JP3531917B2 - リングレーザー - Google Patents
リングレーザーInfo
- Publication number
- JP3531917B2 JP3531917B2 JP2000211852A JP2000211852A JP3531917B2 JP 3531917 B2 JP3531917 B2 JP 3531917B2 JP 2000211852 A JP2000211852 A JP 2000211852A JP 2000211852 A JP2000211852 A JP 2000211852A JP 3531917 B2 JP3531917 B2 JP 3531917B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- laser light
- ring
- frequency
- oscillation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/66—Ring laser gyrometers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1071—Ring-lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/083—Ring lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、レーザーに関し、
特に回転を検出する光ジャイロとしてのリングレーザー
に関する。
特に回転を検出する光ジャイロとしてのリングレーザー
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジャイロは、移動する物体の角速度を検
出するためのセンサである。そして、航空機やロボット
の姿勢制御、カーナビゲーションでの位置検出、車の横
滑り検知や、銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメ
ラの手ぶれ防止などに用いることができる。
出するためのセンサである。そして、航空機やロボット
の姿勢制御、カーナビゲーションでの位置検出、車の横
滑り検知や、銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメ
ラの手ぶれ防止などに用いることができる。
【０００３】ジャイロとしては、回転子や振動子をもつ
機械的なジャイロや、光ジャイロが知られている。特に
光ジャイロは、瞬間起動が可能でダイナミックレンジが
広いため、ジャイロ技術分野に革新をもたらしつつあ
る。光ジャイロには、リングレーザー型ジャイロ、光フ
ァイバージャイロ、受動型リング共振器ジャイロなどが
ある。このうち、最も早く開発に着手されたのが、気体
レーザーを用いたリングレーザー型ジャイロであり、す
でに航空機などで実用化されている。最近では、小型で
高精度なリングレーザー型ジャイロとして、半導体基板
上に集積化された半導体レーザージャイロも提案されて
いる。この公知文献としては、例えば特開平５―２８８
５５６号公報がある。このように、リングレーザーは、
ジャイロへの応用を考える上で、重要なレーザーであ
る。そして、ジャイロとして、信号雑音比を大きくする
ためには、発振モード数をなるべく少なくすることが望
ましい。もっとも望ましいのは、時計回り、反時計回り
につき、それぞれ単一モードとすることである。
機械的なジャイロや、光ジャイロが知られている。特に
光ジャイロは、瞬間起動が可能でダイナミックレンジが
広いため、ジャイロ技術分野に革新をもたらしつつあ
る。光ジャイロには、リングレーザー型ジャイロ、光フ
ァイバージャイロ、受動型リング共振器ジャイロなどが
ある。このうち、最も早く開発に着手されたのが、気体
レーザーを用いたリングレーザー型ジャイロであり、す
でに航空機などで実用化されている。最近では、小型で
高精度なリングレーザー型ジャイロとして、半導体基板
上に集積化された半導体レーザージャイロも提案されて
いる。この公知文献としては、例えば特開平５―２８８
５５６号公報がある。このように、リングレーザーは、
ジャイロへの応用を考える上で、重要なレーザーであ
る。そして、ジャイロとして、信号雑音比を大きくする
ためには、発振モード数をなるべく少なくすることが望
ましい。もっとも望ましいのは、時計回り、反時計回り
につき、それぞれ単一モードとすることである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リングレーザー型ジャイロでは、発振モード数を制限す
ることに関して、あまり検討されてこなかった。特に半
導体レーザーの場合、利得帯域が１０ｎｍ程度と大きい
ため、この帯域の中にある共振モードは、発振しうる。
つまり、半導体リングレーザーは、多モード発振しやす
い。発振モード数を制限するには、利得帯域内に存在す
る共振モードの数を減らせばよいが、ファブリペロー共
振器や回折格子などの共振型の光フィルターを用いるこ
とはできない。これは、共振型の光フィルターを用いる
と、進行波と後退波が結合し、お互いに反対方向に周回
しているレーザー光の結合が強くなり、この結果、一方
のモードの発振が抑制されるためである。この現象は、
ロックインとして知られており、特に回転数が小さいと
きなど、お互いに反対方向に周回しているレーザー光の
発振周波数の差が小さい時に問題となる。このため、進
行波と後退波が結合しない状態で、発振モード数を制限
することのできるリングレーザーが望まれていた。
リングレーザー型ジャイロでは、発振モード数を制限す
ることに関して、あまり検討されてこなかった。特に半
導体レーザーの場合、利得帯域が１０ｎｍ程度と大きい
ため、この帯域の中にある共振モードは、発振しうる。
つまり、半導体リングレーザーは、多モード発振しやす
い。発振モード数を制限するには、利得帯域内に存在す
る共振モードの数を減らせばよいが、ファブリペロー共
振器や回折格子などの共振型の光フィルターを用いるこ
とはできない。これは、共振型の光フィルターを用いる
と、進行波と後退波が結合し、お互いに反対方向に周回
しているレーザー光の結合が強くなり、この結果、一方
のモードの発振が抑制されるためである。この現象は、
ロックインとして知られており、特に回転数が小さいと
きなど、お互いに反対方向に周回しているレーザー光の
発振周波数の差が小さい時に問題となる。このため、進
行波と後退波が結合しない状態で、発振モード数を制限
することのできるリングレーザーが望まれていた。
【０００５】そこで、本発明の目的は、ロックインが生
じない方法で発振モード数を制限することのできる、リ
ングレーザーおよびリングレーザー型ジャイロを提供す
るものである。このように発振モード数を制限した上
で、さらに、ディザなどの機械的な機構がなくても、回
転方向および回転速度の検出を精度よく安定に行うこと
ができる、リングレーザー型ジャイロを提供するもので
ある。
じない方法で発振モード数を制限することのできる、リ
ングレーザーおよびリングレーザー型ジャイロを提供す
るものである。このように発振モード数を制限した上
で、さらに、ディザなどの機械的な機構がなくても、回
転方向および回転速度の検出を精度よく安定に行うこと
ができる、リングレーザー型ジャイロを提供するもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本出願に係る第１の発明のリングレーザーは、光路
長の異なる複数のリング共振器を有し、前記複数のリン
グ共振器のうち少なくとも一部が光学的に結合し、前記
リング共振器内を伝搬するレーザー光の周回方向が、前
記結合によって反転しないリングレーザーであって、前
記複数のリング共振器の少なくとも一部に、互いに反対
の周回方向に伝搬するレーザー光に対して損失差を与え
る部分として非対称な形状をもつテーパー状の光導波路
を備えている。
め、本出願に係る第１の発明のリングレーザーは、光路
長の異なる複数のリング共振器を有し、前記複数のリン
グ共振器のうち少なくとも一部が光学的に結合し、前記
リング共振器内を伝搬するレーザー光の周回方向が、前
記結合によって反転しないリングレーザーであって、前
記複数のリング共振器の少なくとも一部に、互いに反対
の周回方向に伝搬するレーザー光に対して損失差を与え
る部分として非対称な形状をもつテーパー状の光導波路
を備えている。
【０００７】又、本出願に係る第２の発明のリングレー
ザーは、第１の発明において、前記リング共振器の各々
の内部において、発振周波数の異なるレーザー光が共存
する。
ザーは、第１の発明において、前記リング共振器の各々
の内部において、発振周波数の異なるレーザー光が共存
する。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【００３６】図１は、共振モードがどのようにして決ま
るかを説明する為のリング共振器型レーザーの平面図で
ある。内側の経路（１周の長さｄ３）と外側の経路（１
周の長さｄ４ ＞ ｄ３）が、点Ａおよび点Ｂで接続さ
れている。なお、図１では、素子への注入電流をなるべ
く小さくするために、レーザー光がなるべく共通の経路
を伝搬するように、内側の経路と外側の経路とが２個所
で光学的に結合するようにしている。
るかを説明する為のリング共振器型レーザーの平面図で
ある。内側の経路（１周の長さｄ３）と外側の経路（１
周の長さｄ４ ＞ ｄ３）が、点Ａおよび点Ｂで接続さ
れている。なお、図１では、素子への注入電流をなるべ
く小さくするために、レーザー光がなるべく共通の経路
を伝搬するように、内側の経路と外側の経路とが２個所
で光学的に結合するようにしている。
【００３７】経路の等価屈折率をｎeffとすると、内側
の経路に対する共振波長λ３と、外側の経路に対する共
振波長λ４は、それぞれλ３＝ ｎeff ｄ３／ｍ３、
λ４＝ ｎeff ｄ４／ｍ４と表される。ここで、
ｍ３、ｍ４は、それぞれ正の整数である。等価屈折率ｎ
effが３・２のとき、ｄ３＝６００μｍ、ｄ４＝６６０
μｍに対する共振特性をそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に
示す。
の経路に対する共振波長λ３と、外側の経路に対する共
振波長λ４は、それぞれλ３＝ ｎeff ｄ３／ｍ３、
λ４＝ ｎeff ｄ４／ｍ４と表される。ここで、
ｍ３、ｍ４は、それぞれ正の整数である。等価屈折率ｎ
effが３・２のとき、ｄ３＝６００μｍ、ｄ４＝６６０
μｍに対する共振特性をそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に
示す。
【００３８】図２（ａ）、（ｂ）において、横軸は波
長、縦軸はリング共振器のパワー透過率である。この図
から、複数の透過率の等しい共振ピークが存在し、かつ
図２（ａ）、（ｂ）で共振モードの間隔がわずかにずれ
ていることがわかる。
長、縦軸はリング共振器のパワー透過率である。この図
から、複数の透過率の等しい共振ピークが存在し、かつ
図２（ａ）、（ｂ）で共振モードの間隔がわずかにずれ
ていることがわかる。
【００３９】内側の経路（１周の長さｄ３）と外側の経
路（１周の長さｄ４ ＞ ｄ３）が、少なくとも１個所
で光学的に結合している場合、このリング共振器は、複
合共振器となる。そして、この複合共振器の共振モード
は、図２（ａ）、（ｂ）において、共振波長が重なった
ところで決定される。この結果を図２（ｃ）に示す。
路（１周の長さｄ４ ＞ ｄ３）が、少なくとも１個所
で光学的に結合している場合、このリング共振器は、複
合共振器となる。そして、この複合共振器の共振モード
は、図２（ａ）、（ｂ）において、共振波長が重なった
ところで決定される。この結果を図２（ｃ）に示す。
【００４０】図２（ｃ）からわかるように、共振モード
の数が、図２（ａ）、（ｂ）に比べて格段に減ってい
る。しかも、透過率の大きい主モードと、透過率の小さ
い副モードとが現れている。なお、図１では、内側の経
路と外側の経路とが２箇所で光学的に結合しているが、
リング共振器が複合共振器となるためには、内側の経路
と外側の経路が、少なくとも１箇所で光学的に結合して
いればよいことは、言うまでもない。
の数が、図２（ａ）、（ｂ）に比べて格段に減ってい
る。しかも、透過率の大きい主モードと、透過率の小さ
い副モードとが現れている。なお、図１では、内側の経
路と外側の経路とが２箇所で光学的に結合しているが、
リング共振器が複合共振器となるためには、内側の経路
と外側の経路が、少なくとも１箇所で光学的に結合して
いればよいことは、言うまでもない。
【００４１】さて、発振モードは、利得スペクトルの利
得帯域内に存在する共振モードで決まる。
得帯域内に存在する共振モードで決まる。
【００４２】図３（ａ）に、内側の経路だけでリング共
振器を構成した場合の発振スペクトルを、図３（ｂ）に
複合共振器における発振スペクトルを示す。図３（ａ）
のように単一の経路だけをもつリングレーザーでは、多
モード発振しやすいのに対して、図３（ｂ）のような複
合共振器では副モードが充分抑制され、縦モードが単一
となっていることがわかる。なお、この例では、光路長
の異なる２つの経路を用いて複合共振器を構成したが、
複合共振器を構成する経路の数が３つ以上でもよいこと
は、言うまでもない。
振器を構成した場合の発振スペクトルを、図３（ｂ）に
複合共振器における発振スペクトルを示す。図３（ａ）
のように単一の経路だけをもつリングレーザーでは、多
モード発振しやすいのに対して、図３（ｂ）のような複
合共振器では副モードが充分抑制され、縦モードが単一
となっていることがわかる。なお、この例では、光路長
の異なる２つの経路を用いて複合共振器を構成したが、
複合共振器を構成する経路の数が３つ以上でもよいこと
は、言うまでもない。
【００４３】複合共振器を形成する際に、注意しなけれ
ばならないことがある。それは、レーザー光が複合共振
器内を伝搬するうちに、その周回方向が反転しないとい
うことである。もし、レーザー光の周回方向が反転する
と、経路の一部で進行波と後退波が結合し、ロックイン
が生じるためである。
ばならないことがある。それは、レーザー光が複合共振
器内を伝搬するうちに、その周回方向が反転しないとい
うことである。もし、レーザー光の周回方向が反転する
と、経路の一部で進行波と後退波が結合し、ロックイン
が生じるためである。
【００４４】さて、上述のような複合共振器をもつリン
グレーザーにおいて、光共振器内でお互いに反対の周回
方向に伝搬し、かつ発振周波数の異なるレーザー光が共
存すると、回転方向検知が可能なジャイロを実現するこ
とができる。これから、その原理を説明する。
グレーザーにおいて、光共振器内でお互いに反対の周回
方向に伝搬し、かつ発振周波数の異なるレーザー光が共
存すると、回転方向検知が可能なジャイロを実現するこ
とができる。これから、その原理を説明する。
【００４５】時計回りに周回する第１のレーザー光の波
長をλ１とする。また、反時計回りに周回する第２のレ
ーザー光の波長をλ２（＜λ１）とする。リングレーザ
ーを時計回りに回転させるとき、時計回りの第１のレー
ザー光の発振周波数ｆ１は、非回転時の発振周波数ｆ
１０に比べて、 Δｆ１＝２Ｓ１ Ω／λ１Ｌ１ （１） だけ減少する。ここで、Ｓ１は第１のレーザー光の光路
が囲む閉面積、Ｌ１は第１のレーザー光の光路長、Ωは
回転の角速度である。一方、反時計回りの第２のレーザ
ー光の発振周波数ｆ２は、非回転時の発振周波数ｆ２０
に比べて Δｆ２＝２Ｓ２ Ω／λ２Ｌ２ （２） だけ増加する。ここでＳ２は第２のレーザー光の光路が
囲む閉面積Ｌ２は第２のレーザー光の光路長である。こ
のとき、リングレーザーの中に第１のレーザー光と第２
のレーザー光が共存する。したがって、リングレーザー
の中で第１のレーザー光と第２のレーザー光の発振周波
数の差、すなわち もつビート光が発生する。一方、リングレーザーが反時
計回りに回転したときは、次の周波数をもつビート光が
発生する。 リングレーザーの中に２つ以上の発振モードが存在する
と、反転分布はモードの発振周波数の差に応じた時間変
動を示す。この現象は、反転分布の脈動として知られて
いる。気体レーザーや半導体レーザーのように、電流注
入型レーザーの場合、反転分布とレーザーのインピーダ
ンスには１対１の対応関係がある。そして、レーザーの
中で光が干渉すると、それに応じて反転分布が変化し、
その結果、レーザーの電極間のインピーダンスが変化す
る。この変化の様子は、駆動電源として定電圧源を用い
れば、端子電流の変化として現れる。また、定電流源を
用いれば、端子電圧の変化として、光の干渉の様子を信
号として取り出すことができる。もちろん、直接インピ
ーダンスメーターで、インピーダンスの変化を測定する
こともできる。したがって、リングレーザーの電流、電
圧またはインピーダンス変化を回転に応じたビート信号
として用いることができる。もちろん、リングレーザー
の共振器内をお互いに反対の周回方向に伝搬するレーザ
ー光を外部に出射し、同時に光検出器に入射すれば、光
検出器からビート信号を取り出すことができる。ビート
信号として、リングレーザーの電流、電圧またはインピ
ーダンス変化と光検出器からの信号の両方を用い、平
均、差分などの統計処理を行うのも雑音を低減するうえ
で好適なものである。
長をλ１とする。また、反時計回りに周回する第２のレ
ーザー光の波長をλ２（＜λ１）とする。リングレーザ
ーを時計回りに回転させるとき、時計回りの第１のレー
ザー光の発振周波数ｆ１は、非回転時の発振周波数ｆ
１０に比べて、 Δｆ１＝２Ｓ１ Ω／λ１Ｌ１ （１） だけ減少する。ここで、Ｓ１は第１のレーザー光の光路
が囲む閉面積、Ｌ１は第１のレーザー光の光路長、Ωは
回転の角速度である。一方、反時計回りの第２のレーザ
ー光の発振周波数ｆ２は、非回転時の発振周波数ｆ２０
に比べて Δｆ２＝２Ｓ２ Ω／λ２Ｌ２ （２） だけ増加する。ここでＳ２は第２のレーザー光の光路が
囲む閉面積Ｌ２は第２のレーザー光の光路長である。こ
のとき、リングレーザーの中に第１のレーザー光と第２
のレーザー光が共存する。したがって、リングレーザー
の中で第１のレーザー光と第２のレーザー光の発振周波
数の差、すなわち もつビート光が発生する。一方、リングレーザーが反時
計回りに回転したときは、次の周波数をもつビート光が
発生する。 リングレーザーの中に２つ以上の発振モードが存在する
と、反転分布はモードの発振周波数の差に応じた時間変
動を示す。この現象は、反転分布の脈動として知られて
いる。気体レーザーや半導体レーザーのように、電流注
入型レーザーの場合、反転分布とレーザーのインピーダ
ンスには１対１の対応関係がある。そして、レーザーの
中で光が干渉すると、それに応じて反転分布が変化し、
その結果、レーザーの電極間のインピーダンスが変化す
る。この変化の様子は、駆動電源として定電圧源を用い
れば、端子電流の変化として現れる。また、定電流源を
用いれば、端子電圧の変化として、光の干渉の様子を信
号として取り出すことができる。もちろん、直接インピ
ーダンスメーターで、インピーダンスの変化を測定する
こともできる。したがって、リングレーザーの電流、電
圧またはインピーダンス変化を回転に応じたビート信号
として用いることができる。もちろん、リングレーザー
の共振器内をお互いに反対の周回方向に伝搬するレーザ
ー光を外部に出射し、同時に光検出器に入射すれば、光
検出器からビート信号を取り出すことができる。ビート
信号として、リングレーザーの電流、電圧またはインピ
ーダンス変化と光検出器からの信号の両方を用い、平
均、差分などの統計処理を行うのも雑音を低減するうえ
で好適なものである。
【００４６】さて、本発明によれば、式（３）、（４）
に示すように、回転方向に応じてビート周波数が増減す
る。したがって、ビート周波数の非回転時からの増減を
観測することによって、回転方向を検知することができ
る。なお、回転方向を検知できるのは、発振周波数の差
が、次の条件を満たすときである。 （ｆ２−ｆ１）≧０ （５） もし、第１のレーザー光と第２のレーザー光の発振波長
が等しければ、 （ｆ２−ｆ１）＝０ （６） となり、ビート周波数ｆ２−ｆ１は正負の値をとる。ビ
ート周波数の絶対値が等しければ、同じ信号が検出され
るだけなので、この場合は回転方向の検知ができない。
これに対して、本発明のように、ビート周波数の符号が
常に同一（ただし説明では、符号を正にとった）で、そ
の絶対値だけが回転方向によって変化する構成にすれ
ば、回転方向の検知が可能となる。
に示すように、回転方向に応じてビート周波数が増減す
る。したがって、ビート周波数の非回転時からの増減を
観測することによって、回転方向を検知することができ
る。なお、回転方向を検知できるのは、発振周波数の差
が、次の条件を満たすときである。 （ｆ２−ｆ１）≧０ （５） もし、第１のレーザー光と第２のレーザー光の発振波長
が等しければ、 （ｆ２−ｆ１）＝０ （６） となり、ビート周波数ｆ２−ｆ１は正負の値をとる。ビ
ート周波数の絶対値が等しければ、同じ信号が検出され
るだけなので、この場合は回転方向の検知ができない。
これに対して、本発明のように、ビート周波数の符号が
常に同一（ただし説明では、符号を正にとった）で、そ
の絶対値だけが回転方向によって変化する構成にすれ
ば、回転方向の検知が可能となる。
【００４７】さて、リングレーザーの中で、お互いに反
対の回転方向に周回状に伝搬するレーザー光の発振周波
数を変えるためには、それぞれのレーザー光の光強度に
差を設ければよい。これから、その理由について説明す
る。２つのモードのレーザー光が共存する場合、発振周
波数ｆiと光子数密度Ｓi(i=１，２）との間には、次の
ような関係があることが知られている。 ２πｆ１＋ｄΦ１／ｄｔ ＝ Ω１＋σ１ − ρ１Ｓ１ − τ１２Ｓ２ （７） ２πｆ２＋ｄΦ２／ｄｔ ＝ Ω２＋σ２ − ρ２Ｓ２ − τ２１Ｓ１ （８） ここでΦｉは位相、Ωｉは共振角周波数、σｉはモード
の引き込みを表す係数、ρｉはモードの自己押し出しを
示す係数、τｉはモードの相互押し出しを示す係数であ
る。ただし、ここでｉ、ｊ＝１、２： ｉ ≠ ｊであ
る。いま、２つのモードのレーザー光の光強度が異な
る、すなわち光子数密度Ｓ１とＳ２が異なる場合、式
（７）、（８）にしたがって、発振周波数に差を与える
ことができる。
対の回転方向に周回状に伝搬するレーザー光の発振周波
数を変えるためには、それぞれのレーザー光の光強度に
差を設ければよい。これから、その理由について説明す
る。２つのモードのレーザー光が共存する場合、発振周
波数ｆiと光子数密度Ｓi(i=１，２）との間には、次の
ような関係があることが知られている。 ２πｆ１＋ｄΦ１／ｄｔ ＝ Ω１＋σ１ − ρ１Ｓ１ − τ１２Ｓ２ （７） ２πｆ２＋ｄΦ２／ｄｔ ＝ Ω２＋σ２ − ρ２Ｓ２ − τ２１Ｓ１ （８） ここでΦｉは位相、Ωｉは共振角周波数、σｉはモード
の引き込みを表す係数、ρｉはモードの自己押し出しを
示す係数、τｉはモードの相互押し出しを示す係数であ
る。ただし、ここでｉ、ｊ＝１、２： ｉ ≠ ｊであ
る。いま、２つのモードのレーザー光の光強度が異な
る、すなわち光子数密度Ｓ１とＳ２が異なる場合、式
（７）、（８）にしたがって、発振周波数に差を与える
ことができる。
【００４８】なお、お互いに反対方向に周回状に伝搬す
るレーザー光に光強度差を与えるには、一つの回転方向
に周回状に伝搬する光のみに損失を与えればよい。たと
えば、光導波路の一部に非対称な形状のテーパー部を設
けることで、前記テーパー部に入射する光に対して、全
反射条件がずれる。このため、前記テーパ部に入射した
光に対してミラー損が生ずる。光の周回方向によって、
テーパー部への入射角が異なるので、ある方向に周回す
るレーザー光に対して損失が大きく、その反対方向に周
回する光に対して損失を小さくすることができる。ある
いは、お互いに反対の周回方向に伝搬するレーザー光に
対して光強度差を与える光学素子を光導波路の少なくと
も一部に含む構成にしてもよい。
るレーザー光に光強度差を与えるには、一つの回転方向
に周回状に伝搬する光のみに損失を与えればよい。たと
えば、光導波路の一部に非対称な形状のテーパー部を設
けることで、前記テーパー部に入射する光に対して、全
反射条件がずれる。このため、前記テーパ部に入射した
光に対してミラー損が生ずる。光の周回方向によって、
テーパー部への入射角が異なるので、ある方向に周回す
るレーザー光に対して損失が大きく、その反対方向に周
回する光に対して損失を小さくすることができる。ある
いは、お互いに反対の周回方向に伝搬するレーザー光に
対して光強度差を与える光学素子を光導波路の少なくと
も一部に含む構成にしてもよい。
【００４９】以上説明したように、本発明のジャイロ
は、静止時および回転時にビート信号を発生する。この
信号のビート周波数は、ビート信号を周波数―電圧変換
回路に入力することで、電圧の大きさに変換して出力す
ることができる。また、周波数―電圧変換回路の代わり
に周波数カウンタを用いてもよいことはいうまでもな
い。先にも述べたように、ビート周波数は、回転の角速
度に比例した成分を含むため、回転速度と周波数―電圧
変換回路や周波数カウンタの出力との関係をあらかじめ
求めておくことで、これらの出力を角速度に換算するこ
とができる。
は、静止時および回転時にビート信号を発生する。この
信号のビート周波数は、ビート信号を周波数―電圧変換
回路に入力することで、電圧の大きさに変換して出力す
ることができる。また、周波数―電圧変換回路の代わり
に周波数カウンタを用いてもよいことはいうまでもな
い。先にも述べたように、ビート周波数は、回転の角速
度に比例した成分を含むため、回転速度と周波数―電圧
変換回路や周波数カウンタの出力との関係をあらかじめ
求めておくことで、これらの出力を角速度に換算するこ
とができる。
【００５０】さて、回転の角速度および回転方向の検知
は、ビート周波数を用いて行うので、ビート周波数の揺
らぎを低減することが重要である。これまで説明したよ
うに、ビート周波数はお互いに反対方向に周回するレー
ザー光の光強度の差に依存している。このため、このレ
ーザー光の光強度が揺らぐと、発振周波数が揺らぐ。こ
の結果、発振周波数の差であるビート周波数が揺らぐ。
これを防ぐためには、レーザー光の光強度の揺らぎを低
減すればよい。電流注入型レーザーにおいては、レーザ
ー光の光強度は、（Ｉ−Ｉth）にほぼ比例して増加す
る。ここで、Ｉは注入電流、 Ithは発振しきい電流で
ある。なお、レーザー光の光強度と（Ｉ−Ｉth）との間
の関係が、線形性からずれるのは、利得の飽和などの非
線形効果のためである。さらに、半導体レーザーでは、
利得ピークと共振ピークとの間のシフト、キャリアのオ
ーバーフロー、価電子帯間吸収、オージェ効果なども線
形性からのズレに影響を与える。しかし、たとえ線形性
からのズレがあっても、レーザー光の光強度は注入電流
で制御できるので、発振周波数を注入電流で制御するこ
とが可能となる。レーザー光の光強度差が大きくなれ
ば、発振周波数の差、すなわちビート周波数が大きくな
る。したがって、これを抑制するためには、注入電流が
小さくなるようにフィードバックをかければよい。逆
に、レーザー光の光強度差が小さくなれば、注入電流が
大きくなるようにフィードバックをかければよい。
は、ビート周波数を用いて行うので、ビート周波数の揺
らぎを低減することが重要である。これまで説明したよ
うに、ビート周波数はお互いに反対方向に周回するレー
ザー光の光強度の差に依存している。このため、このレ
ーザー光の光強度が揺らぐと、発振周波数が揺らぐ。こ
の結果、発振周波数の差であるビート周波数が揺らぐ。
これを防ぐためには、レーザー光の光強度の揺らぎを低
減すればよい。電流注入型レーザーにおいては、レーザ
ー光の光強度は、（Ｉ−Ｉth）にほぼ比例して増加す
る。ここで、Ｉは注入電流、 Ithは発振しきい電流で
ある。なお、レーザー光の光強度と（Ｉ−Ｉth）との間
の関係が、線形性からずれるのは、利得の飽和などの非
線形効果のためである。さらに、半導体レーザーでは、
利得ピークと共振ピークとの間のシフト、キャリアのオ
ーバーフロー、価電子帯間吸収、オージェ効果なども線
形性からのズレに影響を与える。しかし、たとえ線形性
からのズレがあっても、レーザー光の光強度は注入電流
で制御できるので、発振周波数を注入電流で制御するこ
とが可能となる。レーザー光の光強度差が大きくなれ
ば、発振周波数の差、すなわちビート周波数が大きくな
る。したがって、これを抑制するためには、注入電流が
小さくなるようにフィードバックをかければよい。逆
に、レーザー光の光強度差が小さくなれば、注入電流が
大きくなるようにフィードバックをかければよい。
【００５１】これらの目的を実現するために、駆動電源
として、電流源だけでなく電圧源を用いてもよいことは
いうまでもない。
として、電流源だけでなく電圧源を用いてもよいことは
いうまでもない。
【００５２】発振周波数の揺らぎを抑制するためには、
駆動電源を制御するためのフィードバック信号が必要と
なる。また、駆動電源の出力電流あるいは出力電圧は、
このフィードバック信号に応じて、変調される。ジャイ
ロが回転を受けているときにも、ビート周波数が一定に
なるようにフィードバックをかければ、フィードバック
信号および駆動電源の出力電流あるいは出力電圧は、回
転の角速度の情報をもっていることになる。したがっ
て、フィードバック信号および駆動電源の出力電流ある
いは出力電圧をジャイロの出力信号として用いることも
できる。特にこれらの信号が、ジャイロの端子や光検出
器からの出力よりも大きい場合、増幅器の負担が軽くな
る、あるいは増幅器が不要となるという点で、好適なも
のである。さらに、フィードバック信号、駆動電源の出
力電流あるいは出力電圧、ジャイロの端子や光検出器か
らの出力のうち、少なくとも二つ以上のものを信号とし
て用い、平均（加重平均を含む）、差分などの統計処理
を行うことにより、信号／雑音比を改善できると考えら
れる。
駆動電源を制御するためのフィードバック信号が必要と
なる。また、駆動電源の出力電流あるいは出力電圧は、
このフィードバック信号に応じて、変調される。ジャイ
ロが回転を受けているときにも、ビート周波数が一定に
なるようにフィードバックをかければ、フィードバック
信号および駆動電源の出力電流あるいは出力電圧は、回
転の角速度の情報をもっていることになる。したがっ
て、フィードバック信号および駆動電源の出力電流ある
いは出力電圧をジャイロの出力信号として用いることも
できる。特にこれらの信号が、ジャイロの端子や光検出
器からの出力よりも大きい場合、増幅器の負担が軽くな
る、あるいは増幅器が不要となるという点で、好適なも
のである。さらに、フィードバック信号、駆動電源の出
力電流あるいは出力電圧、ジャイロの端子や光検出器か
らの出力のうち、少なくとも二つ以上のものを信号とし
て用い、平均（加重平均を含む）、差分などの統計処理
を行うことにより、信号／雑音比を改善できると考えら
れる。
【００５３】以上で説明したように、お互いに反対方向
に周回し、かつ発振周波数の異なるレーザー光を光共振
器内に共存させることで、回転方向検知の可能なリング
レーザー型ジャイロが実現できる。一方、これらのレー
ザー光に対する損失差を大きくすることで、一つの周回
方向に伝搬するレーザー光のみが存在するような構成も
ありうる。この場合は、リングレーザー単独ではビート
信号を得ることはできないが、縦モードが単一化される
ため、２モードが共存するリングレーザーに比べて、発
振しきい値が小さく、かつスロープ効率の大きなリング
レーザーを実現することができる。すなわち、リングレ
ーザーとして、優れた特性のものが得られる。
に周回し、かつ発振周波数の異なるレーザー光を光共振
器内に共存させることで、回転方向検知の可能なリング
レーザー型ジャイロが実現できる。一方、これらのレー
ザー光に対する損失差を大きくすることで、一つの周回
方向に伝搬するレーザー光のみが存在するような構成も
ありうる。この場合は、リングレーザー単独ではビート
信号を得ることはできないが、縦モードが単一化される
ため、２モードが共存するリングレーザーに比べて、発
振しきい値が小さく、かつスロープ効率の大きなリング
レーザーを実現することができる。すなわち、リングレ
ーザーとして、優れた特性のものが得られる。
【００５４】最後に、複数の経路の少なくとも一部を、
他の経路とは独立に電気制御する理由について説明す
る。注入電流あるいは、印加電圧の大きさを変えること
で、経路の屈折率を変調することができる。このため、
電気制御によって、経路の光路長を変えることができ
る。複数の経路の光路長の違いによって、共振モードの
数を制限できることから、複数の経路の少なくとも一部
を、他の経路とは独立に電気制御できれば、もっとも安
定な単一縦モード動作が実現できるように、光路長の差
を制御できるようになる。この結果、複数の経路の屈折
率を単一電極によって制御する場合（各経路の屈折率が
同じように変わる）に比べて、光路長の差が最適となる
ように制御しやすくなる。
他の経路とは独立に電気制御する理由について説明す
る。注入電流あるいは、印加電圧の大きさを変えること
で、経路の屈折率を変調することができる。このため、
電気制御によって、経路の光路長を変えることができ
る。複数の経路の光路長の違いによって、共振モードの
数を制限できることから、複数の経路の少なくとも一部
を、他の経路とは独立に電気制御できれば、もっとも安
定な単一縦モード動作が実現できるように、光路長の差
を制御できるようになる。この結果、複数の経路の屈折
率を単一電極によって制御する場合（各経路の屈折率が
同じように変わる）に比べて、光路長の差が最適となる
ように制御しやすくなる。
【００５５】
【実施例】（第１の参考例）
図１は、本発明の第１の参考例を表す図画であり、光導
波路の上面図を示している。同図において、内側の経路
（１周の長さｄ3）と外側の経路（１周の長さｄ4 ＞
ｄ3）が、点Ａおよび点Ｂで接続されている。
波路の上面図を示している。同図において、内側の経路
（１周の長さｄ3）と外側の経路（１周の長さｄ4 ＞
ｄ3）が、点Ａおよび点Ｂで接続されている。
【００５６】経路の等価屈折率をｎeffとすると、内側
の経路に対する共振波長λ３と、外側の経路に対する共
振波長λ４は、それぞれλ３＝ ｎeff ｄ３／ｍ３、
λ４＝ ｎeff ｄ４／ｍ４と表される。ここで、
ｍ３、ｍ４は、それぞれ正の整数である。等価屈折率ｎ
effが３・２のとき、ｄ３＝６００μｍ、ｄ４＝６６０
μｍに対する共振特性をそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に
示す。
の経路に対する共振波長λ３と、外側の経路に対する共
振波長λ４は、それぞれλ３＝ ｎeff ｄ３／ｍ３、
λ４＝ ｎeff ｄ４／ｍ４と表される。ここで、
ｍ３、ｍ４は、それぞれ正の整数である。等価屈折率ｎ
effが３・２のとき、ｄ３＝６００μｍ、ｄ４＝６６０
μｍに対する共振特性をそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に
示す。
【００５７】図２（ａ）、（ｂ）において、横軸は波
長、縦軸はリング共振器のパワー透過率である。この図
から、複数の透過率の等しい共振ピークが存在し、かつ
図２（ａ）、（ｂ）で共振モードの間隔がわずかにずれ
ていることがわかる。
長、縦軸はリング共振器のパワー透過率である。この図
から、複数の透過率の等しい共振ピークが存在し、かつ
図２（ａ）、（ｂ）で共振モードの間隔がわずかにずれ
ていることがわかる。
【００５８】図１において、内側の経路（１周の長さｄ
３）と外側の経路（１周の長さｄ４ ＞ ｄ３）が、点Ａ
と点Ｂで光学的に結合していることから、このリング共
振器は、複合共振器となる。そして、この複合共振器の
共振モードは、図２（ａ）、（ｂ）において、共振波長
が重なったところで決定される。この結果を図２（ｃ）
に示す。この図からわかるように、共振モードの数が、
図２（ａ）、（ｂ）に比べて格段に減っている。しか
も、透過率の大きい主モードと、透過率の小さい副モー
ドとが現れている。なお、図１では、内側の経路と外側
の経路とが２箇所で光学的に結合しているが、リング共
振器が複合共振器となるためには、内側の経路と外側の
経路が、少なくとも１箇所で光学的に結合していればよ
いことは、言うまでもない。
３）と外側の経路（１周の長さｄ４ ＞ ｄ３）が、点Ａ
と点Ｂで光学的に結合していることから、このリング共
振器は、複合共振器となる。そして、この複合共振器の
共振モードは、図２（ａ）、（ｂ）において、共振波長
が重なったところで決定される。この結果を図２（ｃ）
に示す。この図からわかるように、共振モードの数が、
図２（ａ）、（ｂ）に比べて格段に減っている。しか
も、透過率の大きい主モードと、透過率の小さい副モー
ドとが現れている。なお、図１では、内側の経路と外側
の経路とが２箇所で光学的に結合しているが、リング共
振器が複合共振器となるためには、内側の経路と外側の
経路が、少なくとも１箇所で光学的に結合していればよ
いことは、言うまでもない。
【００５９】さて、発振モードは、利得スペクトルの利
得帯域内に存在する共振モードで決まる。図３（ａ）
に、内側の経路だけでリング共振器を構成した場合の発
振スペクトルを、（ｂ）に複合共振器における発振スペ
クトルを示す。この図から、（ａ）のように単一の経路
だけをもつリングレーザーでは、多モード発振しやすい
のに対して、（ｂ）のような複合共振器では副モードが
充分抑制され、縦モードが単一となっていることがわか
る。なお、この例では、光路長の異なる２つの経路を用
いて複合共振器を構成したが、複合共振器を構成する経
路の数が３つ以上でもよいことは、言うまでもない。さ
らに、図１のように内側の経路と外側の経路が光学的に
結合することで、レーザー光が複合共振器内を伝搬する
うちに、その周回方向は反転しない。この結果、経路の
結合により進行波と後退波が結合することはない。した
がって、ロックインが生じない状態で単一縦モード化を
実現することができる。
得帯域内に存在する共振モードで決まる。図３（ａ）
に、内側の経路だけでリング共振器を構成した場合の発
振スペクトルを、（ｂ）に複合共振器における発振スペ
クトルを示す。この図から、（ａ）のように単一の経路
だけをもつリングレーザーでは、多モード発振しやすい
のに対して、（ｂ）のような複合共振器では副モードが
充分抑制され、縦モードが単一となっていることがわか
る。なお、この例では、光路長の異なる２つの経路を用
いて複合共振器を構成したが、複合共振器を構成する経
路の数が３つ以上でもよいことは、言うまでもない。さ
らに、図１のように内側の経路と外側の経路が光学的に
結合することで、レーザー光が複合共振器内を伝搬する
うちに、その周回方向は反転しない。この結果、経路の
結合により進行波と後退波が結合することはない。した
がって、ロックインが生じない状態で単一縦モード化を
実現することができる。
【００６０】図１のリング共振器を用いて、半導体リン
グレーザー型ジャイロを構成する。活性層をＩｎＧａＡ
ｓＰとしたところ、発振しきい電流は３ｍＡである。駆
動電流４。５ｍＡにおいて、この半導体リングレーザー
型ジャイロが静止しているときの発振波長λは１．５５
μｍである。そして、この半導体リングレーザー型ジャ
イロが、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒３０
度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回りのレ
ーザー光の発振周波数は８８．７Ｈｚだけ増加する。一
方、時計回りのレーザー光の発振周波数は８８．７Ｈｚ
だけ減少する。したがって、ビート周波数Δｆ＝１７
７．４Ｈｚとなる。このときのビート信号をスペクトラ
ムアナライザで計測したときの様子を図４に示す。
グレーザー型ジャイロを構成する。活性層をＩｎＧａＡ
ｓＰとしたところ、発振しきい電流は３ｍＡである。駆
動電流４。５ｍＡにおいて、この半導体リングレーザー
型ジャイロが静止しているときの発振波長λは１．５５
μｍである。そして、この半導体リングレーザー型ジャ
イロが、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒３０
度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回りのレ
ーザー光の発振周波数は８８．７Ｈｚだけ増加する。一
方、時計回りのレーザー光の発振周波数は８８．７Ｈｚ
だけ減少する。したがって、ビート周波数Δｆ＝１７
７．４Ｈｚとなる。このときのビート信号をスペクトラ
ムアナライザで計測したときの様子を図４に示す。
【００６１】図４（ａ）は、レーザー光の経路が一つだ
けの時のものである。一方、 図４（ｂ）は図１のよう
に複合共振器を構成した場合である。どちらの図も、横
軸は中心周波数からの変位、縦軸はスペクトル強度であ
る。縦モードが多モード化している場合、図４（ａ）の
ように、スペクトル幅が広い。これに対して、リングレ
ーザーが単一縦モード発振している場合、図４（ｂ）の
ように、スペクトル幅が狭くなり、ビート信号検出の信
号雑音比が改善される。なお、図４（ｂ）のスペクトル
線幅は、図４（ａ）の１００分の１である。
けの時のものである。一方、 図４（ｂ）は図１のよう
に複合共振器を構成した場合である。どちらの図も、横
軸は中心周波数からの変位、縦軸はスペクトル強度であ
る。縦モードが多モード化している場合、図４（ａ）の
ように、スペクトル幅が広い。これに対して、リングレ
ーザーが単一縦モード発振している場合、図４（ｂ）の
ように、スペクトル幅が狭くなり、ビート信号検出の信
号雑音比が改善される。なお、図４（ｂ）のスペクトル
線幅は、図４（ａ）の１００分の１である。
【００６２】（第１の実施例）
図５は、本発明の第１の実施例の特徴をもっともよく表
す図である。同図において、５００は非対称テーパー
部、５０１は時計回りのレーザー光、５０２は反時計回
りのレーザー光である。第１の参考例との違いは、光導
波路が非対称テーパー部５００を有することである。
す図である。同図において、５００は非対称テーパー
部、５０１は時計回りのレーザー光、５０２は反時計回
りのレーザー光である。第１の参考例との違いは、光導
波路が非対称テーパー部５００を有することである。
【００６３】上記の構成において、非対称テーパー部が
存在することから、反時計回りのレーザー光５０２に対
する放射損失が、時計回りのレーザー光５０１に対する
放射損失よりも大きくなる。この結果、反時計回りのレ
ーザー光に対する発振しきい値は、時計回りのレーザー
光に対するものよりも大きくなる。
存在することから、反時計回りのレーザー光５０２に対
する放射損失が、時計回りのレーザー光５０１に対する
放射損失よりも大きくなる。この結果、反時計回りのレ
ーザー光に対する発振しきい値は、時計回りのレーザー
光に対するものよりも大きくなる。
【００６４】図５のリング共振器を用いて、半導体リン
グレーザー型ジャイロを構成し、活性層をＩｎＧａＡｓ
Ｐとしたところ、室温における発振しきい値は、レーザ
ー光５０２に対して３．５ｍＡ、レーザー光５０１に対
して３ｍＡである。また、同一電流における光出力を比
較すると、時計回りのレーザー光の強度の方が、反時計
回りのものよりも大きくなる。駆動電流４．５ｍＡにお
いて、この半導体リングレーザー型ジャイロが静止して
いるときは、レーザー光５０１とレーザー光５０２の発
振波長はほぼ等しく、発振波長λは約１．５５μｍであ
る。ただし、これらのレーザー光の強度が異なることか
ら、レーザー光５０１とレーザー光５０２の発振周波数
は２０ｋＨｚ異なる。そして、半導体リングレーザー型
ジャイロの中でレーザー光５０１と５０２が干渉する。
このとき、電源電流が一定となるよう調整しておき、ア
ノードとカソードの間の電圧をモニターすると、振幅１
００ｍＶで周波数２０ｋＨｚの信号が得られる。すなわ
ち、半導体リングレーザー型ジャイロが静止していると
きでも、ビート信号が検出できる。
グレーザー型ジャイロを構成し、活性層をＩｎＧａＡｓ
Ｐとしたところ、室温における発振しきい値は、レーザ
ー光５０２に対して３．５ｍＡ、レーザー光５０１に対
して３ｍＡである。また、同一電流における光出力を比
較すると、時計回りのレーザー光の強度の方が、反時計
回りのものよりも大きくなる。駆動電流４．５ｍＡにお
いて、この半導体リングレーザー型ジャイロが静止して
いるときは、レーザー光５０１とレーザー光５０２の発
振波長はほぼ等しく、発振波長λは約１．５５μｍであ
る。ただし、これらのレーザー光の強度が異なることか
ら、レーザー光５０１とレーザー光５０２の発振周波数
は２０ｋＨｚ異なる。そして、半導体リングレーザー型
ジャイロの中でレーザー光５０１と５０２が干渉する。
このとき、電源電流が一定となるよう調整しておき、ア
ノードとカソードの間の電圧をモニターすると、振幅１
００ｍＶで周波数２０ｋＨｚの信号が得られる。すなわ
ち、半導体リングレーザー型ジャイロが静止していると
きでも、ビート信号が検出できる。
【００６５】この、半導体リングレーザー型ジャイロ
が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒３０度の
速度で時計回りに回転を受けると、反時計回りのレーザ
光５０２の発振周波数は８８．７Ｈｚだけ増加する。一
方、時計回りのレーザー光５０１の発振周波数は８８．
７Ｈｚだけ減少する。したがって、ビート周波数はΔｆ
＝２０ｋＨｚ＋１７７．４Ｈｚとなる。一方、半導体リ
ングレーザー型ジャイロが、毎秒３０度の速度で反時計
回りに回転を受けると、ビート周波数はΔｆ＝２０ｋＨ
ｚ−１７７．４Ｈｚとなる。こうして、静止時からのビ
ート周波数の増減によって、回転角速度だけでなく、回
転方向の検知が可能になる。
が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒３０度の
速度で時計回りに回転を受けると、反時計回りのレーザ
光５０２の発振周波数は８８．７Ｈｚだけ増加する。一
方、時計回りのレーザー光５０１の発振周波数は８８．
７Ｈｚだけ減少する。したがって、ビート周波数はΔｆ
＝２０ｋＨｚ＋１７７．４Ｈｚとなる。一方、半導体リ
ングレーザー型ジャイロが、毎秒３０度の速度で反時計
回りに回転を受けると、ビート周波数はΔｆ＝２０ｋＨ
ｚ−１７７．４Ｈｚとなる。こうして、静止時からのビ
ート周波数の増減によって、回転角速度だけでなく、回
転方向の検知が可能になる。
【００６６】このときのビート信号をスペクトラムアナ
ライザで計測したときの様子を図４に示す。図４（ａ）
は、レーザー光の経路が一つだけの時のものである。一
方、図４（ｂ）は図５のように複合共振器を構成した場
合である。どちらの図も、横軸は中心周波数からの変
位、縦軸はスペクトル強度である。縦モードが多モード
化している場合、図４（ａ）のように、スペクトル幅が
広い。これに対して、リングレーザーが単一縦モード発
振している場合、図４（ｂ）のように、スペクトル幅が
狭くなり、ビート信号検出の信号雑音比が改善される。
なお、図４（ｂ）のスペクトル線幅は、図４（ａ）の１
００分の１である。
ライザで計測したときの様子を図４に示す。図４（ａ）
は、レーザー光の経路が一つだけの時のものである。一
方、図４（ｂ）は図５のように複合共振器を構成した場
合である。どちらの図も、横軸は中心周波数からの変
位、縦軸はスペクトル強度である。縦モードが多モード
化している場合、図４（ａ）のように、スペクトル幅が
広い。これに対して、リングレーザーが単一縦モード発
振している場合、図４（ｂ）のように、スペクトル幅が
狭くなり、ビート信号検出の信号雑音比が改善される。
なお、図４（ｂ）のスペクトル線幅は、図４（ａ）の１
００分の１である。
【００６７】（第２の実施例）
図６は、本発明の第２の実施例の特徴をもっともよく表
す図である。同図において、６００はテーパー部、６０
１は時計回りのレーザー光である。第１の実施例との違
いは、光導波路のテーパー部６００の形状である。
す図である。同図において、６００はテーパー部、６０
１は時計回りのレーザー光である。第１の実施例との違
いは、光導波路のテーパー部６００の形状である。
【００６８】上記の構成において、テーパー部が存在す
ることから、反時計回りのレーザー光に対する放射損失
が大きく、この結果、反時計回りのレーザー光は発振で
きなくなる。これに対して、時計回りのレーザー光６０
１に対する放射損は小さいので、時計回りのレーザー光
だけが発振する。
ることから、反時計回りのレーザー光に対する放射損失
が大きく、この結果、反時計回りのレーザー光は発振で
きなくなる。これに対して、時計回りのレーザー光６０
１に対する放射損は小さいので、時計回りのレーザー光
だけが発振する。
【００６９】図６のリング共振器を用いて、半導体リン
グレーザーを構成し、活性層をＩｎＧａＡｓＰとしたと
ころ、室温における発振しきい値は、１．８ｍＡとな
り、時計回りのレーザー光と反時計回りのレーザー光が
共存するときの発振しきい値３ｍＡよりも小さくなる。
これは、活性層に注入されたキャリアが、１つの発振モ
ードだけに集中するためである。また、スロープ効率も
第１の実施例の約２倍になる。このように、図６のよう
な構造では、リングレーザーとしての特性が改善され
る。
グレーザーを構成し、活性層をＩｎＧａＡｓＰとしたと
ころ、室温における発振しきい値は、１．８ｍＡとな
り、時計回りのレーザー光と反時計回りのレーザー光が
共存するときの発振しきい値３ｍＡよりも小さくなる。
これは、活性層に注入されたキャリアが、１つの発振モ
ードだけに集中するためである。また、スロープ効率も
第１の実施例の約２倍になる。このように、図６のよう
な構造では、リングレーザーとしての特性が改善され
る。
【００７０】（第３の実施例）
図７は、本発明の第３の実施例の特徴をもっともよく表
す図である。同図において、７１０と７２０は、お互い
に電気的に独立な電極である。第１の実施例との違い
は、レーザー光の経路によって、電極が分割されている
ことである。
す図である。同図において、７１０と７２０は、お互い
に電気的に独立な電極である。第１の実施例との違い
は、レーザー光の経路によって、電極が分割されている
ことである。
【００７１】上記の構成において、電極７１０および７
２０に電流を注入するか、あるいは電圧を印加すると、
電極が形成されている領域の光導波路の屈折率が変化す
る。このため、複合共振器の二つの経路の光路長が独立
に制御される。これによって、内側の経路で決まる共振
モード間隔と、外側の経路できまる共振モード間隔を独
立に制御することができ、もっとも安定に単一縦モード
化を図ることができる。このため、たとえ素子作製時に
光路長が設計値からずれても、補正することも可能とな
る。また、温度変動に対する共振モードのシフトに対し
ても、このシフトを補償することができる。
２０に電流を注入するか、あるいは電圧を印加すると、
電極が形成されている領域の光導波路の屈折率が変化す
る。このため、複合共振器の二つの経路の光路長が独立
に制御される。これによって、内側の経路で決まる共振
モード間隔と、外側の経路できまる共振モード間隔を独
立に制御することができ、もっとも安定に単一縦モード
化を図ることができる。このため、たとえ素子作製時に
光路長が設計値からずれても、補正することも可能とな
る。また、温度変動に対する共振モードのシフトに対し
ても、このシフトを補償することができる。
【００７２】（第４の実施例）
図８は、本発明の第４の実施例の特徴をもっともよく表
す図である。同図において、８１０と８２０は、お互い
に電気的に独立な電極である。第２の実施例との違い
は、レーザー光の経路によって、電極が分割されている
ことである。
す図である。同図において、８１０と８２０は、お互い
に電気的に独立な電極である。第２の実施例との違い
は、レーザー光の経路によって、電極が分割されている
ことである。
【００７３】上記の構成において、電極８１０および８
２０に電流を注入するか、あるいは電圧を印加すると、
電極が形成されている領域の光導波路の屈折率が変化す
る。このため、複合共振器の二つの経路の光路長が独立
に制御される。これによって、内側の経路で決まる共振
モード間隔と、外側の経路できまる共振モード間隔を独
立に制御することができ、もっとも安定に単一縦モード
化を図ることができる。このため、たとえ素子作製時に
光路長が設計値からずれても、補正することも可能とな
る。また、温度変動に対する共振モードのシフトに対し
ても、このシフトを補償することができる。
２０に電流を注入するか、あるいは電圧を印加すると、
電極が形成されている領域の光導波路の屈折率が変化す
る。このため、複合共振器の二つの経路の光路長が独立
に制御される。これによって、内側の経路で決まる共振
モード間隔と、外側の経路できまる共振モード間隔を独
立に制御することができ、もっとも安定に単一縦モード
化を図ることができる。このため、たとえ素子作製時に
光路長が設計値からずれても、補正することも可能とな
る。また、温度変動に対する共振モードのシフトに対し
ても、このシフトを補償することができる。
【００７４】（第５の実施例）
図９は、第５の実施例の特徴をもっともよく表す図であ
り、同図において９００は非対称テーパー部である。第
１の実施例との違いは、非対称テーパー部の中に二つの
経路が光学的に結合した領域が存在することである。こ
のように、二つの経路が光学的に結合する領域は、リン
グ共振器の中のどこに位置していてもよい。また、図９
の構造において、電極が分離されていてもよいことは、
言うまでもない。
り、同図において９００は非対称テーパー部である。第
１の実施例との違いは、非対称テーパー部の中に二つの
経路が光学的に結合した領域が存在することである。こ
のように、二つの経路が光学的に結合する領域は、リン
グ共振器の中のどこに位置していてもよい。また、図９
の構造において、電極が分離されていてもよいことは、
言うまでもない。
【００７５】（第６の実施例）
図１０は、第６の実施例の特徴をもっともよく表す図で
あり、同図において９５０はテーパー部である。第２の
実施例との違いは、テーパー部の中に二つの経路が光学
的に結合した領域が存在することである。このように、
二つの経路が光学的に結合する領域は、リング共振器の
中のどこに位置していてもよい。また、図１０の構造に
おいて、電極が分離されていてもよいことは、言うまで
もない。
あり、同図において９５０はテーパー部である。第２の
実施例との違いは、テーパー部の中に二つの経路が光学
的に結合した領域が存在することである。このように、
二つの経路が光学的に結合する領域は、リング共振器の
中のどこに位置していてもよい。また、図１０の構造に
おいて、電極が分離されていてもよいことは、言うまで
もない。
【００７６】なお、これまで第１の参考例から第６の実
施例まで、リング共振器が四角形に近いものを取り上げ
てきたが、リング共振器を構成していれば、どのような
形であっても差し支えない。また、半導体リングレーザ
ーの例として、活性層にＩｎＧａＡｓＰを用いたものを
取り上げたが、材料系に制限がないことは言うまでもな
い。
施例まで、リング共振器が四角形に近いものを取り上げ
てきたが、リング共振器を構成していれば、どのような
形であっても差し支えない。また、半導体リングレーザ
ーの例として、活性層にＩｎＧａＡｓＰを用いたものを
取り上げたが、材料系に制限がないことは言うまでもな
い。
【００７７】（第７の実施例）
図１１は、本発明の第７の実施例の特徴を最もよく表す
図画であり、同図において１は駆動電源、２はジャイ
ロ、３は周波数計測装置、４は駆動電源制御装置であ
る。
図画であり、同図において１は駆動電源、２はジャイ
ロ、３は周波数計測装置、４は駆動電源制御装置であ
る。
【００７８】上記構成において、ジャイロ２として、リ
ングレーザー型ジャイロを用いる。駆動電源１として定
電圧源を用いれば、ビート信号は端子電流の変化として
現れる。また、定電流源を用いれば、端子電圧の変化と
して、ビート信号を取り出すことができる。もちろん、
直接インピーダンスメーターで、インピーダンスの変化
を測定しても、ビート信号が得られる。このビート信号
の周波数を周波数計測装置３を用いて検出する。そして
得られたビート周波数に応じた信号を駆動電源制御装置
４に入力する。最後に、駆動電源制御装置４から駆動電
源１に信号を送り、ビート周波数を安定化する。
ングレーザー型ジャイロを用いる。駆動電源１として定
電圧源を用いれば、ビート信号は端子電流の変化として
現れる。また、定電流源を用いれば、端子電圧の変化と
して、ビート信号を取り出すことができる。もちろん、
直接インピーダンスメーターで、インピーダンスの変化
を測定しても、ビート信号が得られる。このビート信号
の周波数を周波数計測装置３を用いて検出する。そして
得られたビート周波数に応じた信号を駆動電源制御装置
４に入力する。最後に、駆動電源制御装置４から駆動電
源１に信号を送り、ビート周波数を安定化する。
【００７９】まず、ジャイロ２として、半導体リングレ
ーザー型ジャイロを用いた例について説明する。
ーザー型ジャイロを用いた例について説明する。
【００８０】図１２は半導体リングレーザー型ジャイロ
を模式的に示す図であり、同図において４０００は光導
波路の非対称テーパー部、４００１、４００５は半導体
リングレーザー型ジャイロの光導波路、４００２は時計
回りのレーザー光、４００３は反時計回りのレーザー
光、４００４は端面、４１０１は活性層、４１０２は半
導体基板、４１０３はアノード、４１０４はカソード、
４１０６はクラッド層、４１２１はキャップ層、４１２
２と４１２３は光ガイド層、４１２４は電気端子、４１
５０は半導体リングレーザー型ジャイロである。また、
上の図は上面図、下の図は上の図のＸ−Ｘ'でカットし
た断面図である。
を模式的に示す図であり、同図において４０００は光導
波路の非対称テーパー部、４００１、４００５は半導体
リングレーザー型ジャイロの光導波路、４００２は時計
回りのレーザー光、４００３は反時計回りのレーザー
光、４００４は端面、４１０１は活性層、４１０２は半
導体基板、４１０３はアノード、４１０４はカソード、
４１０６はクラッド層、４１２１はキャップ層、４１２
２と４１２３は光ガイド層、４１２４は電気端子、４１
５０は半導体リングレーザー型ジャイロである。また、
上の図は上面図、下の図は上の図のＸ−Ｘ'でカットし
た断面図である。
【００８１】上記構成における製造方法を説明する。ま
ず、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰ基板４１
０２（厚み３５０μｍ）の上に半導体リングレーザー型
ジャイロ４１５０を構成する１．３μｍ組成のアンドー
プＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４１２３（厚み０．１５μ
ｍ）、１．５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活
性層４１０１（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のア
ンドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４１２２（厚み０．
１５μｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層４１０６（厚み２μ
ｍ）、１。４μｍ組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
４１２１（厚み０．３μｍ）を成長する。結晶成長後、
スピンコーターを用いて、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層４１２１の上にフォトレジストＡＺ−１３５０（ヘキ
スト製）を膜厚が１μｍとなるように塗布する。プリベ
ークを８０℃で３０分おこなった後、ウェハーにマスク
をかけて露光した。現像、リンス後の光導波路の幅は５
μｍであり、テーパー部４０００では、光導波路の幅の
最大値は８μｍ、最小値は５μｍである。また、光導波
路１周の長さは、６００μｍである。このあと、ウェハ
ーをリアクティブ・イオンエッチング装置に導入し、塩
素ガスを用いて、深さが３μｍとなるようにエッチング
した。最後に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４１２１
の上にアノード４１０３としてＣｒ／Ａｕを蒸着によっ
て形成した。また、ｎ−ＩｎＰ基板４１０２にカソード
４１０４として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着した。そ
の後、水素雰囲気中でアニールし、オーミック接触を実
現した。
ず、有機金属気相成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰ基板４１
０２（厚み３５０μｍ）の上に半導体リングレーザー型
ジャイロ４１５０を構成する１．３μｍ組成のアンドー
プＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４１２３（厚み０．１５μ
ｍ）、１．５５μｍ組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活
性層４１０１（厚み０．１μｍ）、１．３μｍ組成のア
ンドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４１２２（厚み０．
１５μｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層４１０６（厚み２μ
ｍ）、１。４μｍ組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
４１２１（厚み０．３μｍ）を成長する。結晶成長後、
スピンコーターを用いて、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層４１２１の上にフォトレジストＡＺ−１３５０（ヘキ
スト製）を膜厚が１μｍとなるように塗布する。プリベ
ークを８０℃で３０分おこなった後、ウェハーにマスク
をかけて露光した。現像、リンス後の光導波路の幅は５
μｍであり、テーパー部４０００では、光導波路の幅の
最大値は８μｍ、最小値は５μｍである。また、光導波
路１周の長さは、６００μｍである。このあと、ウェハ
ーをリアクティブ・イオンエッチング装置に導入し、塩
素ガスを用いて、深さが３μｍとなるようにエッチング
した。最後に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４１２１
の上にアノード４１０３としてＣｒ／Ａｕを蒸着によっ
て形成した。また、ｎ−ＩｎＰ基板４１０２にカソード
４１０４として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着した。そ
の後、水素雰囲気中でアニールし、オーミック接触を実
現した。
【００８２】上記構成において、半導体と空気では屈折
率が異なるため、界面で反射が生じる。半導体の屈折率
を３．５とすると、界面に対する法線とレーザー光との
なす角が１６．６度以上で全反射が生じる。全反射を受
けるモードは、他のモードに比べてミラー損失分だけ発
振しきい値が小さくなるので、低注入電流レベルで発振
が開始する。しかも、複合共振器を構成しているので、
時計回りのレーザー光、反時計回りのレーザー光、それ
ぞれにつき、安定な単一縦モード発振が実現できる。
率が異なるため、界面で反射が生じる。半導体の屈折率
を３．５とすると、界面に対する法線とレーザー光との
なす角が１６．６度以上で全反射が生じる。全反射を受
けるモードは、他のモードに比べてミラー損失分だけ発
振しきい値が小さくなるので、低注入電流レベルで発振
が開始する。しかも、複合共振器を構成しているので、
時計回りのレーザー光、反時計回りのレーザー光、それ
ぞれにつき、安定な単一縦モード発振が実現できる。
【００８３】図１２において、界面に対する法線とレー
ザー光とのなす角は４５度であり、全反射条件を満た
す。室温における発振しきい値はレーザー光４００２に
対して３．５ｍＡ、レーザー光４００３に対して３ｍＡ
である。図１３は、リング共振器型レーザーの室温にお
ける電流−光出力特性を示す図画であり、この様子を示
している。
ザー光とのなす角は４５度であり、全反射条件を満た
す。室温における発振しきい値はレーザー光４００２に
対して３．５ｍＡ、レーザー光４００３に対して３ｍＡ
である。図１３は、リング共振器型レーザーの室温にお
ける電流−光出力特性を示す図画であり、この様子を示
している。
【００８４】なお、図１３における光強度は、ミラー部
に光学部品を結合させてレーザー光をリング共振器外部
に取り出して測定したものである。
に光学部品を結合させてレーザー光をリング共振器外部
に取り出して測定したものである。
【００８５】半導体リングレーザー型ジャイロ４１５０
の駆動電流は４．５ｍＡであり、このレーザーが静止し
ているときは、レーザー光４００２とレーザー光４００
３の発振波長λは、ほぼ等しく、約１．５５μｍであ
る。ただし、レーザー光４００３に対する発振しきい値
が、レーザー光４００２に対する発振しきい値よりも小
さい。
の駆動電流は４．５ｍＡであり、このレーザーが静止し
ているときは、レーザー光４００２とレーザー光４００
３の発振波長λは、ほぼ等しく、約１．５５μｍであ
る。ただし、レーザー光４００３に対する発振しきい値
が、レーザー光４００２に対する発振しきい値よりも小
さい。
【００８６】したがって、図１３に示すようにレーザー
光４００３の光強度の方が、レーザー光４００２の光強
度よりも大きい。このため、発振周波数がわずかに異な
り、レーザー光４００３の発振周波数ｆ３は、レーザー
光４００２の発振周波数ｆ４よりも２０ｋＨｚ大きい。
そして、半導体リングレーザー型ジャイロ４１５０の中
でレーザー光４００２と４００３が干渉する。このと
き、電源電流が一定となるよう調整しておき、電極端子
４１２４とカソード４１０４の間の電圧をモニターする
と、振幅１００ｍＶで周波数２０ｋＨｚの信号が得られ
る。
光４００３の光強度の方が、レーザー光４００２の光強
度よりも大きい。このため、発振周波数がわずかに異な
り、レーザー光４００３の発振周波数ｆ３は、レーザー
光４００２の発振周波数ｆ４よりも２０ｋＨｚ大きい。
そして、半導体リングレーザー型ジャイロ４１５０の中
でレーザー光４００２と４００３が干渉する。このと
き、電源電流が一定となるよう調整しておき、電極端子
４１２４とカソード４１０４の間の電圧をモニターする
と、振幅１００ｍＶで周波数２０ｋＨｚの信号が得られ
る。
【００８７】この様子を図１４（Ａ）に示す。すなわ
ち、半導体リングレーザー型ジャイロ４１５０が静止し
ているときでも、ビート信号が検出できる。さて、半導
体リングレーザー型ジャイロ４１５０が、カメラの手ぶ
れや自動車の振動程度の毎秒３０度の速度で時計回りに
回転を受けると、反時計回りのレーザ光４１０３の発振
周波数ｆ３は８８．７Ｈｚだけ増加する。一方、時計回
りのレーザー光４１０２の発振周波数ｆ４は８８．７Ｈ
ｚだけ減少する。したがって、ビート周波数は ｆ３−ｆ４＝２０ｋＨｚ＋１７７．４Ｈｚ となる。この様子を図１４（Ｂ）に示す。
ち、半導体リングレーザー型ジャイロ４１５０が静止し
ているときでも、ビート信号が検出できる。さて、半導
体リングレーザー型ジャイロ４１５０が、カメラの手ぶ
れや自動車の振動程度の毎秒３０度の速度で時計回りに
回転を受けると、反時計回りのレーザ光４１０３の発振
周波数ｆ３は８８．７Ｈｚだけ増加する。一方、時計回
りのレーザー光４１０２の発振周波数ｆ４は８８．７Ｈ
ｚだけ減少する。したがって、ビート周波数は ｆ３−ｆ４＝２０ｋＨｚ＋１７７．４Ｈｚ となる。この様子を図１４（Ｂ）に示す。
【００８８】一方、半導体リングレーザー型ジャイロ４
１５０が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受け
ると、ビート周波数は ｆ３−ｆ４＝２０ｋＨｚ−１７７．４Ｈｚ となる。この様子を図１４（Ｃ）に示す。
１５０が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受け
ると、ビート周波数は ｆ３−ｆ４＝２０ｋＨｚ−１７７．４Ｈｚ となる。この様子を図１４（Ｃ）に示す。
【００８９】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【００９０】この実施例では、定電流駆動とし、端子電
圧の変化を測定したが、もし定電圧駆動であれば、端子
に流れる電流の変化を検出することができる。また、イ
ンピーダンスメーターを用いて、インピーダンスの変化
を直接検出してもよい。
圧の変化を測定したが、もし定電圧駆動であれば、端子
に流れる電流の変化を検出することができる。また、イ
ンピーダンスメーターを用いて、インピーダンスの変化
を直接検出してもよい。
【００９１】これまで、静止時のビート周波数が２０ｋ
Ｈｚであると述べたが、駆動電源制御装置４をオフにす
ると、静止時のビート信号は図１５（ａ）に示すように
±５０Ｈｚほど揺らぐ。
Ｈｚであると述べたが、駆動電源制御装置４をオフにす
ると、静止時のビート信号は図１５（ａ）に示すように
±５０Ｈｚほど揺らぐ。
【００９２】これに対して、本発明のようにビート周波
数を計測した後、駆動電源制御装置４によって駆動電源
１を制御すると、図１５（ｂ）のように、ビート周波数
が安定化される。
数を計測した後、駆動電源制御装置４によって駆動電源
１を制御すると、図１５（ｂ）のように、ビート周波数
が安定化される。
【００９３】図１５（ｂ）の縦軸を拡大して示したのが
図１５（ｃ）であり、周波数揺らぎは±１Ｈｚ以下に抑
制されている。この結果は、光導波路４００１と４００
５の電極を接続した上で、制御したものである。一方、
光導波路４００１と４００５の電極を独立に制御する
と、図４（ｂ）のように、周波数揺らぎは±０．１Ｈｚ
まで低減される。
図１５（ｃ）であり、周波数揺らぎは±１Ｈｚ以下に抑
制されている。この結果は、光導波路４００１と４００
５の電極を接続した上で、制御したものである。一方、
光導波路４００１と４００５の電極を独立に制御する
と、図４（ｂ）のように、周波数揺らぎは±０．１Ｈｚ
まで低減される。
【００９４】また、ここではビート信号として、端子電
圧を用いたが、ビート信号の情報を含む駆動電源制御装
置４の出力信号、駆動電源の出力電流あるいは出力電圧
を角速度検出用の信号として用いてもよい。また、これ
らの中から、少なくとも二つ以上のものを信号として用
い、平均（加重平均を含む）、差分などの統計処理を行
うのも、信号／雑音比を改善する上で好適なものであ
る。
圧を用いたが、ビート信号の情報を含む駆動電源制御装
置４の出力信号、駆動電源の出力電流あるいは出力電圧
を角速度検出用の信号として用いてもよい。また、これ
らの中から、少なくとも二つ以上のものを信号として用
い、平均（加重平均を含む）、差分などの統計処理を行
うのも、信号／雑音比を改善する上で好適なものであ
る。
【００９５】なお、ここでは半導体材料として、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系のものを用いたが、ＧａＡｓ系、ＺｎＳｅ
系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系などどのような材料系
であってもかまわない。また、光導波路も、光路が囲む
形状が、図１２のように四角形だけでなく、六角形や三
角形、あるいは円などどのような形状でもよい。
ａＡｓＰ系のものを用いたが、ＧａＡｓ系、ＺｎＳｅ
系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系などどのような材料系
であってもかまわない。また、光導波路も、光路が囲む
形状が、図１２のように四角形だけでなく、六角形や三
角形、あるいは円などどのような形状でもよい。
【００９６】（第２の参考例）
図１６は、本発明の第２の参考例を表す図画である。こ
の図は、ガスリングレーザー型ジャイロを模式的に示す
図画であり、同図において、１００１は石英管、１００
２はミラー、１０１０は時計回りのレーザー光、１０２
０は反時計回りのレーザー光、１０３０は光アイソレー
ター、１０４０はアノード、１０４１は電気端子、１０
５０はカソード、１０８０はミラーである。
の図は、ガスリングレーザー型ジャイロを模式的に示す
図画であり、同図において、１００１は石英管、１００
２はミラー、１０１０は時計回りのレーザー光、１０２
０は反時計回りのレーザー光、１０３０は光アイソレー
ター、１０４０はアノード、１０４１は電気端子、１０
５０はカソード、１０８０はミラーである。
【００９７】まず、石英のブロックをドリルを用いてく
り抜き、石英管１００１を形成した。その後、石英管１
００１にミラー１００２を取り付けた。さらに、石英管
１００１にアノード１０４０、電気端子１０４１、カソ
ード１０５０を取り付けた。次に石英管１００１の中に
ヘリウムガスとネオンガスを入れ、アノードとカソード
間に電圧をかけると放電が始まり、電流が流れる。そし
て、石英管１００１の中で時計回りのレーザー光１０１
０と反時計回りのレーザー光１０２０が発振する。しか
も、ミラー１０８０を用いて、レーザー光に対して２つ
の経路を作り、複合共振器を構成しているので、時計回
りのレーザー光、反時計回りのレーザー光、それぞれに
つき、安定な単一縦モード発振が実現できる。
り抜き、石英管１００１を形成した。その後、石英管１
００１にミラー１００２を取り付けた。さらに、石英管
１００１にアノード１０４０、電気端子１０４１、カソ
ード１０５０を取り付けた。次に石英管１００１の中に
ヘリウムガスとネオンガスを入れ、アノードとカソード
間に電圧をかけると放電が始まり、電流が流れる。そし
て、石英管１００１の中で時計回りのレーザー光１０１
０と反時計回りのレーザー光１０２０が発振する。しか
も、ミラー１０８０を用いて、レーザー光に対して２つ
の経路を作り、複合共振器を構成しているので、時計回
りのレーザー光、反時計回りのレーザー光、それぞれに
つき、安定な単一縦モード発振が実現できる。
【００９８】このガスリングレーザー型ジャイロが静止
しているときは、レーザー光１０１０とレーザー光１０
２０の発振周波数はほぼ等しく、４．３７×１０１４Ｈ
ｚ、発振波長λは６３２．８ｎｍである。ただし、光ア
イソレーター１０３０がレーザー光の光路中に挿入され
ているため、レーザー光１０１０に対する発振しきい値
は、レーザー光１０２０に対する発振しきい値よりも小
さい。このため、レーザー光１０１０の光強度の方が、
レーザー光１０２０の光強度よりも大きい。この結果、
レーザー光１０１０の発振周波数ｆ１は、レーザー光１
０２０の発振周波数ｆ２よりも２０ＭＨｚ大きい。そし
て、石英管１００１の中でレーザー光１０１０と１０２
０が干渉する。このとき、電源電流が一定となるよう調
整しておき、電極端子１０４１とカソード１０５０の間
の電圧をモニターすると、振幅１００ｍＶで周波数２０
ＭＨｚの信号が得られる。すなわち、ガスリングレーザ
ー型ジャイロが静止しているときでも、ビート信号が検
出できる。
しているときは、レーザー光１０１０とレーザー光１０
２０の発振周波数はほぼ等しく、４．３７×１０１４Ｈ
ｚ、発振波長λは６３２．８ｎｍである。ただし、光ア
イソレーター１０３０がレーザー光の光路中に挿入され
ているため、レーザー光１０１０に対する発振しきい値
は、レーザー光１０２０に対する発振しきい値よりも小
さい。このため、レーザー光１０１０の光強度の方が、
レーザー光１０２０の光強度よりも大きい。この結果、
レーザー光１０１０の発振周波数ｆ１は、レーザー光１
０２０の発振周波数ｆ２よりも２０ＭＨｚ大きい。そし
て、石英管１００１の中でレーザー光１０１０と１０２
０が干渉する。このとき、電源電流が一定となるよう調
整しておき、電極端子１０４１とカソード１０５０の間
の電圧をモニターすると、振幅１００ｍＶで周波数２０
ＭＨｚの信号が得られる。すなわち、ガスリングレーザ
ー型ジャイロが静止しているときでも、ビート信号が検
出できる。
【００９９】さて、ガスリングレーザー型ジャイロが毎
秒 １８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の
１辺の長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザ光１
００の発振周波数ｆ１は２４８．３ｋＨｚだけ増加す
る。一方、時計回りのレーザー光１１０の発振周波数ｆ
２は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビー
ト周波数は ｆ１−ｆ２＝２０ＭＨｚ＋４９６．６Ｈｚ となる。一方、ガスリングレーザー型ジャイロが毎秒
１８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート
周波数は ｆ１−ｆ２＝２０ＭＨｚ−４９６．６Ｈｚ となる。ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速度に
比例しているので、回転速度の検出ができるだけでな
く、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応して
いるので、回転方向の検知が可能となる。
秒 １８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の
１辺の長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザ光１
００の発振周波数ｆ１は２４８．３ｋＨｚだけ増加す
る。一方、時計回りのレーザー光１１０の発振周波数ｆ
２は２４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビー
ト周波数は ｆ１−ｆ２＝２０ＭＨｚ＋４９６．６Ｈｚ となる。一方、ガスリングレーザー型ジャイロが毎秒
１８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート
周波数は ｆ１−ｆ２＝２０ＭＨｚ−４９６．６Ｈｚ となる。ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速度に
比例しているので、回転速度の検出ができるだけでな
く、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応して
いるので、回転方向の検知が可能となる。
【０１００】この参考例では、定電流駆動とし、端子電
圧の変化を測定したが、もし定電圧駆動であれば、端子
に流れる電流の変化を検出することができる。また、イ
ンピーダンスメーターを用いて、放電のインピーダンス
の変化を直接検出してもよい。
圧の変化を測定したが、もし定電圧駆動であれば、端子
に流れる電流の変化を検出することができる。また、イ
ンピーダンスメーターを用いて、放電のインピーダンス
の変化を直接検出してもよい。
【０１０１】この例でも、駆動電源制御装置４をオフに
すると、静止時のビート信号は±１００Ｈｚほど揺ら
ぐ。これに対して、本発明のようにビート周波数を計測
した後、駆動電源制御装置４によって駆動電源１を制御
すると、周波数揺らぎは±１Ｈｚ以下に抑制される。
すると、静止時のビート信号は±１００Ｈｚほど揺ら
ぐ。これに対して、本発明のようにビート周波数を計測
した後、駆動電源制御装置４によって駆動電源１を制御
すると、周波数揺らぎは±１Ｈｚ以下に抑制される。
【０１０２】また、ここではビート信号として、端子電
圧を用いたが、ビート信号の情報を含む駆動電源制御装
置４の出力信号、駆動電源の出力電流あるいは出力電圧
を角速度検出用の信号として用いてもよい。また、これ
らの中から、少なくとも二つ以上のものを信号として用
い、平均（加重平均を含む）、差分などの統計処理を行
うのも、信号／雑音比を改善する上で好適なものであ
る。
圧を用いたが、ビート信号の情報を含む駆動電源制御装
置４の出力信号、駆動電源の出力電流あるいは出力電圧
を角速度検出用の信号として用いてもよい。また、これ
らの中から、少なくとも二つ以上のものを信号として用
い、平均（加重平均を含む）、差分などの統計処理を行
うのも、信号／雑音比を改善する上で好適なものであ
る。
【０１０３】なお、ここでは、ヘリウムガスとネオンガ
スを用いたが、レーザー発振する気体であれば何であっ
てもよい。また、光導波路も、光路が囲む形状が、図１
６のように四角形だけでなく、六角形や三角形、あるい
は円などどのような形状でもよい。
スを用いたが、レーザー発振する気体であれば何であっ
てもよい。また、光導波路も、光路が囲む形状が、図１
６のように四角形だけでなく、六角形や三角形、あるい
は円などどのような形状でもよい。
【０１０４】次に周波数計測装置３について説明する。
ビート信号を周波数―電圧変換回路（ＦＶ変換回路）を
通すことによって、ビート周波数を電圧値に直すことが
できる。たとえば、オフセットを調整して、ジャイロ２
が静止している時の周波数―電圧変換回路（ＦＶ変換回
路）の電圧出力をゼロとすると、周波数―電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）の出力の正負によって、回転方向を検
出することができる。
ビート信号を周波数―電圧変換回路（ＦＶ変換回路）を
通すことによって、ビート周波数を電圧値に直すことが
できる。たとえば、オフセットを調整して、ジャイロ２
が静止している時の周波数―電圧変換回路（ＦＶ変換回
路）の電圧出力をゼロとすると、周波数―電圧変換回路
（ＦＶ変換回路）の出力の正負によって、回転方向を検
出することができる。
【０１０５】図１７に周波数―電圧変換回路（ＦＶ変換
回路）の例を示す。この回路は、トランジスター、ダイ
オード、コンデンサー、抵抗で構成され、出力電圧Ｖ
C２は次式で表される。
回路）の例を示す。この回路は、トランジスター、ダイ
オード、コンデンサー、抵抗で構成され、出力電圧Ｖ
C２は次式で表される。
【０１０６】
【数１】
ここで、Ｅiは入力電圧のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋの
値、ｆはビート周波数である。Ｃ２＞＞Ｃ１，Ｒ０Ｃ２
ｆ＜１となるように回路パラメーターを設計すること
で、
値、ｆはビート周波数である。Ｃ２＞＞Ｃ１，Ｒ０Ｃ２
ｆ＜１となるように回路パラメーターを設計すること
で、
【０１０７】
【数２】
となり、ビート周波数に比例した電圧出力を得ることが
可能となる。
可能となる。
【０１０８】また、周波数カウンタがすでにＩＣ化され
て市販されており、周波数カウンタを周波数計測装置３
として用いるのも、装置の小型化という点で好適なもの
である。
て市販されており、周波数カウンタを周波数計測装置３
として用いるのも、装置の小型化という点で好適なもの
である。
【０１０９】（第８の実施例）
図１８は、本発明の第８の実施例の特徴を最もよく表す
図画であり、同図において５はジャイロから出射された
レーザー光、６は光検出器である。
図画であり、同図において５はジャイロから出射された
レーザー光、６は光検出器である。
【０１１０】上記構成において、ジャイロ２として、リ
ングレーザー型ジャイロを用いる。ジャイロ２から出射
されたレーザー光５を光検出器６に入射する。このと
き、レーザー光５が時計回りのレーザー光と反時計回り
のレーザー光から構成されていれば、光検出器６の中で
ビート光が生じ、このビート周波数をもった信号が光検
出器６から出力される。このビート周波数を周波数計測
装置３を用いて検出する。そして得られたビート周波数
に応じた信号を駆動電源制御装置４に入力する。最後
に、駆動電源制御装置４から駆動電源に信号を送り、ビ
ート周波数を安定化する。
ングレーザー型ジャイロを用いる。ジャイロ２から出射
されたレーザー光５を光検出器６に入射する。このと
き、レーザー光５が時計回りのレーザー光と反時計回り
のレーザー光から構成されていれば、光検出器６の中で
ビート光が生じ、このビート周波数をもった信号が光検
出器６から出力される。このビート周波数を周波数計測
装置３を用いて検出する。そして得られたビート周波数
に応じた信号を駆動電源制御装置４に入力する。最後
に、駆動電源制御装置４から駆動電源に信号を送り、ビ
ート周波数を安定化する。
【０１１１】まず、ジャイロ２として、半導体リングレ
ーザー型ジャイロを用いた例について説明する。
ーザー型ジャイロを用いた例について説明する。
【０１１２】図１９は半導体リングレーザー型ジャイロ
を模式的に示す図であり、図１２との違いは、レーザー
光の出射部を有していることである。同図において、４
０１２は時計回りのレーザー光が出射されたもの、４０
１３は反時計回りのレーザー光が出射されたもの、４０
２４はミラー、４０３０は光検出器である。また、上の
図は上面図、下の図は上の図のＸ−Ｘ'でカットした断
面図である。
を模式的に示す図であり、図１２との違いは、レーザー
光の出射部を有していることである。同図において、４
０１２は時計回りのレーザー光が出射されたもの、４０
１３は反時計回りのレーザー光が出射されたもの、４０
２４はミラー、４０３０は光検出器である。また、上の
図は上面図、下の図は上の図のＸ−Ｘ'でカットした断
面図である。
【０１１３】上記構成において、半導体と空気では屈折
率が異なるため、界面で反射が生じる。半導体の屈折率
を３．５とすると、界面に対する法線とレーザー光との
なす角が１６．６度以上で全反射が生じる。全反射を受
けるモードは、他のモードに比べてミラー損失分だけ発
振しきい値が小さくなるので、低注入電流レベルで発振
が開始する。しかもこの発振モードに利得が集中するた
め、他のモードの発振は抑制される。
率が異なるため、界面で反射が生じる。半導体の屈折率
を３．５とすると、界面に対する法線とレーザー光との
なす角が１６．６度以上で全反射が生じる。全反射を受
けるモードは、他のモードに比べてミラー損失分だけ発
振しきい値が小さくなるので、低注入電流レベルで発振
が開始する。しかもこの発振モードに利得が集中するた
め、他のモードの発振は抑制される。
【０１１４】図１９において、レーザー出射部を除く端
面では、界面に対する法線とレーザー光とのなす角は４
５度であり、全反射条件を満たす。レーザー出射部で
は、端面の一部を界面に対する法線とレーザー光とが平
行になるようにしている。このとき、室温における発振
しきい値はレーザー光４００２に対して５．５ｍＡ、レ
ーザー光４００３に対して５ｍＡである。
面では、界面に対する法線とレーザー光とのなす角は４
５度であり、全反射条件を満たす。レーザー出射部で
は、端面の一部を界面に対する法線とレーザー光とが平
行になるようにしている。このとき、室温における発振
しきい値はレーザー光４００２に対して５．５ｍＡ、レ
ーザー光４００３に対して５ｍＡである。
【０１１５】半導体リングレーザー型ジャイロ４１５０
の駆動電流は６．５ｍＡであり、このレーザーが静止し
ているときは、レーザー光４００２とレーザー光４００
３の発振波長λは、ほぼ等しく、約１．５５μｍであ
る。ただし、レーザー光４００３の光強度の方が、レー
ザー光４００２の光強度よりも大きい。このため、発振
周波数がわずかに異なり、レーザー光４００３の発振周
波数ｆ３は、レーザー光４００２の発振周波数ｆ４より
も２０ｋＨｚ大きい。そして、半導体リングレーザー型
ジャイロ４１５０から出射されたレーザー光４０１２と
４０１３が、光検出器４０３０の中で干渉する。このと
き、光検出器４０３０から周波数２０ｋＨｚの信号が得
られる。すなわち、半導体リングレーザー型ジャイロ４
１５０が静止しているときでも、ビート信号が検出でき
る。
の駆動電流は６．５ｍＡであり、このレーザーが静止し
ているときは、レーザー光４００２とレーザー光４００
３の発振波長λは、ほぼ等しく、約１．５５μｍであ
る。ただし、レーザー光４００３の光強度の方が、レー
ザー光４００２の光強度よりも大きい。このため、発振
周波数がわずかに異なり、レーザー光４００３の発振周
波数ｆ３は、レーザー光４００２の発振周波数ｆ４より
も２０ｋＨｚ大きい。そして、半導体リングレーザー型
ジャイロ４１５０から出射されたレーザー光４０１２と
４０１３が、光検出器４０３０の中で干渉する。このと
き、光検出器４０３０から周波数２０ｋＨｚの信号が得
られる。すなわち、半導体リングレーザー型ジャイロ４
１５０が静止しているときでも、ビート信号が検出でき
る。
【０１１６】さて、半導体リングレーザー型ジャイロ４
１５０が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒３
０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回りの
レーザ光４１０３の発振周波数ｆ３は８８．７Ｈｚだけ
増加する。一方、時計回りのレーザー光４１０２の発振
周波数ｆ４は８８．７Ｈｚだけ減少する。したがって、
ビート周波数は ｆ３−ｆ４＝２０ｋＨｚ＋１７７．４Ｈｚ となる。
１５０が、カメラの手ぶれや自動車の振動程度の毎秒３
０度の速度で時計回りに回転を受けると、反時計回りの
レーザ光４１０３の発振周波数ｆ３は８８．７Ｈｚだけ
増加する。一方、時計回りのレーザー光４１０２の発振
周波数ｆ４は８８．７Ｈｚだけ減少する。したがって、
ビート周波数は ｆ３−ｆ４＝２０ｋＨｚ＋１７７．４Ｈｚ となる。
【０１１７】一方、半導体リングレーザー型ジャイロ４
１５０が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受け
ると、ビート周波数は ｆ３−ｆ４＝２０ｋＨｚ−１７７．４Ｈｚ となる。
１５０が、毎秒３０度の速度で反時計回りに回転を受け
ると、ビート周波数は ｆ３−ｆ４＝２０ｋＨｚ−１７７．４Ｈｚ となる。
【０１１８】ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけで
なく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応し
ているので、回転方向の検知が可能となる。
【０１１９】これまで、静止時のビート周波数が２０ｋ
Ｈｚであると述べたが、駆動電源制御装置４をオフにす
ると、静止時のビート信号は図１５（ａ）に示すように
±５０Ｈｚほど揺らぐ。これに対して、本発明のように
ビート周波数を計測した後、駆動電源制御装置４によっ
て駆動電源１を制御すると、図１５（ｂ）のように、ビ
ート周波数が安定化される。図１５（ｂ）の縦軸を拡大
して示したのが図１５（ｃ）であり、周波数揺らぎは±
１Ｈｚ以下に抑制されている。この結果は、光導波路４
００１と４００５の電極を接続した上で、制御したもの
である。一方、光導波路４００１と４００５の電極を独
立に制御すると、図４（ｂ）のように、周波数揺らぎは
±０．１Ｈｚまで低減される。
Ｈｚであると述べたが、駆動電源制御装置４をオフにす
ると、静止時のビート信号は図１５（ａ）に示すように
±５０Ｈｚほど揺らぐ。これに対して、本発明のように
ビート周波数を計測した後、駆動電源制御装置４によっ
て駆動電源１を制御すると、図１５（ｂ）のように、ビ
ート周波数が安定化される。図１５（ｂ）の縦軸を拡大
して示したのが図１５（ｃ）であり、周波数揺らぎは±
１Ｈｚ以下に抑制されている。この結果は、光導波路４
００１と４００５の電極を接続した上で、制御したもの
である。一方、光導波路４００１と４００５の電極を独
立に制御すると、図４（ｂ）のように、周波数揺らぎは
±０．１Ｈｚまで低減される。
【０１２０】また、ここではビート信号として、光検出
器からの出力信号を用いたが、ビート信号の情報を含む
駆動電源制御装置４の出力信号、駆動電源の出力電流あ
るいは出力電圧を角速度検出用の信号として用いてもよ
い。また、これらの信号やあるいはジャイロの電気端子
からの信号の中から、少なくとも二つ以上のものを信号
として用い、平均（加重平均を含む）、差分などの統計
処理を行うのも、信号／雑音比を改善する上で好適なも
のである。
器からの出力信号を用いたが、ビート信号の情報を含む
駆動電源制御装置４の出力信号、駆動電源の出力電流あ
るいは出力電圧を角速度検出用の信号として用いてもよ
い。また、これらの信号やあるいはジャイロの電気端子
からの信号の中から、少なくとも二つ以上のものを信号
として用い、平均（加重平均を含む）、差分などの統計
処理を行うのも、信号／雑音比を改善する上で好適なも
のである。
【０１２１】なお、ここでは半導体材料として、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系のものを用いたが、ＧａＡｓ系、ＺｎＳｅ
系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系などどのような材料系
であってもかまわない。また、光導波路も、光路が囲む
形状が、図１９のように四角形だけでなく、六角形や三
角形、あるいは円などどのような形状でもよい。
ａＡｓＰ系のものを用いたが、ＧａＡｓ系、ＺｎＳｅ
系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系などどのような材料系
であってもかまわない。また、光導波路も、光路が囲む
形状が、図１９のように四角形だけでなく、六角形や三
角形、あるいは円などどのような形状でもよい。
【０１２２】（第３の参考例）
図２０は、本発明の第３の参考例を表す図画である。図
２０は、ガスリングレーザー型ジャイロを模式的に示す
図画であり、同図において、１０１１は時計回りのレー
ザー光が出射されたもの、１０２１は反時計回りのレー
ザー光が出射されたもの、１０６０は光検出器、１０７
０はミラーである。石英管１００１の中にヘリウムガス
とネオンガスを入れ、アノードとカソード間に電圧をか
けると放電が始まり、電流が流れる。そして、石英管１
００１の中で時計回りのレーザー光１０１０と反時計回
りのレーザー光１０２０が発振する。しかも、ミラー１
０８０を用いて、レーザー光に対して２つの経路を作
り、複合共振器を構成しているので、時計回りのレーザ
ー光、反時計回りのレーザー光、それぞれにつき、安定
な単一縦モード発振が実現できる。このガスリングレー
ザー型ジャイロが静止しているときは、レーザー光１０
１０とレーザー光１０２０の発振周波数はほぼ等しく、
４．７３×１０14Ｈｚ、発振波長λは６３２．８ｎｍで
ある。ただし、光アイソレーター１０３０がレーザー光
の光路中に挿入されているため、レーザー光１０１０に
対する発振しきい値は、レーザー光１０２０に対する発
振しきい値よりも小さい。このため、レーザー光１０１
０の光強度の方が、レーザー光１０２０の光強度よりも
大きい。この結果、レーザー光１０１０の発振周波数ｆ
1は、レーザー光１０２０の発振周波数ｆ2よりも２０Ｍ
Ｈｚ大きい。そして、これらのレーザー光を外部に出射
し、レーザー光１０１１と１０２１を同時に光検出器１
０６０に入射する。光検出器１０６０の中でレーザー光
１０１１と１０２１が干渉し、その結果、光検出器１０
６０から周波数２０ＭＨｚの信号が得られる。すなわ
ち、ガスリングレーザー型ジャイロが静止しているとき
でも、ビート信号が検出できる。
２０は、ガスリングレーザー型ジャイロを模式的に示す
図画であり、同図において、１０１１は時計回りのレー
ザー光が出射されたもの、１０２１は反時計回りのレー
ザー光が出射されたもの、１０６０は光検出器、１０７
０はミラーである。石英管１００１の中にヘリウムガス
とネオンガスを入れ、アノードとカソード間に電圧をか
けると放電が始まり、電流が流れる。そして、石英管１
００１の中で時計回りのレーザー光１０１０と反時計回
りのレーザー光１０２０が発振する。しかも、ミラー１
０８０を用いて、レーザー光に対して２つの経路を作
り、複合共振器を構成しているので、時計回りのレーザ
ー光、反時計回りのレーザー光、それぞれにつき、安定
な単一縦モード発振が実現できる。このガスリングレー
ザー型ジャイロが静止しているときは、レーザー光１０
１０とレーザー光１０２０の発振周波数はほぼ等しく、
４．７３×１０14Ｈｚ、発振波長λは６３２．８ｎｍで
ある。ただし、光アイソレーター１０３０がレーザー光
の光路中に挿入されているため、レーザー光１０１０に
対する発振しきい値は、レーザー光１０２０に対する発
振しきい値よりも小さい。このため、レーザー光１０１
０の光強度の方が、レーザー光１０２０の光強度よりも
大きい。この結果、レーザー光１０１０の発振周波数ｆ
1は、レーザー光１０２０の発振周波数ｆ2よりも２０Ｍ
Ｈｚ大きい。そして、これらのレーザー光を外部に出射
し、レーザー光１０１１と１０２１を同時に光検出器１
０６０に入射する。光検出器１０６０の中でレーザー光
１０１１と１０２１が干渉し、その結果、光検出器１０
６０から周波数２０ＭＨｚの信号が得られる。すなわ
ち、ガスリングレーザー型ジャイロが静止しているとき
でも、ビート信号が検出できる。
【０１２３】さて、ガスリングレーザー型ジャイロが毎
秒１８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１
辺の長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザ光１０
０の発振周波数ｆ１は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
一方、時計回りのレーザー光１１０の発振周波数ｆ２２
４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビート周波
数は ｆ１−ｆ２ ＝２０ＭＨｚ＋４９６．６Ｈｚ となる。一方、ガスリングレーザー型ジャイロが毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は ｆ１−ｆ２ ＝２０ＭＨｚ−４９６．６Ｈｚ となる。ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速度に
比例しているので、回転速度の検出ができるだけでな
く、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応して
いるので、回転方向の検知が可能となる。
秒１８０度の速度で時計回りに回転を受け、共振器の１
辺の長さが１０ｃｍのとき、反時計回りのレーザ光１０
０の発振周波数ｆ１は２４８．３ｋＨｚだけ増加する。
一方、時計回りのレーザー光１１０の発振周波数ｆ２２
４８．３ｋＨｚだけ減少する。したがって、ビート周波
数は ｆ１−ｆ２ ＝２０ＭＨｚ＋４９６．６Ｈｚ となる。一方、ガスリングレーザー型ジャイロが毎秒１
８０度の速度で反時計回りに回転を受けると、ビート周
波数は ｆ１−ｆ２ ＝２０ＭＨｚ−４９６．６Ｈｚ となる。ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速度に
比例しているので、回転速度の検出ができるだけでな
く、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応して
いるので、回転方向の検知が可能となる。
【０１２４】この例でも、駆動電源制御装置４をオフに
すると、静止時のビート信号は±１００Ｈｚほど揺ら
ぐ。これに対して、本発明のようにビート周波数を計測
した後、駆動電源制御装置４によって駆動電源１を制御
すると、周波数揺らぎは±１Ｈｚ以下に抑制される。
すると、静止時のビート信号は±１００Ｈｚほど揺ら
ぐ。これに対して、本発明のようにビート周波数を計測
した後、駆動電源制御装置４によって駆動電源１を制御
すると、周波数揺らぎは±１Ｈｚ以下に抑制される。
【０１２５】また、ビート信号の情報を含む駆動電源制
御装置４の出力信号、駆動電源の出力電流あるいは出力
電圧を角速度検出用の信号として用いてもよい。また、
これらの信号やジャイロの電気端子からの信号の中か
ら、少なくとも二つ以上のものを信号として用い、平均
（加重平均を含む）、差分などの統計処理を行うのも、
信号／雑音比を改善する上で好適なものである。
御装置４の出力信号、駆動電源の出力電流あるいは出力
電圧を角速度検出用の信号として用いてもよい。また、
これらの信号やジャイロの電気端子からの信号の中か
ら、少なくとも二つ以上のものを信号として用い、平均
（加重平均を含む）、差分などの統計処理を行うのも、
信号／雑音比を改善する上で好適なものである。
【０１２６】なお、ここでは、ヘリウムガスとネオンガ
スを用いたが、レーザー発振する気体であれば何であっ
てもよい。また、光導波路も、光路が囲む形状が、図２
０のように四角形だけでなく、六角形や三角形、あるい
は円などどのような形状でもよい。
スを用いたが、レーザー発振する気体であれば何であっ
てもよい。また、光導波路も、光路が囲む形状が、図２
０のように四角形だけでなく、六角形や三角形、あるい
は円などどのような形状でもよい。
【０１２７】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、ロックイ
ンが生じない方法で発振モード数を制限することのでき
る、リングレーザーおよびリングレーザー型ジャイロを
提供できる。このように発振モード数を制限した上で、
さらに、ディザなどの機械的な機構がなくても、回転方
向および回転速度の検出を精度よく安定に行うことがで
きる、リングレーザー型ジャイロが実現される。
ンが生じない方法で発振モード数を制限することのでき
る、リングレーザーおよびリングレーザー型ジャイロを
提供できる。このように発振モード数を制限した上で、
さらに、ディザなどの機械的な機構がなくても、回転方
向および回転速度の検出を精度よく安定に行うことがで
きる、リングレーザー型ジャイロが実現される。
【図１】本発明の第１の参考例に係るリングレーザーお
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
【図２】本発明の第１の参考例に係るリングレーザーの
共振モードを説明する図である。
共振モードを説明する図である。
【図３】本発明の第１の参考例に係るリングレーザーの
発振スペクトルを説明する図である。
発振スペクトルを説明する図である。
【図４】本発明の第１の参考例に係るリングレーザー型
ジャイロのビート信号のスペクトルを説明する図であ
る。
ジャイロのビート信号のスペクトルを説明する図であ
る。
【図５】本発明の第１の実施例に係るリングレーザーお
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るリングレーザーお
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係るリングレーザーお
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係るリングレーザーお
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
【図９】本発明の第５の実施例に係るリングレーザーお
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
よびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
【図１０】本発明の第６の実施例に係るリングレーザー
およびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
およびリングレーザー型ジャイロを説明する図である。
【図１１】本発明の第７の実施例に係るジャイロを説明
する図である。
する図である。
【図１２】本発明の第７の実施例に係るリングレーザー
型ジャイロを説明する図である。
型ジャイロを説明する図である。
【図１３】本発明の第７の実施例に係るリングレーザー
型ジャイロの電流−光出力特性を説明する図である。
型ジャイロの電流−光出力特性を説明する図である。
【図１４】本発明の第７の実施例に係るジャイロのビー
ト信号を説明する図である。
ト信号を説明する図である。
【図１５】本発明の第７の実施例に係るジャイロのビー
ト信号の揺らぎを説明する図である。
ト信号の揺らぎを説明する図である。
【図１６】本発明の第２の参考例に係るジャイロを説明
する図である。
する図である。
【図１７】本発明の第２の参考例に係るＦＶ変換回路を
説明する図である。
説明する図である。
【図１８】本発明の第８の実施例に係るジャイロを説明
する図である。
する図である。
【図１９】本発明の第８の実施例に係るジャイロを説明
する図である。
する図である。
【図２０】本発明の第３の参考例に係るジャイロを説明
する図である。
する図である。
１ 駆動電源
２ ジャイロ
３ 周波数計測装置
４ 駆動電源制御装置
５ レーザー光
６ 光検出器
５００ 非対称テーパー部
５０１ 時計回りのレーザー光
５０２ 反時計回りのレーザー光
６００ テーパー部
６０１ 時計回りのレーザー光
７１０、７２０、８１０、８２０ 電極
９００ 非対称テーパー部
９５０ テーパー部
１００１ 石英管
１００２ ミラー
１０１０ 時計回りのレーザー光
１０１１ 時計回りのレーザー光が出射されたもの
１０２０ 反時計回りのレーザー光
１０２１ 反時計回りのレーザー光が出射されたもの
１０３０ 光アイソレーター
１０４０ アノード
１０４１ 電気端子
１０５０ カソード
１０６０ 光検出器
１０７０、１０８０ ミラー
４００１ 半導体リングレーザー型ジャイロの光導波路
４０００ 光導波路の非対称テーパー部
４００２ 時計回りのレーザー光
４００３ 反時計回りのレーザー光
４００４ 端面
４００５ 半導体リングレーザー型ジャイロの光導波路
４０１２ 時計回りのレーザー光が出射されたもの
４０１３ 反時計回りのレーザー光が出射されたもの
４０２４ ミラー
４０３０ 光検出器
４１０１ 活性層
４１０２ 半導体基板
４１０３ アノード
４１０４ カソード
４１０６ クラッド層
４１２１ キャップ層
４１２２、４１２３ 光ガイド層
４１２４ 電気端子
４１５０ 半導体リングレーザー型ジャイロ
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−34164（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−94465（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−146150（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−63265（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−181028（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−174317（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−122680（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−139954（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−216061（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−88547（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−88385（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−43486（ＪＰ，Ａ)
特開2001−50753（ＪＰ，Ａ)
特開2002−22460（ＪＰ，Ａ)
特開2001−188012（ＪＰ，Ａ)
特公 昭46−3342（ＪＰ，Ｂ１)
特許3323844（ＪＰ，Ｂ２)
特許3363862（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01C 19/68
H01S 3/083
H01S 5/0683
H01S 5/10
Claims (2)
- 【請求項１】 光路長の異なる複数のリング共振器を有
し、前記複数のリング共振器のうち少なくとも一部が光
学的に結合し、前記リング共振器内を伝搬するレーザー
光の周回方向が、前記結合によって反転しないリングレ
ーザーであって、前記複数のリング共振器の少なくとも
一部に、互いに反対の周回方向に伝搬するレーザー光に
対して損失差を与える部分として非対称な形状をもつテ
ーパー状の光導波路を備えたことを特徴とするリングレ
ーザー。 - 【請求項２】 前記リング共振器の各々の内部におい
て、発振周波数の異なるレーザー光が共存することを特
徴とする請求項１記載のリングレーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000211852A JP3531917B2 (ja) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | リングレーザー |
| US09/900,950 US6658039B2 (en) | 2000-07-12 | 2001-07-10 | Ring laser and method for driving a ring laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000211852A JP3531917B2 (ja) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | リングレーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002022461A JP2002022461A (ja) | 2002-01-23 |
| JP3531917B2 true JP3531917B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=18707878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000211852A Expired - Fee Related JP3531917B2 (ja) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | リングレーザー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6658039B2 (ja) |
| JP (1) | JP3531917B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003240861A (ja) * | 2002-02-20 | 2003-08-27 | Canon Inc | 放射線検出素子、放射線撮像装置及び放射線検出方法 |
| JP2006521018A (ja) * | 2003-03-19 | 2006-09-14 | ビノプティクス・コーポレイション | 高いｓｍｓｒ単方向のエッチングレーザおよび低バック反射の光機能装置 |
| JP2005249547A (ja) * | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Advanced Telecommunication Research Institute International | 半導体レーザジャイロ |
| US7330269B2 (en) * | 2005-01-21 | 2008-02-12 | Honeywell International Inc. | Single sensor ring laser gyroscope |
| JP2006278770A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Nec Corp | 波長可変レーザ |
| US20070153864A1 (en) * | 2005-11-02 | 2007-07-05 | Luminus Devices, Inc. | Lasers and methods associated with the same |
| FR2894663B1 (fr) * | 2005-12-13 | 2008-02-08 | Thales Sa | Gyrolaser a etat solide active optiquement par biais alternatif |
| JP5275886B2 (ja) * | 2009-04-20 | 2013-08-28 | ミネベア株式会社 | 半導体リングレーザジャイロ |
| JP5902267B1 (ja) * | 2014-09-19 | 2016-04-13 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| CN109556594B (zh) * | 2018-10-19 | 2022-10-25 | 上海新跃联汇电子科技有限公司 | 基于光纤环形谐振腔感应透明及吸收效应的光纤陀螺 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3323844B2 (ja) | 1999-01-18 | 2002-09-09 | キヤノン株式会社 | ジャイロ |
| JP3363862B2 (ja) | 1999-01-22 | 2003-01-08 | キヤノン株式会社 | ジャイロ、それを備えたカメラ、レンズ及び自動車 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5743486A (en) | 1980-08-13 | 1982-03-11 | Agency Of Ind Science & Technol | Semiconductor ring laser device |
| US4747111A (en) * | 1987-02-13 | 1988-05-24 | Hewlett-Packard Company | Quasi-planar monolithic unidirectional ring laser |
| US4913548A (en) | 1988-09-21 | 1990-04-03 | Rockwell International Corporation | Solid state fiber optic semiconductor ring laser gyro apparatus with non-optical readout |
| JPH04174317A (ja) | 1990-11-07 | 1992-06-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザジャイロ |
| JP3221576B2 (ja) | 1992-04-06 | 2001-10-22 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザジャイロ |
| US5398256A (en) * | 1993-05-10 | 1995-03-14 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Interferometric ring lasers and optical devices |
| US5764681A (en) | 1995-11-03 | 1998-06-09 | Cornell Research Foundation, Inc. | Directional control method and apparatus for ring laser |
-
2000
- 2000-07-12 JP JP2000211852A patent/JP3531917B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-07-10 US US09/900,950 patent/US6658039B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3323844B2 (ja) | 1999-01-18 | 2002-09-09 | キヤノン株式会社 | ジャイロ |
| JP3363862B2 (ja) | 1999-01-22 | 2003-01-08 | キヤノン株式会社 | ジャイロ、それを備えたカメラ、レンズ及び自動車 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002022461A (ja) | 2002-01-23 |
| US6658039B2 (en) | 2003-12-02 |
| US20020021732A1 (en) | 2002-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2297473C (en) | Gyro apparatus and gyroscope | |
| EP1020706B1 (en) | Laser apparatus and gyroscope | |
| JP3531917B2 (ja) | リングレーザー | |
| US6493089B2 (en) | Gyro and method of operating the same with a modulated frequency signal | |
| US6603557B2 (en) | Ring laser gyro having ring resonator semiconductor lasers and driving method thereof | |
| JP3535813B2 (ja) | ジャイロ装置、ジャイロ装置の駆動方法、および信号検出方法 | |
| US6785003B2 (en) | Ring laser gyro with optically independent semiconductor ring lasers | |
| US6631002B1 (en) | Control of laser beams in a ring laser gyro | |
| US6586725B2 (en) | Optical gyro, driving method and signal processing method therefor | |
| US6351311B1 (en) | Ring laser gyro with an injected third beam | |
| JP3531918B2 (ja) | 光ジャイロ、及びその駆動方法並びに信号処理方法 | |
| JP2000205863A (ja) | 光ジャイロ | |
| JP2003035540A (ja) | 半導体リングレーザー型ジャイロおよび半導体リングレーザー型ジャイロの駆動方法 | |
| JP2003042769A (ja) | 光ジャイロおよび光ジャイロの駆動方法 | |
| JP2002243452A (ja) | ジャイロ装置及びその駆動方法 | |
| JP2002277250A (ja) | ジャイロ装置 | |
| JP2002340565A (ja) | 光ジャイロ及びその駆動方法及び信号処理方法 | |
| JP2002310667A (ja) | リングレーザー型ジャイロ | |
| JP2001201349A (ja) | リングレーザージャイロ、リングレーザージャイロの駆動方法 | |
| JP2001108445A (ja) | 半導体レーザー、ジャイロ及びジャイロの操作方法 | |
| JP2001108446A (ja) | ジャイロ及びその操作方法 | |
| JP2002022456A (ja) | 光ジャイロ、その駆動方法及び信号処理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20031202 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040202 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040226 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040301 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080312 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090312 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100312 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100312 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110312 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |