JPS5966181A - 集積型半導体レ−ザジヤイロ - 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】 （７）発明の目的 この発明は、軽量、小型で、安定した動作をするレーザ
ジャイロを与えることを目的とする。

（イ）従来のレーザジャイロ 航空機などの飛翔体、自動車などの陸上運動体、船舶な
どの海上移動体などには、現在の位置、速度、姿勢を認
識するためいくつか□の計器が搭載されている。角速度
を認識するためにジャイロスコープが用いられる。

レーデ勿用いた角速度測定装置として、リングレーザジ
ャイロがある。

第３図は公知のリングレーザジャイロの平面図である。

石英のブロックで正三角形状に打ダ成したリンクレーザ
本体２０の、三層にミラー２１．２２．２３が固定しで
ある。三辺には、アノード２４．２５、刀ソード２６が
設けである。

ミラー２１は一部光全透過する。ミラー２１を透過する
二辺の光路の延長線上にプリズム２７及び受光器２８が
設置されている。

３枚のミラー２１．２２．２３の間で共振器が］（４成
される。リンクレーザ本体の中には、レーザ媒質が封入
されている。アノード、カソード間に電圧全印加すると
、レーザ発振する。時計廻シ光と反時計廻シ光とが共に
発振する。

リングレーザが角速度Ωで回転していると、時計姻シ光
と反時計廻シ光の発振周波数が異なる。

両方の光を、プリズム２７、゛受光器２８で干渉させて
ビート周波数ΔｆＱ観測する。

ビー１〜周波数Δｆは で与えられる。Ａは光が通る路で囲まれる部分の面積、
λは発振波長、Ｌは光路長、Ωはリングレーザの角速度
である。

これによって、Ωを知ることができる。

まだビートの斂を計数して、回転角を知ることができる
。レーザ媒質はたとえばＨｅ　−ｉｃｅなどの気体を用
いる。

（つ）従来のリングレーザジャイロの欠点このようなリ
ングレーザジャイロは、次のような欠点がある。

（１）　　溶削１右英のブロックを三角形にくシぬいた
ものを使い、放電管を必要とするので、装置が犬がかシ
である。

（２）市源回路が大きいので、装置全体が重くなる。

（３）　　放゛１Ｅによってボンピングするから、消費
電力が大きい。通常数＋Ｗのオーダーの電力を必要とす
る。

（４）　　レンズ、ミラー、プリズムなど光学系の位置
変化によって光軸のずれが生ずる。丑だ回転にともなう
ガス流によシトリフトが発生する。このため、ノイスが
発生し易く、動作が不安定である。

に））　本発明のリングレーザジャイロ不光明は、これ
らの欠点を解決するだめに、半ノ丘１本ノ、イ反の−Ｊ
二に、レーザ、クレーティング、フ第１−クイオード、
フ゛リヌム、信号処理用ＩＣなどをモノリシックに設け
たレーザジャイロを与える。

第１図は、本発明のレーザジャイロの実施例を示す斜視
間である。

本発明のレーザジャイロは、ＧａＡｓやＩｎＰなどのｔ
’　得体２ＲＥ　ｉｈ　１　ノ１に、ＧａＡ、［Ａｓ或
はＩｎＧａＡｓＰのエピタキシャ／ｌ／層を形成するこ
とによって、導波層２及びｐｎ接合部３ヶ設けである。

ｐｎ接合部は正三角形状をなすよう基板１に設けτある
。三角形の三層には光を光路に沿って回折するためのク
レーティング４が設けである。戸接合部３に〆１）う三
角形がレーザ光の光１烙になシ、クレーティング４の凹
凸条は、光路の二等分線に対して直角ケなす。

クレーティングは間隔ａが、ブラック反射条件２ｎａｓ
ｉｎＯ＝　　ｍλ　（ｔｏ　＝　１．２．−−　）　　
　（２）を満足するような平行な多数の凹凸条である。

ここで、λは半導体レーザの発振波長、ｎは導波層のノ
１］（折率、ｍ（は自然数、θは光路とクレーティング
のなす角である。

グレーティング４はフオトレジヌトなＥ　ｋ　用い三光
束干渉露光法や電子ビーム露光法などで４′＾良良く作
製することができる。

三角形状の光路５の上面には電極６を設けである。

半導体基板１の裏面にも電＠１を貼シつけである。電極
６、γの間に電流を流すと、ｐｎ接合部３で発光する。

光路５は、基板１や真空よシも屈折率が大きいので、光
は光路５内を進む。光路５の隅にクレーティング４があ
って、光を光路５の中へ閉じこめるから、光路５はリン
グ状の共振器となる。

ｐｎ接合部３に一定以上の電流を流すと、リンク状にレ
ーザ発振する。レーザ発振は、時計廻り光と反時計廻シ
光のふたつの光線を生ずる。

ひとつのグレーティング４の外側で、光；烙の延畏」二
には、習、Ｕ路！（シプリスム８と、フォトダイオード
９が設けられる。

この例て、反時計廻り光の一部は、導波路型プリスノ・
８て反苅方向に反則されて、クレーティング４て回折さ
オし、フォトクイオード９に入射する。

Ｉｔ’ｒ　７１廻り光の一部は、クレーティング４を突
き抜けて）第１・タイオード９に直接火剤する。

フ第１・クイオード９には電極１０が設けてあシ、信号
処理部ＩＣ１１に電気配線によって接続されている。

この装置の全体が静止している場合、時計廻り光、反時
計廻り元のレーザ発振周波数は同一である。

装置の全体が、角速度Ωで回転していると、時Ｊ１廻り
光と反時計廻り光の発振周波数は僅に異なってくる。

フオ］・ダイオード９には、時計廻シ光と反時計廻υ光
が同時に入射するので、その出力は（１）式できまるビ
ートΔｆを周波数として戻動する。

従って、フォトダイオード出力に現われるビート周波数
Δｆを測定すれば、（１）式より、角速度Ωを知ること
ができる。

さらに、回転の方向を他の手段によって弁別できれば、
ジャイロの回転角０を知ることもできる。角速度Ωを時
間で積分すればθが求まるからである。

実際には、フォトダイオード出力のビート成分を、回転
方向によって、アップパルス、ダウンパルスとし、アッ
プダウンカウンターに入力して、ジャイロの回転介゛過
を求める事ができる。

以上に説明したものは、正三角形のリングレーザであっ
た。しかし、リングの形状は任意である。

四角形でもそれ以上の多角形でも差支えない。第２図は
四角形のリングレーザの実施例を示す斜視図である。形
状以外の構成、作用は第１図のものと同しである。

信号処理用工０１１はフォトダイオードの検出信号の増
幅回路を含　　さらに波形整形、カウンターむ０ などを含めようにしてもよい。

け）本発明の効果 （１）小型、ｌＦｇｊｉｔである。

モノリシンク土−導体で構成され、レーザ、グレーティ
ング、受光器、信号処理部も一体化さねている。全体か
数ミリメートル角のワンチップの中に１１又められる、
。

（ｔ）　　光＋１！ｌｂずれによるノイズか発生しにく
い。光学系はモノリンツク導波路６１り造で、可動部が
全くないからである。

（ｉｉｉ）　　低消費電力である。

゛１′−導体レ−ザの消費電力は、カスレーザに比較し
てかなの小さいからである。動作ｍ　ＩＪＥは１〜２■
、電流１は２０〜３０ｍＡで、電力は０゜１ｗ以下であ
る。

θｆ）動作か安定している。

゛１′−導体デハイスであるから、ガスレーザに於ける
ようなカス流は起こらない。

（、Ｉ））　　不発明の用途 本発明は、広く回転体、移動体の角度変ｆ立、角速度の
測定のために用いる事ができる。

（１）航空機、宇宙船、ロケット、ミサイルなどの飛翔
体。

（２）　　自動【（ｔ１自走蓮搬車、移動ロボットなど
の陸Ｊ：、移動体。

（３）船舶、潜水艦などの海洋移動体。

など用途は広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る半導体リングレーザジャ
イロの斜視図。 第２図は本発明の他の実施例に係る半導体リングレーザ
ジャ・イロの斜視図。 第３図は公知のガスレーザタイプのリングレーザジャイ
ロの斜視図。 １・・・・・・・・・　半導体基板 ２・・・・・・・・・　　導　　波　　層３・・・・・
・・・・　ｐｎ接合部 ４・・・・・・・・・　グレーティング５・・・・・・
・・・　　光　　　　　　　　路６・・・・・・・・・
　　電　　　　　　　　極７・・・・・・　−・　　電
　　　　　　　　極８・・・・・・・・・　導波路型プ
リズム９・・・・・・・・　　フォトダイオード１１・
・・・・・　信号処理用工Ｃ 発明昔　　　　西　脇　由　和 松　　　岡　　　春　　　泊 西　　　浦　　　洋　　　三 岡　　　本　　　賢　　　司

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板１と、半導体基板１の上にエピタキ、シャル
   成長させた基板よシ屈折率の大きい導波層２、及びｐｎ
   接合部３を含む多角形状の光路５と、光路５の上に設け
   た電極６と、光路５に沿うように光を回折するように光
   路５の隅部に形成されたクレーティング４と、半導体基
   板１の上でひとつのクレーティング４の延長上に設けら
   れた導波路型プリズム８と、該グレーティング４を通過
   した光と、該グレーティングを通過した後読プリズム８
   で反射されさらにクレーティング４で回折された光との
   光強度を検出するフォトダイオード９と、フォトダイオ
   ード９の信号を処理するため半導体基板１」二に設けら
   れた信号処理用ＩＣ１ｉとよυなシ、ｐｎ接合部に電流
   を流すことにより、光路５に冶ってレーザ発振させ、時
   計刈シ光と反時計廻シ光の発振周波数の差をフォトダイ
   オード９によシ検出するようにした事を特徴とする第１
   責型半導体レーザジャイロ。