JPH04213018A - 多重発振リングレーザジャイロ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多重発振リングレーザジ
ャイロに係り、特にそれに内蔵されるファラデイセルに
使用する光学ウエッジ（ＷＥＤＧＥ）に関する。

【０００２】

【従来の技術および解決しようとする課題】光学ウエッ
ジは多重発振器のファラデイセルに使用される。多重発
振器は長方形、通常はほぼ四角形をなし、対角線を中心
に２つの平面内に折り畳まれている。しかしながら、多
重発振器の幾つかのものは４径路以外の径路脚およびミ
ラーを有していることが注目されるべきであり、本明細
書で示され、請求される補正された光学ウエッジを使用
する本発明はこのような他のリングレーザにおける使用
を意図したものである。

【０００３】本明細書において、「モード」は多重発振
リングレーザジャイロの１次ビームに加え、このような
１次ビームにより光学ウエッジの内側で生成された２つ
の二重反射ビームとして定義される。従って、各々の多
重発振リングレーザは４つのモードを有している。リン
グレーザの付勢により４本の１次ビームが生成され、こ
れらはレーザキャビティ内で共振する。上記モードの各
々の２つの二重反射ビームはファラデイセルの光学ウエ
ッジ内で反射され散乱されたビームであり、ウエッジか
らガスへの界面で殆んどのビームが透過するので１次ビ
ームのエネルギーに比べて非常にわずかなエネルギーを
有している。多重発振器を用いて角度位置を検出しよう
とすると、二重反射ビームは、そのエネルギーが小さい
にもかかわらず、大きなエラーをもたらす。

【０００４】多重発振リングレーザジャイロの４本の１
次ビームはわずかに楕円偏光しているが、それらの正確
な性質は理解したものとして、ここでは便宜上それらの
ビームが円偏光であるとして以下の説明を行うことにす
る。１次ビームの２つを１つの極性方向で偏光するもの
とし、他の２つのビームは他方の極性方向で偏光するも
のとする。リングレーザの各々のコーナミラーにおいて
、各々の１次ビームの極性方向は反転するが、全てのビ
ームは極性を反転するので、極性判定を無視することは
如何なる混乱ももたらさない。

【０００５】１次ビームの２つはリングレーザを１方向
に横切り、また他の２本の１次ビームはリングレーザを
他の方向に横切る。ここで、時計回転および反時計回転
の方向は任意に定めるものとする。１次ビームの組合わ
せは、各々の偏光極性に対して時計回転および反時計回
転が共に存在するように構成される。

【０００６】非平面形状および／またはファラデイウエ
ッジなどの光学成分に起因して、ビームは更に互いに周
波数的に変位される。リングレーザの利得媒体はある周
波数帯域にわたってレーザ発振を保持することができ、
更に上記４周波数はこの帯域内にある。発振は種々な手
段（図略）により実現される。例えば、これらの発振は
レーザ路の１部を通して陽極および陰極間の電気的直流
勾配により生成されるか、またはリングレーザ路の要部
内の混合ネオンガスなどのガスに作用する無線周波電磁
場により生成される。上記径路の励起領域を「利得ボア
ー（ｇａｉｎｂｏｒｅ）」と呼ぶことにする。

【０００７】多重発振器においては２つのジャイロが動
作する。逆方向に伝搬するビームの２つは１方のジャイ
ロのための信号を形成し、他の２つの逆方向に伝搬する
ビームは他方のジャイロのための信号を形成する。各々
のジャイロの２つの周波数はジャイロの検出軸線周りの
角速度ゼロの存在時に一致しないので、各々のジャイロ
は周波数的にバイアス（偏倚）される。測定角速度が増
加するにつれ、ジャイロの１方の２周波数は発散し、ジ
ャイロの他方の２周波数は収束する。偏光方向の差によ
り、２つのジャイロ信号は識別が可能になり、検出され
た角速度の測度である電気信号に変換される。

【０００８】リングレーザジャイロの出力信号はこのジ
ャイロからなる２本のビームの光学周波数の間のヘテロ
ダイン信号である。バイアス周波数が減算され、その差
は測定した角速度に比例する。多重発振器を用いること
により、ジャイロの１次ビームの２つの周波数の差が小
さいときのそれらの周波数の周波数同期などのある問題
が回避される。

【０００９】ここで、最低周波数から最高周波数までの
４本のビームを、左円偏光反時計回転「Ｌａ」、左円偏
光時計回転「Ｌｃ」、右円偏光時計回転「Ｒｃ」、およ
び右円偏光反時計回転「Ｒａ」ビームと示すことにする
。

【００１０】ビームを抽出し、互いにそれらのビートを
とり、角速度の測度である信号を発生する手段が知られ
ている。例えば、２本のビームの１部が抽出され、この
、またはこれらの抽出ビームは折り曲げられ、重ねられ
てフリンジを生成し、これらのフリンジは光の場を横切
るとき直ちに計数することができる。１方のジャイロに
対してＬｃ、Ｒａビームを使用し、他方のジャイロに対
してＬａ、Ｒｃビームを使用すると最も好便である。

【００１１】また、多重発振リングレーザジャイロの４
つのレーザ動作モードの間には３種の微分損失が存在す
る。左円偏光モード（Ｌａ、Ｌｃ）が右円偏光モード（
Ｒａ、Ｒｃ）から異なる往復（ｒｏｕｎｄ−ｔｒｉｐ）
　キャビティ損失を受けるとき、この微分損失は「微分
偏光損失（ＤＰＬ）」と呼ばれる。時計回転モード（Ｌ
ｃ、Ｒｃ）が反時計回転モード（Ｌａ、Ｒａ）から異な
る往復キャビティ損失を受けるとき、上記微分損失は「
微分方向性損失」（ＤＤＬ）と呼ばれる。一方のヘリシ
ティ（Ｌａ、Ｒｃ）のモードが他方のヘリシティ（Ｌｃ
、Ｒａ）のモードとは異なる往復キャビティ損失を受け
るとき、上記微分損失は「磁気円二色性損失」（ＭＣＤ
Ｌ）と呼ばれる。

【００１２】上記３種の損失のうち、多重発振周波数バ
イアスはＭＣＤＬに対して、恐らく因子１０００だけ最
も敏感である。本発明の動作はＤＤＬおよびＤＰＬを減
らすために使用されるが、多重発振ジャイロの性能を最
良に改良する場合はＭＣＤＬを減らすために使用される
。

【００１３】温度変動に伴うＭＣＤＬの変化により多重
発振リングレーザジャイロの周波数バイアスの望ましく
ない変化がもたらされる。周波数バイアス変化の幾つか
は、それらの振幅が温度と共に単調に変化するように生
じるが、温度変化に伴って初めに上方または下方に変化
する他のサイクルは、温度が更に変化するにつれて方向
を変化させる。

【００１４】ウエッジにおいて二重反射ビームによりも
たらされる全ての微分損失効果（ＤＰＬ、ＤＤＬ、およ
びＭＣＤＬ）を除去する１つの方法は第１および第２二
重反射ビームが常に反対位置になされ、従ってそれらの
位相の和がゼロになるように構成することにより実現さ
れる。実際には、この方法は、２つのファラデイウエッ
ジ面からの散乱および反射振幅は等しくないため、また
散乱および反射に対する２つのウエッジ面の間の微分位
相シフトの選択が保証され得ないので問題がある。ファ
ラデイ・ウエッジの製造技術は要求された精度の実現に
は有効ではないと考えられる。

【００１５】

【本発明の概要】本発明の装置は、ＤＤＬおよびＤＰＬ
を消失せしめる（両者共に消失せしめる）ように設計さ
れているが、ＭＣＤＬの低減または消失は多重発振リン
グレーザジャイロの動作に対してより重要なことがしば
しばある。

【００１６】このようなＭＣＤＬの低減は、光学ウエッ
ジのウエッジ角、ウエッジの交配、ウエッジの厚さ、ま
たはリングレーザキャビティ内のウエッジの傾斜角の組
合わせを選択することにより実現される。多重発振周波
数バイアスはＭＣＤＬに対しては非常に敏感であるが、
ＤＤＬおよびＤＰＬに対してはそれ程敏感ではない。従
って、本発明の特徴と目的は、温度に伴うＭＣＤＬの周
期的変化を低減させ、実質的に排除するようにウエッジ
の形状を定め、多重発振器のファラデイセル内にウエッ
ジを配置し、方向づけることにある。

【００１７】温度によるリングレーザ周波数バイアスの
周期的変化は種々のキャビティ内表面での光散乱により
もたらされる。ファラデイセル内のミラーおよび光学ウ
エッジの面は上記の共振散乱効果をもたらし、これらの
効果はジャイロにエラーを導入し、ジャイロの出力信号
が、ファラデイセルにより生成される光学回転の大きさ
に逆依存するピーク・ピーク値をもって周期的に変化す
ることをもたらす。これらの効果の種類については本発
明は関与しない。

【００１８】温度に伴う多重発振リングレーザジャイロ
の周波数バイアスの周期的変化は、ウエッジが生成する
干渉から温度に伴うキャビティＭＣＤＬの周期的変化に
よりもたらされる。これらのＭＣＤＬ効果はキャビティ
内では共振せず、またそれらの大きさはファラデイセル
が与える光学的回転角度の大きさに正比例する。

【００１９】本発明は、レーザ光路内のウエッジの寸法
、角度配向、および位置を、ＭＣＤＬがもたらす周期的
バイアスゆらぎのピーク・ピーク振幅を最小にするよう
に構成する。

【００２０】ビームは、リングレーザキャビティの周囲
を伝搬し、ウエッジを通して進行するに従って、これら
のビームはウエッジのウエッジ・ツー・ガス表面で散乱
され、反射される。このようにして、多くの弱く散乱反
射されたビームはウエッジ内で多数回反射され、その表
面から去る。多重発振リングレーザ内で生成された４モ
ードの各々に対して、本発明はウエッジから所定の伝搬
方向に去る３本のビーム部分にのみ関係する。

【００２１】以下ではこのような３本のビームは１つの
モードに対してのみ説明することにする。最も強いビー
ムは１次ビームで、これはウエッジを１回通過して去り
、その元の方向からわずかに変位され、再び方向が定め
られる。その他の２本のビームは、第１および第２二重
反射ビームと呼ばれ、１次ビームより非常に少量のモー
ドエネルギーを有している。

【００２２】第１の二重反射ビームは、ウエッジ・ツー
・ガス界面で１次ビームが鏡面反射された場合に生成さ
れる。このビームは２回目にほぼ逆方向にウエッジを伝
搬し、ウエッジ角度の２倍の角度でウエッジ・ツー・ガ
ス界面において散乱反射され、第３回目にウエッジを伝
搬し、更に１次ビームに対してほぼ平行ではあるが小さ
なビーム径だけ１次ビームから変位されてウエッジを出
射する。

【００２３】第２の二重反射ビームは、ウエッジ角度の
２倍の角度をなしてウエッジ・ツー・ガス界面において
散乱反射される場合に生成される。この二重反射ビーム
は第２の時間にほぼ逆方向にウエッジを伝搬し、ウエッ
ジ・ツー・ガス界面において鏡面反射され、第３の時間
にわたってウエッジを伝搬し、更に１次ビームおよび第
１の二重反射ビームに対してほぼ平行で、但し両者から
ビーム径のわずかな部分だけ変位された方向でウエッジ
を出射する。このようにして、第１の二重反射ビームが
先ず反射され、次に散乱され、第２二重反射ビームが先
ず散乱され、次に反射される。

【００２４】その他の全ての多重反射ビームの振幅は上
記の３本のビームより数桁小さくなる。

【００２５】４つの多重発振リングレーザモードがウエ
ッジを伝搬するにつれ、各々のモードは二重反射ビーム
を生成する。ウエッジを去るとき、各々のモードはその
１次ビームとその第１および第２の二重反射ビームの位
相和で構成される。１つのモードに対する３つのビーム
部分の各々の振幅は他のモードに対する対応するビーム
部分の振幅にほぼ等しく、温度による変化を受けないが
、これはそれらのビームのそれぞれの位相に対しては成
立しない。これらの位相は、各々のモードの各々のビー
ムに対して異なる伝搬光路長に依存すると共にウエッジ
材料、およびモード偏光の種類に従うファラデイ要素の
フィールドにより付与される単位長あたりのファラデイ
回転量に依存し、更に各々のビームが散乱、反射される
とき生成され、ビームが散乱、反射されるウエッジ・ツ
ー・ガスウエッジ界面の位置に依存する位相シフト量に
依存して与えられる。最後の位相シフト量はウエッジの
表面にわたってほぼ周期的に変化する。このようにして
、ウエッジの寸法、位置、および配向、そしてビームの
方向を特徴づける所定の組のパラメータに対して、レー
ザ動作モードの各々のビームは異なって透過し、従って
各々のモードはウエッジにおいて異なる有効損失を受け
ることになる。温度が変化すると、ウエッジ内の光路長
およびウエッジの屈折率の変化がもたらされる。全ビー
ム強度の計算時に考えられるのは各々のモードのビーム
の位相和なので、互いに対するモードの損失は温度と共
に周期的に変化する。全体を通しての強度は３本のビー
ムの振幅の位相和の２乗で与えられる。

【００２６】光学ウエッジは、非常に小さな光学ウエッ
ジ角の他に、局部光路の平面に垂直な軸線周りに、わず
かに、通常は約１０〜２０度回転されて、リングレーザ
内腔に沿う表面に入射したビームの指向性反射を回避し
ている。

【００２７】ビームをリングレーザ内腔の軸線にほぼ沿
うように方向づけるために、光学ウエッジの光学ウエッ
ジ角および回転は、コーナミラーの少なくとも１つの位
置と角度を調節することにより補正される。

【００２８】温度変動による強度の周期的変化を回避す
るために、本発明の特徴と目的は、光学ウエッジの屈折
率、厚さ、角度、および傾斜角の関数として光学ウエッ
ジの形状を修正して温度と共に周期的なＭＣＤＬの部分
を低減させることにある。

【００２９】従って本発明の目的と特徴は、出力信号が
周期的な熱的誤差を含まない多重発振リングレーザジャ
イロスコープを提供することにある。

【００３０】同様に、本発明の目的と特徴はＭＣＤＬが
拡大された温度範囲にわたってほぼ一定である光学ウエ
ッジを提供することにある。

【００３１】

【実施例】図１はリングレーザ本体１０の平面図であり
、４個のコーナミラー１４、１６、１８、および２０を
有するリングレーザ内腔１２が示してある。光学ウエッ
ジ２２はレーザ内腔１２の脚の１つに配置される。光学
ウエッジ２２と共にファラデイセルを構成する１対の磁
石２２Ａが図２に示される。図２は更に内腔１２内でプ
リズム２２の配向を画定するデカルト座標軸の組ｗ、ｙ
、ｚを示したものである。

【００３２】図２は図１Ａの２−２において取られた図
、図３は図１Ａの３−３で取られた図であり、多重発振
非平面レーザジャイロに対する通常のリングレーザ路を
より明瞭に示したものである。図２および図３は、コー
ナミラー１４、１６、１８、および２０を傾斜させるこ
とにより対角線２１に沿って折り畳まれた内腔１２を示
したものである。

【００３３】図４は光学ウエッジ２２の概略図である。 角度は光学ウエッジを通してのレーザビームの曲がりを
示すため誇張して示してある。ウエッジの表面間の図示
した光学ウエッジ角は誇張して示してあるが、実際には
約１０分の円弧角のオーダである。全光学ウエッジは軸
２３の周りに１０度程度で回転されるのが普通であるが
、これらの図には回転状態は示してなく、このような回
転は以下で説明される。

【００３４】角速度センサまたはレーザジャイロとして
使用されるリングレーザはリングに沿い両方向に伝搬す
る有用なまたは１次ビームを有している。４モードの全
体に対して、多重発振器においては、各々の方向に２本
の１次ビームが伝搬する。各々の１次ビームには２本の
付加的な二重反射ビームが関係し、これらのビームは、
本発明に従って修正され、多重発振器の動作との干渉を
低減または排除する。このようにして、４つの多重発振
モードの各々は３本のビーム、即ち１次ビームおよび２
本の二重反射ビームを有することになる。

【００３５】図４には左から右の、つまり反時計回転ビ
ームが示してあるが、時計回転ビームは示してない。ビ
ームと光学ウエッジ２２との相互作用は両ビーム方向に
対してほぼ同じなので、ここでは図４のみを説明するこ
とにする。

【００３６】到達した１次ビーム３０は光学ウエッジの
第１表面上のガス・ウエッジポート３２において光学ウ
エッジ２２に入射する。ビームは光学ウエッジ２２内で
再度方向が定められ、再びウエッジ・ツー・ガスポート
３４において１次ビーム３６に方向が定められる。

【００３７】図５は、ビームが反射表面にあたって逆散
乱される状態を示した図である。図示した逆散乱パター
ンは、入射ビーム６２が反射面６８にあたったときに与
えられる。本発明の装置の動作に際しては、入射ビーム
は表面６８に対する法線から小さな角度をなしており、
その差は本例においては無視される。ビーム６２が散乱
されると、散乱ビームの１部だけがＭＣＤＬに影響を与
え、ジャイロ動作に干渉する方向に向けられる。

【００３８】図６は反射表面６８からの入射ビーム６２
の鏡面反射７０を示した図である。入射角「ｉ」は反射
角「ｒ」に等しい。

【００３９】図７においては、ビームが下方に偏向され
る状況が３６で示してある。この下向き偏向に対する補
正がないときは、ビームはリングレーザ周りに伝搬し、
最後は完全にコーナミラー１４、１６、１８、及び２０
からはずれるようになる。

【００４０】光学ウエッジは空のキャビティが与える径
路からビームを逸らすように作用する。このビームの偏
向は誇張して３６で示してある。このようなビーム３６
の偏向はコーナミラーを傾け、回転させることにより補
償される。図１６Ａで示したダッシュ線で並進され、傾
斜されたミラーが示してある。

【００４１】図８Ａと図８Ｂは本発明における種々の補
償ビームを示した図である。説明で重要なビームは、入
射ビーム３０、透過ビーム７２、１次出射ビーム（ｐｒ
ｉｍａｒｙｄｅｐａｒｔｉｎｇ　ｂｅａｍ）３６Ｐ、鏡
面反射ビーム７４、散乱ビーム７８、特定の散乱ビーム
７７、第１の二重反射出射ビーム（ｆｉｒｓｔ　ｄｏｕ
ｂｌｅ−ｂｏｕｎｃｅ　ｄｅｐａｒｔｉｎｇ　ｂｅａｍ
）３６Ｓ、散乱ビーム８２、特定の散乱ビーム８３、鏡
面反射ビーム８５、および第２の二重反射出射ビーム３
６Ｔである。

【００４２】光学ウエッジは、説明上、その２つの入射
面３３、３５の間の光学ウエッジ角が約５度として示し
てあるが、実際には、この光学ウエッジ角は円弧の４〜
１０分程度以上である。

【００４３】更に、好適な実施例においては、面３３、
３５からの入射ビーム３０の干渉性反射を低減させるた
めに、このような面は図１Ｂのｗ−ｙ平面内の軸線周り
に約５〜１２度回転されるのが普通である。

【００４４】入射ビーム３０はガス・ツー・ウエッジ面
３３で反射、散乱されるが、このような反射はレーザ内
腔に沿う方向ではなされず、従ってレーザジャイロの動
作に干渉することはない。

【００４５】ビーム３０は更に表面３３を透過し、屈折
率が変化しているので角度偏向される。このようなビー
ムは光学ウエッジ２２を通してウエッジ・ツー・ガス面
３５に透過される。また、１次ビーム３６Ｐは偏向され
、光学ウエッジ２２から出射する。

【００４６】ビーム７２の１部（通常は０．０１％以下
）はウエッジ・ツー・ガス面３５における光学ウエッジ
の境界により鏡面反射される。

【００４７】反射ビーム７４（図８Ａ）は更にウエッジ
・ツー・ガス境界３３で反射される。散乱ビーム７８は
表面３５へのビーム７７を形成するいくらかの光線を含
んでいる。このビーム７７は表面３５を透過して１次ビ
ーム３６Ｐに平行な第１の二重反射ビーム３６Ｓを形成
する。光学ウエッジの厚さは約１または２ミリメートル
に過ぎないので、１次ビームおよび第１二重反射ビーム
は殆ど重なり合うことになる。

【００４８】ビーム７２はまたウエッジ・ツー・ガス表
面３５でも散乱されて図８Ｂの８２で示したビームパタ
ーンを与える。これらの光線のいくらかのものはリング
レーザジャイロに影響する特定の角度をなすビーム８３
を形成する。ビーム８３はウエッジ・ツー・ガス表面３
３に交差し、そこで１部は鏡面反射されて表面３５に逆
伝搬され、この表面３５を透過して、１次ビーム３６Ｐ
からわずかに変位され、しかしそれにほぼ平行な第２の
二重反射ビーム３６Ｔを形成する。光学ウエッジの厚さ
は小さいので、ビーム３６Ｔはビーム３６Ｐおよび３６
Ｓにほぼ重なるようになる。これらのビーム３６Ｐ、３
６Ｓおよび３６Ｔはモード３６にとって重要な構成ビー
ムをなしている。

【００４９】図９は一般に、ＭＣＤＬ、ＤＤＬ、および
ＤＰＬがウエッジに対する構成パラメータの、制限され
たランダムサンプルから選択された、特定の選択に対す
るファラデイウエッジの温度に従って変化するかを示し
た図である。３つの全ての損失が温度と共に如何に変化
するかに注目されたい。それらはほぼ同一期間で、但し
同相ではないが、ほぼ正弦波をなしている。

【００５０】図９は、ウエッジを通して循環する４つの
モードの１２ビームの径路を計算したコンピュータから
生成されたものを示している。４つのモードの各々に対
する３ビームの位相和が計算され、プロットされた。次
にモード微分損失が計算され、プロットされた。ここで
計算には次に示すウエッジパラメータが用いられた。 　　ウエッジの屈折率　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．
８３９５７　　ウエッジの厚さ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　０．１０２ｃｍ　　　　ウエッジの対向面間の
ウエッジ角　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　４．５円弧分　　ウエッジ配向　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　−１６．２２９度　　２軸周りでｗおよび
ｙの軸線の方向に対する傾斜角　　−１８５．６３７度
　　ｗ−ｙ平面内での軸線周りの傾斜角　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　−６度　　φ１とφ２の間
の微分散乱位相　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　０度（但し、φ１　　とφ２は時計回
転ビームに対する２つのウエッジ面における散乱位相シ
フト）。 なお、上記のプロットとパラメータは例示として与えら
れただけであり、本発明に対して制限をなすものではな
い。

【００５１】図１０は、本発明によりウエッジ角を補正
してＭＣＤＬをほぼ一定にした後の、温度の関数として
の、個々のモード強度のプロットである。

【００５２】図１０は、本発明の構成が、ＬａおよびＲ
ｃモード強度変動が、ＬｃおよびＲａモード強度変動の
場合と同様に、同相から１８０度はずれるようにＭＣＤ
Ｌをほぼ一定にすることにより、二重反射ビームの位相
を配置する方法を示した図である。モード強度の変動は
位相が逆に保持されるので、Ｌａ、Ｒｃモードの和およ
びＬｃ、Ｒａモードの和は温度が変化している間に常に
一定であり、従ってＬａ、Ｒｃ対とＬｃ、Ｒａ対との間
の温度に従って生じる周期的挙動において通常生じる位
相シフトは何らの効果ももたらさない。

【００５３】個々のモードに対して図１０に示した強度
ゆらぎは次のような形を有している。 　　　　Ｌｃ→Ｒ２Ｓ１ｃｏｓ（χ＋φ１−δ）＋Ｓ２
Ｒ１ｃｏｓ（χ＋φ２−δ）　　　　Ｒｃ→Ｒ２Ｓ１ｃ
ｏｓ（χ＋φ１＋δ）＋Ｓ２Ｒ１ｃｏｓ（χ＋φ２＋δ
）　　　　Ｌａ→Ｒ１Ｓ２ｃｏｓ（χ＋Δχ＋φ２＋Δ
φ＋δ）　　　　　　　　　　＋Ｓ１Ｒ２ｃｏｓ（χ＋
Δχ＋φ１＋Δφ＋δ）　　　　Ｒａ→Ｒ１Ｓ２ｃｏｓ
（χ＋Δχ＋φ２＋Δφ−δ）　　　　　　　　　　＋
Ｓ１Ｒ２ｃｏｓ（χ＋Δχ＋φ１＋Δφ−δ）　　但し
、 　　　　Ｒ１、Ｒ２＝２つのウエッジ面における反射振
幅　　　　Ｓ１、Ｓ２＝２つのウエッジ面における散乱
振幅　　　　χ＝時計回転ビーム対に対する径路位相因
子（各々はほぼ他方に等しい）　　　　χ＋Δχ＝反時
計回転ビーム対に対する径路位相因子（各々はほぼ他方
に等　　　　　　　　しい） 　　　　φ１＋φ２＝時計回転ビームに対する２つのウ
エッジ面における散乱位相ヒ　　　　　　　　フト 　　　　φ１＋Δφおよびφ２＋Δφ＝反時計回転ビー
ムに対する２つのウエッジ面　　　　　　　　における
散乱位相シフト　　　　δ＝ウエッジにおけるファラデ
イ効果からの位相シフト。 多重発振器においては、ＭＣＤＬの周期的変化は［（Ｌ
ｃ−Ｒｃ）＋（Ｒａ−Ｌａ）］／２に比例する。パラメ
ータＲ１、Ｒ２、Ｓ１、Ｓ２、φ１およびφ２は確実に
は制御できないが、ΔχおよびΔφを含むその他のパラ
メータは光路の幾何学的形状の関数である。

【００５４】個々のモード強度に対する上記方程式は、
πの奇数倍（π、３π、５πなど）に等しい（Δχ＋Δ
φ）の値に対してモード強度は図３のプロットに類似し
、またＭＣＤＬの周期的変動が消失することを示してい
る。（Δχ）は２つの時計回転二重反射ビーム（これら
はほぼ互いに同一光路を有する。）と２本の反時計回転
二重反射ビーム（これらも互いにほぼ同一の光路長を有
する。）の間のビーム路位相の差である点に注目された
い。（Δφ）は、１方向の第１二重反射ビームによる散
乱に際して生じる位相シフトと他方向における第２二重
反射ビームによる同様の位相シフトとの差である。

【００５５】上記の条件を満足し、例示として与えられ
る１組のパラメータは次の通りである。 　　　　ウエッジの屈折率　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．
８３９５７　　　　ウエッジの厚さ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１０２ｃｍ　
　（４０ｍｉｌｓ）　　 　　　　ウエッジの面間のウエッジ角　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．１５円弧分
　　　　ウエッジ配向　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−１６．
２２９度　　　　ｚ軸周りのｗおよびｙ軸の方向に対す
る傾斜角　　　　−１８５．６３７度　　　　ｗ−ｙ平
面内の軸に関する傾斜角ｙ−軸　　　　　　　　　　　
　　　−６度上記のパラメータを用いたＭＣＤＬ効果の
ゼロ化は微分散乱位相φ１−φ２の値およびＲ１、Ｒ２
、Ｓ１、Ｓ２の値とは無関係である。

【００５６】（Δχ＋Δφ）がπの偶数倍（０、２π、
４πなど）に等しいときは、ＤＰＬおよびＤＤＬは共に
消失するが、ＭＣＤＬは最大になる。

【００５７】精密ジャイロ用のファラデイウエッジの製
造には、厚さが約６．３５ｃｍの公差およびウエッジ角
が約６円弧秒の公差が要求される。良好な結果を得るに
は、先ず厚さとウエッジ角の近似的な値の範囲が得られ
るようにファラデイウエッジを製造する。次に、上記公
差に対する値を測定する。傾斜角および傾斜軸の配向は
（Δχ＋Δφ）がπの奇数倍になるように計算される。 精密ジャイロに対するウエッジおよび傾斜角に関する公
差は好適には約０．１度、また約５．０度の好適な公差
が傾斜角配向に対して適している。これらの公差の実現
は比較的容易である。

【００５８】かくして、光学ウエッジは内部反射および
散乱に対して補償され、これにより多重発振リングレー
ザジャイロの精度が増加される。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】ファラデイセル用の光学ウエッジを示し、但
しその磁石は示していない、多重発振リングレーザジャ
イロの平面図である。

【図１Ｂ】プリズム２２の領域における図１Ａの要部の
拡大図で、通常の磁石を有するウエッジおよびウエッジ
座標を示す図である。

【図２】図１Ａの２−２において取られ、非平面多重発
振器のビーム平面の勾配を示す図である。

【図３】図１Ａの３−３において取られ、非平面図多重
発振リングレーザのビーム路が光路の対角線に沿って折
り畳まれる方法を示す図である。

【図４】光学ウエッジを伝搬する、曲げが誇張されたレ
ーザビームを示す図である。

【図５】表面に入射した光の逆散乱を示す概略図である
。

【図６】表面からの光の鏡面反射を示す概略図である。

【図７】コーナミラーが並進、回転して光学ウエッジを
通しての光の曲げを補償する方法を示した拡大概略図で
ある。

【図８Ａ】第１のガス・ツー・ウエッジ表面でのビーム
の入射、第２のウエッジ・ツー・ガス表面での鏡面反射
、および第１のウエッジ・ツー・ガス表面での反射ビー
ムの逆散乱を示す、光学ウエッジを通してのビームを示
す概略図である。

【図８Ｂ】第１のガス・ツー・ウエッジ表面でのビーム
の入射、第２のウエッジ・ツー・ガス表面における逆散
乱、および第１のウエッジ・ツー・ガス表面での選択さ
れた逆散乱ビームの鏡面反射を示す、光学ウエッジを通
してのビームを示す概略図である。

【図９】温度の関数としてのＤＤＬ、ＤＰＬ、およびＭ
ＣＤＬ損失を示す、通常の光学ウエッジにおける損失を
示す図である。

【図１０】ＭＣＤＬの効果を相殺する方法を示す、温度
の関数としての多重発振モード強度のグラフを示す図で
ある。

【主要部分の符号の説明】

１０　　リングレーザ本体 １２　　リングレーザ内腔 １４、１６、１８、２０　　コーナミラー２２　　光学
ウエッジ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　４つのレーザ動作モードを有する多重
   発振リングレーザ径路を備えるリングレーザブロックで
   あって、前記モードはほぼ円偏光をなし、これらのモー
   ドの各々の偏光極性の１つは（Ｒｃ，Ｌｃで示される。 ）前記リングレーザの周りの第１方向に伝搬し、更にこ
   れらのモードの各々の偏光極性の１つ（Ｒａ、Ｌａで示
   される）は前記リングレーザ周りで第１方向とは逆方向
   の第２の方向に伝搬するリングレーザブロックと、前記
   径路の一方の脚に逆伝搬リングレーザモードに交差する
   光学ウエッジを収容するファラデイセルとを備え、前記
   光学ウエッジの屈折率、厚さ、ウエッジ角度、ウエッジ
   の配向、傾斜軸の配向、更に傾斜角は、ＭＣＤＬ（磁気
   円二色損失）が温度変化に対してもほぼ一定のままにな
   るように選択されている多重発振リングレーザジャイロ
   。
2. 【請求項２】　　前記ＭＣＤＬは、 ［（Ｌｃ−Ｒｃ）＋（Ｒａ−Ｌａ）］／２を温度変化に
   対してほぼ一定にすることにより、ほぼ一定になる請求
   項１に記載の多重発振リングレーザジャイロ。
3. 【請求項３】　　前記ＭＣＤＬは、 ［（Ｌｃ−Ｒｃ）＋（Ｒａ−Ｌａ）］／２を温度変化に
   対してほぼ非循回的にすることにより、ほぼ一定である
   請求項１に記載の多重発振レーザジャイロ。
4. 【請求項４】　　各々のモードの第１および第２二重反
   射ビームの光路長は、（１）　前記光学ウエッジを通し
   ての２つの伝搬方向に対する光路位相因子の間の差と（
   ２）　πのほぼ奇数倍に等しい前記光学ウエッジを通し
   ての２つの伝搬方向に対する２つのウエッジ面における
   散乱位相シフト間の差との和をもたらすように調整され
   る請求項２に記載の多重発振リングレーザジャイロ。