JP3221576B2 - 半導体レーザジャイロ - Google Patents
半導体レーザジャイロInfo
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Description
に関し、特に半導体基板上に集積された小型、高精度で
安価な半導体レーザジャイロに関するものである。
ためのジャイロとしては、回転子をもつ機械的ジャイロ
や光ファイバを用いた光ファイバジャイロが知られてい
る。特に光ファイバジャイロは、軽量化が図れる利点を
有するため精力的に開発が進められている。
基本的にはレーザ光源1、ハーフミラー2、ファイバリ
ング干渉計3、光検出器4より構成される。レーザ光源
1より出射されたレーザ光5は、ハーフミラー2におい
て2方向に分岐され、ファイバリング干渉計3の相対す
る2方向から入射される。ファイバリング干渉計3を時
計回転方向、及び反時計回転方向に伝搬したレーザ光
は、ファイバリング干渉計3より出射された後、再びハ
ーフミラー2により加え合わされて光検出器4の位置で
干渉させられる。この時、ファイバリング干渉計3が回
転運動をうけると、ファイバリング内を時計回転方向、
及び反時計回転方向に伝搬するそれぞれのレーザ光は、
サグナック効果により伝搬後に位相差を生じる。この位
相差は、干渉フリンジ6のシフト量Zとなってあらわ
れ、回転運動の角速度が大きくなると位相差が増加し、
シフト量Zの増加となって測定される。実際には干渉面
に配置した光検出器4から出力される信号の強度変化に
よりシフト量を算出し、この光ファイバジャイロを取付
けた物体の移動を検知することができる。
た従来の光ファイバジャイロにおいてはレーザ光源、ハ
ーフミラー、光ファイバ、光検出器といった光学部品
を、高い位置精度でもって配置することが要求され、装
置としては大型で高価なものとなっていた。また、経時
変化による光学部品の位置精度劣化が問題となってい
た。
変化による光学部品の位置精度劣化を低減した半導体レ
ーザジャイロを提供することにある。さらには、小型で
高精度な半導体レーザジャイロを提供することを目的と
する。
達成するために、請求項1では、移動する物体の角速度
を検出するための半導体レーザジャイロであって、リン
グ形状の共振器構造をなす四角形状の半導体利得導波路
と、前記半導体利得導波路の四隅に設けられ且つ導波光
に交差して反射鏡として作用する面と、前記半導体利得
導波路内にキャリアを注入するキャリア注入手段と、前
記半導体利得導波路内を時計回転方向、及び反時計回転
方向に伝搬する光の一部をそれぞれ出力するため、前記
面のうちの隣り合う2箇所の面の一部の領域を反射角が
前記半導体利得導波路を伝搬する光の光軸に対して全反
射角以下の角度を有する面とした部分透過鏡として作用
させる光出力手段とを具備し、前記光出力手段から出射
された前記時計回転方向、及び反時計回転方向に伝搬す
る光が重なり合う位置に、受光強度に対応した電気信号
を出力する光検出器を設けた半導体レーザジャイロを提
案する。
体レーザジャイロにおいて、前記リング形状の半導体利
得導波路、キャリア注入手段、光出力手段、及び光検出
器が同一の半導体基板上に形成されてなる半導体レーザ
ジャイロを提案する。
器構造をなす四角形状に構成された半導体利得導波路内
に、キャリア注入手段によりキャリアが注入される。こ
れにより、前記半導体利得導波路内にレーザ発振が生
じ、前記半導体利得導波路の四隅に設けられた導波光に
交差し反射鏡として作用する面に反射されながら前記半
導体利得導波路内の時計回転方向及び反時計回転方向に
レーザ光が伝搬する。これにより、従来の光ファイバジ
ャイロにおける光源とリング干渉計とを一体構造とした
半導体リング共振器レーザが構成される。さらに、前記
半導体利得導波路に形成された前記面のうちの隣り合う
2箇所の面に設けられた部分透過鏡を介して、前記半導
体利得導波路内を時計回転方向及び反時計回転方向に伝
搬するレーザ光のそれぞれの一部が出力光として取り出
される。これらの出力光は、光検出器が構成された位置
において干渉し、この干渉光の強度に対応した電気信号
が前記光検出器によって出力される。
の半導体利得導波路、キャリア注入手段、光出力手段、
及び光検出器が同一の半導体基板上に形成される。
明する。図1は本発明の一実施例の構成を示す平面図、
図3は一実施例における部分透過鏡の構成を示す斜視図
である。図において、10はpn接合を有する半導体基
板で、この半導体基板10上には幅4μm、一辺の長さ
600μmの四角形状の半導体利得導波路(以下、利得
導波路と称する)11が構成されている。この利得導波
路11はリング共振器の機能を有し、その四隅には、交
差する導波路の光軸に対し45度の角度をもつ面12が
形成されており、利得導波路11の基部がpn接合下1
μmになるまで反応性イオンビームエッチングで加工す
ることにより、この面12を反射鏡として作用させてい
る。
四隅のうちの隣合う2箇所の面(反射鏡)12の一部の
領域には、その反射角が利得導波路11内を伝搬する光
の光軸に対して全反射角以下の角度を有するような面1
3、及び面14が光出力面として設けられている。この
様な構造とすることにより、面13、14を有する面1
2によって構成される反射鏡を部分透過鏡として動作さ
せている。即ち、光出力面13は利得導波路11内を時
計回転方向に伝搬する光15の一部を出力光18として
出射し、光出力面14は利得導波路11内を反時計回転
方向に伝搬する光16の一部を出力光19として出射す
る。
ぞれから出射された光18,19は半導体基板10上に
設けらた光吸収領域(光検出器)17の位置において重
ね合わされる。この光吸収領域17は利得導波路11と
同一組成の材料からなっている。さらに、利得導波路1
1と光吸収領域17にはそれぞれ独立した電極22,2
3が設けられており、この電極22を介して利得導波路
11へ電流を流すことにより利得導波路11内にキャリ
アを注入し、利得導波路11内でレーザ発振を生じさせ
る。また、光吸収領域17に電極23を設けることによ
り、周知の光検出器が構成され、前述した2箇所の光出
力面13,14から出射された光の干渉光強度を電気信
号としてモニタすることができる。
波路11に電流を流した状態で、いろいろな角速度で半
導体基板10を回転させたところ、光吸収領域17に流
れる電流はそれらの回転角速度に対応した周波数を示し
た。これは、利得導波路11によって構成されるリング
共振器内を時計回転方向、及び反時計回転方向に伝搬す
るレーザ光が、素子の回転によりサグナック効果を受け
たことでレーザ発振周波数シフトを生じ、これらのレー
ザ光の干渉によるビート周波数が光吸収領域17の光電
流の周波数となって測定されているからである。
の光路長L、光路の囲む面積をA、光の波長をλ、リン
グ面の法線と回転軸のなす角度をΦ、回転角速度をωと
すると、fr=4AωcosΦ/λLで与えられる。前
述した素子においては、一辺の長さ600μm、レーザ
の発振波長1.0 μmであり、Φ=0度の状態で回転させ
た際にfr=360KHzを観測しており、このことか
ら回転角速度ω=600sec-1であることがわかる。
形状の利得導波路11内にレーザ発振が生じ、利得導波
路11内の時計回転方向及び反時計回転方向にレーザ光
を伝搬させることができ、従来の光ファイバジャイロに
おける光源とリング干渉計とを一体構造とすることがで
きるので、従来における光源とリング干渉計の高精度な
位置合わせ作業の手間を省くことができると共に、経時
変化による光学部品の位置精度劣化をなくすことができ
る。さらに、従来例における各光学部品を利得導波路1
1及び光吸収領域17として同一の半導体基板10上に
一体に形成したので、小型、且つ高精度なジャイロを構
成することができると共に、安価にて供給することがで
きる。
接合を設けて電流を流し、利得導波路11内にキャリア
を注入してレーザ発振させているが、これに限定される
ことはなく、利得導波路11の外部から利得導波路11
に光を照射してキャリアを注入し、レーザ発振させても
良い。
ら出射された光は空間を伝搬した後、光検知器17の位
置で重ね合わせられているが、光出力面13,14のそ
れぞれと光検知器17の間に光導波路を形成し、光出力
面13,14のそれぞれからの出力光18,19を光導
波路内を伝搬させて光検知器17に入射させる構造とす
ることも可能である。
7を利得導波路11の外部に設けたが、相反する方向に
伝搬するレーザ光は利得導波路11内においても干渉を
生じている。従って、光検出器を利得導波路11内に設
けること、即ちリング形状利得導波路11の一部の領域
をその他の領域から電気的に分離した構造とすることで
上記のビート周波数を検知することも可能である。
れば、従来の光ファイバジャイロにおける光源とリング
干渉計とを一体構造とすることができるので、従来にお
ける光源とリング干渉計の高精度な位置合わせ作業の手
間を省くことができると共に、経時変化による光学部品
の位置精度劣化をなくすことができる。さらに、簡単な
構成により容易に前記半導体利得導波路から出力光を取
り出すことができるという非常に優れた効果を奏するも
のである。
えて、従来例における各光学部品が同一の半導体基板上
に一体に形成されるため、集積化が可能であると共に、
各光学部品の位置精度を厳密に設定することができるの
で、小型、且つ高精度なジャイロを構成することができ
ると共に、安価にて供給することができる。
リング共振器を用いた半導体レーザジャイロの構成を示
す平面図
示す斜視図
渉計、4…光検知器、5…レーザ光、6…干渉フリン
ジ、10…半導体基板、11…リング形状半導体利得導
波路、12…反射鏡、13,14…光出力面、15…時
計回転方向に伝搬するレーザ光、16…反時計回転方向
に伝搬するレーザ光、17…光吸収領域、18,19…
出力光、22,23…電極。
Claims (2)
- 【請求項1】 移動する物体の角速度を検出するための
半導体レーザジャイロであって、 リング形状の共振器構造をなす四角形状の半導体利得導
波路と、 前記半導体利得導波路の四隅に設けられ且つ導波光に交
差して反射鏡として作用する面と、 前記半導体利得導波路内にキャリアを注入するキャリア
注入手段と、 前記半導体利得導波路内を時計回転方向、及び反時計回
転方向に伝搬する光の一部をそれぞれ出力するため、前
記面のうちの隣り合う2箇所の面の一部の領域を反射角
が前記半導体利得導波路を伝搬する光の光軸に対して全
反射角以下の角度を有する面とした部分透過鏡として作
用させる光出力手段とを具備し、 前記光出力手段から出射された前記時計回転方向、及び
反時計回転方向に伝搬する光が重なり合う位置に、受光
強度に対応した電気信号を出力する光検出器を設けた、 ことを特徴とする半導体レーザジャイロ。 - 【請求項2】 前記リング形状の半導体利得導波路、キ
ャリア注入手段、光出力手段、及び光検出器が同一の半
導体基板上に形成されてなることを特徴とする請求項1
記載の半導体レーザジャイロ。
Priority Applications (1)
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JP08408892A JP3221576B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 半導体レーザジャイロ |
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