光ジャイロ
【課題】製造が容易で消費電力が少ない新規な光ジャイロを提案する。
【解決手段】本発明の光ジャイロは、基板と、基板上に形成された円環状の光導波路（コア層１３ａ）および光結合器（コア層１３ｂ）と、基板上に配置された半導体光増幅器（半導体光増幅器３３）および光検出器（フォトダイオード３４）とを備える。半導体光増幅器３３は、コア層１３ａとともに円環状の光路４１を形成するようにコア層１３ａに結合されている。半導体光増幅器３３およびコア層１３ａは、光路４１を時計回りに伝搬する第１のレーザ光と、光路４１を反時計回りに伝搬する第２のレーザ光とを発生させる。コア層１３ｂは、第１のレーザ光と第２のレーザ光とをコア層１３ａから引き出して重ね合わせる。フォトダイオード３４は、重ね合わされた第１のレーザ光と第２のレーザ光とによって生じるビート信号を観測する。
【解決手段】本発明の光ジャイロは、基板と、基板上に形成された円環状の光導波路（コア層１３ａ）および光結合器（コア層１３ｂ）と、基板上に配置された半導体光増幅器（半導体光増幅器３３）および光検出器（フォトダイオード３４）とを備える。半導体光増幅器３３は、コア層１３ａとともに円環状の光路４１を形成するようにコア層１３ａに結合されている。半導体光増幅器３３およびコア層１３ａは、光路４１を時計回りに伝搬する第１のレーザ光と、光路４１を反時計回りに伝搬する第２のレーザ光とを発生させる。コア層１３ｂは、第１のレーザ光と第２のレーザ光とをコア層１３ａから引き出して重ね合わせる。フォトダイオード３４は、重ね合わされた第１のレーザ光と第２のレーザ光とによって生じるビート信号を観測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転する物体の角速度を検出するためのジャイロの中でも、光ジャイロは精度が高いという特徴を有する。光ジャイロでは、環状の光路を互いに逆方向に進む２つのレーザ光の周波数差を用いて角速度の検出を行う。このような光ジャイロとして、希ガスレーザを用いた光ジャイロが提案されている（たとえば特許文献１参照）。これらの光ジャイロでは、同じ経路を互いに逆方向に周回するレーザ光を取り出して干渉縞を形成させる。
【０００３】
また、消費電力が少ない光ジャイロとして、三角環状の活性層（共振器）を備える半導体レーザ素子を用いたジャイロが提案されている（たとえば特許文献２参照）。この半導体レーザジャイロは、半導体レーザ素子に加えて、レーザ光の干渉縞を観測するための受光素子を備える。
【特許文献１】特開平１１−３５１８８１号公報
【特許文献２】特開２０００−２３０８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記半導体レーザジャイロは製造工程が複雑であり、特に、上記半導体レーザジャイロを構成する複数の素子を１つの基板上にモノリシックに形成しようとすると、製造工程が極めて複雑になる。
【０００５】
このような状況において、本発明は、製造が容易で消費電力が少ない新規な光ジャイロを提案することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の光ジャイロは、基板と、前記基板上に形成された円環状の光導波路と、前記基板上に形成された光結合器と、前記基板上に配置された半導体光増幅器および光検出器とを備え、前記半導体光増幅器は、前記円環状の光導波路とともに円環状の光路を形成するように前記円環状の光導波路に結合されており、前記半導体光増幅器および前記円環状の光導波路は、前記光路を時計回りに伝搬する第１のレーザ光と、前記光路を反時計回りに伝搬する第２のレーザ光とを発生させ、前記光結合器は、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを前記円環状の光導波路から引き出して重ね合わせ、前記光検出器は、重ね合わされた前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とによって生じるビート信号を観測する。なお、この明細書において、「基板上に形成された（または配置された）」とは、基板上に直接形成された（または配置された）場合を含み、さらに、何らかの層を介して基板上に形成された（または配置された）場合を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光ジャイロでは、レーザ光の吸収が少ない材料を用いてリング状の光路（光導波路）を形成できる。したがって、リング状の光路が活性層と同じ材料で形成されている半導体リングレーザを用いた従来の光ジャイロと比較して、低い電力で駆動させることが可能である。
【０００８】
また、本発明の光ジャイロは、光導波路を形成した基板上に半導体光増幅器と光検出器とをマウントすることによって形成できる。そのため、従来の光ジャイロに比べて製造が容易である。
【０００９】
また、本発明の光ジャイロで用いられている光導波路および光結合器は、半導体素子製造プロセスで用いられる技術（たとえばリソグラフィーやドライエッチングなど）によって同一基板上に形成できるため、小型で精度よく形成できる。そのため、本発明によれば、小型で性能がよい光ジャイロを得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について例を挙げて説明する。ただし、本発明は以下で述べる例には限定されない。以下の説明では、特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用できる。
【００１１】
［光ジャイロ］
以下に、本発明の光ジャイロ（光学式の回転角速度検出装置）について説明する。
【００１２】
本発明の光ジャイロは、基板上に形成された円環状の光導波路と、基板上に形成された光結合器と、基板上に配置された半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）および光検出器とを備える。別の観点では、本発明の光ジャイロは、基板と、その基板上に形成された平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）とを備える。平面光波回路の全てまたは大部分は、半導体素子製造プロセスで形成される。そのため、基板には、半導体素子製造プロセスを行うのに適した基板が選択される。たとえば、基板には、単結晶シリコン基板が用いられる。シリコン基板は、それに配置される半導体光増幅器の放熱用ヒートシンクとしても機能し、低コスト化の点からも有効である。シリコン基板の他には、ＧａＡｓ基板やＩｎＰなどの基板を用いてもよいし、ＡｌＮやＡｌ2Ｏ3などの材料からなる基板を用いてもよい。
【００１３】
半導体光増幅器は、上記の円環状の光導波路とともに円環状の光路を形成するように、その光導波路に結合される。
【００１４】
半導体光増幅器および円環状の光導波路は、リング共振器を形成し、上記の円環状の光路を時計回りに伝搬する第１のレーザ光と、その光路を反時計回りに伝搬する第２のレーザ光とを発生させる。半導体光増幅器には、たとえば、直線状のキャビティーを有する半導体レーザ素子と同じ構造を有する積層構造を適用できる。半導体光増幅器のキャビティーと光導波路とによって、円環状の光路が形成される。
【００１５】
半導体光増幅器（ＳＯＡ）と光導波路とは、光導波路のコア中心と半導体光増幅器のモードフィールドの中心とがほぼ一致するように結合される。半導体光増幅器と光導波路との間には、数μｍ〜数十ミクロンの隙間ができる場合がある。そのような隙間による結合効率の低下を抑制するため、半導体光増幅器のキャビティーの２つの端面には、モードフィールド変換領域を形成することが好ましい。たとえば、キャビティーの２つの端面のそれぞれの近傍において活性層がテーパ状に広がっている半導体光増幅器を用いてもよい。
【００１６】
本発明の効果が得られる限り、半導体光増幅器の構造に特に限定はない。たとえば、Ａｌ、ＧａおよびＩｎといったIII族元素と、Ｎ、ＰおよびＡｓといったＶ族元素とを用いたIII−Ｖ族化合物半導体からなる活性層を備える半導体光増幅器を用いることができる。具体的には、ＩｎとＰとを含むIII−Ｖ族化合物半導体や、ＧａとＡｓとを含むIII−Ｖ族化合物半導体を用いて形成された半導体光増幅器を用いてもよい。半導体光増幅器の一例は、２つの電極と、それらの電極の間に配置された２つのクラッド層と、それらのクラッド層の間に配置された活性層とを含む。
【００１７】
光導波路は、一定の幅および厚さを有し円環状に形成されたコア層と、コア層の周囲を覆うように形成されたクラッド層とによって構成されている。コア層の幅、厚さおよび長さに特に限定はないが、高次モードが抑制された基本モードになるようにコア層の幅および厚さを設計することが好ましく、光導波路のコア層およびクラッド層の屈折率と発振波長とに基づいてこれらの値を決定することが好ましい。また、リング共振器を構成する光導波路の長さ（コア層の長さ）は、ジャイロ信号の検出感度に影響し、その長さが小さいほど感度が低下する。そのため、光導波路の長さは、２πｍｍ以上としてもよい。
【００１８】
クラッド層は、コア層にレーザ光を閉じ込めるため、レーザ光の波長においてコア層よりも屈折率が小さい材料からなる。コア層／クラッド層の組み合わせの例としては、公知の組み合わせを適用してもよく、たとえば、Ｓｉ基板上のＧｅドープＳｉＯ2層／ＳｉＯ2層、ポリイミド層／テフロン（登録商標）層といった組み合わせを適用してもよい。また、クラッド層として空気を用いる場合には、コア層には、ＧａＡｓ基板上のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、（ポリ）Ｓｉ、Ｔａ2Ｏ5・ＳｉＯ2、ＳｉＮなどを適用してもよい。コア層は、半導体光増幅器から出射されるレーザ光の吸収ができるだけ小さい材料で形成されていることが好ましい。この点で、ＳｉＯ2はコア層の材料として好ましい。
【００１９】
光結合器は、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを、円環状の光導波路（光路）から引き出して重ね合わせる。光結合器は、第１および第２のレーザ光を円環状の光導波路から引き出して重ね合わせるための光導波路を含む。光結合器に含まれる光導波路は円環状ではないが、それ以外の構成については、上述した円環状の光導波路と同じ構成とすることができる。
【００２０】
光結合器の光導波路は、第１および第２のレーザ光が円環状の光導波路から光結合器の光導波路に伝搬されるように形成される。一例の光結合器では、光結合器の光導波路のコア層の一部が、円環状の光導波路のコア層の一部の接線に、隣接して且つほぼ平行に配置される。このカップリング部分における、円環状の光導波路のコア層と光結合器の光導波路のコア層との最短距離は、たとえば、発振波長の数倍程度か、あるいはそれ以下の距離に設定される。
【００２１】
光結合器は、たとえば、円環状の光路を周回する第１のレーザ光を取り出すための第１の方向性結合器（第１の光導波路）と、第２のレーザ光を取り出すための第２の方向性結合器（第２の光導波路）と、取り出した第１および第２のレーザ光を結合させるための第３の方向性結合器とを備えてもよい。これらの光導波路および方向性結合器は、１本の光導波路を所定の位置に配置することによって形成してもよいし、複数の光導波路を所定の位置に配置することによって形成してもよい。
【００２２】
光結合器の第１の光導波路に伝搬した第１のレーザ光と、光結合器の第２の光導波路に伝搬した第２のレーザ光とは、第３の方向性結合器で結合される。第３の方向性結合器では、たとえば、第１のレーザ光が進行する第１の光導波路の一部と、第２のレーザ光が進行する第２の光導波路の一部とが、それらが互いに隣接するように、且つ、それらがほぼ平行になるように、且つ、第１および第２のレーザ光がともに同じ方向に伝搬されるように形成される。このカップリング部分では、第１の光導波路を進行する第１のレーザ光の一部が、第２の光導波路に結合し、第２の光導波路を進行する第２のレーザ光の一部が、第１の光導波路に結合する。その結果、このカップリング部分よりも光導波路の端部側（下流側）の部分では、第１のレーザ光と第２のレーザ光とが共に端部側（下流側）に向かって同じ導波路を進行する。その結果、第１のレーザ光と第２のレーザ光とに周波数差が存在する場合には、両者のビート信号が観測される。
【００２３】
系が回転した場合、サニャック効果（ｓａｇｎａｃ効果）によって、第１のレーザ光の周波数と第２のレーザ光の周波数との間に差が生じ、光結合器の一端でビート信号を発生させる。光検出器は、重ね合わされた第１のレーザ光と第２のレーザ光とによって生じるビート信号を観測する。このビート信号は、光強度の変化として測定される。このビート信号の強度の変化を測定することによって、ジャイロの回転角速度を求めることができる。
【００２４】
光検出器は、２つのレーザ光によって生じるビート信号を観測できる位置に配置され、たとえば、光結合器の第３の方向性結合器よりも下流側の光導波路の一端に配置される。光検出器は、１つ以上の受光素子を備える。受光素子には、たとえば、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いることができる。光導波路との結合を容易にするため、導波路型のフォトダイオードを用いることが好ましい。その場合、フォトダイオードの端面において反射されたレーザ光が光導波路に戻らないように、フォトダイオードの導波路の端面が、光軸に対して数度だけ斜めになるようにフォトダイオードを配置することが好ましい。
【００２５】
本発明の光ジャイロでは、円環状の光導波路が、基板上に積層された多層膜によって構成されていてもよい。この場合、半導体光増幅器および光検出器は、それぞれ、上記多層膜の一部を除去することによって形成された凹部に配置されていてもよい。
【００２６】
本発明の光ジャイロでは、上記光結合器が、１本の光結合用光導波路を含んでもよい。この光結合用光導波路は、第１の部分と、第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間に配置された第３の部分とを含む。第２の部分は、第１の部分に隣接して且つ第１の部分と実質的に平行に配置されている。第３の部分は、円環状の光導波路に隣接して且つ円環状の光導波路の接線方向と平行に配置されている。
【００２７】
本発明の光ジャイロでは、上記光結合器が、第１および第２の光結合用光導波路を含んでもよい。そして、第１の光結合用光導波路の一部および第２の光結合用光導波路の一部は、それぞれ、前記円環状の光導波路に隣接して且つ前記円環状の光導波路の接線方向と平行に配置されていてもよい。また、第１の光結合用光導波路の他の一部と第２の光結合用光導波路の他の一部とは、互いに隣接して且つ実質的に互いに平行に配置されていてもよい。
【００２８】
［光ジャイロの一例］
以下に、本発明の光ジャイロの製造方法の一例について説明する。最初に、円環状の光導波路と光結合器とを形成する。これらの製造工程を、図１に示す。なお、図１（ａ）および（ｃ）は断面図であり、図１（ｂ）は上面図である。
【００２９】
まず、図１（ａ）に示すように、単結晶シリコンの基板１１上に、下部クラッド層１２、コア層１３、およびフォトレジストパターン１９を形成する。下部クラッド層１２はＳｉＯ2層であり、コア層１３はＧｅドープのＳｉＯ2層である。
【００３０】
フォトレジストパターン１９は、一般的なフォトリソグラフィーで形成できる。このフォトレジストパターン１９をマスクとしてエッチングすることによって、フォトレジストパターン１９と同じ平面形状を有するコア層１３が形成される。エッチングは、たとえばＲＩＥ等のドライエッチング（エッチングガスはたとえばＣＦ4など）、またはウエットエッチング（エッチャントはバッファードフッ酸など）によって実施できる。
【００３１】
エッチング後のコア層１３の平面形状を図１（ｂ）に示す。コア層１３は、円環状の光導波路となる第１のコア層１３ａと、光結合器となる第２のコア層１３ｂとを含む。第１のコア層１３ａは円環状の形状を有する。第２のコア層１３ｂの形状については後述する。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すように、上部クラッド層１４（埋め込み層）を形成する。上部クラッド層１４は、下部クラッド層１２と同様にＳｉＯ2層である。上部クラッド層１４と下部クラッド層１２とによって、コア層１３の周囲が囲まれる。このようにして、多層膜（下部クラッド層１２、コア層１３および上部クラッド層１４）によって構成された光導波路が形成される。
【００３３】
クラッド層（下部クラッド層１２および上部クラッド層１４）とコア層１３との比屈折率差は、たとえば１．５％とする。その結果、コア層１３を進行するレーザ光は、コア層１３内に閉じ込められる。
【００３４】
下部クラッド層１２、コア層１３および上部クラッド層１４は、一般的な方法、たとえば、火炎堆積法やスパッタ法で形成できる。
【００３５】
次に、図２（ａ）の平面図に示すように、半導体光増幅器（ＳＯＡ）およびフォトダイオード（光検出器）を配置するための２つの凹部（窓２１および２２）を形成する。具体的には、フォトリソ・エッチング工程により、多層膜（下部クラッド層１２、コア層１３および上部クラッド層１４）の一部をエッチングすることによって、窓２１および２２を形成する。図２（ａ）の線IIｂ−IIｂの部分（窓２２の部分）の断面図を図２（ｂ）に示す。半導体光増幅器を配置するための窓２１は、第１のコア層１３ａのうち、第２のコア層１３ｂと隣接していない部分の一部を切り取るように形成される。フォトダイオードを配置するための窓２２は、第２のコア層１３ｂの一端に形成される。
【００３６】
窓２１および２２を形成するためのエッチングは、コア層１３のエッチングと同様の方法で行うことができる。このとき、下部クラッド層１２の途中まで、または基板１１に到達するまでエッチングを行う。なお、基板１１に到達するまでエッチングした方が、半導体光増幅器の放熱性の点でより好ましい。また、コア層１３の光導波路の端面、すなわち、窓２１と窓２２とに露出する端面は、光導波路の中心軸に対して数度だけ斜めに傾いていることが好ましい。また、この端面における反射を低減するために、この端面にＡＲコーティングを施してもよい。
【００３７】
次に、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、半導体光増幅器に電流を注入するための電極３１を窓２１の部分に形成し、フォトダイオードの出力を取り出すための電極３２を窓２２の部分に形成する。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の線IIIｂ−IIIｂにおける断面図である。電極３１および３２は、リフトオフ法によって形成される。電極には、たとえば、基板１１側から順に積層されたＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層膜を用いることができる。
【００３８】
次に、図４の平面図に示すように、電極３１上に半導体光増幅器３３をマウントし、電極３２上にフォトダイオード３４をマウントする。半導体光増幅器３３は、直線状のキャビティーを有する半導体レーザ素子と同様の積層構造を有する。なお、半導体光増幅器３３の両端面を、発振波長に対して透明な窓構造としてもよい。
【００３９】
半導体光増幅器３３は、そのキャビティー３３ａが第１のコア層１３ａと光学的に結合するようにマウントされる。また、フォトダイオード３４は、その受光領域が第２のコア層１３ｂと光学的に結合するようにマウントされる。
【００４０】
このようにして、図４に示す光ジャイロ４０が形成される。半導体光増幅器３３のキャビティー３３ａと第１のコア層１３ａとによって円環状の光路４１が形成される。また、第２のコア層１３ｂは、下部クラッド層１２および上部クラッド層１４とともに１本の光導波路４２を構成する。この光導波路４２が、光結合器として機能する。図５に示すように、光導波路４２は、第１の部分４２ａと、第１の部分４２ａに隣接して且つ第１の部分４２ａと実質的に平行に配置された第２の部分４２ｂと、光路４１（円環状の光導波路）に隣接して且つ光路４１の接線方向と平行に配置された第３の部分４２ｃとを含む。
【００４１】
以下、図５を参照しながら、光ジャイロ４０の機能について説明する。なお、図５では、説明に不要な部分（上部クラッド層１４など）の図示を省略している。
【００４２】
半導体光増幅器３３に電流を注入することによって、光路４１を時計回りに周回する第１のレーザ光Ｌ１と、光路４１を反時計回りに周回する第２のレーザ光Ｌ２とが発生する。
【００４３】
光導波路４２は、第１の結合部４３において光路４１と結合する。第１の結合部４３は、第１のレーザ光Ｌ１を取り出すための方向性結合器、および第２のレーザ光Ｌ２を取り出すための方向性結合器として機能する。具体的には、第１の結合部４３において、光路４１を時計回りに周回する第１のレーザ光Ｌ１の一部が、光導波路４２に結合して光導波路４２を一方向に進行する。また、第１の結合部４３において、光路４１を反時計回りに周回する第２のレーザ光Ｌ２の一部が、光導波路４２に結合して光導波路４２を、上記一方向とは逆の方向に進行する。
【００４４】
第１の結合部４３は、光路４１を進行するレーザ光のうち少量のレーザ光（たとえば１％〜１０％）が光導波路４２に結合するように形成される。第１の結合部４３における光路４１（第１のコア層１３ａ）と光導波路４２（第２のコア層１３ｂ）との最短距離は、たとえば２μｍ前後である。
【００４５】
また、第２の結合部４４において、光導波路４２の第１の部分４２ａを進行する第１のレーザ光Ｌ１の一部（たとえば約５０％）が、光導波路４２の他の第２の部分４２ｂに結合する。また、光導波路４２の第２の部分４２ｂを進行する第２のレーザ光Ｌ２の一部（たとえば約５０％）が、光導波路４２の第１の部分４２ａに結合する。第２の結合部４４における第１の部分４２ａと第２の部分４２ｂとの最短距離は、たとえば１μｍ前後である。
【００４６】
結合された２つのレーザ光は、光導波路４２の端面（窓２２に露出した端面）から出射されフォトダイオード３４で検知される。レーザ光Ｌ１の周波数とレーザ光Ｌ２の周波数とが異なる場合には、フォトダイオードでビート信号が検出される。
【００４７】
なお、上記の例では、１つの結合部（第１の結合部４３）においてレーザ光Ｌ１およびレーザ光Ｌ２を取り出す構成を説明したが、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２とを別々の結合部において取り出してもよい。そのような光ジャイロの構成を図６の平面図に模式的に示す。
【００４８】
図６の光ジャイロ５０は、光ジャイロ４０と比べて光導波路４２の形状のみが異なるため、重複する説明を省略する。光ジャイロ５０では、光導波路４２の代わりに、光結合用の２つの光導波路５２ａおよび５２ｂによって構成される光導波路５２を用いる。光導波路５２は、コア層１３を光導波路の形状にエッチングすることによって簡単に形成できる。光導波路５２ａの一部は、第１の結合部５３において、光路４１（円環状の光導波路）に隣接して且つ光路４１の接線方向と平行に配置されている。光導波路５２ｂの一部は、第２の結合部５４において、それぞれ、光路４１（円環状の光導波路）に隣接して且つ光路４１の接線方向と平行に配置されている。また、光導波路５２ａの他の一部と光導波路５２ｂの他の一部とは、第３の結合部５５において、互いに隣接して且つ実質的に互いに平行に配置されている。
【００４９】
光導波路５２ａは第１の結合部５３において光路４１と結合し、光導波路５２ｂは第２の結合部５４において光路４１と結合する。また、光導波路５２ａと光導波路５２ｂとは、第３の結合部５５において互いに結合する。すなわち、結合部５３〜５５はそれぞれ方向性結合器として機能する。第１の結合部５３では、第１のレーザ光Ｌ１が光導波路５２ａに結合する。第２の結合部５４では、第２のレーザ光Ｌ２が光導波路５２ｂに結合する。レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２とは、第３の結合部５５において結合される。結合された２つのレーザ光のビート信号は、フォトダイオード３４によって観察される。光ジャイロ５０でも、光ジャイロ４０と同様にジャイロの回転角速度を求めることができる。
【００５０】
なお、本発明の光ジャイロでは、導波路の途中に、様々な導波路型の素子を配置してもよい。また、製造工程は複雑になるが、半導体光増幅器および／または光検出器を、半導体素子製造プロセスを用いて基板上で形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、光ジャイロに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の光ジャイロの製造工程の一例を示す模式図である。
【図２】図１に続く工程を示す模式図である。
【図３】図２に続く工程を示す模式図である。
【図４】本発明の光ジャイロの一例を模式的に示す上面図である。
【図５】図４に示した光ジャイロの機能を示す図である。
【図６】本発明の光ジャイロの他の一例を模式的に示す上面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１ 基板
１２ 下部クラッド層
１３、１３ａ、１３ｂ コア層（光導波路）
１４ 上部クラッド層
２１、２２ 窓
３１、３２ 電極
４０、５０ 光ジャイロ
３３ 半導体光増幅器
３３ａ キャビティー
３４ フォトダイオード
４１ 光路
４２、５２、５２ａ、５２ｂ 光導波路（光結合器）
４３、４４、５３、５４、５５ 結合部（方向性結合器）
Ｌ１、Ｌ２ レーザ光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転する物体の角速度を検出するためのジャイロの中でも、光ジャイロは精度が高いという特徴を有する。光ジャイロでは、環状の光路を互いに逆方向に進む２つのレーザ光の周波数差を用いて角速度の検出を行う。このような光ジャイロとして、希ガスレーザを用いた光ジャイロが提案されている（たとえば特許文献１参照）。これらの光ジャイロでは、同じ経路を互いに逆方向に周回するレーザ光を取り出して干渉縞を形成させる。
【０００３】
また、消費電力が少ない光ジャイロとして、三角環状の活性層（共振器）を備える半導体レーザ素子を用いたジャイロが提案されている（たとえば特許文献２参照）。この半導体レーザジャイロは、半導体レーザ素子に加えて、レーザ光の干渉縞を観測するための受光素子を備える。
【特許文献１】特開平１１−３５１８８１号公報
【特許文献２】特開２０００−２３０８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記半導体レーザジャイロは製造工程が複雑であり、特に、上記半導体レーザジャイロを構成する複数の素子を１つの基板上にモノリシックに形成しようとすると、製造工程が極めて複雑になる。
【０００５】
このような状況において、本発明は、製造が容易で消費電力が少ない新規な光ジャイロを提案することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の光ジャイロは、基板と、前記基板上に形成された円環状の光導波路と、前記基板上に形成された光結合器と、前記基板上に配置された半導体光増幅器および光検出器とを備え、前記半導体光増幅器は、前記円環状の光導波路とともに円環状の光路を形成するように前記円環状の光導波路に結合されており、前記半導体光増幅器および前記円環状の光導波路は、前記光路を時計回りに伝搬する第１のレーザ光と、前記光路を反時計回りに伝搬する第２のレーザ光とを発生させ、前記光結合器は、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを前記円環状の光導波路から引き出して重ね合わせ、前記光検出器は、重ね合わされた前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とによって生じるビート信号を観測する。なお、この明細書において、「基板上に形成された（または配置された）」とは、基板上に直接形成された（または配置された）場合を含み、さらに、何らかの層を介して基板上に形成された（または配置された）場合を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光ジャイロでは、レーザ光の吸収が少ない材料を用いてリング状の光路（光導波路）を形成できる。したがって、リング状の光路が活性層と同じ材料で形成されている半導体リングレーザを用いた従来の光ジャイロと比較して、低い電力で駆動させることが可能である。
【０００８】
また、本発明の光ジャイロは、光導波路を形成した基板上に半導体光増幅器と光検出器とをマウントすることによって形成できる。そのため、従来の光ジャイロに比べて製造が容易である。
【０００９】
また、本発明の光ジャイロで用いられている光導波路および光結合器は、半導体素子製造プロセスで用いられる技術（たとえばリソグラフィーやドライエッチングなど）によって同一基板上に形成できるため、小型で精度よく形成できる。そのため、本発明によれば、小型で性能がよい光ジャイロを得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について例を挙げて説明する。ただし、本発明は以下で述べる例には限定されない。以下の説明では、特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用できる。
【００１１】
［光ジャイロ］
以下に、本発明の光ジャイロ（光学式の回転角速度検出装置）について説明する。
【００１２】
本発明の光ジャイロは、基板上に形成された円環状の光導波路と、基板上に形成された光結合器と、基板上に配置された半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）および光検出器とを備える。別の観点では、本発明の光ジャイロは、基板と、その基板上に形成された平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）とを備える。平面光波回路の全てまたは大部分は、半導体素子製造プロセスで形成される。そのため、基板には、半導体素子製造プロセスを行うのに適した基板が選択される。たとえば、基板には、単結晶シリコン基板が用いられる。シリコン基板は、それに配置される半導体光増幅器の放熱用ヒートシンクとしても機能し、低コスト化の点からも有効である。シリコン基板の他には、ＧａＡｓ基板やＩｎＰなどの基板を用いてもよいし、ＡｌＮやＡｌ2Ｏ3などの材料からなる基板を用いてもよい。
【００１３】
半導体光増幅器は、上記の円環状の光導波路とともに円環状の光路を形成するように、その光導波路に結合される。
【００１４】
半導体光増幅器および円環状の光導波路は、リング共振器を形成し、上記の円環状の光路を時計回りに伝搬する第１のレーザ光と、その光路を反時計回りに伝搬する第２のレーザ光とを発生させる。半導体光増幅器には、たとえば、直線状のキャビティーを有する半導体レーザ素子と同じ構造を有する積層構造を適用できる。半導体光増幅器のキャビティーと光導波路とによって、円環状の光路が形成される。
【００１５】
半導体光増幅器（ＳＯＡ）と光導波路とは、光導波路のコア中心と半導体光増幅器のモードフィールドの中心とがほぼ一致するように結合される。半導体光増幅器と光導波路との間には、数μｍ〜数十ミクロンの隙間ができる場合がある。そのような隙間による結合効率の低下を抑制するため、半導体光増幅器のキャビティーの２つの端面には、モードフィールド変換領域を形成することが好ましい。たとえば、キャビティーの２つの端面のそれぞれの近傍において活性層がテーパ状に広がっている半導体光増幅器を用いてもよい。
【００１６】
本発明の効果が得られる限り、半導体光増幅器の構造に特に限定はない。たとえば、Ａｌ、ＧａおよびＩｎといったIII族元素と、Ｎ、ＰおよびＡｓといったＶ族元素とを用いたIII−Ｖ族化合物半導体からなる活性層を備える半導体光増幅器を用いることができる。具体的には、ＩｎとＰとを含むIII−Ｖ族化合物半導体や、ＧａとＡｓとを含むIII−Ｖ族化合物半導体を用いて形成された半導体光増幅器を用いてもよい。半導体光増幅器の一例は、２つの電極と、それらの電極の間に配置された２つのクラッド層と、それらのクラッド層の間に配置された活性層とを含む。
【００１７】
光導波路は、一定の幅および厚さを有し円環状に形成されたコア層と、コア層の周囲を覆うように形成されたクラッド層とによって構成されている。コア層の幅、厚さおよび長さに特に限定はないが、高次モードが抑制された基本モードになるようにコア層の幅および厚さを設計することが好ましく、光導波路のコア層およびクラッド層の屈折率と発振波長とに基づいてこれらの値を決定することが好ましい。また、リング共振器を構成する光導波路の長さ（コア層の長さ）は、ジャイロ信号の検出感度に影響し、その長さが小さいほど感度が低下する。そのため、光導波路の長さは、２πｍｍ以上としてもよい。
【００１８】
クラッド層は、コア層にレーザ光を閉じ込めるため、レーザ光の波長においてコア層よりも屈折率が小さい材料からなる。コア層／クラッド層の組み合わせの例としては、公知の組み合わせを適用してもよく、たとえば、Ｓｉ基板上のＧｅドープＳｉＯ2層／ＳｉＯ2層、ポリイミド層／テフロン（登録商標）層といった組み合わせを適用してもよい。また、クラッド層として空気を用いる場合には、コア層には、ＧａＡｓ基板上のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、（ポリ）Ｓｉ、Ｔａ2Ｏ5・ＳｉＯ2、ＳｉＮなどを適用してもよい。コア層は、半導体光増幅器から出射されるレーザ光の吸収ができるだけ小さい材料で形成されていることが好ましい。この点で、ＳｉＯ2はコア層の材料として好ましい。
【００１９】
光結合器は、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを、円環状の光導波路（光路）から引き出して重ね合わせる。光結合器は、第１および第２のレーザ光を円環状の光導波路から引き出して重ね合わせるための光導波路を含む。光結合器に含まれる光導波路は円環状ではないが、それ以外の構成については、上述した円環状の光導波路と同じ構成とすることができる。
【００２０】
光結合器の光導波路は、第１および第２のレーザ光が円環状の光導波路から光結合器の光導波路に伝搬されるように形成される。一例の光結合器では、光結合器の光導波路のコア層の一部が、円環状の光導波路のコア層の一部の接線に、隣接して且つほぼ平行に配置される。このカップリング部分における、円環状の光導波路のコア層と光結合器の光導波路のコア層との最短距離は、たとえば、発振波長の数倍程度か、あるいはそれ以下の距離に設定される。
【００２１】
光結合器は、たとえば、円環状の光路を周回する第１のレーザ光を取り出すための第１の方向性結合器（第１の光導波路）と、第２のレーザ光を取り出すための第２の方向性結合器（第２の光導波路）と、取り出した第１および第２のレーザ光を結合させるための第３の方向性結合器とを備えてもよい。これらの光導波路および方向性結合器は、１本の光導波路を所定の位置に配置することによって形成してもよいし、複数の光導波路を所定の位置に配置することによって形成してもよい。
【００２２】
光結合器の第１の光導波路に伝搬した第１のレーザ光と、光結合器の第２の光導波路に伝搬した第２のレーザ光とは、第３の方向性結合器で結合される。第３の方向性結合器では、たとえば、第１のレーザ光が進行する第１の光導波路の一部と、第２のレーザ光が進行する第２の光導波路の一部とが、それらが互いに隣接するように、且つ、それらがほぼ平行になるように、且つ、第１および第２のレーザ光がともに同じ方向に伝搬されるように形成される。このカップリング部分では、第１の光導波路を進行する第１のレーザ光の一部が、第２の光導波路に結合し、第２の光導波路を進行する第２のレーザ光の一部が、第１の光導波路に結合する。その結果、このカップリング部分よりも光導波路の端部側（下流側）の部分では、第１のレーザ光と第２のレーザ光とが共に端部側（下流側）に向かって同じ導波路を進行する。その結果、第１のレーザ光と第２のレーザ光とに周波数差が存在する場合には、両者のビート信号が観測される。
【００２３】
系が回転した場合、サニャック効果（ｓａｇｎａｃ効果）によって、第１のレーザ光の周波数と第２のレーザ光の周波数との間に差が生じ、光結合器の一端でビート信号を発生させる。光検出器は、重ね合わされた第１のレーザ光と第２のレーザ光とによって生じるビート信号を観測する。このビート信号は、光強度の変化として測定される。このビート信号の強度の変化を測定することによって、ジャイロの回転角速度を求めることができる。
【００２４】
光検出器は、２つのレーザ光によって生じるビート信号を観測できる位置に配置され、たとえば、光結合器の第３の方向性結合器よりも下流側の光導波路の一端に配置される。光検出器は、１つ以上の受光素子を備える。受光素子には、たとえば、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いることができる。光導波路との結合を容易にするため、導波路型のフォトダイオードを用いることが好ましい。その場合、フォトダイオードの端面において反射されたレーザ光が光導波路に戻らないように、フォトダイオードの導波路の端面が、光軸に対して数度だけ斜めになるようにフォトダイオードを配置することが好ましい。
【００２５】
本発明の光ジャイロでは、円環状の光導波路が、基板上に積層された多層膜によって構成されていてもよい。この場合、半導体光増幅器および光検出器は、それぞれ、上記多層膜の一部を除去することによって形成された凹部に配置されていてもよい。
【００２６】
本発明の光ジャイロでは、上記光結合器が、１本の光結合用光導波路を含んでもよい。この光結合用光導波路は、第１の部分と、第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間に配置された第３の部分とを含む。第２の部分は、第１の部分に隣接して且つ第１の部分と実質的に平行に配置されている。第３の部分は、円環状の光導波路に隣接して且つ円環状の光導波路の接線方向と平行に配置されている。
【００２７】
本発明の光ジャイロでは、上記光結合器が、第１および第２の光結合用光導波路を含んでもよい。そして、第１の光結合用光導波路の一部および第２の光結合用光導波路の一部は、それぞれ、前記円環状の光導波路に隣接して且つ前記円環状の光導波路の接線方向と平行に配置されていてもよい。また、第１の光結合用光導波路の他の一部と第２の光結合用光導波路の他の一部とは、互いに隣接して且つ実質的に互いに平行に配置されていてもよい。
【００２８】
［光ジャイロの一例］
以下に、本発明の光ジャイロの製造方法の一例について説明する。最初に、円環状の光導波路と光結合器とを形成する。これらの製造工程を、図１に示す。なお、図１（ａ）および（ｃ）は断面図であり、図１（ｂ）は上面図である。
【００２９】
まず、図１（ａ）に示すように、単結晶シリコンの基板１１上に、下部クラッド層１２、コア層１３、およびフォトレジストパターン１９を形成する。下部クラッド層１２はＳｉＯ2層であり、コア層１３はＧｅドープのＳｉＯ2層である。
【００３０】
フォトレジストパターン１９は、一般的なフォトリソグラフィーで形成できる。このフォトレジストパターン１９をマスクとしてエッチングすることによって、フォトレジストパターン１９と同じ平面形状を有するコア層１３が形成される。エッチングは、たとえばＲＩＥ等のドライエッチング（エッチングガスはたとえばＣＦ4など）、またはウエットエッチング（エッチャントはバッファードフッ酸など）によって実施できる。
【００３１】
エッチング後のコア層１３の平面形状を図１（ｂ）に示す。コア層１３は、円環状の光導波路となる第１のコア層１３ａと、光結合器となる第２のコア層１３ｂとを含む。第１のコア層１３ａは円環状の形状を有する。第２のコア層１３ｂの形状については後述する。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すように、上部クラッド層１４（埋め込み層）を形成する。上部クラッド層１４は、下部クラッド層１２と同様にＳｉＯ2層である。上部クラッド層１４と下部クラッド層１２とによって、コア層１３の周囲が囲まれる。このようにして、多層膜（下部クラッド層１２、コア層１３および上部クラッド層１４）によって構成された光導波路が形成される。
【００３３】
クラッド層（下部クラッド層１２および上部クラッド層１４）とコア層１３との比屈折率差は、たとえば１．５％とする。その結果、コア層１３を進行するレーザ光は、コア層１３内に閉じ込められる。
【００３４】
下部クラッド層１２、コア層１３および上部クラッド層１４は、一般的な方法、たとえば、火炎堆積法やスパッタ法で形成できる。
【００３５】
次に、図２（ａ）の平面図に示すように、半導体光増幅器（ＳＯＡ）およびフォトダイオード（光検出器）を配置するための２つの凹部（窓２１および２２）を形成する。具体的には、フォトリソ・エッチング工程により、多層膜（下部クラッド層１２、コア層１３および上部クラッド層１４）の一部をエッチングすることによって、窓２１および２２を形成する。図２（ａ）の線IIｂ−IIｂの部分（窓２２の部分）の断面図を図２（ｂ）に示す。半導体光増幅器を配置するための窓２１は、第１のコア層１３ａのうち、第２のコア層１３ｂと隣接していない部分の一部を切り取るように形成される。フォトダイオードを配置するための窓２２は、第２のコア層１３ｂの一端に形成される。
【００３６】
窓２１および２２を形成するためのエッチングは、コア層１３のエッチングと同様の方法で行うことができる。このとき、下部クラッド層１２の途中まで、または基板１１に到達するまでエッチングを行う。なお、基板１１に到達するまでエッチングした方が、半導体光増幅器の放熱性の点でより好ましい。また、コア層１３の光導波路の端面、すなわち、窓２１と窓２２とに露出する端面は、光導波路の中心軸に対して数度だけ斜めに傾いていることが好ましい。また、この端面における反射を低減するために、この端面にＡＲコーティングを施してもよい。
【００３７】
次に、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、半導体光増幅器に電流を注入するための電極３１を窓２１の部分に形成し、フォトダイオードの出力を取り出すための電極３２を窓２２の部分に形成する。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の線IIIｂ−IIIｂにおける断面図である。電極３１および３２は、リフトオフ法によって形成される。電極には、たとえば、基板１１側から順に積層されたＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層膜を用いることができる。
【００３８】
次に、図４の平面図に示すように、電極３１上に半導体光増幅器３３をマウントし、電極３２上にフォトダイオード３４をマウントする。半導体光増幅器３３は、直線状のキャビティーを有する半導体レーザ素子と同様の積層構造を有する。なお、半導体光増幅器３３の両端面を、発振波長に対して透明な窓構造としてもよい。
【００３９】
半導体光増幅器３３は、そのキャビティー３３ａが第１のコア層１３ａと光学的に結合するようにマウントされる。また、フォトダイオード３４は、その受光領域が第２のコア層１３ｂと光学的に結合するようにマウントされる。
【００４０】
このようにして、図４に示す光ジャイロ４０が形成される。半導体光増幅器３３のキャビティー３３ａと第１のコア層１３ａとによって円環状の光路４１が形成される。また、第２のコア層１３ｂは、下部クラッド層１２および上部クラッド層１４とともに１本の光導波路４２を構成する。この光導波路４２が、光結合器として機能する。図５に示すように、光導波路４２は、第１の部分４２ａと、第１の部分４２ａに隣接して且つ第１の部分４２ａと実質的に平行に配置された第２の部分４２ｂと、光路４１（円環状の光導波路）に隣接して且つ光路４１の接線方向と平行に配置された第３の部分４２ｃとを含む。
【００４１】
以下、図５を参照しながら、光ジャイロ４０の機能について説明する。なお、図５では、説明に不要な部分（上部クラッド層１４など）の図示を省略している。
【００４２】
半導体光増幅器３３に電流を注入することによって、光路４１を時計回りに周回する第１のレーザ光Ｌ１と、光路４１を反時計回りに周回する第２のレーザ光Ｌ２とが発生する。
【００４３】
光導波路４２は、第１の結合部４３において光路４１と結合する。第１の結合部４３は、第１のレーザ光Ｌ１を取り出すための方向性結合器、および第２のレーザ光Ｌ２を取り出すための方向性結合器として機能する。具体的には、第１の結合部４３において、光路４１を時計回りに周回する第１のレーザ光Ｌ１の一部が、光導波路４２に結合して光導波路４２を一方向に進行する。また、第１の結合部４３において、光路４１を反時計回りに周回する第２のレーザ光Ｌ２の一部が、光導波路４２に結合して光導波路４２を、上記一方向とは逆の方向に進行する。
【００４４】
第１の結合部４３は、光路４１を進行するレーザ光のうち少量のレーザ光（たとえば１％〜１０％）が光導波路４２に結合するように形成される。第１の結合部４３における光路４１（第１のコア層１３ａ）と光導波路４２（第２のコア層１３ｂ）との最短距離は、たとえば２μｍ前後である。
【００４５】
また、第２の結合部４４において、光導波路４２の第１の部分４２ａを進行する第１のレーザ光Ｌ１の一部（たとえば約５０％）が、光導波路４２の他の第２の部分４２ｂに結合する。また、光導波路４２の第２の部分４２ｂを進行する第２のレーザ光Ｌ２の一部（たとえば約５０％）が、光導波路４２の第１の部分４２ａに結合する。第２の結合部４４における第１の部分４２ａと第２の部分４２ｂとの最短距離は、たとえば１μｍ前後である。
【００４６】
結合された２つのレーザ光は、光導波路４２の端面（窓２２に露出した端面）から出射されフォトダイオード３４で検知される。レーザ光Ｌ１の周波数とレーザ光Ｌ２の周波数とが異なる場合には、フォトダイオードでビート信号が検出される。
【００４７】
なお、上記の例では、１つの結合部（第１の結合部４３）においてレーザ光Ｌ１およびレーザ光Ｌ２を取り出す構成を説明したが、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２とを別々の結合部において取り出してもよい。そのような光ジャイロの構成を図６の平面図に模式的に示す。
【００４８】
図６の光ジャイロ５０は、光ジャイロ４０と比べて光導波路４２の形状のみが異なるため、重複する説明を省略する。光ジャイロ５０では、光導波路４２の代わりに、光結合用の２つの光導波路５２ａおよび５２ｂによって構成される光導波路５２を用いる。光導波路５２は、コア層１３を光導波路の形状にエッチングすることによって簡単に形成できる。光導波路５２ａの一部は、第１の結合部５３において、光路４１（円環状の光導波路）に隣接して且つ光路４１の接線方向と平行に配置されている。光導波路５２ｂの一部は、第２の結合部５４において、それぞれ、光路４１（円環状の光導波路）に隣接して且つ光路４１の接線方向と平行に配置されている。また、光導波路５２ａの他の一部と光導波路５２ｂの他の一部とは、第３の結合部５５において、互いに隣接して且つ実質的に互いに平行に配置されている。
【００４９】
光導波路５２ａは第１の結合部５３において光路４１と結合し、光導波路５２ｂは第２の結合部５４において光路４１と結合する。また、光導波路５２ａと光導波路５２ｂとは、第３の結合部５５において互いに結合する。すなわち、結合部５３〜５５はそれぞれ方向性結合器として機能する。第１の結合部５３では、第１のレーザ光Ｌ１が光導波路５２ａに結合する。第２の結合部５４では、第２のレーザ光Ｌ２が光導波路５２ｂに結合する。レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２とは、第３の結合部５５において結合される。結合された２つのレーザ光のビート信号は、フォトダイオード３４によって観察される。光ジャイロ５０でも、光ジャイロ４０と同様にジャイロの回転角速度を求めることができる。
【００５０】
なお、本発明の光ジャイロでは、導波路の途中に、様々な導波路型の素子を配置してもよい。また、製造工程は複雑になるが、半導体光増幅器および／または光検出器を、半導体素子製造プロセスを用いて基板上で形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、光ジャイロに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の光ジャイロの製造工程の一例を示す模式図である。
【図２】図１に続く工程を示す模式図である。
【図３】図２に続く工程を示す模式図である。
【図４】本発明の光ジャイロの一例を模式的に示す上面図である。
【図５】図４に示した光ジャイロの機能を示す図である。
【図６】本発明の光ジャイロの他の一例を模式的に示す上面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１ 基板
１２ 下部クラッド層
１３、１３ａ、１３ｂ コア層（光導波路）
１４ 上部クラッド層
２１、２２ 窓
３１、３２ 電極
４０、５０ 光ジャイロ
３３ 半導体光増幅器
３３ａ キャビティー
３４ フォトダイオード
４１ 光路
４２、５２、５２ａ、５２ｂ 光導波路（光結合器）
４３、４４、５３、５４、５５ 結合部（方向性結合器）
Ｌ１、Ｌ２ レーザ光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された円環状の光導波路と、前記基板上に形成された光結合器と、前記基板上に配置された半導体光増幅器および光検出器とを備え、
前記半導体光増幅器は、前記円環状の光導波路とともに円環状の光路を形成するように前記円環状の光導波路に結合されており、
前記半導体光増幅器および前記円環状の光導波路は、前記光路を時計回りに伝搬する第１のレーザ光と、前記光路を反時計回りに伝搬する第２のレーザ光とを発生させ、
前記光結合器は、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを前記光路から引き出して重ね合わせ、
前記光検出器は、重ね合わされた前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とによって生じるビート信号を観測する、光ジャイロ。
【請求項２】
前記半導体光増幅器が、III−Ｖ族化合物半導体からなる活性層を備える、請求項１に記載の光ジャイロ。
【請求項３】
前記円環状の光導波路は、前記基板上に積層された多層膜によって構成されており、
前記半導体光増幅器および前記光検出器は、それぞれ、前記多層膜の一部を除去することによって形成された凹部に配置されている、請求項１または２に記載の光ジャイロ。
【請求項４】
前記光結合器は、１本の光結合用光導波路を含み、
前記光結合用光導波路は、第１の部分と、第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分との間に配置された第３の部分とを含み、
前記第２の部分は、前記第１の部分に隣接して且つ前記第１の部分と実質的に平行に配置されており、
前記第３の部分は、前記円環状の光導波路に隣接して且つ前記円環状の光導波路の接線方向と平行に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ジャイロ。
【請求項５】
前記光結合器は、第１および第２の光結合用光導波路を含み、
前記第１の光結合用光導波路の一部および前記第２の光結合用光導波路の一部は、それぞれ、前記円環状の光導波路に隣接して且つ前記円環状の光導波路の接線方向と平行に配置されており、
前記第１の光結合用光導波路の他の一部と前記第２の光結合用光導波路の他の一部とは、互いに隣接して且つ実質的に互いに平行に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ジャイロ。
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された円環状の光導波路と、前記基板上に形成された光結合器と、前記基板上に配置された半導体光増幅器および光検出器とを備え、
前記半導体光増幅器は、前記円環状の光導波路とともに円環状の光路を形成するように前記円環状の光導波路に結合されており、
前記半導体光増幅器および前記円環状の光導波路は、前記光路を時計回りに伝搬する第１のレーザ光と、前記光路を反時計回りに伝搬する第２のレーザ光とを発生させ、
前記光結合器は、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを前記光路から引き出して重ね合わせ、
前記光検出器は、重ね合わされた前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とによって生じるビート信号を観測する、光ジャイロ。
【請求項２】
前記半導体光増幅器が、III−Ｖ族化合物半導体からなる活性層を備える、請求項１に記載の光ジャイロ。
【請求項３】
前記円環状の光導波路は、前記基板上に積層された多層膜によって構成されており、
前記半導体光増幅器および前記光検出器は、それぞれ、前記多層膜の一部を除去することによって形成された凹部に配置されている、請求項１または２に記載の光ジャイロ。
【請求項４】
前記光結合器は、１本の光結合用光導波路を含み、
前記光結合用光導波路は、第１の部分と、第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分との間に配置された第３の部分とを含み、
前記第２の部分は、前記第１の部分に隣接して且つ前記第１の部分と実質的に平行に配置されており、
前記第３の部分は、前記円環状の光導波路に隣接して且つ前記円環状の光導波路の接線方向と平行に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ジャイロ。
【請求項５】
前記光結合器は、第１および第２の光結合用光導波路を含み、
前記第１の光結合用光導波路の一部および前記第２の光結合用光導波路の一部は、それぞれ、前記円環状の光導波路に隣接して且つ前記円環状の光導波路の接線方向と平行に配置されており、
前記第１の光結合用光導波路の他の一部と前記第２の光結合用光導波路の他の一部とは、互いに隣接して且つ実質的に互いに平行に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ジャイロ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２９５４（Ｐ２００８−２９５４Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７２６４７（Ｐ２００６−１７２６４７）
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度独立行政法人情報通信研究機構、研究テーマ「シームレスな位置情報検出を実現する高精度角速度センサチップの研究開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度独立行政法人情報通信研究機構、研究テーマ「シームレスな位置情報検出を実現する高精度角速度センサチップの研究開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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