わせ手段として機能する。   The optical coupler 51 is formed so that the laser light traveling in the first optical waveguide 11 propagates to the third optical waveguide 13. In an example optical coupler, a part of the core layer of the third optical waveguide 13 is disposed adjacent to and substantially parallel to a tangent of a part of the core layer of the first optical waveguide 11. In this coupling portion, the shortest distance between the core layer of the first optical waveguide 11 and the core layer of the third optical waveguide 13 is set to a distance of about several times the oscillation wavelength or less, for example. . Similarly, the optical coupler 52 is also formed by arranging a part of the third optical waveguide 13 and another part of the third optical waveguide 13 adjacent to each other in parallel. In this example, the third optical waveguide 13 functions as a laser beam extraction unit and a laser beam superimposing unit.

図1の線IIa−IIaにおける断面図を図2(a)に示す。第1の基板10は、石英基板である。第1の基板10上には、Geドープのコア層14が形成されている。第1の基板10およびコア層14を覆うように、SiO2からなる上部クラッド層15が形成されている。コア層14の断面のサイズは、たとえば5μm角程度である。上部クラッド層15の厚さは、たとえば20μm程度である。 A sectional view taken along line IIa-IIa in FIG. 1 is shown in FIG. The first substrate 10 is a quartz substrate. A Ge-doped core layer 14 is formed on the first substrate 10. An upper cladding layer 15 made of SiO 2 is formed so as to cover the first substrate 10 and the core layer 14. The size of the cross section of the core layer 14 is, for example, about 5 μm square. The thickness of the upper cladding layer 15 is, for example, about 20 μm.

第1の基板10および上部クラッド層15のうち、コア層14に隣接する部分は光閉じ込め層として機能する。コア層14およびそれに隣接する光閉じ込め層は、第1の光導波路11を構成する。第3の光導波路13は、第1の光導波路11と同じ構造を有する。したがって、図1の線I−Iにおける断面図は、図2(a)に示す断面図と同じである。なお、この一例では第1の基板10の一部が光閉じ込め層である場合について示しているが、すべての光閉じ込め層が第1の基板上に形成されていてもよい。   Of the first substrate 10 and the upper cladding layer 15, a portion adjacent to the core layer 14 functions as an optical confinement layer. The core layer 14 and the optical confinement layer adjacent thereto constitute the first optical waveguide 11. The third optical waveguide 13 has the same structure as the first optical waveguide 11. Therefore, the cross-sectional view taken along line II in FIG. 1 is the same as the cross-sectional view shown in FIG. In this example, the case where a part of the first substrate 10 is a light confinement layer is shown, but all the light confinement layers may be formed on the first substrate.

第1の光導波路11の2つの端部が露出している側の端面を図2(b)に示す。第1の光導波路11の第1の端部11mと第2の端部11nとは、第1の基板10の1つの側面10s側に存在する。   FIG. 2B shows an end face on the side where the two ends of the first optical waveguide 11 are exposed. The first end portion 11 m and the second end portion 11 n of the first optical waveguide 11 exist on the side surface 10 s side of the first substrate 10.

半導体光増幅器40における第2の光導波路22の配置を図3に示す。第2の光導波路22の平面形状はU字状である。ただし、2つの端部およびその近傍の領域22aは、わずかに外側に拡がっている。これは、端面で反射した光が光導波路に戻らないようにするためである。   The arrangement of the second optical waveguide 22 in the semiconductor optical amplifier 40 is shown in FIG. The planar shape of the second optical waveguide 22 is U-shaped. However, the two end portions and the region 22a in the vicinity thereof slightly expand outward. This is to prevent light reflected by the end face from returning to the optical waveguide.

図3の線IVa−IVaにおける断面図を図4(a)に示す。図4(a)を参照して、半導体光増幅器40は、第2の基板20と、第2の基板20上に積層された、活性層41、p型クラッド層42、p型オーバークラッド層43、キャップ層44および上部電極45と、下部電極46とを含む。また、半導体光増幅器40は、第2の基板20上に積層されたp−InP層47と、n−InP層48とを含む。   A sectional view taken along line IVa-IVa in FIG. 3 is shown in FIG. Referring to FIG. 4A, a semiconductor optical amplifier 40 includes a second substrate 20 and an active layer 41, a p-type cladding layer 42, and a p-type over cladding layer 43 that are stacked on the second substrate 20. , Cap layer 44 and upper electrode 45, and lower electrode 46. Further, the semiconductor optical amplifier 40 includes a p-InP layer 47 and an n-InP layer 48 stacked on the second substrate 20.

第2の基板20はn−InP基板である。活性層41はGaInAsPからなる。p型クラッド層42はp−InPからなる。p型オーバークラッド層43はp−InPからなる。キャップ層44はp型GaInAsPからなる。上部電極45は、AuZnNi層とAu層との積層膜である。下部電極46は、AuGeNi層とAu層との積層膜である。   The second substrate 20 is an n-InP substrate. The active layer 41 is made of GaInAsP. The p-type cladding layer 42 is made of p-InP. The p-type overclad layer 43 is made of p-InP. The cap layer 44 is made of p-type GaInAsP. The upper electrode 45 is a laminated film of an AuZnNi layer and an Au layer. The lower electrode 46 is a laminated film of an AuGeNi layer and an Au layer.

活性層41の周囲の基板および層は、活性層41よりも屈折率が低い。そのため、基板および層のうち活性層41に隣接する部分は、光閉じ込め層として機能する。活性層41およびその周囲の光閉じ込め層によって、第2の光導波路22が構成される。活性層41には、上部電極45および下部電極46によって電流が注入される。p−InP層47およびn−InP層48が存在するため、電流は、活性層41に選択的に注入される。   The substrate and the layer around the active layer 41 have a refractive index lower than that of the active layer 41. Therefore, the part adjacent to the active layer 41 among the substrate and the layer functions as an optical confinement layer. The second optical waveguide 22 is constituted by the active layer 41 and the surrounding optical confinement layer. Current is injected into the active layer 41 by the upper electrode 45 and the lower electrode 46. Since the p-InP layer 47 and the n-InP layer 48 are present, current is selectively injected into the active layer 41.

なお、この一例では第2の光導波路22の全体が、光増幅領域である場合について示しているが、第2の光導波路22の一部は光増幅領域でなくてもよい。   In this example, the entire second optical waveguide 22 is shown as an optical amplification region. However, a part of the second optical waveguide 22 may not be an optical amplification region.

第2の基板20の側面のうち第2の光導波路22の2つの端面が露出している側面20sを、図4(b)に示す。第1の光導波路22の第1の端部22mと第2の端部22nとは、第2の基板20の1つの側面20s側に存在する。側面20sは、半導体光増幅器40を形成した基板をへき開することによって形成される。なお、第1の端部22mと第2の端部22nとを覆うように、反射防止膜(図示せず)が形成されている。   FIG. 4B shows the side surface 20s of the side surface of the second substrate 20 where the two end surfaces of the second optical waveguide 22 are exposed. The first end portion 22 m and the second end portion 22 n of the first optical waveguide 22 exist on the side surface 20 s side of the second substrate 20. The side surface 20s is formed by cleaving the substrate on which the semiconductor optical amplifier 40 is formed. An antireflection film (not shown) is formed so as to cover the first end 22m and the second end 22n.

光ジャイロ素子100では、第1の基板10の側面10sと第2の基板20の側面20sとが突き合わされる。これによって、第1の光導波路11の第1の端部11mと第2の光導波路22の第1の端部22mとが互いに突き合わされて結合している。また、第1の光導波路11の第2の端部11nと第2の光導波路22の第2の端部22nとが互いに突き合わされて結合している。第1の光導波路11と半導体光増幅器40とによって、1つのリングレーザが構成される。   In the optical gyro element 100, the side surface 10s of the first substrate 10 and the side surface 20s of the second substrate 20 face each other. As a result, the first end portion 11m of the first optical waveguide 11 and the first end portion 22m of the second optical waveguide 22 are brought into contact with each other and coupled. In addition, the second end portion 11n of the first optical waveguide 11 and the second end portion 22n of the second optical waveguide 22 are abutted and coupled to each other. The first optical waveguide 11 and the semiconductor optical amplifier 40 constitute one ring laser.

図5に、側面10sおよび側面20s近傍における、第1の光導波路11と第2の光導波路22の配置を模式的に示す。第1の光導波路11の2つの端部における光軸は、側面10sに垂直な方向に対して角度αだけ傾いている。また、第2の光導波路22の2つの端部における光軸は、側面20sに垂直な方向に対して、角度βだけ傾いている。角度αおよび角度βは、第1の光導波路11および第2の光導波路22の実効屈折率を考慮して決定される。第2の光導波路22の実効屈折率が第1の光導波路11の実効屈折率よりも大きい場合、α>βとなる。   FIG. 5 schematically shows the arrangement of the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 22 in the vicinity of the side surface 10s and the side surface 20s. The optical axes at the two ends of the first optical waveguide 11 are inclined by an angle α with respect to the direction perpendicular to the side surface 10s. Further, the optical axes at the two end portions of the second optical waveguide 22 are inclined by an angle β with respect to the direction perpendicular to the side surface 20s. The angles α and β are determined in consideration of the effective refractive indexes of the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 22. When the effective refractive index of the second optical waveguide 22 is larger than the effective refractive index of the first optical waveguide 11, α> β.

図6を参照して、光ジャイロ素子100の機能について説明する。半導体光増幅器40の活性層に電流が注入されると光が発生する。発生した光は、環状の光路50に沿って、時計回りおよび反時計回りに進行する。この光は、半導体光増幅器40において増幅される。活性層に注入される電流が閾値を超えると、光路50を時計回りに伝播する第1のレーザ光L1と、光路50を反時計回りに伝播する第2のレーザ光L2とが励起される。   The function of the optical gyro element 100 will be described with reference to FIG. When a current is injected into the active layer of the semiconductor optical amplifier 40, light is generated. The generated light travels clockwise and counterclockwise along the annular optical path 50. This light is amplified in the semiconductor optical amplifier 40. When the current injected into the active layer exceeds the threshold value, the first laser light L1 propagating clockwise in the optical path 50 and the second laser light L2 propagating counterclockwise in the optical path 50 are excited.

第1のレーザ光L1および第2のレーザ光L2の一部は、光結合器51において第3の光導波路13に伝播する。また、第3の光導波路13を進行する第1のレーザ光L1の一部は、光結合器52において、隣接する第3の光導波路13に伝播する。その結果、第1のレーザ光L1と第2のレーザ光L2とは、重ね合わされてフォトダイオード31に入射する。第1のレーザ光L1の周波数と第2のレーザ光L2の周波数との間に差が存在する場合、フォトダイオード31では両者の周波数差に基づくビート信号が検出される。   Part of the first laser light L 1 and the second laser light L 2 propagates to the third optical waveguide 13 in the optical coupler 51. In addition, a part of the first laser light L 1 traveling in the third optical waveguide 13 propagates to the adjacent third optical waveguide 13 in the optical coupler 52. As a result, the first laser beam L1 and the second laser beam L2 are superimposed and enter the photodiode 31. When there is a difference between the frequency of the first laser beam L1 and the frequency of the second laser beam L2, the photodiode 31 detects a beat signal based on the frequency difference between the two.

なお、第3の光導波路13を2つの光導波路で置き換えてもよい。そのような光ジャイロ素子の一例について、光導波路の配置を図7に示す。図7の光ジャイロ素子は、第1の基板10上に形成された光導波路71および72を含む。光導波路71の一部は、第1の光導波路11に近接している。光導波路71と第1の光導波路11とが近接している部分は、光結合器71aとして機能する。光導波路72の一部は、第1の光導波路11に近接している。光導波路72と第1の光導波路11とが近接している部分は、光結合器72aとして機能する。また、光導波路71の一部と光導波路72の一部とは、互いに平行になるように近接している。この部分は、光結合器71bとして機能する。光結合器71aにおいて、第1のレーザ光L1の一部が光導波路71に伝播する。また、光結合器72aにおいて、第2のレーザ光L2の一部が光導波路72に移行する。また、光結合器71bにおいて、第2のレーザ光L2の一部が光導波路71に移行する。その結果、第1のレーザ光L1と第2のレーザ光L2とが重ね合わされ、フォトダイオード31で受光される。   Note that the third optical waveguide 13 may be replaced with two optical waveguides. FIG. 7 shows an arrangement of optical waveguides for an example of such an optical gyro element. The optical gyro element shown in FIG. 7 includes optical waveguides 71 and 72 formed on the first substrate 10. A part of the optical waveguide 71 is close to the first optical waveguide 11. A portion where the optical waveguide 71 and the first optical waveguide 11 are close to each other functions as an optical coupler 71a. A part of the optical waveguide 72 is close to the first optical waveguide 11. A portion where the optical waveguide 72 and the first optical waveguide 11 are close to each other functions as an optical coupler 72a. Further, a part of the optical waveguide 71 and a part of the optical waveguide 72 are close to each other so as to be parallel to each other. This portion functions as the optical coupler 71b. In the optical coupler 71a, a part of the first laser light L1 propagates to the optical waveguide 71. In the optical coupler 72 a, part of the second laser light L <b> 2 moves to the optical waveguide 72. In the optical coupler 71 b, a part of the second laser light L <b> 2 moves to the optical waveguide 71. As a result, the first laser beam L1 and the second laser beam L2 are superimposed and received by the photodiode 31.

光ジャイロ素子100の製造方法の一例について、以下に説明する。光ジャイロ素子100では、半導体光増幅器40、第1の光導波路11、およびフォトダイオード31が、異なる基板に形成されている。したがって、これらのそれぞれを形成したのち、これらを実装基板上に正確に配置する必要がある。   An example of a method for manufacturing the optical gyro element 100 will be described below. In the optical gyro element 100, the semiconductor optical amplifier 40, the first optical waveguide 11, and the photodiode 31 are formed on different substrates. Therefore, after forming each of these, it is necessary to arrange them accurately on the mounting substrate.

まず、図8(a)に示すように、パッド電極81および82が形成された実装基板70を用意する。実装基板70は、半導体光増幅器40の材料と熱膨張係数が近く且つ熱伝導率が高い材料からなる基板であることが好ましい、実装基板70としては、たとえば、AlN基板、石英基板、シリコン基板などを用いることができる。   First, as shown in FIG. 8A, a mounting substrate 70 on which pad electrodes 81 and 82 are formed is prepared. The mounting substrate 70 is preferably a substrate made of a material having a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor optical amplifier 40. Examples of the mounting substrate 70 include an AlN substrate, a quartz substrate, and a silicon substrate. Can be used.

次に、第1および第3の光導波路11および13が形成された第1の基板10を形成する。図9に示すように、第1の基板10は、第1および第3の光導波路11および13を長めに形成したのちに、側面を線A−Aおよび線B−Bまで研磨することによって形成することが好ましい。このとき、半導体光増幅器40およびフォトダイオード31の位置合わせを行うためのアライメントマーク91および93を、上部クラッド層15の表面に形成しておく。また、半導体光増幅器40およびフォトダイオード31をそれぞれ形成する。   Next, the first substrate 10 on which the first and third optical waveguides 11 and 13 are formed is formed. As shown in FIG. 9, the first substrate 10 is formed by forming the first and third optical waveguides 11 and 13 longer and then polishing the side surfaces to the lines AA and BB. It is preferable to do. At this time, alignment marks 91 and 93 for aligning the semiconductor optical amplifier 40 and the photodiode 31 are formed on the surface of the upper clad layer 15. Also, the semiconductor optical amplifier 40 and the photodiode 31 are formed.

次に、図8(b)に示すように、第1および第3の光導波路11および13が形成された第1の基板10を、実装基板70上に接着する。第1の基板10は、たとえば、光学部品用のUV硬化型接着剤によって実装基板70に接着される。   Next, as shown in FIG. 8B, the first substrate 10 on which the first and third optical waveguides 11 and 13 are formed is bonded onto the mounting substrate 70. The first substrate 10 is bonded to the mounting substrate 70 with, for example, a UV curable adhesive for optical components.

次に、図8(c)に示すように、実装基板70上に、半導体光増幅器40を接着する。半導体光増幅器40は、第2の光導波路22の2つの端部と、第1の光導波路11の2つの端部とが光学的に結合するように、正確に位置決めして実装基板70上に接着される。このとき、実装基板70上のパッド電極81と、半導体光増幅器40の下部電極46とを接続する。たとえば、金−錫の接合技術を用いて、半導体光増幅器40を実装基板70上に実装する。   Next, as shown in FIG. 8C, the semiconductor optical amplifier 40 is bonded onto the mounting substrate 70. The semiconductor optical amplifier 40 is positioned accurately on the mounting substrate 70 so that the two ends of the second optical waveguide 22 and the two ends of the first optical waveguide 11 are optically coupled. Glued. At this time, the pad electrode 81 on the mounting substrate 70 and the lower electrode 46 of the semiconductor optical amplifier 40 are connected. For example, the semiconductor optical amplifier 40 is mounted on the mounting substrate 70 using a gold-tin bonding technique.

半導体光増幅器40を正確に位置決めして実装するために、アライメントマークを用いる。具体的には、図10に示すように、第1の基板10上の上部クラッド層15の表面にアライメントマーク91を形成し、半導体光増幅器40の上部電極45の表面にアライメントマーク92を形成する。そして、それらのアライメントマークが一致するように半導体光増幅器40を配置することによって、水平方向に正確に半導体光増幅器を実装することが可能である。なお、垂直方向の正確な配置は、パッド電極の厚さ、基板の厚さ、光導波路を構成する各層の厚さなどを調整することによって行うことができる。   An alignment mark is used to accurately position and mount the semiconductor optical amplifier 40. Specifically, as shown in FIG. 10, an alignment mark 91 is formed on the surface of the upper cladding layer 15 on the first substrate 10, and an alignment mark 92 is formed on the surface of the upper electrode 45 of the semiconductor optical amplifier 40. . By arranging the semiconductor optical amplifier 40 so that the alignment marks coincide with each other, the semiconductor optical amplifier can be accurately mounted in the horizontal direction. In addition, accurate vertical arrangement can be performed by adjusting the thickness of the pad electrode, the thickness of the substrate, the thickness of each layer constituting the optical waveguide, and the like.

次に、図8(d)に示すように、フォトダイオード31を実装基板70上に実装する。フォトダイオード31は、パッド電極82とフォトダイオード31の下部電極とが接続されるように実装される。フォトダイオード31は、第3の光導波路13から出射されるレーザ光を受光できるように、正確に位置決めして実装される。フォトダイオード31も、アライメントマークを用いて位置決めされる。具体的には、図10に示すように、上部クラッド層15の表面にアライメントマーク93を形成し、フォトダイオード31の表面にアライメントマーク94を形成する。そして、それらのアライメントマークが一致するようにフォトダイオード31を配置することによって、水平方向に正確にフォトダイオード31を実装することが可能である。なお、垂直方向の正確な配置は、パッド電極の厚さ、基板の厚さ、光導波路およびフォトダイオードを構成する各層の厚さなどを調整することによって行うことができる。   Next, as illustrated in FIG. 8D, the photodiode 31 is mounted on the mounting substrate 70. The photodiode 31 is mounted so that the pad electrode 82 and the lower electrode of the photodiode 31 are connected. The photodiode 31 is mounted with accurate positioning so that the laser beam emitted from the third optical waveguide 13 can be received. The photodiode 31 is also positioned using the alignment mark. Specifically, as shown in FIG. 10, an alignment mark 93 is formed on the surface of the upper cladding layer 15, and an alignment mark 94 is formed on the surface of the photodiode 31. Then, by arranging the photodiodes 31 so that the alignment marks coincide with each other, the photodiodes 31 can be mounted accurately in the horizontal direction. Note that accurate vertical arrangement can be performed by adjusting the thickness of the pad electrode, the thickness of the substrate, the thickness of each layer constituting the optical waveguide and the photodiode, and the like.

本発明は、光ジャイロに適用できる。本発明の光ジャイロ素子は、物体の回転の検出が必要な様々な電子機器に適用できる。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、本発明の光ジャイロ素子は、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小型で消費電力が低い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 present invention can be applied to an optical gyro. The optical gyro element of the present invention can be applied to various electronic devices that require detection of 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 optical gyro element 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 takes advantage of the small size and low power consumption, and can be used for a portable information terminal such as a mobile phone and a small personal computer, a toy, a camera, and the like.

本発明の光ジャイロ素子について、一例の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of an example about the optical gyro element of this invention. (a)第1の光導波路の断面図、および(b)第1の光導波路の端部が露出している第1の基板の側面を示す図である。(A) Sectional drawing of 1st optical waveguide, (b) It is a figure which shows the side surface of the 1st board | substrate which the edge part of the 1st optical waveguide has exposed. 半導体光増幅器に含まれる第2の光導波路の配置を示す上面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the 2nd optical waveguide contained in a semiconductor optical amplifier. (a)半導体光増幅器の一部断面図、および(b)第2の光導波路の端部が露出している第2の基板の側面を示す図である。(A) Partial sectional view of a semiconductor optical amplifier, and (b) A side view of a second substrate where an end of a second optical waveguide is exposed. 第1の光導波路と第2の光導波路との結合の状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state of the coupling | bonding of a 1st optical waveguide and a 2nd optical waveguide. 本発明の光ジャイロ素子の機能を示す図である。It is a figure which shows the function of the optical gyro element of this invention. 本発明の光ジャイロ素子の他の一例について、一例の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of an example about another example of the optical gyro element of this invention. 本発明の光ジャイロ素子の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the optical gyro element of this invention. 第1の基板上に光導波路を形成する方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the method of forming an optical waveguide on the 1st board | substrate. 半導体光増幅器およびフォトダイオードの配置の方法の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the method of arrangement | positioning of a semiconductor optical amplifier and a photodiode.

符号の説明Explanation of symbols

100 光ジャイロ素子
10 第1の基板
10s 第1の基板の側面
11 第1の光導波路
11m 第1の光導波路の第1の端部
11n 第1の光導波路の第2の端部
13 第3の光導波路
14 コア層
15 上部クラッド層
20 第2の基板
22 第2の光導波路
22m 第2の光導波路の第1の端部
22n 第2の光導波路の第2の端部
20s 第2の基板の側面
31 フォトダイオード(観測手段)
40 半導体光増幅器
50 環状の光路
51 光結合器(引き出し手段)
52 光結合器(重ね合わせ手段:観測手段)
70 実装基板
71、72 光導波路(第3の光導波路)
91、92、93、94 アライメントマーク
L1、L2 レーザ光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical gyro element 10 1st board | substrate 10s Side surface of 1st board | substrate 11 1st optical waveguide 11m 1st edge part of 1st optical waveguide 11n 2nd edge part of 1st optical waveguide 13 3rd Optical waveguide 14 Core layer 15 Upper cladding layer 20 Second substrate 22 Second optical waveguide 22m First end 22n of second optical waveguide 22n Second end 20s of second optical waveguide 20s of second substrate Side 31 Photodiode (observation means)
40 Semiconductor optical amplifier 50 Annular optical path 51 Optical coupler (drawing means)
52 Optical coupler (superposition means: observation means)
70 mounting substrate 71, 72 optical waveguide (third optical waveguide)
91, 92, 93, 94 Alignment mark L1, L2 Laser light

Claims (3)

環状の光路を互いに逆方向に伝播する第1および第2のレーザ光の周波数差から回転角速度を求める光ジャイロ素子であって、
第1の基板に形成された第1の光導波路と、第2の基板に形成された半導体光増幅器と、前記第1および第2のレーザ光の一部を前記環状の光路から引き出す引き出し手段と、引き出された前記第1および第2のレーザ光の周波数差を観測する観測手段と、実装基板とを備え、
前記半導体光増幅器は、少なくとも一部が光増幅領域である第2の光導波路を含み、
前記第1の光導波路の第1および第2の端部が、前記第1の基板の1つの側面側に存在し、
前記第2の光導波路の第1および第2の端部が、前記第2の基板の1つの側面側に存在し、
前記第1の光導波路の前記第1の端部と前記第2の光導波路の前記第1の端部とが結合され、且つ、前記第1の光導波路の前記第2の端部と前記第2の光導波路の前記第2の端部とが結合されるように、前記第1の基板および前記半導体光増幅器が前記実装基板上に配置されており、
前記第1の光導波路と前記第2の光導波路とによって前記環状の光路が形成されている、光ジャイロ素子。
An optical gyro element for obtaining a rotational angular velocity from a frequency difference between first and second laser beams propagating in opposite directions along an annular optical path,
A first optical waveguide formed on the first substrate; a semiconductor optical amplifier formed on the second substrate; and a drawing means for extracting a part of the first and second laser beams from the annular optical path; An observation means for observing a frequency difference between the extracted first and second laser beams, and a mounting substrate,
The semiconductor optical amplifier includes a second optical waveguide, at least a part of which is an optical amplification region,
The first and second ends of the first optical waveguide are present on one side of the first substrate;
The first and second ends of the second optical waveguide are on one side of the second substrate;
The first end of the first optical waveguide and the first end of the second optical waveguide are coupled, and the second end of the first optical waveguide and the first end The first substrate and the semiconductor optical amplifier are arranged on the mounting substrate such that the second end of the second optical waveguide is coupled to the second optical waveguide;
An optical gyro element in which the annular optical path is formed by the first optical waveguide and the second optical waveguide.
前記実装基板の表面が平坦である請求項1に記載の光ジャイロ素子。   The optical gyro element according to claim 1, wherein a surface of the mounting substrate is flat. 前記観測手段は、引き出された前記第1および第2のレーザ光を重ね合わせるための少なくとも1つの光導波路と、重ね合わされた前記第1および第2のレーザ光を観測する受光素子とを含み、
前記少なくとも1つの光導波路が前記第1の基板に形成されており、
前記受光素子が前記実装基板上に配置されている請求項1に記載の光ジャイロ素子。
The observation means includes at least one optical waveguide for superimposing the extracted first and second laser beams, and a light receiving element for observing the superimposed first and second laser beams,
The at least one optical waveguide is formed on the first substrate;
The optical gyro element according to claim 1, wherein the light receiving element is disposed on the mounting substrate.
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