JPH07122802A - リングレーザジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオンビームスパッタ法よりも滑らかで損失
が少ない多層膜反射鏡を作る。 【構成】 イオン源２５で陽極３８とフィラメント３５
間にガス放電させてイオン４３を発生させ、グリッド４
６で加速して正イオン４３を中性化処理部４８に入射す
る。処理部４８内にフィラメント４９から多数の熱電子
を放出させ、正イオン４３と結合させて中性原子とし、
この原子が、イオン遮断グリット５４を通過して電子ビ
ーム５６となってターゲット２６に入射し、ターゲット
アウトした物質５８を基板に付着成膜させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザブロック内に複
数の反射鏡にて閉光路を構成し、この閉光路を右回り及
び左回りするレーザを発振させ、これら右回り光と左回
り光とのレーザ発振周波数差を検出して、上記閉光路に
その軸心回りに入力された角速度を検出するリングレー
ザジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３にリングレーザジャイロの一般的構
成を示す。レーザブロック１１は密封容器であり、レー
ザブロック１１内に凹面反射鏡１２と、平面反射鏡１３
と、可動反射鏡１４とが、正三角形の頂点位置に配さ
れ、かつ各反射面がそれぞれ互いにほゞ６０度をなして
対向し、これら三つの反射鏡１２，１３，１４で閉光路
１５が構成されている。前記三角形の一辺の近くに陽極
１６が、他の各辺の近くに陰極１７，１８がそれぞれ設
けられ、密封容器１１内にＨｅ，Ｎｅなどのガスが封入
され、閉光路１５に右回り光、左回り光のレーザが発振
される。可動反射鏡１４は圧電アクチュエータ１９上に
取り付けられ、前後に移動されて閉光路１５、つまりリ
ングレーザの光路長が一定に保持されるように、アクチ
ュエータ１９が制御される。凹面反射鏡１２から右回り
光、左回り光の各一部が透過され、その一方はコーナキ
ューブ２１で凹面反射鏡１２に戻され、その反射光と、
前記透過光の他方とが受光素子２２に入射されて電気信
号に変換され、この電気信号は右回り光と左回り光との
レーザ発振周波数の差の検出に利用され、この検出差発
振周波数から閉光路１５に、その軸心回りに入力された
角速度が検出される。不惑帯である両回り光がロックイ
ンする領域を避けてリングレーザを動作させるためのバ
イアスを加えるディーザ機構２３が設けられている。

【０００３】反射鏡１２，１３，１４は、それぞれ異な
る光学屈折率の物質が交互に積層された多層膜が用いら
れている。従来光学用多層膜の形成には真空蒸着法、イ
オンアシスト真空蒸着法、ＲＦスパッタ法、イオンビー
ムスパッタ法等が知られている。それぞれの手法には一
長一短があり、リングレーザジャイロに要求されるよう
な高品質の多層膜を形成するには、イオンアシスト真空
蒸着法あるいはイオンビームスパッタ法が適していると
されている。

【０００４】この発明に近いイオンビームスパッタ法に
よる多層膜の形成方法について説明する。イオンビーム
スパッタ法を実施するためには図４に示すように、大容
量のイオン源（通常カウフマンタイプ）２５と、多層膜
を構成する物質でできたターゲット（通常２種類）２
６，２７と、これらターゲットを保持するターゲットホ
ルダ２８と、極めて平滑に研磨された基板２９と、それ
を保持する基板ホルダ３１と、それらをおさめる真空容
器３２と、真空排気のためのポンプ類とより構成された
装置を用いる。特に酸化物等の膜を形成しようとする場
合で、基板２９上に成長する膜の化学量論値を正しく制
御しようとする場合には、酸素ガスを真空容器３２内に
導入する事がある。またターゲット２６，２７に酸化物
等の絶縁性の物質を用いる場合、イオンの突入によりタ
ーゲット２６，２７が帯電し、その後のイオンの入射が
不可能になったり、乱されたりする事を防ぐために電子
をターゲット２６，２７面に供給し、帯電を中和させる
目的でイオン源２５の前方位置、つまり出射されたイオ
ンが通る個所に、通常熱フィラメント３３よりなる電子
供給システムが付加される。

【０００５】成膜のメカニズムは、イオン源２５より１
ＫｅＶ程度に加速されたアルゴン等の不活性ガスイオン
をターゲット２６，２７に突入させ、入射したアルゴン
イオンの運動エネルギーによりターゲット２６，２７の
物質を原子に分解飛散させ、つまりスパッタアウトし、
そのターゲット２６，２７より飛び出したターゲット構
成原子をターゲット２６，（２７）に対向させて配置し
た基板２９上に再び膜状に堆積させることにより膜形成
を行う。このようにして形成された膜は通常の真空蒸着
により形成した膜に比べて密度が高く、滑らかで化学量
論値に近い組成を持つ膜として、特に滑らかな高品位の
反射膜が要求されるリングレーザジャイロ用の共振器の
構成には適しているとされてきた。よって、従来のリン
グレーザジャイロの反射鏡１２，１３，１４としては、
インオンビームスパッタ法により形成された多層膜が主
として用いられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前項にも述べたよう
に、リングレーザジャイロには同レーザ共振器内に励起
された対向して伝播する２つのレーザビーム同士のロッ
クインしきい値を低下させるために、極めて光散乱の少
ない反射鏡を用いる必要があり、その光散乱を低下させ
るために、極めて滑らかな表面及び異面を持つ反射多層
膜を形成する必要がある。また良好なレーザ発振を行わ
せるために他の損失、例えば光の吸収損失等の少ないこ
とは当然レーザの基本特性として反射多層膜に要求され
ている。

【０００７】一方、膜形成の過程において、一般的に滑
らかな膜を得るためには膜形成を低温で行い、無定形で
等法的な組織を作る必要がある。また光の吸収損失等を
少なくするためには、膜の組成を正しい化学量論値にす
る必要があり、通常の真空蒸着等で膜を形成する場合、
基板の温度を高温に保ち、膜形成物質の化学的活性を高
めてやる必要がある。しかし、前記のように基板を高温
に保ちながら成膜を行うと、膜組織が結晶化し、通常多
結晶体となり、滑らかで等方的な組織を得にくい傾向が
ある。

【０００８】イオンビームスパッタ法は、この問題を解
決する手法の一つで、ターゲットより、入射イオンの運
動エネルギーによりスパッタアウトされた原子状の物質
が、通常の真空蒸着法で得られるものの、運動エネルギ
ーの数十倍程度の大きいエネルギーを持って、基板上に
入射することを利用し、基板を加熱しなくても化学量論
的に正しい組成で、かつ無定形等方的組織を得やすいこ
とを利用している。しかし、リングレーザジャイロに用
いられる酸化物等の多層膜を形成する場合、ターゲット
にも同様の酸化物を用いると、それが電気的に絶縁性で
あるために、ターゲット表面がスパッタリングにより正
に帯電し、イオン源より発生されたイオンの入射を妨げ
るように働き、うまくスパッタリングが持続できなくな
る。そのため、前述したように通常イオン源２５とター
ゲット２６，２７との間に熱フィラメント３３を設置
し、熱電子を空間に放出し、帯電に基づく電界により電
子を引きつけ、正の帯電を中和するという方法をとって
いる。

【０００９】しかし、これは本来の低温処理である効果
に逆行する加熱の効果が成膜過程の中に入り込んで来る
という矛盾をかかえている。特に超高精度反射鏡の場
合、基板２９には石英や低熱膨張セラミックガラスが用
いられ、熱伝導率が著しく低いため、裏面より冷却して
も表面の温度を下げることは難しいという問題もある。
なお、イオンがターゲット２６に入射する前に熱電子と
結合して中性な原子となるものもあるが、熱電子が空間
に散らばり、かつ正に帯電したターゲットに引かれるた
め、前記中性な原子は極めてわずかである。

【００１０】この発明はその問題を取り除き、低温処理
の効果を生かした成膜機構により形成した反射鏡をリン
グレーザジャイロに用いることにより、リングレーザジ
ャイロの性能を向上させ良品率を向上させようとするも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、リン
グレーザジャイロにおける閉光路を構成する各反射鏡
は、それぞれ研磨された基板上に、光学屈折率が異なる
物質が、原子ビームによるターゲット物質のスパッタに
て、交互に積層されたものであることを特徴とする。

【００１２】

【作用】前記のようにイオンビームスパッタ法の問題
は、ターゲットをスパッタする物質がイオン化している
ことが問題である。原子ビームはイオン源で加速され、
スパッタリングに適したエネルギーにしたイオンが中性
化され、中性な高速原子ビームとされたものである。こ
のためターゲットの帯電の有無にかかわらず、ターゲッ
ト物質をスパッタアウトすることができ、熱フィラメン
ト等の電子放出機構をイオン源とターゲットとの間に挿
入することが不要になり、低温処理の効果が失われるこ
となく、そのまま利用でき、滑らかでかつ正しい化学量
論値を持つ多層膜反射鏡が形成され、従って低散乱で低
損失の反射鏡であり、リングレーザジャイロのロックイ
ンしきい値を低下させることができ、リングレーザジャ
イロの性能が向上し、良品率が向上する。

【００１３】

【実施例】この発明では原子ビームによるターゲット物
質のスパッタにより形成された多層膜反射鏡が用いられ
るが、先ずこの高精度な反射多層膜を形成するための原
子ビームスパッタ法の原理を図１を参照して説明する。
イオン源２５内でフィラメント３５が交流電源３６の出
力により加熱され、熱電子を放出する。流入口３７から
放電用のガス（通常Ａr)がイオン源２５内に導入され、
アノード３８とフィラメント３５との間で放電が起こ
り、放電チャンバ３９内にグロー放電が閉じ込められ
る。このとき良好な放電を起こすためにマグネット３４
が配置されることがある。バイアス電源４１，４２は良
好な放電を維持するためにガス圧力等を考慮しながら適
切な値に調整される。放電チャンバ３９内にはプラズマ
が発生し、正イオン４３と負電荷である電子４４とが発
生する。放電チャンバ３９の正イオン４３の放出側に電
子を反射するグリット４５が設けられ、グリット４５は
接地されている。このグリット４５と、その外側のイオ
ンを加速するグリット４６との間に負の高圧が高圧源４
７により印加され、プラズマに発生した正イオン４３が
高速に加速されて中性化処理部４８内に引き出される。

【００１４】中性化処理部４８にはフィラメント４９が
あり、交流電源５１の出力により加熱され、多量の熱電
子５２が中性化処理部４８内に発生する。フィラメント
４９には負のバイアス電源５３が取り付けられ、電子５
２を中性化処理部４８内に効率良く送り出す。この中性
化処理部４８を正イオン４３が高速で通過するとき、多
量の電子５２と結合し、中和され高速の中性な原子とな
り、中性化処理部４８のグリット５４を通過する。電子
５２と結合しなかった正イオン４３は、グリット５４に
電源５５により正の電圧が印加されているため、このグ
リット５４で反射され再び中性化処理部４８に戻され、
グリット５４を通過することができるのは中性な高速原
子のみとなる。グリット５４の開口率は例えば５０〜６
０％とされる。グリット５４の印加電圧はグリット４６
の印加加速電圧とほゞ同一で逆極とされ、例えば１KV程
度である。グリット５４を通過した高速の中性原子は原
子ビーム５６となり、ターゲットホルダ２８に保持され
たターゲット２６に入射する。その入射する高速の原子
５７と、この原子５７によりスパッタアウトされたター
ゲット物資５８とを示す。

【００１５】図１に示した原子ビーム発生源６１は、図
２Ａに示すように真空容器３２内で原子ビーム５６が発
生され、ターゲット２６に入射される。ターゲット２６
からスパッタアウトされた原子状の物質５８は通常ター
ゲット２６に対向した位置におかれた基板２９上に堆積
し、膜に成長する。ガス流入口３７から導入された不活
性ガス（及び酸素等の膜を構成するガスを混合する場合
もある）が、原子ビーム発生源６１で前記の手法で高速
な原子ビーム５６となり、ターゲット２６に入射し、同
物質をスパッタアウトする。このときターゲット２６が
絶縁性であると帯電するが入射する原子が電気的に中性
であるため、スパッタリングを持続することができる。
スパッタアウトされたターゲット物質は基板２９に堆積
し、膜となる。このとき熱フィラメント等が真空容器３
２の中に存在しないため、基板２９の温度はイオンビー
ムスパッタ法より低く保つことができ、滑らかな膜面を
持つ成膜を行うことができる。膜が酸化物等である場
合、その構成物質をガスとしてガス供給口６２から、あ
るいはラジカル（活性化された原子でイオン化していな
いもの）等として供給部６３から供給することも可能で
ある。

【００１６】図２Ｂにこの発明によるリングレーザジャ
イロを示し、図３と対応する部分に同一符号を付けてあ
る。この発明においては凹面反射鏡１２，平面反射鏡１
３，可動反射鏡１４は、それぞれ前述した原子ビームス
パッタ法により、光学屈折率が異なる二つの物質層が交
互に積層成膜されたもので、この多層膜反射鏡１２，１
３，１４は、それぞれ密封容器１１の前記三角形の各頂
点部分に形成された穴を塞ぐようにその周辺部にて、例
えばオプチカルコンタクトにより取り付けられる。なお
可動反射鏡１４はその中心部が前後に移動できるように
作られている。

【００１７】

【発明の効果】この発明によれば、原子ビームスパッタ
法により多層膜反射鏡が形成され、この場合、スパッタ
リングを起こさせる高速粒子発生源とターゲットの間に
熱フィラメントを設けないために、真空容器内部の温度
を低く保つことができ、滑らかな面を持つ損失の少ない
反射膜が形成され、リングレーザジャイロのロックイン
しきい値が小さくなり、リングレーザジャイロの性能が
向上する。なお、原子ビームスパッタ法によれば、従来
のイオンビームスパッタ法と比較して、同一基板条件で
あれば、平滑度を２倍程よくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のリングレーザジャイロの反射鏡を作
るための原子ビームスパッタ装置の原子ビーム発生源の
例を示す図。

【図２】Ａは原子ビームスパッタ装置を示す図、Ｂはこ
の発明の実施例を示す図である。

【図３】Ａは従来のリングレーザジャイロを示す図、Ｂ
はイオンスパッタ装置を示す図である。

【図４】イオンビームスパッタ装置を示す図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザブロック内に複数の反射鏡にて閉
   光路が構成され、その閉光路を左回り及び右回りする各
   レーザを発振させ、これら左回り光と右回り光とのレー
   ザ発振周波数の差を検出するリングレーザジャイロにお
   いて、 上記各反射鏡は、それぞれ研磨された基板上に、光学屈
   折率が異なる物質が、原子ビームによるターゲット物質
   のスパッタにて、交互に積層されたものであることを特
   徴とするリングレーザジャイロ。