JP6482670B2 - 安定性向上ファブリーペロー共振器のための角錐形スペーサ - Google Patents

Description

ファブリーペロー共振器は、科学、産業、医療、及び軍事の分野にわたって幅広い用途を有する。例えば、そのような用途は、遠隔通信ネットワーク、レーザ共振器、及びレーザ分光法、並びにその他の空中センシング用途を含み得る。一般的なファブリーペロー共振器は、或る距離だけ離間された２つの光学プレート又はミラーを含んでいる。光学プレート間の距離は、空隙であることもあるし、その他の材料で充たされることもある。光学プレートは、プレートの対（ペア）に入射する入力光波がプレート間で複数回反射されるように配置され、それにより、複数の出力波が生成される。２つの光学プレートの間の空間を調節することにより、共振器の共振波長を制御することが可能である。

態様及び実施形態が、ファブリーペロー共振器に向けられる。特に、実施形態は、変形力に対する感度が低い共振器システムおよび共振器スペーサを含む。従って、一実施形態は、球形及び立方体のスペーサの特性を有する弾力性のある四面体形状のファブリーペロースペーサを含む。スペーサの四面体形状によるスペーサの質量減少及び対称性低下が、空中用途に非常に重要な周波数スペクトルにわたって、加速、振動、及び熱的な力に対する影響されにくさを高める。少なくとも１つの実施形態において、スペーサの切り取られたコーナー及び／又はエッジが、スペーサの質量及び対称性が更に低減させ、破壊力に対する共振器の影響されにくさを更に高める。他の実施形態では、熱安定性リングの使用が、ファブリーペロー共振器内の光学素子の外向きの表面を保護し、熱的な力及び揺動に対する影響されにくさを高める。力に対する高められた影響されにくさは、移動するプラットフォーム上へのファブリーペロー共振器の配備を可能にする。

ここに記載される少なくとも１つの態様は、ファブリーペロー共振器スペーサに向けられ、当該ファブリーペロー共振器スペーサは、或るポアソン比を持つ材料で製造され、且つ複数の三角形フェイス（面）、複数のエッジ（辺）、及び複数のコーナー（角）を画成する四面体ボディ（本体）であり、上記複数のコーナーの各々が切頂されて、マウント平面内のマウント表面を形成している、四面体ボディと、第１の光学素子を受けるように構成された第１のミラーチャネルと、第２の光学素子を受けるように構成された第２のミラーチャネルと、上記第１のミラーチャネルと上記第２のミラーチャネルとの間で上記四面体ボディを直線状に貫いて延在している光キャビティ（光空洞共振器）とを有する。

一実施形態によれば、上記複数のエッジの各々が、上記マウント平面のうちの１つに対して所定の角度で切り取られる。一実施形態において、上記複数のエッジの各々が、φ＝ｔａｎ^−１（１−ν）に従って切り取られ、ただし、φは上記マウント平面のうちの１つに対する角度であり、νは上記四面体ボディの上記材料のポアソン比である。他の一実施形態において、上記第１のミラーチャネル及び上記第２のミラーチャネルは、上記四面体ボディの遠位同士の切り取られたエッジ上に配置される。

他の一実施形態によれば、上記第１のミラーチャネル及び上記第２のミラーチャネルは、上記四面体ボディの遠位同士の切り取られたエッジ上に配置される。一実施形態において、当該ファブリーペロー共振器スペーサは更に、上記第１のミラーチャネルに配置された第１の光学素子と、上記第２のミラーチャネルに配置された第２の光学素子とを有する。一実施形態において、上記第１の光学素子は第１の曲面ミラーを含み、上記第２の光学素子は第２の曲面ミラーを含む。他の一実施形態において、上記第１の光学素子は更に第１の熱安定性リングを含み、上記第２の光学素子は更に第２の熱安定性リングを含み、上記第１及び第２の熱安定性リングは、上記第１及び第２の光学素子を温度変化から遮蔽するように構成される。

一実施形態によれば、当該ファブリーペロー共振器スペーサは更に第１及び第２の孔を有し、該第１及び第２の孔は、上記四面体ボディを貫いて、互いに対して及び上記光キャビティに対して直角に延在する。一実施形態において、上記第１及び第２の孔は円筒形である。他の一実施形態において、上記光キャビティは１インチ（２．５センチメートル）の長さを持つ。他の一実施形態において、上記四面体ボディは、超低膨張ガラス、単結晶シリコン、炭素繊維材料、負の熱膨張係数を持つ材料、炭化ケイ素、結晶性炭化ケイ素、サファイア、石英、電気光学材料、圧電材料、及びセラミック材料のうちの１つで構成される。

ここに記載された他の一態様は、ファブリーペロー共振器システムに向けられ、当該ファブリーペロー共振器システムは、四面体ボディを持つスペーサであり、上記四面体ボディは、或るポアソン比を持つ材料で製造され、且つ複数のエッジ及び複数のコーナーを画成している、スペーサと、上記四面体ボディによって離間された第１の光学素子及び第２の光学素子と、上記第１の光学素子と上記第２の光学素子との間で上記四面体ボディを直線状に貫いて延在している光キャビティとを有する。

一実施形態によれば、上記複数のコーナーの各々が切頂されて、マウント平面内のマウント表面を形成する。一実施形態において、上記複数のエッジの各々が、上記マウント平面のうちの１つに対して所定の角度で切り取られる。一実施形態において、上記複数のエッジの各々が、φ＝ｔａｎ^−１（１−ν）に従って切り取られ、ただし、φは上記マウント平面に対する角度であり、νは上記四面体ボディの上記材料のポアソン比である。

他の一実施形態によれば、上記第１の光学素子及び上記第２の光学素子は、上記四面体ボディの遠位同士の切り取られたエッジ上に配置される。一実施形態において、上記第１の光学素子は第１の曲面ミラーを含み、上記第２の光学素子は第２の曲面ミラーを含む。他の一実施形態において、上記第１の光学素子は更に第１の熱安定性リングを含み、上記第２の光学素子は更に第２の熱安定性リングを含み、上記第１及び第２の熱安定性リングは、上記第１及び第２の光学素子を温度変化から遮蔽するように構成される。

一実施形態によれば、当該ファブリーペロー共振器システムは更に第１及び第２の孔を有し、該第１及び第２の孔は、上記四面体ボディを貫いて、互いに対して及び上記光キャビティに対して直角に延在する。一実施形態において、上記光キャビティは１インチの長さを持つ。

これらの例示的な態様及び実施形態の更なる他の態様、実施形態、及び利点が、以下にて詳細に説明される。ここに開示される実施形態は、ここに開示される原理のうちの少なくとも１つに一貫したやり方で、他の実施形態と組み合わされてもよく、“実施形態”、“一部の実施形態”、“代替実施形態”、“様々な実施形態”、“一実施形態”、又はこれらに類するものへの言及は、必ずしも相互に排他的なものではなく、記載される特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを指し示すことを意図したものである。ここにこれらの用語が複数現れることは、必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているわけではない。

以下、縮尺通りに描くことは意図していない添付の図面を参照して、少なくとも１つの実施形態の様々な態様を説明する。図面は、様々な態様及び実施形態の例示及び更なる理解を提供するために含められており、本明細書に組み込まれてその一部を構成するが、本発明の限定を規定するものとして意図したものではない。図面において、様々な図に示される同じ又は略同じ構成要素は各々、似通った参照符号によって表される。明瞭さの目的のため、全ての図で全ての構成要素にラベルを付すことはしていない場合がある。
一実施形態に従ったファブリーペロー共振器スペーサの斜視図である。 例示的な四点式ファブリーペロー共振器スペーサマウントシステムである。 一実施形態に従ったファブリーペロー共振器スペーサの透視図である。 一実施形態に従ったファブリーペロー共振器スペーサの、力に対する影響されにくさを例示するグラフである。 図４Ａの拡大図である。

上述したように、従来のファブリーペロー共振器は、或る精密な距離だけ離間された２つの反射光学素子を含んでいる。この距離は、空隙であることもあるし、その他の材料で充たされることもあり、あるいは、共振器スペーサに画成され得る。典型的に、ファブリーペロー共振器の構造が、運動加速度、調和運動、温度、及び／又はマウント用ハードウェアによって発生される当該構造上への力に耐えることが望ましい。というのは、これらの力は、光学素子の対（ペア）の幾何学構成に変化を発生させ得るからである。例えば、共振器の運動加速度は、素子間の間隙に変化を引き起こし得るものであり、それが、例えば不正確な信号の生成などの、共振器にとって望ましくない影響をもたらし得る。

初期のファブリーペロー共振器は、固体のガラススペーサによって離間された２つの光学素子で構成されていた。後に、この固体ガラススペーサは、中空のガラス管に置き換えられた。中空ガラス管は、光学素子のペア間で反射する光波が光学素子間で空気中を進行することを可能にした。しかしながら、これらの方法はどちらも、例えば運動加速度などの外力によって作り出される望ましくない影響を受けやすいものであった。ファブリーペロー共振器の安定性を高めるための伝統的な方法は、“フットボール”のような形状にされた共振器スペーサの使用及び二点支持式の球の使用を含む。外からの熱的な力に対するファブリーペロー共振器の影響されにくさを僅かに改善するが、“フットボール”形状のスペーサ及び二点支持式の球スペーサは、マウントするのが実用的でなく、また、依然として加速力の影響を受けやすい。例えば立方体のスペーサを用いるなどの、ファブリーペロー共振器の影響されにくさを改善するための更なる試みは、関連する欠点に悩まされる。

従って、変形力の影響を受けにくい共振器システム及び簡便にマウント可能なスペーサが提供される。一実施形態において、共振器システムは、リング補償器と相性が良い球形及び立方体のスペーサの望ましい特性を有する弾力性のある四面体形状のファブリーペロースペーサを含む。四面体形状スペーサの質量減少及び対称性低下が、空中用途に非常に重要な周波数スペクトルにわたって、加速、振動、及び熱的な力に対する影響されにくさを高める。

理解されるべきことには、ここに開示される方法及び装置の実施形態は、適用において、以下の記載に説明され又は添付図面に図示される構成の詳細及び構成要素の配置に限定されるものではない。これらの方法及び装置は、他の実施形態での実装も可能であり、また、様々なやり方で実施あるいは実行されることが可能である。具体的な実装の例が、単に例示の目的でここに提供されるが、限定することを意図したものではない。また、ここで使用される言葉遣い及び用語は、記述の目的でのものであり、限定するものとして見なされるべきでない。“含む”、“有する”、“持つ”、“含有する”、“伴う”及びこれらの変形のここでの使用は、その後に挙げられる品目及びそれらの均等物並びに更なる品目を含む意味である。“又は”への言及は、“又は”を用いて記載される項目が、記載される項目のうちの、単一の、１つよりも多くの、及び全ての、の何れかを指し示し得るように、包含的なものとして解釈され得る。前及び後ろ、左及び右、頂部及び底部、上側及び下側、並びに縦方向及び横方向の如何なる参照も、説明の便宜のためであり、本システム及び本方法又はそれらのコンポーネントを何らかの１つの位置的又は空間的な向きに限定するものではない。

図１を参照するに、例えば運動加速度、調和運動、温度、及び／又はマウント用ハードウェアによって発生される力などの変形力に影響されにくい四面体形状を有した、全体として１００で指し示されるファブリーペロースペーサが示されている。スペーサ１００は、各々１０２で指し示された複数の三角形のフェイス（面）と、各々１０４で指し示された複数のコーナー（角）と、各々１０６で指し示された複数のエッジ（辺）とを画成している。図１ではスペーサ１００によって見えなくされている三角形フェイス１０２が、図３の断面図には示されている。特に、ファブリーペロースペーサ１００は、４つの三角形フェイス１０２と、４つのコーナー１０４と、６つのエッジ１０６とを有する。図１に示すように、複数の三角形フェイス１０２は、平坦な表面を形成するような形状にされることができる。

その他の形状のスペーサ（例えば、立方体形状のスペーサ）と比較して低減された質量を持つ四面体形状を使用することにより、ファブリーペロースペーサ１００の機械的共振周波数が上昇し、スペーサ１００を、大いに、力に影響されにくいものにする。例えば、一実施形態において、公称２”の立方体は、複数の三角形フェイス１０２の各々で、およそ０．７５”だけ縮小される。同じ縮尺比が、１”の立方体にも適用される。様々な実施形態において、スペーサ１００は、弾性変形に対して実質的に抵抗する技術的に知られた何らかの材料を有する。例えば、スペーサ１００は、超低膨張ガラス、ニューヨーク州コーニングのコーニング社によって提供されるＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＵＬＥ、単結晶シリコン、独国マインツのショット社によって提供されるＺＥＲＯＤＵＲ（登録商標）スペーサ材料、炭素繊維材料、負の熱膨張係数を持つ材料、炭化ケイ素、結晶性炭化ケイ素、サファイア、石英、電気光学材料、圧電材料、又はセラミック材料で構成され得る。

更なる一実施形態において、スペーサ１００のコーナー１０４は、複数のマウント表面１０４を形成するように切頂される。様々な実施形態によれば、コーナー１０４は、ファブリーペロースペーサ１００を動かないようにするのに理想的な平坦面を形成するように、平面的に切り取られる（例えば、切頂されたコーナーのマウント平面（すなわち、マウント表面１０４）が、図１に点線１１０として示されている）。マウント表面１０４は、マウント装置（図示せず）を受けるように構成されることができる。マウント装置は、四点式マウントシステムを含むことができ、各点が、マウント表面１０４と接触して、スペーサ１００の中心に向かう圧縮力を印加してスペーサ１００を動かないようにするよう構成される。四点式マウントシステムは、スペーサ１００の回転を阻止しながら、不所望の弾性変形をもたらし得る接触圧の印加を最小限にする。マウント装置の他の実施形態は、例えば二点式又は三点式のマウントシステムなど、幾つもある実装インタフェースの何れを含んでいてもよい。さらに、様々な実施形態において、マウント装置は、ファブリーペロースペーサを効果的に保持するための技術的に知られた如何なる拘束システムを含んでいてもよい。例えば、四点式マウントシステムの各点は、ファブリーペロースペーサ１００のマウント表面１０４と接触してスペーサ１００の中心の方に圧縮力を向けるように構成された保持球体を含むことができる。他の一実施形態において、マウント装置の拘束システムは、ポスト又はブラケットを含み得る。

他の一実施形態において、ファブリーペロースペーサ１００のエッジ１０６が切り取られる。特に、ファブリーペロースペーサ１００の６つのエッジ１０６が各々、６つの平面状の表面を形成するように所定の角度で切り取られ得る。一実施形態において、各エッジ１０６は、対応するマウント表面１０４の平面１１０から所定の角度（φとして示す）で切り取られる。上述したように、スペーサ１００の四面体形状は、少なくとも減少された質量及び低下された対称性の結果として、向上された影響されにくさを提供する。切り取られたコーナー１０４及び／又はエッジ１０６は、スペーサ１００の質量及び対称性を更に低減させ、破壊力に対する共振器の影響されにくさを更に高める。

一実施形態において、外力に対する望ましい影響されにくさを達成するために（四点式マウントシステムに関して）ファブリーペロースペーサ１００の各エッジ１０６が切り取られる最適なマウント角度（φ）は、球形のファブリーペロースペーサの望ましい品質を、立方体のファブリーペロースペーサの望ましい品質と組み合わせることによって決定される。例えば、式（１）は、二点式マウント（例えば、球状スペーサと共に使用される）に関する最適なマウント角度を示している。典型的な二点式マウントでは、互いに反対の方向から球形スペーサに力が加えられる。ここで使用されるとき、マウント角度φ_ｓは、球形スペーサの本体とマウント表面との間の角度を指す。

式（１）は、νはスペーサ材料のポアソン比であるとして、二点式球体マウントから導出される。示されるように、マウント角度（φ_ｓ）は、スペーサ材料のポアソン比に依存して変化する。この式から、四点系の最適なマウント角度に関する式に至ることができる。式（２）に示すように、ｎ点式マウントでは、ｎはマウント数であるとして、ｎ点マウントの力（Ｆ_ｎ）の和が二点式マウントシステムにおける力（Ｆ）と等しくなるべきである。

この式を、図２に示すように点が分布される四点式マウントシステム（第１マウント点２０２、第２マウント点２０４、第３マウント点２０６、及び第４マウント点２０８）に適用すると、デカルト座標系のｘ、ｙ、ｚ方向の力の分布は、式（３）−（５）として表されることになる。なお、図２には単に例示の目的で立方体形状が示されており、これは限定を意図するものではない。

二点式マウントシステムの最適なマウント角度の式（すなわち、式（１））に加えて、三角法の恒等式及び式（３）−（５）を使用することで、四点式マウントシステムに関するマウント式（６）及び（７）を導出することができる。ただし、φ_１は第１マウント点２０２のマウント角度であり、φ_２は第２マウント点２０４のマウント角度であり、φ_３は第３マウント点２０６のマウント角度であり、そして、φ_４は第４マウント点２０８のマウント角度である。

故に、四点式マウントシステムに関する一実施形態において、φ_１＝ｔａｎ^−１（１−ν）、φ_３＝φ_１、且つφ_２＝φ_４＝φ_１＋πである。ここで説明されるように、これらのマウント角度は、対応するマウント表面の平面に対するものである。角度φ_１−φ_４に従ってファブリーペロースペーサ１００のエッジ１０６を切り取ることは、実質的に改善された均衡を持つ四面体形状をもたらす。低減された質量及び対称性による、四面体形状に生来的な、力に影響されにくい性質に併せて、角度φ_１−φ_４を適用することは、質量及び対称性を更に低減させることによって、力に対するファブリーペロースペーサ１００の影響されにくさを更に高めることができる。従って、更なる実施形態は、対応するマウント表面の平面に対する角度をφとして、φ＝ｔａｎ^−１（１−ν）に従って四面体スペーサ１００のエッジ１０６を切り取ることを含む。

ここで、図１を引き続き参照しながら、図３を参照するに、スペーサ１００は更に、第１の光学素子１０８（図１に示されている）を受けるように構成された第１のミラーチャネル１１２と、第２の光学素子（図１ではスペーサ１００によって見えなくされている）を受けるように構成された第２のミラーチャネル１１４とを含むことができる。様々な実施形態において、第１及び第２の光学素子は、曲面ミラー１２２（第１の光学素子１０８の拡大図に示されている）を含むことができる。更なる実施形態において、曲面ミラー１２２は、球面又は非球面に湾曲され得る。

第１のミラー１０８に入射した入力光波は、第１のミラー１０８と第２のミラーとの間で何度も反射される。入力光波が第２のミラーで反射する度に、一部は第１のミラー１０８に向けて反射され返され、他の一部は出力波として第２のミラーを通り抜ける。第１のミラーと第２のミラーとの間の空間を調節することにより、ファブリーペロー共振器によって送られる出力波の波長を制御することが可能である。

斯くして、第１及び第２のミラーは、等間隔に遅延された複数の透過光線を生み出すように構成される。第１のミラーチャネル１１２及び第２のミラーチャネル１１４は、それぞれ、第１及び第２の光学素子の対する支持を提供する。一実施形態において、第１及び第２のミラーチャネル（１１２及び１１４）は、振動又は外力の結果として外れることを防止するために、それぞれ、第１及び第２のミラーに接合される。更なる実施形態において、第１及び第２のミラーチャネル（１１２及び１１４）は、ファブリーペロースペーサ１００の、例えば切り取られたエッジ１０６などの、遠位同士の切り取られたエッジ上に位置付けられ得る。

他の一実施形態において、第１及び第２のミラーは更に、それぞれ、第１及び第２の熱安定性リングを含むことができる。ここで使用されるとき、熱安定性リングは、第１又は第２のミラーの外向きの表面を、例えば温度変化などの、外部の熱的な力から保護するように構成されたあらゆる既知の遮蔽デバイスを含み得る。様々なタイプの熱安定性リングが使用され得るが、一実施形態の安定性リングは、例えば、超低膨張ガラス、ニューヨーク州コーニングのコーニング社によって提供されるＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＵＬＥ、単結晶シリコン、独国マインツのショット社によって提供されるＺＥＲＯＤＵＲ（登録商標）スペーサ材料、炭素繊維材料、負の熱膨張係数を持つ材料、炭化ケイ素、結晶性炭化ケイ素、サファイア、石英、電気光学材料、圧電材料、又はセラミック材料など、ファーリーペロースペーサ１００と同じ材料から形成され得る。

様々な実施形態において、ファブリーペロースペーサ１００は更に、第１のミラーチャネル１１２と第２のミラーチャネル１１４との間で四面体ボディの中心を直線状に貫いて延在された光キャビティ１１６を含む。光キャビティ１１６（その他に、ここでは“ギャップ”とも称する）は、２つの光学素子間での光線の伝播を可能にするスペーサ１００内の開口を提供する。一実施形態において、光キャビティ１１６は１インチの長さを持つ。しかしながら、ファブリーペロー共振器の異なる用途は、例えば１．５インチ又は２インチなどの異なるキャビティ長を要求し得る。故に、ファブリーペロースペーサ１００内の光キャビティ１１６の長さは、用途に従って変更され得る。更なる実施形態において、キャビティ１１６は、実質的に円筒形の形状を有することができる。

図３の断面図に示されるように、ファブリーペロースペーサの様々な他の実施形態は、四面体ボディの中心を通って、互いに対して及び光キャビティ１１６に対して直角に延在する第１の孔（ボア）１１８及び第２の孔１２０を含むことができる。光キャビティ１１６と同様に、様々な実施形態において、第１の孔１１８及び第２の孔１２０は、円筒形の形状とし得る。更なる一実施形態において、第１及び第２の孔（１１８及び１２０）は、ファブリーペロースペーサ１００内に真空を作り出すための真空システムを受けるように構成され得る。他の実施形態において、第１及び第２の孔（１１８及び１２０）は、気体又は液体を受け取るように構成され得る。一実施形態において、第１及び第２の孔（１１８及び１２０）は各々、第２及び第３のペアの光学素子を受ける一対のミラーチャネルを有することができる。ここで説明されるように、光学素子は、曲面ミラー、特に、球面状に湾曲したミラーを含み得る。従って、一実施形態において、ファブリーペロースペーサ１００は、スペーサの中心（すなわち、光キャビティ１１６、第１のボア１１８、及び第２のボア１２０）を通って互いに直交する３つのチャネル（すなわち、光キャビティ１１６、第１の孔１１８、及び第２の孔１２０）を有する。また、スペーサ１００は、各チャネルの端部に１つの光学素子（例えば、曲面ミラー１２２）で、合計６つの光学素子を含む。互いに及びミラーチャネルに対して実質的に直交して、ファブリーペロースペーサ１００の中心を通って延在するように示されているが、様々な実施形態では、第１及び第２の孔は、ファブリーペロースペーサ１００の中心の軸外に経路付けられてもよい。

運動加速度、調和運動、温度、又はマウント用ハードウェアの結果としてファブリーペロースペーサ１００に作用する力は、弾性変形を引き起こし得る。上述したように、弾性変形は、光キャビティ１１６の形状又は長さの変化を発生させ得る。しかしながら、四面体形状のスペーサ１００の、低減された質量及び対称性により、スペーサ１００の機械的共振周波数が上昇され、加速力に対して、及び調和運動、温度、若しくはマウント用ハードウェアによる変形に対して、実質的に影響されにくいスペーサ１００がもたらされる。

例えば、有限要素解析を使用して、以下の表は、一実施形態に示されるような四面体形状の、改善された影響されにくさを定量化している。

表１は、立方体形状のスペーサと比較した、四面体形状の最初の６つの機械的共振固有モード及び対応するＱファクタ（光学素子の反射率）の比較を示している。理解されるように、固有モードは、発振システムの振動の通常モードを表す。特に、固有周波数は振動の固有振動数である。表１は、共振器長が１インチ及び２インチでの双方のスペーサの比較を示している。“ｆ”は共振周波数を表し、“ｆ’”は共振周波数の虚数成分を表し、“Ｑ”は品質係数を表している。品質係数は四面体形状と立方体形状との間で実質的に一定のままであるが、共振周波数の実質的な改善が存在する。例えば、２”の四面体形状のスペーサは２０８４３Ｈｚの第１の共振周波数を示すが、２”の立方体形状のスペーサは１８６７０Ｈｚの第１の共鳴周波数を示す。ここで説明されるように、より高い共振周波数は、破壊力に対するファブリーペロースペーサの影響されにくさを高める。

次いで、表１を視覚的に表現したものを示す図４Ａ及び４Ｂを参照するに、四面体形状を有するファブリーペロースペーサの周波数応答が、０−１０ｋＨｚの範囲で、立方体形状を有するファブリーペロースペーサと比較されている。特に、図４Ａは、１”の四面体形状のトレース４０６、１”の立方形状のトレース４０８、２”の四面体形状のトレース４１０、及び２”の立方体形状トレース４１２を示している。図４Ａは、応答振幅を規定する第１の軸４０２と、周波数をｋＨｚ単位で規定する第２の軸４０４とを有している。図４Ｂは、０．５”の立方体形状トレース４１４、及び０．５”の四面体形状のトレース４１６を含めて、０−２ｋＨｚでの図４Ａの拡大図を示している。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、四面体スペーサは、１インチのキャビティ長及び２インチのキャビティ長の双方における改善を示す。１インチ及び２インチの双方のキャビティの四面体スペーサの応答振幅は、２ｋＨｚ未満の周波数において立方体スペーサよりも低い。例えば、４２００Ｈｚの周波数において、１”の四面体形状のスペーサが１．６ｐｐｍの長さ変化率の応答振幅を示す一方で、１”の立方体形状のスペーサは１．４ｐｐｍの応答振幅を示す。大抵の用途において、例えば航空機、宇宙船、又は船の上での、加速の結果としての振動ノイズは２ｋＨｚ未満となる。

従って、態様及び実施形態が、ファブリーペロー共振器に向けられる。特に、実施形態は、変形力に対する感度が低い共振器システムおよびスペーサを含む。一実施形態は、球形及び立方体のスペーサの特性を有する弾力性のある四面体形状のファブリーペロースペーサを含み、これは、リング補償器と相性が良いものである。スペーサの四面体形状によるスペーサの質量減少及び対称性低下が、空中用途に非常に重要な周波数スペクトルにわたって、加速、振動、及び熱的な力に対する影響されにくさを高める。少なくとも１つの実施形態において、スペーサの切り取られたコーナー及び／又はエッジが、スペーサの質量及び対称性が更に低減させ、破壊力に対する共振器の影響されにくさを更に高める。他の実施形態では、熱安定性リングの使用が、ファブリーペロー共振器内の光学素子の外向きの表面を保護し、熱的な力に対する影響されにくさを高める。

さらに、ここに記載れたこれら１つ以上の実施形態は、更なる実施形態と組み合わせて又は補助的に実行されてもよい。例えば、一実施形態において、第１の光学素子を温度変化から遮蔽するように構成された第１の熱安定性リングを有するとして説明したが、別の一実施形態では、ファブリーペロー共振器システム１００は、温度変化を受けやすい第１の光学素子を含んでいてもよい。実際、様々な実施形態は、空中用途の要求に適合するように、必要に応じて組み合わされ得る。

少なくとも１つの実施形態の幾つかの態様を上述してきたが、理解されるように、当業者には様々な改変、変更、及び改良が容易に浮かぶであろう。そのような改変、変更、及び改良は、この開示の一部であることが意図され、また、本発明の範囲内であることが意図される。従って、以上の説明及び図面は単に例によるものであり、発明の範囲は、添付の請求項の適正なる解釈及びそれらに均等なものから決定されるべきである。

Claims (19)

1. 或るポアソン比を持つ材料で製造され、且つ複数の三角形フェイス、複数のエッジ、及び複数のコーナーを画成する四面体ボディであり、前記複数のコーナーの各々が切頂されて、マウント平面内のマウント表面を形成し、前記複数のエッジの各々が切り取られて、切り取られたエッジを形成している、四面体ボディと、
   前記四面体ボディの第１の切り取られたエッジに配置され、第１の光学素子を受けるように構成された第１のミラーチャネルと、
   前記四面体ボディの第２の切り取られたエッジに配置され、第２の光学素子を受けるように構成された第２のミラーチャネルと、
   前記第１のミラーチャネルと前記第２のミラーチャネルとの間で前記四面体ボディを直線状に貫いて延在している光キャビティと、
   を有するファブリーペロー共振器スペーサ。
2. 前記複数のエッジの各々が、前記マウント平面のうちの１つに対して所定の角度で切り取られている、請求項１に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
3. 前記複数のエッジの各々が、φ＝ｔａｎ^−１（１−ν）に従って切り取られており、ただし、φは前記マウント平面のうちの１つに対する角度であり、νは前記四面体ボディの前記材料のポアソン比である、請求項２に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
4. 前記第１のミラーチャネル及び前記第２のミラーチャネルは、前記四面体ボディの遠位同士の切り取られたエッジ上に配置されている、請求項３に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
5. 前記第１のミラーチャネルに配置された第１の光学素子と、前記第２のミラーチャネルに配置された第２の光学素子と、を更に有する請求項４に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
6. 前記第１の光学素子は第１の曲面ミラーを含み、前記第２の光学素子は第２の曲面ミラーを含む、請求項５に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
7. 前記第１の光学素子は更に第１の熱安定性リングを含み、前記第２の光学素子は更に第２の熱安定性リングを含み、前記第１及び第２の熱安定性リングは、前記第１及び第２の光学素子を温度変化から遮蔽するように構成される、請求項６に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
8. 当該ファブリーペロー共振器スペーサは更に第１及び第２の孔を有し、該第１及び第２の孔は、前記四面体ボディを貫いて、互いに対して及び前記光キャビティに対して直角に延在している、請求項７に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
9. 前記第１及び第２の孔は円筒形である、請求項８に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
10. 前記光キャビティは１インチ（２．５センチメートル）の長さを持つ、請求項１に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
11. 前記四面体ボディは、超低膨張ガラス、単結晶シリコン、炭素繊維材料、負の熱膨張係数を持つ材料、炭化ケイ素、結晶性炭化ケイ素、サファイア、石英、電気光学材料、圧電材料、及びセラミック材料のうちの１つで構成されている、請求項１に記載のファブリーペロー共振器スペーサ。
12. 四面体ボディを持つスペーサであり、前記四面体ボディは、或るポアソン比を持つ材料で製造され、且つ複数の三角形フェイス、複数のエッジ及び複数のコーナーを画成し、前記複数のコーナーの各々が切頂されて、マウント平面内のマウント表面を形成し、前記複数のエッジの各々が切り取られて、切り取られたエッジを形成している、スペーサと、
    前記四面体ボディによって離間された第１の光学素子及び第２の光学素子であり、それぞれ、前記四面体ボディの第１の切り取られたエッジ及び第２の切り取られたエッジに配置される、第１の光学素子及び第２の光学素子と、
    前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間で前記四面体ボディを直線状に貫いて延在している光キャビティと、
    を有するファブリーペロー共振器システム。
13. 前記複数のエッジの各々が、前記マウント平面のうちの１つに対して所定の角度で切り取られている、請求項１２に記載のファブリーペロー共振器システム。
14. 前記複数のエッジの各々が、φ＝ｔａｎ^−１（１−ν）に従って切り取られており、ただし、φは前記マウント平面に対する角度であり、νは前記四面体ボディの前記材料のポアソン比である、請求項１３に記載のファブリーペロー共振器システム。
15. 前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子は、前記四面体ボディの遠位同士の切り取られたエッジ上に配置されている、請求項１４に記載のファブリーペロー共振器システム。
16. 前記第１の光学素子は第１の曲面ミラーを含み、前記第２の光学素子は第２の曲面ミラーを含む、請求項１５に記載のファブリーペロー共振器システム。
17. 前記第１の光学素子は更に第１の熱安定性リングを含み、前記第２の光学素子は更に第２の熱安定性リングを含み、前記第１及び第２の熱安定性リングは、前記第１及び第２の光学素子を温度変化から遮蔽するように構成される、請求項１６に記載のファブリーペロー共振器システム。
18. 当該ファブリーペロー共振器システムは更に第１及び第２の孔を有し、該第１及び第２の孔は、前記四面体ボディを貫いて、互いに対して及び前記光キャビティに対して直角に延在している、請求項１２に記載のファブリーペロー共振器システム。
19. 前記光キャビティは１インチ（２．５センチメートル）の長さを持つ、請求項１２に記載のファブリーペロー共振器システム。

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