ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ ЗЕРКАЛО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА

Полезная модель относится к приборостроению, а именно - к лазерной технике и может быть использована для изготовления интерференционных Зеркал, использующихся в лазерной гироскопии для точного определения углов поворота объектов, на которых установлен лазерный гироскоп (ЛГ).
Известно интерференционное зеркало [1], включающее подложку и нанесенное на нее покрытие из чередующихся слоев с низким значением показателя преломления из фторидов металлов и высоким значением из германия, в состав покрытия введены дополнительные прослойки оптической толщиной (0,1-0,5)λ/4 из материалов, имеющих промежуточное значение показателя преломления и сжимающие механические напряжения, причем покрытие имеет вид П(Пр-фторид-Пр-Ge) или ПGe(Пр-фторид-Пр-Ge), где П подложка, Пр прослойка, n≥1 число периодов толщиной λ/2, а толщина слоя германия, прилегающего к подложке, составляет λ/4, при этом в качестве материала с промежуточным значением показателя преломления и сжимающими механическими напряжениями выбран или сульфид цинка, или селенид цинка, или сульфид мышьяка, или селенид мышьяка, или сульфид сурьмы.
n
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является известное интерференционное зеркало [3], включающее оптически полированную подложку и нанесенное на нее зеркальное покрытие вида ПА1МеА2(НВ), где П-подложка; Me слой из высокоотражающего металла; А1 и А2 адгезионно-пассивирующие слои толщиной от 0,05 до 0,2 мкм; Н и В усиливающие отражение чередующиеся слои с низким и высоким показателями преломления; n число пар таких слоев, причем слой из высокоотражающего металла имеет толщину от 0,03 до 0,06 мкм, а подложка и адгезионно-пассивирующие слои выполнены из оптически прозрачного материала, при этом слой из высокоотражающего металла выполнен из серебра, или золота, или меди, или алюминия.
Недостатками известных технических решений [1, 2] является то, что вследствие неплоской деформации осевого контура изменяется состояние поляризации лазерного излучения: оно становится эллиптическим и возникает чувствительность показаний ЛГ (сдвиг нуля) к внешнему магнитному полю.
Этот эффект объясняется следующим образом. В лазерном гироскопе измеряется сдвиг частот встречных волн, пропорциональный угловой скорости лазерного гироскопа в инерциальном пространстве. Показатели преломления встречных эллиптически поляризованных волн кольцевого лазера в среде, помещенной в магнитное поле, являются различными. Это приводит к разному оптическому пути встречных волн и, как следствие, разности частот, а это и есть неконтролируемый сдвиг нуля ЛГ.
Оптический резонатор с использованием зеркал, в которых отсутствует фазовая анизотропия, оказывается неустойчивым к малым искажениям анизотропии, например, за счет неплоского излома осевого контура.
B
H
B
H
Технический результат, заключающийся в устранении недостатка прототипа [2], а именно - уменьшении влияния погрешностей изготовления на поляризационные характеристики излучения и снижение влияния внешнего магнитного поля достигается в предлагаемом интерференционном зеркале для оптического резонатора, состоящем из подложки с нанесенными на нее диэлектрическими слоями отражающего покрытия с различными значениями показателей преломления, тем, что слои отражающего покрытия зеркал расположены в поперечном сечении зеркала с чередованием слоев с высоким n и низким n показателями преломления (n>n) и выполнены в соответствии с условиями:
B
B
h - толщина слоя с высоким показателем преломления n,
H
H
h - толщина слоя с низким показателем преломления n,
0
θ - угол падения лазерного излучения на зеркало,
0
n - значение показателя преломления внешней среды,
0
λ - длина волны лазерного излучения.
В
Н
При этом слой с высоким показателем преломления n выполнен из окиси циркония, а слой с низким показателем преломления n выполнен из окиси кремния.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлен интерференцинное зеркало в поперечном разрезе;
- на фиг.2 показано расположение четырех интерференционных зеркалов в оптическом резонаторе лазера;
- на фиг.3 показано расположение трех интерференционных зеркалов в оптическом резонаторе лазера.
Предлагаемое интерференционное зеркало 1 для оптического резонатора состоит из подложки 2 с последовательно нанесенными на нее диэлектрическими слоями 3, 4 отражающего покрытия с различными значениями показателей преломления.
0
Предлагаемые интерференционные зеркала в оптическом резонаторе работают следующим образом. Излучение, генерируемое активной средой лазера (не показан), падает (падающий луч 5) под углом Θ, многократно отражается от зеркал и усиливается в активной среде.
B
H
B
H
Отражение света (отраженный луч 6) в интерференционных зеркалах 1 происходит следующим образом: луч света, проникая внутрь зеркала 1, испытывает частичное отражение на границах раздела диэлектрических слоев 3, 4, при этом за счет оптимального выбора толщины слоев h и h отражающего покрытия зеркал с высоким n и низким n показателями преломления, которые удовлетворяют условиям:
B
B
h - толщина слоя с высоким показателем преломления n,
H
H
h - толщина слоя с низким показателем преломления n,
0
θ - угол падения лазерного излучения на зеркало,
0
n - значение показателя преломления внешней среды,
0
λ - длина волны лазерного излучения,
достигается не только высокий коэффициент отражения, но и обеспечивается требуемый сдвиг фаз между ортогональными компонентами вектора излучения.
При неизбежных деформациях осевого контура резонатора, которые возникают из-за погрешностей изготовления оптических элементов и их сборки, а также за счет воздействия внешних факторов (магнитного поля), состояние поляризации лазерного излучения в оптическом резонаторе (фиг.2 и фиг.3) с оптимальной фазовой анизотропией зеркал 1 оказывается более устойчивым и тем самым не возникает чувствительности к магнитному полю.
B
H
B
H
Технический результат обеспечивается минимальной эллиптичностью лазерного излучения и чувствительности показаний ЛГ к магнитному полю, поскольку в одном или нескольких интерференционных зеркалах 1 создается дополнительная фазовая анизотропия за счет оптимального выбора толщин слоев h и h отражающего покрытия зеркал 1 с высоким n и низким n показателями преломления.
Интерференционные зеркала изготавливаются на оптическом производстве путем последовательного напыления слоев зеркал с высоким показателем преломления, например, из окиси циркония и низким показателем преломления, выполненного, например, из окиси кремния, с указанными выше толщинами слоев.
Использование предложенных интерференционных зеркал в оптических резонаторах позволило улучшить их технические характеристики, повысить точность измерений за счет уменьшения влияния погрешностей изготовления на поляризационные характеристики излучения и снижения влияния внешнего магнитного поля.
Источники информации:
1. Патент РФ №2091826, МПК МПК G02B 5/28 от 23.04.1993.
2. Патент РФ №2097802, МПК МПК G02B 5/28 от 19.01.1995.