JPS596518B2 - 電磁波リング共振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には電磁波共振器に関し、更に具体的に
はレーザ−ジャイロスコープ装置に用いるのに適した電
磁波共振器に関する。

１９７３年６月２６田こ発明者ケインペ・アンドリンガ
（ＫｅｉｍｐｅＡｎｄｒｉｎｇａ）に対して許可され本
願と同じ譲受人に譲渡された「レーザ−ジャイロスコー
プ」という名称の米国特許第３、７４１、６５７号の明
細書に記載されているように、レーザーリンク共振器は
４つの光波を維持し、これらの光波の各１つは異なる周
波数を有し、それらの一対は時計方向に進み、他方の対
は反時計方向に進む。

これらの波の光学路長は一方向、例えば反時計方向に進
む波の周波数の対が反対方向すなわち時計方向に進む波
の周波数の間に位置するようなものにされている。この
周波数関係を確立してしまつたときは、例えば系を光学
路に垂直な軸のまわりに回転することによるレーザー共
振器の移動はレーザーを通し一方向に進む波の対にレー
ザーを通し反対方向に進む波の周波数シフトに対するの
と逆方向の周波数シフトを生じさせる。

これは、代つて、前記対の各々の波の低い方の周波数間
に前記２つの対の各々のものの高い方の周波数間の周波
数分離の変化と反対方向への周波数分離の変化を生じさ
せる。これらの変化の間の差は実質上は前記回転の速度
の線形関数でありそしてこの差の相対的な向きは前記回
転の方向を表わす。前述した米国特許第３，７４１，６
５７号明細書に記載されているように、そのような周波
数分離は波の路に固体媒質フアラデ一回転子および水晶
回転子からなる偏波分散構造を配置することから生ずる
。

この水晶回転子は、リングレーザー内に維持され得る波
の偏波の型を実質上円偏波に限定しかつ右旋回円偏波に
対して左旋回円偏波に対するのと異なる光学路長を与え
る異方性媒質である。上記固体媒質フアラデ一回転子は
非可逆装置であり、レーザーリングを通して一方向に通
過する各偏波方向の波に対して逆方向に通過する偏波方
向の波に対するのと異なる時間遅延を与える。この水晶
回転子と固体媒質フアラデ一回転子の組合せは上述した
４周波関係を与える。上述した偏波分散構造は多くの応
用に満足なものであることが知られているけれども、水
晶回転子および固体媒質フアラデ一回転子の使用は伝搬
波に対して与えられる損失および散乱を増すばかりでは
なくて、リング共振器に対し線形複屈折を導入し、これ
によりこのような偏波分散構造を用いるレーザージヤイ
ロスコープの精度を減らしてしまう。

本発明によれば、電磁波リング共振器は、この共振器内
で共振する電磁波の電磁界分布を電磁波の伝搬方向のま
わりに空間的に回転させる手段と、増幅器媒質を含んで
おりこの増幅器媒質を通して両方向に通過する同じ偏波
方向の波に対し異なる屈折率を与える手段とを含む。

このような構成によればこのような回転手段は逆偏波方
向の波の間に位相差を与え、かつ上記の異なる屈折率を
与える手段と一緒になつてこのような波が４つの異なる
周波数で共振するのを可能ならしめる。好ましい一実施
例においては、レーザーリング共振器は、レーザーの路
に配置されてその中で共振するレーザー波の電磁界分布
を空間的に回転させこれによりその中で共振する波に対
し予め定めた位相変化を与える複数の反射器を含む。

このような位相変化はレーザーの光学路長を変えるため
の異方性水晶回転子を光学路内に必要とすることなしに
リング共振器内の波の各１つの共振周波数を対応的に変
える。この位相変化の向きは逆向きの円偏波に対しては
逆方向にあるので、このような構成は逆偏波方向の波が
別個の周波数で共振できるようにする。上記複数の反射
器は右旋回円偏波および左旋回円偏波の間にπラジアン
の位相差を与えるように配向されるのが好ましい。増幅
器媒質内におけるゼーマン効果の利用は固体媒質フアラ
デ一回転子を取り除くことによつて共振器内での損失お
よび散乱を更に減らすと共に、このような媒質を通して
両方向に通過する同じ偏波方向の波に対して異なる光学
路長を更に効果的に与えるのであり、その理由はこれら
の波の磁界ベクトルはこのような増幅器媒質の放出周波
数における増幅器媒質の歳差原子磁気ダイポールと相互
作用するからである。以下図面を参照しながら本発明を
説明する。

第１図にはレーザー増幅器媒質１０（ここでは、８３Ｈ
ｅ＋０．４８２２Ｎｅ＋０．５２２０Ｎｅという気体混
合物を有するヘリウム−ネオンレーザー媒質）を有する
レーザージヤイロスコープ装置９が示されている。リン
グレーザー共振器は偶数個の反射器、ここでは６つの反
射器１２，１４，１６，１８，２０，２２（台２３の表
面に図示しない手段により適当に取り付けられる）を含
み、これらの反射器はレーザービームに対するリング路
を生じさせる。ここで、後に第４図に関連して説明する
ように所望のリング路を４つというような少数の適当に
配置される反射器によつてでも生じさせ得ることを理解
すべきである。しかしながら、レーザージヤイロスコー
プ装置の動作原理を確立するためにここではまず６つの
反射器からなる装置を説明する。レーザー増幅器媒質１
０の端部２４で発生されるレーザービームを考察すれば
、このようなビームは実質上自由空間であることが好ま
しい等方性媒質を通して＋Ｚ方向（すなわち、レーザー
増幅器媒質１０の縦軸に沿つて）進み、そしてまず反射
器１２によつて反射される。反射器１２はレーザービー
ムを反射器１４へと＋Ｙ方向に沿い縦に距離ｄ１だけ反
射するように方向づけられた反射面を有する。反射器１
４はそれに入射したビームを反射器１６へと−Ｘ方向に
沿い距離Ｄ２だけ水平に反射するように方向づけられた
反射面を有する。反射器１６はそれに入射したビームを
反射器１８へと−Ｙ方向に沿い距離ｄ１だけ縦に反射す
るように方向づけられた反射面を有する。反射器１８は
それに入射したビームを反射器２０へと一Ｘ方向に沿い
水平に距離Ｄ３だけ反射するように方向づけられた反射
面を有する。ここで注目すべきことはレーザー増幅器媒
質１０の端部２４から反射器１２まで通過するビームお
よび反射器１８から反射器２０まで通過するビームは互
に直交しそして共通の水平面２６を規定するということ
である。台２３の表面は水平面２６に平行な面内に配置
される。従つて、反射器１２から反射器１４、反射器１
６、反射器１８へと通過するビームは垂直面内にある。
更に説明を続ければ、反射器２０はそれに入射したビー
ムを反射器２２へと反射するように方向づけられた反射
面を有し、その入射ビームおよび反射ビームは水平面２
６内にありここでは６０度という傾斜角を有する。ここ
ではレーザー増幅器媒質１０を通るレーザービームを集
中させるのを助ける（すなわち、共振横方向モードを確
立するのを助ける）ため凹面を有する反射器２２はそれ
に入射したビームを図示したようにレーザー増幅器媒質
１０の縦軸に沿つて再び反射するように方向づけられた
反射面を有し、これらの入射ビームおよび反射ビームは
水平面２６内にありそして３０度という傾斜角を有する
。＋Ｚ軸に沿う反射器２２および１２間の距離はＤ４で
ある。ここで注目すべきことは、説明のために、下記の
説明は反射器による反射があつたときに電界成分に与え
られる１８０゜の位相変化の効果を無視しているという
ことである。

このような考察がここでは適当であり、なぜなら、ここ
に説明するリング共振器は共振波の路内に偶数個の反射
器を含み、従つて、このような位相変化の効果はリング
共振器を通して波が進んだときに相殺してしまうからで
ある。レーザー増幅器媒質１０の端部２４で発生され−
】て＋Ｘ軸に沿つて配置される電界成分Ｅ１を有するよ
うに＋Ｚ軸に沿つて進行するビームを考察すれば、この
ような電界成分は反射器１２による反射の後に＋Ｘ軸に
沿つたままの状態にとどまり、次いで反射器１４のため
に−Ｙ軸に沿い電界成分一】Ｅ１′の方へと向いた状態
になり、次いで反射器１６のために−Ｘ軸に沿つて向く
状態になり、次いで反射器１８のために−Ｙ軸に沿つて
向く状態になり、それが端部２４に戻るときはこのよう
に向けられた状態にとどまる。

反射器１２−２２のこのような電界成分Ｅ１の向きに対
する影響はこのような成分をビーム軸（すなわち、＋Ｚ
軸）のまわりに−９０度回転させて電界成分Ｅ／にする
ことである。ここで、レーザー増幅器媒質１０の端部２
４で→発生され＋Ｙ軸に沿つて配置される電界成分Ｅ２
を有するように＋Ｚ軸に沿つて進むビームを考察すれば
、この成分はまず反射器１２のために＋Ｚ軸に沿つた状
態に（電界成分ｅへと）なり、反射器１４，１６および
１８による反射の後に＋Ｚ軸に沿つて向く状態にとどま
り、次いでＸ−Ｚ軸内においてＸ軸に対し−３００の角
度にある状態に（電界成分ｅ″へと）なり、次いで、反
射器２２による反射の後に端部２４において＋Ｘ軸に沿
つて向き電界成分Ｃ″になる。

反射器１２−２２のこのような電界成分Ｅ”２の向きに
対する影響はこのような成分をビーム軸のまわりに−９
０回転させることである。リングのまわりを通過した効
果は下記のように記号で示される。従つて、反射器１２
，１４，１６，１８，２０，２２の効果はリング共振器
のまわりを通過する波の電磁界分布を波の光学路に直交
する面内で９０度回転させることである。

この電磁界分布とは空間内の一点における電磁波の強度
および向き（すなわち、偏波または電界ベクトル）の両
方を意味する。例えば、レーザー増幅器媒質１０によつ
て発生される波の電磁界分布が、面Ｐ内において、垂直
な主軸を有しかつ第２Ａ図に示されたように垂直方向を
向く電界成分２７を有する楕円形の等強度線図（等しい
強度の線２５）を有するときは、反射器１２−２２の効
果は（１）このような電界成分およびこれらの等強度線
図の主軸が水平に向くように（第２Ｂ図に示されたよう
に）電磁界分布を回転させること、および（２）回折お
よび反射器２２の凹面のために電磁界分布を第２Ｃ図に
示されたようにひずませることである。注目されること
は、波が共振するためすなわちリング共振器の安定モー
ドであるためにはこれらの波が一たびリング共振器のま
わりを通過した後はもとの電磁界分布をもつて与えられ
た点に戻らなければならないということである。しかし
ながら、一般的には、上記等強度線図の形状も与えられ
た１つの面内における偏波（電界の向き）も一たびリン
グ共振器のまわりを通過した後はこのような面内におい
て不変のままにはとどまらない。共振周波数であり得る
ところの周波数を有する波は、共振する波が共振器を横
断した後同じ強度分布を有するように波の回折および反
射器２２の集束作用が平衡しているような強度分布を得
る。しかしながら、円偏波に対してのみ偏波は一横断後
にもとの状態に戻ることができる。従つて、共振器内に
存在し得る自己矛盾のない唯一の電磁界分布は円偏波を
有する波の電磁界分布だけである。このような共振波の
等強度線図はリング共振器内にこのような円偏波を維持
することのできる形状を得る。更に、このような波の円
偏波が右旋回方向の偏波成分、すなわち、を有するとき
は、反射器１２−２２の効果はこのような成分を下記の
式のように変換することである。

すなわち、ここで、Ｌはビーム軸に？つて測つたリング
のまわりの路の長さを表わす。

このような波の円偏波が左旋回方向偏波成分、すなわち
、を有するときは、リングのまわりを通過した効果はそ
れを下記の式のように変換することである。

すなわち、左旋回成分と右旋回成分との間の相対位相差
は、従つてである。

更に、注目すべきことは、反射器１２−２２の効果は共
振器を通過する波の位相をここでは右旋回方向偏波に対
しては＋π／２、左旋回方向偏波に対しては一π／２だ
け変えるということである。

共振器内の波の光学路長は同じであるので、この光学路
長を変えるため媒質を通過する波がないとき（ここでは
反射器１２−２２の機能を理解するため永久磁石３０の
効果は無視している）、反射器１２−２２によつて与え
られる位相変化は波の共振周波数を対応的に変え、異な
る偏波方向をもつ波の共振周波数は反対方向に変る。結
果として右旋回方向偏波の波は左旋回方向偏波の共振周
波数と異なる共振周波数を有することになる。この効果
は下記のように表わされる右旋回方向偏波を考察するこ
とによつて理解される。ＡＡ＾ ここで、ぐ，少およびグは直交単位ベクトルを゛表わし
、ｓは波の伝搬方向に沿つて測られ、ｗは電界ベクトル
の角回転速度を表わし、β＝２πル仝２π／λであり、
ここでｆおよびλはそれぞれ波の周波数および波長を表
わし、ｃは光速度を表わす。

このような波が電磁界分布回転手段をもたない光学路長
Ｌの共振器内で共振するためには、βおよびＬは下記の
関係を満足しなければならない。

βＬ−２ｎπ（ｎは整数）であり従つて波の共振周波数
はである。

第１図に関連して上述した方法でこのような波の電界ベ
クトルを回転させる効果は、上述したように、波の位相
を変えることであり、従つて、このような位相を変えら
れた波は右旋回方向偏波に対しては下記の式によつて表
わされる。

＼ｌ▼？？冑４′ 共振に対してはβおよびＬはこのときには下記の式を満
足しなければならない。

えられてしまつている。

すなわち、という周波数である。

左旋回方向偏波を考察すれば、このような共振周波数は
上述した電界の回転のために下記の式で表わされる周波
数に変えられることになる。

要約すれば、両偏波方向に対し反対方向のφ（ラジアン
）の位相変化は下記の式で表わされる量だけ両方向の偏
波の共振周波数を対応的に分離する。従つて、反射器１
２−２２は可逆効果を有するということになる。

すなわち、位相遅延は＋Ｚ軸に沿つて（すなわち、時計
方向に）レーザー増幅器媒質１０の端部２４に存在する
波および−Ｚ軸に沿つて（すなわち、反時計方向に）端
部２４に入る波に対して行われる。永久磁石３０が図示
されない適当な手段によつてレーザー増幅器媒質１０の
まわりに取り付けられてレーザー増幅器媒質を通し図示
したように−ｚ軸に平行な磁界肩（ここでは１００ガウ
スの程度（すなわち、大地の磁界および他の浮遊磁界よ
りも実質上大きい））を生じさせる。

注意すべきことは、別の方法として、このような磁界肩
は媒質１０を電線のコイルで取り囲みそしてこのような
電線を通しありふれた直流電源から供給される適当な量
の電流を流すことによつても発生し得るということであ
る。このような磁界はレーザー増幅器媒質中にヘリウム
−ネオン原子の原子磁気ダイポールの歳差運動を生じさ
せ、これらのダイポールはこのような円偏波電磁波の磁
気ベクトル成分の回転方向に従つてそれを通過する波と
作用する。特に、このような磁気ベクトルの回転方向が
ヘリウム−ネオン原子の歳差原子磁気ダイポールの回転
方向と同じであるときには、磁界Ｈの影響の下に媒質１
０によつて通過波に対し与えられる屈折率はこの歳差原
子磁気ダイポールの回転方向と逆の磁気ベクトル回転方
向を有する通過波に対し与えられる屈折率と異なる。上
述した効果は１９６２年７月に発行されたジヤーナル・
オブ・アプライド・フイジツクス、第３３巻第７号２３
１９−２３２１頁のエツチ・スタツツ（Ｈ．ＳＴＡＴＺ
）、アール・パアナネン（Ｒ．ＰＡ−ＡＮＡＮＥＮ）お
よびジ一・エフ・コスタ一（Ｇ．Ｆ．ＫＯＳＴＥＲ）に
よる［気体ヘリウム−ネオン光学メーザ一におけるゼー
マン効果」、１９６３年１月に発行されたプロシーデイ
ングス・オブ・ザ・アイ・イ一・イ一・イ一第５１巻第
１号のアール・パアナネン・シ一・エル・タング（Ｃ．
Ｌ．ＴＡＮＧ）およびエツチ・スタツツによる「気体ヘ
リウム−ネオン光学メーザ一におけるゼーマン効果］、
および１９６６年１０月４田こ発明者エツチ・スタツツ
およびアール・エ一・パアナマンに対し許可され本願と
同じ譲受人に譲渡された［レーザーを変調するための装
置」という名称の米国特許第３，２７７，３９６号の明
細書に論じられている。そこに論じられているように、
レーザー増幅器媒質に対する磁界Ｈの影響は下記の式に
従う量△Ｆとして磁界Ｈの方向に対し同じ方向で媒質を
通過する左旋回円偏波および右旋回円偏波の共振周波数
を分離することである。すなわち、ここで９−ランデ比
（磁気回転比）Ｚｌ．３ Ｂ＝ボーア磁子 ｈ−プランクの定数 △Ｙｃ−レーザー空胴共振Ｆ。

／Ｑの半値幅（ＦＯけレーザー増幅器媒質１０の周波数
で、ここでは４．７４×１０１４Ｈｚであり、Ｑは共振
器のＱ（ＱｕａｌｉｔｙｆａｃｔＯｒ）でここではほぼ
１０８である）△ＹＮｅ＝ネオンレーザーラインの半値
幅でほぼ１ＧＨｚである。

〜ト 従つて、１００ガウスの磁界Ｈに対しては鳩 である。

これに関連して△Ｆに対し好ましい範囲は１００ＫＣな
いし１．０ＭＨｚである。

第１図に関連して上述したように、反射器１２一２２は
異なる周波数Ｆａ，ｆｂで共振する両円偏波方向の作動
用の波であると考えることができる。

レーザー増幅器媒質１０に対する磁界肩の影響は、両円
偏波方向を通しかつ媒質１０を通し同じ方向に通過する
波に対し異なる屈折率を与えることであるけれども、リ
ング共振器を通して一方向、例えば時計方向に通過する
一円偏波方向の波に対する屈折率の変化はリング共振器
を通して反時計方向に通過する逆円偏波方向の波に対す
るのと同じである。従つて、このような磁界肩の効果は
周波数ｆおよびＦｂを有する逆方向に偏波された波の各
１つを２つの周波数Ｆａ′，Ｆａ７，ｆｂ′，Ｆｂ″に
分割することであると考えることができ、ここで１ｆａ
′−Ｆａ″１−１ｆｂ′−Ｆｂ″Ｉで、周波数Ｆａ′，
Ｆｂ′の波は逆関係にある円偏波方向を有しかつリング
共振器中を一方向、例えば反時計方向に進み、周波数Ｆ
ａ″，Ｆｂ″の波も逆関係にある円偏波方向を有するが
しカルリング共振器中を時計方向に進む。すなわち、同
じ円偏波方向を有しリング共振器中を両方向に進む波は
ゼーマン効果のために異なる共振周波数を有する。従つ
て、反射器１２−２２およびレーザー増幅器媒質１０内
→の磁界Ｈの組合せはリング共振器が第３Ｃ図に示され
たような発振周波数を有する波、すなわち、例えば時計
方向に進む２つの波３２，３４および例えば反時計方向
に進む２つの波３６，３８を維持するようにするもので
あり、２つの波は逆円偏波方向を有して時計方向に進み
、２つの波は同じく逆円偏波方向を有し反時計方向に進
む。

これらの周波数はレーザー増幅器媒質１０の最大利得周
波数の中心からの正および負の差として示されている（
第３Ｃ図）。ここで注意すべきことは、これらの波の磁
気回転ベクトルの相互作用およびヘリウム−ネオン原子
の原子磁気ダイポールの回転方向によつてこれらの波に
対し与えられる屈折率の差はレーザー増幅器媒質の放出
線の近くで最大であるということである。

同様に、逆の偏波方向の波に対し異なる屈折率を生じさ
せるフアラデ一効果はそこに用いられた媒質の吸収線（
または帯域）の近くで最大であり、例えばフアラデ一回
転子に水晶の結晶が用いられたときは水晶の結晶の吸収
線の近くで最大である。しかしながら、このような効果
が加えられる波の共振周波数は一般的にはフアラデ一回
転子に用いられた媒質の吸収線と実質上異なる。しかし
ながら、ここに説明される共振器では、共振器内の波の
共振周波数はレーザー媒質の放出線の周波数と実質上同
じであり、従つて、このレーザー増幅器媒質の使用は前
述したようにこのような周波数分離に対して水晶の結晶
の媒質の使用よりもより有効な周波数分離を逆偏波方向
の波に与える。鏡２０はここでは時計方向に進む波およ
び反時計方向に進む波の一部が安定化装置および利用装
置４０まで通過するのを可能ならしめるように部分的に
透過性（典型的には０．１パーセント以下）である。

別の方法として、共振器内の種々の構成要素の表面から
の反射波を任意のありふれた光学的手段（図示せず）に
より安定化装置および利用装置４０に導くこともできる
。ここではこのような装置４０は反射器２２に適当に固
定された圧電素子４１に対する電気信号を発生するため
の差動増幅器（図示せず）を含み、この電気信号は反射
器２２の位置を制御することによつてレーザー増幅器媒
質１０の中央の最大利得周波数カーブの両側に４つの周
波数を対称的に維持し、そして装置４０は更にジヤイロ
スコープ軸のまわりのレーザー共振器の回転速度の指示
を与えるためのカウンタ（図示せず）も含む。このよう
な安定装置および利用装置４０は前述した米国特許第３
，７４１，６５７号の明細書に説明されている。ここで
注意すべきことは、ネオンの２つの異なるアイソトープ
すなわち２２．Ｎｅおよび２０。

Ｎｅがレーザー増幅器媒質１０内に用いられていること
である。レーザー用媒質の２つの異なるアイソトープは
、空胴長がレーザー増幅器媒質の中央の最大利得カーブ
のまわりに４つの周波数を対称的に維持するように安定
化されたとき４つの波の各１つがレーザー用媒質の異な
る組の原子すなわち異なる速度の原子と相互作用するよ
うに設けられる。これに関連して、２０Ｎｅアイソトー
プはその比較的に少さい原子重量を補償するためネオン
原子の５２％を構成する。すなわち、複合型レーザー媒
質に関連する最大利得が２つのアイソトープに関連する
共振周波数間の中途にあるようにするため、２２Ｎｅの
百分率（４８％）と比較して大きな百分率の２０．Ｎｅ
（５２％）が用いられる。この構成では４つの波の対応
するものと相互作用する異なる組の原子は互に最大の隔
離を有する。ジヤイロスコープ軸の方向はベクトルＧに
沿う。

このようなベクトルＧは下記の線積分に従つて計算され
る。→ ここで、Ｄｒはこのような路上の一点において路→に沿
う進行方向であり、γはそのような点の位置ベクトルで
ある。

第１図で説明したリング共振器を考察すれば、共振器内
のこのような波は２つの直交する面、すなわち水平面２
６および垂直面内を通過するのが知られる。水平面内に
封じ込まれる面積はＡ１−Ｚ（Ｄ２＋Ｄ３）Ｄ４である
。垂直面内に封じ込まれる面積はＡ２＝Ｄ２ｄｌである
。従つて、ジヤイロスコープ軸はベクトルＧに沿い、で
ある。ここで第４図を参照すれば、レーザーリング共振
器はここではレーザー増幅器媒質１０および４つの反射
器、すなわち、共振器が円偏波を有する波を維持できる
ようにしかつ右旋回方向円偏波が左旋回方向円偏波と異
なる位相変化差を有するように図示されたように配置さ
れた反射器４２，４４，４６，４８を含み、これらのレ
ーザー増幅器媒質１０および反射器４２−４８はありふ
れた手段（図示せず）によつて台４９に適当に取り付け
られる。

レーザー共振器が４つの異なる周波数を有する円偏波を
維持できるようにしこれによつて装置が第１図に関連し
て説明したように４周数数型レーザーとして用いられ得
るようにするため永久磁石３０が含まされている。また
、安定化装置および利用装置４０が含まされていて第１
図に関連して説明したように反射器４４を通過する波の
部分に応答することによつて反射器４２（この反射器４
２はそれに装着された圧電素子を有する）の位置を制御
する。注目すべきことは反射器４２（ここでは凹面を有
する）に入射しそれによつて反射されるレーザー波は台
４９の面に平行な面４５内にあるということである。

レーザー媒質１０の端部４３の出力で発生される波を考
察すれば、反射器４４はそれに入射したビームを面４５
から離して反射器４６へと導く。反射器４６はそれに入
射したビームを反射器４８に導き、反射器４８はビーム
を（図示されたように）台４９の面に平行な面内におい
てすなわち、セグメントＡおよびＢは台４９の面に平行
な面内にあり、セグメントＣおよびＤは台４９の面と交
差する面内にある。反射器４２−４８はリングレーザー
内で共振する波の電磁界分布をこれらの波がリング共振
器を横断するとき波の伝搬方向のまわりに一π／２ラジ
アンだけ回転させるように方向づけられている。

これらの反射器の正しい方向を定めるために反射器４２
−４８の対によつて発生される反射波を解析するのが助
けとなる。まず、反射器４６および４８を考察すれば、
これらの反射器の表面はそれぞれ２つの交差する面６０
，６２（点線で示されている）内にあるのを注目すべき
である。これらの面は２面からなる軸６４に沿つて交差
しそして！Ｈ；；マ舒？二：神：：種：ているように、
像についての２つの相続く反射はこれらの反射器の表面
が位置する２つの面によつて形成される２面軸のまわり
での２γの角度の像の回転に等価である。

すなわち、こわらの反射器の表面への垂線がそれぞれ舎
，および合，であるとすれば、である。

再び第４図を参照すれば、反射器４６，４８はリング共
振器のセグメントＣを通過する波が反射器４６，４８に
よる反射の後に共振器（図示したような）のセグメント
Ａ（反射器４２および４８間）を通過するときレーザー
媒質１０の縦軸に沿つて導かれるように方向づけられて
いる。

反射器４６，４８の方向をこのようにしておくとセグメ
ントＣ内の波の電磁界分布はセグメントＡ内では△これ
らの反射器によつて単位ベクトルｒのまわりに２γ度の
角度だけ回転させられる。

同様に、２面からなる角度および軸の方向は反射器４２
および４６に関連しており、そしてセグメントＡ内の波
の電磁界分布はセグメントＣ内ではそのような角度およ
び軸の方向に従つて付加的に回転させられる。右旋回円
偏波と左旋回円偏波との間にπラジアンの位相差を与え
るように伝搬方向のまわりの電磁界分布の一π／２ラジ
アンの司転を行うために、反射器４２−４８は下記の方
向を有するようにされる。このような方向を与えれば反
射器４２および４４は一円偏波方向の伝搬送の電磁界分
布を一４．３００度回転させそして反射器４６，４８は
そのような波の電磁界分布を−８５．７００度回転させ
、合計の回転は−９０度であることが注目される。

このような形状においては、セグメントＡは１５．７セ
ンチメニトル（Ｃｆｎ）である。

リング共振器をめぐる光学路長はここでは５０？である
。従つて、共振モード（特定の１つの偏波の波に対する
）に対するモード間間隔△ｖはＣが光速度を表わしｌが
光学路長を表わすものとすれば△ｖ＝Ｃ／ｌであるので
、△Ｖはここでは６００ＭＨｚに等しい。反射器４２−
４８は逆方向に偏波された波の間に１８０゜の位相差を
与えるように配列されているので、逆方向の偏波をもつ
これらの波の間の周波数分離は３００ＭＨｚであり、云
い換えればモード間間隔の半分すなわち△／２である。
この１８０゜の位相差はこのような逆方向に偏波された
波の間に最大の分離を与えることを注目すべきである。
更に、このような分離は位相差が０゜から１８０゜まで
変化するとき零からそのような最大値まで変化する。位
相差が１８０゜から３６０大まで増すときこの分離は逆
にそのような最大値から零まで対応的に変化する。前述
したことから知られるように、異なる共振周波数をそれ
ぞれ有する反対の偏波方向の円偏波を生じさせるように
リング共振器を通しで伝搬する波の電磁界分布を回転さ
せるのに用いられるこの反射光学的装置は、そのような
異なる周波数の円偏波を生じさせるための異方性水晶回
転子を含む機構と比較して共振器と関連する損失および
散乱を減らす。

更に、このような反射光学的装置は異方性水晶回転子を
取り除くことによつて共振器内の線形複屈折の量を減ら
し、従つて、そのような異方性水晶回転子と比較して伝
搬波に対しそれから生ずる楕円率の程度を減らす。この
ような回転子の光軸の不整列は不所望な残留楕円率を生
じさせてしまうものである。このような残留楕円率はこ
のような水晶回転子を有するリング共振器に不所望な不
安定を生じさせる。ここに説明した反射光学的装置はこ
れによつてこの残留楕円率の原因を効果的に取り除いて
しまつており、従つてこの不安定を減らす。更に水晶回
転子の異方性媒質の除去は媒質を通過する波に対するフ
ィソーフレネル抵抗効果を取り除く。更に、共振器の利
得は水晶回転子および固体媒質フアラデ一回転子の表面
上に一般に用いられる２つの比較的に損失性の反射防止
被覆に起因する損失を除去することによつて改善される
。本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の範囲
内で種々の変形、改変をなし得ることを理解すべきであ
る。

例えば、レーザー増幅器媒体１０に対してはネオン・ア
イソトープの他の混合物を含めて他のレーザー用媒体を
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するリング共振器の概略図、第２
Ａないし２Ｃ図は本発明の理解を助ける略図、第３Ａな
いし３Ｃ図は第１図に示された装置の動作特性の理解を
助ける図、第４図は本発明によるリング共振器の別の実
施例の概略図である。 １０：レーザ一増幅器媒質、１２，１４，１６，１８，
２０，２２：反射器、３０：永久磁石、４２，４４，４
６，４８：反射器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ （イ）非固体媒質を通して共振電磁波を伝搬させる
   共振器であつて、増幅器媒質を含む電磁波リング共振器
   と、（ロ）前記電磁波リング共振器内に設けられる複数
   の反射器であつて、複数の電磁波を前記リング共振器内
   の所定の路を通して共振させ、該路の第１の部分が第１
   の面内にあり、前記路の第２の部分が前記第１の面と交
   差する第２の面内にあつて前記共振器をまわる電磁波の
   電磁界分布を回転させ、円偏波共振波を発生させる反射
   器と、（ハ）前記増幅器媒質を含み、該媒質内を異なる
   方向に通過する同じ偏波方向の複数の電磁波に対し異な
   る屈折率を与える装置と、とから構成される電磁波リン
   グ共振器装置。