ビームプロファイルの測定

レーザービームが伝播する時、そのビーム径と空間強度分布は空間的、時間的に変化します。理論によりビームの振る舞いを予測することはできますが、光学素子の製造誤差や、レーザーキャビティに影響を与える周囲の環境により、ビームの検証を余儀なくされます。国際的なレーザー関連団体は、ISO標準11146において具体化された空間強度の測定に関する標準に同意しました。全てのメレスグリオの製品は、この標準に準拠しています。

ビーム径の定義
ビームの境界線は明確に定義されておらず、少なくとも理論では無限大に及んでいます。従って、物理的にしっかりした物体の寸法のようにビーム径を定義することは容易ではありません。一般的に使用されているビーム径は、光軸に対して直交する面で測定されたピーク値の1/e²（13.5％）レベルのビーム強度の幅で定義されます。これはガウシアンビームの伝播より導かれ、TEM₀₀モードで発振しているレーザーに対して適しています。しかしながら、多くのレーザーでは多岐にわたるビーム構造を呈するため、この簡単な定義を適用することには問題があります。従って、ISO標準ではビーム径を実際の強度データーより算出された強度分布の2次モーメントの1/e²レベルと定めています。


ビーム径の測定
ビームプロファイル測定装置は、カメラベースシステム、ナイフエッジスキャナー、スリットスキャナーの3つに大別することができます。これらは特有の長所と短所を持っています。それぞれの測定原理によりわずかに異なる結果が出る可能性があるため、相対的な比較測定を行うには同じ原理を使用する必要があります。

カメラベースのプロファイラ
CCDカメラは、正方形または長方形の2次元アレイを使用します。カメラベースシステムは、ディテクタ表面に入射される光学パターンを瞬時に記録、表示し、ビームの3次元プロファイルを得ることができます。カメラベースのプロファイラは、パルスもしくはCWレーザーの双方に使用することができます。しかしながら、分解能はピクセルサイズによって制限され、60μmを超えるビームの測定に限定されます。

ナイフエッジおよびスリットプロファイラ
これらの装置は、機械的にスリットアパーチャーもしくはナイフエッジがビームを横切ることによりプロファイルを生成します。ナイフエッジプロファイラは、ナイフによって遮られない部分のビームパワーの減少を測定します。一方、スリットプロファイラは、幅の狭いスリットを通り抜けるビームパワーを測定し、その結果を積分します。ビームプロファイルは、測定されたパワーのデーターを基に算出され、表示されます。双方のシステムにおいて、測定されたビームの形状と均一性についての仮定がなされます。これらのシステムでは、数μmまでの小さなビームが測定できますが、カメラベースのシステムによって得られる忠実な情報は得られません（3枚のナイフエッジによるスキャンの場合）。しかしながら、7枚（7方向）のナイフエッジによるスキャンから導かれる3次元再構成トモグラフィ（断層投影法）は、3枚刃のスキャンによる3次元画像や、トモグラフィを用いない7枚刃のスキャンに比べ、はるかに精確です。

ビーム伝播ファクタ（k、1/M²）
伝播ファクタは、以下の式で表されます。

k=1/M² - λ（πW₀θ₀）

ここで、λはビームの波長、W₀はビームウェストでのビーム半径、θ₀はビームのファーフィールド広がり半角であり光学システムを通過する時のガウシアンビームと非ガウシアンビームの関係を表す不変量を示します。もしk=M=1であればこのビームはガウシアンです。また、k＜1（M²＞1）であればビームは非ガウシアンであることを示しますが、全ての標準のガウシアン伝播方式は、適切に修正することで使用することが可能です（例えば>W₀=M×w₀、θ₀=M×θ₀です。ここで、w₀とθ₀は対応するガウシアンパラメータです）。

DPSSレーザー | イオンおよび HeCd | HeNeレーザー | ダイオードレーザーアセンブリ | LDドライバおよびTECコントローラ | レーザー用アクセサリ | ビームアライメントおよび位置測定 | ビームプロファイルおよびM2測定 | フォトダイオード、積分球、増幅器 | パワー/エネルギーメーター | スペクトル解析 | ラボ用アクセサリ