JPH047930B2 - - Google Patents

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JPH047930B2
JPH047930B2 JP18652785A JP18652785A JPH047930B2 JP H047930 B2 JPH047930 B2 JP H047930B2 JP 18652785 A JP18652785 A JP 18652785A JP 18652785 A JP18652785 A JP 18652785A JP H047930 B2 JPH047930 B2 JP H047930B2
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JP
Japan
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laser
thin film
resonator
light
electro
Prior art date
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Expired
Application number
JP18652785A
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English (en)
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JPS6247516A (ja
Inventor
Pii Segure Josefu
Aaru Haabisuto Jon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northrop Grumman Corp
Original Assignee
Northrop Grumman Corp
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Publication date
Application filed by Northrop Grumman Corp filed Critical Northrop Grumman Corp
Priority to JP18652785A priority Critical patent/JPS6247516A/ja
Publication of JPS6247516A publication Critical patent/JPS6247516A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はレーザジヤイロスコープに係り、特に
共振器内において、時計方向及び反時計方向のビ
ームが共存しない形式の薄膜技術を用いたレーザ
ジヤイロスコープに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
レーザジヤイロスコープは共振器内で時計方向
及び反時計方向に進行する光ビームによつて動作
する。共振器が共振器面内において角速度を有す
れば、一方のビームの見かけの路長は対向して進
行するビームの見かけの路長よりも長くなる。従
つて、この場合、2つのビームに対する共振条件
は最早同一ではなくなる。共振器内へ双方のビー
ムを再度導くために、時計方向及び反時計方向に
おける見かけの路長の変化を補償するためのバイ
アスが加えられなければならない。
共振器内に時計方向及び反時計方向のビームの
双方が同時に存在すると、各種の有害な相互作用
効果、例えばうなり、背景散乱やレーザ内への帰
還を生じ、レーザジヤイロスコープの性能を低下
させる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、うなり、背景散乱やレーザ内
への帰還のような相互作用効果を実質的に除去し
た受動リング共振器レーザジヤイロスコープを提
供することにある。
さらに本発明の他の目的は、薄膜技術を用いて
極めてコンパクトで信頼性が高く、かつ製造容易
なジヤイロスコープを提供することにある。
〔発明の概要〕
上記の本発明の目的は固体レーザを含むレーザ
ジヤイロスコープ及び薄膜受動リング共振器によ
り達成することができる。レーザからの光を共振
器内へ伝えるために、共振器にエバネツセント結
合される薄膜伝達ループ導波路が用いられる。薄
膜構造の電気光学スイツチがレーザからの光ビー
ムを伝達ループ内へ時計方向及び反時計方向に交
互に注入する。同様に、薄膜構造の電気光学変調
器は、時計方向及び反時計方向のビームをそれぞ
れ独立に共振状態に維持するようにレーザからの
光の位相を変調するために用いられる。
一例として、電気光学変調器がレーザと電気光
学スイツチとの間に配置される。他の例として
は、電気光学変調器が受動リング共振器自体に配
置される。これらの例において、電気光学変調器
は、電気的に活性な材料上に配置され、レーザか
らの光の位相を変調するための電極を側面に備え
たチヤンネル導波路を有する。電気光学スイツチ
は、同様に電気的に活性な材料上に配置され、時
計方向及び反時計方向のビームを交互に伝達ルー
プ内へ注入するように、レーザからの光を切換え
るのに適した電極を側面に備えたチヤンネル導波
路を有する。電気的に活性な材料としては、好ま
しくはチタン拡散LiNbO3である。又固体レーザ
として、好ましくはガリウム−アルミニウム−ひ
素化合物がある。さらに受動リング共振器として
は、酸化亜鉛から成り、ガラス、熱的に酸化され
たシリコン又は石英基板上に形成された低損失の
電気光学導波路が適している。石英基板上にドー
プされたプレキシガラスも同様に用いることがで
きる。
〔発明の実施例〕
共振状態にあるレーザジヤイロが回転すると、
リング共振器の見かけの光路長が変化するため共
振条件を満たさなくなる。この回転状態において
再び共振状態を維持するためには、見かけの光路
長と共振器内を伝播する光の波長との比を整数倍
にする必要がある。このための方法として、光の
周波数を変化させる方法と見かけの光路長を変化
させる方法とがある。
以下、光の周波数を変化させることにより共振
状態を維持するレーザジヤイロを第1図,第2図
に示す実施例で説明し、見かけの光路長を変化さ
せることにより共振状態を維持するレーザジヤイ
ロを第3図,第4図に示す実施例で説明する。
第1図において、レーザジヤイロスコープ10
は単色光を発生する固体ガリウム−アルミニウム
−ひ素化合物半導体レーザ12を含んでいる。レ
ーザ12からの光は薄膜電気光学変調器14によ
り変調され、この変調された光ビームは薄膜電気
光学スイツチ16内へ進行する。薄膜電気光学変
調器14は、供給される電圧に応じて位相を変化
させる。したがつて、直線的に変化する電圧が供
給されると、レーザ12からの光の位相を直線的
に変化させ、その結果として周波数が変化する。
電気光学スイツチ16は、ビームを伝達ループ
22の上側支線18と下側支線20内へ交互に導
びく。伝達ループ22は、伝達ループ22と受動
リング24とがエバネツセント結合するように受
動リング共振器の近傍に配置される。同様に出力
ループ26は受動リング共振器24にエバネツセ
ント結合される。出力ループ26は、時計方向及
び反時計方向のビームの周波数に応答する検出器
(図示せず)に接続される。レーザジヤイロスコ
ープ10が角速度を有すると、ビームの一方に対
する共振器24内の路長は対向して進行するビー
ムの路長よりも見かけ上長くなる。各ビームを共
振器上で独立に共振状態に維持するために、時計
方向及び反時計方向ビームの周波数は、共振条件
を維持するために必要な等しく反対方向の量だけ
シフトされねばならない。この共振を維持するた
めに必要な周波数シフトは回転速度に比例する。
第2図は共振条件を維持するために必量な位相
シフトの波形を示している。同図において、上の
曲線は電気光学変調器14に加えられる電圧信号
を示している。ここで電気光学変調器14は、時
計方向及び反時計方向のビームが共振器24内で
共存しないように、電気光学スイツチ16と同期
することに注目すべきである。特に時間t=0で
時計方向のビームが共振器24内へ注入され、電
気光学変調器14は、直線的に変化する供給電圧
に応答してビームの位相を直線的に変化させるこ
とにより、結果として、+△Fの周波数シフトを
与える。△Fは共振を維持するために必要な周波
数シフトである。t=τでは、反時計方向のビー
ムが共振器内へ注入され、同時に電気光学変調器
14は第2図に示されるように−△Fだけ周波数
をシフトさせる。数秒の間隔の後、再び時計方向
のビームが注入され、電気光学変調器14が切換
えられる。
以上の交互の変化は繰返して継続する。第2図
の下側の部分に示されるように、周波数検出器
(図示せず)は、切換え時の影響を除去するため
の切換え時前後の短い間隔を除いて検出状態、即
ちONに維持される。
動作中、レーザジヤイロ10が回転すると、出
力ループ26に結合された周波数検出器は共振か
らずれた周波数シフトを検出する。このシフトは
電気光学変調器14への入力として用いられ、時
計方向及び反時計方向の双方のビームを共振状態
に維持するための適当な周波数シフトを与える。
上に述べたように、周波数シフトは検出量であ
るジヤイロ10の角速度に比例している。第2図
に示したように、時計方向及び反時計方向のビー
ムの注入は、互に対向して進行するビームが一時
的に他方から分離されるように交互に行なわれ
る。この一時的な分離はレーザ12内へのうな
り、背景散乱や帰還等の有害な相互作用効果を除
去する。
第3図は本発明の他の実施例を示したもので、
見かけの光路長を変化させることにより共振状態
を維持するレーザジヤイロを示している。
この場合、電気光学変調器14は位相変調器と
して機能し、第1図の場合のようにレーザ12と
電気光学スイツチ16との間ではなく、見かけの
光路長を変化させるために受動リング共振器導波
路24自体の内部に配置されている。第4図は、
第3図の例で用いるのに適した各種の波形を示し
ている。
前と同様に、時計方向及び反時計方向のビーム
は電気光学変調器14により同期状態で交互に位
相変調される。しかしながら、この場合には、変
調器14に加えられる電圧信号は、第2図に示さ
れるような時間に対して直線的に変動するのでは
なく、むしろ一定である。したがつて、変調器1
4は、受動リング共振器導波路24内のビームの
位相をシフトさせるが周波数はシフトさせない。
これにより、ビームに対する導波路24の見かけ
の路長を実質的に変化させ、導波路24の見かけ
の路長とビームの周波数との間の共振条件を満足
させることにより共振状態が維持される。尚、一
方に伝播するビームに対しては+側へ、他方に伝
播するビームに対しては一側へ位相シフトが行な
われる。
変調器14により生じた位相シフト量は、共振
条件を満足させるためにシフトさせるべき周波数
△fに比例しており、したがつて前記位相シフト
量はレーザジヤイロの角速度に比例している。
このとき、検出器(図示せず)は切換え時の影
響を除去するために、切換え時前後の短い間隔を
除いて検出状態、即ちONに維持され、角速度に
比例した検出信号が得られる。
第1図の実施例で示したレーザジヤイロ10の
具体的な構造は第5図に示されている。レーザジ
ヤイロスコープ10は、好ましくは石英から成る
基板30上に形成されている。ガリウム−アルミ
ニウム−ひ素化合物半導体レーザはチタン散ニオ
ブ酸リチウムのような電気的に活性な材料上のチ
ヤンネル導波路32に結合されている。一対の電
極34がチヤンネル導波路32の側面に配置され
ている。導波路32の位相は、電極34間の電圧
を変えることにより生ずる導波路領域の電場によ
つて制御される。導波路32は、次に第2の一対
の電極36を通つて進行し、この電極36はビー
ムが電極36間の電圧に依存して伝達ループ22
の上側支線18又は下側支線20(第1図参照)
内へ導びかれるような電気光学的性質を有する。
伝達ループ22内へ進行する光は受動リング共振
器24内にエバネツセント結合される。導波路共
振器24は、好ましくはドープされたプレキシガ
ラスにより形成される。
第6図は他の実施例を示したもので、レーザジ
ヤイロスコープ60は二酸化ケイ素基板62を有
し、この基板上には他の構成要素が配置されてい
る。基板62上の各種の導波路は、好ましくは酸
化亜鉛のような低損失の電気光学材料から形成さ
れている。特に共振器64は基板62上に配置さ
れ、出力導波路ループ66は、共振器ループ64
にエバネツセント結合される。伝達ループ68
は、同様に共振器ループ64の内側に配置され、
第5図の例と同様に、レーザ70がスイツチ72
の状態により、時計方向又は反時計方向の光ビー
ムの一方を伝達ループ68内へ伝達する。電気光
学変調器74は伝達ループ内に配置され、この変
調器は共振器ループ64自体内に選択的に配置す
ることができる。第6図において60で示される
ようなジヤイロスコープの感度は、共振器ループ
の長さとともに増加するので、この例においては
他の構成要素がループ内に配置されているため比
較的小さいパツケージ内に大きなループ長を可能
とする。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明の目的は、開示され
た薄膜技術に基づく回転検出可能なレーザジヤイ
ロスコープにおいて達成されることが明らかであ
る。このジヤイロスコープは非常にコンパクトで
あり、かつ製造も容易である。さらに、電気光学
スイツチの手段により時計方向及び反時計方向の
ビームが共存しないように交互に共振器内へ導入
される。このようにして、このビームの一時的な
分離は、通常のジヤイロスコープにおいて知られ
ている有害な相互作用効果を除去する。同様に薄
膜構造は高い信頼性をもたらす。
本発明の修正や変形は、当分野の技術者にとつ
ては当然起り得るが、このような全ての修正及び
変形は特許請求の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
第1図は電気光学変調器がレーザと電気光学ス
イツチとの間に配置されたレーザジヤイロの概略
図、第2図は電気光学変調器と電気光学スイツチ
の変化の状態を示すグラフ、第3図は電気光学変
調器が共振器自体内に含まれているレーザジヤイ
ロの概略図、第4図は第3図のレーザジヤイロを
用いた場合の電気光学変調器と電気光学スイツチ
の状態を示すグラフ、第5図はここで開示された
薄膜レーザジヤイロスコープの斜視図、第6図は
ここで開示された本発明の他の実施例を示す概略
図である。 10,60……ジヤイロスコープ、12,70
……半導体レーザ、14,74……薄膜電気光学
変調器、16,72……薄膜電気光学スイツチ、
22,68……伝達ループ、24,64……受動
リング共振器、26,66……出力ループ、3
0,62……基板、32……チヤンネル導波路、
34,36……電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 固体レーザと、薄膜受動リング共振器と、前
    記レーザからの光を前記共振器内へ伝達するため
    に前記共振器にエバネツセント結合された薄膜伝
    達ループ導波路手段と、前記レーザからの時計方
    向及び反時計方向の光ビームを前記伝達ループ内
    へ交互に注入する薄膜電気光学スイツチ手段と、
    前記時計方向及び前記反時計方向のビームを独立
    に共振状態に維持するために、前記レーザからの
    光の位相を変調する薄膜電気光学変調器手段とか
    ら成り、前記薄膜電気光学変調器手段は、前記レ
    ーザからの光の位相を変調するのに適した電極を
    有する電気光学材料で形成されたチヤンネル導波
    路から成ることを特徴とする薄膜レーザジヤイ
    ロ。 2 電気光学材料は酸化亜鉛である特許請求の範
    囲第1項記載の薄膜レーザジヤイロ。 3 固体レーザと、薄膜受動リング共振器と、前
    記レーザからの光を前記共振器内へ伝達するため
    に前記共振器にエバネツセント結合された薄膜伝
    達ループ導波路手段と、前記レーザからの時計方
    向及び反時計方向の光ビームを前記伝達ループ内
    へ交互に注入する薄膜電気光学スイツチ手段と、
    前記時計方向及び前記反時計方向のビームを独立
    に共振状態に維持するために、前記レーザからの
    光の位相を変調するための薄膜電気光学変調器手
    段とから成り、前記薄膜電気光学スイツチ手段は
    電気的に活発な材料上に配置され、時計方向及び
    反時計方向のビームを前記伝達ループ内へ交互に
    注入するために、前記レーザからの光を切換える
    のに適した電極を側面に備えたチヤンネル導波路
    から成ることを特徴とする薄膜レーザジヤイロ。 4 電気的に活性な材料はチタン拡散LiNbO3
    ある特許請求の範囲第3項記載の薄膜レーザジヤ
    イロ。 5 固体レーザと、薄膜受動リング共振器と、前
    記レーザからの光を前記共振器内へ伝達するため
    に前記共振器にエバネツセント結合された薄膜伝
    達ループ導波路手段と、前記レーザからの時計方
    向及び反時計方向の光ビームを前記伝達ループ内
    へ交互に注入する薄膜電気光学スイツチ手段と、
    前記時計方向及び前記反時計方向のビームを独立
    に共振状態に維持するために、前記レーザからの
    光の位相を変調するための薄膜電気光学変調器手
    段とから成り、前記固体レーザはGaAlAsレーザ
    であることを特徴とする薄膜レーザジヤイロ。 6 固体レーザと、薄膜受動リング共振器と、前
    記レーザからの光を前記共振器内へ伝達するため
    に前記共振器にエバネツセント結合された薄膜伝
    達ループ導波路手段と、前記レーザからの時計方
    向及び反時計方向の光ビームを前記伝達ループ内
    へ交互に注入する薄膜電気光学スイツチ手段と、
    前記時計方向及び前記反時計方向のビームを独立
    に共振状態に維持するために、前記レーザからの
    光の位相を変調するための薄膜電気光学変調器手
    段とから成り、前記薄膜受動リング共振器は、石
    英基板上に配置され、ドープされたプレキシガラ
    スであることを特徴とする薄膜レーザジヤイロ。 7 固体ガリウム−アルミニウム−ひ素化合物レ
    ーザと、薄膜受動リング共振器と、前記レーザか
    らの光を前記共振器内へ伝達するために前記共振
    器にエバネツセント結合された薄膜伝達ループ導
    波路手段と、電気的に活性な材料上に配置され、
    前記レーザからの光を切換えるための電極手段を
    側面に備えたチヤンネル導波路から成り、前記レ
    ーザからの時計方向及び反時計方向の光ビームを
    前記伝達ループ内へ交互に注入する薄膜電気光学
    スイツチ手段と、電気的に活性な材料上に配置さ
    れ、前記レーザからの光の位相を変調するための
    電極手段を側面に備えたチヤンネル導波路から成
    り、前記時計方向及び前記反時計方向のビームを
    独立に共振状態に維持するために、前記レーザか
    らの光の位相を変調するための薄膜電気光学変調
    器手段とから成ることを特徴とする薄膜レーザジ
    ヤイロ。
JP18652785A 1985-08-23 1985-08-23 薄膜レ−ザジャイロ Granted JPS6247516A (ja)

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JP2511346B2 (ja) * 1991-11-12 1996-06-26 日本航空電子工業株式会社 リング共振型ジャイロ
JPH06235641A (ja) * 1991-11-13 1994-08-23 Tokyo Koku Keiki Kk 光ファイバジャイロスコープ
CN110651167B (zh) * 2017-05-30 2023-10-31 加州理工学院 具有噪声消除的集成光学陀螺仪

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