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Reflective optics for Non-Visible Lasers

UV, IR, 広帯域レーザーに向けたビーム調整用オプティクス

 

従来のガラス製ビームエキスパンダーは高い波長依存性

 

反射型オプティクスはUV, IR, 広帯域, ウルトラファストレーザーに有益

 

反射型のビーム整形オプティクスはアクロマティックで収差を低減

 

その柔軟性から、新興レーザー技術に適切な位置付け

 UV, IR, 広帯域, 及びウルトラファストのレーザーは、分光解析からマイクロマシニング、そしてレーザー手術に至る非常に幅広い用途に必要不可欠です。しかしながら、こうした不可視レーザー用のビーム整形オプティクス、例えばビームエキスパンダーなどを見つけるのは割りと困難です。というのは、従来の透過型オプティクスは、波長依存性が高く、分散による影響を受けやすいためです。反射型のビーム整形オプティクスは、色収差や球面収差を完全に取り除く広帯域アクロマティックデザインにより、こうした問題を解決します。また、反射型のビームエキスパンダーやミラーは、特定の不可視波長や広帯域波長に向けて特別にデザインされた透過型のものよりも安価になる傾向があります。

反射型ビームエキスパンダー

 反射型ビームエキスパンダーは、グレゴリー式かカセグレン式のミラー光学系を部分修正し、色収差と球面収差が実質フリーの広帯域性能を実現します。同製品は、以下を始めとする幅広いレーザー光源に対応します:

  • UV レーザー (エキシマ、Nd:YAGなど)
  • 赤外レーザー (Nd:YAG、CO2、量子カスケードなど)
  • ウルトラファストレーザー (チタンサファイア、ファイバーレーザーなど)
  • チューナブルレーザー (チタンサファイア、色素、量子カスケードなど)

 凸面鏡上に入射ビームを拡大させるために凹面鏡を使用し、より大きなコリメートビームを作り出します。

Size Comparison of an Ultra-Compact Microscope Objective with a Standard Microscope Objective
Figure 1: モノリシック構造の反射型ビームエキスパンダーにある湾曲したミラー面が入射レーザービームを拡大させる

集光用ミラー

 非軸放物面ミラーなどの集光用ミラーも、色収差を取り除き、透過型のビーム整形用オプティクスの欠点を補います。放物面ミラーには、球面収差を招くことなく光を集光したりコリメートする別の利点があります。Figure 2に示すように、非軸放物面ミラーはより大きな放物面ミラーの側面部を取り出したもので、光路を妨げることなく、ミラー焦点の周囲にアクセスできる空間を提供します。

Size Comparison of an Ultra-Compact Microscope Objective with a Standard Microscope Objective
Figure 2: 非軸角度が 15° と45°の非軸放物面ミラー

UV レーザー

 紫外線 (UV) レーザーは、レーザーマイクロマシニングや医療用レーザー、半導体加工、蛍光顕微鏡を始めとする多くのアプリケーションに最適です。レーザーオプティクスアプリケーションの多くは、最小限の周辺加熱で非常に小さく精密な構造物を作るのに短いUV波長を利用しています。UVレーザーは、可視やIRレーザーより高い空間解像力も提供します。なぜなら、レーザースポットサイズが波長の大きさに正比例するからです。

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Size Comparison of an Ultra-Compact Microscope Objective with a Standard Microscope Objective

2μm レーザー

 2μmレーザー特有の吸収特性は、生物組織やプラスティックへの局所的加熱を最小限に抑えながら、とても小さく正確な裁断を可能にします。こうした吸収特性は、特定用途に対しては2μmのレーザーの方が1μmのレーザーよりも優位性があります。2μmレーザーは、医療手術やプラスティック加工を始めとする高精密アプリケーションに理想的です。

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Size Comparison of an Ultra-Compact Microscope Objective with a Standard Microscope Objective

ウルトラファストレーザー

 ウルトラファストレーザーは、フェムト秒かピコ秒の持続時間の極めて短パルスで、高いピークパワーを出射するモードロックレーザです。フーリエ限界 (エネルギー時間の不確定性としても知られる) のため、このような短い時間的長さのパルスは、かなりの帯域幅にわたって波長スペクトルが広がります。これにより、透過型のオプティクスでは色収差がシビアに現れますが、反射型のビーム整形オプティクスでは、ウルトラファストレーザー使用時に実質色収差の発生なく使用することができます。

Size Comparison of an Ultra-Compact Microscope Objective with a Standard Microscope Objective

エドモンド・オプティクスでの反射型ビーム調整用オプティクス

TECHSPEC Monolithic Reflective Beam Expanders (Mark I)

モノリシック構造 反射型ビームエキスパンダー (Mark I)

 タイヤモンドターニング加工したTECHSPEC® モノリシック構造 反射型ビームエキスパンダー (Mark I) は、広帯域か二波長のビーム拡大、そして広範な光源への使用に最適です。アクロマティックなオール反射デザインを採用する本製品は、波長チューナブル、紫外線、及びウルトラファストレーザーとの使用を可能にし、最小波面精度を実現します。反射面、タップ穴、及び貫通穴を含む様々な集積デザインにより、どのレーザーアプリケーションにおいてもアライメントや固定、そしてインテグレーションを簡略化します。モノリシック構造は、安定性や性能も確実なものとなり、温度変化による影響を受けません。

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Off-Axis Parabolic First Surface Metal Mirrors

非軸放物面メタルミラー

 TECHSPEC® 非軸放物面メタルミラーは、面粗さを50Å (RMS) にまで落とし、色収差や球面収差の発生をフリーにします。そのソリッドなメタル基板と接着剤の不使用により、最善の熱伝導率を提供します。非軸放物面メタルミラーは、焦点へのアクセスに制約がなく、コンパクトなシステム設計を可能にします。こうした特長により、MTFやFLIR、FTIR、シュリーレンを始めとする装置やレーザーシステム、また量子カスケードレーザーなどのIRレーザーとの使用に最適になります。TECHSPEC® 非軸放物面メタルミラーは、15°, 30°, 45°, 60°, 90°の非軸角度オプションのものをラインナップします。

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FAQ's

FAQ  TECHSPEC® モノリシック構造 反射型ビームエキスパンダー (Mark I) は、どの倍率のものがある?
 TECHSPEC® モノリシック構造 反射型ビームエキスパンダー (Mark I) は、2X, 3X, 5Xの倍率をラインナップします。
FAQ  TECHSPEC® モノリシック構造 反射型ビームエキスパンダー (Mark I) は、どのコーティングオプションが選べる?

 TECHSPEC® モノリシック構造 反射型ビームエキスパンダー (Mark I) は、反射強化アルミ、保護膜付きアルミ、及び保護膜なし金コーティングをラインナップします。

FAQ  TECHSPEC® 非軸放物面ミラーは、どの波長域をカバーする?

 TECHSPEC® 非軸放物面ミラーの波長域は、選択するミラーのコーティングに依存します。保護膜付きアルミ、保護膜付き金、及び保護膜なし金の3種類のコーティングを用意し、全体で400nmから上は12000nm以上までの領域をカバーします。

FAQ   非軸放物面ミラーの特注をお願いする際、どのデザインパラメータが必要?

 コスト効率の高い特注の非軸放物面ミラーを作る際に必要となるデザインパラメータには、焦点距離、非軸角度、焦点距離公差、反射波面精度があります。

参考資料

アプリケーションノート

理論的説明や公式、図解などを網羅した技術情報やアプリケーション実例です。

UV Optics: Tighter Tolerances and Different Materials
読む  

ダイヤモンド切削した非軸放物面
ミラーの面粗さ
読む  

ミラー用金属膜コーティング
読む  

非軸放物面ミラーの選定ガイド
読む  

関連ページ

関連する製品や対応力、またはコンセプトを補足する追加ウェブページ。

ダイヤモンドターニング
読む  

レーザーオプティクス
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