(57)【要約】      （修正有）【課題】チップ上に微細加工し、コストと重量を減少させた、動作の安定したリングレーザジャイロスコープを提供する。【解決手段】第１の固体導波路１０２と、第１の固体導波路１０２を進行する光が外側の非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の分子と相互作用する利得媒体相互作用領域１１４と、利得媒体相互作用領域１１４で非固体ドップラー拡大利得媒体１０８を励起させ、第１の固体導波路１０２内に時計回り方向と反時計回り方向に進行する第１及び第２のレーザ場を誘導する媒体励起器１１０、１１２と、第１の固体導波路１０２に通信可能に結合されると共に第１および第２のレーザ場の一部を検出するように構成された光検出器１０６とを備える。【選択図】図１Ａ
2016085215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の固体導波路（１０２）と、
前記第１の固体導波路（１０２）を通じて進行する光が前記第１の固体導波路（１０２）の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体（１０８）分子と相互作用する利得媒体相互作用領域（１１４）と、
前記利得媒体相互作用領域（１１４）で前記非固体ドップラー拡大利得媒体（１０８）を励起させるように構成された少なくとも１つの媒体励起器（１１０、１１２）であって、前記励起された非固体ドップラー拡大利得媒体（１０８）は、前記第１の固体導波路（１０２）内に第１および第２のレーザ場を誘導し、前記第１のレーザ場は前記第１の固体導波路内を時計回り方向に進行し、前記第２のレーザ場は前記第１の固体導波路（１０２）内を反時計回り方向に進行する媒体励起器（１１０、１１２）と、
前記第１の固体導波路（１０２）に通信可能に結合されると共に前記第１および第２のレーザ場の一部を検出するように構成された光検出器（１０６）とを備えたレーザジャイロスコープ（１００Ａ、１００Ｂ）。
【請求項２】
前記利得媒体相互作用領域（１１４）は、前記第１の固体導波路（１０２）の外側の前記第１および第２のレーザ場からのエネルギーを前記第１および第２のレーザ場が前記第１の固体導波路（１０２）の外側に配置された前記非固体ドップラー拡大利得媒体（１０８）分子と相互作用するエバネッセントモードに仕向けるのに十分小さい寸法を有する前記第１の固体導波路（１０２）の一部を囲む、請求項１に記載のレーザジャイロスコープ（１００Ａ）。
【請求項３】
第１の固体導波路（１０２）の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体（１０８）を励起させるステップ（２０２）であって、前記励起された非固体ドップラー拡大利得媒体（１０８）が前記第１の固体導波路（１０２）内に第１および第２のレーザ場を誘導し、前記第１のレーザ場が前記第１の固体導波路内を時計回り方向に進行し、前記第２のレーザ場が前記第１の固体導波路（１０２）内を反時計回り方向に進行する、励起させるステップ（２０２）と、
前記第１の固体導波路（１０２）に通信可能に結合される光検出器（１０６）で前記第１および第２のレーザ場の一部を検出するステップ（２０８）と
を含む方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ドップラー拡大利得媒体を用いたチップ上のリングレーザジャイロスコープに関する。
[1]本特許出願は、「ＲＩＮＧ  ＬＡＳＥＲ  ＧＹＲＯＳＣＯＰＥ  ＯＮ  Ａ  ＣＨＩＰ  ＷＩＴＨ  ＤＯＰＰＬＥＲ−ＢＲＯＡＤＥＮＥＤ  ＧＡＩＮ  ＭＥＤＩＵＭ」と題され、２０１４年１０月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／０６８，４３０号の利益を主張するものであり、これは、ここで参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[2]光ジャイロスコープは、回転軸を中心とした回転速度を測定するために使用されるナビゲーション計器である。光は、時計回り（「ＣＷ」）と反時計回り（「ＣＣＷ」）の両方の方向に光ジャイロスコープを通じて進行する。光ジャイロスコープが静止しているとき、ＣＷ方向に空洞を通じて進行する光のビームは、ＣＣＷ方向に空洞を通じて進行する光のビームと同じ周波数を有する。光ジャイロスコープが回転しているとき、ＣＷビームの周波数は、ＣＣＷビームの周波数とは異なる。サグナック効果を利用すると、ＣＷ方向に進行する第１のビームとＣＣＷ方向に進行する第２のビームとの間の周波数の差が計算される。これは、共鳴周波数スプリッティングと呼ばれる。光ジャイロスコープの回転速度は、ＣＷビームとＣＣＷビームとの間の周波数の差に比例する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[3]レーザジャイロスコープは、第１の固体導波路と、前記第１の固体導波路を通じて進行する光が前記第１の固体導波路の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体分子と相互作用する利得媒体相互作用領域と、前記利得媒体相互作用領域で前記非固体ドップラー拡大利得媒体を励起させるように構成された少なくとも１つの媒体励起器であって、前記励起された非固体ドップラー拡大利得媒体は、前記第１の固体導波路内に第１および第２のレーザ場を誘導し、前記第１のレーザ場は前記第１の固体導波路内を時計回り方向に進行し、前記第２のレーザ場は前記第１の固体導波路内を反時計回り方向に進行する媒体励起器と、前記第１の固体導波路に通信可能に結合されると共に前記第１および第２のレーザ場の前記一部を検出するように構成された光検出器とを備える。
【０００４】
[4]図面は例示的実施形態だけを示し、したがって範囲を限定するものとみなされるべきでなく、例示的実施形態は、添付図面を用いることによってさらなる特異性および細部に関して説明されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】[5]第１の固体導波路の外側でエバネッセントモードを通じてドップラー拡大利得媒体と光が相互作用するチップ上のリングレーザジャイロスコープの例示的実施形態を示すブロック図である。
【図１Ｂ】[6]第１の固体導波路内の間隙を通じてドップラー拡大利得媒体と光が相互作用するチップ上のリングレーザジャイロスコープの別の例示的実施形態を示すブロック図である。
【図２】[7]ドップラー拡大利得媒体を有するチップ上のリングレーザジャイロスコープを動作させる方法の一実施形態を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[8]一般的な慣行に従って、説明される様々な特徴は、正確な縮尺率で描かれていないが、例示的実施形態に関連した特定の特徴を強調するように描かれている。
[9]以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、特定の例示実施形態が例によって示されている添付図面の参照がなされる。しかしながら、他の実施形態が利用されてもよく、論理的、機械的、および電気的変更がなされてもよいことを理解されたい。さらに、図面および明細書に示された方法は、個々のステップが行われ得る順序を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定の意味で解釈されるべきではない。
【０００７】
[10]リングレーザジャイロスコープ（ＲＬＧ）は、重量やコストといったいくつかの欠点を有する（一部の用途については、これはそれを除外する）。ＲＬＧがチップ上に微細加工され得る場合、コストおよび重量は減少され得る。これを行うための障害は、チップスケールの構造と気体の光学利得媒体の不適合にある。気体媒体の場合、利得プロファイルの中心から周波数が離調された反対方向に向けられたビームが、ドップラー効果により様々な原子と相互作用し、反対方向に向けられたビーム間の不要な非線形相互作用を防ぐ。これは、安定したジャイロの動作にとって重要である。本開示は、チップ上に導波路を用いてＲＬＧを製造する手段を説明すると共に、非線形相互作用を防ぐために気体媒体内のドップラー効果の利点をさらにとる。
【０００８】
[11]例示的実施形態では、光は、チップ上に微細加工された硬質導波路構造内、または光ファイバ内のいずれかで案内される。リング状に製造された導波路は、光リング共鳴器を構成することができる。光学利得の存在下で、リング共鳴器はリングレーザになり得る。しかしながら、一般に、導波路内を伝搬するように構成される光は、導波路の外側で気体媒体と相互作用することはない。したがって、従来の導波路構造の場合、光学利得は、気体によってもたらされる可能性はない。しかしながら、気体媒体の「ドップラー拡大」なしでは、レーザは、通常、両方向で同時にレーザを放出しない。むしろ、１つのビームが、利得媒体を「飽和」させて、それがレーザを放出することができないように他の方向に伝搬するビームに利用できる光学利得を減少させる。
【０００９】
[12]気体媒体が導波路によって案内される光と相互作用することを可能にするように気体媒体を光学利得要素として組み込むことによって、本発明は、２つの対向伝搬レージングモード間の不要な相互作用なしで、導波路ＲＬＧが両方向にレーザを放出することを可能にする。気体媒体からの利得を導波路共鳴器に組み込むことを伴う導波路内の双方向レージングを実現する課題に対する少なくとも２つの可能な解決手段が存在する。
【００１０】
[13]図１Ａは、第１の固体導波路の外側でエバネッセントモードによってドップラー拡大利得媒体と光が相互作用するチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａの例示的実施形態を示すブロック図である。一般に、第１の方法論は、やはり導波路によって案内される場のエネルギーのかなりの部分をエバネッセントモードにさせるのに十分小さい寸法まで導波路を先細りさせることであるが、場の大部分は導波路構造の外側に実際には存在する。このエバネッセント場は、ドップラー拡大利得を可能にする導波路を囲む非固体ドップラー拡大利得媒体内の原子と相互作用することができる。利得が導波路内の往復損失を超えるとき、自由空間と結合する手法（ｃｏｕｐｌｉｎｇ−ｔｏ−ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ  ａｐｐｒｏａｃｈ）を上回る損失および後方散乱の減少を伴う気体媒体ＲＬＧの導波路実施が可能とされる。
【００１１】
[14]図１Ｂは、第１の固体導波路内の間隙を通じてドップラー拡大利得媒体と光が相互作用するチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ｂの別の例示的実施形態を示すブロック図である。概して、第２の方法論は、共鳴器経路の一部セクションについて導波路からかつ自由空間の中に光を結合し、光がそのセクション内の利得と相互作用し、次いで他の側でそれを導波路の中に再び結合することを可能にすることである。この方法論による実施形態は、いくつかの課題を示す。第１に、ジャイロ共鳴器内の後方反射は、誤差の主要な源であり、最小にされなければならない。自由空間の中にかつ自由空間から戻る結合は、かなり大きい後方反射なしで実現することがとても困難である。第２に、往復光学利得は、共鳴器がレーザを放出すべき場合に損失を超えなければならず、かなり大きな損失なしで導波路から外にそして導波路の中への結合もやはり困難である。
【００１２】
[15]本明細書に使用される用語「共鳴器」は、真空、空気、他の気体、または固体で満たされた閉じた光路を含む。共鳴器は、基板上に堆積された導波路、中実コアファイバ、および中空コアファイバといった閉じた光路を有する形成された導波路であり得る。共鳴器は、（レーザを放出する空洞などの）レーザを放出する能動共鳴器、またはレーザを放出しない受動共鳴器のいずれかであり得る。
【００１３】
[16]光ジャイロスコープは、光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）、リングレーザジャイロスコープ（ＲＬＧ）などの自由空間光ジャイロスコープ、および導波路光ジャイロスコープ（ＷＯＧ）を含む。光ファイバは導波路であり、したがってＦＯＧは「導波路光ジャイロスコープ」であるが、単語「導波路」は、硬質基板にリソグラフィでパターンが形成され、この基板の表面を横切って光が案内されるファイバ状構造を指すためにより一般的に使用される。従来のリングレーザジャイロスコープ（ＲＬＧ）は、自由空間がミラー間にある中空共鳴器経路を含む。従来のＲＬＧでは、基板に堆積された導波路またはファイバに見られるように光は案内されず、むしろ光は、何もない空間を通じて伝搬し、ミラーによって閉じた経路に沿って向けられる。光ファイバジャイロスコープは、ファイバ内で光を案内する。基板に堆積された導波路は、概して、（シリコン基板などの）基板上に直接製造された材料（しばしばガラス）からなる薄片である。そのような導波路は、とても低いコストで大量生産され、振動耐性、および簡略化された温度制御、ならびに単一のチップ上の様々な光ジャイロ構成部品の集積化の可能性の観点でいくつかの性能の利点をもたらすことができるが、そのような導波路は、光学的損失が高く、総経路長が短いので、最近まで光ジャイロスコープに用いる候補としては不十分だった。しかしながら、最近開発された新しい製造技法が、単一の基板上の数１０メートルの光路長を有し低い損失（０．０５ｄＢ／ｍ未満など）の導波路を可能にした。
【００１４】
[17]集積導波路光ジャイロスコープ（ＩＷＯＧ）を作製するいくつかの手法は、チップ上の導波路に光ファイバジャイロスコープ構造を置くこと、またはチップ上のリングレーザジャイロスコープ（ＲＬＧ）構造を導波路と共に置くことを含む。チップベースのＲＬＧの関する問題の１つは、気体媒体が使用される必要があることである。利得媒体が気体でないリングレーザジャイロスコープ（ＲＬＧ）を実施する試みは、ドップラー拡大がないので極端に困難である。ドップラー拡大は、ドップラー効果に共鳴したときの異なる光周波数を感知する異なる方向または異なる速度で進行する原子の結果である。これは、ジャイロスコープにおいて、対向伝搬共鳴モードがドップラープロファイルの中心から離調される（例えば、ゼロ速度群の共鳴より下で離調される）場合、異なる原子が正しい周波数となるようにドップラー効果によってシフトされるこれらの場を見て、それらと実際に共鳴する（例えば、時計回りに移動する原子は励起中心の周波数（ｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）として時計回りに伝搬する場を見ると共に、時計回りに移動する原子は励起中心の周波数として反時計回りに伝搬する場を見る）ことを意味する。場は、ビームの伝搬方向に対して正しい速度および方向に移動しているそれらの原子についての励起中心の周波数であるようにそれぞれ見える。ビームは反対方向に伝搬するので、それらは異なる原子である。そのことは、ビームは全く異なる原子と相互作用しており、したがって２つのビームが同じ原子と相互作用するときに生じ得る非線形の光学的影響が最小化されるので、ビームがさほど多くは相互作用しないことを意味する。
【００１５】
[18]利得媒体がドップラー拡大利得でないとき、例えば、固体半導体利得媒体の場合、同じ原子は、両方の場との相互作用で終わる。その場合には、一方の場は、それが利得媒体を飽和させるまで場がより大きくなるように利得を受けることができるが、他方の場には残された受けるべき利得が存在しない。このとき、他の方向はレーザを放出しない。これは時々、「モード競合」と呼ばれる。モード競合は、固体状態のＲＬＧ（および／またはチップ上のＲＬＧ）が歴史的に働かなかったという１つの理由である。したがって、導波路と気体、プラズマ、または液体などのドップラー拡大利得媒体とを用いたチップ上のＲＬＧを有することが望ましい。
【００１６】
[19]図１Ａは、第１の固体導波路の外側でエバネッセントモードを通じてドップラー拡大利得媒体と光が相互作用するチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａの例示的実施形態を示すブロック図である。チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａは、第１の固体導波路１０２と、適宜の第２の固体導波路１０４と、光検出器１０６と、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８と、少なくとも１つの媒体励起器（電極１１０および電極１１２など）とを含む。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２は、間隙がない円形状である。チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａは、第１の固体導波路１０２を通じて進行する光が、第１の固体導波路１０２の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の分子と相互作用する利得媒体相互作用領域１１４を含む。
【００１７】
[20]例示的実施形態では、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、気体およびプラズマの少なくとも一方である。プラズマは、電離原子を含む気体である。気体という用語が本開示において主に使用されるが、これは、プラズマを同様に含むことが意味されることが理解される。例示的実施形態では、気体は中性原子のみを含意し、一方、プラズマは中性原子に混ぜ込まれたイオンおよび電子を含意する。例示的実施形態では、完全電離プラズマは、何ら中性原子を有さない（イオンおよび電子だけである）。例示的実施形態では、不完全電離プラズマは、いくつかのイオンおよび電子を含むが、いくつかの中性原子も含む。例示的実施形態では、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、励起したヘリウム原子が蛍光および誘導放出をもたらすネオン原子と衝突するヘリウムネオン（「ＨｅＮｅ」）不完全電離プラズマである。
【００１８】
[21]例示的実施形態では、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、その上に堆積された第１の固体導波路１０２と適宜の第２の固体導波路１０４とを有する基板１２０の上でチャンバ１１８内に収容される。例示的実施形態では、このチャンバ１１８の高さは、エバネッセント場がチャンバ１１８の壁にまで及ばないまたはチャンバ１１８の壁を越えて及ばないように少なくともエバネッセント場と同じ大きさであるように構成される。例示的実施形態では、チャンバ１１８は、基板１２０の上方で高さが少なくとも１ミリメートルである。
【００１９】
[22]少なくとも１つの媒体励起器は、利得媒体相互作用領域１１４で非固体ドップラー拡大利得媒体１０８を励起するように構成される。例示的実施形態では、少なくとも１つの媒体励起器は直流放電を加え、そこでは高電圧が非固体ドップラー拡大利得媒体１０８にわたって印加され、ある点でそれは気体の破壊電圧を超えると共に、電流が流れ始める。例示的実施形態では、少なくとも１つの媒体励起器は、電源１１６によって共に電力が供給される電極１１０および電極１１２を含む。電源１１６は、電極１１０と電極１１２の間に電流を印加する。非限定の一例示的実施形態では、電極１１０はカソードであり、電極１１２はアノードである。他の実施形態では、様々な量のカソード、アノード、または両方が、少なくとも１つの媒体励起器内に含まれる。したがって、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、利得媒体相互作用領域１１４で励起される。励起された非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、第１の固体導波路１０２内に第１および第２のレーザ場を誘導し、第１のレーザ場は、第１の固体導波路１０２内で時計回り方向に進行し、第２のレーザ場は、第１の固体導波路１０２バウ内で反時計回り方向に進行する。
【００２０】
[23]例示的実施形態では、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａは、プラズマ利得媒体を用いたヘリウムネオン（ＨｅＮｅ）リングレーザジャイロスコープである。例示的実施形態では、ネオン原子は、少なくとも１つの媒体励起器によって励起状態の中に出され、それによってそれらは利得を与える。例示的実施形態では、大きく加速された電子が、ネオン原子と衝突し始め、ネオン原子を電離する。ネオン原子は、ヘリウム原子とも衝突しヘリウム原子を励起させ、それらの励起したヘリウム原子の一部が、他の中性ネオン原子と衝突し、それらを正しい状態まで励起する。電子が励起中の原子と衝突するこのプロセスは、光学利得に必要とされる反転分布へ導く。
【００２１】
[24]いくつかの例示的実施形態では、ヘリウムネオンリングレーザジャイロスコープは、それらの電子を加速させるために大きい直流電圧を使用する。直流放電を使用する例示的実施形態では、電圧、周波数、電力、および電極間の間隙が励起を得るように選択される。他の例示的実施形態では、ＲＦ放電が、直流放電の代わりに使用され、電極１１０および電極１１２などの任意の電極についての真空フィードスルーの必要性をなくす。例示的実施形態では、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８を収容するチャンバ１１８は、（ヘリウムネオンなどの）非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の圧力が低いため、実質的には真空チャンバであることが必要である。例示的実施形態では、良好な封止が、大気から酸素、窒素などをチャンバ１１８の外に維持するために必要とされる。直流放電を用いる例示的実施形態では、電極（電極１１０および電極１１２など）は、非固体ドップラー拡大利得媒体と接触している必要があり、チャンバ１１８は、これらの電極（電極１１０および電極１１２など）のまわりで封止される必要がある。例示的実施形態では、真空フィードスルーは、真空セルの壁の側面を通じた中への直流放電において電極（電極１１０および電極１１２など）のための導体を得るために使用される。その封止は、漏洩の機会を表し、それは理想的でない。
【００２２】
[25]他の例示的実施形態では、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａは、直流放電ではなく高周波（ＲＦ）放電を使用する高周波（ＲＦ）レーザジャイロスコープである。ＲＦ放電を用いるチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａの例示的実施形態では、ＲＦ放電のための電極（電極１１０および／または電極１１２など）は、基板１２０上の第１の固体導波路１０２の下に配置され（例えば、シリコン基板の下側にある金属を堆積させ）、次いでチャンバ１１８は、それに覆いを被せ／それを覆い、基板１２０に封止され、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８を収容する。例示的実施形態では、チャンバ１１８は、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８を収容するようにより小さいカバーである。例示的実施形態では、基板１２０の表面とチャンバ１１８の封止カバー（ガラスキャップなど）との間に約１ミリメートルの間隙があり得る。例示的実施形態では、別の電極（電極１１０または電極１１２など）は、その封止カバーの上部に配置され、ＲＦ電磁放射は、基板１２０、第１の固体導波路１０２、およびチャンバ１１８を通じて一対の電極（電極１１０および／または電極１１２の間でドライブされる。チャンバ１１８内でヘリウムネオン気体を使用する例示的実施形態では、ＲＦからのそれらの電圧は、ネオン原子の励起となり、光学利得をもたらす。したがって、ＲＦ放電の場合、電極は、パッケージの外側にあり、漏洩を防ぐためにフィードスルー、封止などの必要性をなくすことができる。
【００２３】
[26]他の例示的実施形態では、利得媒体の励起は、電子的励起に限定されない。例えば、一部の光学利得媒体が、光学的に励起される。いくつかの例示的実施形態では、気体媒体は、光学的に汲み上げられる。例えば、半導体励起アルカリレーザは、ポンプとしてのダイオードレーザで光学的に汲み上げられる気体としてルビジウムを使用することができる。この手法の弱点の１つは、この手法が追加のレーザを必要とすることである。
【００２４】
[27]一部の固体導波路材料の内部に捕らえられた場は、気体、液体、またはプラズマと相互作用することができないので、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８が（第１の固体導波路１０２などの）オンチップ導波路に適合することは、容易に明らかではない。しかしながら、第１の固体導波路１０２の横寸法が光の波長に比べて十分に小さく（薄く）作製されるとき、ビームのエバネッセント場は、導波路の境界線を越えて延び、利得媒体相互作用領域１１４内で導波路の外側の原子と相互作用することができる。特定の実施では、第１の固体導波路１０２は、７８０ナノメートルあたりの光の波長に関して幅が４００ナノメートルであり得る。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２は、使用される光の波長および第１の固体導波路１０２を作り出すために使用される材料の屈折率に応じて異なる幅を有する。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２の空間モード（第１の固体導波路１０２によって案内されるビームの形状）は、「エバネッセント場」として知られる第１の固体導波路１０２の外側の大きい電場を含む。エバネッセント場の位置は、第１の固体導波路１０２の形状および方向によってやはり決定され、このエバネッセント場は、第１の固体導波路１０２の寸法が先細りを遡る（より広くなる）場合、第１の固体導波路１０２の中に再び結合する。
【００２５】
[28]非固体ドップラー拡大利得媒体１０８が、かなり大きなエバネッセント場を有するのに十分薄い第１の固体導波路１０２を囲むとき、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の媒体内の原子は、エバネッセント場と相互作用し、光の案内モードが非固体ドップラー拡大利得媒体１０８との相互作用による利得を受けることを可能にする。したがって、（先細りのオン基板導波路または先細りの光ファイバのファイバなどの）第１の固体導波路１０２内の光は、第１の固体導波路１０２を囲む非固体ドップラー拡大利得媒体１０８と相互作用することができる。したがって、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８が第１の固体導波路１０２の薄いセクションを囲む場合、第１の固体導波路１０２の薄いセクションを囲むエバネッセント場は、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８を用いる（オン基板導波路または光ファイバなどの）第１の固体導波路１０２を用いたリングレーザジャイロ（ＲＬＧ）の製作を可能にし得る。第１の固体導波路１０２のこの構成は、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の利点を利用する導波路ＲＬＧを可能にする。チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａの本例示的実施形態の利点の１つは、後方反射が他の実施形態よりも懸念が少ないことである。
【００２６】
[29]（光ファイバまたはオン基板導波路のいずれかを含む）第１の固体導波路１０２は、概して固体である。例示的実施形態では、シリカおよび／またはシリコン窒化物は、（光ファイバまたはオン基板導波路などの）第１の固体導波路１０２を作製するために（シリコンチップなどの）基板の上へ印刷／堆積される。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２は、利得媒体相互作用領域１１４の両側で先細りに／薄くされ、それによって光がエバネッセントモードの中に結合し、次いで伝搬モードに戻ることを可能にする。例示的実施形態では、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、先細りでない／より広くない導波路のより多くの部分を囲むが、エバネッセントモードは、第１の固体導波路１０２が、エバネッセントモードを非固体ドップラー拡大利得媒体１０８が第１の固体導波路１０２の外側にあるところまで第１の固体導波路１０２の外側に延ばすのに十分薄い非固体ドップラー拡大利得媒体１０８とだけ相互作用する。
【００２７】
[30]例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２の先細りした／より狭窄のセクションは、（これは実際上の理由から望ましくないものであり得るが）その全長にわたって先細りのままであり得る。図１Ａでは、エバネッセントモードは、第１の固体導波路１０２の全長にわたって第１の固体導波路１０２の外側に延びることが示されている。したがって、利得媒体相互作用領域１１４は、第１の固体導波路１０２の全長の周りにある。他の例示的実施形態では、利得媒体相互作用領域１１４は、エバネッセント場が第１の固体導波路１０２の外側に延び非固体ドップラー拡大利得媒体１０８と相互作用するように、第１の固体導波路１０２が十分薄いおよび／または先細りである第１の固体導波路１０２の長さの一部だけを囲む。これらの実施形態では、光は、より広い／より大きい／先細りでない第１の固体導波路１０２の導波路の他の部分の内側にある。
【００２８】
[31]例示的実施形態では、エバネッセント場を第１の固体導波路１０２の外側に延ばさせる第１の固体導波路１０２の部分の先細り／幅は、適宜の第２の固体導波路１０４と結合するために使用される第１の固体導波路１０２の部分のものとは異なる先細り／幅である。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２と適宜の第２の固体導波路１０４との間で光を結合するための第１の固体導波路１０２の先細りしたセクションの直径は、第１の固体導波路１０１からのエバネッセント場が適宜の第２の固体導波路１０４の案内モードに結合するように構成されている。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２と適宜の第２の固体導波路１０４との両方は、単一の基板１２０上にある。他の実施形態では、第１の固体導波路１０２および適宜の第２の固体導波路１０４は異なる基板上にあり、および／または第１の固体導波路１０２と適宜の第２の固体導波路１０４との一方または両方は光ファイバとして埋め込まれる。適宜の第２の固体導波路１０４を含む例示的実施形態では、対向伝搬場は、（Ｙカプラまたは別のタイプの導波路カプラなどの）リードアウト光カプラと組み合わせることができる。例示的な実施では、隣接する第１の固体導波路１０２および適宜の第２の固体導波路１０４を介して結合するエバネッセントは、第１の固体導波路１０２からの光を適宜の第２の固体導波路１０４の中に結合する。
【００２９】
[32]他の実施形態では、対向伝搬場は、他のやり方でおよび／または他の構成要素を介して光検出器１０６に通じている。例示的実施形態では、適宜の第２の固体導波路１０４はない。代わりに、光は、他のやり方で、および先細りした光ファイバを通じて、第１の固体導波路１０２のエバネッセント場内に配置された散乱源を通じて、または第１の固体導波路１０２内の故意の欠陥を通じてなどの他の構成要素を通じて第１の固体導波路１０２から結合される。例示的実施形態では、光が第１の固体導波路１０２から結合されると、対向伝搬場は、部分的に反射するミラーまたは他の部分的に反射する表面と自由空間内で組み合わせることができる。例示的実施形態では、光が第１の固体導波路１０２から結合されると、それは、光ファイバのカプラとファイバ内で組み合わせることができる。
【００３０】
[33]例示的実施形態では、エバネッセント場が利得媒体相互作用領域１１４内で非固体ドップラー拡大利得媒体１０８と相互作用するように先細りである／より狭窄になっている第１の固体導波路１０２の部分の長さは、レージングを可能にするために非固体ドップラー拡大利得媒体１０８との光の相互作用から十分な利得が存在するように選択される。例示的実施形態では、利得は、第１の固体導波路１０２の先細りした／より狭窄の部分の合計の長さの関数である。例示的実施形態では、共鳴器内におけるいかなる損失にも打ち勝つために十分な利得があることが必要である。例示的実施形態では、（ファイバのループまたはオン基板導波路などの）第１の固体導波路１０２のこの先細りした／より狭窄の部分の長さは、図１Ａに示されるように、第１の固体導波路１０２の全長でも、可能な限り長い。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２のこの先細りした／より狭窄の部分の長さは、第１の固体導波路１０２の先細り化／狭窄化によって導入された脆性によって制限される。
【００３１】
[34]例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２の先細りの／より薄いセクションは直径が十分に小さく、それによって損失よりも大きい利得を与えるために第１の固体導波路１０２の長い十分な長さにわたってかなり大きいエバネッセント場になる。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２の断面積が増加するにつれて、エバネッセント場である場の割合が下がる。したがって、第１の固体導波路１０２の断面積がかなり大きい場合、エバネッセント場はない。対照的に、第１の固体導波路１０２の直径が減少するにつれて、光の割合の増加がエバネッセント場である。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２の直径を縮小するにつれて、第１の固体導波路１０２は、小さいモードエリアによって生じる高い光強度によってより脆くなり、より容易に破壊されまたは損傷を受ける。したがって、第１の固体導波路１０２の先細りしたセクションの直径および長さを決定するときに、どのくらいの光がエバネッセントモードである必要があるのか、エバネッセントモードにおいてあまりに多すぎる光をエバネッセントモードにすることに対しどんなリスクが存在するかといった考慮される必要があるトレードオフが存在する。
【００３２】
[35]例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２および適宜の第２の固体導波路１０４のエリアは、２つの導波路の寸法および空間モードにそれ自体の要件を課すカプラである。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２のこの先細りした／より狭窄の部分の長さは、第１の固体導波路１０２が狭すぎるとき第１の固体導波路１０２からの光を適宜の第２の固体導波路１０４に結合することが難しいので制限される。
【００３３】
[36]例示的実施形態では、光と非固体ドップラー拡大利得媒体１０８との間の相互作用は、第１の固体導波路１０２において必要とされるだけであり、適宜の第２の固体導波路１０４においては必要とされない。例示的実施形態では、適宜の第２の固体導波路１０４（リードアウト光カプラを含む）および光検出器１０６は、対向伝搬場の波長の読み出しに使用されるのみである。例示的実施形態では、適宜の第２の固体導波路１０４は、先細りの／より薄い直径を有する適宜の第２の固体導波路１０４の部分よりも大きい直径を有し（より厚いものであり）、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８と相互作用するエバネッセント場をなんら有さない。例示的実施形態では、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８も適宜の第２の固体導波路１０４を囲むが、適宜の第２の固体導波路１０４はこれらのセクションの中で直径がより大きいので、光は、適宜の第２の固体導波路１０４の内側に全てあり、エバネッセント場はない（または無視できる）。例示的実施形態では、適宜の第２の固体導波路１０４は、そこで先細りさせることは、光検出器１０６における対向伝搬場の波長の読み出し時にいくらかの誤差機構およびノイズ源を潜在的に加える可能性があるので、先細りでない／薄くされていない。
【００３４】
[37]例示的実施形態では、レージングをもたらすために第１の固体導波路１０２の外側にある非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の原子との相互作用が存在するエバネッセントモードにおいて十分な光を有することが望ましい。例示的実施では、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の原子から通過ごとに１０％の利得が存在し得、その原子群を通過する全ての電場は１０％大きくなるようになっている。しかし、光の１０％だけが、光が非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の原子と相互作用し得るエバネッセントモードにある場合、たった１０％が非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の原子と相互作用する案内モード全体についての総利得は１０％の１０％であり、これはたった１％の正味の利得である。例示的実施形態では、エバネッセントモードである光の割合と（我々が正味の利得と呼ぶ）部分利得との積が、１往復が第１の固体導波路１０２によって与えられる場合の正味の損失よりも大きいように、このエバネッセントモード内で十分な光を有することが望ましい。例示的実施形態では、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、適宜の第２の固体導波路１０４を囲むエバネッセント場と反応しないことが望ましい。例示的実施形態では、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、適宜の第２の固体導波路１０４をやはり囲むが、適宜の第２の固体導波路１０４は、適宜の第２の固体導波路１０４の外側で非固体ドップラー拡大利得媒体１０８と相互作用するエバネッセント場を有するのに断面直径が全く十分に薄くない。
【００３５】
[38]例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２内の許容できる後方散乱の量は、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａの所与の性能レベルについて計算される。例示的実施形態では、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａの性能レベルは、角度ランダムウォーク（ＡＲＷ）で特定され、ＡＲＷは、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａのロックイン帯域幅に関連している。ＲＬＧは、任意の出力を与えないある最小レート未満の回転速度について「ロックイン」を受ける傾向がある。ジャイロが測定可能な出力を与えるために必要な最小の回転速度は、後方散乱に関連している。実施形態では、性能レベルはロックインに関連しており、ロックインは後方散乱に関連している。したがって、性能レベルは、後方散乱に関連している。例示的実施形態では、後方散乱と予想されるロックインレートの間の関係は、どのくらいの後方散乱がチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａについての所望の性能目標に適合するのかを予測するために使用することができる。
【００３６】
[39]例示的実施形態では、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａは、機械的にディザされるのに代わって磁気的にディザされる。従来のＲＬＧは、そのロックインレートを超える回転速度を一貫して与えるために機械的にディザされる。可動部分の振動、機械的ディザの追加重量などにより、一部の用途においてそれをしなければならないことが不利である。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２および適宜の第２の固体導波路１０４を用いるチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａは、磁気的ディザリングを可能にする。例示的実施形態では、交流電流は、導波路内のファラデー回転および／または複屈折によって導波路を通じての対向伝搬場の共鳴周波数を差動的に変更することができる磁場を作り出すために使用される。例示的実施形態では、磁場を作り出すために使用された構成要素は、製造中に基板上へ堆積される。他の例示的実施形態では、その導波路またはそのセクションは、電気光学的に活性な材料から作製され、光位相が電場で変調できるようになっている。この位相変調は、機械的ディザなしでわずかな回転のためにロックインの影響を減少させるように後方反射光の干渉条件を変更することができる。
【００３７】
[40]上記のチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａの実施形態は、第１の固体導波路１０２および適宜の第２の固体導波路１０４用のチップ上の導波路を使用する。他の実施形態では、第１の固体導波路１０２と適宜の第２の固体導波路１０４との一方または両方は、固体面に取り付けられない先細りした光ファイバである。光ファイバは、導波路の特別の場合である。ファイバは、円筒形導波管路であり、一方、他の基板上の導波路上は、円筒形ではなく、たいてい異なる形状である。例示的実施形態では、用語「ファイバ」は光ファイバに使用され、一方、用語「導波路」は、ファイバでない導波路に使用される。第１の固体導波路１０２が光ファイバである例示的実施形態では、光ファイバは、光ファイバの先細りしたセクションを少なくとも囲う非固体ドップラー拡大利得媒体１０８が、光ファイバによって案内されるエバネッセントモードと相互作用することができるように先細っている。
【００３８】
[41]図１Ｂは、第１の固体導波路内の間隙を通じてドップラー拡大利得媒体と光が相互作用するチップ上のリングレーザジャイロスコープの別の例示的実施形態を示すブロック図である。チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ｂは、上記のチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａの様々な実施形態と同様の構成要素および機能を含み、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ｂとチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａとの間の差は、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ｂが、エバネッセント場を使用する代わりに、第１の固体導波路１０２内の間隙中の利得媒体相互作用領域１１４を含むことである。具体的には、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ｂは、第１の固体導波路１０２と、適宜の第２の固体導波路１０４と、光検出器１０６と、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８と、少なくとも１つの媒体励起器（電極１１０および電極１１２など）とを含む。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２は、少なくとも１つの間隙を備えた円形状である。チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ｂは、第１の固体導波路１０２を通じて進行する光が、第１の固体導波路１０２の外側に配置される非固体ドップラー拡大利得媒体１０８の分子と相互作用する間隙内の利得媒体相互作用領域１１４を含む。
【００３９】
[42]例示的実施形態では、利得媒体相互作用領域１１４は、第１の固体導波路１０２内の間隙内の自由空間内にある。上記のチップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａと同様に、第１の固体導波路１０２および／または適宜の第２の固体導波路１０４は、オン基板導波路または光ファイバのいずれかであり得る。例示的実施形態では、一方の方向に進行する光は、間隙の第１の端部で第１の固体導波路から出て行き、利得媒体相互作用領域１１４内で非固体ドップラー拡大利得媒体１０８と相互作用し、次いで間隙の第２の端部で第１の固体導波路に再び結合する。同様に、他方の方向に進行する光は、間隙の第２の端部で第１の固体導波路から出て行き、利得媒体相互作用領域１１４内で非固体ドップラー拡大利得媒体１０８と相互作用し、次いで間隙の第１の端部で第１の固体導波路に再び結合する。
【００４０】
[43]間隙を有することに関する潜在的な障害の１つは、後方反射である。例示的実施形態では、第１の固体導波路からくる光は、自由空間気体相互作用領域を横切った後に光が導波路の他の端部に入るように十分に焦点が合わされていることが必要である。さもなければ、光は、第１の固体導波路１０２の一端から広がるだけで、第１の固体導波路１０２の他端によくは結合しない。例示的実施形態では、自由空間領域の両側の第１の固体導波路１０２の端部は、光が第１の固体導波路１０２に実際に再び結合するように光の発散を防ぐために光を並行にするおよび／または光の焦点を合わせる手段を含む。例示的実施形態では、レンズ、コリメータ、および／または他の焦点合わせ要素が、第１の固体導波路１０２の他端に光を再び結合するために使用される。例示的実施形態では、第１の固体導波路１０２の両端は、第１の固体導波路１０２の両端を溶融しそれによってそれが球を形成し、または第１の固体導波路１０２を円錐形に研磨してアキシコンレンズを形成することなどによってレンズを形成するように変更される。例示的実施形態では、同様のことが、第１の固体導波路１０２の両端になされて、レンズおよび／またはコリメート要素を形成する。例示的実施形態では、導波路の両端は、レンズとして働く同様のそれの効果を有するように異なって成形される。
【００４１】
[44]例示的実施形態では、チップ上のリングレーザジャイロスコープ１００Ａと同様に、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８が、間隙によって定められた自由空間セクション内の利得媒体相互作用領域１１４でだけ光と相互作用するが、非固体ドップラー拡大利得媒体１０８は、チャンバ１１８内のいたるところにあってもよい。
【００４２】
[45]例示的実施形態では、処理装置は、ジャイロスコープを制御するように構成される。例示的実施形態では、この処理装置は、ジャイロスコープに使用される様々な方法、プロセスタスク、計算、および制御機能を実行するためのソフトウェアプログラム、ファームウェア、または他のコンピュータ可読命令を含み、またはそれらを用いて機能する。これらの命令は、典型的には、コンピュータ可読命令またはデータ構造の記憶に用いられる任意の適切なコンピュータ可読媒体上に記憶される。コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータもしくはプロセッサ、または任意のプログラム可能な論理デバイスによってアクセス可能である任意の利用可能な媒体として実施することができる。適切なプロセッサ可読媒体は、磁気媒体または光媒体などの記憶媒体またはメモリ媒体を含み得る。例えば、記憶媒体またはメモリ媒体は、従来のハードディスク、コンパクトディスク−リードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性または不揮発性媒体（例えば、限定されるものではないが、同期型ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレート（ＤＤＲ）ＲＡＭ、ラムバスダイナミックＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）などである）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能なプログラム可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、およびフラッシュメモリなどを含み得る。適切なプロセッサ可読媒体は、ネットワークおよび／または無線リンクなどの通信媒体によって運ばれる電気信号、電磁気信号、またはデジタル信号などの伝送媒体も含み得る。
【００４３】
[46]図２は、ドップラー拡大利得媒体を有するチップ上のリングレーザジャイロスコープを動作させる方法２００の一実施形態を示す流れ図である。方法２００は、ブロック２０２で第１の固体導波路の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体を励起させるステップを始め、励起された非固体ドップラー拡大利得媒体が第１の固体導波路内に第１および第２のレーザ場を誘導し、第１のレーザ場は第１の固体導波路内を時計回り方向に進行し、第２のレーザ場は第１の固体導波路内を反時計回り方向に進行する。
【００４４】
[47]方法２００は、第１の固体導波路のごく近くに配置された第１のセクションと、第１のセクションの第１の側に位置する第２のセクションと、第１のセクションの第２の側に位置する第３のセクションと、出力端で第２のセクションと第３のセクションを共に結合するリードアウト光カプラとを有する適宜の第２の固体導波路に第１の固体導波路からの第１および第２のレーザ場の一部を結合する適宜のブロック２０４に進む。方法２００は、光検出器で第２の固体導波路の出力端からの第１および第２のレーザ場の一部を受信する適宜のブロック２０６に進む。方法２００は、第１の固体導波路に通信可能に結合される光検出器で第１および第２のレーザ場の一部を受信するブロック２０８に進む。
【００４５】
[48]特定の実施形態を本明細書中に図示し説明してきたが、同じ目的を実現するように計算された任意の配置が図示の特定の実施形態の代替とされてもよいことが当業者によって理解されよう。例えば、上記の例示的実施形態はＨｅＮｅレーザを用いて動作するが、他のタイプのレーザが使用されてもよいことを理解されたい。さらに。したがって、本発明は特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが明らかに意図される。
【００４６】
実例の実施形態
[49]実例１は、第１の固体導波路と、第１の固体導波路を通じて進行する光が第１の固体導波路の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体分子と相互作用する利得媒体相互作用領域と、利得媒体相互作用領域で非固体ドップラー拡大利得媒体を励起させるように構成された少なくとも１つの媒体励起器であって、励起された非固体ドップラー拡大利得媒体は、第１の固体導波路内に第１および第２のレーザ場を誘導し、第１のレーザ場は第１の固体導波路内を時計回り方向に進行し、第２のレーザ場は第１の固体導波路内を反時計回り方向に進行する媒体励起器と、第１の固体導波路に通信可能に結合されると共に第１および第２のレーザ場の一部を検出するように構成された光検出器とを備えたレーザジャイロスコープを含む。
【００４７】
[50]実例２は、第２の固体導波路が、第１の固体導波路のごく近くに配置された第１のセクションと、第１のセクションの第１の側に位置する第２のセクションと、第１のセクションの第２の側に位置する第３のセクションと、出力端に第２のセクションと第３のセクションを共に結合するリードアウト光カプラとを有し、第２の固体導波路が第１の固体導波路からの第１および第２のレーザ場の一部を出力端に結合するように構成され、光検出器が第２の固体導波路を通じて第１の固体導波路に通信可能に結合される、実例１のレーザジャイロスコープを含む。
【００４８】
[51]実例３は、利得媒体相互作用領域は、第１の固体導波路の外側の第１および第２のレーザ場からのエネルギーを第１および第２のレーザ場が第１の固体導波路の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体分子と相互作用するエバネッセントモードに仕向けるのに十分小さい寸法を有する第１の固体導波路の一部を囲む、実例１または２のレーザジャイロスコープを含む。
【００４９】
[52]実例４は、第１の固体導波路は、第１の固体導波路の第１の端部と第１の固体導波路の第２の端部との間に位置する間隙を除けば閉じた経路であり、利得媒体相互作用領域が第１の固体導波路の第１の端部と第１の固体導波路の第２の端部との間に配置された間隙内に配置される、実例１〜３のいずれかのレーザジャイロスコープを含む。
【００５０】
[53]実例５は、第１の固体導波路が基板に堆積される、実例１〜４のいずれかのレーザジャイロスコープを含む。
[54]実例６は、第１の固体導波路が光ファイバである、実例１〜４のいずれかのレーザジャイロスコープである。
【００５１】
[55]実例７は、少なくとも１つの媒体励起器が、非固体ドップラー拡大利得媒体を通じて高周波電磁放射をドライブする少なくとも１つの高周波放電装置を備える、実例１〜６のいずれかのレーザジャイロスコープを含む。
【００５２】
[56]実例８は、少なくとも１つの媒体励起器が、非固体ドップラー拡大利得媒体をわたって電流を印加する少なくとも１つの電流発生装置を備える、実例１〜７のいずれかのレーザジャイロスコープを含む。
【００５３】
[57]実例９は、非固体ドップラー拡大利得媒体が、気体およびプラズマの少なくとも１つである、実例１〜８のいずれかのレーザジャイロスコープを含む。
[58]実例１０は、第１の固体導波路内のファラデー回転および複屈折のうち少なくとも１つによって第１の固体導波路を通じて第１および第２のレーザ場の少なくとも１つの速度を変化させるように構成された磁場を作り出すために交流電流を第１の固体導波路に印加するように構成された少なくとも１つの磁気的ディザリング装置をさらに備える、実例１〜９のいずれかのレーザジャイロスコープを含む。
【００５４】
[59]実例１１は、第１の固体導波路の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体を励起させるステップであって、励起された非固体ドップラー拡大利得媒体が第１の固体導波路内に第１および第２のレーザ場を誘導し、第１のレーザ場は第１の固体導波路内を時計回り方向に進行し、第２のレーザ場は第１の固体導波路内を反時計回り方向に進行する、励起させるステップと、第１の固体導波路に通信可能に結合される光検出器で第１および第２のレーザ場の一部を検出するステップとを含む方法を含む。
【００５５】
[60]実例１２は、第１の固体導波路のごく近くに配置された第１のセクションと、第１のセクションの第１の側に位置する第２のセクションと、第１のセクションの第２の側に位置する第３のセクションと、出力端に第２のセクションと第３のセクションを共に結合するリードアウト光カプラとを有する第２の固体導波路に第１の固体導波路からの第１および第２のレーザ場の一部を結合するステップと、光検出器で第２の固体導波路の出力端からの第１および第２のレーザ場の一部を受信するステップとをさらに含む、実例１１の方法を含む。
【００５６】
[61]実例１３は、利得媒体相互作用領域が、第１の固体導波路の外側の第１および第２のレーザ場からのエネルギーを第１および第２のレーザ場が第１の固体導波路の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体分子と相互作用するエバネッセントモードに仕向けるのに十分小さい寸法を有する第１の固体導波路の一部を囲む、実例１１または１２の方法を含む。
【００５７】
[62]実例１４は、第１の固体導波路が、第１の固体導波路の第１の端部と第１の固体導波路の第２の端部との間に位置する間隙を備えた円形状であり、利得媒体相互作用領域が第１の固体導波路の第１の端部と第１の固体導波路の第２の端部との間に配置された間隙内に配置される、実例１１〜１３のいずれかの方法を含む。
【００５８】
[63]実例１５は、第１の固体導波路が基板に堆積される、実例１１〜１４のいずれかの方法を含む。
[64]実例１６は、第１の固体導波路が光ファイバである、実例１１〜１４のいずれかの方法を含む。
【００５９】
[65]実例１７は、非固体ドップラー拡大利得媒体を励起させるステップは、非固体ドップラー拡大利得媒体を通じて高周波電磁放射をドライブすることを含む、実例１１〜１６のいずれかの方法を含む。
【００６０】
[66]実例１８は、非固体ドップラー拡大利得媒体を励起させるステップは、非固体ドップラー拡大利得媒体の一部にわたって電流を印加することを含む、実例１１〜１７のいずれかの方法を含む。
【００６１】
[67]実例１９は、第１の固体導波路内のファラデー回転および複屈折のうち少なくとも１つによって第１の固体導波路を通じて第１および第２のレーザ場の少なくとも１つの速度を変化させるように構成された磁場を作り出すために交流電流を第１の固体導波路に印加することをさらに含む、実例１１〜１８のいずれかの方法を含む。
【００６２】
[68]実例２０は、第１の固体導波路であって、この第１の固体導波路が間隙のない円形状である基板に堆積された第１の固体導波路と、第１の固体導波路を通じて進行する光が第１の固体導波路の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体分子と相互作用する利得媒体相互作用領域であって、非固体ドップラー拡大利得媒体が、気体およびプラズマの少なくとも１つである利得媒体相互作用領域と、利得媒体相互作用領域で非固体ドップラー拡大利得媒体を励起させるように構成された少なくとも１つの媒体励起器であって、励起された非固体ドップラー拡大利得媒体が第１の固体導波路内に第１および第２のレーザ場を誘導し、第１のレーザ場は第１の固体導波路内を時計回り方向に進行し、第２のレーザ場は第１の固体導波路内を反時計回り方向に進行し、励起された少なくとも１つの媒体が非固体ドップラー拡大利得媒体をわたって電流を印加する少なくとも１つの電流発生装置を備え、利得媒体相互作用領域は、第１の固体導波路の外側の第１および第２のレーザ場からのエネルギーを第１および第２のレーザ場が第１の固体導波路の外側に配置された非固体ドップラー拡大利得媒体分子と相互作用するエバネッセントモードに仕向けるのに十分小さい寸法を有する第１の固体導波路の一部を囲む媒体励起器と、基板上に配置され、第１の固体導波路のごく近くに配置された第１のセクションと、第１のセクションの第１の側に位置する第２のセクションと、第１のセクションの第２の側に位置する第３のセクションと、出力端に第２のセクションと第３のセクションを共に結合するリードアウト光カプラとを有する第２の固体導波路であって、第２の固体導波路が第１の固体導波路からの第１および第２のレーザ場の一部を出力端に結合するように構成されている第２の固体導波路と、出力端でリードアウト光カプラに通信可能に結合されると共に、第１および第２のレーザ場の一部を検出するように構成された光検出器とを備えるレーザジャイロスコープを含む。
【図１Ａ】
2016085215.tif 000003
【図１Ｂ】
2016085215.tif 000004
【図２】
2016085215.tif 000005
【外国語明細書】
2016085215000001.pdf