JPS61281203A - 低散乱ミラ−及びその製造方法 - Google Patents

低散乱ミラ−及びその製造方法

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JPS61281203A
JPS61281203A JP12358185A JP12358185A JPS61281203A JP S61281203 A JPS61281203 A JP S61281203A JP 12358185 A JP12358185 A JP 12358185A JP 12358185 A JP12358185 A JP 12358185A JP S61281203 A JPS61281203 A JP S61281203A
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JP
Japan
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refractive index
substrate
low
mirror
index material
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JP12358185A
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English (en)
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Hirotaka Nakano
博隆 中野
Tatsumi Goto
後藤 達美
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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〕 この発明は、レーデ機器の共振器ミラー等に使用して好
適な低散乱者ラー及びその製造方法に関する。
〔発明の技術的背景〕
一般にレーザ機器の一例として、航空機搭載用の慣性航
法装置に使用されるリング・レーデ・ジャイロがあり、
このリング・レーデ−ジャイロはレーデ光を利用した最
も高度なセンサーで、その原理は次の如くである。
即ち、第5図に示すような環状に構成された光路内にお
いて、互いに逆方向に進行するレーデ光を発振させ、装
置全体が回転すると、それら2つの進行波に光路差が生
じる(サニヤック効果)。この光路差は2つの反対方向
の進行周波数差を生じさせる。両方の進行波を重ね合せ
ると、ビート周波数を持った干渉縞が生じる。
このビート周波数を検出器で読取り、回転角度を測定す
るものである。
このようなリング・レーデ中ジャイロは、従来の機械的
なジャイロと比較して、 (1)慣性質量が無いため、スイッチを入れてから測定
可能となる定常状態に達する時間が著しく短い。
(2)機械的な摩擦、潤滑等が無いので、長寿命となる
(3)小形に製作出来るので、制御しようとする系に直
接取付は可能である(ストラ、!ダウンと称する)。
(4)小形となるため、安価、高信頼性を達成すれば、
複数個分散して配置することにより、事故に対する安全
性の著しく高いシステムを、設計することが出来る。
等の利点を有するため、航空機搭載用のストラ、fダウ
ン慣性航法装置に使用することを目的として開発が進め
られているのは、周知のことである。
このようなリング・レーザ・ジャイロの構造は、第5図
から明らかなように、使用温度範囲(例えば−60℃〜
80℃)の領域で、熱膨張係数が極めて小さいガラスか
らなる本体1のプロ、りに、レーデ光の光路2となる部
分等、所望の箇所に切抜き加工が施されている。内部に
は、レーデ光を発振するためのカソード3、アノード4
が、又、残留ガス等不必要なガスを吸着するためのrワ
タ−5が設けられている。そして、中空部6には、真空
排気後、レーザ媒質として例えばヘリウム・ネオン混合
ガスが導入される。又、レーデ発振を維持するため、ミ
ラーが配置されている。従来のリング・レーデ・ジャイ
ロとしては、ミラーを3個(高反射側ミラー2個と出力
側ミラー1個)を用いた方式もあるが、装置全体を小形
化可能である、第6図に示すミラーを4個用いた方式に
ついて述べる。
即ち、第5図において7.7′は高反射側ミラーである
。又、8.8′は出力側ミラーであり、出力光は図示し
ない検出器へ導かれ、それぞれビート周波数の検出並び
に光路長制御に用いられる。そして、上記高反射側ミラ
ー7.7′は凹面基板上に、又出力側ミラー8.81は
平坦な基板上に夫々形成された誘電体多層膜よりなり、
基板材質は本体1と同じ低熱膨張係数のがラスよりなり
、真空気密により本体1に取付けられている。更に、周
辺を接着材によジ固定されているのが通常である。
〔背景技術の問題点〕
前述の如く、リング・レーデ・ジャイロは、航空機に搭
載されるが、その寿命は、通常lO万待時間要求されて
いる。寿命劣化は出力低下によシ生じる。即ち、レーデ
光の出力は初期値で50乃至60 tlWであるが、寿
命試験中に劣化しl OaWを割ジ、発振停止となる。
しかるに、リング・レーデ・ジャイロの発振停止は、ミ
ラーによるレーデ光の散乱に大きく依存する。散乱の発
生する場所Vi、第6図に示すように、ミラーの構成要
素である誘1体多層膜10の各層並びに基板11におい
てである。
誘電体多層膜10Vcお贋ては、その膜質と各層間の界
面が問題となシ、基板11においては基板11の内部(
バルク)とその表面が問題となる。リング・レーデ・ジ
ャイロの本体1並びに出力側ミラー8,8′の基板11
として用いられる低熱膨張係数のガラスは、線熱膨張係
数がO〜5Xlo  /dogを有するゼロデユア(シ
ョット社の商品名)があるが、一般に低熱膨張係数のガ
ラスは脈理等の欠陥が多く、表面研磨が困難という欠点
を有している。それ故、レーザ光の散乱の原因となる場
所での最も問題となるのが、第6図において、基板11
と誘電体多層膜IQの基板11側から数えて第1層目の
界面14においてである。
ミラーの構造は、高反射側ミ、7−7.7′、出力側ミ
ラー8.8′共に第6図に示すように、誘電体多層MI
Qは高屈折率物質12と低屈折率物質13を交互に積層
してなり、高反射側ミラ−7,7′は出力側ミラー8.
8′に比較して層数を多くし、その反射率を高めている
。更に、出力側ミラー8.8′は平坦な基板上に誘電体
多層膜10が形成されているのに対し、高反射側ミラー
2.7′は凹面の基板上に形成され−ているため、研磨
工程が難しく、脈理、表面の凹凸が多く発生するという
欠点があった。
以上、ゼロデユアの如く、低熱膨張係数のガラス基板を
用い、単にその上に真空蒸着法により誘電体多層膜10
を形成すると、基板11の表面状態に起因する散乱の発
生並びに寿命試験中での散乱増加によって出力低下が生
じ、高信頼性のリング・レーザ・ジャイロが得られない
という欠点があった。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、上記従来の欠点を解消し、リング・
レーデ・ジャイロに使用した場合、初期特性並びに寿命
試験においても高信頼性が得られる低散乱ミラー及びそ
の製造方法を提供することである。
〔発明の概要〕
この発明は、基板上に高屈折率物質と低屈折率物質とを
交互に積層した誘電体多層膜よシなり、かつ上記基板側
から数えて第1層目に膜厚が10001以上の低屈折率
物質が形成されている低散乱ミラーである。
又、この発明は、基板上に高屈折率物質と低屈折率物質
とを交互に積層して誘電体多層膜を形成する低散乱ミラ
ーの製造方法において、少なくとも上記基板側から数え
て第1層目の低屈折率物質を上記基板側に高周波を印加
したイオン・グレーティング法により形成する低散乱ミ
ラーの製造方法である。
〔発明の実施例〕
この発明の低散乱ミラーは第1図に示すように構成され
、従来例と同一箇所は同一符号を付すことにする。
即ち、図中11は基板であるが、この基板11は低熱膨
張係数のガラス、例えばショット社のゼロデユアからな
夛、リング・レーデ・ジャイロの出力側ミラーとして用
いる場合は、例えば外径が25m、厚さが5露で、両面
が平坦に研磨されているものを用いる。両面の平坦度は
、λ/10以下とする。ここで、λ=63281である
。又、高反射側ミラーとして用いる場合も、外径が25
m、厚さが55w1で出力側ミラーの場合と同じである
が、第5図の7.7′に示すように、誘電体多層膜が形
成される面は、曲率半径2000m1+の凹面とする。
又、反対側の面・は、肉厚0.5■になるまでドーナツ
状にざぐりを入れる。
このような基板11上には、高屈折率物質12と低屈折
率物質13とを交互に積層した誘電体多層膜10が形成
されているが、この場合、基板11側から数えて第1層
目に、膜厚が1000x以上にして二酸化シリコンから
なる低屈折率物質13が形成されている。
高反射側ミラーとして用いる場合と出力側ミラーとして
用いる場合との膜構成の違いは、所望の反射率あるいは
透過率を得るために、高反射側ミラーの層数を出力側ミ
ラーより多くしであることにある。又、出力側ミラーの
多層膜との反対側の面には、反射防止膜を形成する。具
体的な膜構成は次の如くである。
高反射側ミラーは、 Sub、12L・(H−L)  ・H・2LIAir 
  ”・(1)の27層である。ここでH及びLは、夫
々、光学的膜厚がλ。/4の高屈折率物質及び低屈折率
物質を表わす。
出力側ミラーは Sub、12L・(H・L)  ・H・2LIAir 
  ・−(2)の17層である。又、反射防止膜は Sub、lA@MIAir          −(3
)の2層構造を用いている。H,L%A%Mは、成膜が
可能で、かつ高信頼性のミラーを提供し得る構成材料で
なければならない。
更に、上記高屈折率物質12としては二酸化チタン、低
屈折率物質13としては二酸化シリコンが用いられ、夫
々屈折率は約2.3と1.47であった。又、上記人は
酸化アルミニウムであり、Mは弗化マグネシウムである
。尚、λ。は、第5図に示すように、誘電体多層膜1o
に45゜で入射した場合、その分光特性の反射帯のほぼ
中央にヘリウム・ネオン・レーデ光の6328Xが来る
ように定めれば良い。    −上記のような誘電体多
層膜10の形成に用いる成膜装置は、電子ビーム蒸着装
置でも良いが、第2図に示すようなイオン・グレーティ
ング装置の方が、基板表面での散乱を減するには効果が
ある。図において、高周波電源21はルツデ25上に設
けられたコイル23に印加するように配置し、又、高周
波電源22はドーム26に印加するように設ける。
そして、先ず第1層目の蒸着の前に基板11のクリーニ
ングを行なう。この時、例えばアルゴン・ガスtlX1
0  Torr導入しながら、高周波電源21によジコ
イル23で空間を放電させるだけでも、クリーニングの
効果があるが、コイル23によ夕基板11が設置された
ドーム26に高周波電源22により印加することで、基
板11をスパッタさせながら放電すると、更に効果があ
る。いずれも印加電圧は400Wとした。
次に、第1層目の二酸化シリコンを蒸着する。
蒸着方法は、フィラメント24から電子ビームを発生さ
せ、ルツゲ25中の二酸化シリコンを溶融する電子ビー
ム蒸着法である。二酸化シリコン蒸着時に、アルゴン・
ガスのみを導入しても良いが、酸素をlXl0  To
rr導入し、全圧2X10  Torrのアルゴンと酸
素の混合ガスとして放電させた。放電方法は、コイル2
3に400W印加することによった。この時、基板11
側のドーム26にも、高周波電圧を例えば400W印加
することにより、二酸化シリコンを形成した。
尚、膜厚は図示しない光学的膜厚制御法によった。ミラ
ーを形成するための制御波長λ。は、6400叉を用い
、高反射側ミラー並びに出力側ミ2−の両方共に光学的
膜厚をλ。/2形成した(実際の膜厚dは、二酸化シリ
コンの屈折率が1.47であるからd==2177Xと
なる)。
高反射側ミラー並びに出力側ミラーが共に全層基板に高
周波を印加し、コイル23にも高周波を印加しながら形
成すると、各層の膜の結晶粒界が乱され、あるいは喪失
するので、膜質的に散乱を減少させるが、ドーム26へ
あるいはコイル23への、いずれか一方でもその効果は
ある。全層成膜した構成(1)の高反射側ミラー人射光
を45°に傾斜した場合の分光特性を第3図に示す。又
、構成(2)の出力側ミラーの同様の特性を第4図に示
す。これらの図から明らかなように、ヘリウム・ネオン
・レーデ光の63281の波長における高反射側ミラー
の透過率は、ノクワーメーターによる測定結果でViO
,01%以下、又、出力側ミラーの同様の測定結果では
0.078チであっ念。更に、ドーム26とコイル23
の両方へ高周波を印加し、第1層の二酸化シリコンを含
めて形成した場合では、第1層の二酸化シリコン層が無
い全層電子ビーム蒸着のみのものに比較し、高反射側ミ
ラーで0.137%から0.006%へと減少した。又
、出力側ミラーで0.108%から0.005%へと減
少した。又、蒸着前にドーム26側及びコイル23側へ
印加し、第1層の二酸化シリコン形成時にドーム26へ
高周波電圧を印加し、残り全ての層は電子ビーム蒸着で
形成した高反射側ミラーの散乱測定の結果は、0.01
0%であった。同様の出力側ミラーの散乱測定の結果は
、o、oosチであった。又、全層電子ビーム蒸着のみ
で形成した構成Aの高反射側ミラー、構成りの出力側ミ
ラーの散乱測定の結果は、夫々0.022%、0.01
8%であった。
以上の散乱の大きさが0.01%付近、あるいはそれ以
下の高反射側ミラー及び出力側ミラーを夫々2個ずつ用
い、第5図に示すようなリング・レーデ・ヅヤイロを製
作し、発振初期試験及び寿命試験を行なった結果は、初
期出力特性は64μWであり、加速試験後(約10万時
間に相当)でも42μWと、高信頼性のものが得られて
いる。
尚、上記実施例では、基板11側の第1層目として、二
酸化シリコンがλ。/2の光学的膜厚だけ形成された場
合を例に挙げて詳述したが、二酸化シリコンの屈折率が
ゼロデュアル基板のそれに近いため、その膜厚が100
0X以上なら、基板11表面の欠陥を覆い、散乱の低減
に効果がある。又、λ。/2でなく、その整数倍の光学
的膜厚で、膜の剥離等が生じない範囲ならば、出力側ミ
ラー(高反射側ミラーも同様であるが)のレーデ光波長
での透過率の値を変えることなく、散乱を減少させるこ
とが可能であるため、同様の効果がある。
即ち、上記第1層目の低屈折率物質13の膜厚dが、 2125α■≦d≦2296αの (α=1,2.3.4.5) の範囲にあれば良い。
又、上記実施例において、基板11側の第1層目の低屈
折率物質13として、二酸化シリコンを用いた場合を例
に挙げ詳述したが、ゼロデュアル基板の屈折率に近い物
質ならば同様の効果がある。これには例えば弗化マグネ
シウムがある。
〔発明の効果〕
この発明によれば、基板11側の第1層目に低屈折率物
質13を1000X以上形成しておシ、特にドーム26
側に高周波を印加して形成しているため、極めて容易に
低散乱のミラーを得ることが出来る。従って、この発明
の低散乱ミラーを用いると、非常に信頼性の高いリング
・レーデ・ジャイロを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る低散乱ミラーを示す
断面図、第2図はこの発明の低散乱ミラーの製造方法を
示す概略構成図、第3図及び第4図はこの発明の低散乱
ミラーをリング・レーデ・ジャイロの高反射側ミラーと
出力側ミラーとして使用した場合の分光特性を示す特性
曲線図、第5図はリング・レーデ・ジャイロを示す平面
図、第6図は従来の低散乱ミラーを示す断面図である。 10・・・誘電体多l膜、11・・・基板、12・・・
高屈折率物質、13・・・低屈折率物質。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 遺長(nm) 第3図 第5図 第6図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に高屈折率物質と低屈折率物質とを交互に
    積層した誘電体多層膜よりなり、かつ上記基板側から数
    えて第1層目に膜厚が1000Å以上の低屈折率物質が
    形成されていることを特徴とする低散乱ミラー。
  2. (2)上記第1層目の低屈折率物質が、二酸化シリコン
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の低
    散乱ミラー。
  3. (3)上記第1層目の低屈折率物質の膜厚dが、212
    5α(Å)≦d≦2296α(Å) (α=1、2、3、4、5) の範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第1項及
    び第2項記載の低散乱ミラー。
  4. (4)基板上に高屈折率物質と低屈折率物質とを交互に
    積層して誘電体多層膜を形成する低散乱ミラーの製造方
    法において、 少なくとも上記基板側から数えて第1層目の低屈折率物
    質を、上記基板側に高周波を印加したイオン・プレーテ
    ィング法により形成することを特徴とする低散乱ミラー
    の製造方法。
JP12358185A 1985-06-07 1985-06-07 低散乱ミラ−及びその製造方法 Pending JPS61281203A (ja)

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