JPS6138635B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はレーザージヤイロスコープに関し、具
体的には、レーザージヤイヤロスコープ空胴内に
４つの異なる周波数の波を用いるレーザージヤイ
ロスコープに関する。更に具体的には、本発明は
空胴内を循環するビームの一部を抽出してその部
分から空胴内で同じ極性を有するビーム対間の周
波数差を表わす出力信号を発生するのに用いられ
る出力光学構造体に関する。 一般的に、レーザージヤイロスコーブとは、レ
ーザー媒体を通し両方向に循環する２つ以上の波
を用い系の回転が両方向に回転する波に対する所
要旋回時間を回転の速度および量に従つて異なる
ようにしてある装置である。２つの波を用いる系
では、小さな理論的差周波数に対応する低回転速
度に対しては実際の出力差周波数は、「ロツクイ
ン」として知られている現象のために零又は期待
されるものよりも相当に小さいということが知ら
れている。ロツクインの問題が生ずる理由は反射
器またはフアラデー回転子などの路内の素子やレ
ーザー媒体そのもの内の散乱の中心からの波エネ
ルギーの後方散乱を含む多数の有り得べき要因か
ら生ずる波間の結合のためであると信じられてい
る。 この問題を補償するための最も早期の試みに
は、異なる方向に伝搬するビームに異なる遅延時
間を受けさせるフアラデー回転子の使用により２
つのビームを零出力レべルから遠く離れた零回転
にバイアスするという提案が含まれていた。不幸
なことに、ロツクインを避けるために２つのビー
ムを充分に遠く離すようにバイアスするだけでは
これら２つのビーム間に大きな周波数差が生じ、
この周波数差が実際上非常に大きくて普通の回転
量によつて生ぜしめられる周波数の変化が合計周
波数に比してむしろ無意味になつてしまうような
ものであつた。従つて、いかなる小さなドリフト
も実際の所望信号出力を抹殺してしまう可能性が
あつた。バイアスを与えることを達成する別の試
みには、対称的交流スイツチング波形を用いてフ
アラデー回転子を一方向から他の方向に切換える
ものが含まれた。このような方式は交流切換波形
の対称性が100万分の１より大きく維持されなけ
ればならないという理由で実施するのが幾分困難
であることが証明されている。 更に別に提案されかつ構成された最も成功した
レーザージヤイロスのうちの１つはそれぞれ反対
方向に伝搬する２対の４つの波を用いている。こ
のような方式はケインペ・アンドリンガ
（Keimpe Andringa）対し許可された米国特許第
3741657号および同第3854819号の明細書に示され
ている。このレーザーシステムでは、４つの波の
各々に対し円偏波が用いられる。時計方向に伝搬
する波すなわちビームの対は反時計方向に伝搬す
る波の対と同様に左旋回円偏波および右旋回円偏
波の両方を含む。 ２つのバイアス付与要素が設けられる。水晶回
転子などの装置が一方向の円偏波に対して他方の
円偏波に対するのと異なる遅延を生じさせながら
これらの円偏波に対する遅延を生じさせ、この遅
延は可逆的である。すなわち、クリスタルを通し
いずれかの方向に進む所定の偏波の波は同じ量の
時間だけ遅延させられる。第２に、フアラデー回
転子などの装置も波の路内に配置される。この装
置は非可逆的であつて、いずれかの偏波方向の或
る波に対して、それを通る２つの伝搬方向に対し
て異なる時間遅延を与える。 これらのレーザージヤイロスコープ・システム
のいずれにおいても、レーザー空胴内を循環する
各ビームの一部を抽出してレーザー空胴内で同じ
円偏波方向を有する波の対間の周波数差をそれぞ
れが表わす２つの出力信号を生じさせることが必
要である。この目的を達成するため、それぞれが
同じ偏波方向を有する波を含む２つの新しいビー
ムを生じさせるような仕方でこれら２つのビーム
を出力構造体内の或る点において結合することが
希望される。 出力信号を分離し、結合しそして検出するた
め、の既知の出力構造体は機械的にがさが大きく
かつ信号エネルギーを浪費するものであり、偏波
の状態を充分に分離せず、検出器出力に混信を生
じさせるものであつた。出力構造体内での信号エ
ネルギーの浪費のために、比較的に大きな割合の
出力エネルギーを空胴から抽出する必要があり、
レーザー利得媒体からの比較的に大きな利得を必
要とした。これらの構造体の機械的な不都合さは
これらのシステムを多くの応用に用いるのを困難
にしていた。更に、出力光学構造体内の種々の構
成要素は互に直接的な物理接触範囲内にないの
で、種々の構成要素間の不整列の問題がドリフト
の問題と同様にしばしば生じた。また、多くの構
造体において出力検出器に対する単一のチツプ上
に２つのダイオードを用いてこれらのダイオード
の特性がほぼ等しいものにするのは不可能であつ
た。 従つて、本発明の目的は、、機械的に丈夫で、
コンパクトで効率良い出力構造体を有するレーザ
ージヤイロスコープ・システムを提供することで
ある。 本発明の目的は、出力構造体の全ての構成要素
が不整列およびそれに付随するドリフトの問題を
除去するように機械的に直接に結合され得るよう
になつたレーザージヤイロスコープ・システムを
提供することである。 更に、本発明の目的は、得られる出力信号エネ
ルギーが最大に利用されるようになつたそのよう
な出力構造体を提供することである。 更に、本発明の目的は、空胴内で同じ偏波方向
を有する波を他の対の波から完全に分離して検出
器の２つの信号出力間の混信を除去し、より安全
でノイズのない信号を生じさせることのできる構
造体を提供することである。 更に、本発明の目的は単一のチツプ上に２つの
ダイオードを用いることのできる出力光学構造体
を提供することである。 本発明のこれらおよび他の目的は次のような組
合せを提供することによつて達成される。すなわ
ち、レーザー利得媒体を含むレーザージヤイロス
コープ空胴と、少くとも４つの周波数の波を生じ
させる偏波分散性構造体と、波に対するループす
なわち閉じた路を形成する複数の反射手段（その
うちの少くとも１つはそれに入射する波に対して
部分的に透過性である）と、ビーム分割器と、部
分的透過性反射手段を通して透過させられる波の
一部をビーム分割器上の１つの共通位置に指向さ
せてビーム分割器が透過ビームおよび反射ビーム
の両方を生じさせるようにする手段との組合せで
ある。本願明細書において、「波」という用語は
一方向に伝搬する単一の電磁波でけを意味し、こ
れに対して、「ビーム」という用語は同じ路に沿
い同じ方向に伝搬する２つ以上の電磁波を意味す
るものとして用いられている。上記の組合せは、
更に、出力構造体内の円偏波をビーム分割器から
の反射波および透過波の路内に位置する直線偏波
に変換する偏波変換手段と、この直線偏波された
波が該偏波変換手段から現われるときこの直線偏
波された波の路内に配置されている偏波手段と、
該偏波手段から波が現われるときにそれらを受け
る検出手段とを含むようにすることができる。好
ましくは、波の数は４にされ、空胴内のこれらの
波の２つは第１の偏波方向をもつて円偏波され、
空胴内のこれらの波の残りの２つは第２の偏波方
向をもつて円偏波される。第１の偏波方向を有す
る波のうちの第１の波および第２の偏波方向を有
する波のうちの第１の波は路をまわつて第１の方
向に循環し、第１の偏波方向を有する波のうちの
第２の波および第２の偏波方向を有する波のうち
の第２の波はその閉じた路をまわつて逆方向に循
環する。好ましい実施例において、上記の部分的
透過性反射手段、ビーム分割器、指向づけ手段お
よび変換手段は機械的に結合され、堅固な１つの
ユニツトとして装着される。更にこのユニツトの
一部として上記の検出手段および偏波手段を更に
含ませることができる。上記の部分的透過性反射
手段は透過性基板を含む多層透電体製の鏡で構成
することができる。上記の変換手段は４分の１波
長板であるのが好ましく、これに対して、指向づ
け手段はレトロ・プリズム（retro prism）であ
るのが好ましい。 本発明はまた次の組合せによつても実施するこ
とができる。すなわち、レーザー利得媒体を含む
レーザージヤイロ空胴と、少くとも１つの周波数
の波を生じさせる偏波分散性構造体と、波を伝搬
させるループまたは閉じた路を形成するように配
置された複数の反射器と、透過性基板と、空胴内
の波に対する反射手段の１つを形成する透過性基
板の一表面上の誘電体材料製の複数の層と、透過
性基板から第１のビームが現われる位置において
透過性基板の第２の表面の部分上に配置されてい
るビーム分割器と、このビーム分割器上に配置さ
れ４分の１波長板と、この４分の１波長板に隣接
する第１の表面を有すると共にこの第１の表面と
反対側にありかつ第１の表面に対して傾斜してい
る少くとも一部は反射性の複数の第２の表面と、
プリズムの第４の非反射性表面に隣接して配置さ
れている第１および第２の偏光子と、これら第１
および第２の偏光子に隣接して配置されている第
１および第２の検出器との組合せである。基板か
ら現われた第１のビームは予め定めた位置におい
てビーム分割器にあたり、基板から現われた第２
のビーム分割器に触れることなしに４分の１波長
板を通過してプリズムの反射面に両方からビーム
分割器上の第１のビームがあたつたのと同じ位置
へ戻るように反射される。これによつて、それぞ
れが４つの周波数の全ての波を含む透過波および
反射波が発生される。ビーム分割器上の同じ位置
からの第１の透過波および第１の反射波は基板を
通過しそして再び誘電体材料の複数の層の後側か
ら基板を通つて４分の１波長板へと反射され、最
後にプリズムの反射面の１つから第１の偏光子お
よび第１の検出器への反射される。この第１の偏
光子はその点においてビームに含まれる４％の波
のうちの好ましい２つだけを通過させるように方
向づけられている。ビーム分割器上のその点から
の第２の透過波および第２の反射波はプリズムの
反射面のうちの同じ反射面から第２の偏光子およ
び第２の検出器へと反射される。この第２の偏光
子は他の２つの波を第２の検出器に結合するよう
に方向づけられている。好ましい実施例において
は、誘電体材料の層、基板、ビーム分割器、４分
の１波長板、およびプリズムは堅固な構造体を形
成するように機械的に相互接続されている。更
に、第２および第３の４分の１波長板を設けるこ
とができ、第２の４分の１波長板はブリズムと第
１の偏光子との間に配置され、第３の４分の１波
長板はプリズムと第２の偏光子との間に配置され
る。これら第２および第３の４分の１波長板を設
けると誘電体層の表面での偏光の消失により生ぜ
しめられるビーム中の干渉または混信を減らすと
いう付加的利点も得られる。 以下図面を参照しながら本発明を説明する。 第１図は本発明が有利に用いられるレーザージ
ヤイロコープ・システムのブロツクダイヤグラム
が示されている。レーザージヤイロスコープ空胴
５は米国特許第3741657号および同第3854819号明
細書ならびに本願明細書の「発明の詳細な説明」
の欄の始めの部分に記載されたような仕方で動作
する。レーザージヤイロスコープ空胴５は４つの
電磁レーザー波を伝搬させる閉じた通路すなわち
再入型の通路を有する。この通路はレーザー利得
媒体１０、反射鏡１２および１３、水晶回転子１
７およびフアラデー回転子１８を含む偏光分散性
構造体１６、反射鏡１５、および、出力反射鏡２
２を含む。水晶回転子１７およびフアラデー回転
子１８によつて生ぜしめられるバイアスのために
上記閉じた通路内を伝搬する周波数_１〜_４の
４つの電磁波が存在する。周波数_１および_４
の波は時計方向に循環して空胴５内に１つのビー
ムを形成し、これに対して、周波数_２および
_３の波は反時計方向に循環して第２のビームを形
成する。これら４つの波の全ては円偏波されるの
が好ましく、その際周波数_１および_２の波は
一つの向きをもつて円偏波されかつ周波数_３お
よび_４の波は逆の向きをもつて円偏波される。
レーザー利得媒体１０に対する利得曲線上の位置
が第２図の下側の図に示されている。 このシステムからの出力信号は予め定めた期間
から始まつてレーザージヤイロスコープ空胴５が
経験した合計回転量を表わすデイジタル数または
他の信号であるか、或いは、レーザージヤイロス
コープ空胴５の現在の回転速度を表わすデイジタ
ル信号または他の信号であることが望ましい。こ
の回転速度は下記の式に従つて計算される。 Ω＝Ｌλ／８Ａ〔（_４−_３）−（_２−_１）〕 ここで、Ωはジヤイロスコープの減応軸のまわ
りでの回転速度を現わし、Ｌは合計路長を表わ
し、Ａはこの路内に包囲される実効面積を表わ
し、λはレーザージヤイスープ空胴５内を伝搬す
る波の波長を表わす。回転量は上記の式を時間に
ついて積分すすることにより得られる。 回転量を表わす信号を生じさせるためにはまず
それぞれ_４―_３および_２―_１で表わされ
る１方の円偏波の空胴波間の周波数差を表わす信
号および他方の円偏波における周波数差を得るこ
とが必要である。第１の検出器ダイオードで周波
数_１および_２のビームを結合しそして第２の
検出器ダイオードで周波数_３および_４のビー
ムを結合するという動作をいずれのダイオード上
にも他の２つの波を存在させることなしに行うの
が出力光学構造体３０の機能である。出力処理回
路３２は右旋回円偏波信号と左旋回円偏波信号と
の間の差を表わす信号を上記の式に従つて回転量
を表わすデイジタル数に変換する。出力処理回路
３２は更に２つの出力ダイオードから得られる信
号の振幅に作用して、それらの信号振幅から、波
の対に一致している利得が実質上等しくなるよう
にレーザージヤイロスコープ空胴５内に適当な合
計路長を維持する如く圧電変換器２０を動作させ
るアナログ信号を発生する。 第２図には本発明を実施する出力光学構造体の
概略図が示されている。出力反射鏡２２はレーザ
ージヤイロスコープ空胴５内に閉じた路を規定す
る反射器の１つを形成する。出力反射鏡２２は、
それに入射する２つのビームに対し99％以上反射
性であるのが好ましい。しかしながら、各出力ビ
ームの一部分は出力反射鏡２２を通し透過してそ
れの後側から反射鏡４０および４１の方向に現わ
れる。 すぐ後に与えられる説明のために出力反射鏡２
２を通る円偏波の透過がその偏光状態を実質上変
えない場合を考えよう。CCWと記された透過反
時計方向ビームはそれぞれ例えば左旋回円偏波お
よび右旋回円偏波の周波数_２および_３を含
む。第２図中の２つの小さな図面に示されたよう
に、各波の偏波方向は反射時に公知のように左手
側から右手側または右手側から左手側へと変るた
めに空胴路の次々の辺において逆になつている。
従つて、CWと記された時計方向ビームはそれぞ
れ右旋回円偏波および左旋回円偏波の周波数_１
および_４の波を含む。時計方向ビーームは反射
鏡４０からビーム分割器４２上の予め定められた
位置まで反射される。反時計方向ビームは同様に
反射鏡４１によつてビーム分割器４２上の同じ位
置まで反射される。ビーム分割器４２にあたつた
ビームはほぼ等しい大きさにあることの好ましい
透過成分および反射成分の両方を生じさせる。ビ
ーム分割器４２はビーム分割面を透過したビーム
およびそれから反射されたビームを同等に直線的
に結合するように角度的に整列させられている。
従つて、ビーム分割器４２からの透過ビームと反
射ビームとを結合したものはそれぞれ４つの周波
数の全部の周波数の波を含む。時計方向ビームの
透過部分および反時計方向ビームの反射部分は同
じ路に沿つて４分の１波長５３へと伝搬する。同
様に、反時計方向ビームの透過部分および時計方
向ビームの反射部分は共に同じ路に沿つて４分の
１波長板４３へと伝搬する。従つて、ビーム分割
器４２と４分の１波長板４３および５３との間で
右旋回円偏波周波数の対および左旋回円偏波周波
数の対は結合されてしまい、共に同じ路に沿い同
じ方向に進行しつつある。例えば、４分の１波長
板５３の前には左旋回円偏波されている周波数
_１および_２の波と右旋回円偏波されている周波
数_３および_４の波とが存在する。これら同じ
周波数の波はビーム分割器４２と４分１波長板４
３との間に逆の円偏波方向をもつて存在する。 ４分の１波長板４３および５３は例えば左旋回
円偏波が垂直偏波に変換されかつ右旋回円偏波が
水平偏波に変換されるように方向づけられる。直
線偏波だけを通す偏光子４４および５４が設けら
れる。これらは互に直交関係に方向づけられ、そ
れ故例えば偏光子４４は水平偏波だけを通過させ
そして偏光子５４は垂直偏波だけを通過させる。
この構成では、偏光子５４と検出器ダイオード５
５との間のビームは直線垂直偏波を有する周波数
_１および_２のみからなり、偏光子４４と検出
器ダイオード４５との間のビームは水平偏波を有
する周波数_３および_４のみからなる。単に２
つの周波数のみの波が各検出器ダイオードにあた
り、他の２つの周波数の波は完全に降去されてい
るということは容易に理解されよう。 結合用ビーム分割器からの透過ビームおよび反
射波の両方が最終出力ビームを形成するように利
用されることは本発明での顕著な利点である。従
来技術の出力光学装置においては、ビーム分割器
からの２つの出力ビームのうちの１つだけが利用
された。従つて、本発明を利用すれば、出力エネ
ルギーの半分の浪費は除去される。前と同様にそ
のエネルギーの半分だけをレーザージヤイロスコ
ープ空胴から抽出すればよく、それ故レーザー増
幅器およびレーザー利得媒体から必要とされる利
得は減らされる。 第３図には全ての出力光学構成要素が機械的に
堅固でちみつな構造体内に機械的に相互接続され
るようになつた本発明の実施例が示されている。
この実施例において、完全に透過性のガラスで構
成され得る反射鏡基板１０４はそれの滑らかな一
表面上に最も反射性の反射鏡を形成するように複
数の誘電体材料層１０２で被覆される。この反射
鏡はレーザージヤイロスコープ空胴５の閉じた路
を規定する反射素子の１つを形成する。誘電体材
料層１０２の数および構成はそれに入射するビー
ムの小部分が反射鏡基板１０４中に透過させられ
るように選ばれる。代表的には入射ビーム内のネ
ルギーの1/2％が反射鏡基板１０４中に透過させ
られる。 同じく誘電体材料で形成されるビーム分割器１
０６は複数の誘電体層１０２から反射鏡基板１０
４の反対側の平行な表面の隣りに配置される。ビ
ーム分割器１０６内には形成されていて図面に示
されているようにビームがそれを通過できるよう
にしてある。実際上、ビーム分割器１０６は、４
分の１波長板１０８の表面上に誘電体材料を付着
させそしてその後に例えばイオンビームエツチン
グ技術を用いて環状部をエツチングして必要な開
口を形成することによつて形成することができ
る。ビーム分割器１０６内に環状部の形の開口を
設けることによつて、４分の１波長板１０８およ
び分割器１０６からなる構造体を回転させて４分
の１波長板１０８とそれに入射するビームとの間
に適正な相互作用を与え、例えば左旋回円偏波の
ビームが完全に垂直直線偏波に変換されかつ左旋
回円偏波のビームが完全に水平直線偏波に変換さ
れるようにすることができる。 ４の１波長板１０６の上表面に隣接してレト
ロ・プリズム１１０の下表面が配置されている。
レトロ・ブリズム１１０は高度に透過性のガラス
で構成するのが好ましい。４分の１波長板１０８
と接するレトロ・プリズム１１０の表面に図面に
示されたビーム反射角を与えるようにレトロ・プ
リズム１１０の２つの付加的表面が対向してい
る。これらの表面には複数の誘電体層または１つ
の金属化被覆のいずれかから構成され得る反射性
被覆１１２および１１４が設けられている。 第３図に左手側に示されているレトロ・プリズ
ム１１０の第４の表面に隣接して偏光子１１６お
よび１１８が配置されている。検出器ダイオード
１２０および１２２が偏光子１１６および１１８
に対向して配置されてこれらの偏光子によつて透
過された直線偏波を受ける。偏光子１１６および
１１８は前と同様に互に直交関係に方向づけられ
ている。ダイオード取付け部材１２４は検出器ダ
イオード１２０および１２２ならに偏光子１１６
および１１８をレトロ・プリズム１１０の左表面
に固定する。第３図に示された装置は第２図に示
された装置と同様な仕方で動作して反対の円偏波
方向の波を排除しながら同じ円偏波方向の空胴波
を結合しそしてこの結合された波を信号エネルギ
ーの大きな浪費を伴うことなしに検出器ダイオー
ドに送る。 第３図に示された装置の動作は装置内の選ばれ
たいくつかの点における種々の波に対する偏波状
態を示す下記の第１表に示されている。

【表】 第１表において斜め上につけた記号「Ｌ」は左
旋回円偏波を示し、記号「Ｒ」は右旋回円偏波を
示し、記号「Ｖ」は垂直直線偏波を示し、記号
「Ｈ」は水平直線偏波を示す。前と同様に、下側
にある記号は特定の波の周波数を示す。１分の１
波長板１０８は右旋回円偏波および左旋回円偏波
がそれぞれ水平直線偏波および垂直直線偏波に変
換されるように、すなわちその高速軸方位が＋45
゜となるように方向づけられる。また、注目すべ
きことは、水平偏波および垂直偏波が４分の１波
長板１０８を通りいずれかの方向に通過したとき
それぞれ右旋回円偏波および左旋回円偏波に変換
されることである。４分の１波長板１０８の下方
の全てのビームは円偏波され、４分の１波長板１
０８の上方のビームは直線偏波されることが理解
される。水平偏波および垂直偏波は入射面内にあ
る垂線を有する表面からの反射に対する定常モー
ドであるので、４分の１波長板１０８の上方の表
面のうちの任意の表面から反射したときに混信を
誘起する偏波の消失は生じない。 代表的なビームの通過は装置を通してトレース
することができる。レーザージヤイロスコープ空
胴５内にある点Ａにおいて反時計方向に循環する
ビームはそれぞれ左旋回円偏波および右旋回円偏
波である周波数_２および_３を有する。これら
のビームの小部分は誘電体層１０２を通して反射
鏡基板１０４中に透過させられる。入射ビームの
偏波は誘電体層１０２への垂線に対する入射角が
小さいために実質上維持される。 レーザージヤイロスコープ空胴５は入来ビーム
間の角度が30゜以下となるような仕方で構成され
るが好ましい。誘電体層１０２へのそのような小
さな入射角を維持することによつて、円偏波の高
程度の維持が達成される。入射角が大きい場合
は、誘電体層１０２の後表面から現われるビーム
の扁平度は急速に増す。扁平度が増すと、各検出
器ダイオードにおいて得られる信号エネルギーは
偏光子を不所望成分を完全に除去するように方向
づけるか或いは所望信号の最大振幅を通過させる
ように方向づける必要があるという理由で減つて
しまう。ビームはもはや楕円偏波に対して直交す
るエネルギーではないので偏光子を所望信号の最
大振幅の両方を通過させしかも不所望成分の全て
を除去するように方向づけることできない。前者
の場合所望出力信号間に混信が生ずるのに対し、
後者の場合信号振幅の減少が生ずる。 反射鏡基板１０４内にある点Ｂにおいて、レー
ザージヤイロスコープ空胴内を循環する４つの波
からの反時計方向成分が存在する。これらはそれ
ぞれ左旋回円偏波および右旋回偏波の周波数_２
および_３のものである。ビーム分割器１０６の
開口および４分の１波長板１０８を通過するとき
これらの波はそれぞれ垂直偏波および水平偏波に
変換される。レトロ・プリズム１１０の上表面上
の反射被覆１１４および１１２から反射された後
に同じ偏波は維持されるが、しかしながらこのビ
ームはそれぞれ右旋回円偏波および左旋回円偏波
の周波数_１および_４の時計方向ビームからの
成分を含む「Ｉ」と記号をつけたビームと同じ位
置でビーム分割器１０６の上表面上に一致するよ
うな仕方で横方向距離に変位させられる。透過成
分および反射成分はビーム分割器１０６への共通
入射点からの反射ビームおよび透過ビームの両方
が４つの周波数の全ての周波数の波を含むような
仕方でこれらのビームから生ぜしめられる。ビー
ムＪは水平偏波の周波数_１および_２の波なら
びに垂直偏波の周波数_３および_４の波を含
み、後者の２つは４分の１波長板１０８によつて
円偏波ら直線偏波に変換されてしまつている。同
様に、ビームＤは左旋回円偏波の周波数_１およ
び_２の波ならびに右旋回円偏波の周波数_３お
よび_４の波を含む。偏波方向は誘電体層１０２
の後側から反射されるとき逆になる。ビームＥは
ビーム分割器１０６の開口を通過しそして直線偏
波に戻すように変換されて水平偏波の周波数_１
および_２の波ならびに垂直偏波の周波数_３お
よび_４の波を含むビームＦになる。 ビーム６およびＪは反射性被覆１１２によつて
偏光子１１６および１１８へと反射される。偏光
子１１６は水平偏波だけを通過させるように方向
づけられ、これに対し偏光子１１８は垂直偏波だ
けを通過させるように方向づけられている。この
ようにして、周波数_１および_２を有する波は
検出器１２０に結合され、周波数_３および_４
の波は検出器１２２に結合される。 各検出器に入射する２つの波の間のヘテロダイ
ン動作はその検出器内で生じて低周波数または直
流成分によつてバイアスされている正弦波の形の
出力信号を生じさせる。各正弦波の周波数は特定
の検出器に入射する２つの波間の周波数差に等し
く、これに対して、出力信号の平均振幅に比例す
る各直流成分の大きさはこれら２つの入射波の強
度の和に比例する。出力処理回路３２より更に処
理することにより、回転量を表わすデイジタル信
号と圧電変換器２０の動作に対し用いられるアナ
ログ信号とが発生されてレーザージヤイロスコー
プ空胴５内の適当な路長が維持される。 第３図に関連して説明した本発明により丈夫で
コンパクトで機械的に堅固な構造体が提供される
のが理解されよう。従来技術においては、各個々
えの光学的構成要素は個々のフレーム上に別個に
装着され、このフレームは下側にある基板に固定
された。本発明を利用すれば、出力光学構造体は
単一の堅固なユニツトの形で提供されてスペース
を大きく節役する。この利点はいかなる構成要素
によつて占められるスペースも合計重量も最小に
されるべきである多くの応用において極めて重要
である。 第４図にはコンパクトで丈夫な機械的出力藩光
学構造体が設けられるようになつた本発明のもう
１つの実施例の断面図が示されている。第４図に
示された実施例の装置は第３図に示されたものと
殆んど同じ仕方で動作するが、ただしビーム分割
器および４分の１波長板の位置が逆にされている
点および異なる形状のプリズム１３０が用いられ
ていて異なるビーム路を生じさせるという点で相
異する。また、偏光子１１６および１１８ならび
に検出器ダイオード１２０および１２２は一部が
反射性被覆１３４で覆われているレトロ・ブリズ
ム１３０の同じ表面上に取り付けられている。第
４図に示された装装置に対する動作は装置内に存
在する波の周波数および偏波状態を示す第２表に
詳記されている。

【表】 第２表において偏向状態の記号「＋」および
「−」は代表的には30゜ないし45゜というような
或る角度だけ水平に対して正および負に方向づけ
られた直線偏波を意味する。 多層誘電体被覆を通しての透過は円偏波の偏波
状態を変えてそれらを楕円にする。この効果は入
射面に垂直に振動する波（“Ｓ”偏波）と比較し
て電界の振動の主面が入射面内に存在する電磁波
（“Ｐ”偏波）の透過の差から生ずる。これら２つ
の偏波に対する透過率の比は入射角によつて左右
され、代表的には１，２ないし５の値を有する。
これは透過波の対応的な扁平さを生じさせ、直線
偏波でなくて楕円偏波を有する波を生じさせてし
まう。従つて偏光子は各ダイオードにおける２つ
の不所望を阻止することができない。しかしなが
ら、第４図の４分の１波長板136および138では不
所望波の偏波は不所望偏波を阻止するように方向
づけられている偏光子をもつて各場合において直
線にされる。従つて混信は完全に除去される。更
に、仮に反射鏡１０２の裏側における反射時に偏
波の変化があつたとしたら、これは同じ４分の１
波長板１３８をもつて同時に補償され得る。前述
したように、混信を除去する望ましさはジヤイロ
スコープ出力ノイズを考察することから理解され
る。本発明は信号エネルギーを小量だけ減少させ
るだけで出力反射鏡１０２の異なる“Ｓ”および
“Ｐ”透過率の存在の下でも混信の除去を可能な
らしめる。第４図および第５図に示された実施例
において、４分の１波長板は45゜ではなくて０゜
に方向づけられるできである。この場合反射鏡１
０２から出た楕円偏波は直ちに４分の１波長板に
よつて２つの一般的に非直交面内にある直線偏波
に変換される。従つて、これらの波が更に別の偏
波消失性要素に出会わないときは、混信は付加的
な４分の１波長板を必要とすることなしに偏光子
１１６および１１８の使用によつて除去し得る。 第５図には機械的に丈夫で堅固でコンパクトな
構造体の形にある本発明のもう１つの実施例が示
されている。種々のビームの偏波状態が第３表に
示されている。

【表】 第４図の装置で用いられたプリズム形状がこの
実施例で用いられている。しかしながら、ビーム
分割器１０６に隣接して４分の１波長板は設けら
れていない。しかしながら、個々の４分の１波長
板１３６および１３８が偏光子１１６および１１
８に隣接して設けられている。この実施例は各検
出器ダイオードに対する４分の１波長板が個々に
調整され得るという利点を達成する。これは或る
程度の偏波の消失が生じて種々の反射性被覆およ
び誘電体層からまたはそれらを通して、或いは非
理想的に４分の１波長板からの位相誤差の差また
は反射率の差または透過率の差のために楕円偏波
を生じさせる情況で有用である。更に、第５図の
実施例においてビーム分割器１０６に隣接して４
分の１波長板を設けることができ、或いは、等価
的な方法として、第４図の実施例の偏光子１１６
および１１８の前に個々の４分の１波長板を設け
ることができる。２重の４分の１波長板は個々の
ビームの偏波の消失によつて生ぜしめられる殆ん
ど全ての収差を除去するという利点を有する。 本発明は図面に示された実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内で種々の変形が可能
なことが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が有利に用いられるレーザージ
ヤイロスコープ・システムのブロツクダイヤグラ
ム、第２図は別個に装着された光学的稿成要素を
備える本発明に従う出力構造体を示す図、第３図
は全ての出力構成要素が１つの機械的に堅固な構
造体内に結合されている本発明に従う出力構造体
の断面図、第４図は本発明のもう１つの実施例の
断面図、第５図は本発明の更にもう１つの実施例
の断面図である。 ５……レーザージヤイロスコープ空胴、１０…
…レーザー利得媒体、１２，１３，１５……反射
鏡、１６……偏波分散性構造体、１７……水晶回
転子、１８……フアラデー回転子、２０……圧電
変換器、２２……出力反射鏡、３０……出力光学
構造体、３２……出力処理回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) レーザー利得媒体と、各々が異なる周波
   数を有する２対の円偏波を発生する偏波分散構
   造体と、から成るレーザー・ジヤイロスコープ
   空胴であつて、前記２対の円偏波を維持するた
   め利得媒体を通る閉路を形成するように配置さ
   れた複数の反射手段を有し、２対の円偏波の
   各々は夫々逆方向に伝搬し、２対の円偏波の第
   １対の波は周波数_１及び_２で第１の偏波方
   向を有し、第２対の波は周波数_３及びf₄で第
   １とは反対の第２偏波方向を有し、前記反射手
   段の少なくとも１つがそこに当る２対の波を部
   分的に透過させる第１表面領域を有し、１対の
   空胴出力ビームを発生する空胴出力窓であり、
   前記１対の空胴出力ビームの一方（第１空胴出
   力ビーム）が前記第１対の第１方向に伝搬する
   方の波の一部と前記第２対の第１方向に伝搬す
   る方の波の一部とから成り、前記１対の空胴出
   力ビームの他方（第２空胴出力ビーム）が前記
   第１対の第２方向に伝搬する方の波の一部と前
   記第２対の第２方向に伝搬する方の波の一部と
   から成り、前記１対の空胴出力ビームは夫々反
   対の偏波方向を有する、レーザー・ジヤイロス
   コープ空胴と、 (b) ビーム分割器と、 (c) 前記第１空胴出力ビームを第１路に沿つて、
   第２空胴出力ビームを第２路に沿つて、前記ビ
   ーム分割器の共通領域に指向させる指向手段で
   あつて、該指向手段が前記第２路内に配置され
   前記第２空胴出力ビームを再指向させるレトロ
   反射器を含み、前記ビーム分割器が、第１空胴
   出力ビームの一部を透過させ前記再指向された
   第２空胴出力ビームの一部を第１共通路に沿つ
   て反射させて第１混合ビームを発生し、前記再
   指向された第２空胴出力ビームの一部を透過さ
   せ第１空胴出力ビームの一部を反射させて第２
   混合ビームを発生し、その第２混合ビームが前
   記空胴出力窓の第２表面領域によつて反射され
   て第２共通路に沿つて指向され、前記第１及び
   第２混合ビームが夫々周波数_１，_２，_３
   及び_４の波を有す、指向手段と、 (d) 前記混合ビームの第１及び第２共通路内に配
   置され、前記空胴出力ビームの第１及び第２路
   からはそれて設けられ、第１及び第２混合ビー
   ムの波を実質上直線偏波に変換する手段であつ
   て、前記反対の偏波方向の波を実質上直交する
   直線偏波に変換する手段と、 (e) 前記変換された第１及び第２混合ビームのエ
   ネルギに応答して１対の電気信を発生する検出
   手段であつて、前記１対の電気信号の一方が前
   記空胴内の第１対の波の周波数_１と_２との
   差を表わし、１対の電気信号の他方が空胴内の
   第２対の波の周波数_３と_４との差を表わ
   す、検出手段と、 から構成されるレーザー・ジヤイロスコープ。