JPS6247516A - 薄膜レ−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】 ［発明の技術分野］ 本発明はレーザジャ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ャイロスコープに関
する。

［発明の技術的背景とその問題点］ レーザジャ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って動作する。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。従って、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、レーザジャ
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
振器レーザジャ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、かつ製造容易なジャイロスコ
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ャイロ
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、
共振器にエバネッ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ッチがレーザ
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。

−例として、電気光学変調器がレーザと電気光学スイッ
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ャンネル導波
路を有する。電気光学スイッチは、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ャンネル
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。

Ｅ発明の実施例コ 第１図を参照すると、レーザジャイロスコープ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１時間についての位相の直線的変
化によって光ビーム内に周波数シフトを与える薄膜電気
光学変調器１４を通って通過し、変調された光ビームは
薄膜電気光学スイッチ１６内へ進行する。電気光学スイ
ッチ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とがエバネッセント結合
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
ッセント結合される。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。レーザジャイロスコー
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維持す
るために１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８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１時計方向及び反時計方向のビームが
共振器２４内で共存しかいように、電気光学スイッチ１
６と同期することに注目すべきである。特に１＝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＋ΔＦの周波数シフトを与える。ΔＦは共振
を維持するために周波数シフトである。ｔ＝ででは、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
学変調器は第２図に示されるように−ΔＦだけ周波数を
シフトさせる。数秒の間隔の後１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、レーザジャイロ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（図示せず）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ャイ
ロ１０の角速度に比例している。第２図に示したように
１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、この場合
電気光学変調器１４は位相変調器であり。

第１図の場合のようにレーザＩ２と電気光学スイッチ１
６との間ではなく、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１時計
方向及び反時計方向のビームは電気光学変調器により同
期状態で交互に切替えられる。しかしながら、この場合
には、変調器Ｉ４に加えられる電圧信号は、第２図に示
されるように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。このようにして、変調器１４は共
振を維持するために導波路２４の見かけの路長を変える
。同様に１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。

第１図の実施例で示したレーザジャイロ１０の具体的な
構造は第５図に示されている。レーザジャイロスコープ
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。ガリウムーアルミニラム−ひ素化合物半導体レ
ーザはチタン拡散ニオブ酸リチウムのような電気的に活
性な材料上のチャンネル導波路３２に結合されている。

一対の電極３４がチャンネル導波路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って制御さ
れる。導波路３２は、次に第２の一対の電極３６を通っ
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２
０（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内にエバネッセント結合される。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、レーザジャイロス
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６
６は、共振器ループ６４にエバネッセント結合される。

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がスイッチ７
２の状態により１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１１
５７４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ャイロスコープの
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ッ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ャイロスコープにお
いて達成されることが明らかである。このジャイロスコ
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、電気光学スイッ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
分能は、通常のジャ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っては当然
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ッチと
の間に配置されたレーザジャイロの概略図、第２図は電
気光学変調器と電気光学スイッ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
ているレーザジャイロの概略図、第４図は第３図のレー
ザジャイロを用いた場合の電気光学変調器と電気光学ス
イッチの状態を示すグラフ、第５図はここで開示された
薄膜レーザジャ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・・・・・・ジャイロスコープ１２．７０・
・・・・・半導体レーザ １４．７４・・・・・・３膜電気光学変謝器１６．７２
・・・・・・薄膜電気光学スイッチ２２．６８・・・・
・・伝達ループ ２４．６４・・・・・・受動リング共振器２６．６６・
・・・・・出力ループ ３０．６２・・・・・・基板 ３２・・・・・・・・・・・・チャンネル導波路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えるために、前記共振器
   にエバネッセント結合された薄膜伝達ループ導波路と、
   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ための薄膜電気光
   学スイッチと、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とから
   成ることを特徴とする薄膜レーザジャイロ。 ２、薄膜電気光学変調器は、前記受動リング共振器内に
   配置されてなる特許請求の範囲第１項記載の薄膜レーザ
   ジャイロ。 ３、薄膜電気光学変調器は、前記レーザと前記電気光学
   スイッチとの間に配置されてなる特許請求の範囲第１項
   記載の薄膜レーザジャイロ。 ４、薄膜電気光学変調器は、前記レーザからの光の位相
   を変調するための電極を有する電気光学材料で形成され
   たチャンネル導波路から成る特許請求の範囲第１項記載
   の薄膜レーザジャイロ。 ５、薄膜電気光学スイッチは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
   切換えるための電極を側面に備えたチャンネル導波路か
   ら成る特許請求の範囲第１項記載の薄膜レーザジャイロ
   。 ６、電気的に活性な材料はチタン拡散ＬｉＮｂＯ＿３で
   ある特許請求の範囲第４項記載の薄膜レーザジャイロ。 ７、電気的に活性な材料はチタン拡散ＬｉＮｂＯ＿３で
   ある特許請求の範囲第５項記載の薄膜レーザジャイロ。 ８、固体レーザはＧａＡｌＡｓレーザである特許請求の
   範囲第１項記載の薄膜レーザジャイロ。 ９、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特許請求の範囲第１
   項記載の薄膜レーザジャイロ。 １０、電気光学材料は酸化亜鉛である特許請求の範囲第
   ４項記載の薄膜レーザジャイロ。 １１、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
   記共振器内へ伝えるために、前記共振器にエバネッセン
   ト結合された薄膜伝達ループ導波路と、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
   の電極を側面に備えたチャ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ための薄膜電気光学スイ
   ッチと、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を側面に備えたチ
   ャ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
   調器とから成ることを特徴とする薄膜レーザジャイロ。