JP2627864B2 - 選択された周波数の光を反射するためのミラーおよびそれを形成するための方法 - Google Patents
選択された周波数の光を反射するためのミラーおよびそれを形成するための方法Info
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Description
【0001】
【発明の背景】この発明は、一般に光学表面における特
定の光の波長の反射および透過を制御するための光学コ
ーティングに関する。この発明は特に、リングレーザジ
ャイロスコープのミラーのための光学コーティングに関
する。さらにより特定的には、この発明はリングレーザ
ジャイロスコープにおいて紫外線波長に晒されたミラー
表面の劣化に耐える光学コーティングに関する。
定の光の波長の反射および透過を制御するための光学コ
ーティングに関する。この発明は特に、リングレーザジ
ャイロスコープのミラーのための光学コーティングに関
する。さらにより特定的には、この発明はリングレーザ
ジャイロスコープにおいて紫外線波長に晒されたミラー
表面の劣化に耐える光学コーティングに関する。
【0002】リングレーザジャイロスコープは、回転を
測定するのにサニャック効果を用いる。閉じた経路の中
で互いに逆方向に伝わる光線は、経路の面に垂直な軸に
ついて回転速度と正比例する異なった遷移時間を有す
る。リングレーザジャイロスコープにおいては、閉じた
経路は光線を経路に沿って導くミラーによって規定され
る。経路は一般に、形状としては四角形または三角形の
いずれかであるが、原理的にはいかなる多角形の閉じた
経路をも使うことができる。閉じた経路は典型的にはガ
ラスセラミック材料で形成されるフレームまたは本体の
中に形成されたキャビティ内にある。
測定するのにサニャック効果を用いる。閉じた経路の中
で互いに逆方向に伝わる光線は、経路の面に垂直な軸に
ついて回転速度と正比例する異なった遷移時間を有す
る。リングレーザジャイロスコープにおいては、閉じた
経路は光線を経路に沿って導くミラーによって規定され
る。経路は一般に、形状としては四角形または三角形の
いずれかであるが、原理的にはいかなる多角形の閉じた
経路をも使うことができる。閉じた経路は典型的にはガ
ラスセラミック材料で形成されるフレームまたは本体の
中に形成されたキャビティ内にある。
【0003】キャビティは排気されてから、レーザのた
めのゲイン媒体であるヘリウムおよびネオンの混合物で
満たされる。放電によりゲイン媒体が励起され、それに
より光が増幅し、コヒーレント光源がもたらされる。ミ
ラーは、レーザの適正な動作を促進する態様で光線を閉
じた経路に沿って導くべく、正確に整列されなければな
らない。使用可能な信号をもたらすであろうレーザビー
ムの強度を提供するには、ミラー表面に不純物があって
はならない。
めのゲイン媒体であるヘリウムおよびネオンの混合物で
満たされる。放電によりゲイン媒体が励起され、それに
より光が増幅し、コヒーレント光源がもたらされる。ミ
ラーは、レーザの適正な動作を促進する態様で光線を閉
じた経路に沿って導くべく、正確に整列されなければな
らない。使用可能な信号をもたらすであろうレーザビー
ムの強度を提供するには、ミラー表面に不純物があって
はならない。
【0004】一旦、システム内に共振周波数でレーザ発
振が起こると、互いに逆方向に伝わるレーザ光線が横切
る経路の長さの差が、結果として差周波数またはうなり
周波数をもたらし、これは光検出器によって感知されて
増幅器で増幅される。うなり周波数は、互いに逆方向に
伝わる光線に対し光学的にヘテロダイン効果を起こした
結果生じる。
振が起こると、互いに逆方向に伝わるレーザ光線が横切
る経路の長さの差が、結果として差周波数またはうなり
周波数をもたらし、これは光検出器によって感知されて
増幅器で増幅される。うなり周波数は、互いに逆方向に
伝わる光線に対し光学的にヘテロダイン効果を起こした
結果生じる。
【0005】ほとんどすべてのレーザで、有効なレーザ
パワー出力はそのレーザの作動寿命にわたって減少す
る。この有効なパワーの減少は、光学素子における損失
によって強められる。比較的低い利得でレーザ光線を発
するレーザでは、有効なパワーが減少することは非常に
重大なことであり得る。高い利得で動作するレーザ(何
らかの可視光の周波数でレーザ光線を発するレーザな
ど)では、光学素子からの損失はしばしば、望ましいも
のではないとはいえ、チューブの作動寿命の間は耐えら
れ得るものである。しかしながら、そのような利得の高
いレーザでも、そのような損失を排除するまたは最小限
にすることが望ましい。光学素子における損失を排除す
るまたは最小限にすることで、チューブの有用寿命を延
ばし、その有用寿命の間チューブの動作をより効率的か
つ正確にすることができる。
パワー出力はそのレーザの作動寿命にわたって減少す
る。この有効なパワーの減少は、光学素子における損失
によって強められる。比較的低い利得でレーザ光線を発
するレーザでは、有効なパワーが減少することは非常に
重大なことであり得る。高い利得で動作するレーザ(何
らかの可視光の周波数でレーザ光線を発するレーザな
ど)では、光学素子からの損失はしばしば、望ましいも
のではないとはいえ、チューブの作動寿命の間は耐えら
れ得るものである。しかしながら、そのような利得の高
いレーザでも、そのような損失を排除するまたは最小限
にすることが望ましい。光学素子における損失を排除す
るまたは最小限にすることで、チューブの有用寿命を延
ばし、その有用寿命の間チューブの動作をより効率的か
つ正確にすることができる。
【0006】ガスイオンレーザのチューブにおいて発生
されるプラズマアークにより、大きいフォトンフラック
スが生成されうるが、これらのフラックスはそのフラッ
クスに晒された光学素子表面に対し物理変化および化学
変化を開始させることができる。より特定的には、これ
らのフォトンフラックスは、露出された光学素子表面に
おける光減少をもたらすことができる。
されるプラズマアークにより、大きいフォトンフラック
スが生成されうるが、これらのフラックスはそのフラッ
クスに晒された光学素子表面に対し物理変化および化学
変化を開始させることができる。より特定的には、これ
らのフォトンフラックスは、露出された光学素子表面に
おける光減少をもたらすことができる。
【0007】そのようなレーザで光学素子に用いられて
きた例示的材料は、結晶SiO2 、Si、溶融Si
O2 、サファイア、ダイヤモンド、BeO、MgF2 、
ZnS、ZnSe、BaF2 、CaF2 、ダイヤモンド
状の炭素、イットリウムアルミニウムガーネット(YA
G)、イットリウムリチウムフッ化物(YLF)などを
含むが、これらに限定されるわけではない。特定的に
は、リングレーザジャイロスコープのミラーは一般に、
スタックとして配列される交互になったSiO2 および
TiO2 の多層を含む。これらの材料はしばしば、フォ
トンフラックスに晒された表面において物理変化や化学
変化、特に光減少を受ける。SiO2 /TiO 2 の多層
スタックでできたZLGミラーは、出力パワー降下とミ
ラーの複屈折シフトとに関連して紫外/プラズマの劣化
を示す。
きた例示的材料は、結晶SiO2 、Si、溶融Si
O2 、サファイア、ダイヤモンド、BeO、MgF2 、
ZnS、ZnSe、BaF2 、CaF2 、ダイヤモンド
状の炭素、イットリウムアルミニウムガーネット(YA
G)、イットリウムリチウムフッ化物(YLF)などを
含むが、これらに限定されるわけではない。特定的に
は、リングレーザジャイロスコープのミラーは一般に、
スタックとして配列される交互になったSiO2 および
TiO2 の多層を含む。これらの材料はしばしば、フォ
トンフラックスに晒された表面において物理変化や化学
変化、特に光減少を受ける。SiO2 /TiO 2 の多層
スタックでできたZLGミラーは、出力パワー降下とミ
ラーの複屈折シフトとに関連して紫外/プラズマの劣化
を示す。
【0008】光学的応用のための誘電コーティングは、
一般に真空蒸着、スパッタリング、または低温溶液デポ
ジションによって適切なガラス、セラミック、または金
属の基板の上に形成される。ウェイ(Wei)らに対し
1989年1月31日に発行された米国特許Re.3
2,849号、リー(Lee)に対し1989年5月9
日に発行された米国特許第4,827,870号、およ
びスコット(Scott)らに対し1988年12月2
7日に発行された米国特許第4,793,980号は、
ミラー基板上に誘電コーティングを形成するのに用いら
れてよい装置および方法を開示する。米国特許Re.3
2,849号、4,827,870号、および4,79
3,980号は、ここでは引用により本開示の中に援用
される。
一般に真空蒸着、スパッタリング、または低温溶液デポ
ジションによって適切なガラス、セラミック、または金
属の基板の上に形成される。ウェイ(Wei)らに対し
1989年1月31日に発行された米国特許Re.3
2,849号、リー(Lee)に対し1989年5月9
日に発行された米国特許第4,827,870号、およ
びスコット(Scott)らに対し1988年12月2
7日に発行された米国特許第4,793,980号は、
ミラー基板上に誘電コーティングを形成するのに用いら
れてよい装置および方法を開示する。米国特許Re.3
2,849号、4,827,870号、および4,79
3,980号は、ここでは引用により本開示の中に援用
される。
【0009】光学コーティングのために用いられる特定
の光学的機能および1つまたは複数の波長は、コーティ
ングの設計を規定する。ここで言うコーティングの設計
という用語は、堆積されるべき材料の個々の層の数、こ
れらの層の厚さ、およびそれらの層を製造する材料のこ
とである。個々の層を形成する材料間の屈折率の差は、
コーティングの設計と組合わせると、そのコーティング
に独特な機能を与えるという物理的特性である。たとえ
ば、コーティングは反射板、反射防止板、偏光子、およ
び他の光学素子として機能するよう設計することができ
る。
の光学的機能および1つまたは複数の波長は、コーティ
ングの設計を規定する。ここで言うコーティングの設計
という用語は、堆積されるべき材料の個々の層の数、こ
れらの層の厚さ、およびそれらの層を製造する材料のこ
とである。個々の層を形成する材料間の屈折率の差は、
コーティングの設計と組合わせると、そのコーティング
に独特な機能を与えるという物理的特性である。たとえ
ば、コーティングは反射板、反射防止板、偏光子、およ
び他の光学素子として機能するよう設計することができ
る。
【0010】大きいフォトンフラックスに晒されても光
減少を被ることのないレーザ光学部品を提供すること
は、特にそのレーザが動作中に紫外放射を発するもので
ある場合、当該技術における進歩であろう。このような
レーザは紫外放射を、光線に付随させて、または光線の
一部として生じるものであって、貴ガスイオンレーザ、
エキシマレーザ、CO2 レーザ、自由電子レーザ、原子
金属蒸気レーザなどを含む。
減少を被ることのないレーザ光学部品を提供すること
は、特にそのレーザが動作中に紫外放射を発するもので
ある場合、当該技術における進歩であろう。このような
レーザは紫外放射を、光線に付随させて、または光線の
一部として生じるものであって、貴ガスイオンレーザ、
エキシマレーザ、CO2 レーザ、自由電子レーザ、原子
金属蒸気レーザなどを含む。
【0011】
【発明の概要】選択された周波数の光を反射するため
の、この発明に従うミラーは、ゼロドゥア(Zerod
ur)ガラスセラミック材料または他の、適切な温度の
安定性を有する適切な物質で、形成されてよい基板を含
む。紫外放射に晒された際の物理変化や化学変化に強い
第1の誘電体材料の複数の層が、第1の誘電体材料の選
択された周波数に対応する波長の4分の1に等しい厚さ
になるまで基板上にコーティングされる。紫外放射に晒
された際の物理変化および化学変化に強い第2の誘電体
材料の第2組の層が、第2の誘電体材料における選択さ
れた周波数に対応する波長の4分の1に等しい厚さにな
るまで第1組の層の上にコーティングされる。第1およ
び第2の材料の層は、第1の材料および第2の材料の層
のスタックをつくり出すべく交互に塗布される。
の、この発明に従うミラーは、ゼロドゥア(Zerod
ur)ガラスセラミック材料または他の、適切な温度の
安定性を有する適切な物質で、形成されてよい基板を含
む。紫外放射に晒された際の物理変化や化学変化に強い
第1の誘電体材料の複数の層が、第1の誘電体材料の選
択された周波数に対応する波長の4分の1に等しい厚さ
になるまで基板上にコーティングされる。紫外放射に晒
された際の物理変化および化学変化に強い第2の誘電体
材料の第2組の層が、第2の誘電体材料における選択さ
れた周波数に対応する波長の4分の1に等しい厚さにな
るまで第1組の層の上にコーティングされる。第1およ
び第2の材料の層は、第1の材料および第2の材料の層
のスタックをつくり出すべく交互に塗布される。
【0012】第1の誘電体材料は好ましくはタンタラす
なわちTa2 O5 からなり、第2の誘電体はアルミナす
なわちAl2 O3 からなる。
なわちTa2 O5 からなり、第2の誘電体はアルミナす
なわちAl2 O3 からなる。
【0013】第1の誘電体材料は酸化チタンTiO2 か
らなっていてもよく、第2の誘電体はアルミナAl2 O
3 からなっていてもよい。
らなっていてもよく、第2の誘電体はアルミナAl2 O
3 からなっていてもよい。
【0014】この発明に従うミラーはTiO2 の交互に
なった層のスタックを含むよう形成されてもよく、第2
の誘電体は二酸化ケイ素SiO2 を含む。第3および第
4の誘電体材料の複数層がスタックに加えられる。第3
の誘電体材料はタンタラを含んでもよく、第4の誘電体
の層はアルミナを含んでもよい。代替的には、第3の誘
電体材料はSiO2 とHfO2 との混合物またはAl2
O3 とHfO2 との混合物を含んでもよく、第4の誘電
体の層はAl2 O3 を含んでもよい。
なった層のスタックを含むよう形成されてもよく、第2
の誘電体は二酸化ケイ素SiO2 を含む。第3および第
4の誘電体材料の複数層がスタックに加えられる。第3
の誘電体材料はタンタラを含んでもよく、第4の誘電体
の層はアルミナを含んでもよい。代替的には、第3の誘
電体材料はSiO2 とHfO2 との混合物またはAl2
O3 とHfO2 との混合物を含んでもよく、第4の誘電
体の層はAl2 O3 を含んでもよい。
【0015】この発明の目的に対する認識、ならびにそ
の構造および動作の方法に対するより完全な理解は、以
下に述べる好ましい実施例の説明を詳細に読み、かつ添
付の図面を参照することによって得られるであろう。
の構造および動作の方法に対するより完全な理解は、以
下に述べる好ましい実施例の説明を詳細に読み、かつ添
付の図面を参照することによって得られるであろう。
【0016】
【好ましい実施例の説明】図1および2を参照して、基
本的なリングレーザジャイロスコープ10はフレーム1
2を含み、これは一般的に矩形であって、その角が切り
取られて4つの装着面14から17を形成する。複数個
のミラー18から21がそれぞれ装着面14から17に
装着される。キャビティ22がフレーム12の中に形成
されて、ミラー18から21の間でフレーム12に沿っ
て矩形経路を形成する。リングレーザジャイロスコープ
10には他の構造が用いられてもよい。具体的には、リ
ングレーザジャイロスコープは3つのミラーを備える三
角形の形態(図示せず)を有していてもよいし、4つよ
り多くのミラーを有していてもよい。リングレーザジャ
イロスコープは平坦な光学経路を有するように形成され
ても平坦なところのない光学経路を有するよう形成され
てもよい。リングレーザジャイロスコープ10の基本的
な説明は、この発明の有用性を示すために例として提示
されたものであって、特定のリングレーザジャイロスコ
ープ構造にこの発明を限定するためのものではない。
本的なリングレーザジャイロスコープ10はフレーム1
2を含み、これは一般的に矩形であって、その角が切り
取られて4つの装着面14から17を形成する。複数個
のミラー18から21がそれぞれ装着面14から17に
装着される。キャビティ22がフレーム12の中に形成
されて、ミラー18から21の間でフレーム12に沿っ
て矩形経路を形成する。リングレーザジャイロスコープ
10には他の構造が用いられてもよい。具体的には、リ
ングレーザジャイロスコープは3つのミラーを備える三
角形の形態(図示せず)を有していてもよいし、4つよ
り多くのミラーを有していてもよい。リングレーザジャ
イロスコープは平坦な光学経路を有するように形成され
ても平坦なところのない光学経路を有するよう形成され
てもよい。リングレーザジャイロスコープ10の基本的
な説明は、この発明の有用性を示すために例として提示
されたものであって、特定のリングレーザジャイロスコ
ープ構造にこの発明を限定するためのものではない。
【0017】キャビティ22にはゲイン媒体が入れられ
る。ゲイン媒体は典型的にはヘリウムとネオンとの混合
物であって、電気的に励起されると互いに逆方向に伝わ
る光線26および28をキャビティ22内に生じる。プ
ラズマ放電はキャビティ22の領域24に限られる。エ
ネルギは電源(図示せず)によってゲイン媒体に送られ
る。この電源は1対のアノード32および34ならびに
カソード36に適切な電圧を印加するものである。
る。ゲイン媒体は典型的にはヘリウムとネオンとの混合
物であって、電気的に励起されると互いに逆方向に伝わ
る光線26および28をキャビティ22内に生じる。プ
ラズマ放電はキャビティ22の領域24に限られる。エ
ネルギは電源(図示せず)によってゲイン媒体に送られ
る。この電源は1対のアノード32および34ならびに
カソード36に適切な電圧を印加するものである。
【0018】ミラー18および19の少なくとも一方
は、部分的に透過性にして光線の一部をキャビティの外
に出して処理できるようにし、それにより回転速度を定
め、かつキャビティの長さを制御するための信号を与え
る。たとえばミラー18に入射する光線の一部は、ミラ
ー18を通って結合光学手段23に伝播する。結合光学
手段23はプリズムであってもよく、これは内部の反射
によって、キャビティ内のミラー表面に突き当たったと
きには互いに垂直であった光線が平行かつ重ねられた状
態で出るようにする。結合光学手段23はこのように、
右回りの光線と左回りの光線とが干渉するようにする。
適切な結合光学手段の構造的特徴はよく知られているの
で、ここではこれ以上詳しくは説明しない。
は、部分的に透過性にして光線の一部をキャビティの外
に出して処理できるようにし、それにより回転速度を定
め、かつキャビティの長さを制御するための信号を与え
る。たとえばミラー18に入射する光線の一部は、ミラ
ー18を通って結合光学手段23に伝播する。結合光学
手段23はプリズムであってもよく、これは内部の反射
によって、キャビティ内のミラー表面に突き当たったと
きには互いに垂直であった光線が平行かつ重ねられた状
態で出るようにする。結合光学手段23はこのように、
右回りの光線と左回りの光線とが干渉するようにする。
適切な結合光学手段の構造的特徴はよく知られているの
で、ここではこれ以上詳しくは説明しない。
【0019】光検出器25が、2つの光線の干渉パター
ンにおける光の強度を示す電気信号を生成する。光検出
器25から出力された電気信号は、リングレーザジャイ
ロスコープが装着された装置の回転速度を定めるために
処理されてもよい。
ンにおける光の強度を示す電気信号を生成する。光検出
器25から出力された電気信号は、リングレーザジャイ
ロスコープが装着された装置の回転速度を定めるために
処理されてもよい。
【0020】ミラー20および21は光線の強度におけ
る損失を最小限にするために、可能な限り高い反射率を
有しているべきである。ミラー20および21は一般に
適切なアクチュエータ(図示せず)によって動かすこと
ができ、キャビティ22内における光線の光路長を、ゲ
イン媒体によって放射される光の波長における共振を提
供するよう選択された値に、維持する。
る損失を最小限にするために、可能な限り高い反射率を
有しているべきである。ミラー20および21は一般に
適切なアクチュエータ(図示せず)によって動かすこと
ができ、キャビティ22内における光線の光路長を、ゲ
イン媒体によって放射される光の波長における共振を提
供するよう選択された値に、維持する。
【0021】この発明はミラー18から20の構造に向
けられている。図3を参照して、たとえばミラー20
は、基板40と、屈折率の高い材料Hおよび屈折率の低
い材料Lからなる複数の層とを含む。基板は好ましくは
ゼロドゥア(ZERODUR)の商標で商業的に入手可
能であるガラスセラミック材料で形成される。このゼロ
ドゥアガラスセラミック材料はリングレーザジャイロス
コープのフレームおよびミラー基板をつくるのに用いら
れる。ゼロドゥアガラスセラミック材料の特性は、リン
グレーザジャイロスコープの技術分野ではよく知られて
いる。これは熱膨張率が非常に低く、したがってリング
レーザジャイロスコープの動作温度範囲内での温度変化
について受ける寸法の変化が非常に小さい。
けられている。図3を参照して、たとえばミラー20
は、基板40と、屈折率の高い材料Hおよび屈折率の低
い材料Lからなる複数の層とを含む。基板は好ましくは
ゼロドゥア(ZERODUR)の商標で商業的に入手可
能であるガラスセラミック材料で形成される。このゼロ
ドゥアガラスセラミック材料はリングレーザジャイロス
コープのフレームおよびミラー基板をつくるのに用いら
れる。ゼロドゥアガラスセラミック材料の特性は、リン
グレーザジャイロスコープの技術分野ではよく知られて
いる。これは熱膨張率が非常に低く、したがってリング
レーザジャイロスコープの動作温度範囲内での温度変化
について受ける寸法の変化が非常に小さい。
【0022】基板40は光学的平面42を有し、この上
に屈折率の高い材料からなる薄い層44が形成される。
屈折率の高い層の厚さは好ましくはλ/(4n1 cos
θ1)であり、このときλは真空下でのレーザ光の波長
であり、n1 は屈折率であり、θ1は層44の表面に対
する法線と、レーザ光線が層44に突き当たるときの方
向との間で測定される入射角度である。この出願では、
波長は6328Åである。屈折率の高い材料は好ましく
はタンタラTa2 O5 であり、その屈折率n1=2.0
5である。
に屈折率の高い材料からなる薄い層44が形成される。
屈折率の高い層の厚さは好ましくはλ/(4n1 cos
θ1)であり、このときλは真空下でのレーザ光の波長
であり、n1 は屈折率であり、θ1は層44の表面に対
する法線と、レーザ光線が層44に突き当たるときの方
向との間で測定される入射角度である。この出願では、
波長は6328Åである。屈折率の高い材料は好ましく
はタンタラTa2 O5 であり、その屈折率n1=2.0
5である。
【0023】屈折率の高い層44の上には屈折率の低い
層46が形成される。屈折率の低い材料46の厚さは、
やはりレーザ光の4分の1波長である。屈折率の低い材
料は好ましくは屈折率n2 =1.65のアルミナAl2
O3 で形成される。各層の厚さTはλ/(4n2 cos
θ2)に等しく、このときλは真空下でのレーザ光の波
長であり、n2 は屈折率であり、θ2は層46の表面に
対する法線とレーザ光線が層46に突き当たる際の方向
との間で測定される入射角度である。
層46が形成される。屈折率の低い材料46の厚さは、
やはりレーザ光の4分の1波長である。屈折率の低い材
料は好ましくは屈折率n2 =1.65のアルミナAl2
O3 で形成される。各層の厚さTはλ/(4n2 cos
θ2)に等しく、このときλは真空下でのレーザ光の波
長であり、n2 は屈折率であり、θ2は層46の表面に
対する法線とレーザ光線が層46に突き当たる際の方向
との間で測定される入射角度である。
【0024】ミラー20は好ましくは屈折率の高いTa
2 O5 の層を33個有しており、これらは33個の屈折
率の低いAl2 O3 の層と交互になって多層のミラーコ
ーティングを形成するための通常の態様でスタックを形
成するよう配列される。屈折率の低いAl2 O3 の33
番目の層50の上にはAl2 O3 の外側層52が形成さ
れる。屈折率の低い材料でできた外側層52は、好まし
くは層50と同じ厚みを有し、ミラー20の外側表面に
おける電界を最小限にするようミラー20の中に含まれ
る。
2 O5 の層を33個有しており、これらは33個の屈折
率の低いAl2 O3 の層と交互になって多層のミラーコ
ーティングを形成するための通常の態様でスタックを形
成するよう配列される。屈折率の低いAl2 O3 の33
番目の層50の上にはAl2 O3 の外側層52が形成さ
れる。屈折率の低い材料でできた外側層52は、好まし
くは層50と同じ厚みを有し、ミラー20の外側表面に
おける電界を最小限にするようミラー20の中に含まれ
る。
【0025】上述のように形成されたミラー20は、1
00%近い反射率を有する。入射してくる光の一部を結
合光学手段23に透過させるミラー18は、1990年
2月27日にリュ(Lu)らに対し発行された米国特許
第4,904,083号で開示される態様で配列された
Ta2 O5 およびAl2 O3 が交互になった層で形成さ
れてよい。リューらは2つの多層の4分の1波長スタッ
クの間に挟まれた、多層の非4分の1波長スタックを開
示する。4分の1波長スタックの1つは基板上に形成さ
れる。
00%近い反射率を有する。入射してくる光の一部を結
合光学手段23に透過させるミラー18は、1990年
2月27日にリュ(Lu)らに対し発行された米国特許
第4,904,083号で開示される態様で配列された
Ta2 O5 およびAl2 O3 が交互になった層で形成さ
れてよい。リューらは2つの多層の4分の1波長スタッ
クの間に挟まれた、多層の非4分の1波長スタックを開
示する。4分の1波長スタックの1つは基板上に形成さ
れる。
【0026】タンタラおよびアルミナはリングレーザジ
ャイロスコープのミラーコーティングを形成するにあた
り他の材料に優る著しい利点を有している。タンタラお
よびアルミナは紫外放射に長く晒されても劣化によく耐
え、複数の4分の1波長コーティングにおいて形成され
ても結晶化しない。層の間の各インタフェースは、散乱
が起こるかもしれないところである。結晶化は散乱を引
き起こすので望ましくない。
ャイロスコープのミラーコーティングを形成するにあた
り他の材料に優る著しい利点を有している。タンタラお
よびアルミナは紫外放射に長く晒されても劣化によく耐
え、複数の4分の1波長コーティングにおいて形成され
ても結晶化しない。層の間の各インタフェースは、散乱
が起こるかもしれないところである。結晶化は散乱を引
き起こすので望ましくない。
【0027】タンタラの屈折率とアルミナの屈折率とが
近いため、さらなる利点が得られる。1つの層における
表面の細かい凹凸は、スタックの中を辿って、スタック
に続いて加えられた層に達し、ここで最初に所与の表面
の凹凸が現われる。散乱した光は相関しているものおよ
び相関していないものとして特徴づけられる。相関する
散乱とは、最初の凹凸、および最初の凹凸によって引き
起こされた後続する凹凸からの、散乱した光の強化であ
る。相関する光はしたがって最小限にされなければなら
ない。相関する散乱の量は、比率n1 /n2 に依存して
おり、したがって屈折率の高い材料と低い材料との屈折
率が互いに近ければ相関する散乱の量を低減する助けと
なる。
近いため、さらなる利点が得られる。1つの層における
表面の細かい凹凸は、スタックの中を辿って、スタック
に続いて加えられた層に達し、ここで最初に所与の表面
の凹凸が現われる。散乱した光は相関しているものおよ
び相関していないものとして特徴づけられる。相関する
散乱とは、最初の凹凸、および最初の凹凸によって引き
起こされた後続する凹凸からの、散乱した光の強化であ
る。相関する光はしたがって最小限にされなければなら
ない。相関する散乱の量は、比率n1 /n2 に依存して
おり、したがって屈折率の高い材料と低い材料との屈折
率が互いに近ければ相関する散乱の量を低減する助けと
なる。
【0028】多くの異なったコーティング材料が評価さ
れている。SiO2 をドーピングされたHfO2 および
Al2 O3 をドーピングされたコーティングの吸着およ
び複屈折は、紫外放射に晒されても非常に安定している
ということが発見されている。したがって、HfO2 は
Al2 O3 と結合してAl2 O3 /SiO2 −HfO 2
またはAl2 O3 /Al2 O3 −HfO2 の耐紫外/プ
ラズマのミラーのスタックを形成するのに適切なコーテ
ィング材料である。SiO2 −HfO2 の屈折率および
Al2 O3 の屈折率はそれぞれ1.95および1.65
程度であり、反射率の高いミラーをつくり上げるには各
材料の層が約35個必要である。ドーパントの量はHf
O2 における結晶化を回避すべく選択される。典型的な
応用では、SiO2 −HfO2 層はおよそ20%程度が
SiO2 であり、80%程度がHfO2 である。アルミ
ナをドーピングされたハフニアが屈折率の高い層として
用いられ、アルミナが屈折率の低い層として用いられた
場合、Al2 O3 −HfO 2 層は約5%から7%がAl
2 O3 であり、95%から93%がHfO2 である。
れている。SiO2 をドーピングされたHfO2 および
Al2 O3 をドーピングされたコーティングの吸着およ
び複屈折は、紫外放射に晒されても非常に安定している
ということが発見されている。したがって、HfO2 は
Al2 O3 と結合してAl2 O3 /SiO2 −HfO 2
またはAl2 O3 /Al2 O3 −HfO2 の耐紫外/プ
ラズマのミラーのスタックを形成するのに適切なコーテ
ィング材料である。SiO2 −HfO2 の屈折率および
Al2 O3 の屈折率はそれぞれ1.95および1.65
程度であり、反射率の高いミラーをつくり上げるには各
材料の層が約35個必要である。ドーパントの量はHf
O2 における結晶化を回避すべく選択される。典型的な
応用では、SiO2 −HfO2 層はおよそ20%程度が
SiO2 であり、80%程度がHfO2 である。アルミ
ナをドーピングされたハフニアが屈折率の高い層として
用いられ、アルミナが屈折率の低い層として用いられた
場合、Al2 O3 −HfO 2 層は約5%から7%がAl
2 O3 であり、95%から93%がHfO2 である。
【0029】図4を参照して、紫外放射に晒されても耐
えることができるという望ましい特性を有する反射率の
高いミラー70は、従来のSiO2 /TiO2 多層スタ
ック72にAl2 O3 /SiO2 −HfO2 またはAl
2 O3 /Al2 O3 −HfO 2 の交互になった層を上か
らコーティングすることによって形成されてもよい。こ
の技術により、耐紫外/プラズマのミラーを構成するの
に必要な層の数を低減することができる。酸化チタンT
iO2 は約2.32の屈折率を有する。SiO 2 は約
1.46の屈折率を有する。たとえば、スタック72の
上にTa2 O5 、SiO2 −HfO2 またはAl2 O3
−HfO2 からなる3つの層76、77、および78を
Al2 O3 でできた3つの層79、80、および81と
交互にして、高い反射率と紫外放射に晒された際の耐性
とを達成することができる。上方の層84はAl2 O3
でできた4分の1波長の厚みのコーティングである。
えることができるという望ましい特性を有する反射率の
高いミラー70は、従来のSiO2 /TiO2 多層スタ
ック72にAl2 O3 /SiO2 −HfO2 またはAl
2 O3 /Al2 O3 −HfO 2 の交互になった層を上か
らコーティングすることによって形成されてもよい。こ
の技術により、耐紫外/プラズマのミラーを構成するの
に必要な層の数を低減することができる。酸化チタンT
iO2 は約2.32の屈折率を有する。SiO 2 は約
1.46の屈折率を有する。たとえば、スタック72の
上にTa2 O5 、SiO2 −HfO2 またはAl2 O3
−HfO2 からなる3つの層76、77、および78を
Al2 O3 でできた3つの層79、80、および81と
交互にして、高い反射率と紫外放射に晒された際の耐性
とを達成することができる。上方の層84はAl2 O3
でできた4分の1波長の厚みのコーティングである。
【0030】ここで説明されるミラーはジーマン(Ze
eman)リングレーザジャイロスコープ(ZLG)、
従来の2モードリングレーザジャイロスコープ、および
紫外/プラズマによるミラーへの損傷が問題となるかも
しれない他の応用で用いるのに適している。
eman)リングレーザジャイロスコープ(ZLG)、
従来の2モードリングレーザジャイロスコープ、および
紫外/プラズマによるミラーへの損傷が問題となるかも
しれない他の応用で用いるのに適している。
【0031】ここで開示される構造および方法は、本発
明の原理を説明するものである。本発明はその精神また
は本質的な特性から逸脱することなく他の特定的な形式
で実施されてもよい。説明された実施例はあらゆる面に
おいて、限定的なものではなく、例示的かつ説明的なも
のとして考えられるべきである。したがって、この発明
の範囲を規定するのは上の好ましい実施例の説明ではな
く、前掲の特許請求の範囲である。特許請求の範囲と等
価な意味および範囲内にある、ここで説明された実施例
に対する変形はすべて、この発明の範囲内に包含され
る。
明の原理を説明するものである。本発明はその精神また
は本質的な特性から逸脱することなく他の特定的な形式
で実施されてもよい。説明された実施例はあらゆる面に
おいて、限定的なものではなく、例示的かつ説明的なも
のとして考えられるべきである。したがって、この発明
の範囲を規定するのは上の好ましい実施例の説明ではな
く、前掲の特許請求の範囲である。特許請求の範囲と等
価な意味および範囲内にある、ここで説明された実施例
に対する変形はすべて、この発明の範囲内に包含され
る。
【図1】リングレーザジャイロスコープのフレームと装
着装置との間に接続された絶縁リングを示す、リングレ
ーザジャイロスコープの平面図である。
着装置との間に接続された絶縁リングを示す、リングレ
ーザジャイロスコープの平面図である。
【図2】図1のリングレーザジャイロスコープの正面図
である。
である。
【図3】上に複数個の層が形成されている基板を含む、
この発明に従うミラーを示す断面図である。
この発明に従うミラーを示す断面図である。
【図4】従来のミラー上に形成された耐紫外線コーティ
ングを示す断面図である。
ングを示す断面図である。
20 ミラー 40 基板 44 屈折率の高い層 46 屈折率の低い層 H 屈折率の高い層 L 屈折率の低い層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミン−ジャン・サン アメリカ合衆国、91364 カリフォルニ ア州、ウッドランド・ヒルズ、ダグエア ー・アベニュ、3950 (72)発明者 アラン・エフ・スチュワート アメリカ合衆国、91320 カリフォルニ ア州、サウザンド・オークス、スプルー ス・ヒル・コート、892 (72)発明者 アンソニー・ダブリュ・ローダーバック アメリカ合衆国、97405 オレゴン州、 ユージーン、ローレイン・ハイウェイ、 86141 (56)参考文献 特開 平4−32558(JP,A) 特開 平3−156838(JP,A) 特開 昭63−46404(JP,A) 特開 平3−12605(JP,A) 特公 昭60−38681(JP,B2)
Claims (8)
- 【請求項1】 リングレーザジャイロスコープにおける
選択された周波数の光を反射するためのミラー(20)
であって、 基板(40)と、 二酸化チタン(TiO2)からなり屈折率n1を有する
第1の誘電体材料でできた第1の組の層(44,H)と
を含み、前記第1の組の層は第1の誘電体材料における
選択された周波数に対応する波長の4分の1に等しい厚
さになるまで基板(40)の上にコーティングされ、さ
らに シリカ(SiO2)からなりかつ屈折率n2を有する第
2の誘電体材料でできた第2の組の層(46,L)を含
み、前記第2の組の層は第2の誘電体材料における選択
された周波数に対応する波長の4分の1に等しい厚さに
なるまで第1組の層の上にコーティングされ、第1およ
び第2の材料の層は第1および第2の材料の層のスタッ
ク(H,L)を作るべく交互に塗布され、 第2誘電体材料の最も外側の層の上にコーティングされ
る、HfO2を含む第3の誘電体(76,77,78)
と、Al2O3からなる第4の誘電体(79,80,8
1)との交互層と、 第4の誘電体材料の層(81)の上にコーティングされ
るAl2O3でできた外側層(84)とをさらに含み、
前記外側層(84)は、紫外線放射に晒される損傷から
第1の組の層、第2の組の層および交互層を保護する、
ミラー。 - 【請求項2】 前記外側層(84)は選択された周波数
を有する光の4分の1波長の厚さを有する、請求項1に
記載のミラー。 - 【請求項3】 前記第3の誘電体材料はほぼ20%がS
iO2で、80%がHfO2である、請求項1に記載の
ミラー。 - 【請求項4】 前記第3の誘電体材料はほぼ5%ないし
7%がAl2O3であり95ないし93%がHfO2で
ある、請求項1に記載のミラー。 - 【請求項5】 リングレーザジャイロスコープにおける
選択された周波数の光を反射するためのミラー(20)
を形成するための方法であって、 二酸化チタン(TiO2)からなり屈折率n1を有する
第1の誘電体材料でできた第1の組の層(44,H)を
形成するステップを含み、前記第1の組の層は第1の誘
電体材料における選択された周波数に対応する波長の4
分の1に等しい厚さになるまで基板(40)の上にコー
ティングされ、さらに シリカ(SiO2)からなりかつ屈折率n2を有する第
2の誘電体材料でできた第2の組の層(46,L)を形
成するステップを含み、前記第2の組の層は第2の誘電
体材料における選択された周波数に対応する波長の4分
の1に等しい厚さになるまで第1組の層の上にコーティ
ングされ、第1および第2の材料の層は第1および第2
の材料の層のスタック(H,L)を作るべく交互に塗布
され、 第2誘電体材料の最も外側の層の上にコーティングされ
る、HfO2を含む第3の誘電体(76,77,78)
と、Al2O3からなる第4の誘電体(79,80,8
1)との交互層を形成するステップと、 第4の誘電体材料の層(81)の上にコーティングされ
るAl2O3でできた外側層(84)を形成するステッ
プとをさらに含み、前記外側層(84)は、紫外線放射
に晒される損傷から第1の組の層、第2の組の層および
交互層を保護する、方法。 - 【請求項6】 前記外側層(84)が選択された周波数
を有する光の4分の1波長の厚さを有するようにするス
テップを含む、請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 第3の誘電体材料の約20%をSiO2
にし、80%をHfO2にするステップを含む、請求項
5に記載の方法。 - 【請求項8】 第3の誘電体材料の約5ないし7%をA
l2O3にし、95ないし93%をHfO2にするステ
ップを含む、請求項5に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/067,385 US5513039A (en) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Ultraviolet resistive coated mirror and method of fabrication |
US67385 | 1998-04-27 | ||
US067385 | 1998-04-27 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0772330A JPH0772330A (ja) | 1995-03-17 |
JP2627864B2 true JP2627864B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=22075657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6110702A Expired - Fee Related JP2627864B2 (ja) | 1993-05-26 | 1994-05-25 | 選択された周波数の光を反射するためのミラーおよびそれを形成するための方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5513039A (ja) |
EP (1) | EP0626597B1 (ja) |
JP (1) | JP2627864B2 (ja) |
DE (1) | DE69414458T2 (ja) |
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