(57)【要約】リングレーザージャイロに組み込むことのできるタイプの干渉鏡のような光学装置。1つの実施態様は、ZrO2および約2〜15重量%のAl2O3からなるマトリックス材料から形成される少なくとも1つの層を有する干渉鏡である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ中のような高エネルギー環境中で使用される光学装置であって、ZrO2および大量の生成熱を有するある量の第2の金属酸化物を含むマトリックス材料を含む装置。
【請求項２】
マトリックス材料中の第2の金属酸化物の量が、装置製造の間に微結晶構造形成を抑制するのに有効な量である、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
マトリックス材料中の第2の金属酸化物の量が、装置に比較的低いホトクロミック挙動特性を示させる量である、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
第2の金属酸化物が、HfO2、TiO2およびAl2O3からなる群より選択される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
第2の金属酸化物が、Al2O3を含む、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
マトリックス材料が、約2〜15重量%のAl2O3を含む、請求項5に記載の装置。
【請求項７】
マトリックス材料が、約4〜11重量%のAl2O3を含む、請求項5に記載の装置。
【請求項８】
マトリックス材料が、約6〜9重量%のAl2O3を含む、請求項5に記載の装置。
【請求項９】
マトリックス材料が、本質的に、ZrO2およびAl2O3からなる、請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
マトリックス材料が、約2〜15重量%のAl2O3を含む、請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
マトリックス材料が、約4〜11重量%のAl2O3を含む、請求項9に記載の装置。
【請求項１２】
マトリックス材料が、約6〜9重量%のAl2O3を含む、請求項9に記載の装置。
【請求項１３】
プラズマ中のような高エネルギー環境中で使用される干渉鏡であって、ZrO2および大量の生成熱を有するある量の第2の金属酸化物を含むマトリックス材料から形成される少なくとも1つの層を含む干渉鏡。
【請求項１４】
マトリックス材料層中の第2の金属酸化物の量が、装置製造の間に微結晶構造形成を抑制するのに有効な量である、請求項13に記載の干渉鏡。
【請求項１５】
マトリックス材料層中の第2の金属酸化物の量が、装置に比較的低いホトクロミック挙動特性を示させる量である、請求項14に記載の干渉鏡。
【請求項１６】
第2の金属酸化物が、HfO2、TiO2およびAl2O3からなる群より選択される、請求項13に記載の干渉鏡。
【請求項１７】
第2の金属酸化物が、Al2O3を含む、請求項16に記載の干渉鏡。
【請求項１８】
マトリックス材料が、約2〜15重量%のAl2O3を含む、請求項17に記載の干渉鏡。
【請求項１９】
マトリックス材料が、約4〜11重量%のAl2O3を含む、請求項17に記載の干渉鏡。
【請求項２０】
マトリックス材料が、約6〜9重量%のAl2O3を含む、請求項17に記載の干渉鏡。
【請求項２１】
マトリックス材料が、本質的に、ZrO2およびAl2O3からなる、請求項13に記載の干渉鏡。
【請求項２２】
マトリックス材料が、約2〜15重量%のAl2O3を含む、請求項21に記載の干渉鏡。
【請求項２３】
マトリックス材料が、約4〜11重量%のAl2O3を含む、請求項21に記載の干渉鏡。
【請求項２４】
マトリックス材料が、約6〜9重量%のAl2O3を含む、請求項21に記載の干渉鏡。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の分野
本発明は、ZrO2およびもう1つの大量生成熱材料（例えば、Al2O3）を含むマトリックスから形成される光学装置、例えば、干渉鏡である。
【０００２】
発明の背景
レーザー鏡、例えば、リングレーザージャイロスコープに使用される干渉鏡は、酸化物を還元する(酸素を除く)ことによりおよびホトクロミック損失を誘発することによりその鏡を劣化させる高エネルギープラズマ環境に継続して暴露される。このタイプの光学装置は、比較的高い屈折率材料と比較的低い屈折率材料との1/4λ-厚みの層を交互させる“1/4波長”スタック(stack)より形成される。これらの材料層は、真空蒸着法によって誘電体基板上に蒸着されることが多い。
【０００３】
劣化作用を低下させるためには、酸素に対して比較的高い結合エネルギーを有する金属酸化物、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO2)が、典型的には、高屈折率材料として使用される。ZrO2の層は、また、典型的には、干渉鏡のスタック頂部層として使用されることも多い。ZrO2は、(約-131,490グラムカロリー/モル酸素の)比較的大量の生成熱を有し、かつ、プラズマ環境中で劣化に対して比較的高い抵抗性を示す。ZrO2は、また、比較的高温(例えば、450°〜550℃)で、その鏡が他のリングレーザージャイロ製造工程の間に暴露される環境に適合性がある。劣化作用を最小化するためのもう1つのアプローチとしては、 (約-134,693グラムカロリー/モル酸素の)もう1つの比較的大量の生成熱を有する材料Al2O3による鏡スタックの頂部層の被覆が挙げられる。
【０００４】
遺憾ながら、ZrO2は、蒸着される時、微結晶構造を形成しやすい。この微結晶構造は、散乱部位を生じ、鏡の損失を高める。結晶構造の形成を予防し、かつ、非晶質低散乱材料を製造するための1つの公知のアプローチは、ZrO2に、少量の第2の材料、例えば、SiO2をドープさせることである。このような比較的低い量(例えば、5〜15重量%)のSiO2によるZrO2のドーピングは、微結晶構造を抑制し、それによって、比較的低い損失、低い散乱および長寿命の鏡を可能とする。
【０００５】
しかし、SiO2の結合エネルギーはZrO2の結合エネルギーとは異なり、SiO2は有意なエネルギー源、例えば、プラズマ環境の存在で還元されるほどである。この相互作用は、鏡の性能を劣化させかねないホトクロミック損失の増加をもたらしかねない。その結果、光学装置が使用されるリングレーザージャイロまたはその他の系の性能が低下する。
【０００６】
したがって、高エネルギー用途で使用される鏡およびその他の光学装置を改良する必要性が継続して存在する。特に、プラズマ環境中で使用される時、比較的低い散乱および損失を有する鏡について必要性が存在する。鏡は、また、比較的長寿命を有しうることも必要である。商業的に実施可能であるためには、このような鏡のいずれもが効率よく製造可能である必要がある。
【０００７】
発明の概要
1つの態様にて、本発明は、ZrO2および大量の生成熱を有する第2の金属酸化物を含むマトリックスから形成される光学装置である。適した金属酸化物としては、HfO2、TiO2およびAl2O3が挙げられる。第2の金属酸化物は、マトリックスに、2〜15重量%、好ましくは、4〜11重量%、最も好ましくは、6〜9重量%均質混合される。1つの実施態様にて、光学装置は、本質的に、ZrO2およびAl2O3からなる。
【０００８】
もう1つの態様にて、本発明は、ZrO2および大量の生成熱を有する第2の金属酸化物を含むマトリックスから形成される層を含む干渉鏡である。適した金属酸化物としては、HfO2、TiO2およびAl2O3が挙げられる。第2の金属酸化物は、マトリックスに、2〜15重量%、好ましくは、4〜11重量%、最も好ましくは、6〜9重量%均質混合される。1つの実施態様にて、鏡は、本質的に、ZrO2およびAl2O3からなる。
【０００９】
好ましい実施態様の詳細な説明
ZrO2の結合エネルギーに近い結合エネルギーを有するある金属酸化物“ガラス形成剤”材料、例えば、Al2O3(酸化アルミニウム)のある量を均質混合することによって、高エネルギー環境中で使用される時に、比較的低い散乱と低いホトクロミック損失特性とを付与する非晶質非天然型の材料を製造することができることが発見された。
【００１０】
本発明の1つの実施態様は、その成分として、化合物ZrO2および大量の生成熱を有する第2の金属酸化物、例えば、Al2O3を含む均質なマトリックス材料を有する改良された光学装置である。SiO2は、金属酸化物と見なさないことを理解するべきである。材料中の金属酸化物の量は、材料の有効な屈折率を有意に低下させることなく微結晶構造生成を最小化するのに有効な量である。SiO2は、マトリックス材料中に含まれない。本発明の1つの実施態様は、マトリックス中に約2〜15重量%のAl2O3を含む。もう1つの好ましい実施態様は、マトリックス中に約4〜11重量%のAl2O3を含む。本発明のなおもう1つの実施態様は、マトリックス中に約6〜9重量%のAl2O3を含む。
【００１１】
慣用的または公知の方法、例えば、RFイオンビームまたはその他の蒸着法を、マトリックス材料を形成するために、使用することができる。1つの好ましい実施態様は、蒸着されるフィルムの組成が標的の組成に似たスパッタリング法(例えば、イオンビームスパッタリング)である。異なる蒸発速度を補償するための改質組成物とともに、その他の蒸着法を使用することができることを前もって考慮するべきである。共蒸着(Co-deposition)法もまた使用することができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施態様は、単に、上記したZrO2およびAl2O3化合物からなる。しかし、その他の元素または化合物も、同様に、マトリックス材料中に均質に混合してもよいことを前もって考慮するべきである。ドーパントのマトリックス中への導入は、材料の物理的、光学的および電気的特性を変化させることが公知である。
【００１３】
広範な光学装置に適しているものの、本材料は、リングレーザージャイロに組み込まれる干渉鏡(例えば、“1/4波長”スタック)にて非常に有用である。特に、上記した組成を有するZrO2およびAl2O3のマトリックスによって形成される頂部層を有する干渉鏡は、プラズマ環境中で、比較的低い損失、低い散乱および長寿命特性を示す。レーザーのホトクロミック損失は、それによって、有意に低下され、装置の出力を高める。層の厚さは、干渉鏡が設計される個々の用途(すなわち、反射することを望まれる光の波長)によって決定される。
【００１４】
Al2O3は、上記した本発明の好ましい実施態様にて、マトリックスに均質混合される大量の生成熱を有する金属酸化物である。しかし、その他の金属酸化物もこの目的のために同様に有効に使用することができることを前もって考慮するべきである。例えば、1つのこのような金属酸化物は、二酸化ハフニウム(HfO2)であり、これは、生成熱-134,190グラムカロリー/モル/酸素を有する。その他の適した金属酸化物としては、例えば、二酸化チタン(TiO2)および酸化ニオブ(Nb2O5)が挙げられる。
【００１５】
本発明は、好ましい実施態様を参考としつつ記載したものの、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細にて変更をなすことができることを認識されるであろう。
【国際調査報告】
2005524111.tif 000002
2005524111.tif 000003