JP5708243B2 - 光ジャイロ - Google Patents

Description

本発明は、励起光源と光共振器を備える光ジャイロに関するものである。

従来、光ジャイロ（所謂リングレーザジャイロ）として、特許文献１〜３に記載のものが知られている。

特許文献１では、リング状の共振器の少なくとも一部に半導体レーザが構成され、この半導体レーザの電極に電圧を印加することで、光共振器全体でレーザ発振するようになっている。

特許文献２では、リング状の共振器（光導波路）の少なくとも一部に希土類が添加され、希土類に励起光を照射することで、励起し、レーザ発振するようになっている。

一方、特許文献３では、リング状の共振器（共振器リング）に、ポンプレーザ（励起光源）から強度の高い光を入射させることで、非線形光学効果としての誘導ブルリアン散乱を生じさせ、これによりレーザ光が生成されるようになっている。

特開２００８−８８９２号公報 特開２０１０−９１３８８号公報 特開平６−１８８５２６号公報

特許文献１では、半導体レーザを光源とするため、共振器長の長い光ジャイロでは、レーザ光を単一モードとすることが困難である。また、半導体レーザがもつ光吸収損失のため、共振器のＱ値を高める（レーザ光の半値幅を狭くする）ことが困難である。これら理由により、高精度な光ジャイロを実現することができない。

特許文献２では、希土類の添加濃度に限界があるため、共振させる（レーザ発振させる）ためには共振器長を長くしなければならず、共振器、ひいては光ジャイロの体格を小型化するのが困難である。また、共振器長が長いため、半導体レーザ同様、レーザ光を単一モードとすることが困難であり、高精度な光ジャイロを実現することができない。

一方、特許文献３では、非線形光学効果（誘導ブルリアン散乱）を用いるため、これによりレーザ光を単一モードとし、高精度な光ジャイロを実現することが可能である。しかしながら、下記課題を生じる。

先ず、特許文献３に示す構成では、共振器内で非線形光学効果（誘導ブルリアン散乱）を起こすようにしている。ここで、光ジャイロのように共振器長が長い場合、コアの屈折率を高くし、これにより光の閉じ込め効果を高めようとすると、共振器において光の散乱による損失が高くなる。このため、レーザ発振させるために、強度の高い光を共振器に入射させなければならず、励起光源を小型化するのが困難である。また、光の散乱によりＱ値が低く（半値幅が広く）なるため、検出精度が低下する。

そこで、一般には、共振器における光散乱の損失を低減するように設計する。しかしながら、共振器において、コアの屈折率を低くし、光の散乱を抑制するようにすると、その反面、光の閉じ込め効果が弱くなり、導波路のコア断面積を大きくしなければならない。一方、共振器内で非線形光学効果（誘導ブルリアン散乱）を起こすには、非線形光学効果を起こさない場合に較べて、パワー密度を高めなければならない。このため、コア断面積の増大した光共振器で非線形光学効果を起こすには、より強度の高い光を共振器に入射させなければならず、励起光源を小型化するのが困難である。

また、特許文献３では、非線形光学効果として、そもそも誘導ブルリアン散乱を用いる。誘導ブルリアン散乱を起こすには、他の非線形光学効果に較べて強度の高い光を共振器に入射させなければならず、励起光源を小型化するのが困難である。

本発明は上記問題点に鑑み、小型で高精度な光ジャイロを提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の光ジャイロは、
励起光を生成する励起光源と、
リング形状の導波路を有する光共振器と、
光共振器よりも屈折率の高いレーザ媒質を用いて形成され、光共振器よりも光学長の短いリング形状の導波路を有し、励起光を受けて非線形光学効果により励起光と異なる波長の光を生成するとともに、生成した光を光共振器に導くレーザ媒質部材と、を備えるレーザ発振器と、
レーザ媒質部材で生成されて光共振器及びレーザ媒質部材の導波路で共振し、光学的に結合された光共振器及びレーザ媒質部材の導波路内を互いに逆方向に伝搬する光を、重ね合わせるために光共振器の導波路からそれぞれ引き出す検出用導波路と、を同一の基板上に備えることを特徴とする。

本発明では、励起光を受けてレーザ媒質部材で生じる光が、光学的に結合された光共振器及びレーザ媒質部材の導波路内を、該導波路に沿って周回する。このため、周回するごとに光がレーザ媒質部材の導波路を通過し、これにより効率よくレーザ発振することができる。

また、レーザ媒質部材で生じる光は、非線形光学効果により、励起光と周波数（波長）が異なる。また、複数の光が生成される場合には、互いに周波数（波長）が異なる。このため、半導体レーザなどのように多モードとはならず、複数の光が生成されても分光が容易である。したがって、高精度な光ジャイロを実現することができる。

また、光共振器とは別部材としてレーザ媒質部材を有しており、このレーザ媒質部材は、光共振器よりも屈折率の高いレーザ媒質を用いて、光共振器よりも短い光学長で形成されている。このため、レーザ媒質部材よりも光学長の長い光共振器において、光の散乱による損失を低減することができる。また、励起光を受けて光を生成するレーザ媒質部材において、光の閉じ込め効果を高めて導波路のコア断面積を小さくすることができるため、励起光の強度が必要な非線形光学効果を用いながらも、励起光源の体格の増大を抑制することができる。すなわち、励起光源、ひいては光ジャイロの体格を小型化することができる。

なお、レーザ発振器を構成する励起光源、光共振器、及びレーザ媒質部材と、検出用導波路とが、同一基板上に集積されるので、これによっても光ジャイロの体格を小型化することができる。以上から、本発明によれば、小型で高精度な光ジャイロを提供することができる。

請求項２に記載のように、
励起光の波長をλｐ、光共振器の導波路の一周分の光学長をＬ１、レーザ媒質部材の導波路の一周分の光学長をＬ２、レーザ媒質部材で生成される、励起光と異なる波長の光の所定波長をλｓとすると、光学長Ｌ１，Ｌ２が下記数式１の関係を満たすようにしても良い。なお、ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４は正の整数である。
（式１）Ｌ１≠ｍ１×λｐ、Ｌ２＝ｍ２×λｐ、Ｌ１＝ｍ３×λｓ、Ｌ２＝ｍ４×λｓ

請求項２に記載の構成とすると、励起光の波長λｐが、光共振器の導波路の共振モードとずれるため、光検出器に励起光が入射するのを抑制することができる。このため、励起光をカットするための光フィルタを不要とすることができる。一方、請求項３に記載の構成とすると、レーザ媒質部材の導波路の共振モードが、光共振器の導波路の共振モードと完全に一致するため、レーザ発振器の設計が容易となる。

請求項４に記載のように、非線形光学効果は、パラメトリック増幅及びラマン増幅のいずれかであることが好ましい。

非線形光学効果として誘導ブルリアン散乱を起こすには、パラメトリック増幅及びラマン増幅のいずれかを起こす場合に較べて、強度の高い光を共振器に入射させなければならない。したがって、本発明によれば、励起光源、ひいては光ジャイロを、より小型化することができる。

具体的には、請求項５に記載のように、
光共振器の導波路は、二酸化シリコンを用いて形成され、
レーザ媒質部材の導波路は、シリコン又は窒化シリコンを用いて形成されると良い。

これによれば、導波路の長い光検出器において、散乱による損失を低減しつつ、非線形光学効果により光を生成するレーザ媒質部材において、光閉じ込め効果を高めてコアの断面積を小さくし、これにより励起光源を小型化することができる。

請求項６に記載のように、
検出用導波路には、レーザ媒質部材にて生成される光のうち、検出に用いる光のみを伝搬させる光フィルタが形成されると良い。

これによれば検出光以外の光が検出用導波路に入射される場合にも、検出光以外の光を光フィルタによりカットして、光ジャイロの精度を高めることができる。また、光フィルタも基板に集積するため、光フィルタを含む光ジャイロを小型化することができる。なお、光フィルタは、検出用導波路と光検出器との間に設けても良い。

第１実施形態に係る光ジャイロの概略構成を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿い、レーザ媒質部材の概略構成を示す断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿い、光共振器の概略構成を示す断面図である。 光学的に結合された光共振器及びレーザ媒質部材の導波路を周回する光ＣＷ，ＣＣＷを説明するための図である。 光共振器とレーザ媒質部材の共振モードの関係を示す図である。 光共振器とレーザ媒質部材の共振モードの関係の、変形例を示す図である。 第２実施形態に係る光ジャイロの概略構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。

（第１実施形態）
図１に示すように、光ジャイロ１０は、要部として、基板１１の一面上に配置されたレーザ発振器１２及び検出用導波路１３を有する。また、レーザ発振器１２として、励起光源２０、レーザ媒質部材２１、及び光共振器２２を有する。図１に示す例では、さらに、励起光源２０とレーザ媒質部材２１を光学的に連結する導波路２３、検出用導波路１３に形成された光フィルタ３３、基板１１と離れて配置された光検出器４０を有する。

先ずレーザ発振器１２について説明する。

励起光源２０は、所定波長の励起光を生成して出力するものであり、本実施形態ではその出力対象を光共振器２２ではなく、レーザ媒質部材２１とする。レーザ媒質部材２１の非線形光学効果により、所望波長のレーザ光（光検出器４０で検出する光）が生成されるべく、所定波長の励起光を生じる構成が選択される。

本実施形態では、励起光源２０として、半導体レーザを採用する。また、後述するレーザ光ＣＷ，ＣＣＷをそれぞれ形成すべく、２つの励起光源２０を備える。２つの励起光源２０は、リング形状の光共振器２２の内側において、励起光の出力面が互いに対向するように配置される。

レーザ発振器１２は、基板１１の一面上に配置され、各励起光の出力方向に沿って直線状に延びる導波路２３を有しており、該導波路２３の一端が一方の励起光源２０の出力面と光学的に結合され、他端が他方の励起光弦２０の出力面と光学的に結合されている。そして、導波路２３の長手方向中央付近にレーザ媒質部材２１が光学的に結合されている。このため、各励起光源２０から出力される励起光は、それぞれ導波路２３を通じてレーザ媒質部材２１に入射される。なお、導波路２３は、後述する光共振器２２の導波路（コア及びクラッド）と同じ構成となっている。

なお、「光学的に結合されている」とは、隣り合う２つの導波路のうち、一方の導波路のコアからしみ出す光（エバネッセント波）が伝搬されるように、他方の導波路が結合された状態を指す。この状態としては、２つの導波路が接していても良いし、エバネッセント波が伝搬される範囲で間に僅かな隙間を有しても良い。この点は、以下に示す「光学的に結合されている」との記載においても同じである。

レーザ媒質部材２１は、光共振器２２よりも屈折率の高いレーザ媒質を用いて形成され、光共振器２２よりも光路長の短いリング形状の導波路を有する。そして、励起光源２０が出力した励起光を受けて、非線形光学効果により励起光と異なる波長の光を生成するとともに、生成した光を光共振器２２に導くものである。

本実施形態では、レーザ媒質部材２１に励起光が入射されると、非線形光学効果により、励起光とは波長が異なり、且つ、互いに波長が異なる２つの光が生成される。このうち一方の光を角速度の検出に用いる。なお、非線形光学効果とは、パラメトリック増幅、ラマン増幅、誘導ブルリアン散乱のいずれかである。好ましくは、パラメトリック増幅及びラマン増幅のいずれかとすると良い。

レーザ媒質部材２１の一周分の光学長は、角速度の検出に用いる光（生成した光）が共振するように設定されている。また、角速度の検出に用いる光がレーザ発振するように、レーザ媒質部材２１の導波路は、光共振器２２の導波路と光学的に結合されている。このため、角速度の検出に用いる光は、光学的に結合されたこれら導波路を周回する。また、１周ごとにレーザ媒質部材２１を通過するようになっている。

具体的には、基板１１として単結晶シリコンを採用する。導波路は、二酸化シリコンからなるクラッド２１ａと、クラッド２１ａ及び後述する光共振器２２のコア２２ｂよりも屈折率の高い材料（例えばシリコンや窒化シリコン）からなるコア２１ｂによって構成されている。このコア２１ｂを構成する材料が、光共振器２２（コア２２ｂ）よりも屈折率の高いレーザ媒質に相当する。

また、図２に例示するレーザ媒質部材２１の導波路のように、コア２１ｂは断面矩形状とされ、矩形のコア２１ｂを取り囲むようにクラッド２１ａが配置されている。すなわち、コア２１ｂにおける基板１１側の下面、該下面と反対の上面、及び両側面に、クラッド２１ａが接している。また、導波路は所定形状にパターニングされており、基板１１の一面に沿って延びたリング形状となっている。このリング形状としては、円形状、多角形状などを採用することができる。

本実施形態では、図１に示すように、レーザ媒質部材２１の導波路が円形（真円）のリング状となっている。また、リング形状の光共振器２２の内側に、レーザ媒質部材２１が配置されている。そして、リング形状のレーザ媒質部材２１は、導波路２３との結合部分と対向する部分（１８０度ずれた部分）で、リング形状の光共振器２２の内周の一部に、光学的に結合されている。

光共振器２２は、導波路により構成されており、レーザ媒質部材２１にて生成した光を周回させるべくリング形状（閉じた形状）を有している。また、その光学長は、レーザ媒質部材２１にて生成した光（角速度の検出に用いる光）が共振するように設定されている。

具体的には、光共振器２２の導波路が、二酸化シリコンからなるクラッド２２ａと、クラッド２２ａよりも屈折率の高い材料（例えばリンドープ二酸化シリコン）からなるコア２２ｂによって構成されている。また、図３に例示する光共振器２２の導波路のように、コア２２ｂは断面矩形状とされ、矩形のコア２２ｂを取り囲むようにクラッド２２ａが配置されている。すなわち、コア２２ｂにおける基板１１側の下面、該下面と反対の上面、及び両側面に、クラッド２２ａが接している。

また、導波路は所定形状にパターニングされており、基板１１の一面に沿って延びたリング形状となっている。このリング形状としては、円形状、多角形状などを採用することができる。本実施形態では、図１に示すように、光共振器２２の導波路も、円形（真円）のリング状となっている。

一方、検出用導波路１３は、レーザ媒質部材２１で生成されて光共振器２２及びレーザ媒質部材２１の導波路で共振し、光学的に結合された光共振器２２及びレーザ媒質部材２１の導波路内を互いに逆方向に伝搬する光ＣＷ，ＣＣＷを、重ね合わせるために光共振器２２からそれぞれ引き出すものである。この検出用導波路１３は、光共振器２２を構成する導波路と光学的に結合されている。また、その構成（コア及びクラッド）は、光共振器２２の導波路と同じとなっている。

本実施形態では、検出用導波路１３が略Ｕ字状となっており、Ｕ字をなす一方の脚部３０の中央付近外側に光共振器２２の導波路が光学的に結合されている。また、検出用導波路１３の脚部３０のうち、光共振器２２の導波路との結合部分よりも先端側の部分３０ａの一部と、検出用導波路１３の他方の脚部３１の一部とが、互いに平行且つ近接して配置され、４ポートの方向性結合器３２を構成している。

このため、本実施形態では、検出用導波路１３の脚部３０における先端側の部分３０ａを伝搬する光ＣＷと、検出用導波路１３の脚部３０における先端側の部分３０ａを除く部分と脚部３１を伝搬する光ＣＣＷが、方向性結合器３２で重ね合わせせられてビート信号（干渉信号）となる。このビート信号は、検出用導波路１３の脚部３０から出力され、光検出器４０にて検出される。

なお、図１に示すように、検出用導波路１３の脚部３０における先端側の部分３０ａであって方向性結合器３２よりも先端側の部分に、光フィルタ３３が設けられている。本実施形態では、この光フィルタ３３により、励起光や、レーザ媒質部材２１にて生成したものの、角速度の検出に不要な光をカットすることができる。

このように構成される光ジャイロ１０では、各励起光源２０から同時に励起光が出力され、この励起光は導波路２３を通じてレーザ媒質部材２１に入射される。なお。図１において紙面右側の励起光源２０から出力される励起光により、時計回りの光ＣＷが生成される。また、紙面左側の励起光源から出力される励起光により、反時計回りの光ＣＣＷが生成される。

レーザ媒質部材２１に励起光が入射すると、非線形光学効果により、レーザ媒質部材２１の導波路内に励起光とは波長の異なる光が生成される。本実施形態では、パラメトリック増幅により、互いに波長の異なる２つの光が生成される。この生成された光は、レーザ媒質部材２１の導波路から、光共振器２２の導波路に入射され、図４に示すように、レーザ媒質部材２１及び光共振器２２の導波路を周回する。このとき、生成された光は、レーザ媒質部材２１及び光共振器２２の導波路で共振する。また、光共振器２２を１周するごとにレーザ媒質部材２１も通過（周回）するため、レーザ発振する。なお、図４では、互いに逆方向の伝搬する光として、時計回りで伝搬する光ＣＷを実線で示し、反時計回りで伝搬する光ＣＣＷを破線で示している。

レーザ発振してなる光ＣＷ，ＣＣＷは、光共振器２２から検出用導波路１３に入射される。そして検出用導波路１３に設けた方向性結合器３２によって重なり合い、ビート信号が生成される。このビート信号は、検出用導波路１３から出力され、光検出器４０にて検出される。光ＣＷ，ＣＣＷは、光ジャイロ１０が回転するとサニャック効果を受けるので、光ＣＷ，ＣＣＷに波長のずれが生じる。この波長のずれに応じてビート信号の強度が経時的に変化するため、この変化から角速度を検出することができる。

次に、本実施形態に係る光ジャイロ１０の特徴部分について説明する。

先ず本実施形態では、励起光を受けてレーザ媒質部材２１で生じる光が、光学的に結合された光共振器２２及びレーザ媒質部材２１の導波路内を、該導波路に沿って周回する。このため、周回するごとに光がレーザ媒質を通過し、これにより効率よくレーザ発振することができる。

また、レーザ媒質部材２１で生じる光は、非線形光学効果により、励起光と周波数（波長）が異なる。また、生成される２つの光は、容易に分光可能な程度に周波数（波長）が異なる。このため、半導体レーザなどのように多モードの発振状態とはならず、複数の光が生成されても分光が容易である。したがって、高精度な光ジャイロ１０を実現することができる。

また、光共振器２２とは別部材としてレーザ媒質部材２１を有しており、このレーザ媒質部材２１は、光共振器２２よりも屈折率の高いレーザ媒質を用いて形成されている。換言すれば、光共振器２２を構成する材料として、レーザ媒質部材２１よりも屈折率の低いものを用いている。具体的には、光共振器２２の導波路が、二酸化シリコンを用いて形成され、レーザ媒質部材２１の導波路は、シリコン又は窒化シリコンを用い、光共振器２２よりも短い光学長で形成されている。

このため、光学長の長い光共振器２２において、光の散乱による損失を低減することができる。また、光を生成するレーザ媒質部材２１において、光の閉じ込め効果を高めて導波路のコア断面積を小さくすることができる。このため、励起光の強度が必要な非線形光学効果を用いながらも、励起光源２０の体格の増大を抑制することができる。すなわち、励起光源２０、ひいては光ジャイロ１０の体格を小型化することができる。また、光学長の長い光共振器２２において、光の散乱を抑制するため、Ｑ値を高く（半値幅を狭く）する、すなわち検出精度を向上することもできる。

また、レーザ発振器１２を構成する励起光源２０、光共振器２２、及びレーザ媒質部材２１と、検出用導波路１３とが、同一の基板１１上に集積されるので、これによっても光ジャイロ１０の体格を小型化することができる。以上から、本実施形態によれば、小型で高精度な光ジャイロ１０を提供することができる。

特に本実施形態では、非線形光学効果として、パラメトリック増幅を用いる。非線形光学効果として誘導ブルリアン散乱を起こすには、パラメトリック増幅及びラマン増幅のいずれかを起こす場合に較べて、強度の高い光を光共振器２２に入射させなければならない。したがって、本実施形態によれば、励起光源２０、ひいては光ジャイロ１０を、より小型化することができる。なお、パラメトリック増幅の代わりにラマン増幅を用いても同様の効果を奏することは言うまでもない。

また、本実施形態では、励起光の波長をλｐ、光共振器２２の導波路の一周分の光学長をＬ１、レーザ媒質部材２１の導波路の一周分の光学長をＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）、波長λｐと異なる所定波長をλｓとすると、光学長Ｌ１，Ｌ２が、下記数式１の関係を満たすように構成されている。なお、ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４は正の整数である。
（数２）Ｌ１≠ｍ１×λｐ、Ｌ２＝ｍ２×λｐ、Ｌ１＝ｍ３×λｓ、Ｌ２＝ｍ４×λｓ
上記数式２の関係を図５に示す。数式２の関係を満たすと、図５に示すように、励起光の波長λｐが光共振器２２の導波路の共振モードとずれる（何れのモードとも一致しない）こととなる。したがって、レーザ媒質部材２１から光共振器２２に励起光が入射するのを抑制することができる。すなわち、励起光をカットする光フィルタ３３を不要とすることができる。なお、レーザ媒質部材２１の共振モードと、光共振器２２の共振モードは所定波長λｓで一致するため、レーザ媒質部材２１で生成された所定波長λｓの光を、光学的に結合された光共振器２２及びレーザ媒質部材２１の導波路で共振させることができる。

また、本実施形態では、検出用導波路１３に、ビート信号以外の光をカットし、ビート信号（角速度の検出に用いる検出光）のみを伝搬させる光フィルタ３３が形成される。このため、本実施形態に示すように、ビート信号（検出光）以外の光が検出用導波路１３に入射される場合にも、光ジャイロ１０の精度を高めることができる。また、光フィルタ３３も基板１１上に集積するため、光フィルタ３３を含めた光ジャイロ１０の体格を小型化することができる。なお、光フィルタ３３は、検出用導波路１３と光検出器４０との間に設けることもできる。

（変形例）
本実施形態では、上記数式２の関係を満たすように、光共振器２２の導波路の一周分の光学長Ｌ１、レーザ媒質部材２１の導波路の一周分の光学長Ｌ２が設定される例を示した。しかしながら、光学長Ｌ１，Ｌ２が、下記数式３の関係を満たすように構成されても良い。なお、ｍは正の整数である。
（数３）Ｌ１＝ｍ×Ｌ２
上記数式３の関係を図６に示す。数式３の関係を満たす（光学長Ｌ１を、光学長Ｌ２の整数倍とする）と、図６に示すように、レーザ媒質部材２１の導波路の共振モードが、光共振器２２の導波路の共振モードと全て一致することとなる。このため、レーザ発振器１２の設計が容易となる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、光共振器２２とは別部材として、非線形光学効果を生じるレーザ媒質（レーザ媒質部材２１）を設ける例を示した。これに対し、本実施形態では、光共振器２２がレーザ媒質を用いて形成されており、励起光を受けて、非線形光学効果としてのパラメトリック増幅又はラマン増幅により、励起光と異なる波長の光を生成する。そして、生成された光は、光共振器のリング形状の導波路を周回することでレーザ発振する点を特徴とする。

その一例を図７に示す。図７では、光ジャイロ１０がレーザ媒質部材２１を有しておらず、励起光源２０と結合された導波路２３が光共振器２２と光学的に結合されている。光共振器２２における導波路２３との結合部分は、光共振器２２における検出用導波路１３との結合部分の対向位置（１８０度ずれた位置）となっている。また、励起光源２０及び導波路２３は、光共振器２２の導波路の外側に位置している。

また、光共振器２２の導波路は、二酸化シリコンからなるクラッド２２ａと、クラッド２２ａよりも屈折率の高い材料（リンドープ二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンなど）からなるコア２２ｂによって構成されている。それ以外の構成は、第１実施形態と同じである。

次に、本実施形態に係る光ジャイロ１０の特徴部分について説明する。

本実施形態においても、レーザ媒質の非線形光学効果（パラメトリック増幅又はラマン増幅）により生成される２つの光は、励起光と周波数（波長）が異なる。また、生成される２つの光は、互いに周波数（波長）が異なる。このため、半導体レーザなどのように多モードとはならず、２つの光の分光が容易である。したがって、高精度な光ジャイロを実現することができる。

また、非線形光学効果として誘導ブルリアン散乱を起こすには、パラメトリック増幅及びラマン増幅のいずれかを起こす場合に較べて、強度の高い光を光共振器２２に入射させなければならない。これに対し、本実施形態では、非線形光学効果としてパラメトリック増幅及びラマン増幅のいずれかを利用するので、励起光源２０、ひいては光ジャイロ１０を小型化することができる。また、励起光源２０、光共振器２２、検出用導波路１３を、同一の基板１１上に集積させるので、これによっても光ジャイロ１０の体格を小型化することができる。

以上から、本実施形態によれば、小型で高精度な光ジャイロ１０を提供することができる。

また、本実施形態では、光共振器２２とは別部材としてレーザ媒質部材２１を有さないため、光共振器２２での共振のみを考慮すれば良く、設計が容易である。

また、本実施形態では、光共振器２２の導波路が、シリコンや窒化シリコンに較べて屈折率の低い二酸化シリコンを用いて形成されるため、導波路の長い光共振器２２において、光の散乱による損失を低減することができる。また、光学長の長い光共振器２２において、光の散乱を抑制するため、Ｑ値を高く（半値幅を狭く）する、すなわち検出精度を向上することもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、励起光がレーザ媒質（レーザ媒質部材２１）に入射されると、非線形光学効果（パラメトリック増幅、ラマン増幅、誘導ブルリアン増幅のいずれか）により２つの光が生成される例を示した。しかしながら、非線形光学効果として、高調波発生の効果を用いることもできる。この場合、励起光が入射されると、周波数２倍の第２高調波（ＳＨＧ）や、周波数３倍の第３高長波（ＴＨＧ）が生成される。この場合も、第１実施形態及び第２実施形態に示す構成と同等の効果を奏することができる。

なお、高調波発生の場合には、レーザ媒質（レーザ媒質部材２１）として、例えば非線形結晶であるＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ_３Ｏ_５）、ＢｉＢＯ（ＢｉＢ_３Ｏ_６）、ＰＰＬＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴＰ）などを用いて、導波路のコアを構成すれば良い。

本実施形態では、光検出器４０を基板１１と離れた位置に配置する例を示した。しかしながら、光検出器４０を基板１１における光共振器２２などの配置面上に設け、光検出器４０を一体的に含む光ジャイロ１０としても良い。

第１実施形態では、リング形状を有する光共振器２２の導波路の内側に、励起光源２０、レーザ媒質部材２１、導波路２３が配置される例を示した。しかしながら、光共振器２２の導波路の外側に、励起光源２０、レーザ媒質部材２１、導波路２３が配置された構成としても良い。また第２実施形態では、リング形状を有する光共振器２２の導波路の外側に、励起光源２０、導波路２３が配置される例を示した。しかしながら、光共振器２２の導波路の内側に、励起光源２０、導波路２３が配置された構成としても良い。

また、本実施形態では、検出用導波路１３が、リング形状を有する光共振器２２の導波路の外側に配置される例を示した。しかしながら、光共振器２２の導波路の内側に配置された構成としても良い。

本実施形態では、検出用導波路１３の一部に方向性結合器３２を設け、光ＣＷ，ＣＣＷを重ね合わせたビート信号を、検出用導波路１３から出力する例を示した。しかしながら、検出用導波路１３としては、上記例に限定されるものではない。光ＣＷ，ＣＣＷを重ね合わせるために光共振器２２の導波路から、光ＣＷ，ＣＣＷをそれぞれ引き出すものであれば良い。例えば、２本の脚部の一方から光ＣＷを出力し、他方から光ＣＣＷを出力し、出力した光ＣＷ，ＣＣＷを光検出器４０の位置で重ね合わせ、干渉縞を形成するようにしても良い。光ＣＷ，ＣＣＷは、光ジャイロ１０が回転するとサニャック効果を受けるので、これにより干渉光のパターン（干渉縞）が光検出器４０に構成された光検出素子の配列方向においてシフトする。したがって、例えば配列方向におけるシフト量により角速度を検出し、シフト方向により回転方向を検出することができる。

１０・・・光ジャイロ
１１・・・基板
１２・・・レーザ発振器
１３・・・検出用導波路
２０・・・励起光源
２１・・・レーザ媒質部材
２２・・・光共振器
ＣＷ・・・時計回りで伝搬する光
ＣＣＷ・・・反時計回りで伝搬する光

Claims (6)

1. 励起光を生成する励起光源と、
   リング形状の導波路を有する光共振器と、
   前記光共振器よりも屈折率の高いレーザ媒質を用いて形成され、前記光共振器よりも光学長の短いリング形状の導波路を有し、前記励起光を受けて非線形光学効果により前記励起光と異なる波長の光を生成するとともに、生成した光を前記光共振器に導くレーザ媒質部材と、を備えるレーザ発振器と、
   前記レーザ媒質部材で生成されて前記光共振器及び前記レーザ媒質部材の導波路で共振し、光学的に結合された前記光共振器及び前記レーザ媒質部材の導波路内を互いに逆方向に伝搬する光を、重ね合わせるために前記光共振器の導波路からそれぞれ引き出す検出用導波路と、を同一の基板上に備えることを特徴とする光ジャイロ。
2. 前記励起光の波長をλｐ、前記光共振器の導波路の一周分の光学長をＬ１、前記レーザ媒質部材の導波路の一周分の光学長をＬ２、前記レーザ媒質部材で生成される、前記励起光と異なる波長の光の所定波長をλｓとすると、光学長Ｌ１，Ｌ２が下記式の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ジャイロ。
   Ｌ１≠ｍ１×λｐ、Ｌ２＝ｍ２×λｐ、Ｌ１＝ｍ３×λｓ、且つＬ２＝ｍ４×λｓ
   （ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４は正の整数）
3. 前記光共振器の導波路の一周分の光学長Ｌ１が、前記レーザ媒質部材の導波路の一周分の光学長Ｌ２の整数倍（Ｌ１＝ｍ×Ｌ２：ｍは正の整数）とされていることを特徴とする請求項１に記載の光ジャイロ。
4. 前記非線形光学効果は、パラメトリック増幅及びラマン増幅のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の光ジャイロ。
5. 前記光共振器の導波路は、二酸化シリコンを用いて形成され、
   前記レーザ媒質部材の導波路は、シリコン又は窒化シリコンを用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の光ジャイロ。
6. 前記検出用導波路には、前記レーザ媒質部材にて生成される光のうち、検出に用いる光のみを伝搬させる光フィルタが形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の光ジャイロ。

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