)を計算すると、が得られます。mm未満であり、ビーム径は少し増加しますが、クリッピング無しでアイソレータの入射口および出射口を通過することがわかります。mm)だけ離れていると仮定します。その条件下では、光は図のようにレンズの出射側平面から焦点距離だけ分離れた場所で焦点を結びます。mm離れた位置で焦点を結ぶことはなく、またビームレデューサから出射したビームの径は理想的な計算値にはなりません。ビームレデューサから必要な距離にわたって仕様を満たすビーム径を得るには、2枚のレンズ間の距離を理想的な設計値から調整する必要がある場合があります。このアプリケーションでは、この間隔が調整できるように筐体を構成しています。mm離して固定している筐体は、レンズチューブで構成されています(図2)。この図のように、レンズの曲面はコリメート光の方向を向いています。mm(2インチ)のレンズチューブSM1M20を用いて組み立てています。mm(Ø1インチ)レンズチューブ内に固定されています。mmのレンズを保持している調整機能付きレンズチューブSM1V10は、不足している長さを追加し、さらに2枚のレンズ間の距離を最適化する機能を果たします。このアセンブリは、アイソレータのアライメント中はレンズチューブマウントSM1RCで保持されています。このビームレデューサの使用方法はこちらの動画ページでご覧ください。Top1レーザービーム径を拡大することで効果的にビーム発散角を縮小できるか?ビームエキスパンダは、ウェストが小さく発散の大きな入射光をウェストが大きく発散の小さな光に変換します。そのため、ビームエキスパンダから離れた位置における出射光のビーム径を、入射光がそのまま伝搬したときのビーム径に比べて小さくすることができます。回折効果により、ビーム径は距離によって変化します。ウェストの小さなビームのビーム広がり角は大きいため、ビームエキスパンダを使用してウェスト径を大きくすることで、ビームがウェスト部分から離れるにつれてビーム径が大きくなる割合を小さくすることができます。ビームエキスパンダは、ビームの広がり角を小さくして、出射光のウェスト位置から離れた位置でのビーム径が特定の値を超えないようにするためによく使用されます。3:入射光のウェスト径は出射光のウェスト径よりも小さいです。ウェスト径の小さな入射光の伝搬に伴うビーム径の変化は、ウェスト径の大きな出射光の変化に比べて十分に大きいです。上図のような限られた領域内でも、入射光の径は出射光の径よりも大きくなります。ビームウェストから遠く離れると、ビームの広がり角はほぼ一定になります。D1)を用いて概算できます。ビームエキスパンダ(およびレデューサ)ビームエキスパンダ(およびレデューサ)に、あるウェスト径のコリメート光を入射すると、異なるウェスト径のコリメート光を出射します。)および(2W'o)の関係を示します(図3参照)。1の場合、このデバイスはビームエキスパンダとなり出射光のウェストを大きくします。入射光および出射光のウェスト位置におけるビームの断面を測定することで、ウェスト径を推定できます。出射ビームのウェスト位置は、多くの場合はメーカによって特定されていますが、不明な場合にはビームエキスパンダの出射部近傍でのビーム径を測定し、それをウェスト径の近似値として使用することができます。ビーム広がり角レーザ光のビーム径は、つねにウェスト部分で最小になります。ウェストから離れると、ビーム径は回折効果により大きくなりますが、伝搬に伴うその増加の割合がビームの広がり角に対応します。ビームウェストから遠く離れると、広がり角はほぼ一定になります(図4参照)。この広がり角(θ、単位:ラジアン)は、以下の式で表されます。)から計算することができます。この2つのビーム径は、ビームウェストから遠いレイリー長よりも十分に離れた位置で測定する必要があります。)を使用して概算できます。ビームエキスパンダによりウェスト径はm倍になりますが、ビームウェストから遠い位置における広がり角は1/mになり、で表されます。入射ビームの広がり角、θoutは出射ビームの広がり角ですが、いずれもビームウェストから遠く離れた位置における値です。1)の場合、出射ビームのウェスト径は入射ビームのウェスト径よりも大きくなり、出射ビームの広がり角は入射ビームの広がり角より小さくなります。出射ビームの広がり角が小さくなるため、ビームエキスパンダはアプリケーションで規定された最大ビーム径を超えることなく、自由空間光をより長い距離にわたって伝搬させるのによく用いられます。1)の場合は、入射ビームよりも小さなウェスト径と大きな広がり角の出射ビームが得られます。その結果、出射ビーム径はビームレデューサの出射部近傍では小さくなりますが、光の伝搬に伴いビーム径は入射ビームよりも急速に大きくなります。ビームレデューサを使用する場合、光軸に沿ってビーム径をチェックし、ビーム径がアプリケーションにおいて許容される最大ビーム径を超えないことを確認することが重要です。ビームのクリッピング防止ビームエキスパンダ近傍の出射ビーム径は、多くの場合、出射ビームのウェスト径の良い近似値になっています。ビームエキスパンダから遠く離れるとビーム径は大きくなり、ビームのクリッピングやその他の予期しない影響が生じる恐れがあります。)は以下の式で概算できます。)におけるビーム径を概算しておくことは、システム設計時に大変有用です。Top2ビームエキスパンダまたはレデューサの設計方式(ケプラー式、ガリレイ式)とその特徴ビームエキスパンダまたはレデューサの設計方式が常にそのアプリケーションに影響を与えるわけではありません。ケプラー式のアライメントしやすさや直感的な設計、ガリレイ式のコンパクト性など、幾つかの要因は方式を選択するのに影響する場合があります。ケプラー式では2つのレンズの間で光を集光し、反転したビームを出射します。ガリレイ式ではビームを反転させず、またユーザはレンズを選択して出射ビームの球面収差を低減させることができます。ビームエキスパンダとレデューサは、一般に発散光ではなくコリメート光にのみ使用され、またこれらの設計はケプラー式およびガリレイ式の望遠鏡から着想を得ています。どちらのデバイスも、倍率は出射側レンズの焦点距離を入射側レンズの焦点距離で除した値に等しくなります。Enlarge図5:ケプラー式の最もシンプルなビームエキスパンダまたはレデューサは、2枚の正レンズで構成されます。レンズ1の焦点距離はf1、レンズ2の焦点距離はf2です。f2)だけ離れており、出射ビームは入射ビームに対して反転されます。Enlarge図6:ガリレイ式の基本的なビームエキスパンダまたはレデューサは、焦点距離が(f1)の負レンズと、焦点距離が(f2)の正レンズで構成されます。f1)と等しくなるように配置されます。ガリレイ式では光を2つのレンズの間で集光したりビームを反転したりすることはなく、またその長さはケプラー式よりも短くなります。ケプラー式の特徴ケプラー式の最もシンプルな設計では、2つの正レンズがそれぞれの焦点距離の和に等しい距離だけ離れて配置されます(図5)。ケプラー式望遠鏡をベースにした設計では、その長さは2枚のレンズの焦点距離の和より短くなることはなく、また出射ビームは入射ビームに対して反転されます。ビームは2つのレンズの間で集光されます。これにより、ビームを空間的にフィルタリングすることができます。ピンホールフィルタをビームの焦点位置に配置してビーム品質を向上させることができます。焦点から離れて出射側レンズに近づくにつれて、ビーム径は大きくなります。出射側レンズからのコリメート光の径を大きくするためには、出射側レンズを焦点からより遠く離す必要があります。焦点と出射側レンズの距離は出射側レンズの焦点距離と等しくなければならないため、焦点距離の長いレンズを使用する必要があります。ケプラー式は、切断や加工などに使用される高出力パルスレーザなどの高エネルギービームには、一般に適していません。MW程度以上の光パワーを有するビームを集光すると、空気がイオン化して火花が発生することがあります。これにより、パルスパワーが低下し、ビーム品質を低下させる可能性があります。ガリレイ式の特徴ガリレイ式の基本的な望遠鏡にも2枚のレンズが使われますが、1枚は負レンズでもう1枚は正レンズです(図6)。これらのレンズは、レンズ間の距離が焦点距離の差になるように配置されるため、ケプラー式よりもコンパクトになります。ガリレイ式は、ビームエキスパンダやレデューサによって生じる球面収差を最小限に抑えるためにも使用されます。すべての球面レンズでは球面収差が生じ、これによりビームの焦点が光軸に沿って広がってしまいます。正の球面レンズの場合、レンズの外周近傍に入射する平行光線は、レンズの中心近傍に入射する平行光線と比較して、レンズにより近い光軸上の点に集光します。負の球面レンズにはこれと反対の効果があります。ガリレオ式では負レンズが使用されており、これにより正レンズによって生じる球面収差の一部を相殺することができます。デバイスをビームエキスパンダとして使用するときは、径の小さなビームを負レンズ側に入射します。負レンズから発散する光は、2枚のレンズの間で集光することはなく、正レンズに近づくにつれてその径は大きくなります。この発散ビームは負レンズの反対側に虚焦点を有するものとみなすことができます(図6参照)。正レンズはこの虚焦点から正レンズの焦点距離(f2)だけ離れているため、コリメート光が出射されます。この出射光は入射光を反転していません。ビームが回転対称でない場合、出射ビームの反転/非反転はアプリケーションによっては重要な場合があります。拡大率ビームエキスパンダおよびレデューサは、コリメート光を入出射させます。ビームはコリメートされていても、伝搬時にビーム径は回折効果により変化します。入射ビームのウェストは入射側のレンズからその焦点距離だけ離れた位置にあるのが理想的です(図5、6参照)。次に、出射ビームのウェストは出射側のレンズからその焦点距離だけ離れた位置になります。入射ビームのウェストが入射側レンズからその焦点距離の位置にない場合、出射ビームのウェスト位置、ウェスト径および/または出射ビームの発散は、推定される値と一致しません。)は、ビームエキスパンダおよびレデューサの影響を受けます。)を使用して推定できます。出射ビームのウェスト径は入射ビーム径にビーム拡大率を乗じて計算されます。出射ビームの広がり角は、入射ビームの広がり角をビームの拡大率で除して計算されます。デバイスが2枚のレンズで構成されている場合、ビーム拡大率を計算する式はケプラー式もガリレイ式も同じです。拡大率は、出射側レンズの焦点距離を入射側レンズの焦点距離で除した値に等しくなります。1に入射する場合はビームエキスパンダになります。2)の焦点距離はf2で、ビーム拡大率(m12)は次のようになります。2に光を逆方向から入射します。Top3Insights:光学実験のベストプラクティススクロールするか下のリンクをクリックすると、実験室での実習時のヒントや機器セットアップ時の注意点等がご覧いただけます。L2であるため、物体を保持する力は負荷した力(FTotal)の半分よりも大きくなります。クランプCL2/Mの左側の脚の長さは、物体の高さにあわせて調整可能です。そのためクランプの上面と取付け面を平行にすることができます**。L2であるため、物体を保持する力は負荷した力(FTotal)の半分よりも小さくなります。上のクランプはCL5Aです。クランプのスロット内の締め付けネジの位置が物体から離れすぎていると、クランプされている物体は動きやすくなります。ネジの位置を適切にすることにより、クランプされた物体の位置ずれを防止することができます。クランプ力を最大化するためには、ネジをできるだけ物体の近くに配置してください**。これは、CL5A(図1)やCL2/M(図2)のようなクランプを用いた場合、トルクのかかったネジによって加わる力(FTotal)は2点に分配されるためです。クランプ力F2が物体にかかります。F2の値がFTotalの何%になるかは、以下で説明するようにL1とL2に依存します。残りの力(F1)は、クランプの反対側の端にかかります。これらの2つの力は、次の式によって求められます。一方の接点にかかる力:これらの式は、物体とネジ間の距離が小さくなると物体にかかるクランプ力が大きくなることを示しています。L1とL2が等しいとき、締め付けられたネジによってかかる力は、F1とF2に等しく分配されます。**クランプ力を最大化するには、図1および図2に示すように、クランプの上面と物体に接触する面のどちらも、取付け面に対して平行でなければなりません。クランプと物体間の接触面が取付け面に対して平行ではない場合、物体にかかる力は、物体を取付け面に押し付ける力と、取付け面に沿う方向に押す力とに分解されます。取付け面に沿う方向の力は、物体を移動せるのに十分な場合と、それほどではない場合があります。物体の高さに対応させるために、CL2/Mのようなクランプではその一端の脚がネジになっており、高さ調整が可能になっています(図2参照)。クランプと取付け面の間のネジ山の数は物体の高さに応じて調整しますが、同時にクランプの上面が光学テーブルに対して水平になるように調整する必要があります。Enlarge図3:Nexusテーブル/ブレッドボードの断面図。(1)上板、(2)下板、(3)サイドパネル、(4)サイドレール、(5)ハニカムコア。Enlarge図5:ネジにトルクをかけるとテーブルの上板を上方向に引っ張る力が発生します。上に引っ張られた板が取付け面を傾けるため、物体に角度偏差を生じさせる可能性があります。上の図では、分かりやすくするために誇張して示しています。Enlarge図4:CL5Aのような標準的なテーブルクランプでは、一端のみがテーブル面に接触します。反対の端は固定する物体と接触します。2つの端の間にはブリッジ(隙間)が形成されます。クランプ力を加えるネジは表示されていません。Enlarge図6:クランプアームPOLARIS-CA1/Mには取付けネジを挿入するスロットと、取り付けるポストを固定するためのネジが付いています。上面と底面は同じ形状です。クランプアームが取付け面と接触する面はほぼループ状につながっているため、ブリッジ(隙間)による影響はほとんど生じません。テーブルクランプ(クランプフォークも含む)は、複合構造の光学テーブルの取付け面よりも剛性が高くなっています。ネジに加えるトルクを大きくしていくと、その力でテーブルクランプの背の部分が曲がると想像するかもしれません。ネジがテーブルクランプを変形させる前に、テーブルの上板を上に引っ張るため、上板がフラットではなくなります。そのためコンポーネントを光学テーブルに固定する際、テーブルクランプは慎重に使用しなければなりません。クランプアームはテーブルクランプの代わりにご使用いただけるもので、下記の説明の通り、テーブルの取付け面を変形させにくい製品です。複合構造の光学テーブルとブレッドボード(図3参照)は、振動を減衰させながら剛性の高い構造となるよう設計されています。mmのステンレススチール製の上板はフラットな面となるよう製造されていますが、局所的な力が加わると変形する可能性があります。上板が変形すると光学部品は水平に設置できなくなり、光学系のアライメントや性能に悪影響を及ぼす場合があります。テーブルクランプ標準的なテーブルクランプは、一端がテーブル表面上に、もう一端は物体上に置かれます(図4)。この2つの端の間には、テーブル表面からクランプまでの隙間が生じます。このブリッジ(隙間)により、1本のネジでクランプをテーブルに固定すると同時に、物体を保持する力を発生することができます。ネジにトルクをかけることによってクランプを固定するとき、ネジはテーブルの上板を上方向に引っ張ります(図5参照)。ネジにかけるトルクをさらに大きくすると、テーブルの上板が上に持ち上がります。テーブルの上板が持ち上がることはテーブルに恒久的なダメージを与えるリスクがあるだけでなく、クランプで固定している光学部品のアライメントも乱してしまう場合があります。テーブルの上板が持ち上がると、クランプされている物体の下の取付け面は傾きます。クランプアームPOLARIS-CA1/Mなどのクランプアーム(図6参照)は、取付け面の変形を最小限に抑制しながらポストを固定するように設計されています。図6のクランプアームと、テーブルクランプには2つの大きな違いがあります。1つは光学テーブルに接触する面(赤で表示)で、もう1つはポストを固定する方法です。光学テーブルに接触する面(クランプのベース周り)は、ほぼループ状につながっています。クランプをテーブルに取り付けたときの接触面は、テーブルに対してフラットな平面になります。ループとして不連続な部分は、ポストをグリップするための幅の狭いスロットのみです。テーブルクランプで使用するネジは1本だけですが、この設計では2本のネジを使用します。1本のネジ(表示されていません)でクランプをテーブルに固定し、もう1本のネジ(表示されています)でポストをグリップします。1本のネジが両方の機能を果たす必要がないため、クランプする物体と光学テーブルの間のブリッジ(隙間)は必要なくなります。クランプの接触面はループ状で、全表面が接触しているわけではありませんが、取付け面の変形はほとんど無視できる程度です。これは接触面の内側の空洞の部分が狭く、またクランプの両サイドで囲まれているため、テーブルを上に引っ張る力に対して抵抗できることによります。Enlarge図8:スロットを損傷させないよう、ボルトを挿入する前にワッシャを入れてください。丸みを帯びた滑らかな面をスロット側に向けて置き、フラットな粗い面がボルト頭部と接触するようにします。滑らかな面は、アルマイト処理された表面を傷つけることなく、容易に移動できるように設計されています。上の図はベースBA2(/M)です。Enlarge図7:ワッシャの直径はボルト頭部より35%大きくなっています。これによりベースBA2/Mのスロットにオーバーラップする面積はボルトの6倍になります。ボルトの力をより広い面積に分散することで、スロットがえぐられるのを防止する役目をはたします。標準的なキャップスクリュの頭部は、ネジの外径よりもそれほど大きくはありません(図7)。デバイスを固定するためにネジを直接貫通穴に入れて締め付けると、力が貫通穴のエッジ部分にかかり、ネジでデバイスのエッジ部分をえぐってしまう場合がよくあります(図7)。このエッジ部分が恒久的に変形してしまった場合、ネジの頭はえぐられた溝に戻ろうとするため、デバイスを精密に調整しようとしても、デバイスは元の位置に戻ってしまいます。円形の貫通穴の場合は、ネジに対してデバイスを移動させようとするものではないので、このような変形による問題は生じないことが期待できます。スロットの場合には、スロットに沿ってどの位置にでもデバイスを固定できなければなりません。ワッシャを使用すると、力がスロットのエッジから離れる方向に分散されるので、スロットが変形しにくくなります。図7では、ワッシャがもたらす効果を図示しています。mm2)となり、6倍ほど大きくなります。当社のワッシャには、それぞれの面に特徴があります(図8)。1つの面はフラットで粗く、もう1つの面は丸みを帯びていて研磨されています。丸みを帯びた研磨された面を、アルマイト処理されたデバイスの面に向けて置いてください。ネジを締め付けるときに、ネジの頭でワッシャがアルマイト処理された面に対して回転する場合があります。フラットで粗い面をアルマイト処理された面に押し付けた場合、摩擦でその表面を傷つける場合があります。丸みを帯びた面を接触させた場合、滑らかな面による摩擦は小さいため傷がつきにくく、デバイスの外観がより長く保たれます。Enlarge図9:信号のDCオフセットは信号の平均値です。青い線(ACのみ)の平均振幅は0なので、DCオフセットはありません。赤い信号(ACとDC)は、赤い信号のACオフセットが0ではないこと以外、青い信号と同一です。DC結合は赤い信号を変化させることなく通過させます。AC結合ではDCオフセットを除去し、信号の低周波成分を減衰させます。対して、DC結合の方がよい選択であることが多々あります。AC結合とDC結合AC結合とDC結合は、入力信号と、機器のその他の電気回路の間のインターフェイスです。DC結合は直流結合で、本質的にワイヤが信号の入力部に接続しています。この導電結合は直流成分と交流成分である信号の周波数成分すべてを伝送します。図9の赤い線の直流成分は0ではありません。AC結合の主な特長はコンデンサを信号入力部に対して直列に配置することです。コンデンサはハイパスフィルタとして機能し、阻止コンデンサと呼ばれることもあります。AC結合ではDCならびに低周波成分が大きく減衰されます。このような静電結合は、入力信号からDCオフセットを除去し、AC成分のみを通過させるために使用されます。図9の青い線にはAC周波数成分しかありません。DC入力が好ましい理由は多くあります。低周波数応答性が良く、信号のDC成分をAC成分とともにモニタでき、また信号の周波数成分に影響を及ぼさないため、信号の歪みを生じさせません。DCオフセットが大きいか、AC入力によるフィルタリングが必要な場合を除き、DC入力をお勧めいたします。DCオフセットが大きいことの問題の1つは、機器の分解能よりも低いレベルまで下げる場合があることです。極端なケースにおいてはDCオフセットにより光のクリッピングや飽和効果が生じる場合があります。DC入力であっても、信号の歪みがないことは保証されませんのでご留意ください。歪みはデバイスの帯域幅の不足や、終端でのインピーダンスの不一致などほかの理由で起こる場合があります。11:上のグラフの青い曲線のように変調信号によってはDC成分がなくても、少なくない量の低周波成分は存在します。この信号がAC結合のハイパスフィルタによってフィルタイングされると、結果信号に歪みが生じます。緑の線はその1例です。10:コンデンサがベースのハイパスフィルタの周波数応答性をモデル化しています。Hzで、図11の信号のフィルタリングに使用されました。AC入力を使用する理由AC結合は信号のDC成分を阻止することにより、信号の全体の振幅を減少させることができます。これにより、機器の測定分解能を向上することができ、また飽和やクリッピングの問題も克服できます。情報伝送を高周波成分で行う場合、そして低周波成分に関心がない場合、AC結合は良い結果をもたらします。一部の通信用途などDCの周波数成分が容認されない用途においてはAC結合が好ましい場合があります。AC入力を使用する場合AC結合を使用した場合、AC結合がハイパスフィルタとして機能し、信号の周波数成分に影響を及ぼすことを念頭におくことが重要です。図10で示すように、AC結合はDCオフセットを除去するだけでなく、関心のある低周波成分も減衰させる場合があります。AC結合は結果、信号の歪みにつながる場合があります。Hzのハイパスフィルタでフィルタリングする前と後のグラフを示しています。AC結合のデジタル通信信号では、DCオフセットのないDCバランスのとれた信号を使用することによりこの問題を軽減しています。信号のDCバランスが取れていない場合、一連の信号は高い信号レベルに張り付いてしまう場合があります。これにより、信号が静電フィルタリングの影響を受け、non-zeroのDCレベルが生じることがあり、その結果、ビットエラーをもたらされます。Enlarge図12:上の図では各コンポーネントをネジで結合しています。ファイバーコネクタのネジを緩めると、意図せずほかの部品同士の接続まで緩めてしまう場合があるため、当社ではほかの2箇所の接続部を接着剤で固定することをお勧めしています。ファイバーコリメータは、ファイバ出力型光源から光学系に光を入射するときによく使用されます。当社では様々な種類のファイバーコリメーターパッケージをご用意しております。その一部のパッケージはネジの無い滑らかなバレル(トリプレットコリメータなど)になっていますが、ほかにはバレルの先端にミリ規格のネジ(非球面コリメータなど)が付いているものがございます。通常当社では、どちらのパッケージにも、バレルを2線接触で保持するタイプの、先端がナイロン製の止めネジ(セットスクリュ)が付いたアダプタの使用をお勧めしております。ファイバーコリメータをマウントにねじ込むことができる、外ネジ付きのアダプタ(AD1109F)もございます。このようなアダプタを使用した場合、ネジによる接続が重なってきます(ネジ付きファイバーコネクタ、ネジ付きコリメータ、そしてネジ付きアダプタ)。その結果、ファイバーコネクタを緩めるときに注意しないと、その他のネジによる接続部分まで緩めてしまい、セットアップに原因不明な不安定性が生じる場合があります。そのため、このような取り付け方をしたい場合には、当社ではネジ付きファイバーコリメータとネジ付きマウントを接着剤で固定することをお勧めしています。Top移動ステージ中央の大きな取付穴はどのように使用するか移動ステージには、ステージの周辺よりも中央寄りの位置に、光学テーブルやブレッドボードへの取付け穴が配置されているものがあります。そのようなステージの場合、取付け面に固定したり外したりする際に、上部プレートを下部(ベース)プレートの中心に合わせる必要があります。そのとき、上部プレートの大きな貫通穴と下部プレートの小さな貫通穴は1つのザグリ穴のような形になります。その状態でキャップスクリュを上部プレートの大きな穴から挿入し、取付け面にねじ込んでステージを固定します。ここでは直線移動ステージMT1B(/M)を用いてその方法をご紹介しています。ステージを取り外すときは、同じ穴を使用してネジを緩めて外します。Enlarge図14:ステージ上部プレートの2つの大きな貫通穴から、ステージ下部プレートの取付け穴を利用することができます。Enlarge図13:ステージ下部プレートの中央付近の貫通穴は、ステージを光学テーブルやブレッドボードに固定するための取付け穴です。mmボール(六角)ドライバを差し込み、挿入したM6キャップスクリュを締めてステージを固定することができます。取付け穴の位置について取付け穴(図13)は下部プレートに開いている貫通穴で、この下部プレートがテーブルに固定されます。取付け穴の径は、M6キャップスクリュのネジ部分は通しますが、頭部分は通さない大きさです。この取付け穴は、ステージの可動部である上部プレートの大きな貫通穴(図14)から利用します。取付け穴を利用するには、上部プレートと下部プレートの位置を合わせる必要があります。アジャスタで上部プレートの位置合わせを行いますが、このとき上部プレートの大きな貫通穴と下部プレートの小さな貫通穴の中心を一致させ、ザグリ穴のような形にします。キャップスクリュをネジの部分から上部プレートの貫通穴に挿入すると、ネジはスムーズに下部プレートの取付け穴に入ります。最初にステージを固定してからコンポーネント類を取り付けてください上部プレートと下部プレートの位置合わせができたら、下部プレートを取付け面側に向けて、ステージを光学テーブルまたはブレッドボード上に置いてください。ザグリ穴状態の2つの貫通穴と取付け面のネジ穴を合わせ、ステージの上から貫通穴を通してM6キャップスクリュを挿入し、光学テーブルに締め付けてください(図15)。上部プレートは下部プレートに対して移動するため、使用しているときは一般に上部プレートが妨げになって取付け穴のネジは操作できません。ステージに取り付けたコンポーネントにより、概して上部プレートの貫通穴の一方または両方が塞がれてしまいます。そのため、実験の途中でステージの取付け位置を変更することには不便が伴う場合があります。従って、コンポーネント類をステージに取り付ける前に、ステージを適切な位置に固定することを推奨します。他の選択肢として、MTシリーズ用のMT401/Mのようなベースプレートを使用すれば、ステージの周囲に塞がれることのない取付けスロットを確保できます。ステージをここで説明したようにベースプレートに固定してから、ベースプレートの取付けスロットを使用して取付け面に固定します。取付け方法を動画でご覧ください取付け方法は動画1でご覧いただけます。アジャスターネジを電動アクチュエータに交換する方法など、移動ステージに関する他の情報もご覧いただけます。直線移動ステージの下部プレートの4隅に取付けスロットがある場合、通常そのうちの2つ以上の取付けスロットは上部プレートに妨げられて使用することができません。素早く4つの全てのスロットを使用するには、まずマイクロメータまたはアクチュエータで上部プレートを手元側に引き寄せて2つの取付けスロットを露出させ、次に上部プレートを逆方向に手で押し出して他の2つの取付けスロットを露出させる方法があります。した後、ロッキングプレートの固定ネジを締めて上部プレートの位置を固定します。ここでは直線移動ステージXR25P(/M)を用いてその方法をご紹介しています。17:この写真では、マイクロメータの反対側の側面に付いている長方形のスロット付きロッキングプレートが見えています。手前の2つの取付けスロットは露出していますが、後ろ側の2つの取付けスロットは上部プレートに覆われて利用できない様子も見えます。Enlarge図16:上部プレートがマイクロメータで最も引き寄せられたとき、ステージの片側の2つの取付けスロットが露出して利用できるようになります。どちらのスロットにもM6キャップスクリュとワッシャを取付けられます。ステージの反対側の2つの取付けスロットは、上部プレートに妨げられて利用できません。Enlarge図18:上部プレートを引き寄せた位置から最も押し出した位置まで移動させると、他の2つの取付けスロットが露出して利用できるようになります。mm六角レンチで締め付けて、上部プレートの位置を固定します。2つの取付けスロットが利用できるように上部プレートを移動させるステージを光学テーブルやブレッドボードに固定するための4つのザグリ穴スロットは、ステージの下部(ベース)プレートに付いています。上部プレート(可動部)が下部プレート(固定部)の中心に位置しているときは、4つの全ての取付けスロットが上部プレートに妨げられて利用できません。上部プレートが最も引き寄せられた位置か最も押し出された位置にあるときには、取付けスロットが2つずつ露出して、それぞれを利用することができます。4つの全てのスロットを素早く利用するには、まずマイクロメータやその他のアジャスタを使用して、上部プレートを手元側の位置に引き寄せます。することで2つの取付けスロットが露出し、M6キャップスクリュとワッシャを締めたり緩めたりすることができます。図17でご覧いただけるように、上部プレートがこの位置にあるときは、ステージの反対側の取付けスロットは上部プレートに妨げられて利用できません。ほかの取付けスロットを利用するために上部プレートを手で押して固定します下部プレートを固定し、上部プレートを手元側に最も引き寄せた状態にして、上部プレートをバネの力に対抗して手で押し、最も押し出した位置まで移動させます。このとき上部プレートから手を離さないでください。手を離すと上部プレートがバネで引っ張られ、ストッパに衝突してステージが破損する場合があります。上部プレートは、下部プレートのもう一方の取付けスロットが露出する位置まで押してください。次にロッキングプレートのネジを締め付け(図18)、上部プレートの位置を固定します。上部プレートを固定したら、露出した取付けスロットへのM6キャップスクリュとワッシャの取付け・取外しが可能になります。ステージを破損させないためにロッキングプレートのネジを緩めるときは、バネで上部プレートが戻らないように手で押さえてください。上部プレートが静止する位置で手をそっと離してください。上部プレートがストッパに衝突すると、その衝撃でステージ部品のミスアラインメント、ボールベアリングへのダメージ、あるいはステージの移動時における角度偏差などが生じる場合があります。手順は動画をご覧ください手順は動画2でご覧いただけます。こちらの動画ページでは、アジャスターネジを電動アクチュエータに交換する方法など、移動ステージに関する他の情報もご覧いただけます。Top7低パワー光検出方法を改善する最初のステップ低パワーの光信号の測定は、周囲光の低減、パワーセンサ(フォトセンサ)に入射する反射光や散乱光の遮断、ビームスポットサイズの適正化(センサの受光面サイズ以内にする)、パワーメータのダイナミックレンジの適切な設定、および周囲光下でのパワーメータのゼロ設定などで改善することができます。ここで目標とするのは、パワー測定での不要な光の影響を最小限に抑えることと、センサがビーム全体のパワーを連続して測定すること、そして実験条件に応じてパワーメータを適切に設定することです。周囲光とは、光学系における光ビーム以外のすべての光を指します。多くの場合、室内光が最大の周囲光になりますが、かなりの光がPC画面や他のモニタ画面、機器のLEDインジケータなどで生じている場合もあります。周囲光で困る点は、測定中に使用者が移動したり、インジケータの点滅や画面表示を切り替えたりしても光の量が変動することです。周囲光の影響により、パワーの読み取り値が不自然に上昇したり、低パワー光の検出の妨げになったり、あるいはセンサを飽和させたりすることがあります。センサが飽和すると、センサは最大レベル、またはそれに近い信号を出力します。周囲光によって飽和したセンサでは、周囲光に付加されるた入射光パワーに応答できないか、あるいはほとんど応答できない状態になります。周囲光が飽和しない程度の低いレベルであっても、検出しようとする信号光が周囲光に比べて無視できるほど小さい場合には、やはり検出できません。Enlarge図19:上のセットアップでは、ネジ変換アダプタSM1A29を用いてSM1レンズチューブをパワーセンサS130Cに取り付けています。パワーセンサは、レンズチューブの開口部が直近の光学部品の透過側にほぼ接触するように配置されています。レンズチューブはパワーセンサを不要な光から遮蔽するのに寄与します。このセットアップは、こちらの動画で直線偏光子を入射面に対して45°にアライメントする方法の実演に使用されました。ビームスポットは、アライメントの状態や通常の動作状態においてもパワーセンサ内を移動する場合があります。光パワーを正確に測定するには、ビーム全体がパワーセンサの受光面内になければなりません。上の図では、測定中にビームスポットが円状に移動する様子を白い点線の円で描いています。ビームスポットがセンサの受光面内に留まるのが理想です(右)。ビームがパワーセンサの受光面から外に出てしまう場合(左)は、パワーの読み取り値が不自然に小さくなる理由を説明するのが困難になります。Enlarge図20:上の光学素子の前面と背面は平行ではありません。光学素子を光軸周りに回転させると、透過ビームの方向が変化します。このような状況では、光パワーの測定が不正確になる場合があります(図21参照)。周囲光を最小に抑えるには、室内光を消す、遮光機能付きのエンクロージャ内にセットアップを設置する、モニタにカバーをかける、スクリーン画面をセンサとは反対側に向ける、LEDを消灯するか黒色テープで覆うといった対策がとれます。図19のようにセンサの筐体にレンズチューブを取り付けるのは、パワーセンサに入る周囲光を低減するのに効果があります。光学系内のビーム光は、セットアップ内の光学素子や筐体による散乱、反射、回折などを通じて、迷光を発生させる場合があります。迷光は様々な光学素子から複数回の影響を受けていたり、主光路とオーバーラップしたりするため、その光路を予測したり遮断するのは難しい場合があります。信号測定に対する迷光の影響は、周囲光の影響と似ています。光路を辿らずに迷光を除去できれば、それが最も簡単です。光学面を入射ビームが垂直に入射しないように回転させれば、反射光を光路以外の方向に向けることは可能です。この方法は、光学素子への入射角が実験に影響を与えない場合にしか使用できません。信号光と迷光の光路間の角度が比較的大きい場合には、センサにレンズチューブを取り付けることで(図19)迷光を遮断することができます。信号光と迷光の光路間の角度が小さい場合には、1つの方法として、センサの前にアイリスを配置して迷光を遮断し、信号光のみを通過させる方法があります。1つの方法としては、センサを遠ざける方法があります。十分な距離があれば、信号光と迷光の間の距離が大きくなり、迷光がパワーセンサに入射しなくなるか、またはパワー測定にほとんど影響を与えなくなります。信号光の直径がパワーセンサの受光面の直径より大きい場合、信号光の測定値は不自然に小さくなります。ガウスビームの一般的な測定値として規定されている1/e2ビーム径には、光パワーのおよそ86%が含まれています。光パワーの99%を含む直径は、1/e2ビーム径より1.5倍大きくなります。ビームはセンサ受光面の中心にアライメントされているのが理想です。ビームがセンサの中心にない場合は、測定誤差のリスクが増大します。ビームスポットがセンサの受光面の外にまで広がっている場合は、パワーの測定値は小さくなります。ビームの一部分が受光面とオーバーラップしているときには、パワーがある程度測定されているため、すぐに問題があることに気づかないかもしれません。そのため、測定する前にビームスポットと受光面のオーバーラップの具合を確認することをお勧めします。このビームスポットと受光面の不完全なオーバーラップの問題は、測定中にビームスポットが移動するときには、一時的な問題である場合があります。測定中に光学素子を光軸周りに回転させる必要がある場合は、ビームスポットも移動するかもしれません(図20と図21)。これは、光学素子の前面と背面が光路に対して垂直ではない場合に特に懸念されることです。ビームスポットが移動する場合には、受光面の大きなパワーセンサを選択することで対応できる場合があります。パワーセンサのダイナミックレンジセンサのダイナミックレンジは、センサが対応可能な入射光パワーの最小値から最大値までの範囲を指します。正確な測定をするためには、信号光パワーがセンサのダイナミックレンジ内であることが必要です。ノイズフロアにより、一般に検出可能な光パワーの最小値が決定されます。ノイズフロアは、パワーセンサに光が全く入射されていないときにパワーメータで読み取られるパワー信号のことです。このパワー信号は、パワーセンサ、パワーメータ、ケーブル、増幅器、フィルタ、およびその他の全てのコンポーネントを含む検出器システム全体のノイズから生じるものです。ノイズフロア以上の応答を発生させるのに十分な入射光パワーがないと、信号としては検出されません。応答信号がノイズフロアに近いと、測定精度は低下します。ノイズフロアに近いレベルの信号では、小さな信号対雑音比(SNR)しか得られません。パワーセンサのメーカでは、最大パワーの仕様値を、飽和強度と呼ばれる閾値以下にしばしば設定します。飽和強度の閾値よりも十分に低いレベルで使用することが推奨されるのは、パワーが閾値近くになるとセンサの応答が非線形になり、実際に入射されたパワーよりも小さな値を表示する場合があるからです。これにより、意図せずにアプリケーションで許容される最大パワーを超えてしまう事態も考えられ、これは極めて懸念すべきことです。入射光パワーが飽和強度を超えると、測定値はしばしば最大値に固定されることがあります。飽和状態かどうかを確認する方法の1つは、パワーを若干上げてパワーの読み取り値をモニタする方法です。読み取り値が一定であるか、予想ほど変化しない場合には、センサが飽和している可能性があります。パワーメータのゼロ設定を周囲光レベルに合わせる信号光がセンサに到達しないように遮断した状態で、センサを覆わずにゼロ設定を行います。信号光の遮断は、光源側に内蔵シャッタがあればそれを使用し、あるいは光源の前にビームブロックを直接置いて行います。ビームブロックをセンサに近づきすぎないよう置くことが重要です。ゼロ設定時には、パワーセンサは測定中に存在するすべての周囲光に晒されている必要があるからです。この設定をすることで、周囲光の影響は測定値から差し引かれます。ゼロ設定時にセンサに覆いを付けてしまうと、周囲光のパワーが信号光の測定値に加算されます。Top8Insights:様々な光源からの光をコリメートするスクロールするか下のリンクをクリックすると、コリメート構成とコリメートビームについての解説をご覧いただけます。コリメート構成は、ガウシアンビームプロファイルを持つ狭帯域のレーザ光源や、LEDやランプなどの広帯域および白色光源からの光の拡散を小さくするために用いられます。コリメート光は無限遠まで一定のビーム径を維持するかコリメートレンズから出射された光のビームスポットは、ランプまたはLED光源の像を形成するかコリメート光は無限遠まで一定のビーム径を維持するか理想的なのは、コリメート光の径がレンズの位置から無限遠まで一定であることですが、伝搬していくにつれ全く同じ径を維持するコリメート光は物理的に存在しません。コリメートビームの広がり角は、ビーム径が変化する割合を示しますが、光源とコリメータの両方の特性に依存します。そのため、ランプやLEDなど広帯域波長光源からのコリメートビームは、レーザなどの狭帯域波長光源からのコリメートビームとは異なるふるまいをします。離れた位置に置いたとき、光源の各点からの光はそれぞれがコリメートされます。mm)の位置にビームウェストがあるコリメート光が出射されています。この図の尺度は図2より大きくなっています。ビームウェストの近く(<<zR')では、ビーム径はほぼ一定です。nmと仮定されています。mmのレンズによってコリメートされます。Enlarge図4:入射光はビームウェスト径(Wo)が小さく、その結果レイリー長(zR)が狭いときに、点光源と見做すことができます。焦点距離、波長に依存します。焦点距離を長くするか、波長を短くすると、zR'は大きくなり、出射ビームの広がり角全体が小さくなります。mmで計算されました。mmでの値も計算されています。)だけ離れて配置した正の球面レンズにより集光されたビームをゼロの広がり角のビームにコリメートします。この理想的な点光源のモデルを集合させることにより、ランプやLEDなどの広帯域波長光源系の説明をする際に適用できます。このような光源は、多点光源のグルーピングに似ています。)と、光源とレンズの間の距離(つまり焦点距離)が考慮されます。この光源が理想的な点光源に近いほど、コリメートビームの広がり角は小さくなります(図1)。光源が小さいか、レンズから遠い位置にあるか、もしくはその両方のとき、その光源は理想的な点光源により近くなります。十分な点光源と見做せるランプまたはLEDコリメートされた出射ビームの広がり角が用途の要件と合致したとき、その光源は理想的な点光源と見做すことができます。広がり角が大きすぎる場合、コリメートレンズの焦点距離を大きくして、光源を遠くに配置するという対策があります。これによりレンズに入射する光量、すなわちコリメートビームの出射光量が減少するというマイナス効果が出てしまいます。図1では、光源の各点から放射された光がレンズの有効径いっぱいまで広がっています。光源の異なる点からの光線は異なる角度でレンズから出力するため、出射ビーム径はレンズ位置で1番小さくなることを示しています(レンズからの出力後、ビームがレンズの有効径から広がっています)。光源の各点からの光がレンズの有効径の一部のみにしか広がらない場合、ビームウェストはレンズからずれることになります。点光源としてのレーザ光源この点光源モデルはレーザ光にも適用できますが、この場合光源は入射ビームウェストと定義されます。典型的なな点光源の例として、集光スポット、光ファイバの端面、シングルモード半導体レーザの端面などがあります。点光源モデルを当てはめるとき、レーザと広帯域光源では類似点があります。レーザ光源でもまた、コリメートビームの広がりを最小に抑えるために焦点距離だけ離れた位置にレンズを配置する必要があります。レーザ光源(入射ビームウェスト)が小さければ小さいほど、コリメートビームの広がりは小さくなります。LEDやランプとは異なり、レーザ光源は広がりは大きいが、全方向に均一な光は放射しません。単波長レーザの光の場合、光軸と垂直な面における強度分布がガウス関数に似ています。その場合、コリメートビームのふるまいはガウシアンビームの式を用いて表すことができ、ビームの広がり角を表す式は波長を含む必要があります。レーザのコリメート光レーザ光源のサイズは、コリメートビームの特性を判断するのに役立ちます。)で表され、レイリ―長(zR)は下記のように計算されます。入射ビームウェストが小さく、その結果、レイリー範囲も小さくなると、出射されるコリメート光の広がりは小さくなります。(例示の図2と3をご覧ください。コリメートビーム全体の広がりは、入射光のビームウェスト径を小さくすることで小さくなります。光源のビームウェストがレンズから焦点距離の位置にあるとき、コリメート光のビームウェストはレンズの反対側の焦点距離の位置にあります。ビームの広がりはビームウェストから離れると大きくなり、ビーム広がり角はウェストから近い領域または遠い領域で分けて表します。ビームウェストの近くでは、出射ビームは理想的なコリメートビームに似ています。)の近くに留まります。ビーム径はビームウェストから遠くなると大きくなるため、ビームがコリメートされている範囲には制限があります。この制限は通常、出射ビームのレイリー長(zR')の範囲とされます。.用途によっては、<<zR'の距離を指定したり、ビームウェストからのレイリー長の範囲全体の領域を許容したり、ただビーム径が最大値を超えないことが条件になっている場合があります。倍)となることを覚えておくと役立ちます。zR'、入射ビームと出射ビームのレイリー範囲の異なる関係性については、それぞれ図4に示しています。出射側のビームウェストから十分遠い位置にあると(>>zR')、ビームウェスト付近と比較してビームの広がり角は大きくなります。出射ビームのウェスト径(およびレイリー長)が大きくなると、この領域での広がり角は小さくなります。この領域では、ビームの広がり角はおおよそ一定となります。Top1コリメートレンズから出射された光のビームスポットは、ランプまたはLED光源の像を形成するかレンズがランプやLEDなどの光源から焦点距離の位置にあるとき、レンズは平行光線束のオーバーラップで構成された光を出射し、像は形成しませんがビームスポット(ビームウェスト)を形成する場合があります。光線束はそれぞれ異なる角度で出力するため、光軸と垂直面の強度は分布を持ちます。強度は光が集光しているように見えるビームスポット(ビームウェスト)位置で最も高くなります。各光線束は平行であるため、像は形成されません。ビームスポットの位置と径は、光源とコリメートレンズの光学特性に依存しますので、用途に適したビームスポットが得られるよう設計できます。Enlarge図6:光源からの光が大角度で放射されるとき、各点光源からの光線は、レンズの全表面積に入射されます。レンズは平行光線の束(各点から1つの光線束)を出射しますが、ビームスポット(ビームウェスト)はレンズの焦点距離先ではなく、レンズの出射面の位置になります。)の位置にビームスポットが得られているには、いくつかの要因があります。Z軸周りの光線の対称性や、各点光源からの出力光がレンズ全体まで広がらないことなどがこれに含まれます。レンズは各点光源から1つの光線束を出射しますが、各束の直径はレンズ径よりも小さくなります。光線束がオーバーラップすることでビームスポットが形成されます。複数のレンズを用いればどこにでもビームスポットを形成することができます。各点光源から放射される光線はビームスポットでは平行であるため、ビームスポットでは像は形成されません。)の位置に形成されます。ビームスポットで像は形成されません図5の左側の光源は、放射点が垂直方向に並んでいます。これは一般的な光源ではありませんが、後述のとおりレンズを複数用いることで、このような特性を持つ光源を作ることはできます。)だけ離れた位置のレンズに入射されます。レンズは平行光線の束(各点光源につき1束)として光を出射します。各光線束は光軸(Z軸)を交差します。特定の点光源から放射された光の角度を知るには、まず点光源からレンズまでZ軸に平行な線をトレースします。この線はレンズ位置から、光軸(Z軸)上でレンズから焦点距離だけ離れた点に向かいます。この図では、これらの光線は各群の中心にあり、太い線で描かれています。すべての平行光線束が交差することで、レンズから焦点距離先の位置でビームスポット(ビームウェスト)が得られます。ここで、出射ビーム径は最も小さくなり、強度は最も高くなります。ビームスポットでは光源の像が形成されません。各束の光線は互いに平行だからです。光源の像を形成するには、各束がそれぞれ1点に収束しなければなりません。ビームスポット(ビームウェスト)は常に得られるわけではありません図5ではレンズから焦点距離の位置にビームスポットが得られていますが、これにはいくつかの理由があります。1つには光源がレンズから焦点距離だけ離れた位置にあります。2つ目には、光源から放射される光線群はすべてZ軸周りに対称であることです。各点からの光線の円錐はレンズ全体まで広がっていないため、出射される光線束の径は比較的小さくなります。図6ではより典型的な白色広帯域光源を表しています。各点からの光線は大きい角度で放射されているため、光線はレンズの全面積に入射されています。このとき、ビームウェストの位置はレンズの出射面になります。ビームスポットの設計ビームスポットでの強度が最も大きくなり、光源の像が形成されないため、ビームスポットは均一照射に有用となります。光源の各点からの光が幅広い角度で放射され、レンズから遠い位置で均一に照射される必要があるときには、複数のレンズを用いることがあります。図7ではレンズ系の代表例を示しています。コレクターレンズが平行光線の束を出射し、ビームスポットは図7のとおりコンデンサーレンズの出射側にあります。フィールドレンズはコレクターレンズから出射された各光線束を集光します。光源の上下反転像が、フィールドレンズとコンデンサーレンズ両方からそれぞれの焦点距離だけ離れた位置に形成されています。この反転像からの光線は、コンデンサーレンズの入射面の一部に入射されているため、このレンズから出射された光は焦点距離だけ離れた位置にビームスポットを形成します。このビームスポットからの光は均一で、光源像は形成しません。Top2Insights:設計スクロールするか下のリンクをクリックして設計に関する詳細や設計を活用するヒントについてご覧ください。穴の内側の長方形の溝についてベースは、アンダーカットのある面を下向きに置くと安定します移動ステージに取付けられたコンポーネントを、アジャスタを介して伝わる振動から絶縁できるか?移動ステージは、アジャスタからの振動を下部(ベース)プレートに結合させることで、可動部である上部プレートには影響しにくいように設計することができます。アジャスタを固定するバレルクランプをベースプレートに取り付けることにより、アジャスタの操作時にステージに取り付けられたオプトメカニクス部品が受ける振動を最小に抑えることができます。Enlarge図2:上の写真ではアジャスターネジを取り外しているため、上部プレートがバレルクランプから独立していることがより分かりやすくなっています。上部プレートは手前側の位置に戻っており、下部プレートに取り付けられているバレルクランプのベースよりも高い位置にあります。Enlarge図1:直線移動ステージMT1B(/M)のバレルクランプが見えます。クランプは下部プレートに取り付けられているため、上部プレートはアジャスターネジに触れたときの振動から絶縁されています。ステージとアジャスタの接触について移動ステージには、バレルクランプによって手動アジャスタや電動アクチュエータが取付けられています(図1)。アジャスタのバレルはクランプによってしっかり固定されており、アジャスタからクランプへの振動を効率的に結合する強固な機械的接触になっています。クランプは直接下部プレートにボルトで固定されているため(図2)、アジャスタに触れることによる振動はステージの固定部に伝わります。この振動は光学テーブルまたはステージが固定されている取付け面によって減衰します。アクチュエータとオプトメカニクス部品が取り付けられている上部プレートが直接接触するのは、アクチュエータ先端の1点のみです。この接触は強固な接続ではないため、アクチュエータと上部プレート間の振動の結合は弱くなります。同様に、上部プレートと下部プレートの接触点も強固ではないため、振動は効率的には伝わりません。移動ステージに関するその他の情報こちらからは、ステージの取付け方法や手動アジャスターネジを電動アクチュエータに交換する方法など、移動ステージに関するその他の情報を動画でご覧いただけます。Enlarge図4:上から見た図。ポストとポストホルダの間の3つの接触点(赤で表示)で、ポストのYZ軸に対する移動や回転を止めています。X軸に対する移動や回転は摩擦力で抑止されます。3:当社のポストホルダの穴の内側には鋭いエッジの溝が加工されています。5:ブローチには上図のように刃が並んでおり、その高さは徐々に高くなっています。刃を材料に接触させ、機械でブローチを表面の端から端まで引っ張ります。各刃はそれぞれ少量の材料を削りとり、ブローチ加工された溝の深さは刃全体の高さの差と同じになります。当社の全てのポストホルダには、穴の内側に沿って平行なエッジを有する溝が作られています(図3)。止めネジ(セットスクリュ)を締め付けることで、ポストが溝の2つのエッジに押し付けられます(図4)。エッジ間の距離が広いため(ポストホルダ内径の約半分)、ポストはエッジに対して安定に保持され、また再現性も得られます。溝の2つのエッジに接触することでY軸とZ軸に対する移動と回転が止められるため、ポストの6つの自由度のうちの4つが拘束されます。ポスト側面と溝のエッジ間の摩擦により、残りの2つの自由度であるX軸に対する移動と回転が抑止されます。穴の内側に溝が無い場合には、ポストとポストホルダの接触は1本の線になります。ポストにはZ軸回りの回転とY軸に沿った移動の自由度が残り、その位置は安定しません。この不安定さによる光学セットアップ内の各部品位置のシフト量がサブマイクロメートルのレベルであったとしても、累積することでシステムの性能に重大な悪影響を及ぼす場合があります。システムを頻繁に再アライメントする必要が生じるかもしれません。ブローチ加工ポストを安定に保持するためには、溝のエッジは直線状でなければならず、隆起や凹凸があってはなりません。これらのポストホルダの溝は、ミクロンスケールで見ても直線状の鋭いエッジを有しています。エッジの直線性が不完全な場合には、ポストがホルダ内で動いたり、ホルダ内でのポストの位置再現性が得られなくなったりする場合があります。溝の滑らかで直線状のエッジは、ブローチ加工と呼ばれる機械加工によって作ることができます。ブローチ(図5)は鋸に似ていますが、その刃の高さは徐々に高くなっています。表面に沿ってブローチを引っ張ると、各刃はそれぞれ少量の材料を削り取ります。H1)に等しくなります。溝を作るうえでブローチ加工が他の加工方法に比べて好まれる理由は、直線状の加工が可能であるほかに大量生産にも対応できるためです。Enlarge図7この図はベースの下側を示しており、赤く表示された箇所がアンダーカットです。この部分を切除することで、極めて平坦なパッドを実現できます。6:適切な安定性を得るため、ベースはアンダーカットがある面を光学テーブルまたはブレッドボードに向けて取り付けてください。Enlarge図9:当社のデバイスに付いているパッドは、ボルトで固定したときに安定性が向上します。パッドは非常に平坦で、アンダーカット(赤で表示)から突き出た形になっています。アンダーカットによりテーブルやブレッドボードとの接触面積が制限されます。8:ステージやその他のデバイスの取付けプラットフォームにはパッドがありません。アンダーカットはBA2/Mのようなベースの下側の面に機械加工されます(図6と7)。アンダーカットによりパッドと呼ばれる脚ができます。最大限の安定性を得るため、パッドがテーブルやブレッドボードに接触するようにベースを置いてください。ベースの上側の面にはアンダーカットは無く、部品取付け用の面になっています。ベースを上下逆に取り付けると、ベースがテーブルやブレッドボード上で動いたり、その他の機械的な不安定性が生じたりする場合があります。パッドの平面度パッドの平面度を向上させる鍵はアンダーカットです。パッドは、アンダーカットの加工後に平面加工されます。この工程で生じる摩擦熱でパッドが加熱され、平面度はそれによって影響をうけます。アンダーカットでパッドの表面積を小さくすることで、この工程での発熱量が抑えられます。機械加工においては、発生する熱を最小限に留めることは有益です。金属は加熱されると膨張しますが、機械加工中に発生する不均一な加熱により、部品の寸法が歪む場合があります。加工中に部品の寸法が歪むと、冷却後の部品には高いスポットやその他の望ましくない形状が残る可能性があります。そのような部品を使用すると、不安定性やミスアライメントにつながる場合があります。精密な機器やデバイスのパッドパッドの付いたほかの例として、図8と9に直線移動ステージLX10(/M)を示します。TopInsights:光ファイバスクロールするか下のリンクをクリックすると、光ファイバを使用するセットアップを設計する際に考慮すべき点がご覧いただけます。Enlarge図1:入射角が≤θmaxの光線は、コアとクラッドの界面で全反射(TIR)するため、マルチモードファイバのコア内に閉じ込められます。Enlarge図2:コアとクラッドの境界での光の作用は、コアとクラッドの屈折率に依存し、端面に入射された光がコア内に結合するかを決定します。NAは幾何学的計算と、図の上にある2つの式を用いて求められます。開口数(NA)は、ほとんどのマルチモードファイバにおいて図1のように最大の受光角を表します。この関係性はシングルモードファイバにおいては適用することができません。受光角とNA光線モデルでは、光線がファイバのコアに結合するか否かは入射角によって決まります。)で、NAに関連します(図1)。入射角が≤θmaxの光線は、ファイバのコアとクラッド間の境界において全反射(TIR)します。これらの光線はファイバ内を伝搬していくので、コア内に閉じ込められたままとなります。入射角がθmaxよりも大きい光線については、コアとクラッド間の境界で屈折し、部分的に透過する成分が生じます。この光はしばらくの間クラッド内を伝搬する場合がありますが、最終的にはファイバから損失していきます。関係性は幾何学によって定義されますNAとθmaxの関係性が図2で示されています。1が代入されています。この図では、コアとクラッド間の境界で全反射が生じる最も極端な条件を示しています。屈折率が重要な役割を果たします。大きくなければなりません。その差が大きければ大きいほど、NAと最大受光角も大きくなります。とき、入射光はマルチモードファイバの導波モードのどれか1つに結合されます。一般的に言えば、入射角が小さければ小さいほど、励起されるファイバのモード次数も小さくなります。次数が小さいモードは、強度をコアの中心近くに集中させます。次数が最も小さいモードは、端面に垂直に入射された光によって励起されます。シングルモードファイバではご利用いただけませんシングルモードファイバの場合、図2のような光線モデルは使用できず、計算した開口数(受光角)は、最大の入射角度に等しくはなく、またファイバの集光能力を表すものではありません。シングルモードファイバの導波モードは1つ、次数が最も小さいモードで、入射角が0°の光によって励起されます。NAを計算すると、その値は0ではありません。光線モデルでは、シングルモードファイバから放射、または結合される光線の広がり角を正確に予測することもできません。ビームの広がりは回折効果によって起こりますが、光線モデルにおいては考慮されていません。波動光学モデルによれば説明可能です。ガウシアンビームの伝搬モデルを使用すれば高確度でビームの広がり角を求めることができます。Enlarge図3:最大の結合効率でシングルモードファイバに結合するためには、光が軸上のガウシアンビームで、ウェスト位置がファイバの端面にあり、ウェスト径がMFDと等しくなる必要があります。ファイバの出射光もこれらの特性によりガウス分布に近い形状となります。シングルモードファイバにおいて、開口数(NA)の使用した光線モデルは、結合状態を決定するには不適切です。)プロファイルが示されています。光はシングルモードファイバを伝搬していくと、そのビーム断面の強度分布はガウス分布に似た形状となります。モードフィールド径(MFD)はこの強度プロファイルの幅を表します。入射ビームがこの強度プロファイルに合致すればするほど、より効率よく多くの光がファイバに結合します。入射されるガウシアンビームのビームウェストがMFDと等しいと、とりわけ高い結合効率が得られます。ガウシアンビームの伝搬モデルにおいてMFDをビームウェストにすることで、確度の高い入射ビームパラメータと出射ビームの広がり角を得ることができます。光ファイバの利点は、ファイバの導波モードによって伝播される光が放射線状には広がらず、最小限の減衰で伝搬していくことです。光をファイバの導波モードに結合するには、入射ビームと導波モードの特性を一致させる必要があります。導波モードに結合しない光はファイバの外に放射されます。光がファイバから漏れ出したと言えるのです。シングルモードファイバの導波モードは1つであり、波動光学解析によってモードをベッセル関数で表すことができます。ガウス関数とベッセル関数の振幅プロファイルは、非常によく似ており[1]、代わりにガウス関数を使用すると正確な結果をもたらしながら、ファイバのモードのモデリングが簡易化されるので便利です。図3では、入射光が導波モードに結合するために一致しなければならないシングルモードファイバの断面方向の強度分布を示しています。)のガウス関数にほぼ一致します。MFDは、ファイバ長に沿って一定で、e-2とピーク強度の積に等しい強度の幅です。モードフィールド径(MFD)内は、ビームパワーの約86%が含まれます。次数が最も小さい横モードだけが放射されるレーザ出力光はガウシアンビームとなるため、このレーザ光はシングルモードファイバに良い結合効率で結合できます。シングルモードファイバへの光の結合シングルモードファイバのコアに効率よく光を結合するには、入射するガウシアンビームのウェストをファイバの端面に合せてください。ビームウェストの強度プロファイルは、モードの断面の強度の特性と重複し、合致しなければなりません。入射ビームに必要なパラメータは、ガウシアンビームの伝搬モデルとファイバのMFDから求めることができます。結合効率が小さくなるのは、ビームウェスト径とMFDが一致しない、端面のモーダルスポットによりビームの断面のプロファイルが歪んだり、中心がずれている、光がファイバの軸に沿って誘導されていない場合に起こります。TopNAによりシングルモードファイバからのビーム広がり角がわかるか開口数(NA)を使用してシングルモードファイバから出射される、あるいはシングルモードファイバに結合する光円錐を概算する場合、大きな誤差が生じる場合があります。広がり角はガウシアンビーム伝搬モデルを使用した方がより良い概算値が得られます。このモデルにより、広がり角を算出し、用途に適したビームスポットサイズを得ることができます。シングルモードファイバにおけるモードフィールド径(MFD)内は、ビームパワーの約86%が含まれるため、MFDによりスポットサイズを決めることは、シングルモードファイバから光をコリメートしたり、光を集光する際の適切な定義であるとされています。)(単位:ラジアン)です。)に依存し、ビームのウェスト径はファイバのMFDに等しく設定されています。)をNAを用いて計算した結果を示しています。赤い線は、ガウシアンビーム伝搬モデルを使用して計算されており、これにより、ビームスポット径の大きな誤差を回避することができます。こちらのグラフではSM980-5.8-125からのビームをモデル化しています。μmの値を使用しています。ガウシアンビームによるアプローチシングルモードファイバの端面から出射される光は円錐状に広がりますが、この光はファイバ軸から様々な角度で出力する複数の光線と同様の振る舞いにはなりません。この光はガウシアンビームに似ており、モデル化ができます。放射光がガウシアンビームと同様に伝搬するのは、光の導波モードがガウス分布に近似しているからです。ガウシアンビームの広がり角は、光線として作用する光を想定して計算された広がり角度とは実質的に異なります。sin-1(NA)となります。NAと広がり角の関係性は高次マルチモードファイバのみ有効です。図4では、NAを使用して広がり角を計算すると大きな違いが生じる可能性を示しています。ガウシアンビームでは、広がり角はビームパワーの86%を含む領域とされており、この領域の境界円における強度は、ピーク強度の1/e2となっています。図4の右の式は、シングルモードファイバ端面から出射されるビームの広がり角を正確にモデル化するガウシアンビームの式です。計算に使用するファイバのMFD、NAならびに動作波長を含む値はグラフ下に記載されています。ビーム発散角は、1/e2半径によって定義されたビームサイズの変化により算出されています。zR)においてはほぼ線形に変化します。グラフに記載されている角度は各曲線の傾斜から計算されました。式(1)で求めたファーフィールドの概算が使用された場合、広がり角は0.098ラジアン(5.61°)です。Enlarge図6:シングルモードファイバへの光の結合効率を低下させる条件とは、入射ビームと、ファイバ導波モードの光学特性の類似性を損なわせるあらゆる状態です。Enlarge図5:最大の結合効率でシングルモードファイバに結合するためには、光は軸上のガウシアンビームで、ウェスト位置がファイバの端面にあり、ウェスト径がMFDと等しくなる必要があります。入射ビームの角度、位置、強度プロファイルの調整により、シングルモードファイバへの光の結合効率を向上させることができます。ファイバの端面が平坦かつファイバの長軸方向に対して垂直であることを想定し、結合効率は下記の基準を満たすビームにおいて最適化されます(図5参照)。ガウス分布の強度プロファイルファイバ端面に垂直入射ビームウェストがファイバ端面にあるビームウェストの中心位置がファイバのコアにあるビームウェスト径がファイバのモードフィールド径(MFD)と等しいこれらの理想的な結合条件からかけ離れた状態を図6で示しています。[1]の波動光学論に従っています。次数が最も低い横モードを放射するレーザのみがガウス分布に近似するビームを生成し、そして結合効率の良い光をシングルモードファイバに結合することができます。マルチモードファイバーレーザまたは広帯域光源からシングルモードファイバの導波モードに結合された光は、光がファイバ端面のコア領域に集光されたとしても結合効率は低くなります。これらの光源からの光の大部分は、ファイバから漏れ出します。結合効率が低い要因は、これらのマルチモード光源の光の一部のみしかシングルモードファイバの導波モードの特性に合致しないからです。光源の光を空間的にフィルタリングすることで、ファイバのコアに結合される光の量を見積もることはできます。シングルモードファイバが受光できるのは、最大でもフィルタを通ったガウシアンビームの光のみとなります。マルチモード光源の光のファイバーコアへの結合効率は、シングルモードファイバの代わりにマルチモードファイバを使用すると改善します。Top最大受光角はマルチモードファイバのコア全体に渡り一定かこれはファイバの種類によって異なります。ステップインデックスマルチモードファイバは、ファイバのコアのどの位置においても最大受光角は同じです。反対にグレーデッドインデックスマルチモードファイバは、コアの中心部のみで、入射角が最大範囲である光線を受光します。最大受光角は、中心から離れるにつれ小さくなり、クラッドの境界近くでは0°に近くなります。)は、コア全体に渡り一定です。グレーデッドインデックスマルチモードファイバの屈折率はコアに渡り変動します。最大の屈折率は通常、コアの中心です。)によって異なります。ファイバ端が空気に接していることを想定しています。|の入射光を良好な結合効率でコアに受光します。ファイバ端が空気に接していることを想定しています。ステップインデックスマルチモードファイバステップインデックスマルチモードファイバのコアは、図7の左上に示すようなフラットトップの屈折率プロファイルを有します。)は、コアのどの位置においても同じです(図8)。これはコア全体にわたって屈折率が一定であり、そして受光角はクラッドの屈折率に大きく依存するからです。光が入射されるのがコアの中心だろうと端だろうと、ステップインデックスマルチモードファイバは、ファイバの軸に対して±θmaxの角度内の光円錐を受光します。)に反比例して小さくなります。図9の式は、径方向距離の依存したコア屈折率により、最大受光角、すなわち開口数(NA)が算出できることを示しています。この式は、ファイバ端面が、平坦で、空気と接しており、ファイバ軸に対して垂直であることを想定しています。図9では、コアの屈折率により角度が制限されている光錐を示しています。0)の場合となります。広がり角は、ファイバ軸に対する径方向距離が大きくなると減少します。ステップインデックスか、グレーデッドインデックスか?ステップインデックスマルチモードファイバの方がグレーデットインデックスマルチモードファイバよりもより多くの光を集める可能性があります。これは、ステップインデックスのコアに渡り、開口数(NA)は一定で、グレーデッドインデックスのコアでは放射距離に応じてNAが小さくなるからです。グレーデッドインデックスのプロファイルにより、すべての導波モードで同じような伝搬速度が得られるため、ビームがファイバを伝送する際のモード分散が小さくなります。できるだけ多くの量の光をマルチモードファイバに結合する必要がある用途で、モード分散に敏感ではない場合には、ステップインデックスマルチモードファイバの方がより良い選択となります。逆のケースにおいてはグレーデッドインデックスマルチモードファイバを検討する必要があります。TopInsights:イメージングシステムスクロールするか下のリンクをクリックすると、顕微鏡の分解能におけるコンデンサの開口数の重要性についてご覧いただけます。コンデンサの開口数(NA)は、顕微鏡の分解能に影響を与えるか顕微鏡におけるケーラー照明についてコンデンサの開口数(NA)は、顕微鏡の分解能に影響を与えるかコンデンサの開口数(NA)は、顕微鏡の分解能に大きな影響を与えます。その理由は、試料への光の入射角の範囲が、試料を透過する、あるいは試料で反射される光の角度範囲に影響を与えるためです。分解能を最適化するための一般的な方法は、少なくとも対物レンズのNAと同等以上のNAを有するコンデンサを使用することです。言い換えると、コンデンサによって形成される光の円錐の頂角は、対物レンズが受光する角度範囲と一致するか、またはそれ以上でなければなりません。Enlarge図2:落射照明顕微鏡では、対物レンズから光が試料に照射されます。対物レンズは試料からの反射光や散乱光を集光する役割も果たします。そのため、図1とは異なり、照射の角度とイメージングの角度はどちらも対物レンズのみに依存します。1:透過型顕微鏡では、光源からの光はコンデンサ光学系を通して試料に照射されます。その透過光は対物レンズによって集光されます。集光された光から、カメラあるいは接眼レンズを用いて像が生成されます。Enlarge図3:コンデンサから試料上の1点に入射する光(左、薄黄色)、試料を透過する光(右、点線)、および対物レンズが集光可能な光の範囲(右、オレンジ色)を示す円錐。円錐の角度は光軸からの角度です。)なのは、試料によって吸収あるいは散乱されない光はほぼ直進するためです。)は異なる場合があります。)は、しばしば透過光の角度範囲と、対物レンズが集光可能な角度範囲を比較するのに用いられます。コンデンサと対物レンズ透過型顕微鏡では、コンデンサは光源からの光を集光して試料に照射します(図1)。コンデンサ光学系には通常いくつかの光学素子が含まれ、アライメントすることで試料面を均一に照明することができます。対物レンズは試料面の反対側に位置し、試料を透過した光を集光します。この集光された光から、接眼レンズあるいはカメラを用いて像が生成されます。これに代わって、対物レンズが試料への光の照射と試料からの光の集光の役割を共に果たすように、顕微鏡を構成することもできます(図2)。この場合には独立したコンデンサ光学系はありません。開口数(NA)コンデンサは試料面に対して光を様々な角度から照射します(図3)。)を定量化することができます。試料上の点を透過した光の角度範囲は、入射した光の角度範囲とほぼ同じです。)は、それとは異なる円錐を用いて示すことができます。これらの角度範囲は、次のレンズの開口数(NA)の式を用いて定量化することができます。NAが大きいほど、角度範囲を示す円錐は広がります。この角度は光軸からの角度です。44.43°になります。図2のシステムについては、光の照射と集光に同じ対物レンズが用いられるため、NAは同じになります。)、「どれくらいまで近接した2点を分離してイメージングできるか」という性能を表します。)しか含まれていません。)は分解能に影響を与えないように見えますが、実際にはそうではありません。あることが仮定されています。場合には、修正された式、を用いることでより良い近似値が得られます。この式はコンデンサのNAが分解能にとって重要であることを示しています。Enlarge図4:光源の像として発光素子の構造が見えます(左)。ケーラー照明では、光源の像が試料面やカメラセンサ面に形成されず、試料面の照明は均一になります(右)。複数の要素で構成される顕微鏡システムでは、ケーラー照明になるように調整することができます。ケーラー照明では、ランプやLEDのような光源から集光される光と、試料から集光される光とで像の結び方が異なります。光源からの光は、試料(物体)面やカメラのセンサ面に結像させないようにします。試料面の照明では、一般に幅広い角度から均一に光が当たるようにしますが、これは高分解能イメージングを行う上では必要とされます。その結果、ケーラー照明ではランプやLED光源の像がカメラセンサ上で重畳(スーパーインポーズ)されないことになります。光源からの光が試料面に結像すると、均一な光が試料に当たらないことになります(例:図4左)。この画像では発光体の構造がはっきりと見えています。これに対してケーラー照明では、光を平行光線束にして試料面に照射するため、試料面での照明は均一になります(図4右)。光学系を調整してケーラー照明とすることで、カメラセンサ上に光源が結像することも防止できます。光源から始まり、試料を通ってカメラセンサに到達します。下の動画(動画1)では、ランプまたはLEDなどの分散光源からの光線を追跡しています。光源上の複数の放射ポイントから、光は様々な角度で放射されます。その光は集光レンズで集光され、さらに伝播する光は視野絞りによってその最大径が制限されます。次に光は視野レンズを通過し、それにより開口絞りの位置で光源の各ポイントの像が形成されます。開口絞りはコンデンサーレンズの前側焦点面に配置されるため、開口絞りでの光源の像のアライメントは重要です。開口絞りにおける光源の像からの光は、コンデンサーレンズによって平行光線束に変換されます。各光線束は光源の像の個々の点から始まります。特定の光線束が試料面に入射する角度は、その光源上の点が光軸から離れているほど大きくなります。言い換えれば、開口絞りを絞ることで照明の角度範囲は狭くなり、試料面での照明強度も低下します。光源の像の位置は、コンデンサーレンズの前側焦点面にあるため、試料面には平行光線束のみが入射します。試料面では光源の像は形成されず、照明は均一になります。試料面を透過した光源からの光は、対物レンズの後側焦点面(対物レンズとチューブレンズの間)で結像します。光源の像はカメラセンサ上では形成されないため、像の品質は維持されます。イメージング光路イメージング光路は試料面から始まり、カメラセンサで終わります。動画ではこの光路の光線も追跡しています。試料上の各点からの光はカメラセンサ上の1点に結像します。動画1:透過型顕微鏡における光学素子(左)は、ケーラー照明が得られるように調整された状態で表示されます。その条件下では、動画の照明光路を追跡した光線で示されるように、試料面は均一に照明され、光源の像が試料面やカメラセンサ上で重畳することはありません。試料面の像がカメラセンサ上に形成されることを示しています。Top2Insights:積分球スクロールするか下のリンクをクリックすると、積分球をセットアップに組込むときやデータ結果を分析するときに考慮すべき点がご覧いただけます。Enlarge図1:各波長における典型的な蛍光収量は、励起波長の強度より4桁程度低くなっています。[4]蛍光スペクトルの収量は、積分球内で発光する蛍光の強度と励起波長の強度により決まります。収量(Yield)は積分球の内面全体で励起した蛍光量(波長に依存)を励起光の強度で割って計算します。USA.積分球内面のコーティングにはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が使用されています。この素材は白色ですが、幅広い波長において高い、かつ平坦な反射率と、化学的不活性があることなどの理由から好まれます。積分球はPTFEならびにPTFEよりも反射率が低い硫酸バリウムでコーティングされており、UV光を照射した場合、低量ではありますがUVならびに青色の蛍光を発光することにご留意ください。蛍光発光しているのはPTFE自体ではなく、UVならびに青色の蛍光の原因はPTFE内の炭化水素です。コーティングの原料には低量の炭化水素不純物が存在しており、また積分球を使用したり保管している間に汚染源によりさらに炭化水素がコーティング材に付着します。Technology/NIST)の研究者がPTFEコーティング付き積分球の励起蛍光を調査しました。積分球の全蛍光量を蛍光波長と励起波長を変えて測定しています。最大蛍光量は、励起光強度より4桁程度低くなりました。nmの吸収帯で励起されます。nmの波長範囲で発光します。励起波長を長波長側にすることにより、短い波長で発光する蛍光量が少なくなり、蛍光スペクトルの形状が変動することが示されています。PTFE内の炭化水素のレベルが高くなると、蛍光量も多くなります。それに伴い、積分球からの出力量は吸収帯波長において少なくなります。それは、このスペクトル域においてより多くの光が吸収されるからです。3]使用への影響PTFEから発光するUVならびに青色蛍光は、多くの用途において影響はほとんどありません。nm未満の入射波長の場合だからです。この蛍光に影響される用途には、UV放射の長期に渡る測定、UV光源の校正、UV反射率標準の確立、UVリモートセンシングの実施などがあります。蛍光レベルの最小化ならびに安定化のためには、積分球をガソリン・ディーゼルエンジンの排気や、ナフタレン・トルレンなどの溶剤を含めあらゆる炭化水素源から隔離することが必要です。炭化水素による汚染は最小化または減少することはできますが、完全に除去できないことにご留意ください。[1]炭化水素に曝される履歴は積分球ごとに異なるため、個別の積分球における入射光への応答性を予測することはできません。蛍光により、用途への悪影響があった場合には、積分球の校正をお勧めいたします。下記[4]では、校正に必要な光源(対象の波長にわたってスペクトルがよく知られている重水素ランプやシンクロトロン放射)、モノクロメータ、ディテクタ、積分球と、その手順について説明しています。2:拡散試料の透過率と反射率を上記のように測定することによって、試料交換誤差に起因する試料スペクトル歪みがもたらされる可能性があります。問題は基準試料と測定したい試料測定時の、試料領域の反射率が異なることです。(R)に沿って通り、(S)に沿っては通りません。反対に測定したい試料測定時、光は(S)に沿って通り、(R)に沿っては通りません。積分球を使用することにより光学試料の透過ならびに拡散反射スペクトルの絶対値が測定できます。これらのスペクトルは、測定したい試料と基準とする試料の両方のスペクトルを測定することによって求められます。基準試料の測定は、照射光源のスペクトルを知る上で必要です。基準試料のスキャンで得られた値により、測定したい試料の測定値から光源のスペクトル測定値を差し引くことができます。光源の基準測定は、透過率データの場合、試料を配置せずに測定し、反射率測定の場合には高反射の基準試料を置き、測定します。この試料測定や基準試料測定時において試料交換誤差が生じた場合、この誤差の影響がない実験手法でない限り、補正された試料スペクトルの確度に悪影響を及ぼす場合があります。積分球の光学性能は、内面の各位置での反射率に依存します。透過スペクトルや拡散反射スペクトル測定時、積分球の内面の一部分に試料を置きます(図2)。そのような内面の一部が変化することにより、積分球の性能が変動します。試料交換誤差は、測定手順の中で、積分球内の試料をほかの試料に交換することがあるときに懸念されます。拡散反射を測定しているとき(図2下)、最初の測定は基準試料を積分球内に取り付けて実施するとします。次にこの試料を取り外して測定したい試料に交換し、2回目の測定を行います。両方のデータセットを利用して、試料の補正拡散反射率(絶対値)を求めます。この手順では、試料スペクトルに歪みが生じます。測定したい試料と基準試料の吸収ならびに散乱特性が異なるため、これらを交換することで積分球内の試料面部分の反射率が変わってきます。2つの測定において積分球の平均反射率が変わってくるため、基準試料と測定したい試料には完全な互換性がありません。解決策1:測定したい試料と基準試料を同時に取付ける試料交換時の誤差を回避する1つの実験手法は、測定したい試料と基準試料を同時に積分球内に取付け、測定データを取得することです。この手法では、2つの試料を追加ポートとして取り付けられる大きさの積分球が必要です。光源は積分球の外側に配置し、測定したい試料と基準試料の両方を順次測定します。試料からの正反射、あるいは透過ビームは、積分球の外に誘導されているため、拡散光のみが検知されます。積分球の内面(の条件)は、どちらの測定でも同じのため、試料交換時の誤差の懸念はありません。解決策2:試料用ポートならびに基準ポートから測定する測定したい試料と基準試料が積分球内に同時に取付けられない場合、試料の交換が発生します。交換が必要な場合には、下記[1]で説明する手順で試料交換時の誤差を取り除くことができます。この手順では合計で4回の測定が必要です。基準試料を設置時、2つの異なるポートから測定を行います。1回目の測定では基準試料が視野内にある方向から測定し、2回目の測定では試料が視野内に無い方向から測定します。その後測定したい試料に交換し、同様の測定を繰り返します。これらの測定値を利用して下記[1]に説明する計算をすることにより、試料交換時の誤差は取り除かれます。TopInsights:レーザスクロールするか下のリンクをクリックして動作レーザや取り付けるときのヒントについてご覧ください。レーザ装置からは、いつでもその筐体の軸に平行なコリメート光が放射されるか?量子カスケードレーザ(QCL)とインターバンドカスケードレーザ(ICL):動作限界と発熱によるロールオーバHeNeレーザ:取扱い方と取付け方のガイドラインチョッパーホイールを使用したビームサイズの測定法レーザ光に薄レンズの公式を適用できるかレーザ装置からは、いつでもその筐体の軸に平行なコリメート光が放射されるか?レーザは、レーザーパッケージの長軸に対して平行なビームを放射しない場合があります。この角度偏差はポインティング角度(θp)と呼ばれており、動画1で説明しています。角度偏差は、レーザの配置にピッチ(チップ)とヨー(ティルト)調整付きのキネマティックマウントを使用すると、補償することができます。動画1:ポインティング角度(θp)は、コリメートされたレーザ光(赤い矢印)の方向と、レーザ筐体(点線)の長軸との間の角度偏差です。この軸はコリメータまたはコリメートされたレーザーパッケージの前面に対して垂直です。動画2:コリメートレーザーパッケージPL202にアダプタAD11NTを取り付けることにより、ピッチ(チップ)とヨー(ティルト)調整を可能にするマウントKM100にレーザを固定するこができます。角度偏差ビームの角度偏差は、レーザがマウントに適切に取り付けられていない、レーザ共振器が筐体内の中央に完全に配置されていない、あるいはレーザーパッケージ内蔵の光学素子を透過するビームが偏向しているなど、いくつかの要素によって生じる場合があります。複合的な公差(公差の積み上げ)は非ゼロのポインティング角度をもたらします。レーザが円筒形の筐体に納められている場合、この偏差はレーザをV溝付きマウントに置いて測定することができます。レーザを長軸周りに回転させ、レーザースポットの軌跡の円の直径を記録するのです。コリメートレーザーパッケージの仕様にはよく最大角度偏差が示されています。角度補正にキネマティックマウントを使用レーザ光の角度を補正する方法の1つに、キネマティックマウントをレーザを固定して、マウントのアジャスタを使用してレーザのピッチとヨーを調整する方法があります。キネマティックマウントがレーザ筐体の外径に直接取り付け可能な場合があります。mm(Ø1.5インチ)ポスト用V字型クランプも含め、アダプタを使用せずに様々な径の筐体に対応できるよう構成可能です。そのほかのキネマティックマウントは径が固定の内孔です。レーザの筐体とマウントの内孔に対応するアダプタは、円筒形やSMネジ付き部品用など様々な種類をご用意しております。アダプタの取り付けアダプタAD11NTを使用してコリメートレーザーパッケージPL202をキネマティックマウントKM100に取付ける方法が動画2でご覧いただけます。アダプタを取り付ける前に、レーザーヘッドをキネマティックマウントの内孔の後ろから通してください。マウントの内孔の背面にはストッパが付いているので、アダプタをアジャスタ側ではないマウントの面に取り付ける必要があります。mm(Ø1インチ)アダプタをマウント内孔の後ろ側から取り付けるのを防ぐ役割もあります。アダプタにはレーザを固定するナイロンチップ付きの止めネジ(セットスクリュ)が付いており、またマウントにもアダプタを固定するナイロンチップ付き止めネジが付いています。ナイロンチップ付き止めネジを採用しているのは、表面に傷を付け、摩耗させないよう取り付けた部品をしっかり保持するためです。そのほかにもポインティング角度の補正に関する情報がこちらの動画ページでご覧いただけます。Enlarge図1:QCLのL-I(光出力-駆動電流)曲線例。QCLとICLレーザで典型的な非線形の勾配と、ロールオーバーの領域が見られます。動作パラメータがレーザ発振領域から発生する熱負荷を決定し、それがピーク出力に影響します。°Cに温度制御されたマウントに取り付けられています。Enlarge図2:これらのQCLのL-I曲線は、マウント温度がピーク動作電流値に影響をおよぼすことを示していますが、一方で温度制御マウントを使用しても、ロールオーバ値を超え、レーザを損傷しかねない駆動電流が印加される可能性を排除できないことを示しています。量子カスケードレーザ(QCL)とインターバンドカスケードレーザ(ICL)で測定された光出力-駆動電流特性(L-I)曲線には、図1の赤枠部分に示すロールオーバの領域があります。ロールオーバの領域にはレーザのピーク出力が含まれます。mAの部分にあたります。この値より高い駆動電流は、レーザを損傷する危険性があります。レーザ動作これらのレーザでは、半導体層構造の設計によりエネルギー準位が制御されており、電子が励起準位から制御された準位に落ちる際のエネルギー差により発光します。これらの電子は駆動電流により供給されます。電子がレーザのエネルギの準位を降りるとき、電子は光子の形でエネルギを放出しますが、電子は光子を放出する代わりに半導体素材に熱を与えることによってもエネルギを放出します。熱の蓄積レーザでは、電子の準位間遷移によるエネルギを100%の効率で光子に変換することはできません。エネルギを熱として放出する電子も存在し、それにより、レーザの発振領域の温度が上がります。レーザ発振領域の熱は、逆に電子によって吸収される場合もあります。このように余分なエネルギが加わることにより、電子がしかるべきエネルギ準位に落ちずに散乱してしまう場合があります。その後、散乱した電子は通常エネルギを光子ではなく、熱として放出します。レーザの発振領域の温度が上がるにつれ、電子はさらに散乱し、熱ではなく光を生成する電子の割合は小さくなります。温度の上昇はまた、レーザのエネルギ準位にも変化を及ぼし、結果、電子が光子を生成しにくくする場合もあります。これらがともに作用し、レーザ発振領域の温度が上昇し、レーザが電流をレーザ光に変換する効率が低下します。動作リミットは熱負荷によって決定L-I曲線の理想的な勾配は、閾値電流以上では線形になることです。駆動電流が増加すると勾配が小さくなります。これはレーザ発振領域の温度上昇の影響です。ロールオーバは、レーザが追加した電流をレーザ光に変換できなくなったときに起こります。追加した駆動電流は代わりに熱のみを発生させます。電流値が高くなりすぎると、レーザ発振領域における局部的な高い熱によりレーザが故障する原因となります。レーザ発振領域の温度の管理には通常、温度制御マウントが必要です。半導体素材の熱伝導率は高くないため、熱がレーザ発振領域に蓄積することがあります。図2で示すように、マウントの温度はピーク出力に影響を与えますが、ロールオーバを防ぐことはできません。QCLおよびICLの最大駆動電流と最大光出力は、動作条件に依存します。動作条件がレーザ発振領域の熱負荷を決定するからです。3:HeNeレーザの外部筐体は、レーザ共振器の部品と機械的に結合しています。外部筐体への応力は、レーザ共振器部品のミスアライメントと、破損につながる可能性があり、出力ビーム(赤い矢印)の質とパワーに悪影響をおよぼし、最悪、レーザの故障につながる場合があります。出力光学素子HeNeレーザは、損傷を防ぐために慎重な取扱いと取付けが必要です。レーザ筐体には決して曲げ力を加えてはなりません。レーザの外部筐体への応力は、レーザ共振器内部品のミスアライメントや、損傷につながる場合があります。これにより下記に影響をおよぼす恐れがあります。工場では、HeNeレーザを輸送時の衝撃や振動から保護するための梱包が行われ、十分に保護されておりますが、HeNeレーザの損傷につながるような応力がかかってしまう可能性は、お客様が直接取り扱うときに最も高くなります。HeNeレーザの最適な性能維持のため、落としたり、力づくで取付け具に挿入しないようにしてください。十分にご注意ください。HeNeレーザを丁寧に扱うことにより、長期にわたって最適な性能を得ることができます。fの角回転速度で、Rθの弧(Rはブレード中心からの距離)をトレースします。図のチョッパーホイールは、MC1F2です。Enlarge図4:上記に示すセットアップでおおよそのビームサイズの測定が可能です。チョッパーホイールのブレードがビーム横切るとき、S字状の曲線がオシロスコープに現れます。Enlarge図7:ガウシアンビームの直径は1/e2強度の幅で表されます。)は、通常、強度の10%~90%の時間で定義されます。立ち上がり時間はホイールの回転速度とビーム径に依存します。カメラや走査スリット型ビームプロファイラはビームサイズやビーム形状を特性化するツールですが、ビームサイズが小さすぎたり、動作範囲外の波長においては正確な測定を行うことができません。ビームサイズの正確な測定にはチョッパーホイールやフォトディテクタ、オシロスコープが使用されます(図4)。回転するチョッパーホイールがビームを通過すると、S字状の軌跡がオシロスコープに表示されます。角度を掃引すると、S曲線の立ち上がりまたは立ち下がり時間は、ブレードの移動方向に沿ったビームのサイズに比例します(図5)。)、ビームを横切ります。このビームサイズ測定をするためには、ディテクタとオシロスコープを合わせた応答を、信号の変化の速度よりもはるかに速くする必要があります。回転/秒)に依存します。)は、この角度を使用して求められます。)は、10%~90%の強度間で定義されたビーム径の1.56倍となります。Top4レーザ光に薄レンズの公式を適用できるかレーザ光に対しては、従来の薄レンズの公式よりも、回析を考慮に入れた、修正された薄レンズの公式を使用することをお勧めいたします。この修正された公式はレーザ光をガウシアンビームとして取り扱っており、多くのシングルモードレーザやファイバ出力型レーザ光源に適しています。修正された公式はレーザ光が完全なガウシアンの強度プロファイルを有していない場合でも適用可能です。薄レンズがガウシアンビーム内に挿入されています。)ではそれほど大きく変化しません。'からそれほど大きくは変化しません。Enlarge図3:半径W(z)や波面の曲率半径R(z)などのガウシアンビームのパラメータは、ビームウェストからの距離zを用いて計算されます。ビームウェストは常に原点に位置します。このモデルの重要な点は、レンズにおける入射ビームと出射ビームの関係です。2つのビームの半径は同じで、ビームの波面曲率はレンズの焦点距離と関係します。波面の曲率半径はビームウェストではフラット(太い垂直線)であり、ビームウェストから遠ざかるほど徐々に球形になります。')の関係を示しています。修正された薄レンズの公式では、それらの距離がレンズと入射光および出射光の各ビームウェストとの距離に対応します(図1)。ビームの半径はビームウェストの位置で最小となり、ビームウェストから遠ざかるにつれて大きくなります。ビーム内にレンズを置くと、新たなビームウェストと発散特性を有するビームが出射されます。)は像のサイズとして扱われます。レイリー長は、ビームウェストから伝搬方向に向かって、ビーム半径が√2倍の大きさになるまでの距離を測定することで得られます。発散が大きいビームのレイリー長は短くなります。修正された薄レンズの公式T入射光と出射光はガウシアンビームとして伝搬することを仮定しています(図2)。修正された公式は、レンズに対する入射ビームおよび出射ビームの特性(表、中段)を関係付けることで導かれます。レンズの入射面と出射面におけるビーム半径は同じです。')とを関係付けます。)は出射ビームと入射ビームのビームウェスト半径(または直径)の比です。)を用いて計算されることにご留意ください。')のどちらが既知であるかによって式が異なるためです。完全なガウシアンではないレーザービームのレイリー長は、同じビームウェスト半径を有する理想的なガウシアンビームのレイリー長よりも短くなります。この2つの値の比であるM2は、しばしばレーザービームの品質を表す仕様として用いられています。ガウシアンビームの独特な振る舞いガウシアンビームは、特に光線光学モデルと従来の薄レンズの公式による予測と比べると、驚くような振る舞いをすることがあります。従来の薄レンズ(表参照)の公式においては、物体をレンズ前方の焦点に置いたとき、像は無限遠に生じると予測します。ガウシアンビームにおいては、物体側に相当する入射光のビームウェストがレンズからその焦点距離の位置にあるとき、像側のビームウェストはレンズの出射側から焦点距離の位置に生じます。そのほかにも、従来の薄レンズの公式では、無限遠の位置に像を結ぶことが可能であると予測します。レイリー長がゼロではないガウシアンビームの場合は、無限遠の位置にビームウェストを生じさせることはできません。その代わり、像のビームウェストの最大距離は、のように入射ビームのレイリー長に依存します。)にする必要があります。Top5Insights:当社のサイエンティフィックカメラへのレンズの取付けについてスクロールするか下のリンクをクリックすると、当社のサイエンティフィックカメラを中心に、カメラのマウントとレンズの互換性についてご覧いただけます。そのためレンズを通る光は必ずカメラのセンサ上に焦点を結びます。どちらのコンポーネントにも1.000"-32ネジが付いており、これらは「C-マウントネジ」とも呼ばれます。そのためレンズを通る光は必ずカメラのセンサ上に焦点を結びます。1.000"-32ネジはCマウントのコンポーネントに付いているネジと同じで、これらは「Cマウントネジ」とも呼ばれます。CマウントとCSマウントのカメラシステムにはどちらも1.000"-32ネジが付いていますが、この2つのマウントのフランジバック(フランジ焦点距離/FFD、フランジ焦点深度、フランジ-フィルム間距離などとも呼ばれる)は異なります。フランジバックが異なるため、CマウントとCSマウントのコンポーネントには互換性がありません。アダプタを用いることによってCマウントレンズをCSマウントカメラに使用することは可能です。CマウントとCSマウントの組み合わせCマウントとCSマウントのネジ規格は同じですが、マウントの種類が異なるレンズとカメラを直接取り付けることはできません。取り付けると、フランジバックが異なるためレンズの焦点面がカメラのセンサ面と一致せず、象がぼやけます。アダプタを使用することで、CマウントレンズをCSマウントカメラに使用することはできます(図3、4)。mmだけ長くなり、レンズの焦点面を確実にカメラのセンサ面に一致させることができます。フランジバックの短いCSマウントレンズは、Cマウントカメラには使用できません(図5)。レンズとカメラの筐体が干渉してカメラのセンサに焦点が合う位置までレンズを近づけることができず、またレンズを近づけられるようなアダプタはありません。レンズとカメラのパラメータを確認し、互換性のあるコンポーネントなのかどうか、アダプタが必要かどうか、また互換性を持たせる手段はないかを判断することが重要です。1.000"-32ネジインチ規格のネジは、その径とTPI(1インチあたりのネジ山数)によって正確に表現されています。これらの両方のマウントのネジ径は1.000インチ、TPIは32です。Cマウント製品の普及により、1.000"-32ネジは「Cマウントネジ」と呼ばれることがあります。CSマウントデバイスにも同じネジが用いられているため、この用語は混乱を招く場合があります。フランジバックについてフランジバックの値はレンズとカメラの両方について与えられます(図1、2)。レンズの場合、フランジバックはレンズのフランジ面から焦点面までの距離です。フランジ面はレンズ後方のフラットな面で、1.000"-32外ネジとその起点で交差しています。カメラの場合、フランジバックはカメラの前面からセンサ面までの距離です。レンズがアダプタ無しでカメラに取り付けられているとき、カメラ前方のフランジ面とレンズ後方の面は接触しています。Enlarge図5:CSマウントレンズをCマウントカメラに直接取り付けると、光はカメラのセンサの手前で焦点を結びます。この場合はフランジバックを青色の矢印の距離だけ短くする必要がありますが、これはアダプタなどでは対処できません。Enlarge図4:紫色の矢印が示す距離に相当する適切な厚さのアダプタを使用すると、Cマウントレンズの位置はCSマウントカメラのセンサから最適な位置に配置されます。これによりフランジバックが異なっても、光はカメラのセンサ上に焦点を結ぶことができます。Enlarge図3:CマウントレンズとCSマウントカメラは、レンズのフランジバック(青色の矢印)とカメラのフランジバック(黄色の矢印)が異なるため、直接取り付けることはできません。光はカメラのセンサ上に焦点を結ばす、像がぼやけます。mmよりも短いカメラに対して、Cマウントレンズを適切な位置に配置することができます。この図は、ZeluxカメラとアダプタSM1A10Zをもとに描かれています。mmよりも短いカメラに対して、CSマウントレンズを適切な位置に配置することができます。この図は、ZeluxカメラとアダプタSM1A10をもとに描かれています。当社のサイエンティフィックカメラKiraluxTMおよびQuantalux®は、すべてCマウントレンズに対応するように予め設定されています。これらのパッシブ冷却方式のカメラからCマウントアダプタを取り外すと、フランジ内のSM1内ネジがご利用いただけます。サイエンティフィックカメラZelux®の取付けフランジにもSM1内ネジが付いています。CマウントアダプタやCSマウントアダプタもご利用いただけます。カメラ筐体にはSM1ネジが付いており、これによって当社のコンポーネントで構成されたレンズアセンブリを容易に使用することができます。アダプタを使用すれば、カメラのCマウント構成を変えることも可能です。用途に特化したレンズアセンブリを設計する場合や、そのカメラ用に設計されたものではないアダプタを使用しようとする場合には、カメラとレンズのフランジバック(FFD)が一致し、またカメラセンサのサイズが視野に適していることを確認することが重要です。カメラとそのアダプタZeluxカメラをCマウントやCSマウント規格に適合する構成に変換するための固定式アダプタをご用意しております(図6、7)。これらのアダプタは、パッシブ冷却方式のKiraluxおよびQuantaluxカメラに付属する調整機能付きCマウントアダプタと同様に、それぞれのカメラ専用に設計されています。SM1ネジを1.000"-32ネジに変換するアダプタであれば、どの様なものでもカメラにCマウントやCSマウントのレンズを取り付けることが可能ですが、すべてのネジアダプタがレンズの焦点面を特定のカメラのセンサ面に一致させることができるわけではありません。場合によっては、それらの面を一致させられるアダプタが無いことがあります。こちらのサイエンティフィックカメラでは、ZeluxカメラだけがCSマウントレンズ用の構成にすることができます。レンズの焦点面の位置は、空気中で測定されるレンズのフランジバックと、レンズとカメラセンサ間に置かれた屈折率を有する全ての光学素子との組み合わせで決定されます。レンズによって集光される光が屈折率を有する光学素子を透過すると、空気中を伝搬する場合とは異なり、焦点面はより遠い位置に移動します(この距離は算出可能)。このアダプタは、カメラのフランジバックが短いときに、そのフランジバックの長さと、レンズとセンサ間のウィンドウやフィルタによって生じる焦点移動の両方を補正するのに十分な距離を付加するものでなければなりません。調整機能付きCマウントアダプタパッシブ冷却方式のカメラKiraluxおよびQuantaluxは、SM1内ネジ付きカメラ、固定リングで固定されたウィンドウまたはフィルタ(センサの覆い)、および調整機能付きCマウントアダプタから構成されています。mmの範囲で調整できることです。調整可能なことで、カメラのセンサ面とレンズの焦点面のミスアライメントによる様々な影響を補正することができます。それらの影響には、温度変化による材料の膨張や収縮、累積公差による位置誤差、異なる厚さや屈折率のウィンドウまたはフィルタに交換したことに伴う焦点シフトなどが含まれます。無限遠にある物体の鮮明な像を得るためには、カメラのアダプタの調整が必要な場合があります。物体が無限遠にある場合には入射光は平行光であり、レンズのフランジバックは焦点の位置で決定されます。レンズやカメラの実際のフランジバックが意図したフランジバックと一致していない場合があり、無限遠の物体が焦点を結ぶ面がセンサ面からシフトし、そのため像がぼやけてしまうことがあります。レンズの焦点調整をしても無限遠の物体の鮮明な像が得られない場合には、カメラのアダプタで調整してみてください。アダプタで調整することで公差や環境によるシフトが補正され、像の焦点を合わせることができます。Top2フランジバックがカメラのフランジとセンサ間の距離よりも短くなり得る理由はカメラとレンズのフランジバック(FFD)を決めるときは、レンズとカメラのセンサ面の間にあるのは空気のみであることを仮定しています。レンズとカメラのセンサの間にウィンドウまたはフィルタ、あるいはその両方が挿入されている場合は、カメラのフランジとセンサ面の間の距離を仕様で指定されたフランジバックよりも長くする必要があるかもしれません。ウィンドウやフィルタにより光路が屈折して焦点面がより遠い位置にシフトするため、フランジバックと同じ距離では短すぎる場合があります。レンズとカメラセンサの間の光学素子を変更するなら、焦点面のシフト量を計算し、アライメントを保つためにレンズとカメラ間の距離を調整する必要があるかどうか判断してください。焦点の合った像を得るには、適切なアライメントは必要です。理由は、光学素子を変更することで収差やその他の影響が現れ、画像品質が許容できないレベルに低下することがあるためです。光軸に近くなりません。そのため、光線はfの位置よりもΔfだけ遠い位置で光軸と交差します。Enlarge図8:空気中を通る光線は、f.位置で光軸と交差します。光線は距離dを伝搬すると、hoだけ光軸に近くなります。Enlarge図11:公差や温度の影響により、レンズとカメラのフランジバックが異なることがあります。レンズのフランジバックの方が短い場合には、無限遠の物体の像は焦点調整範囲外になります。このシステムでは焦点を合わせられないため、像はぼやけます。Enlarge図10:カメラとレンズのフランジバックが同じときは、カメラのセンサ面とレンズの焦点面は完全に一致しています。無限遠の物体の鮮明な像は、システムの焦点調整範囲の一端で得られます。光が固体媒質を通るときの光路は直線です(図8)。フランジバックの値はこの媒質が空気であることが仮定されています。この角度は、表と図9に示すように、スネルの法則により決定されます。光学素子を通るときの光線は、同じ距離だけ空気を通る光線に比べて、光軸に向かう速さは遅くなります。光学素子から出た後の光線の光軸に対する角度は、また光学素子を通過していないときの角度θoになります。光学素子から出る光線の位置は、光学素子を通らない場合には決して通ることのない、光軸からより遠く離れた位置になります。光学素子によって屈折された光線は光軸からより遠くなるため、光軸と交差する位置は光学素子を通らない光線よりもΔfだけ先にシフトします。光学素子の厚さが増すと、2つの光線の間は広がり、Δfは増大します。無限遠およびそれを超えた調整カメラシステムでは、多くのアプリケーションにおいて、無限遠の物体の高品質な像を得ることが要求されます。これらの物体からの光線は平行光で、近い物体からの光線よりもよりレンズに近い位置で焦点を結びます(図10)。カメラとレンズのフランジバックは、無限遠の位置にある物体からの光線の焦点が、カメラのセンサ面と一致するように決められています。レンズに焦点の調整範囲があるときには、その範囲の一端は無限遠の物体に、もう一端はそれよりも近い物体に焦点が合うように調整されています。温度変化や累積公差などの影響により、レンズやカメラのフランジバックが仕様を満たさない場合があります。レンズの実際のフランジバックがカメラのフランジバックよりも短いときには、カメラのシステムは無限遠の物体の鮮明な像を得ることはできません(図11)。このオフセットは、レンズとカメラセンサの間にある光学素子を取り外したときも生じることがあります。これを補正するために、レンズによっては焦点を結ぶ物体の位置を、無限遠を「超えて」設定できるようにしています。これは物理的な距離を意味しているわけではなく、単にレンズの焦点面をより遠くまで移動できるようにしているだけです。当社のKiraluxTMとQuantalux®カメラに付属する調整機能付きCマウントアダプタは、必要に応じて距離を調整できるようになっています。レンズのフランジバックがカメラのフランジバックよりも長い場合には、無限遠の物体の像はシステムの焦点調整範囲内にありますが、本来は焦点調整範囲内にあるべき近い物体がその範囲外になります。この状況は、レンズとカメラセンサの間に光学素子を挿入することで生じる場合があります。無限遠の物体のイメージングが可能であるならば、この状況はしばしば許容されることがあります。mmの固定された距離があります。フランジバックよりも長い距離が必要であることは、ハーメチックカバーにはんだ付けされているウィンドウとセンサを覆うガラスによる焦点移動を考慮すると明白です。mmという値が得られることを示しています。Top3Insights:モーションコントロールスクロールするか下のリンクをクリックしてご覧ください。当社の手動ステージはマイクロメータやその他のアジャスタで移動させますが、それらは移動量とバレル径が適合した電動アクチュエータに交換することができます。交換する前に、取り付けられているアジャスタを完全に手元側に引き寄せて、バネのエネルギーを突然解放することで生じる機械的衝撃からステージを保護することが重要です。取り付けられているマイクロメータやその他のアジャスタを完全に手元側に引き寄せておくことが重要です。アジャスタが伸びた状態でステージから取り外すと、上部プレートは後方のハードストップに向かって一気に引っ張られます。衝突による衝撃はステージの破損につながる場合があります。mm六角レンチで緩めてアジャスタを取り外します。電動アクチュエータ(この例ではDCサーボモータ駆動のZ825Bを使用)のバレルを挿入し、ロック用止めネジを適度に締め付けます。動画2:ステージMT1B(/M)の調整ネジを完全に手元側に引き寄せた後、ステージのバレルクランプの固定用キャップスクリュを3/32インチ六角レンチで緩めてアジャスタを取り外します。電動アクチュエータ(この例ではステッピングモータ駆動のZFS13Bを使用)のバレルを挿入し、ロック用止めネジを適度に締め付けます。バレル径と移動量が適合するか確認するこれらのステージはバレルクランプでアクチュエータを固定するため、アクチュエータのバレル径がクランプの仕様に適合することが必要です。mm)バレルのアクチュエータが適合します。アクチュエータの移動量はステージの移動量を超えてはいけません。移動量がステージよりも大きいアクチュエータを使用すると、ステージの限界を超えて移動させようとする可能性が生じ、アクチュエータのモータとステージの両方を破損させる恐れがあります。移動量がステージよりも小さいアクチュエータを使用した場合は、アクチュエータもステージも破損する恐れはありませんが、ステージの移動範囲は狭くなります。ステージの損傷を防止するためにアジャスタを手元側に引き寄せる作業を開始する前に、取り付けられているアジャスタを完全に手元側の位置に引き寄せ、ステージ損傷の原因となりうる1つの大きな要因を排除します。アジャスタが完全に手元側に引き寄せられている場合、上部プレートは最後方の位置にあり、バネの張力は緩和されています。アジャスタの先端がステージに接触しなくなるのが理想的です。アジャスタが伸びた状態では、ステージ内部のバネの力が作用して危険です。バネの力により、上部プレート(すなわち可動部)とアジャスタ先端の接触が保たれています(動画1)。アジャスタが伸びた状態でステージから取り外すと、上部プレートはバネによって後方のハードストップに向かって引っ張られます。この衝突による機械的衝撃は重大な場合があり、ステージ部品のミスアライメント、ボールベアリングへの影響、あるいはステージ移動時における角度偏差の発生といった問題が生じる可能性があります。mm六角レンチで緩めます。これによりバレルを保持していた力が緩められ、アジャスタを外すことができます(動画2、3)。電動アクチュエータのバレルを挿入し、固定用のキャップスクリュを適度に締め付けます。このとき、締め過ぎないように気を付けてください。上部プレートのバネの負荷でアクチュエータがバレルクランプから押し出されてはいけませんが、固定ネジを締め付けすぎるとバレルが変形してアクチュエータの線形性に影響を与える恐れがあります。移動ステージに関するその他の情報はこちらの動画ページをご覧ください。DM713に表示される位置データを記録するのにご使用いただけます。バビネソレイユ補償板SBC-VIS(左)にはデジタルマイクロメータDM713(右)が付属しており、補償板のリターダンスを調整するのに使用されます。DM713などのデジタルマイクロメータは、1つのオプトメカニクスを特定の距離だけ移動するのに便利です。均等な間隔で試料内の点に光を集光するために、対物レンズの前で試料を保持した移動ステージを移動させる場合があります。同時にその位置を記録したい場合もあります。1つの方法は、マイクロメータを開始位置(0)に設定し、必要な距離を移動させてその距離を表示させることです。DM713のみを使用した場合には、表示を読んで記録するという手順が追加されますが、これは表示が見えないような暗い実験室内では面倒な作業になることがあります。インターフェイスケーブルが付属する当社のSBC-COMMを使用することです。C#®およびLabVIEW®を用いて作成する方法を解説したソフトウェアアプリケーションノートを作成しています。ほかの解決策としては、Mitutoyo®製のSPCケーブル05CZA662と、プッシュボタンおよびUSBインターフェイスケーブルが付いたUSBインプットツールIT-016Uを別途ご購入いただく方法がございます。このデバイスを使用すると、任意のテキスト入力ソフトウェアパッケージを開き、1つのプッシュボタンを押すことで、デバイスがキーボードのように機能してソフトウェアに数値を入力することができます。TopInsights:軸外放物面(OAP)ミラースクロールするか下のリンクをクリックすると、軸外放物面(OAP)ミラーの利点や使用方法についてご覧いただけます。Enlarge図2:球面ミラーでは、コリメート光のすべての光線が1つの点を通過するように反射することはできません。焦点体積内での光線同士の交差点を、いくつか選んで黒点で示しています。1:放物面ミラーでは、コリメート光のすべての光線が1つの焦点に集められます。放物面ミラーは、点光源からの光をコリメートしたりコリメート光を集光したりする場合には、球面ミラーよりも優れた性能を有します。放物面ミラー(図1)を用いると、コリメートされている入射光を回折限界スポットに集光することができます。これに対して球面ミラー(図2)を用いた場合は、コリメートされている入射光を回折限界スポットよりも大きな体積のスポットにしか集光できません。Volume)の大きさは、コリメートされた入射ビームの径を小さくすることで小さくすることができます。点光源からの光のコリメート点光源からの光はすべての方向に放射されます。この発散光の光源を放物面ミラーの焦点に置くと、ミラーから出てくる光は非常に良くコリメートされています。理想的な点光源の場合、反射されたすべての光線は互いに完全に平行になります。点光源を球面ミラーの焦点体積内に置いたときには、ミラーから出てくる光は放物面ミラーと比較してそれほど良くコリメートされません。点光源からの各光線は、球面ミラーで反射されたときには完全な平行にはなりませんが、球面ミラー表面上の近い点で反射された2本の光線は遠い点で反射された2本の光線よりも平行に近い状態になります。そのため、反射面積を小さくすればコリメート光としての品質は向上します。これは焦点体積内の光源から放射される光の角度範囲を制限することと等価です。放物面ミラーと球面ミラーの選択について放物面ミラーを選択するのが常に良いとは限りません。アプリケーションにおいて要求されるビーム径、コスト面の制約、スペース上の制限、性能要件など、すべてが選択に影響します。ビーム径が影響するのは、ビーム径が小さいと放物面ミラーと球面ミラーの性能が近くなるためです。放物面ミラーは反射部分の加工がより難しいため、球面ミラーより高価になります。放物面ミラーのサイズは一般に球面ミラーよりも大きくなります。コストや物理的なサイズの違いに比べて、向上する性能が重要な場合もあれば、重要でない場合もあります。Enlarge図4:軸外放物面(OAP)ミラーは、大きな放物面の一部分と考えられます。どちらも焦点は同じですが、OAPミラーのほうがよりアクセスしやすくなっています。Enlarge図3:軸対称放物面ミラーの焦点は反射面に近く、また一般に反射面に囲まれているため、焦点にアクセスしにくくなっています。通常の軸対称放物面ミラーと軸外放物面ミラーは、どちらも1つの焦点を有します。軸外放物面ミラーの利点は、対称な放物面ミラーと違って焦点にアクセスしやすいことです。焦点が1つであることは放物面ミラーの主たる利点であり、レーザ光を回折限界スポットに集光させることを要求されるイメージングや製造など、様々な用途に利用できます。焦点周りに対称な通常の放物面ミラーを使用する場合、いくつかのマイナス面があります(図3)。1つは、一般にミラーの側面が妨げとなり、焦点にアクセスできないことです。1つは、ミラーを発散光のコリメートに使用したとき、光源の筐体がコリメート光の一部をブロックすることです。ミラーの光軸に対して小さな角度で放射された光がブロックされます。軸外放物面ミラー(図4)を使用するのは、このような問題の解決策の1つです。このミラーの反射面の形状は放物面ですが、焦点周りに対称ではありません。Parabola)上の一部分に対応します。どの部分の面を選択するかは、焦点とミラー中心間の角度や距離に対する要求に依存します。6:放物面の幅は、軸に垂直な焦点を通る線に基づいて測定するのが一般的です。5:こちらのOAPミラーの軸外し角は90°です。Enlarge図8:放物面の幅を小さくすると軸外し角が大きくなります。図6と比較してみてください。Enlarge図7:放物面の軸に近い部分を選択すると軸外し角は小さくなります。)は、ミラーの光軸と集光軸の間の角度です。Parabola)上のセグメントと、親放物面の幅(図6)に依存します。図5におけるOAPミラーの軸外し角は90°です。放物面セグメントと焦点の近接について焦点により近い放物面セグメントを選択すると、軸外し角は小さくなります。図7におけるミラーの軸外し角は図5のミラーに比べて小さいですが、この2つの図で唯一異なるのは図7でOAPミラー用に選択された親放物面上のセグメントが焦点により近いことです。親放物面上のセグメントの位置によって焦点距離も変化します。焦点に近い放物面セグメントを選択すると、ミラー中心と焦点の間の距離が短くなります。親放物面の幅を大きくすると軸外し角が小さくなります。その関係を図7と8で示しています。図7の放物面の幅は大きいく、それに対してミラーの軸外し角は小さくなっています。親放物面の幅は焦点距離にも影響します。放物面の幅が大きくなると、焦点距離は長くなります。軸外し角についてOAPミラーの軸外し角は90°で設計されていることが多いですが、90°未満のOAPミラーも一般的です。9:OAPミラーの集光軸と光軸は一致せず、平行でもありません。11:入射するコリメートビームがミラーの光軸に対して平行でない場合、回折限界スポットは得られません。集光する領域が広がってしまいます。10:入射するコリメートビームが放物面ミラーやOAPミラーの光軸に対して平行な場合、光は回折限界スポットに集光されます。放物面ミラーや軸外放物面(OAP)ミラーでは、適切なビームが適切な軸に沿って入射された場合にのみ、期待するコリメートビームや回折限界集光スポットが得られます。Parabola)の一部であり、その中心位置は親放物面の光軸上にはありません(図9参照)。図10は標準的な放物面ミラーの図です。OAPミラーの光軸は親放物面の光軸に対して平行ですが、互いに離れています。OAPミラーの焦点と親放物面の焦点とは一致しています。OAPミラーの集光軸は焦点とOAPミラーの中心を通ります。OAPミラーの集光軸と光軸は平行ではありません。反射面が親放物面の光軸の中心にある標準的な放物面ミラーでは、それらの軸は一致しています。放物面ミラーやOAPミラーを使用してコリメート光を回折限界スポットに集光する場合、光はミラーの光軸に沿って入射する必要があります(図9と図10を参照)。入射するコリメート光が光軸に対して平行でない場合は、1点に集光されません(図11参照)。OAPミラーの集光軸に沿ってコリメート光を入射したり、あるいは光軸に対して平行ではない光を入射したりすると、光を回折限界スポットに集光することはできないため、当社ではそのような使い方はお勧めしていません。点光源からの光のコリメート点光源から良好なコリメート光を得るには、点光源をミラーの焦点に置く必要があります。点光源をOAPミラーの光軸上に置いたり、焦点ではない位置に置いたりした場合は、点光源からの光を良好にコリメートすることはできません。OAPミラーは、その原点がミラーの焦点と一致するような球面波もコリメートすることができます。Enlarge図13:光軸の方向はミラー基板のベースに対して垂直であることに留意することで特定できます。焦点位置は、光軸に対して平行に入射するコリメート光の光線を考慮することで推定できます。これらの光線は、局所面法線に対して対称な方向に反射され、ミラーの焦点を通過します。12:OAPミラーのベースはフラットで、その形状は円形であり、側面の高さは一定ではありません。フラットなベースはミラーの光軸に対して垂直です。上はMPD2151-P01です。軸外放物面(OAP)ミラーを使用するときに、光軸と集光軸を特定するのが困難な場合があります。ミラーの放物面の曲面が見えにくい場合には困難です(図12参照)。ミラー基板の物理的な特性や寸法は、ミラーを配置したりアライメントしたりする際の指標として有用です。ミラー基板のベース側はフラットで、形状は円形です。光軸はそのフラットなベースに対して垂直です。従って、コリメート光はベース面に対して垂直に入射する必要があります。基板の側面は高い部分と低い部分があり、反射面は傾斜しています。反射面の様々な位置での面法線は、表面を目視することで大まかに推定することができます(図13)。焦点位置は、光軸に対して平行に入射したコリメート光の光線が、ミラーの表面で反射される様子を考えることで推定することができます。入射光は面法線に対して対称な方向に反射されます。反射光は焦点を通ります。ミラー側面の高い位置と低い位置の近傍からの2本の光線をイメージして追跡することで、焦点の位置を推定できます。当社のOAPミラーの底面には、1つのアライメント用の穴と、3つの取付け用のタップ穴が加工されています。タップ穴は正三角形の頂点位置に配置されており、ネジの切られていないアライメント用の穴の位置はOAPミラーの短い側面の位置を示しています。タップ穴はミラーをアダプタや取付けプラットフォームに固定できるように設計されています。Enlarge図15:OAPミラーのペアを用いると、1本のファイバから光を出射させ、他のファイバにその光を入射することができます。これにより、バルク光学素子を光路に挿入する必要があるときなどに、ビームにアクセスすることが可能になります。ファイバのコア径は小さいため、ファイバ端面から出射される光は点光源に近くなります。Enlarge図14:OAPミラーのペアはイメージング用としてや、ビームのリレー用として使用することができます。像のリレーOAPミラーをペアで使用すると、ミラー間を伝搬する光がコリメートされるため、図14および図15に示すようにリレー光学系として機能します。OAPミラーは焦点からの光をコリメートするか、またはコリメート光を集光するためだけに設計されているため、光源も結像光もコリメートされていない場合はOAPミラーを2つ使用する必要があります(有限共役結像)。2つのOAPミラーを使用した場合、ミラー間の距離の調整が容易になります。コリメート光の光路は、フィルタや他の光学素子を挿入するのにも便利です。1つの利点は、2つのミラー間の距離を調整することで、システムのアライメントを乱すことなく、ソース面上やターゲット面上の焦点位置を移動することができることです。ファイバーネットワーク内のビームへのアクセスOAPミラーのペアを用いて、光ファイバーシステム内の光にアクセスできる自由空間光の光路を作ることができます。図15はその構成例で、必要なフィルタや他のバルク光学素子をビーム光路に挿入するのに便利です。自由空間光の光路長はアライメントを乱すことなく調整することができます。このシステムをセットアップするとき、ファイバ端面のコアがそれぞれソース側とターゲット側の焦点と一致するようにアライメントしなければなりません。両方のミラーでコリメートされた光の光路は同一線上にあり、完全にオーバーラップする必要があります。この構成はファイバ用光学フィルタ/減衰器マウントの基本形です。17:OAPミラーを使用して点光源をコリメートするとき、出力ビームにシヤリング干渉計を置くと、アライメントが容易になります。16:OAPミラーの反射面の形状は、親放物面の焦点から離れた位置を中心とする親放物面の一部分に一致します。そのため、OAPミラーの反射面は回転対称ではありません。ミラーを取付けるときには、ミラーがその光軸周りに回転しないように注意しなければなりません。OAPミラーは回転対称ではありません。これは、ミラーの反射面として親放物面の焦点から離れた一部分を用いているためです(図16参照)。反射面のこの非対称性により、OAPミラーが回転すると焦点位置も回転します。そのようなことが生じれば光学システムの性能低下につながるため、ミラーは反射面が光軸周りに回転しないように固定する必要があります。ミラーの光学性能は、他の5つの自由度のアライメントについても、そのドリフトの影響を受けます。アライメントのドリフトを防止する方法の1つは、キネマティックマウントではなく、固定マウントを使用することです。シヤリング干渉計は、OAPミラーを点光源の入射光にアライメントするときに役立ちます。この干渉計はコリメート光の品質を評価するために出力ビーム上に置かれます(図17)。コリメートビームの品質が最適化させると、アライメントも最適化されています。19:コリメータの反射光学素子はOAPミラーです。ミラー基板は赤で示されています。この反射面は、放物面の頂点から離れた位置の放物面の一部分です。親放物面とOAPミラーの焦点は一致しています。Enlarge図18:当社ではファイバーコネクタ用のポートと、光軸に対して平行に伝搬するコリメートされた自由空間光用のポートを備えた、反射型コリメータをご用意しています。当社の反射型コリメータの2つのポートは入れ替えることができません。1つのポートには光ファイバのコネクタを取付けますが、そこでは発散光を放出する点光源であることが要求されます。1つのポートはコリメートされた自由空間光用として設計されています(図18参照)。自由空間光用ポートこのポートに入射する光は、光軸に対して平行なコリメート光でなければなりません。ファイバ端面、半導体レーザやその他の光源などからの発散光は入射しないでください。そのような光はファイバーコネクタ用のポートではコリメートされておらず、またファイバーポートに接続されたファイバに結合もされません。ファイバーコネクタ用ポートこのポートではファイバの端面がミラーの焦点にアライメントされます。ファイバの端面は焦点に置かれた点光源に近いため、自由空間ポートからはコリメートされたビームが出射されます。ファイバ端面を焦点にアライメントすることは、自由空間光用ポートからの光がコリメートされ、光軸に対して平行に出射される理由でもあります。光の方向性についてコリメータにおける光の方向は、反射素子として回転非対称の軸外放物面(OAP)を使用していることで決まっています(図19)。断面図では、ファイバの端面がOAPミラーの焦点でもある親放物面の焦点に置かれていることを示しています。Top8Insights:光アイソレータとファラデー効果スクロールするか下のリンクをクリックすると、ファラデー効果の大きさを測定する方法についてご覧いただけます。ファラデー効果の大きさを測定する方法ファラデー回転の方向と回転角の大きさを求めるには何が必要かファラデー効果の大きさを測定する方法ファラデー効果を有する物質を磁場中に置き、光を伝搬させると光の偏光方向が回転します。物質内のファラデー効果の大きさを測定する1つの方法は、物質に直線偏光の光を入射し、強い磁場を印加して出射光に現れる偏光方向の変化を観察するものです。偏光方向の変化を決定するために、物質からの出射光の偏光状態を直接測定する必要はありません。その代わりに、回転する直線偏光子を透過した光パワーを測定することで出射光の状態を解析することができます。測定される光パワーは振動しますが、その位相は回転する偏光子に入射する直線偏光の偏光方向に依存します。この方法による測定をCdMgTeの結晶を使用して実施しました。結晶からの出射光の測定結果を用いて、物質のファラデー効果の大きさを特徴付けるベルデ定数を算出しました。ファラデー効果は、直線偏光の光源と偏光状態の検出システムとの間に試料を置くことで測定できます。CdMgTe結晶の長さは環状磁石の穴の長さの1/3ほどで、プラスチック製のサンプルホルダを用いて穴の中心に固定しました。検出システムでは、光パワーセンサを目盛付き回転マウントに取り付け、できるだけ直線偏光子の出射側に近接して設置しました。このセットアップの利点は、アライメント作業が最小限で済むことです。検出用偏光子の透過軸を回転し、2°ごとに光パワーを測定しました。磁石を使用しなかった場合(三角)と使用した場合(四角)についてデータを取得しています。各データにフィッティングするモデルとしてはマリュスの法則(実線)を用いました。試験する結晶は環状磁石(左)の穴の中に設置しました。mmの穴の中心に設置しました。その位置で磁場は最も強くかつ均一になり、その方向はN-S軸に沿っています(右)。)ファラデー回転ファラデー効果による偏光状態の回転はファラデー回転と呼ばれ、その大きさは物質内の磁場の強度(B)と、磁場中に置かれた物質内を伝搬する光の光路長(L)の両方に正比例します。この物質固有のパラメータは波長と温度に依存し、その物質のファラデー効果の大きさを特徴づけるものです。)は次の式で表されます。ベルデ定数を得る一つの方法として、特定の長さの物質と既知の磁場強度におけるファラデー回転を測定する方法があります。ファラデー効果の測定この方法に基づき、図1のセットアップを使用してCdMgTe結晶のファラデー効果の大きさを測定しました。nmのファイバ出力型レーザからのコリメート光で構成された直線偏光光源からの出射光を、まず固定された直線偏光子に透過させました。測定可能なファラデー回転を発生させるのに十分な磁場強度を得るために、環状の磁石を使用しました。結晶は、磁場が最も強い磁石の穴の中心に取り付けました(図2)。結晶からの出射光は、目盛り付き回転マウントに固定された2つ目の直線偏光子を透過し、センサに到達します。パワーセンサは、直線偏光子の出射側にできるだけ近接して設置しました。磁石を使用したセットアップと使用しないセットアップで測定を行いました。各データセット(図3)は、2番目の直線偏光子の透過軸の角度を2°刻みで変えて測定した平均パワーの記録です。図3の2つの曲線間の位相差がファラデー回転です。この値は、次のマリュスの法則を用いて各データをフィッティングさせた後に決定できます。2番目の直線偏光子の透過軸の角度です。2つのフィッティングパラメータの差がファラデー回転です(36°)。このファラデー回転の値を使用してベルデ定数を計算できます。arcminに変換しています。Shafique氏からご提供いただきました。Top1ファラデー回転の方向と回転角の大きさを求めるには何が必要かファラデー回転角の向きと大きさを決定するために、ここでは直線偏光の入射光と強度の調整が可能な磁場の両方を使用します。ファラデー回転はファラデー効果によって生じます。この効果によって、磁場中に置かれた物質内を直線偏光が伝搬していく過程で、その偏光方向が回転します。ファラデー回転角の特性は、物質から出射する光の偏光方向の磁場依存性を測定し、解析することで得られます。物質に入射する偏光の向きと物質から出射する偏光の向きの間の角度差を、それぞれの磁場強度で測定します。固定長のCdMgTe結晶を用いた例で示しているように、この一連の角度差の値を用いて特定の磁場強度におけるファラデー回転角を求めることができます。Enlarge図1:ファラデー効果により、直線偏光の偏光面は光軸周りで回転します。回転方向や回転数は、印加する磁場、光の伝搬方向、および物質の特性に依存します。)を測定するだけでは決定できません。間の値に割り当てられてしまうためです。Enlarge図3:この作業で使用している環状磁石の穴を通る磁場の計算値です。グラフに示されている各点は図2の各点にそれぞれ対応しています。A点は穴の中心に位置し、C点での磁場はゼロです。磁場が磁石のS極に向いているとき、磁場の強度は正の値になります。Enlarge図2:この作業に使用された環状磁石です。NS軸に沿った磁場(計算値)のモデルを図3に示します。上の図のA~Dにおける磁場の強度は、図3のグラフ上の対応する各点で見ることができます。C点において、磁力線は互いに相殺します。この点を境に磁場の方向も逆向きになります。)を同じグラフ上に表示してみるのは、両者の関係性を可視化する1つの方法です。)を計算し、その結果を用いてΔθtrialを求めました。良く一致しているため、測定された角度はファラデー回転角に等しいと言えます。)の符号に依存します。慣例に従って光源に向かってビームに対向する方向から見たとき、ビームが磁場に平行に伝搬し、かつベルデ定数が正の場合は、偏光ベクトルは光軸を中心に反時計回り(CCW)に回転します。入射光が磁場とは反対方向に伝搬する場合は、時計周りに回転します。ファラデー回転角の測定値は、しばしば物質のベルデ定数を計算するのに用いられます。間の数値に自動的に割り当てられてしまい、光軸周りの直線偏光の回転方向と回転数を知ることはできません(図1)。値を測定すると、特定の磁場におけるファラデー回転角を求めることができます。時間的には一定で空間的には変化する磁場内で物質(試料)の位置を変えると、印加される磁場の強度は変化します。環状磁石の穴の中心軸(NS軸)上での軸に平行な磁場の強度は、その位置によって変化します(図2と3参照)。図3の磁場のグラフは、環状磁石のモデルをベースに計算されています。磁場の強度は、磁場の向きを変えずに、試料をNS軸に沿って移動させることで変えることができます。この作業では、試料を軸に沿って特定の位置に移動させますが、その位置は磁石の穴の中心から測定しています。値が、対応するファラデー回転角の大きさに一致すると仮定してみることです。次のステップとして、その仮定をテストします。cmのCdMgTe結晶に磁場が印加されたときのファラデー回転角の方向と大きさを求めています。結晶は、まず図2に示すA点からC点まで移動しました。この範囲内では、光は磁場方向に沿って伝搬します。C点の通過後、磁場の方向は逆向きになります。Gauss)を用いて算出しました。表参照)は、Vtrialを用いて算出しました。測定値はファラデー回転角に等しいと言えます。角度の計算値と測定値の相違は、主にモデル化された磁場と実際の磁場との違いによるものですが、測定誤差が影響している可能性もあります。適用することでベルデ定数を正確に計算できることが分かります。倍数の和ということになります。計算されたファラデー回転角の試行値の大きさは等しいけれど符号が反対である場合があります。あり、実際のベルデ定数とベルデ定数の試行値の符号は反対になります。Shafique氏からご提供いただきました。Top2Insights:フォトダイオードスクロールするか下のリンクをクリックすると、フォトダイオードとその性能の波長依存性についての解説をご覧いただけます。シリコン、ゲルマニウム、インジウムガリウムヒ素(In0.53Ga0.47As)の吸収係数と侵入深さ(典型値)のグラフです。侵入深さは吸収係数の逆数です。1:PN接合のディテクタへの光の平均侵入深さは波長によって異なります。侵入深さは吸収係数に関係しますが、その吸収係数は波長に依存します(図2)。フォトダイオードに光が入射したとき、空気/半導体界面からのフレネル反射で反射されなった光子は、半導体材料内を伝搬していきます。光子は、吸収されるか、あるいは最後の末端に到達するまで伝搬を続けます。光子が吸収された場合には、電荷担体のペアが生成されます。空乏領域内で生成された電荷担体は、ほぼ即座に光電流に寄与することができます。空乏領域以外で生成された電荷担体の場合は、空乏領域まで移動するのに余分なステップを踏む必要があります。この移動に要する時間が拡散時間です。図1では、青色と赤色の光子がP型とN型の領域でそれぞれ電荷担体を生成しています。これらは空乏領域まで拡散しなければなりません。半導体に入射した光子が吸収される確率は吸収係数に基づいて決まります。図2では、ディテクタに使用される様々な材料における、吸収係数と侵入深さの波長依存性を示しています。入射光波長が長くなると、吸収係数が小さくなります。これは、より長波長の光子は、吸収されて電荷担体のペアを生成するまでに、平均的により長い距離を伝搬することを意味します。電荷担体が空乏領域に到達するまでの距離が長くなれば、立ち上がり時間も長くなります。図3~5は、シリコン、InGaAs、およびゲルマニウムのフォトダイオードで測定された立ち上がり時間のグラフです。nm未満の波長域での傾斜はほぼ平坦です。これは、表面付近で吸収された光子の拡散時間は無視できることを示唆しています。nm以上では立ち上がり時間は急激に大きくなります。μmより小さいことを示唆しています。TopInsights:偏波保持(PM)ファイバスクロールするか下のリンクをクリックすると、偏波保持ファイバの出射光についての解説をご覧いただけます。ファイバはすべての入射偏光状態を維持するか偏波保持(PM)ファイバは、ファイバの2つの直交軸のうちの1つに対して平行に偏光する直線偏光しか維持しません。偏波保持ファイバで直線偏光の方向が重要なのは、偏波保持ファイバの2つの直交軸の屈折率が異なるからです。屈折率が高い方向(スロー軸)に沿って偏光する光は、直交方向(ファスト軸)に沿って偏光する光よりも遅く進みます。直線偏光として入射した光線が、これらの2つの軸のいずれかに平行な偏光でない場合、ファイバから出射する光は楕円偏光します。楕円偏光状態はファイバ長に渡る温度と応力の変化に依存するため、予測ができず、かつ安定しません。Enlarge図1:偏波保持ファイバーパッチケーブルの出射光を偏光計によりポアンカレ球表示。矢印で示されている点は、直線偏光とファイバ軸の1つが適切にアラインメントされている結果です。これらの入射状態はファイバによって維持されています。その他の点は楕円偏光状態を示し、入射偏光方向がファイバ軸の1つに平行ではないときの結果です。偏波保持ファイバは光を偏光しない偏波保持ファイバは直線偏光子のように作用せず、任意の入射偏光状態を直線偏光状態に変換する機能は有しておりません。直線偏光子には2つの直交軸が規定されていますが、これらは偏波保持ファイバのスロー軸とファスト軸に相当するものではありません。直線偏光子の場合、軸の1つに対して平行に偏光する光は減衰し、もう1つの軸に対して平行に偏光する光が透過します。1つの偏光成分のみが透過するので、出射光は直線偏光となります。偏波保持ファイバは直交する偏光成分のどちらも透過させ、どちらかを減衰させることはないため、直線偏光子としてはご使用いただけません。偏波保持ファイバと波長板にはどちらもファスト軸とスロー軸があるなど、多くの共通点があります。直線偏光の偏光軸がスロー軸またはファスト軸のどちらかに平行であるとき、偏波保持ファイバと波長板のどちらもその偏光状態を維持します。入射ビームにスロー軸とファスト軸の両方に沿って偏光する成分がある場合、偏波保持ファイバと波長板のどちらもその入射偏光状態を維持しません。偏波保持ファイバと波長板は、スロー軸に平行な偏光成分をファスト軸に平行な偏光成分より遅らせることで、光の偏光状態を変化させます。ポアンカレ球上に表示されている偏光計の測定結果は、偏波保持ファイバーパッチケーブルがもたらす様々な楕円偏光状態を示しています。これは直線偏光がファイバ軸に対して任意の方向に入射されているときに起こります。ファイバによりが入射偏光状態が維持されているとき、出射光の偏光計測定結果は、黒い矢印で示している2つの値の内の1つとなります。これらの値は、入射偏光状態の偏光方向とファイバ軸の1つの間のアライメントが適切である結果です。その他の点はすべて楕円偏光状態を示しており、これは入射偏光状態がどちらのファイバ軸に対しても平行ではないときに起こります。図のデータの軌跡は、直線偏光の偏光方向を光軸の周りで1回転させて生成しました。軌跡がオーバーラップしないのは、ファイバの温度が毎回、回転後に変化したからです。ファイバの温度の感度により、温度が変化する度に異なる楕円偏光状態を得ます。各軌跡が黒矢印の点を通過することをご確認ください。これは入射時の直線偏光状態がファイバ軸の1つによくアライメントされているとき、出射時の偏光状態が温度や応力の変化に依存しないことを示しています。Top1偏波保持ファイバはどのようにして直線偏光を維持するのか偏波保持(PM)ファイバでは直交する「スロー軸」と「ファスト軸」の間の屈折率の差(複屈折性)が著しく、この複屈折性により偏波保持ファイバが入射光の偏光状態を維持することができます。入射偏光状態は、2つのファイバ軸のうちの1つに平行にアライメントされていなければ維持することはできません。偏波保持ファイバはその複屈折性により、ファイバのスロー軸とファスト軸で速度差、より正確に言えば伝搬定数差があり、偏光を保持するためにはスロー軸・ファスト軸に対して平行な偏光とする必要があります。光が直交偏光に切り替わるためには、光の速度(伝搬定数)も直交軸の条件に合う必要が出てきます。ファイバの複屈折を小さくしないと、このような速度変化は起きにくくなります。このようにして、複屈折を有するファイバでは、偏光が維持されます。3:ボウタイ型ファイバでは、2本のウェッジ型ストレスロッドを使用してコアで張力を得て、複屈折にしています。スロー軸に沿った応力は、製造後のファイバが冷却されていくにつれ、ストレスロッドがクラッドよりも収縮するために付与されます。Enlarge図2:PANDA型偏波保持ファイバは、2本の円柱型ストレスロッドを使用してコアで張力を得て、複屈折にしています。スロー軸に沿った応力は、製造後のファイバが冷却されていくにつれ、ストレスロッドがクラッドよりも収縮するために付与されます。5:楕円形コアの偏波保持ファイバのコアは、複屈折性を生じさせるのに十分な楕円形状です。4:マイクロベンドを最小化するにはきれいに緩く巻き付けてください(上)。マイクロベンドは、巻き付けたファイバによる凸凹面を横切って巻き付けることにより生じます(下)。応力の効果について偏波保持ファイバを構築する方法の1つにファイバーコアに機械的な応力を付与する方法があります。応力によりガラスに複屈折(光弾性)が生じるからです。このように応力を利用した複屈折ファイバで最も一般的なのはPANDA型とボウタイ型で、ファイバのコアに張力が加えられています。これらの製品では、ストレスロッドと呼ばれるガラスの構造がファイバの全長に渡り、ファイバのコアに平行に伸びています。図2と3の断面図で見ると、ストレスロッドとファイバのコアは直線状に配置されています。製造後のファイバが冷却されていくにつれ、ストレスロッド内のガラスは、周りのクラッド内のガラスよりも収縮されます。ストレスロッドの収縮からの引っ張りにより、コアでは張力が生じ(スロー軸)、直交方向(ファスト軸)にはコアよりも小さい応力がかかります。そのため2つの軸では屈折率差が生じます。応力低下ともたらす影響について応力複屈折ファイバのコアでの張力は、温度に依存します。これは、ストレスロッドのガラスとクラッドのガラスで熱膨張率(CTE)が異なるからです。ストレスロッドによりもたらされる張力は、動作温度が高くなると低くなります。これにより複屈折率、そして偏光を維持するファイバの性能が低下するため、結果、消光比(ER)が低下する場合があります。コアでの張力は、ファイバを小さく巻きつけたり、急激に曲げたり、あるいは凸凹の面に固定するなど、取扱い方によって生じる応力によっても低下する場合があります。局所的な応力付与部におけるマイクロベンドが直交偏光に散乱光を入射し、消光比が低下します。マイクロベンドはファイバの不適切な巻き付け方(図4)、あるいはファイバ素線を表面に押し付けることによって起こる場合があります。一般的にファイバーコネクタは消光比を低下させます。それは、ファイバを固定するために硬化した樹脂化合物が非対称性の応力の原因となったり、化合物内の樹脂泡がファイバに圧力をかけたり、またファイバとフェルールの内孔が接触し圧力が加わる場合があるからです。一般的に各メーカはファイバの消光比を最大化するために、これらの応力を抑える手段をとっていますが、これらの応力は完全に除去することはできません。形状複屈折ファイバ応力複屈折ファイバの温度依存性が好ましくないときには、温度に依存性のない形状複屈折ファイバがございます。これらの偏波保持ファイバの複屈折性は、ストレスロッドによる張力ではなく、楕円形のコアにより生じます(図5)。偏波保持フォトニック結晶ファイバを含む形状複屈折ファイバは、すべての用途に適しているわけではありません。楕円形のコアと減衰量、そして小さなモードサイズは通信用途には適しませんが、ファイバーセンサでよく使用されています。6:クロストークの影響により、偏波保持ファイバは一般的にやや楕円形状の偏光を出射します。偏波保持ファイバの温度を変えることで、出射する楕円偏光の状態を制御することができます。偏光の測定値はポアンカレ球上で円の軌跡をたどり、出射光の特性化に使用することができます。7:3つの異なるデータの軌跡がポアンカレ球にプロットされています。いずれも入射偏光状態と偏波保持ファイバ軸の間の角度の不一致を示しています。軌跡はヒートガンを用いてファイバの温度を変化させ、出射偏光状態を回転させることで取得しました。角度の不一致度が減少するにつれ、温度に依存する偏光状態の範囲が小さくなり、消光比が増加します。各軌跡の消光比はdBで表されています。PANDA型およびボウタイ型の偏波保持ファイバは、不適切なファイバへの光入力結合、ファイバにかかる外部応力の影響、あるいは不完全な状態のファイバの作用により、出射光の消光比(ER)が入射光と比べて低くなる場合があります。光の一部が直交偏光状態に変換されると、消光比は低下します。ミスアライメントによるクロストーク量の概算クロストーク(クロスカップリング)は、光の一部が直交方向に対して平行に偏光すると生じます。偏波保持ファイバへの光の結合は、光源とファイバの偏光軸間でミスアライメント(回転)があるとクロストークをもたらします。このとき、光源からの直線偏光がファイバのスロー軸とファスト軸によって別々に誘導される2つの直交する偏光成分の間で分岐されます。ミスアライメントによるクロストーク量は大きく、出射偏光を測定中にファイバの温度を変化させることで概算することができます。出射光に直交する両方の偏光成分が含まれる場合、その成分の間の遅延は温度によって変動します。温度の変化に応じて出射光の楕円偏光が変化します。温度の依存する偏光の測定値をポアンカレ球にプロットすると、その軌跡は円になります(図6と7)。ミスアライメントによるクロストーク量の概算値は、図6における角度(2φ)から求められます。2φは楕円化の具合を表しています。)をラジアンで表すと、クロストークの概算量(dB)は、下記の式で求められます。)).光源とファイバ間のアライメントを改善する方法の1つは、温度に依存するファイバの出射偏光状態の変動が最小限に抑えられるところまで、光源の偏光角度を光軸周りで回転調整することです。出射光の消光比の概算ファイバを伝搬する光は、不完全な状態のファイバであってもクロストーク量は小さいですが、外部からの応力の影響により消光比は著しく低下する場合があります。ファイバを小さく、あるいは凸凹面や鋭角な面にきつく巻き付けたり、ファイバ素線を固い面に固定したりすることも消光比を低下させます。ファイバーコネクタも、ファイバ素線、コネクタのフェルール、あるいは樹脂化合物との接触による応力によりクロストークの大きな原因となる場合があります。消光比(ER)の概算値は様々な式で求めることができます。|)).上記の1つ目の式は、ミスアライメントによるクロストーク量の求め方と似ていますが、不完全な状態のファイバによるクロストーク、マイクロベンド、その他ファイバの長さ方向に渡り付与される影響が含まれています。これらの影響により、円の軌跡の中心がポアンカレ球の赤道から2δ角度分だけ変位します。with,上記はより確度の高い式で、偏光強度を合計の強度を割った偏光度(DOP)が含まれています。偏波保持(PM)ファイバの出射光の偏波消光比(PER)は、ファイバ製造メーカにとって明記することが難しい仕様です。その理由は、このパラメータがファイバ長、入射光の状態、偏光、アライメントに依存するからです。ビート長はこれらの要素に依存しないため、偏波保持ファイバのポテンシャルを数値化するのに便利なパラメータです。ビート長は短いほどよく、偏波保持ファイバとその動作温度を選択するうえで参照できる有用なパラメータです。ビート長により偏波保持ファイバのポテンシャルに関する情報が得られますが、実際の性能とファイバの出射光のPERは、最終的にファイバの配置に依存します。Enlarge図1:赤と青の曲線はそれぞれ偏波保持ファイバのスロー軸とファスト軸に対して平行に偏光する波形を表しています。スロー軸の方が屈折率が大きいため、この軸に対して平行に偏光する波(赤)の方がより速いレートで振動します。これは(球によって示される)波の振幅を2つの異なる位置から見ることで確認できます。Enlarge図2:図1で示された波形の振幅を横軸を伝搬距離としてプロットされています(上図)。この図の距離は図1よりも長いことにご留意ください。折り返されて表示されているため、実際の絶対位相はリニアに大きくなります。範囲でプロット)は、距離とともに直線的に増加します。スケールで両方の波形が同じ位相であるポイントを示しています。余分に位相を蓄積しています。一般的にこの位相は周期の整数で得られるものではありません。なる距離のことで、これは菱形マークとマークの間の距離でもあります。偏波保持ファイバのビート長は、ファイバの2つの直交軸であるファスト軸とスロー軸に沿って伝搬する波を比較することで分かります。ファイバ内でこれらの波形が励起するには、単色の直線偏光を入射させ、入射光の偏光角をファイバのファスト軸とスロー軸との中間にします。これにより直交する偏光波は、同じ振幅を持ち、同位相でファイバに入射されます。波形は伝搬するにつれて同位相を保たなくなります。スロー軸に対して平行に偏光する波形は周期が短いため、同じ振動分だけ伝搬する際、ファスト軸に対して平行に偏光する光よりも伝搬距離は短くなります。2つの波形の位相差は伝搬距離とともに直線的に増加します(図2)。ある点は緑色のマーカで示されています。折りたたまれています。通常、全長にわたる位相差は周期の整数倍にはなりません。ビート長の典型値について2つのファイバ軸の間の屈折率差が大きければ大きいほど、複屈折は大きく、ビート長は短く、そしてファイバの偏光保持性能は高くなります。ビート長は、ファイバの複屈折性に変化がない限り、ファイバ長に沿って一定です。製造メーカーはよくいくつかの波長に対するビート長と温度の制限範囲を仕様に明記しています。mm未満の偏波保持ファイバは、楕円のコアで、かつ、標準的なシングルモードファイバに比べて著しく小さいモードフィールド径を持ちました。多くの用途では、円状のコアと標準的なシングルモードファイバに近いモードフィールド径を持つファイバが必要とされます。mm~数ミリの間となります。標準的なシングルモードファイバにも測定可能なビート長がありますが、それはメートル単位の長さとなります。これは、コアが完全な円状の断面にはなっていないことに起因しています。コアの楕円率はわずかで、ファイバ長に沿ってランダムに変化するため、標準的なシングルモードファイバは、偏波保持ファイバとしては有用ではありません。ビートパターン偏波保持ファイバの場合、ビート長が示すのは、偏波保持ファイバの直交するスロー軸とファスト軸に平行に偏光する波の間で繰り返し示される位相の関係となります。ファイバの任意の位置での位相差が、その光の偏光状態を決定します。(90°)の差があれば円偏光です。これらの波は互いに直交して偏光するため、振幅のビートパターンは生じません。振幅のビートパターンが生じるのは、2つの波に互いに平行に偏光する成分を持つときのみです。同じ理由により、フォトディテクタを使用して周期の異なる2つの直交して偏光する波を合わせた強度を測定するとき、干渉成分がゼロに等しい信号を得ます。Enlarge図9:パンダ型の偏波保持ファイバにはクラッドにストレスロッド(応力付与ロッド)が存在します。これらの円筒径のロッドは、コアに対して平行に配置されています。ファイバの温度が加工時の温度より下がるにつれ、ストレスロッドのガラスは周りのクラッドよりも収縮するため、コアがスロー軸に沿って引っ張られます。11:図10では、複屈折性の温度による変化のみが大きな影響があったため、図10の赤線のみをここに示しています。これらの値は、温度の変化によってファイバ長が増加し、ファイバの複屈折性が一定であることを仮定して計算されています。Enlarge図10:パンダ型偏波保持ファイバを伝搬する直交の偏光成分の間の相対遅延(y軸)は、ファイバの温度が変化すると変動(x軸)します。温度が上昇すると、偏波保持性能は低下します。性能は温度が下がることで向上します。青線と赤線の数値は、それぞれ複屈折性とファイバ長のみが温度によって変化することを仮定して計算されています。偏波保持ファイバの直交するスロー軸とファスト軸の間の屈折率の差が大きければ大きいほど、偏波保持性能は良くなります。温度が上昇するにつれてコアの張力が下がるため、この差(複屈折性)は減少します。ファイバの複屈折性の減少は、温度の上昇にほぼ比例します。温度依存の複屈折性パンダファイバやボウタイ型ファイバなどの応力複屈折の偏波保持ファイバは、クラッドにストレスロッド(応力付与ロッド)が存在します(図9)。ストレスロッドのガラスはクラッドのグラスよりも熱膨張係数(CTE)が高いため、加工後すぐにファイバの温度が下がるにつれて、ストレスロッドのガラスは周りのクラッドに比べて収縮速度が速くなります。収縮するストレスロッドは、周りのクラッドを引っ張り、室温程度ではコアに大きな張力を与えます。これによりファイバのコアでは複屈折性が生じます。偏波保持ファイバを伝搬するすべての光が同じファイバ軸に対して平行に偏光する場合、ファイバから出射する光の偏光状態は温度に依存しません。光に2つのファイバ軸に平行な偏光成分が含まれている場合、動作温度の変化により楕円偏光状態が変化します。これは出射偏光状態を決定する2つの直交成分の間の相対遅延によるものです。遅延はファイバの複屈折性とファイバ長に依存しますが、このどちらも温度に依存性があります。ファイバの偏波保持性能に大きな影響を与えるのは複屈折性の変化のみです。これら2つの出射偏光状態への影響は、表の式を使用して求めました。mmで計算しています。10-7で仮定しました。10-7/°Cで仮定しました。計算結果は図10と11のグラフに示しています。遅延(y軸)は温度の変化(x軸)によって変動します。これは、温度に依存する遅延をモニタすることで、温度に依存するファイバの複屈折性と、ファイバが偏光を維持するポテンシャルについての情報が得られることを示しています。温度とビート長ファイバの複屈折性が偏波保持ファイバの偏光維持力を決定しますが、複屈折性は通常製造メーカーによって明記されません。ビート長は通常明記されているパラメータです。)と複屈折性の割合で、性能が高い偏波保持ほど短くなります。応力複屈折の偏波保持ファイバでは、ビート長は温度上昇とともに長くなります。Top5Insights:偏光スクロールするか下のリンクをクリックして偏光に用いられるラベルと偏光楕円に対する偏光状態の影響についてご覧ください。body.図1:偏光は2つの成分のベクトルの和として説明されます。その成分の1つは、入射面と平行な電界振動面、もう一つは入射面と垂直な電界振動面です。電界はビームの伝搬方向に対しても直交に振動します。偏光が面に対して入射されるときには、よく垂直成分と平行成分で説明されます。これらの成分は互いに、そして光の伝搬方向に対して直交します(図1)。垂直成分と平行成分に用いられるラベルや記号は、どちらがどちらだか分からなくなる場合があります。表では垂直成分と平行成分に使用されているラベルの一覧がご覧いただけます。垂直ならびに平行方向は入射面を基準にして定義されています。図1の動画ではビームが表面から反射されている図で説明しています。入射面は、入射光と反射光の両方を含む面として定義されます。垂直方向は入射面に対して垂直、平行方向は入射面内に平行です。垂直成分ならびに平行成分の電界は互いに直交する面で振動します。垂直成分の電界は入射面に対して垂直な面で、平行成分の電界は入射面内に平行な面で振動します。場合、入射面の定義できないため、このアプローチから光の垂直成分と平行成分を明確に定義することはできません。垂直入射光においてこれらを区別する必要性は限られています。垂直入射光のすべての成分の反射率は同じだからです。)が伝搬するとき、ベクトルの先端はらせんの軌道をたどります。ベクトルはプラス(時計周り)のらせん軌道をたどります。)で表すことができます。4:観察者が図3の起点から伝搬しているビームを見ている場合、回転する電場ベクトルの先端は楕円を描いています。この楕円は角度Ψとχで表すことができます。)により表されています。ここでλは波長、ωは角周波数、そしてtは時間です。偏光楕円は偏光状態を可視化する方法の1つです。レーザービームが伝搬するとき、電場ベクトルの先端は偏光状態によって決定する3次元の軌道に沿って移動します。光軸方向に垂直な断面への射影を見ると、ベクトルの先端が2次元の楕円軌道をたどりながら伝搬軸の周りを回転しているように見えます。この軌道の形が偏光楕円です。この軌道は直線偏光では直線、円偏光では円になります。図2では直線偏光でも円偏光でもない偏光楕円を図解しています。/2の整数倍ではありません。値は周期的に増加したり減少したりしますが、同期せずに変動し、その範囲は異なります。電場ベクトルは移動するとき伝搬軸の周りを回転し(図3)、その長さは回転角度によって異なります。見るビームは、反対方向から見るのとは異なった偏光楕円となります。このため、観察者がどの方向から見ているのか特定する必要があります。ここでは観察者側から見ているビームを想定しています。それぞれの振幅ExとEyの2倍に等しい長方形で囲われています。この長方形ではそれぞれの直交成分に含まれた光の割合についての情報が得られます。位相遅延も考慮する必要があります。偏光状態の情報を表している楕円における重要なパラメータはEx軸に対する長軸の角度と、長軸と短軸の長さの比になります。き角、アジマス角を含め多くの名称で呼ばれています。-90°から90°の間で変動し、EoxとEoyが等しいときには±45°となります。