正しい情報を得られれば、何時間もの作業を軽減することができます。そのような貴重な知識の多くは、教科書には載ってなく、授業で教えられているものでもありません。オンラインソースを検索しても簡単に見つけられるものでもありません。このような知識の多くは経験から得られることが多く、フォトニクスの世界で働く人々の頭の中やラボノートの中にとどめられています。当社ではこのような経験から得られたヒントや豆知識、ガイドライン、実践的なテクニックを集め、Insightsというヒント集にまとめました。現段階で集めたヒント集は下記のリンクや上のタブからご覧いただけます。こちらのページは随時更新して内容を拡充してまいります。光の透過率とブリュースター角の入射角依存性Insights:フォトニクスこちらのページについて下記について説明しています。フォトニクスとは?フォトニクスとはフォトニクス(光工学)とは光の応用や研究です。フォトニクスの語源は「光子(photon)」、つまり光の粒子です。これは荷電粒子である電子が電流を構成するエレクトロニクス(電子工学)に似ています。フォトニクスにおいては、光子は光を構成するエネルギー粒子です。光子がもたらすエネルギーの量は色(波長)に依存します。photons/sを供給します。electrons/sです。(蛍)など自然に生成される光があります。人工的に生成される光には電球、LED、レーザからの光があります。電流を運ぶ電線と同じように、光は光ファイバで1つの場所からほかの場所に運ばれます。エレクトロニクスでは抵抗器やコンデンサを使用して回路を通る電流を調整しますが、フォトニクスではレンズやミラー、プリズムなどの光学素子を用いて光を誘導し、光路を調整します。光の解析は、エレクトロニクスとほぼすべて同じ測定器を使用しますが、最初に光子を電流に変換する必要があります。フォトニクスは一般的に距離の測定(レーザーレーダ)、情報の送受信(通信)、目視できない物体のイメージング(顕微鏡、内視鏡、ボアスコープ)、そして、血液内の酸素量(パルスオキシメータ)や粒子検出器、ガス検出器などのセンサ内で用いられます。TopInsights:レーザービームのアライメント方法スクロールするか下のリンクをクリックすると、コリメートビームをアライメントしたり移動させる方法、法則、およびそれらが必要な理由などがご覧いただけます。レーザのポインティング角度を補正する手順2つのミラーを使用して別の経路に沿うようにレーザ光をアライメントする方法2つのビームステアリングミラー間に必要な距離レーザのポインティング角度を補正する手順キネマティックマウントのピッチ(チップ)とヨー(ティルト)を調整することで、レーザ角度の微細な補正を行うことができます。この角度調整は、コリメートされたレーザ光を光学テーブル表面に水平、あるいはテーブルのタップ穴のラインに沿ってなど特定の方向にアライメントする際に行なわれます。Enlarge図2:ビームは、光学テーブルのタップ穴のラインに対して平行になるようアライメントすることができます。キネマティックマウントのヨー調整でビーム角度を調整し、ルーラをタップ穴のラインに沿ってスライドさせるときに、ビームがルーラの縦の基準線上に保持されるようにします。Enlarge図1:ビーム方向を光学テーブルの表面に対して水平にするには、レーザ用キネマティックマウントのピッチ調整を使用します(図2)。ビームがテーブル表面に対して平行になっている状態は、ビーム高がレーザ前面に近い位置(左)と遠い位置(右)でパワー測定値が同じであることを確認することで行います。動画3:コリメートレーザーパッケージPL202からのビームのポインティング角度は、レーザのキネマティックマウントKM100のピッチ(チップ)とヨー(ティルト)アジャスタと、ルーラBHM1の水平と垂直線を使用して補正しました。その結果、ビームは光学テーブルの表面に対して平行かつタップ穴のラインに沿って伝搬します。マウントのアジャスタを使用する前にまず、キネマティックマウントの各アジャスタを回して移動範囲の中央に移動させます。これにより調整範囲が足りなくなるリスクが少なくなります。調整範囲の真ん中にアジャスタがあると、マウントのポインティング安定性が良くなります。その後、レーザを支えるポストやポストホルダなどのオプトメカニクス部品を調整することで、レーザの高さ、位置、向きの粗調整を行います。調整後はすべての固定ネジが締め付けられていることを確認してください。ビームをテーブル表面に対して平行にする場合レーザ光のレベル調整のため、アライメントツールを用いて、マウントのピッチアジャスタによる微細な調整を繰り返す必要があります。光源から近い位置と遠い位置のビームの高さを測定します(図1)。2つの間の距離が長ければ長いほど、確度は高くなります。2つの位置のビーム高が一致するまで、キネマティックマウントのピッチを繰り返し調整します。調整を繰り返すと、ビーム高さも変わってくる可能性があります。mmに上がっています。調整後のビーム高さを変えたいときは、水平調整を行なった後、レーザを支えるオプトメカニクス部品により高さ調整を行います。レーザ高さを調整する方法として、2つのステアリングミラーをレーザの後ろに置き、アライメントする方法もあります。ステアリングミラーは特に設置型レーザを使用し、ビーム出力方向を調整する際に有用です。ビームをタップ穴列に沿った向きにするビームをテーブルのタップ穴列に対して平行にアライメントすることもまたアライメントツールとマウントのヨーアジャスタの調整が必要な反復プロセスにより行います。タップ穴列を基準線としたレーザ出力方向を調整するためには、アライメントツールが必要になります。ルーラのベース部の端をタップ穴列の端に合わせて配置します(図2)。テーブル上の基準線に対するビームの角度ズレは、ルーラに照射されるレーザースポット位置とルーラの垂直基準線の差を見ることで確認できます。垂直基準線として、ルーラ端や目盛端を利用できますが、それでは不十分な場合には、取付けブラケットBHMA1を使用して水平置き型のルーラを取り付けることができます。mm単位の目盛の端に一致させるようにアライメントします。ルーラを基準線の遠い方の位置に移動させると、ルーラのビーム位置も水平方向に移動します。mm単位の目盛端に一致するまでマウントのヨーを調整します。その後ルーラを光源の近くに移動させ、ビームの位置調整の結果を見ます。このプロセスは必要に応じて反復で行われています。ビームアライメントに関する追加情報はこちらの動画ページでご覧ください。Top12つのミラーを使用して別の経路に沿うようにレーザ光をアライメントする方法1つ目のステアリングミラーは、新しい光路上に配置された2つ目のミラーに向けてビームを反射します。2つ目のステアリングミラーは、新しい光路に沿うようにアライメントします。Path(折りたたまれたビーム路)と呼ばれることがあります。動画4の例では、ビームを新しい光路にアライメントするために2つのアイリスが使用されています。新しい光路は光学テーブル面に対して平行で、タップ穴列に沿っています。θおよびψ回転すれば、2つ目のミラーに入射します。)に影響を及ぼします。1つ目のミラーのx軸周りの回転は、マウントのピッチ(チップ)アクチュエータの移動範囲によって制限されますが、その移動範囲は、2つ目のミラーの位置と高さも制限します。5:2つ目のキネマティックミラーマウントのアジャスタは、2つ目のアイリスにビームをアライメントするのに使用します。Enlarge図4:1つ目のキネマティックミラーマウントのアジャスタを調整して、1つ目のアイリスの開口部にレーザースポットを合わせています。動画4:キネマティックマウントKM100の2つのミラーが、コリメートレーザーパッケージPL202からの光を2つのアイリスIDA25によって規定された光路に誘導します。状態みなればビームがアライメントされている状態とみなせます。ミラーの高さの設定1つ目のミラーの中心は、入射路の高さと一致させます。2つ目のミラーの中心は、新しい光路の高さに合わせてください。アイリスのセットアップ新しい光路はアイリスによって設定されます。動画4では光路がテーブル面に対して水平となるよう、アイリスの高さが一致していることがご覧いただけます。マウント内のアイリスの高さはルーラかノギスを使用すると適度な精度で設定可能です。アイリスが閉じているときの(小さな)開口部は、完全な中心位置にない場合があります。そのため、ビームに面するアイリスの左右を交換すると、開口の位置がシフトする場合があります。ビームに面するアイリスの面を決めたらセットアップから使用まで同じ面を使用することを推奨します。コンポーネントの配置と粗調整まず、両ミラーのアジャスタを回しながら移動範囲の中央に移動させます。1つ目のミラーは入射光路に配置し、2つ目のミラーは新しい光路内での位置を決めます(図3)。)を制限するため、ミラー配置は1つ目のミラーのピッチ(チップ)アクチュエータの移動範囲によって制限されます。)を選ぶときは、ピッチに加え、1つ目のミラーのヨー(ティルト)も考慮しなければなりません。2つ目のミラー位置(座標)は、1つ目のミラーのピッチとヨーに複雑に依存し、同様に2つのミラーの間の距離にも依存します。2つのミラーは、1つ目のミラーの両アジャスタを移動範囲いっぱいに回さなくてすむよう配置してください。新しい光路に2つ目のミラーを配置後、両方のアイリスを光路上に置いてください。1つ目のアイリスは2つ目のミラーの近くに、2つ目のアイリスは2つ目のミラーからできるだけ遠くに配置してください。2つのミラーの高さはそのまま維持し、またヨーのアジャスタは触らずに1つ目のミラーを回転させて、光を2つ目のミラーに向けます。1つ目のミラーのピッチアジャスタを調整して、レーザースポットを2つ目のミラーの中心近くに移動させます。その後、2つ目のミラーを回転させて、ビームを新しい光路にある程度向けます。最初に光路上に光を当て、その後、向きを調整します。1つ目のミラーは、2つ目のミラー上にある新しい光路上の点に向けてビームをステアリングするために使用します。1つ目のアイリスのレーザースポットの位置を見ながら1つ目のミラーのアジャスタを調整します(図4)。アイリスの開口部の中心にレーザースポットが合えば最初のステップは終了です。次に2つ目のミラーでビームをステアリングして、新しい光路とアライメントさせます。2つ目のミラーのアジャスタを調整して、レーザースポットを2つ目のアイリスの開口部に移動します(図5)。ピッチアジャスタがビームの高さを調整し、ヨーアジャスタがビームを横方向に移動します。2つ目のアイリスでレーザースポットが消えてしまう場合、2つ目のミラーのレーザースポットが新しい光路から離れています。1つ目のミラーのアジャスタを調整しながら2つ目のミラー上のビーム位置を変え、1つ目のアイリスの開口部の中心にレーザースポットがあたるようにします。2つ目のミラーのアジャスタ調整を再開して、2つ目のアイリスの開口部にレーザースポットを向けます。これをレーザービームが両方のアイリスの中心を通るまで繰り返します(動画4)。アジャスタのどれかが調整範囲の制限に近づいてしまったら、ミラーの1つ、あるいは両方の位置を変え、アライメント手順を繰り返してください。ヨー軸のアジャスタが制限に近づいた場合、反射ビーム方向を記録しておき、ヨーアジャスタを調整範囲の中央に回転させます。反射ビーム方向が記録した位置になるようミラーマウントの向きを変えます。ミラーが回転できない場合、ビームが新しい光路にほぼ沿うよう1つあるいは両方のミラーの位置を変えます。ビームの向きが微細に調整できるまでこのアライメント手順を繰り返します。ピッチ軸のアジャスタが制限に近づいた場合、2つのミラーの間の距離を長くするか、入射路あるいは新しい光路の高さの差を小さくします。どちらの方法でもアライメント手順が繰り返された後、ピッチアジャスタが調整範囲の中心の近くに配置されます。ビームアライメントに関する追加情報はこちらの動画ページでご覧ください。Top22つのビームステアリングミラー間に必要な距離2つのステアリングミラーの間に必要な距離(図6)は、1つ目のミラーから反射するビームの傾斜と、2つのミラーの高さの差によって決まります。必要な距離を把握することは、ブレッドボードや光学テーブル上のセットアップのスペースを見積もるのに重要です。入射ビームに対する1つ目のミラーのピッチ(tip)だけを使用した簡単な計算をしがちですが、ヨー(tilt)を無視してしまうと、ミラー間の必要な距離がかなり低く見積もられる場合があります。下の例では、マウント全体ポスト軸を中心に回転することでヨー調整を行い、マウントのアジャスタでピッチ調整を行うという仮定で距離が計算されています(図7)。この手法はしばしばミラーを初期配置するときに使用されます。7:ヨーアジャスタを使用する代わりに、ポスト軸中心にマウント全体を回転させることで、初期のミラー調整(ヨー)を行います(左図)。これによりマウントがX、Y、Z軸と入射光に対して回転します。マウントのピッチアジャスタがミラーのピッチを調整し(右)、マウントのX、Y、Z軸に対してミラーの向きを変えます。上の写真はミラーマウントKS2と位置保持用ポストカラーRMCです。6:1つ目のミラーが入射ビームを反射して2つ目のミラーに送ります。2つのミラー間に必要な距離は、1つ目のミラーのピッチとヨーの両方に依存します。これらのミラーマウントKM100は±4°の範囲に渡りピッチとヨーの調整が可能です。Enlarge図9:これらの値は、図8で説明するセットアップを使用して計算されています。1つ目のミラーのピッチ角は1°と仮定しています。この結果では、ピッチを小さくすると、2つのミラーの間に必要な距離が長くなることを示しています。アジャスタが調整範囲の制限いっぱいまで使用すると安定性が悪くなることを考慮すると、距離をある程度長くすることを許容しても良さそうです。-0.5")位置にあるときでもに反射ビームが受光できる位置を決めるのが目標です。1つ目のミラーのピッチはアジャスタの最大調整範囲である4°と仮定しています。マウント全体をポスト軸中心に回転させ、1つ目のミラーのヨーを変えます。マウントのヨーアジャスタを使用しないのは、ヨー角度は4°以上必要で、かつこのステップではミラーの向きの微調整が必要ないからです。Enlarge図10:このグラフはテーブル面を上から見た位置を示しています。1つ目のミラー(星印)が始点です。mm低い高さ(y2)でビームを受光します。ミラー間の距離は、ピッチ角が一定でも1つ目のミラーのヨー角によって大幅に長くなります。ヨーとピッチを適用するビームステアリングミラーの配置は、一般的に2つのステップで行います。ミラーを大まかな位置と向きで置いてから、向きの微調整を行います。ここの例ではまず調整の最初ステップを行い、その後のピッチとヨーの調整は異なる方法を用いることを想定しています。必要なヨー角度がマウントのアジャスタのヨーの調整範囲よりも大きいことが多いため、ポスト軸中心にマウント全体を回転させることでヨー調整を行います(図7、左)。これでマウントに対する入射ビームの角度が変わります。ヨーアジャスタは使用せず、マウントのピッチアジャスタだけ使用します。ピッチアジャスタは、入射ビームとマウントにおけるすべての軸の両方に対して、ミラーの向きを変えます(図7、右)。ミラーの向きは通常、ポスト軸中心にマウントを回転させることなく、マウントのピッチとヨーのアジャスタを使用して微調整をします。両方のアジャスタを使用することは、ここでご紹介している方法例とは異なる効果でミラーの向きを変えます。反射ビーム上の点の座標1つ目のミラーの中心は、デカルト座標系の始点として選択されています(図7)。Z軸は、入射光とは平行です。Y軸はテーブル面に対して垂直方向です。)は行列代数(例2)を用いて求めることができます。変数Aはスケールファクタです。大きければ大きいほど点とミラーの間の距離は長くなります。例:ステアリングミラーのセットアップこれらの式は、ビームの高さや方向を変えるステアリングミラー2つを配置するのに役立ちます。1つ目のミラーの中心は入射ビームの高さ、2つ目のミラーの中心は新しい光路の高さに設定します。2つ目のミラーは、新しい光路の高さで反射ビームを受光する必要があります。mm低くなっています。ミラーはキネマティックマウントKM100に固定されており、マウントはポストホルダで固定したポストの上に取り付けられています(図6)。マウントのピッチとヨーのアジャスタはそれぞれ調整範囲に±4°の制限があります。この範囲は最初にミラーのピッチを設定するには十分ですが、ミラーのヨーには十分ではありません。代わりに入射ビームとミラー間のヨーは、ポスト軸中心にマウント全体を回転させることで調整します。これによりヨーの調整範囲の制限がなくなります。座標が、1つ目のミラーのヨー角に対してプロットされています。4°)で求められています。このマウントでは最大範囲4°が使用できますが、これよりも小さいピッチ角を使用することをお勧めいたします。小さいピッチ角の方が後に微調整を行う余裕があり、安定性も増します。-0.5"のまま、ピッチ角を1°に変更したときの結果が図9のグラフでご覧いただけます。座標を光学テーブルの位置としてプロットしています。テーブルを上からみたときの位置です。1つ目のミラーの位置は星印、グレーの円は星印中心の同心円です。矢印は反射光の方向で、いずれも異なるヨー角度に相当します。mmに対して算出されています。曲線をグレーの円と比較すると、ヨー角が大きくなると2つのミラーの間の距離を長くする必要があることが示されています。ピッチ角が小さくなっても距離を長くする必要があります。ビームアライメントに関する追加情報はこちらの動画ページでご覧ください。Top3Insights:ビームエキスパンダスクロールするか下のリンクをクリックすると、コリメート方法とコリメートされたビームについての解説をご覧いただけます。コリメート作業は、ガウシアンビームプロファイルを有する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発散を小さくするために行われます。自作のケプラー式ビームレデューサの例ビームレデューサは、低パワーの連続発振(CW)レーザとフリースペース型アイソレータとの間に設置するために設計しました。レーザの波長はアイソレータの動作範囲内でしたが、ビーム径はアイソレータの最大仕様を超えていました。ビームレデューサはケプラー式望遠鏡をベースにして設計し、2つの正レンズを用いて組み立てました。ケプラー式ビームレデューサは、レーザ光のビーム径を縮小するように製作されており、光アイソレータの入射口および出射口でビーム径がクリッピングされることなく通過する必要があります。Enlarge図2:ビームレデューサでは、正の焦点距離を有する2枚のレンズが、各レンズの焦点距離の和に等しい距離で配置されています。縮小率は、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。ビームレデューサの構成部品については上の写真をご覧ください。出射ビームの径は、レンズチューブSM1V10の長さを変えながらビーム径を計測することで、適切に調整することができます。mW(典型値)のコリメートされた連続光を出力します。mmの円内にビームパワーの99%以上が含まれます。mm以下の円内に100%の入射ビームパワーが含まれることを要求しています。mmまで縮小させることで満たすことができ、それによりアイソレータを通過させるためのビームアライメントが容易になります(図1)。縮小率とレンズの選択ビームレデューサは、多くの場合は2枚のレンズを用いたケプラー式またはガリレイ式望遠鏡をベースに設計されます。どちらの方式もこの用途に対しては同様の性能を発揮しますが、ケプラー式の設計では光線追跡のジオメトリを利用してレンズの配置を描画し、さらに出射光のビーム径を表示することが容易なため、ケプラー式による設計を選択しました(図2下)。mm平凸レンズを選択しました。ビーム径よりも大きな有効径のレンズを選択し、レンズの曲面側をコリメート光側に向け、平面側をビームの焦点側に向けて設置することで、収差を小さく抑えることができます(図2下)。mm(Ø1インチ)レンズチューブおよび関連アクセサリに直接取り付けることができます。この縮小率は出射側のレンズの焦点距離を入射側のレンズの焦点距離で除した比にも等しくなります。mm)を0.7としました。mm)の円内に含まれると推定しました。ビームの縮小が広がり角に与える影響ビームレデューサはビームウェスト径を縮小させますが、そのために広がり角を増加させます。mmになりますが、ビームが伝搬するに従って回折効果によってビーム径は拡大します。mm未満でなければなりません。