JPS62149181A - リング・レ−ザ・ジヤイロ - Google Patents

リング・レ−ザ・ジヤイロ

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JPS62149181A
JPS62149181A JP29021685A JP29021685A JPS62149181A JP S62149181 A JPS62149181 A JP S62149181A JP 29021685 A JP29021685 A JP 29021685A JP 29021685 A JP29021685 A JP 29021685A JP S62149181 A JPS62149181 A JP S62149181A
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JP
Japan
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substrate
film
concave
multilayer film
dielectric multilayer
Prior art date
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Pending
Application number
JP29021685A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirotaka Nakano
博隆 中野
Tsutomu Ishibashi
石橋 勉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS62149181A publication Critical patent/JPS62149181A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/083Ring lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Lasers (AREA)

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、航空機搭載用の慣性航法装置に使用するリ
ング・レーザ・ジャイロに係り、特にその凹面ばラーに
関する。
〔背景技術とその問題点〕
一般に、航空機搭載用の慣性航法装置に使用するリング
・レーザ・ジャイロは、レーザ光を利用した最も高度な
センサーであシ、その原理は次の如くである。
即ち、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<Vニヤツク効
果)。この光路差は、2つの反対方向の進行波間に周波
数差を生じさせ、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。このビート周波数と検
出器で読取シ、回転角度を測定するものである。
又、リング・レーザージャイロは、従来の機械的なソヤ
イロと比較し、 (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)  デジタル出力であり、制御しようとする系に
直接取付は可能である(ストラッグ・ダウン方式)。
(4+  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υ、事故に対する安全性の著しく高
いシステム全設計することが出来る。
等の利点を有するだめ、航空機搭載用のストラップ・ダ
クン慣性航法装置に使用されているのは、周知のことで
おる。
このようなり/グ・レーデ・ソヤイロは、従来、第3図
に示すように構成され、使用温度範囲(例えば−60C
0〜−s o ’c )の領域で、熱膨張係数が極めて
小さいガラスからなるグロック1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W151K−は、レーザ光を発振するためのカソー
ド3、アノード4.4が設けられている。中空部6には
、真空排気後、レーザ媒質として例えばヘリクム・ネオ
ン混合ガスが導入される。更に、レーデ発振を維持する
ため、ずラーが配設されている。
現在、提案されているリング・レーザ・ノヤイロとして
は、ミラーを3個(高反射側ばシー2個と出力側ばジー
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3図に示すごラーを4個用いた方式について述べ
る。
即ち、図中7.7は高反射側ミラーである。
又、8.8は出力側ばラーであシ、出力光は図示しない
検出器へ導かれ、夫々ビート周波数の検出並びに光路長
制御に用いられる。そして通常、高反射側ばラー7.7
は凹面基板上に、又、出力側ばラー8.8は平板状基板
上に夫々形成された誘電体多層膜よシなっている。尚、
高反射側ミラー7.7は、後述のように凹面部の周辺に
平坦部を有しておシ、この平坦部を介して光学的接触に
より本体1に取付けられている。
そして、上記凹面基板及び平板状基板は、共に表面精度
が要求され、機械的な光学研磨法により裏作される。
ところで、す)グ・レーデ・ジャイロの性能は、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
る場所は、凹面基板に形成された高反射側ミラーについ
て説明すると、ミラーの構成要素である誘電体多層膜の
各層並びに凹面基板においてである。誘電体多層Uにお
いては、その膜質と各層間の界面が問題とな9、凹面基
板においては、凹面基板の内部(バルク)とその表面が
問題となる。リング・レーザ・ノヤイロの本体ブロック
1並ひに高反射側だラー7.7の凹面基板として用いら
れる低熱膨張係数のガラスは、線膨張係数が0〜5 X
 10−” /degを有するゼロデーア(ショット社
の商品名)がある。そして、低熱膨張係数のガラスは、
脈理等の欠陥が多く、狭面研磨が難しいという欠点を有
する。更に凹面基板の場合には凹面のままであると本体
IKミラーを取付けることは不可能であυ、周辺部を平
坦に光学研磨し、真壁による引力及び表面張力による光
学的接触により、本体1に高反射ミラー7.7と取付け
る。しかし、前述の如く、周辺の平坦部形成の研磨工程
において、研磨剤が凹面基板の凹部に集まる。
そして、上記研磨剤が凹面状のゼロデユア基板の表面に
損傷を与えるという欠点があった。
即ち、ゼロデユア基板の表面の損傷が、レーデ光の散乱
の最も大きな原因である。
又、誘電体多層膜を基板上に形成してミラーとした場合
にも、散乱の原因となる場所で最も問題となるのは、凹
面基板の表面、即ち、誘電体多層膜の基板側から数えて
第1層目との界面においてである。
以上、ゼロデユアのように、低熱膨張係数のガラス基板
を用い、単にその上に誘電体多層膜全形成すると、基板
、特に凹面基板の表面状態に起因する散乱の発生によっ
て性能の低下?招き、高信頼性のリング・レーザ・ノヤ
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、低散乱のミラーを形成することによ
シ、以て高性能、高信頼のリング・レーザ・ジャイロを
提供することである。
〔発明の概要〕
この発明は、周辺部に光学接合のだめの平坦部金有する
凹面基板上に形成された誘電体多層族よりなり、該誘電
体多層膜の上記凹面基板側第1層目が、上記凹面基板の
平坦部形成時の凹面部の研磨剤からの保護膜であり、特
にこの保護膜が五酸化タンタル又は酸化アルごニワムで
ある低散乱ばラーを有するリング・レーザ・ジャイロで
ある。
〔発明の冥施例〕
以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に説
明するが、この発明は上記目的を達成するために、高反
射側ミラーを改良したもので、高反射側ばラーについて
のみ説明することにする。
即ち、この発明のリング・レーザ・ジャイロで使用する
高反射側ばラーは、第1図に示すように溝成され、11
は基板であり、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が使用されている。そして
、誘電体多層膜が形成される面は、所定の曲率半径を持
つ凹面に形成されている。このような凹面基板1ノの凹
面の表面14上には、誘電体多層膜10が積層形成され
るが、この誘電体多層膜10の凹面基板11側第1層目
が保護膜16となっている。つマフ、凹面基板11の凹
面の表面14上に、直ぐ保護膜16が形成されている訳
である。この保護膜16は研磨剤からの保護として働く
物質、例えば五酸化タンタルからなっている。この五酸
化タンタルは、高屈折率物質(屈折率は約2.20)で
あるため、上記研磨剤からの保護膜としての作用のみな
らず、凹面基板11上への誘電体多層膜10を形成して
高反射側だラーとした場合の、第1層目の物質としても
作用させることも可能である。高反射側ばラーを形成す
る場合には、第3図からも明らかなように、入射光は4
5°で入射する。即ち、高屈折率物質12と低屈折率物
質13の交互層金主体とする誘電体多層膜10の各層は
、入射角45°で入射した場合の分光特性の高反射帯に
おいて、はぼ中央に6328^が位置するように、各層
の膜厚は設計されている。膜厚精度を再現性良く形成す
るためには、膜形成中に膜厚モニタにより、制御する。
尚、具体的な高反射側iラ一の膜構成は、次の如くであ
る。
S u b、 l 3’ra、 05 ・LL−H)”
 ・2Ll Al rここでHは高屈折率物質、Lは低
屈折率物質であシ、光学的膜厚がλn/4 であること
を示す。
そして上記高屈折率物質としては二酸化テタ/、上記低
屈折率物質としては二ば化シリコンを用いる。庇って、
基板側第1層目は光学的膜厚が7λ。の五酸化タンタル
の層である。
次に、上記のような晶反射側ばラーの製造方法について
説明する。
先ず、第2図(−)に示すように、低熱膨張係数のがラ
ス例えばショット社のゼロデーアからなる基板1ノの一
面には、所定の曲率半径を持つ凹面が形成されている。
次に、同図(b)に示すように、凹面基板11の表面1
4には例えば五酸化タンタルからなる保護膜16が形成
される。この場合、凹面基板11上に形成される膜厚は
、装置内のモニタ位置、ト9−ム状の凹面基板1ノ、タ
ーゲット等の幾何学的位置により異なるが、発明者達は
、実験的にミラーの中心波長λ。=6400′kfc既
に求めている。それ故、形成した光学的膜厚は、ばラー
としての第1層としても兼ねさせるため、nd=礼/4
X3、即ち3/4波長光学的膜厚とした。ここでnは五
酸化タンタルの屈折率、dは物理的膜厚である。nユ2
.2だから、dユ2180Aとなる。
又、成膜条件は、次の如くである。
即ち、成膜装置の詳細は図示しないが、例えばス・ンノ
タ装置である。成膜は酸素とアルゴンの混合がス雰囲気
下で行なった。膜厚の制御は、fatば水晶振動子のモ
ニタの周波数変化を制御することにより行なった。
以上の方法により、同図(b)に示すように、凹面基板
1ノ上に光学的膜厚が3/4λ0の五酸化タンタルから
なる保護膜16が形成される。
次に、同図(C)に示すように、保護膜16の周辺部の
研磨を行ない平坦部15を形成する。五酸化タンタルの
膜は、研磨剤に対して非常に強く、凹面部にはキズが付
かない。従って、五酸化タンタルの膜は、平坦部研磨工
程において、凹面基板11の凹面部の保護の役目を果た
す。
次に、同図(d)に示すように、五酸化タンタルからな
る保護膜16上に、高屈折率物質12と低屈折率物質1
3の交互層を主体とする誘電体多層膜10を形成するが
、その第1層目として保桟膜16が既に形成されている
ため、低屈折率物質13から成膜する。
又、vj誘電体多層膜形成方法に、例えばス/ぞツタリ
ング法でも良いし、電子ビームを用いた蒸着法あるいは
イオングレーティング法でも良い。ス・ゼッタリング法
による場合は、二酸化シリコン膜形成時には、アルゴン
・ガスのみを用いた成膜法で良いが、二酸化チタン膜形
成時には、酸素とアルゴンの混合ガスを放′亀した雰囲
気なかで成膜する。
以上の工程により、第1図に示すように、凹面基板11
上に第1層に研磨剤の保護となる五酸化タンタルからな
る保護膜16が形成され、この保護膜16上に誘電体多
層膜lOが形成された高反射側ミラーが得られる。
〔発明の効果〕
この発明のリング・レーデ・ソヤイロは、上記のような
高反射側ミラーと出力側ミラーを夫々2個ずつ用いてい
るので、発振初期試験並びに寿命試験を行なった結果は
、極めて高性能かつ高信頼性のものが得られた。
即ち、高反射側ごラーのヘリウム・ネオン・レーデ光の
6328λの波長における高透過率は、ノ2ワー・メー
タによる測定結果では、O,01%以下であった。又、
散乱光の評価結果では、50 ppmのものが得られた
尚、この発明の実施例では、研磨剤の保護膜16として
の五酸化タンタルの光学的膜厚を3/4礼形成した場合
を例にとり詳述したが、λQ/4X(2m+1 )、(
但し、m=o 、 1 、2・)だけ形成すれば、ミラ
ーとしての用いる場合の誘電体多層膜の第1層目として
の役割を果たすことになる。又、光学的膜厚をλ。/4
x2m。
(但し、m=0.1.2・・・)たけ形成すれば、保護
膜として作用した後、引き続き誘電体多層膜10を高屈
折率物質12から形成すれば良い。
ffl]ち、λ。/4の整数倍の光学的膜厚を形成して
おけば、引き続き多層膜を形成する場合の膜厚制御が容
易となり、ヘリウム・ネオン・レーザ光の6328人の
波長における所望の透過率乃至反射率を容易に制(ホ)
し得ることが可能である。
又、上記実施例においては、研磨剤からの保護膜16と
して五酸化メンタルの場合と例に取り詳述したが、他の
保@膜16の材料として酸化アルミニワムがあり、上記
五酸化タンタルの場合と同様に低散乱ミラーを提供する
ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係るリング・レーデ・ノ
ヤイロで使用する高反射側ミラーを示す断面図、第2図
(a)〜(d)は第1図の高反射側ミラーの製造方法を
示す工程説明図、第3図は従来及びこの発明全説明する
ために用いるリング・レーザ・ジャイロ?示す平面図で
ある。 7.7・・・高反射側ミラー、8.8・・・出力側ミラ
ー、10・・・誘電体多層膜、11・・・凹面基板、1
2・・・高屈折率物質、13・・・低屈折率物質、14
・・・凹面基板の表面、15・・・平坦部、16・・・
保護膜。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第2図 ]4 @2図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも、周辺部に平坦部を有する凹面基板上
    に誘電体多層膜を積層してなるミラーを備えたリング・
    レーザ・ジャイロにおいて、上記誘電体多層膜の凹面基
    板側第1層目が、上記凹面基板の平坦部形成時の凹面部
    の研磨剤からの保護膜であることを特徴とするリング・
    レーザ・ジャイロ。
  2. (2)上記保護膜が、五酸化タンタル又は酸化アルミニ
    ウムからなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のリング・レーザ・ジャイロ。
  3. (3)上記保護膜の光学的膜厚が、入射光に対して1/
    4波長の整数倍であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項乃至第2項記載のリング・レーザ・ジャイロ。
JP29021685A 1985-12-23 1985-12-23 リング・レ−ザ・ジヤイロ Pending JPS62149181A (ja)

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