JPH04174317A - 半導体レーザジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野１ 本発明は、小型で構成が簡単な半導体レーザジャイロに
関するものである。 ［従来の技術］ 従来より用いられているリングレーザジャイロの構成例
を第３図に示す。ここで、１はヘリウムネオンガスレー
ザ、２Ａ〜２Ｄは全反射ミラー、３はハーフミラ−であ
り、これら部材によりリング共振器を構成する。４は共
振出力を受ける受光器である。以上のように構成したレ
ーザジャイロの全体を回転する物体に搭載してその回転
角速度を測定する。今、物体が角速度Ωで回転している
とすると、受光器４には次式で表わされるビート周波数
Δｆが検出される。 Δｆ＝４ＡΩ／λＣ（１） ただし、Ａはリング共振器の囲む面積、λは発振波長、
Ｃは真空中の光速度を表わしている。 （１）式はサグナック効果と呼ばれるもので、右回りと
左回りの発振光波長が回転によって異なるためにビート
周波数が受光器４によって検出されるものである。 この種のリングレーザジャイロでは、１００度／１時間
の角速度まで計測できるが、予め回転振動を与えてやる
ことによって０．１度７１時間程度まで精度を向上する
ことができる。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、このようなリングレーザジャイロにあっては
、−辺の大きさは通常３０ｃＩ１１と大きく、かつ光軸
調整が非常に困難である。また、リング共振器では多く
のミラーを使用するので、安定性が悪い。さらにまた、
ハーフミラ−３によって光出力を外部に取り出すため、
共振器ロスが大きく、発振に大きいパワーを要するとい
った欠点があった。 そこで、本発明の目的は、小型で構成が簡単であり、安
定性が高く、かつ発振に大きいパワーを必要としない半
導体レーザジャイロを提供することにある。 【課題を解決するための手段１ このような目的を達成するために、本発明の一形態は、
ｐｎ接合を有する半導体光増幅器と、光ファイバを複数
回巻回してループを構成し、そのループの両端を該半導
体光増幅器の先入出力端間に結合した光ファイバループ
と、前記半導体光増幅器に電流を注入する端子より前記
ｐｎ接合の電圧変化を取り出して、ビート周波数を検出
すや手段とを具えたことを特徴とする。 本発明の他の形態は、半導体基板と、該半導体基板上に
形成された、ｐｎ接合を有する半導体レーザと、前記半
導体基板上に、前記半導体レーザと共にリング共振器を
構成するように配置された、ｐｎ接合を有する半導体光
導波路と、前記半導体レーザに電流を注入する端子より
ｐｎ接合の電圧の変化を取り出してビート周波数を検出
する手段とを具えたことを特徴とする。 ［作　用Ｊ 本発明では、従来例のように発振光をリング共振器の外
部に取り出すことなく、共振器内部でビート周波数を検
出するように構成したので、構成が簡単であり、製造が
容易であり、発振パワーが小さくてすむ。しかも、光フ
ァイバループを用いる−の形態ではミラーを用いておら
ず、また、半導体光導波路を用いる他の形態ではリング
共振器を高精度にかつ小さく形成できるので、いずれの
場合にも動作が安定している。 ［実施例１ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。 ［実施例１］ 第１図は本発明の第一の実施例を示す構成図で、５はｐ
ｎ接合を有する半導体光増幅器であり、この光増幅器５
のｐｎ接合には電圧Ｖの電源（図示せず）から抵抗Ｒを
介して電流を注入する。６は光ファイバループでありて
、光増幅器５の光人出力端間に配置する。 今、回転する物体の上に第１図示のリングレーザジャイ
ロが搭載されているものとする。半導体光増幅器５に順
方向の直流電流を流すと、光ファイバループ６でリング
共振器を構成しているため、発振が発生する。この構成
では発振光を外部に取り出さないため非常に低い閾値電
流で発振する。リング共振器の中では、右回りと左回り
の光が周回しており、各々の発振周波数には、（１）式
に光ファイバループの巻数倍した周波数差が存在する。 この周波数差に相当するビート周波数で半導体光増幅器
５のキャリアが変化するため、その端子７における電圧
もビート周波数で変動する。 通常の半導体光増幅器５で直流から約ＩＧＨｚまで容易
に端子電圧の変化を検出できた。ファイバ素線に薄いコ
ーティングがかかっているものを用いて光ファイバルー
プ６を構成することにより直径１０ｃｍで１万回の巻数
が容易に達成できた。この構成によれば、第３図に示し
た従来のリングレーザジャイロの分解能を容易に越すこ
とができる。 ［実施例２］ 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は同一半導体基板上に半導体レー
ザジャイロを形成した本発明の第２の実施例を示す構成
図である。ここで、１０は半導体基板、たとえばｎ−Ｉ
ｎＰ基板であり、この基板１０上に、ｐｎ接合を有する
半導体レーザによるビート周波数検出用半導体光導波路
１１およびｐｎ接合を有する半導体利得光導波路１２Ａ
〜１２Ｇを配置する。光導波路１１および１２Ａ〜１２
Ｃはたとえばリッジ型光導波路であって、長方形の四辺
を構成し、各コーナーには全反射用コーナーミラー１３
Ａ〜１３０を配置してリング共振器を構成する。１４は
電圧検出用端子であり、電圧■１の電源（図示せず）よ
り抵抗Ｒを介して半導体レーザ１１に電流を供給する。 １５はバイアス電流供給用端子であり、電圧■ゎの電源
（図示せず）から抵抗Ｒ′を介して光導波路１２Ｃにバ
イアス電流を供給する。 第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）のＡＡ′線断面図を示し、
ｎ−ＩｎＰ基板ＩＯ上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層２１
゜ＩｎＧａＡｓＰ活性層２２およびｐ−ＩｎＰクラッド
層２層上３の順序に配置する。導波路１２Ａにおけるク
ラッド層２３の上にはｐ形電極２４を配置する。２５は
基板１０の反対側主面上に配置されたｎ形電極である。 第２図（Ｃ）は第２図（Ａ）のＢＢ′線断面図を示し、
ここで第２図（Ｂ）と対応する個所には同一符号を付す
。ここで、光導波路１１の上にはｐ形電極２６Ａ〜２６
Ｇを配置する。光導波路１２Ａ〜１２ｃ上の電極２４と
光導波路ｌｌ上の電極２６Ａおよび２６Ｇとは一体に形
成されて電気的に接続されている。半導体レーザ１工に
おける電極２６Ｂは電極２６Ａおよび２６Ｃと電気的に
絶縁されており、この電極２６Ｂに端子１４を接続して
活性層２２に電流を注入し、それによりレーザ光を発生
させる。本実施例のデバイスはｐｎ接合を有する半導体
ウェハ上に構成した例であり、リング共振器の一辺の大
きさは１０μｍから５００μ麿と非常に小さい構成のも
のが容易に得られる。導波路１１Ａおよび１２Ａ−１２
Ｃおよび全反射用コーナミラー１３Ａ〜１３Ｄは塩素ガ
スや臭素ガスを用いた反応性イオンビームエツチング技
術で作製した。ＧａＡｓ系ＤＨウェハを用いたデバイス
では、発振閾値電流が数ｍＡのものが均一性よ（得られ
た。これを用いたデバイスの回転角速度検出限界は１０
０度／１時間程度であるが、予め回転振動を与えること
によって改善できることは言うまでもない。 なお、以上では半導体としてＩｎＰ系化合物半導体を用
いる例を示したが、本発明はかかる実施例に限定される
ものではなく、ＧａＡｓ系半導体を用いることもできる
。また、半導体の導電型も上述したｐ＋ｎの例に限られ
ず、互いに逆の導電型とすることもできる。 あるいはまた、光導波路としては、上述した実施例のリ
ッジ型光導波路に限られるものではな（、埋込型など他
の形態の光導波路であってもよいことは勿論のことであ
る。 ［発明の効果１ 以上説明したように、本発明では、リング共振器の内部
にｐｎ接合を有する半導体導波路を設け、そのｐｎ接合
の端子電圧の変化でビート周波数を検出することにより
、ビート周波数検出機能を共振器の内部に持たせるよう
にしたので、以下に示すような利点が得られる。 （１）構成が簡単なため、製造が容易である。 （２）第１実施例ではミラーを用いず、第２実施例では
リング共振器の一辺が非常に小さく、かつエツチング技
術などで高精度にミラーを作り込めるので、動作が安定
である。 （３）発振光をリング共振器の外部に取り出さないので
、発振閾値パワーが小さくてよい。 （４）その結果、消費電力が小さい。 （５）装置全体が小さくて軽いため、大きな加速度に耐
えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す構成図、第２図（Ａ
）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、本発明の第２実
施例を示す平面図、ＡＡ’線断面図およびＢＢ’線断面
図、 第３図は従来のリングレーザジャイロの一例を示す構成
図である。 １・・・ガスレーザ、 ２Ａ〜２Ｄ・・・全反射ミラー、 ３・・・ハーフミラ−１ ４・・・受光器、 ５・・・半導体光増幅器、 ６・・・光ファイバループ、 ７・・・電圧検出用端子、 １Ｏ−ｎ−ＩｎＰ基板、 １１・・・ビート周波数検出用半導体光導波路、１２Ａ
〜１２Ｇ・・・半導体利得光導波路、１３Ａ〜１３０・
・・全反射用コーナミラー、１４・・・電圧検出用端子
、 １５・・・バイアス電流供給用端子、 ２１・・・ｎ−ＩｎＰクラッド層、 ２２−　ＩｎＧａＡｓＰ活性層、 ２３・・・ｐ−ＩｎＰクラッド層、 ２４、２６Ａ〜２６ｃｍ　ｐ形電極、 ２５・・・ｎ形電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ｐｎ接合を有する半導体光増幅器と、光ファイバを
   複数回巻回してループを構成し、そのループの両端を該
   半導体光増幅器の先入出力端間に結合した光ファイバル
   ープと、 前記半導体光増幅器に電流を注入する端子より前記ｐｎ
   接合の電圧変化を取り出して、ビート周波数を検出する
   手段と を具えたことを特徴とする半導体レーザジャイロ。 ２）半導体基板と、 該半導体基板上に形成された、ｐｎ接合を有する半導体
   レーザと、 前記半導体基板上に、前記半導体レーザと共にリング共
   振器を構成するように配置された、ｐｎ接合を有する半
   導体光導波路と、 前記半導体レーザに電流を注入する端子よりｐｎ接合の
   電圧の変化を取り出してビート周波数を検出する手段と を具えたことを特徴とする半導体レーザジャイロ。