可視光ミラー、可視光発振ガスレーザ、及びリングレーザジャイロ
【課題】従来とは異なる方法により耐紫外線性が高くかつ高反射率の可視光ミラーを実現する。
【解決手段】この課題を解決するために、本発明に係る可視光ミラーは、基板と、基板上に形成され、紫外線の照射により可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層を含んだ、可視光を反射する多層膜ミラーである可視光ミラースタック層部と、可視光ミラースタック層部上に形成され、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上の多層膜ミラーである紫外線ミラースタック層部とを備える。
【解決手段】この課題を解決するために、本発明に係る可視光ミラーは、基板と、基板上に形成され、紫外線の照射により可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層を含んだ、可視光を反射する多層膜ミラーである可視光ミラースタック層部と、可視光ミラースタック層部上に形成され、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上の多層膜ミラーである紫外線ミラースタック層部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高反射率ミラー等、誘電体多層膜光学素子の耐紫外線性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リングレーザジャイロ等に用いられるＨｅ−Ｎｅレーザ（発振波長６３３ｎｍ）やその他のガスレーザを反射する高反射率ミラーは一般に誘電体多層膜で構成されるが、この誘電体多層膜がレーザ媒体のプラズマから輻射される紫外線の照射を受けると、使用波長（レーザ発振波長）における吸収損失が可逆的現象として増大劣化することが知られている。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、ミラーを紫外線不感性の高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対のみにより構成することが考えられ、かかる技術が特許文献１に開示されている。しかし、一般に知られている不感性材料の場合、屈折率が低いため十分な反射率を得るには層対数を多くする必要がある。そこで、層対数を減らすべくミラーを、基板上に被着される紫外線感応高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対と、その上に被着される複数の紫外線不感性高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対との二段階構造により構成する耐紫外線性高反射率ミラーも考えられており、特許文献２に開示されている。具体的には、紫外線感応高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対として、従来から高反射率ミラーとして一般的に用いられてきたＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対を用いつつ、そのＴｉＯ２膜のもつ吸収損失特性の悪さによる影響を軽減すべく、紫外線感応高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対の上に紫外線不感性高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対、例えばＨｆＯ２／ＳｉＯ２層対を被着する。このような二段階構成にすることで、高反射率（高屈折率比）のＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対の適用により全体の層数を抑えつつ、紫外線感応度の高いＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対を紫外線不感性のＨｆＯ２／ＳｉＯ２層対の背後に後退させることで、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対部分に到達する紫外線光量を減らし、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対における損失増加がミラーの反射率に与える影響を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７２３３０号公報
【特許文献２】特開平２−１９２１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
耐紫外線性の高い可視光ミラーは従来の方法によっても実現可能ではあるが、ミラーの使用条件、製造条件等に応じ複数の実現方法の中から最も効果の高い実現方法を選択できることが望ましい。
【０００６】
このような事情に鑑み、従来とは異なる方法により耐紫外線性が高くかつ高反射率の可視光ミラーを実現するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る可視光ミラーは、基板と、基板上に形成され、紫外線の照射により可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層を含んだ、可視光を反射する多層膜ミラーである可視光ミラースタック層部と、可視光ミラースタック層部上に形成され、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上の多層膜ミラーである紫外線ミラースタック層部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、従来とは異なる方法により耐紫外線性が高くかつ高反射率の可視光ミラーを実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】Ｈｅ−Ｎｅレーザの紫外線領域での発光スペクトルを例示する図。
【図２】紫外線感応材料からなるミラーにおいて紫外線の存否により全損失（＝吸収損失＋散乱損失＋透過損失）に相違が生じることを例示する図。
【図３】紫外線照射環境におけるミラー全損失の測定系を例示する図。
【図４】本発明の可視光ミラーの構成を例示する図。
【図５】図４に係る可視光ミラー１０の反射率性能のデータと、レーザ媒体たるＨｅ、Ｎｅ各原子から輻射される紫外線のスペクトラムの関係を示す図。
【図６】図５の波長４００ｎｍ以下部分の拡大図。
【図７】従来構成の可視光ミラーと本発明の可視光ミラーとの全損失の相違を例示する図。
【図８】可視光発振ガスレーザ３０及びリングレーザジャイロ４０の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［考察］
まず、図１にＨｅ−Ｎｅレーザの紫外線領域における発光スペクトルを示す。図１から、レーザ発振光とは別にレーザ媒体のプラズマから輻射される紫外線が、紫外線領域の広い波長範囲にわたって分布していることがわかる。このように紫外線が輻射されている環境下で紫外線感応材料からなるミラーを使用した場合、ミラーの反射率が低下することによりレーザ出力が低下するという問題が生じる。この問題に対し、全ての紫外線のスペクトラムが関わっているのか、それとも一部の波長成分のみが関わっているのかについては、従来明らかにされていなかった。
【００１１】
そこで発明者らは、紫外線感応材料からなる高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対ミラーの一例であるＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２ミラーについて、紫外線が照射されていない時、照射されている時、及び４種類の紫外線カットフィルタを介して間接的に照射されている時それぞれの、使用波長６３３ｎｍ（レーザ発振光）におけるミラーの損失の変化を調べる実験を行った。図２にその結果を示す。なお、ミラーはＴａ２Ｏ５膜１９層とＳｉＯ２膜１８層との交互積層による３７層からなるものである。実験に係る測定系には図３に示すような、参照ミラー１と参照ミラー２とを含んで構成された光共振器の光路中に、試料である上記ミラーを介在させ、Ｈｅ−Ｎｅレーザの光を注入して共振させて、その注入光を遮断した時の共振器内の光強度の減衰を観測することにより上記ミラーの損失を評価する、キャビティーリングダウン方式の装置を利用した。なお、紫外線照射装置の光源には水銀キセノンランプを使用しており、各紫外線カットフィルタの透過率は図２中に示すそれぞれのエッジ波長で２０％以下である。
【００１２】
図２に示すように、ミラーに紫外線を照射するとミラーの全損失が増加し、紫外線カットフィルタを介して照射するとその全損失は減少する。しかし、紫外線カットフィルタの帯域の選び方によっては、それが紫外線領域のうちの一部の波長成分のみを阻止するものであっても、全紫外線領域を阻止するフィルタを挿入した場合と同程度の損失減少効果が得られることがわかった。すなわち、ミラーの紫外線感応材料の損失増加を誘起しているのは、照射紫外線の波長成分の一部である。図２の例において、より具体的には、上記Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２層対でなるミラーの場合、ミラーへの照射紫外線に３２０ｎｍ以下カットフィルタを挿入すると、阻止域が全紫外線領域を網羅する４６０ｎｍ以下カットフィルタを挿入した時とほとんど差異のない全損失の変化特性が得られたが、紫外線カットフィルタを３００ｎｍ以下カットのものに差し替えると、先の２つのカットフィルタの場合と比べ明らかに全損失が大きくなった。つまり、全紫外線領域を阻止するフィルタを挿入した場合と同程度の損失減少効果を得るためにカットすべき波長成分の境界は３２０ｎｍと３００ｎｍとの間にある。従って、ミラーに入射する紫外線のうち少なくとも３２０ｎｍ以下の波長成分を十分に遮断すれば、紫外線による損失増加を抑制するという目的を達することができることがわかる。
【００１３】
誘電体多層膜からなる紫外線カットフィルタを特定の多層膜ミラーのオーバーコートとして適用することを考えると、全紫外線領域を網羅する阻止域を有しかつ実際にレーザ用ミラーを被覆するのに好適な層構造を構成することは、一般には容易ではない。これに対し、多層膜ミラーに応じてその損失増大を誘起する紫外線の帯域を明らかにし、その帯域を十分に遮断するオーバーコート層を好適に多層膜ミラー上に構成することは、比較的容易である。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図４を用いて実施例１に係る可視光ミラー１０を説明する。
＜可視光ミラー１０＞
図４に第１実施形態の可視光ミラー１０の構成例を示す。可視光ミラー１０は、基板１１と可視光ミラースタック層部１２と紫外線ミラースタック層部１３と保護層１４とから構成される。
【００１６】
＜基板１１＞
基板１１は、例えば、ガラスセラミック材料等の熱膨張率が低い材料を用いるのが望ましい。Ｈｅ−Ｎｅリングレーザジャイロの動作温度範囲内での温度変化について受ける寸法の変化が小さいことが望まれるためである。但し、これに限定されるものではなく、他の材料を用いてもよい。
【００１７】
＜可視光ミラースタック層部１２＞
可視光ミラースタック層部１２は、基板１１上に形成され、紫外線の照射により可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層を含んだ、可視光を反射する多層膜ミラーである。
【００１８】
例えば、可視光ミラースタック層部１２は、複数の高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対により構成される。可視光ミラースタック層部１２には、後述する紫外線ミラースタック層部１３を経た紫外線量が低減された光が到達するため、ここに適用する高屈折率の誘電体材料は、紫外線感応度の高さを気にすることなくあくまで高反射率を重視して選択することができる。このような構成に適した高屈折率の誘電体材料としては、例えばＴａ２Ｏ５が挙げられ、低屈折率の誘電体材料としては、ＳｉＯ２が挙げられる。例えば、可視光ミラースタック層１２は、おのおの使用波長６３３ｎｍ（レーザ発振光）の１／４波長の光学膜厚を持つＴａ２Ｏ５膜１９層とＳｉＯ２膜１８層との交互積層による３７層からなる。図２より、このような構成とすることで、紫外線照射が無い時の特定の波長の可視光に対する全損失が約３０ｐｐｍとなる。可視光ミラースタック層部１２は、紫外線照射が無い時の特定の波長の可視光に対する全損失が５０ｐｐｍ以下であれば、高反射率と考えられる。なお、紫外線ミラースタック層部１３を介在させない場合、図２からわかるように、この層は、紫外線照射時の全損失が約１８０ｐｐｍであり、照射が無いときの全損失が約３０ｐｐｍであり、紫外線照射により、１８０ｐｐｍ−３０ｐｐｍ＝約１５０ｐｐｍの可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層である。
【００１９】
なお、本実施例は発明の内容を限定するものではない。例えば、可視光ミラースタック層部１２の紫外線照射が無い時の特定の波長の可視光に対する全損失が５０ｐｐｍより大きくても、紫外線照射時にトータルとして高い反射率の可視光ミラーを構成することができればよい。また、例えば、高屈折率／低屈折率誘電体に他の材料を用いてもよいし、交互積層数は、必要に応じて適宜選択してよい。
【００２０】
＜紫外線ミラースタック層部１３＞
紫外線ミラースタック層部１３は、可視光ミラースタック層部１２上に形成され、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上の多層膜ミラーからなる。
【００２１】
例えば、紫外線ミラースタック層部１３は、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上となるように、複数の高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対により構成される。
【００２２】
このような構成に適した高屈折率の誘電体材料としては、例えばＨｆＯ２又はＺｒＯ２が挙げられ、低屈折率の誘電体材料としては、ＳｉＯ２が挙げられる。例えば、紫外線ミラースタック層部１３は、３２０ｎｍ以下の短波長領域において反射率が約９０％を示す多層膜ミラーとして、おのおの波長２７０ｎｍの１／４波長の光学膜厚を持つＨｆＯ２８層とＳｉＯ２８層、または、ＺｒＯ２８層とＳｉＯ２８層との交互積層による１６層からなる。
【００２３】
なお、特許文献２の第２被着部分は、本実施例と同様にＨｆＯ２とＳｉＯ２により構成されるが、その光学膜厚は、使用波長６３３ｎｍ（レーザ発振光）の１／４波長である。一方、本実施例の紫外線ミラースタック層部１３は、紫外線を反射するために、波長２７０ｎｍの１／４波長の光学膜厚であり、特許文献２とは技術的思想が異なる。また、積層数も異なる。さらに、本実施例の紫外線ミラースタック層部１３は、紫外線を反射するため、可視光ミラースタック層部１２へ照射される紫外線は減少する。そのため、可視光ミラースタック層部１２において、紫外線による物理変化や化学変化を抑制でき、可視光ミラー１０は、従来より耐久性が高いという効果を奏する。
【００２４】
図５は、図４に係る可視光ミラー１０の反射率性能のデータ（計算値）と、レーザ媒体たるＨｅ、Ｎｅ各原子から輻射される紫外線のスペクトラムの関係を示す。図６は、図５の波長４００ｎｍ以下部分の拡大図である。図５、６から、可視光ミラー１０は、紫外線領域の内３２０ｎｍ以下の領域では、９０％以上の反射率であることが分かる。また、可視光領域の６３３ｎｍを中心に上下４０〜５０ｎｍにおいて９９％以上の反射率である。特に、発振周波数における波長６３３ｎｍでは、反射率９９．９９３０％となる。以下、このシミュレーション結果について説明する。
【００２５】
図２からわかるように、可視光ミラースタック層部１２を紫外線カットフィルタにより防護することにより、紫外線が照射されることによる全損失の増加を抑制することができる。そこで、紫外線ミラースタック層部１３にこのフィルタの役目を果たす紫外線反射性の多層膜ミラーを適用する。
【００２６】
紫外線ミラースタック層部１３において紫外線を反射すべき波長帯域、言いかえれば、紫外線防護により可視光ミラースタック層部１２での全損失増加の抑制効果が効率的に得られる波長帯域は、可視光ミラースタック層部１２に適用される高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対の材料により異なる。例えばＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２の場合は、図２からわかるように３２０ｎｍ以下カットフィルタ、３８０ｎｍ以下カットフィルタ、及び４６０ｎｍ以下カットフィルタのそれぞれについては効果に大差は無く、一方３００ｎｍ以下カットフィルタでは全損失が相対的に大きくなっている。そこで、Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２の場合は、紫外線ミラースタック層部１３に３２０ｎｍ以下の短波長領域において５０％以上の反射率を示す多層膜ミラーを適用することにより、可視光ミラースタック層部１２に可視光吸収増大を誘起する紫外線の到達を効果的に抑制することができると言える。
【００２７】
なお、可視光ミラースタック層部１２と紫外線ミラースタック層部１３の反射する波長帯域が近い場合には、互いの反射光が干渉しやすくなる。そのため、可視光ミラースタック層部１２と紫外線ミラースタック層部１３の反射する波長帯域は離れていることが望ましい。よって、使用波長６３３ｎｍ（レーザ発振光）とする場合には、紫外線ミラースタック層部１３に４６０ｎｍ以下の短波長領域において５０％以上の反射率を示す多層膜ミラーを用いるよりも、３２０ｎｍ以下の短波長領域において５０％以上の反射率を示す多層膜ミラーを用いるほうが高性能となる。
【００２８】
なお、ＺｒＯ２についてシミュレーション結果は記載していないが、ＺｒＯ２のバンドギャップの大きさは、ＨｆＯ２と同等であることから（ＨｆＯ２とＺｒＯ２のバルク材料のバンドギャップは、ＨｆＯ２が５．６３ｅＶ（光の波長に換算して２２０ｎｍ）であり、ＺｒＯ２が５．４ｅＶ（光の波長に換算して２３０ｎｍ）である）、同等の紫外線に対する耐久性を有すると考えられる。なぜなら、物質にバンドギャップの大きさに相当する光を照射すると、光のエネルギーの吸収が起こり、吸収したエネルギーを熱や格子緩和等で失う過程で構造欠陥などダメージが発生する。つまり、物質のバンドギャップが大きければ大きいほど、光のエネルギーの吸収が起こりにくく、ダメージが発生しないため、紫外線に対する耐久性が優れているからである。
【００２９】
＜可視光ミラースタック層部１２と紫外線ミラースタック層部１３の組合せ方法＞
なお、紫外線ミラースタック層部での３２０ｎｍ以下の短波長領域における反射率（例えば、５０％）は、紫外線遮断という観点からは高いほど望ましいが、その副作用として可視光領域の反射率の低下を招く。そのため、紫外線ミラースタック層部が備えるべき３２０ｎｍ以下の反射率は、可視光ミラースタック層部の紫外線感応度とのトレードオフによりケースバイケースで決することになる。例えば、可視光ミラースタック層部１２に適用する高屈折率誘電体として紫外線感応度が高く高反射率（例えば、紫外線照射の無い時の特定の波長の可視光に対する損失が５０ｐｐｍ以下）の素材（例えば、損失が約３０ｐｐｍのＴａ２Ｏ５）を選択した場合には、若干の反射率の低下を招いても紫外線ミラースタック層部１３に紫外線反射率が高いＨｆＯ２とＳｉＯ２との交互積層又はＺｒＯ２とＳｉＯ２との交互積層からなる多層膜ミラー等を適用することで、トータルとして高い反射率の可視光ミラーの実現が期待できる。一方、可視光ミラースタック層部１２に紫外線感応度が比較的低い素材を使用した場合には、紫外線ミラースタック層部１３に例えば紫外線反射率５０％程度の多層膜ミラーを適用しても、トータルとしてある程度高い反射率の可視光ミラーの実現が期待できる。つまり、紫外線ミラースタック層部１３は、紫外線の所定の波長帯域において、可視光ミラースタック層部１２の紫外線感応度に応じ、５０％以上の範囲から適切に選ばれた反射率を備えていればよい。また、可視光ミラースタック層部１２の紫外線非照射状態での使用波長における損失が十分に小さければ、紫外線ミラースタック層部１３自体が使用波長においてある程度の損失を持つことが許容される。そして、紫外線の上記所定の波長帯域は、多層膜ミラーに広帯域の紫外線を照射し、その紫外線に複数の適宜選んだ異なる阻止域を有する紫外線カットフィルタを取り替え挿入して当該多層膜ミラーの全損失を測る方法により決定することができる。
【００３０】
＜保護層１４＞
保護層１４は、例えば、紫外線ミラースタック層部１３の最上層（例えば、ＨｆＯ２層）の上に、被覆形成される。保護層１４は、例えば、１／２波長光学層厚をもつＳｉＯ２層であり、格別の光学的機能を有しない物理的保護層である。
【００３１】
＜効果＞
以上のように本発明は、全損失の増加を誘起する紫外線を高い反射率で反射する、紫外線ミラースタック層部を可視光ミラースタック層部の上にオーバーコーティングするという新しい手段により、耐紫外線性が高くかつ高反射率の可視光ミラーを実現するものである。
【００３２】
＜シミュレーション結果＞
図７に、紫外線ミラースタック層部１３をオーバーコートしない可視光ミラースタック層部１２（Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２層対）と保護層１４のみの可視光ミラーに対して、紫外線領域に広範囲にスペクトルが分布する光を照射した場合の６３３ｎｍ光に対する全損失値の実験データと、特許文献２で開示された従来構成の実験データと、実施例１の図４の構成による可視光ミラー１０に同様の光を照射した場合の計算値との比較を示す。実験に係る測定系は図３の構成から紫外線カットフィルタを取り除いた構成であり、この構成において紫外線照射装置をオン／オフすることにより測定を行った。図７において、丸印は紫外線を照射しない場合の６３３ｎｍ波長光に対する全損失値、菱印は紫外線を照射した場合の６３３ｎｍ波長光に対する全損失値である。実施例１の可視光ミラー１０の計算値は以下のようにして求めた。紫外線ミラースタック層部１３をオーバーコートしない可視光ミラースタック層部１２のみの実測値において、１００％の紫外線照射を受けた場合の損失増加が１５０ｐｐｍであるから、紫外線１％照射当りの損失増加を１．５ｐｐｍと見積もった。図５より、可視光ミラー１０の損失増大を誘起する波長域における紫外線ミラースタック層部１３の反射率が約９０％であり、紫外線照射中の実施例１の可視光ミラー１０の損失増加量計算値を（１００％−９０％反射）×１．５ｐｐｍ＝１５ｐｐｍと見積もった。なお、図７において、可視光ミラー１０の紫外線が無い場合の全損失値（約７０ｐｐｍ）は、図５の６３３ｎｍの場合に得られる反射率９９．９９３０％から得られる値である。図７からわかるように、紫外線の照射がない場合は、紫外線ミラースタック層部１３をオーバーコートしないミラーの全損失が最も小さく、従来技術によるミラーの全損失がその次に小さいが、紫外線を照射した場合は、従来技術によるミラーは紫外線ミラースタック層部１３をオーバーコートしないミラーと比べれば全損失の増加の抑圧効果が認められるものの、本発明の図４の構成の全損失の増加の抑圧効果は更に顕著であり、紫外線照射下での全損失の値は従来技術によるミラーを下回っている。この実験結果からも、本発明の構成が優れた耐紫外線性を有するものであることがわかる。
【００３３】
例えば、特許文献２は、紫外線照射中の全損失が１４０ｐｐｍ、可視光ミラー１０の紫外線照射無しの全損失が７０ｐｐｍである。よって、紫外線ミラースタック層部は、１００−（１４０−７０）／１．５＝５３．３％以上の反射率を有するものであれば、紫外線照射中において従来技術よりも全損失が少なくなると見積もることができる。さらに、前述の通り、紫外線ミラースタック層部１３において紫外線を反射するため、従来技術に比べ、可視光ミラースタック層部１２は、紫外線による物理変化や化学変化を抑制をすることができるという効果を奏する。
【００３４】
よって、紫外線ミラースタック層部１３が紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が約５０％であれば、従来技術と同等の全損失を実現し、さらに、より耐久性に優れた可視光ミラーを実現することができる。また、反射率が６０％以上であれば、従来技術よりも全損失を少なくすることができ、より耐久性に優れた可視光ミラーを実現することができる。
【実施例２】
【００３５】
実施例１に記した可視光ミラーを用いてレーザ発振用の光共振器を構成することにより、低損失の可視光発振ガスレーザ３０を構成することができる。
【００３６】
図８は、リングレーザジャイロ４０において用いられる可視光発振ガスレーザ３０の構成例を示す。例えば、特開２００７−９３５５１号公報（以下、「参考文献１」という）記載のリングレーザジャイロにおいて用いられる可視光発振ガスレーザ３０内に可視光ミラー１０を適用することができる。
【００３７】
可視光発振ガスレーザ３０の概要を説明する。例えば、可視光発振ガスレーザ３０は、レーザ光発振用のキャビティ４１と、レーザ光の光路を形成する３個の可視光ミラー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び図示しない電圧印加手段とを有する。
【００３８】
例えば、キャビティ４１内には、図示しないヘリウムとネオンとの混合物を入れる。図８に示す可視光発振ガスレーザ３０は、図示しない電圧印加手段によって電圧を印加される。この電圧の印加によって、レーザ光発振用のキャビティ４１、１個のレーザ光反射用ミラー１０ａ、２個のレーザ光反射用可動ミラー１０ｂ、１０ｃからなる閉じた光路４４に、左回りのレーザ光４５および右回りのレーザ光４６が発振する。なお、レーザ光反射用ミラー１０ａ、２個のレーザ光反射用可動ミラー１０ｂ、１０ｃの鏡面部分は実施例１記載の可視光ミラー１０により構成される。また、レーザ光反射用ミラー１０ａは、レーザ光が透過できるように適宜設計する。
【００３９】
発振した左回りのレーザ光４５および右回りのレーザ光４６は、レーザ光反射用ミラー１０ａから射出する。このような構成とすることによって、低損失の可視光発振ガスレーザ３０を構成することができる。
【実施例３】
【００４０】
実施例１に記した可視光ミラーを用いて角速度検出用のリングレーザ共振器を構成することにより、角速度の検出精度を向上したリングレーザジャイロを構成することができる。図８は、リングレーザジャイロ４０の構成例を示す。例えば、参考文献１記載のリングレーザジャイロに実施例１記載の可視光ミラーを適用することができる。
【００４１】
リングレーザジャイロ４０の概要を説明する。例えば、リングレーザジャイロ４０は、可視光発振ガスレーザ３０に加え、回転震動発生部５０、周期信号発生部５３、直角プリズム４７、フォトセンサ４８、信号処理部５１、バイアス信号除去部５２を有してもよい。
【００４２】
実施例２記載の可視光発振ガスレーザ３０から射出されたレーザ光は、リングレーザジャイロ４０の直角プリズム４７の作用によって干渉させられ、リングレーザジャイロ４０のフォトセンサ４８に干渉縞を形成する。
【００４３】
リングレーザジャイロ４０のフォトセンサ４８によって検知された干渉縞の情報（移動方向や速さなど）は、リングレーザジャイロ４０の信号処理部５１に入力され、角速度情報へと変換される。信号処理部５１によって出力された角速度情報は、リングレーザジャイロ４０のバイアス信号除去部５２の入力となる。リングレーザジャイロ４０の周期信号発生部５３は、適宜の周期信号を発生し出力する。周期信号発生部５３によって出力された周期信号は、リングレーザジャイロ４０の回転振動発生部５０の入力となる。リングレーザジャイロ４０の回転振動発生部５０は、周期信号発生部５３によって出力された周期信号に従って動作し、リングレーザジャイロ４０全体に回転振動を与える。このため、光路４４の周回方向に回転振動が与えられ、結果として、レーザ光の周回方向に回転振動が与えられることになる。また、回転振動発生部５０は、図示しないモニタ部を備えている。このモニタ部は、キャビティ４１全体の回転振動状態（位置や回転速度など）を検知し、この検知した回転振動状態をモニタ信号として出力する。信号処理部５１によって出力された角速度情報、周期信号発生部５３によって出力された周期信号および回転振動発生部５０のモニタ部によって出力されたモニタ信号は、リングレーザジャイロ４０のバイアス信号除去部５２に入力される。バイアス信号除去部５２は、周期信号およびモニタ信号の両方もしくは一方を用いて、角速度情報から、印加された周回方向の回転振動に相当する振動角速度信号を除去し、この結果を角速度信号として出力する。この角速度信号が、リングレーザジャイロ４０ないしリングレーザジャイロ４０を備える機器などの運動における角速度を表すことになる。
【００４４】
このような構成とすることによって、低損失でレーザを生成することができ、それにより、角速度の検出精度を向上したリングレーザジャイロを構成することができる。
【００４５】
なお、各可視光ミラー１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおいて、可視光とともに紫外線も反射されるが、光共振器２０内の共振条件は、可視光が強めあうように設定されているため、紫外線は、共振条件に合わなかったり、キャビティ内壁に吸収されることにより、減衰する。
【００４６】
なお、実施例１から３で開示される構造および方法は、本発明の原理を説明するものである。本発明はその精神または本質的な特性から逸脱することなく他の特定的な形式で実施されてもよい。説明された実施例はあらゆる面において、限定的なものではなく、例示的かつ説明的なものとして考えられるべきである。したがって、この発明の範囲を規定するのは上の好ましい実施例の説明ではなく、特許請求の範囲である。特許請求の範囲と等価な意味および範囲内にある、ここで説明された実施例に対する変形はすべて、この発明の範囲内に包含される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、紫外線が含まれる光が入射される誘電体多層膜光学素子を低損失に構成したい場合において特に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 可視光ミラー
１１ 基板
１２ 可視光ミラースタック層部
１３ 紫外線ミラースタック層部
１４ 保護層
３０ 可視光発振ガスレーザ
４０ リングレーザジャイロ
【技術分野】
【０００１】
本発明は高反射率ミラー等、誘電体多層膜光学素子の耐紫外線性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リングレーザジャイロ等に用いられるＨｅ−Ｎｅレーザ（発振波長６３３ｎｍ）やその他のガスレーザを反射する高反射率ミラーは一般に誘電体多層膜で構成されるが、この誘電体多層膜がレーザ媒体のプラズマから輻射される紫外線の照射を受けると、使用波長（レーザ発振波長）における吸収損失が可逆的現象として増大劣化することが知られている。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、ミラーを紫外線不感性の高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対のみにより構成することが考えられ、かかる技術が特許文献１に開示されている。しかし、一般に知られている不感性材料の場合、屈折率が低いため十分な反射率を得るには層対数を多くする必要がある。そこで、層対数を減らすべくミラーを、基板上に被着される紫外線感応高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対と、その上に被着される複数の紫外線不感性高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対との二段階構造により構成する耐紫外線性高反射率ミラーも考えられており、特許文献２に開示されている。具体的には、紫外線感応高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対として、従来から高反射率ミラーとして一般的に用いられてきたＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対を用いつつ、そのＴｉＯ２膜のもつ吸収損失特性の悪さによる影響を軽減すべく、紫外線感応高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対の上に紫外線不感性高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対、例えばＨｆＯ２／ＳｉＯ２層対を被着する。このような二段階構成にすることで、高反射率（高屈折率比）のＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対の適用により全体の層数を抑えつつ、紫外線感応度の高いＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対を紫外線不感性のＨｆＯ２／ＳｉＯ２層対の背後に後退させることで、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対部分に到達する紫外線光量を減らし、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２層対における損失増加がミラーの反射率に与える影響を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７２３３０号公報
【特許文献２】特開平２−１９２１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
耐紫外線性の高い可視光ミラーは従来の方法によっても実現可能ではあるが、ミラーの使用条件、製造条件等に応じ複数の実現方法の中から最も効果の高い実現方法を選択できることが望ましい。
【０００６】
このような事情に鑑み、従来とは異なる方法により耐紫外線性が高くかつ高反射率の可視光ミラーを実現するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る可視光ミラーは、基板と、基板上に形成され、紫外線の照射により可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層を含んだ、可視光を反射する多層膜ミラーである可視光ミラースタック層部と、可視光ミラースタック層部上に形成され、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上の多層膜ミラーである紫外線ミラースタック層部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、従来とは異なる方法により耐紫外線性が高くかつ高反射率の可視光ミラーを実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】Ｈｅ−Ｎｅレーザの紫外線領域での発光スペクトルを例示する図。
【図２】紫外線感応材料からなるミラーにおいて紫外線の存否により全損失（＝吸収損失＋散乱損失＋透過損失）に相違が生じることを例示する図。
【図３】紫外線照射環境におけるミラー全損失の測定系を例示する図。
【図４】本発明の可視光ミラーの構成を例示する図。
【図５】図４に係る可視光ミラー１０の反射率性能のデータと、レーザ媒体たるＨｅ、Ｎｅ各原子から輻射される紫外線のスペクトラムの関係を示す図。
【図６】図５の波長４００ｎｍ以下部分の拡大図。
【図７】従来構成の可視光ミラーと本発明の可視光ミラーとの全損失の相違を例示する図。
【図８】可視光発振ガスレーザ３０及びリングレーザジャイロ４０の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［考察］
まず、図１にＨｅ−Ｎｅレーザの紫外線領域における発光スペクトルを示す。図１から、レーザ発振光とは別にレーザ媒体のプラズマから輻射される紫外線が、紫外線領域の広い波長範囲にわたって分布していることがわかる。このように紫外線が輻射されている環境下で紫外線感応材料からなるミラーを使用した場合、ミラーの反射率が低下することによりレーザ出力が低下するという問題が生じる。この問題に対し、全ての紫外線のスペクトラムが関わっているのか、それとも一部の波長成分のみが関わっているのかについては、従来明らかにされていなかった。
【００１１】
そこで発明者らは、紫外線感応材料からなる高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対ミラーの一例であるＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２ミラーについて、紫外線が照射されていない時、照射されている時、及び４種類の紫外線カットフィルタを介して間接的に照射されている時それぞれの、使用波長６３３ｎｍ（レーザ発振光）におけるミラーの損失の変化を調べる実験を行った。図２にその結果を示す。なお、ミラーはＴａ２Ｏ５膜１９層とＳｉＯ２膜１８層との交互積層による３７層からなるものである。実験に係る測定系には図３に示すような、参照ミラー１と参照ミラー２とを含んで構成された光共振器の光路中に、試料である上記ミラーを介在させ、Ｈｅ−Ｎｅレーザの光を注入して共振させて、その注入光を遮断した時の共振器内の光強度の減衰を観測することにより上記ミラーの損失を評価する、キャビティーリングダウン方式の装置を利用した。なお、紫外線照射装置の光源には水銀キセノンランプを使用しており、各紫外線カットフィルタの透過率は図２中に示すそれぞれのエッジ波長で２０％以下である。
【００１２】
図２に示すように、ミラーに紫外線を照射するとミラーの全損失が増加し、紫外線カットフィルタを介して照射するとその全損失は減少する。しかし、紫外線カットフィルタの帯域の選び方によっては、それが紫外線領域のうちの一部の波長成分のみを阻止するものであっても、全紫外線領域を阻止するフィルタを挿入した場合と同程度の損失減少効果が得られることがわかった。すなわち、ミラーの紫外線感応材料の損失増加を誘起しているのは、照射紫外線の波長成分の一部である。図２の例において、より具体的には、上記Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２層対でなるミラーの場合、ミラーへの照射紫外線に３２０ｎｍ以下カットフィルタを挿入すると、阻止域が全紫外線領域を網羅する４６０ｎｍ以下カットフィルタを挿入した時とほとんど差異のない全損失の変化特性が得られたが、紫外線カットフィルタを３００ｎｍ以下カットのものに差し替えると、先の２つのカットフィルタの場合と比べ明らかに全損失が大きくなった。つまり、全紫外線領域を阻止するフィルタを挿入した場合と同程度の損失減少効果を得るためにカットすべき波長成分の境界は３２０ｎｍと３００ｎｍとの間にある。従って、ミラーに入射する紫外線のうち少なくとも３２０ｎｍ以下の波長成分を十分に遮断すれば、紫外線による損失増加を抑制するという目的を達することができることがわかる。
【００１３】
誘電体多層膜からなる紫外線カットフィルタを特定の多層膜ミラーのオーバーコートとして適用することを考えると、全紫外線領域を網羅する阻止域を有しかつ実際にレーザ用ミラーを被覆するのに好適な層構造を構成することは、一般には容易ではない。これに対し、多層膜ミラーに応じてその損失増大を誘起する紫外線の帯域を明らかにし、その帯域を十分に遮断するオーバーコート層を好適に多層膜ミラー上に構成することは、比較的容易である。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図４を用いて実施例１に係る可視光ミラー１０を説明する。
＜可視光ミラー１０＞
図４に第１実施形態の可視光ミラー１０の構成例を示す。可視光ミラー１０は、基板１１と可視光ミラースタック層部１２と紫外線ミラースタック層部１３と保護層１４とから構成される。
【００１６】
＜基板１１＞
基板１１は、例えば、ガラスセラミック材料等の熱膨張率が低い材料を用いるのが望ましい。Ｈｅ−Ｎｅリングレーザジャイロの動作温度範囲内での温度変化について受ける寸法の変化が小さいことが望まれるためである。但し、これに限定されるものではなく、他の材料を用いてもよい。
【００１７】
＜可視光ミラースタック層部１２＞
可視光ミラースタック層部１２は、基板１１上に形成され、紫外線の照射により可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層を含んだ、可視光を反射する多層膜ミラーである。
【００１８】
例えば、可視光ミラースタック層部１２は、複数の高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対により構成される。可視光ミラースタック層部１２には、後述する紫外線ミラースタック層部１３を経た紫外線量が低減された光が到達するため、ここに適用する高屈折率の誘電体材料は、紫外線感応度の高さを気にすることなくあくまで高反射率を重視して選択することができる。このような構成に適した高屈折率の誘電体材料としては、例えばＴａ２Ｏ５が挙げられ、低屈折率の誘電体材料としては、ＳｉＯ２が挙げられる。例えば、可視光ミラースタック層１２は、おのおの使用波長６３３ｎｍ（レーザ発振光）の１／４波長の光学膜厚を持つＴａ２Ｏ５膜１９層とＳｉＯ２膜１８層との交互積層による３７層からなる。図２より、このような構成とすることで、紫外線照射が無い時の特定の波長の可視光に対する全損失が約３０ｐｐｍとなる。可視光ミラースタック層部１２は、紫外線照射が無い時の特定の波長の可視光に対する全損失が５０ｐｐｍ以下であれば、高反射率と考えられる。なお、紫外線ミラースタック層部１３を介在させない場合、図２からわかるように、この層は、紫外線照射時の全損失が約１８０ｐｐｍであり、照射が無いときの全損失が約３０ｐｐｍであり、紫外線照射により、１８０ｐｐｍ−３０ｐｐｍ＝約１５０ｐｐｍの可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層である。
【００１９】
なお、本実施例は発明の内容を限定するものではない。例えば、可視光ミラースタック層部１２の紫外線照射が無い時の特定の波長の可視光に対する全損失が５０ｐｐｍより大きくても、紫外線照射時にトータルとして高い反射率の可視光ミラーを構成することができればよい。また、例えば、高屈折率／低屈折率誘電体に他の材料を用いてもよいし、交互積層数は、必要に応じて適宜選択してよい。
【００２０】
＜紫外線ミラースタック層部１３＞
紫外線ミラースタック層部１３は、可視光ミラースタック層部１２上に形成され、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上の多層膜ミラーからなる。
【００２１】
例えば、紫外線ミラースタック層部１３は、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上となるように、複数の高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対により構成される。
【００２２】
このような構成に適した高屈折率の誘電体材料としては、例えばＨｆＯ２又はＺｒＯ２が挙げられ、低屈折率の誘電体材料としては、ＳｉＯ２が挙げられる。例えば、紫外線ミラースタック層部１３は、３２０ｎｍ以下の短波長領域において反射率が約９０％を示す多層膜ミラーとして、おのおの波長２７０ｎｍの１／４波長の光学膜厚を持つＨｆＯ２８層とＳｉＯ２８層、または、ＺｒＯ２８層とＳｉＯ２８層との交互積層による１６層からなる。
【００２３】
なお、特許文献２の第２被着部分は、本実施例と同様にＨｆＯ２とＳｉＯ２により構成されるが、その光学膜厚は、使用波長６３３ｎｍ（レーザ発振光）の１／４波長である。一方、本実施例の紫外線ミラースタック層部１３は、紫外線を反射するために、波長２７０ｎｍの１／４波長の光学膜厚であり、特許文献２とは技術的思想が異なる。また、積層数も異なる。さらに、本実施例の紫外線ミラースタック層部１３は、紫外線を反射するため、可視光ミラースタック層部１２へ照射される紫外線は減少する。そのため、可視光ミラースタック層部１２において、紫外線による物理変化や化学変化を抑制でき、可視光ミラー１０は、従来より耐久性が高いという効果を奏する。
【００２４】
図５は、図４に係る可視光ミラー１０の反射率性能のデータ（計算値）と、レーザ媒体たるＨｅ、Ｎｅ各原子から輻射される紫外線のスペクトラムの関係を示す。図６は、図５の波長４００ｎｍ以下部分の拡大図である。図５、６から、可視光ミラー１０は、紫外線領域の内３２０ｎｍ以下の領域では、９０％以上の反射率であることが分かる。また、可視光領域の６３３ｎｍを中心に上下４０〜５０ｎｍにおいて９９％以上の反射率である。特に、発振周波数における波長６３３ｎｍでは、反射率９９．９９３０％となる。以下、このシミュレーション結果について説明する。
【００２５】
図２からわかるように、可視光ミラースタック層部１２を紫外線カットフィルタにより防護することにより、紫外線が照射されることによる全損失の増加を抑制することができる。そこで、紫外線ミラースタック層部１３にこのフィルタの役目を果たす紫外線反射性の多層膜ミラーを適用する。
【００２６】
紫外線ミラースタック層部１３において紫外線を反射すべき波長帯域、言いかえれば、紫外線防護により可視光ミラースタック層部１２での全損失増加の抑制効果が効率的に得られる波長帯域は、可視光ミラースタック層部１２に適用される高屈折率／低屈折率誘電体１／４波長層対の材料により異なる。例えばＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２の場合は、図２からわかるように３２０ｎｍ以下カットフィルタ、３８０ｎｍ以下カットフィルタ、及び４６０ｎｍ以下カットフィルタのそれぞれについては効果に大差は無く、一方３００ｎｍ以下カットフィルタでは全損失が相対的に大きくなっている。そこで、Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２の場合は、紫外線ミラースタック層部１３に３２０ｎｍ以下の短波長領域において５０％以上の反射率を示す多層膜ミラーを適用することにより、可視光ミラースタック層部１２に可視光吸収増大を誘起する紫外線の到達を効果的に抑制することができると言える。
【００２７】
なお、可視光ミラースタック層部１２と紫外線ミラースタック層部１３の反射する波長帯域が近い場合には、互いの反射光が干渉しやすくなる。そのため、可視光ミラースタック層部１２と紫外線ミラースタック層部１３の反射する波長帯域は離れていることが望ましい。よって、使用波長６３３ｎｍ（レーザ発振光）とする場合には、紫外線ミラースタック層部１３に４６０ｎｍ以下の短波長領域において５０％以上の反射率を示す多層膜ミラーを用いるよりも、３２０ｎｍ以下の短波長領域において５０％以上の反射率を示す多層膜ミラーを用いるほうが高性能となる。
【００２８】
なお、ＺｒＯ２についてシミュレーション結果は記載していないが、ＺｒＯ２のバンドギャップの大きさは、ＨｆＯ２と同等であることから（ＨｆＯ２とＺｒＯ２のバルク材料のバンドギャップは、ＨｆＯ２が５．６３ｅＶ（光の波長に換算して２２０ｎｍ）であり、ＺｒＯ２が５．４ｅＶ（光の波長に換算して２３０ｎｍ）である）、同等の紫外線に対する耐久性を有すると考えられる。なぜなら、物質にバンドギャップの大きさに相当する光を照射すると、光のエネルギーの吸収が起こり、吸収したエネルギーを熱や格子緩和等で失う過程で構造欠陥などダメージが発生する。つまり、物質のバンドギャップが大きければ大きいほど、光のエネルギーの吸収が起こりにくく、ダメージが発生しないため、紫外線に対する耐久性が優れているからである。
【００２９】
＜可視光ミラースタック層部１２と紫外線ミラースタック層部１３の組合せ方法＞
なお、紫外線ミラースタック層部での３２０ｎｍ以下の短波長領域における反射率（例えば、５０％）は、紫外線遮断という観点からは高いほど望ましいが、その副作用として可視光領域の反射率の低下を招く。そのため、紫外線ミラースタック層部が備えるべき３２０ｎｍ以下の反射率は、可視光ミラースタック層部の紫外線感応度とのトレードオフによりケースバイケースで決することになる。例えば、可視光ミラースタック層部１２に適用する高屈折率誘電体として紫外線感応度が高く高反射率（例えば、紫外線照射の無い時の特定の波長の可視光に対する損失が５０ｐｐｍ以下）の素材（例えば、損失が約３０ｐｐｍのＴａ２Ｏ５）を選択した場合には、若干の反射率の低下を招いても紫外線ミラースタック層部１３に紫外線反射率が高いＨｆＯ２とＳｉＯ２との交互積層又はＺｒＯ２とＳｉＯ２との交互積層からなる多層膜ミラー等を適用することで、トータルとして高い反射率の可視光ミラーの実現が期待できる。一方、可視光ミラースタック層部１２に紫外線感応度が比較的低い素材を使用した場合には、紫外線ミラースタック層部１３に例えば紫外線反射率５０％程度の多層膜ミラーを適用しても、トータルとしてある程度高い反射率の可視光ミラーの実現が期待できる。つまり、紫外線ミラースタック層部１３は、紫外線の所定の波長帯域において、可視光ミラースタック層部１２の紫外線感応度に応じ、５０％以上の範囲から適切に選ばれた反射率を備えていればよい。また、可視光ミラースタック層部１２の紫外線非照射状態での使用波長における損失が十分に小さければ、紫外線ミラースタック層部１３自体が使用波長においてある程度の損失を持つことが許容される。そして、紫外線の上記所定の波長帯域は、多層膜ミラーに広帯域の紫外線を照射し、その紫外線に複数の適宜選んだ異なる阻止域を有する紫外線カットフィルタを取り替え挿入して当該多層膜ミラーの全損失を測る方法により決定することができる。
【００３０】
＜保護層１４＞
保護層１４は、例えば、紫外線ミラースタック層部１３の最上層（例えば、ＨｆＯ２層）の上に、被覆形成される。保護層１４は、例えば、１／２波長光学層厚をもつＳｉＯ２層であり、格別の光学的機能を有しない物理的保護層である。
【００３１】
＜効果＞
以上のように本発明は、全損失の増加を誘起する紫外線を高い反射率で反射する、紫外線ミラースタック層部を可視光ミラースタック層部の上にオーバーコーティングするという新しい手段により、耐紫外線性が高くかつ高反射率の可視光ミラーを実現するものである。
【００３２】
＜シミュレーション結果＞
図７に、紫外線ミラースタック層部１３をオーバーコートしない可視光ミラースタック層部１２（Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２層対）と保護層１４のみの可視光ミラーに対して、紫外線領域に広範囲にスペクトルが分布する光を照射した場合の６３３ｎｍ光に対する全損失値の実験データと、特許文献２で開示された従来構成の実験データと、実施例１の図４の構成による可視光ミラー１０に同様の光を照射した場合の計算値との比較を示す。実験に係る測定系は図３の構成から紫外線カットフィルタを取り除いた構成であり、この構成において紫外線照射装置をオン／オフすることにより測定を行った。図７において、丸印は紫外線を照射しない場合の６３３ｎｍ波長光に対する全損失値、菱印は紫外線を照射した場合の６３３ｎｍ波長光に対する全損失値である。実施例１の可視光ミラー１０の計算値は以下のようにして求めた。紫外線ミラースタック層部１３をオーバーコートしない可視光ミラースタック層部１２のみの実測値において、１００％の紫外線照射を受けた場合の損失増加が１５０ｐｐｍであるから、紫外線１％照射当りの損失増加を１．５ｐｐｍと見積もった。図５より、可視光ミラー１０の損失増大を誘起する波長域における紫外線ミラースタック層部１３の反射率が約９０％であり、紫外線照射中の実施例１の可視光ミラー１０の損失増加量計算値を（１００％−９０％反射）×１．５ｐｐｍ＝１５ｐｐｍと見積もった。なお、図７において、可視光ミラー１０の紫外線が無い場合の全損失値（約７０ｐｐｍ）は、図５の６３３ｎｍの場合に得られる反射率９９．９９３０％から得られる値である。図７からわかるように、紫外線の照射がない場合は、紫外線ミラースタック層部１３をオーバーコートしないミラーの全損失が最も小さく、従来技術によるミラーの全損失がその次に小さいが、紫外線を照射した場合は、従来技術によるミラーは紫外線ミラースタック層部１３をオーバーコートしないミラーと比べれば全損失の増加の抑圧効果が認められるものの、本発明の図４の構成の全損失の増加の抑圧効果は更に顕著であり、紫外線照射下での全損失の値は従来技術によるミラーを下回っている。この実験結果からも、本発明の構成が優れた耐紫外線性を有するものであることがわかる。
【００３３】
例えば、特許文献２は、紫外線照射中の全損失が１４０ｐｐｍ、可視光ミラー１０の紫外線照射無しの全損失が７０ｐｐｍである。よって、紫外線ミラースタック層部は、１００−（１４０−７０）／１．５＝５３．３％以上の反射率を有するものであれば、紫外線照射中において従来技術よりも全損失が少なくなると見積もることができる。さらに、前述の通り、紫外線ミラースタック層部１３において紫外線を反射するため、従来技術に比べ、可視光ミラースタック層部１２は、紫外線による物理変化や化学変化を抑制をすることができるという効果を奏する。
【００３４】
よって、紫外線ミラースタック層部１３が紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が約５０％であれば、従来技術と同等の全損失を実現し、さらに、より耐久性に優れた可視光ミラーを実現することができる。また、反射率が６０％以上であれば、従来技術よりも全損失を少なくすることができ、より耐久性に優れた可視光ミラーを実現することができる。
【実施例２】
【００３５】
実施例１に記した可視光ミラーを用いてレーザ発振用の光共振器を構成することにより、低損失の可視光発振ガスレーザ３０を構成することができる。
【００３６】
図８は、リングレーザジャイロ４０において用いられる可視光発振ガスレーザ３０の構成例を示す。例えば、特開２００７−９３５５１号公報（以下、「参考文献１」という）記載のリングレーザジャイロにおいて用いられる可視光発振ガスレーザ３０内に可視光ミラー１０を適用することができる。
【００３７】
可視光発振ガスレーザ３０の概要を説明する。例えば、可視光発振ガスレーザ３０は、レーザ光発振用のキャビティ４１と、レーザ光の光路を形成する３個の可視光ミラー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び図示しない電圧印加手段とを有する。
【００３８】
例えば、キャビティ４１内には、図示しないヘリウムとネオンとの混合物を入れる。図８に示す可視光発振ガスレーザ３０は、図示しない電圧印加手段によって電圧を印加される。この電圧の印加によって、レーザ光発振用のキャビティ４１、１個のレーザ光反射用ミラー１０ａ、２個のレーザ光反射用可動ミラー１０ｂ、１０ｃからなる閉じた光路４４に、左回りのレーザ光４５および右回りのレーザ光４６が発振する。なお、レーザ光反射用ミラー１０ａ、２個のレーザ光反射用可動ミラー１０ｂ、１０ｃの鏡面部分は実施例１記載の可視光ミラー１０により構成される。また、レーザ光反射用ミラー１０ａは、レーザ光が透過できるように適宜設計する。
【００３９】
発振した左回りのレーザ光４５および右回りのレーザ光４６は、レーザ光反射用ミラー１０ａから射出する。このような構成とすることによって、低損失の可視光発振ガスレーザ３０を構成することができる。
【実施例３】
【００４０】
実施例１に記した可視光ミラーを用いて角速度検出用のリングレーザ共振器を構成することにより、角速度の検出精度を向上したリングレーザジャイロを構成することができる。図８は、リングレーザジャイロ４０の構成例を示す。例えば、参考文献１記載のリングレーザジャイロに実施例１記載の可視光ミラーを適用することができる。
【００４１】
リングレーザジャイロ４０の概要を説明する。例えば、リングレーザジャイロ４０は、可視光発振ガスレーザ３０に加え、回転震動発生部５０、周期信号発生部５３、直角プリズム４７、フォトセンサ４８、信号処理部５１、バイアス信号除去部５２を有してもよい。
【００４２】
実施例２記載の可視光発振ガスレーザ３０から射出されたレーザ光は、リングレーザジャイロ４０の直角プリズム４７の作用によって干渉させられ、リングレーザジャイロ４０のフォトセンサ４８に干渉縞を形成する。
【００４３】
リングレーザジャイロ４０のフォトセンサ４８によって検知された干渉縞の情報（移動方向や速さなど）は、リングレーザジャイロ４０の信号処理部５１に入力され、角速度情報へと変換される。信号処理部５１によって出力された角速度情報は、リングレーザジャイロ４０のバイアス信号除去部５２の入力となる。リングレーザジャイロ４０の周期信号発生部５３は、適宜の周期信号を発生し出力する。周期信号発生部５３によって出力された周期信号は、リングレーザジャイロ４０の回転振動発生部５０の入力となる。リングレーザジャイロ４０の回転振動発生部５０は、周期信号発生部５３によって出力された周期信号に従って動作し、リングレーザジャイロ４０全体に回転振動を与える。このため、光路４４の周回方向に回転振動が与えられ、結果として、レーザ光の周回方向に回転振動が与えられることになる。また、回転振動発生部５０は、図示しないモニタ部を備えている。このモニタ部は、キャビティ４１全体の回転振動状態（位置や回転速度など）を検知し、この検知した回転振動状態をモニタ信号として出力する。信号処理部５１によって出力された角速度情報、周期信号発生部５３によって出力された周期信号および回転振動発生部５０のモニタ部によって出力されたモニタ信号は、リングレーザジャイロ４０のバイアス信号除去部５２に入力される。バイアス信号除去部５２は、周期信号およびモニタ信号の両方もしくは一方を用いて、角速度情報から、印加された周回方向の回転振動に相当する振動角速度信号を除去し、この結果を角速度信号として出力する。この角速度信号が、リングレーザジャイロ４０ないしリングレーザジャイロ４０を備える機器などの運動における角速度を表すことになる。
【００４４】
このような構成とすることによって、低損失でレーザを生成することができ、それにより、角速度の検出精度を向上したリングレーザジャイロを構成することができる。
【００４５】
なお、各可視光ミラー１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおいて、可視光とともに紫外線も反射されるが、光共振器２０内の共振条件は、可視光が強めあうように設定されているため、紫外線は、共振条件に合わなかったり、キャビティ内壁に吸収されることにより、減衰する。
【００４６】
なお、実施例１から３で開示される構造および方法は、本発明の原理を説明するものである。本発明はその精神または本質的な特性から逸脱することなく他の特定的な形式で実施されてもよい。説明された実施例はあらゆる面において、限定的なものではなく、例示的かつ説明的なものとして考えられるべきである。したがって、この発明の範囲を規定するのは上の好ましい実施例の説明ではなく、特許請求の範囲である。特許請求の範囲と等価な意味および範囲内にある、ここで説明された実施例に対する変形はすべて、この発明の範囲内に包含される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、紫外線が含まれる光が入射される誘電体多層膜光学素子を低損失に構成したい場合において特に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 可視光ミラー
１１ 基板
１２ 可視光ミラースタック層部
１３ 紫外線ミラースタック層部
１４ 保護層
３０ 可視光発振ガスレーザ
４０ リングレーザジャイロ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に形成され、紫外線の照射により可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層を含んだ、可視光を反射する多層膜ミラーである可視光ミラースタック層部と、
上記可視光ミラースタック層部上に形成され、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上の多層膜ミラーである紫外線ミラースタック層部と、
を備える可視光ミラー。
【請求項２】
請求項１に記載の可視光ミラーにおいて、
上記可視光ミラースタック層部は、紫外線照射が無い時の特定の波長の可視光に対する損失が５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする可視光ミラー。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載の可視光ミラーにおいて、
上記可視光ミラースタック層部は、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２との交互積層からなり、
上記所定の波長帯域は、３２０ｎｍ以下の帯域である
ことを特徴とする可視光ミラー。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の可視光ミラーにおいて、
上記紫外線ミラースタック層部は、ＨｆＯ２とＳｉＯ２との交互積層又はＺｒＯ２とＳｉＯ２との交互積層のいずれかからなる
ことを特徴とする可視光ミラー。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の可視光ミラーを用いてレーザ発振用の光共振器が構成されていることを特徴とする可視光発振ガスレーザ。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の可視光ミラーを用いて角速度検出用のリングレーザ共振器が構成されることを特徴とするリングレーザジャイロ。
【請求項１】
基板と、
上記基板上に形成され、紫外線の照射により可視光吸収の増大が誘起される誘電体材料の層を含んだ、可視光を反射する多層膜ミラーである可視光ミラースタック層部と、
上記可視光ミラースタック層部上に形成され、紫外線領域の所定の波長帯域における反射率が５０％以上の多層膜ミラーである紫外線ミラースタック層部と、
を備える可視光ミラー。
【請求項２】
請求項１に記載の可視光ミラーにおいて、
上記可視光ミラースタック層部は、紫外線照射が無い時の特定の波長の可視光に対する損失が５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする可視光ミラー。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載の可視光ミラーにおいて、
上記可視光ミラースタック層部は、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２との交互積層からなり、
上記所定の波長帯域は、３２０ｎｍ以下の帯域である
ことを特徴とする可視光ミラー。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の可視光ミラーにおいて、
上記紫外線ミラースタック層部は、ＨｆＯ２とＳｉＯ２との交互積層又はＺｒＯ２とＳｉＯ２との交互積層のいずれかからなる
ことを特徴とする可視光ミラー。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の可視光ミラーを用いてレーザ発振用の光共振器が構成されていることを特徴とする可視光発振ガスレーザ。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の可視光ミラーを用いて角速度検出用のリングレーザ共振器が構成されることを特徴とするリングレーザジャイロ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２８１９５５（Ｐ２０１０−２８１９５５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３４０６８（Ｐ２００９−１３４０６８）
【出願日】平成２１年６月３日（２００９．６．３）
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３日（２００９．６．３）
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
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