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- Collimate Light Exiting FC/APC-Terminated Fiber
- Low Beam Pointing Error During Adjustment
- Diffraction-Limited Performance
- Available Focal Lengths: 2.0 mm, 4.6 mm, 7.5 mm, and 11.0 mm
CFC11A-C
f = 11.0 mm,
1050 - 1620 nm
(Back View)
CFC2A-B
f = 2.0 mm,
650 - 1050 nm
(Front View)
CFC5A-A
f = 4.6 mm,
350 - 700 nm
(Front View)
Adjustable Aspheric Collimator with an FC/APC Receptacle
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改良点
当社では、性能向上を目指して、こちらの焦点調整可能なファイバーコリメータを再設計しました。以下の点が改善されています。
- 寸法公差をより厳しくして、ポインティングの安定性を向上
- カスタム仕様のネジ加工により、より正確で精密な位置決めを実現
- ロック用止めネジよりも均等に力を加えられるロッキングリングを採用
- レンズセルの安定化
特長
- ファイバからの光を自由空間にコリメート光として出射
- 焦点距離は4種類:2.0 mm、4.6 mm、7.5 mm、11.0 mm
- 非球面レンズのARコーティングは3種類ご用意
- 350～700 nm
- 650～1050 nm(CFC2A-Bは600～1050 nm)
- 1050～1620 nm(CFC2A-Cは1050～1700 nm)
- FC/APCレセプタクル、2.2 mmワイドキー
- 対応するコネクタ(下表参照)使用時は回折限界性能
- 調整時のポインティング誤差：< 15 mrad
当社の焦点調整可能なFC/APCコリメータのステンレススチール製セル内には、バネで押さえられたARコーティング付き非球面レンズが組み込まれています。これらはファイバから出射する光をコリメートするように設計された製品です。ファイバ同士を結合する場合には、当社のFiber Portsあるいはファイバ結合用ナノポジショニングステージのご使用をお勧めします。
コリメータの外側バレルを回すと、筐体内の非球面レンズが光軸に沿って回転せずに移動し、レンズとファイバ先端の間の距離を調整することができます(この距離は下の仕様表の「Fiber-to-Lens Distance」でご覧いただけます)。左下の写真に見えるネジ部分の黒い帯は、外側バレルの推奨移動範囲の末端を示しており、この位置を超えて移動すると性能は保証された仕様値よりも低下します。所定の位置にセットしたら、筐体の外側のローレット加工付きロッキングリングで固定できます。使用方法については右の動画をご覧ください。
こちらのコリメータは非回転のレンズセルを使用しており、また調整機構はビームポインティング誤差を最小化するように設計されています。ポインティングの安定性は、焦点距離が2.0 mmのコリメータでは15 mrad以下、焦点距離が4.6 mmと7.5 mmのコリメータでは5 mrad以下、焦点距離が11.0 mmのコリメータでは1 mrad以下です。仕様の詳細は下の各表をご覧ください。
こちらの焦点調整可能なコリメータは、当社のARコーティング付きシングルモード ファイバーパッチケーブルと組み合わせて使用されることをお勧めします。これらのケーブルでは、透過率を向上させるとともに、ファイバと自由空間の接続面における反射損失を低減するために、ファイバの片端に反射防止コーティングが施されています。代わりに、当社の様々な標準品のファイバーパッチケーブルから選んでご利用いただくことも可能です。
コリメータは、下の写真に示すように筐体のØ15 mmの部分をコリメータ用アダプタAD15F2に固定することで、取り付けられるようになります。アダプタのSM1外ネジを利用すると、当社の様々なに固定することで、取り付けられるようになります。アダプタのSM1外ネジを利用すると、当社の様々なSM1ネジ付きオプトメカニクス部品に組み込むことができます。
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焦点調整可能なコリメータのネジ部分に黒い帯が見えますが、これはコリメータの仕様として定められた調整範囲の限界を示しています。この範囲を超えると、ポインティングの安定性やその他の仕様は保証されません。
| New Item # Prefix | New Pointing Stability | Former-Generation Item # Prefix | Former-Generation Pointing Stability |
|---|---|---|---|
| CFC2A | < 15 mrad | CFC-2X | > 50 mrad (Typ.) |
| CFC5A | < 5 mrad | CFC-5X | > 15 mrad (Typ.) |
| CFC8A | < 5 mrad | CFC-8X | > 7 mrad (Typ.) |
| CFC11A | < 1 mrad | CFC-11X | > 2 mrad (Typ.) |
ポインティングの安定性の向上
当社の調整可能ファイバーコリメータは、ビームポインティング誤差を最小にするために設計を改良しました。寸法公差を慎重に調整することで、右の表のとおり、ポインティングの安定性を大幅に改善することができました。標準的な金属同士の接触点は、時間がたつにつれ摩耗します。当社ではこの影響を最小にし、長期にわたる安定性が保証できるよう、かじりに対して耐性のある材料を選択ています。 また、自社の機械加工設備により、高分解能、優れた偏心、最小限のバックラッシュとなるような特殊なアジャスターネジを特別製造しています。そして、調整中にピッチ・ヨーの動きを防ぐためにレンズセルを固定しています。
ヒステリシスの改善
旧世代の調整可能ファイバーコリメータには、外側バレルの位置とレンズ位置の固定にロック用止めネジを使用していました。この設計ではレンズセルに不要な横からの力が加わり、ミスアライメントならびにより大きいポインティング誤差をもたらしていました。新しいコリメータは回転バレル全体に渡り均一な力を加えるロッキングリングを使用しているため、ビームポインティングの安定性が保たれます。
下のグラフは、当社の調整可能ファイバーコリメータの非球面レンズに施されているARコーティングの反射率の波長特性を示しています。反射率は1面当たりの値です。
下のグラフは、当社の調整機能付きファイバーコリメータに記載された波長の光を入射し、広がり角が最小になるように調整したときの1/e2 ビーム径(理論値)を、伝搬距離の関数として示しています。なお、ビーム径は焦点距離やNAといった非球面レンズの特性に依存しますが、ARコーティングには影響されません。
ビームの広がり角の理論的近似値
仕様表に記載されているビームの広がり角(全角)は、ファイバーコリメータについて計算された理論値です。この広がり角の理論的近似値は、ファイバからの光がガウス型の強度プロファイルを有する場合、下記の計算式により簡単に求めることができます。この計算式は、シングルモードファイバの場合にはよく当てはまりますが、非ガウス型の強度プロファイルの光を出射するマルチモードファイバの場合には実際よりも小さい数値を与えます。
広がり角(全角、単位は°)は以下の式で求められます。
ここでMFDはモードフィールド径、fはコリメータの焦点距離です(注：この式ではMFDとfに同じ単位を使わなければなりません)。
例:
コリメータCFC2A-A (f = 2.0 mm)とシングルモードファイバーパッチケーブルP3-460B-FC-2(488 nmでMFD = 2.8～4.1 µm)を組み合わせて用いた場合を例にしてみます。ここでMFDとしてその平均値(3.5 µm)を使用すると、広がり角は
θ ≈ (0.0035 mm / 2.0 mm) * (180/3.1416) ≈ 0.100° または 1.75 mradとなります。
出射ビーム径の理論的近似値
出射ビーム径の近似値は以下の式で求められます。
ここでλは光の波長、MFDはモードフィールド径、fはコリメータの焦点距離です。
例:
コリメータCFC5A-C (f = 4.6 mm)とパッチケーブル P3-SMF28E-FC-2(平均MFD = 10.4 µm)を組み合わせて1550 nmの光を使用した場合、その出射ビーム径は
4 * (1550 nm) * [4.6 mm / (π · 10.4 µm)] = 0.87 mmとなります。
ビームウェストまでの最大距離の理論的近似値
ビームウェスト最大距離、すなわちコリメーションを維持できるレンズからビームウェストまでの最大距離は、以下の式で近似値が求められます。
ここでfはコリメータの焦点距離、λは光の波長、MFDはモードフィールド径です。
例:
コリメータCFC2A-A (f = 2.0 mm)とシングルモードファイバーパッチケーブルP3-460B-FC-2 (488 nmでMFD = 2.8～4.1 µm)を組み合わせて用いた場合を例にしてみます。MFDとしてその平均値(3.5 µm)を使用すると、波長488 nmにおけるビームウェストまでの最大距離は
(2 mm) + (2 * (2 mm)2 * (488 nm) / (3.1416) * (3.5 µm)2) = 103 mmとなります。
Insights:ビーム解析
こちらのページでは下記について説明しています。
- チョッパーホイールを使用したビームサイズ測定
このほかにも実験・実習や機器に関するヒントをまとめて掲載しています。こちらからご覧ください。
チョッパーホイールを使用したビームサイズ測定
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図2:ブレードは
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。
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図1: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を横切るとき、S字状の曲線がオシロスコープに現れます。
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図4:ガウシアンビームの直径は1/e2強度の幅で表されます。
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図3:信号の立ち上がり時間(tr )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1)。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。
ブレードがθ の角度を掃引すると、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2)。 ホイールの中心からR の距離にあるブレードエッジ上の点は、ビームサイズにほぼ等しい弧の長さ分(Rθ )、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。
例:S曲線の立ち上がりエッジ
ビームに関連する角度ftr )ftr )
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。
最終更新日:2021年6月22日
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| Posted Comments: | |
Yiming Zhang
(posted 2024-03-21 22:53:08.147) Hi Thorlabs tech team,
I would like to report a potential product issue with the CFC8A-x series collimators.
We generally love these collimators for their convenience and stability. However, we have noticed the 7.5mm collimators, out of all focal lengths, repeatedly prove to be very susceptible to mechanical vibration and shock. Dropping a screwdriver onto the optical table where such a collimator is installed would decrease the power of light coupled into a fiber by more than half, whereas your collimators at other focal lengths do not behave as such.
I noticed (by taking these apart and looking at the CAD files) that the 7.5mm collimators have a longer allowed travel range for the piston-like barrel holding the aspheric lens. Typically when optimized for fiber coupling efficiency in the labs, this implies the movable adjustable knob sticks out further from the securely mounted collimator body, which makes it more susceptible to shock. Would you mind testing this at your facilities? We look forward to hearing your findings and possibly seeing revised versions of this product soon!
Best,
Yiming cdolbashian
(posted 2024-03-29 02:34:02.0) Thank you for reaching out to us with this inquiry. Firstly, I am sorry you have had this experience. As you know, and have experienced, the adjustable collimators here are akin to our fixed focus collimators, with the option of z axis translation. As you have noticed, the extra long barrel adjustment yields less thread contact and more torque on the assembly as the barrel is extended. While we always encourage customers to use our products in whatever way they see fit, these components are specifically designed for collimation, not necessarily for coupling as well, due to the issues you have noticed. For an adjustable coupler, we would recommend one of the fiberport collimators, which are much more stable and have 5 degrees of freedom for optimal coupling. |
ファイバーコリメーターセレクションガイド
コリメータの種類または画像をクリックすると、各コリメータの詳細がご覧いただけます。
| Type | Description | |
|---|---|---|
| 焦点固定型FC、APC、SMAファイバーコリメータ |  | こちらのファイバーコリメーターパッケージは、FC/PC、FC/APC、またはSMAコネクタ付きファイバからの出射光をコリメートするように、予めアライメントされています。各コリメーターパッケージは、405 nm～4.55 µmの波長で回折限界性能が得られるように工場で調整されています。設計波長以外でコリメータを使用することは可能ですが、色収差が生じるため最適な性能が得られるのは設計波長においてのみです。非球面レンズの実際の焦点距離は、色収差により波長に依存します。 |
| エアスペース型複レンズ、大径ビームコリメータ |  | 大径ビーム(Ø5.3 mm～Ø8.5 mm)用として、FC/PC、FC/APC、SMAコネクタ付きエアスペース型複レンズコリメータをご用意しています。こちらのコリメーターパッケージは、FCやSMAコネクタ付きファイバからの出射光をコリメートし、設計波長で回折限界性能が得られるように工場で予めアライメントされています。 |
| トリプレットレンズコリメータ |  | 高品質なトリプレットコリメーターパッケージは、エアスペース型トリプレットレンズを使用しており、非球面レンズを用いたコリメータよりも優れたビーム品質が得られます。収差の小さいトリプレットを用いることの利点は、M2値として1(ガウシアン)に近い値が得られ、広がり角や波面エラーが小さくなることなどです。 |
| マルチモードファイバ用アクロマティックコリメータ |  | 高NAアクロマティックコリメータは、メニスカスレンズとアクロマティック複レンズを組み合わせることで、可視スペクトル域において球面収差の少ない優れた性能を発揮します。高NAのマルチモードファイバ用に設計されているため、オプトジェネティクスやファイバーフォトメトリの用途に適しています。 |
| 反射型コリメータ |  | 金属コーティング反射型コリメータは、90°軸外放物面(OAP)ミラーをベースにしています。レンズと違い、ミラーは広い波長範囲にわたり焦点距離が変化しません。この特性により、軸外放物面(OAP)ミラーを用いたコリメータは広い波長範囲に対応させるための調整が不要となるため、多色光を用いる用途に適しています。当社の反射型コリメータはシングルモードファイバからの光のコリメートには適していますが、シングルモードファイバへの結合には適していません。当社では、小型で当社の16 mmケージシステムに直接取付け可能な保護膜付き銀コーティングの反射型コリメータもご用意しております。 |
| FiberPort |  | こちらのコンパクトで極めて安定なFiberPortマイクロポジショナは、FC/PC、FC/APCまたはSMAコネクタ付き光ファイバとの光の入出射用として、安定で使いやすいプラットフォームです。シングルモード、マルチモードまたは偏波保持ファイバと組み合わせて使用することができ、ポスト、ステージ、プラットフォーム、レーザなどに取り付けることができます。組み込まれている非球面またはアクロマティックレンズのARコーティングは5種類から選択でき、また5軸のアライメント調整(3つの移動調整と2つの角度調整)が可能です。コンパクトでアライメントの長期安定性に優れたFiberPortは、ファイバへの光の結合、コリメート、組み込み用途(OEM用途)などに適しています。 |
| 調整可能型ファイバーコリメータ |  | このコリメータは、FC/PC、FC/APCまたはSMAコネクタに接続するよう設計されており、内部にはARコーティング付き非球面レンズが取付けられています。非球面レンズとファイバ先端との距離は、焦点距離の変化を補正したり、波長や対象までの距離に合わせて再コリメートしたりするために調整することができます。 |
| アクロマティックファイバーコリメータ、焦点調整可能 |  | 焦点調整の可能な当社のアクロマティックファイバーコリメータは、20 mm、40 mmまたは80 mmの有効焦点距離(EFL) を有し、その光学素子のARコーティングは3種類の広帯域ARコーティングから選ぶことができます。また、接続用コネクタの種類としては、FC/PC、FC/APCまたはSMA905をご用意しています。4枚のレンズを使用したエアスペース型設計であるため、非球面レンズのコリメータに比べてビーム品質に優れ(1に近いM2)、波面誤差は小さくなっています。これらのコリメータは自由空間光のファイバへの結合や、ファイバからの出射光のコリメートなどにご使用いただけます。また、距離をとって配置した2つのコリメータを用いて光を結合させると、光が2番目のコリメータに入る前にそのビームを操作することが可能になります。 |
| ズーム機能付きファイバーコリメータ |  | こちらのコリメータは、ビームをコリメートしたまま、6～18 mmの範囲で焦点距離を変えることができます。そのため、コリメートした状態でビームサイズを変更できます。このデバイスは、用途に適した固定のファイバーコリメータを探す手間を省けるという利点に加え、1つで様々な幅広い用途に対応することができます。FC/PC、FC/APCまたはSMA905コネクタが付いており、反射防止コーティングは3種類からお選びいただけます。 |
| シングルモードファイバーピグテール付きコリメータ |  | シングルモードファイバーピグテール付きコリメータは、長さ1メートルのファイバとそれに対して予めアライメントされたARコーティング付き非球面レンズとで構成されており、532 nm、633 nm、780 nm、850 nm、1030 nm、1064 nm、1310 nm、1550 nmの8波長用の製品をご用意しています。コーティング波長域内のどの波長でもコリメートできますが、設計波長からずれると結合損失が増加します。 |
| 偏波保持ファイバーピグテール付きコリメータ |  | 偏波保持ファイバーピグテール付きコリメータは、長さ1メートルのファイバとそれに対して予めアライメントされたARコーティング付き非球面レンズとで構成されており、633 nm、780 nm、980 nm、1064 nm、1550 nmの5波長用の製品をご用意しています。波長やコネクタについてはカスタム仕様も対応可能です。筐体の外側にはスロー軸と平行なラインが刻印されています。これは入射光の偏光面をアライメントする際の目安としてお使いいただけます。コーティング波長域内のどの波長でもコリメートできますが、設計波長からずれると結合損失が増加します。 |
| GRINレンズコリメータ |  | GRINレンズファイバーコリメータは、630～1550 nmの範囲内の様々な波長に対してアライメントされた製品をご用意しており、FCまたはAPCコネクタ付きもしくはコネクタ無しのタイプからお選びいただけます。この有効径Ø1.8 mmのGRINレンズコリメータは、ファイバへの後方反射光を抑えるためにARコーティングが施されており、標準のシングルモードファイバまたはグレーデッドインデックス(GI)マルチモードファイバに結合されています。 |
| GRINレンズ |  | この屈折率分布型(GRIN)レンズは630 nm、830 nm、1060 nm、1300 nm、または1560 nmの波長用にARコーティングが施されており、光ファイバから出射した光が自由空間の光学系を通過して再度別のファイバに入射するまでの各用途にご利用いただけます。また半導体レーザの出射光のファイバへの結合、ファイバからの出射光のディテクタへの集光、レーザ光のコリメートなどにも適しています。このGRINレンズは当社の ピグテール付きガラスフェルールやGRINレンズ/フェルール用スリーブと組み合わせてお使いいただくこともできます。 |
| Item # | f (mm) | NAa | Input MFDb | Output Waist Diameter (1/e2) | Max Waist Distancec | Pointing Stability During Collimation | Divergenced | Fiber-to-Lens Distancee | AR Coatingf | Compatible Connector |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CFC2A-A | 2.0 | 0.5 | 3.5 µm | 0.36 mmg | 103.4 mmg | < 15 mrad | 0.100°g | 0.4 - 3.0 mm | 350 - 700 nm | 2.2 mm Wide Key FC/APC |
| CFC2A-B | 2.0 | 0.5 | 5.0 µm | 0.43 mmh | 88.6 mmh | < 15 mrad | 0.143°h | 0.4 - 3.0 mm | 600 - 1050 nm | |
| CFC2A-C | 2.0 | 0.5 | 10.4 µm | 0.38 mmi | 38.5 mmi | < 15 mrad | 0.298°i | 0.4 - 3.0 mm | 1050 - 1700 nm |
| Item # | f (mm) | NAa | Input MFDb | Output Waist Diameter (1/e2) | Max Waist Distancec | Pointing Stability During Collimation | Divergenced | Fiber-to-Lens Distancee | AR Coatingf | Compatible Connector |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CFC5A-A | 4.6 | 0.53 | 3.5 µm | 0.82 mmg | 541.2 mmg | < 5 mrad | 0.044°g | 2.4 - 4.9 mm | 350 - 700 nm | 2.2 mm Wide Key FC/APC |
| CFC5A-B | 4.6 | 0.53 | 5.0 µm | 1.00 mmh | 462.6 mmh | < 5 mrad | 0.062°h | 2.4 - 4.9 mm | 650 - 1050 nm | |
| CFC5A-C | 4.6 | 0.53 | 10.4 µm | 0.87 mmi | 197.7 mmi | < 5 mrad | 0.130°i | 2.4 - 4.9 mm | 1050 - 1620 nm |
| Item # | f (mm) | NAa | Input MFDb | Output Waist Diameter (1/e2) | Max Waist Distancec | Pointing Stability During Collimation | Divergenced | Fiber-to-Lens Distancee | AR Coatingf | Compatible Connector |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CFC8A-A | 7.5 | 0.3 | 3.5 µm | 1.33 mmg | 1434.1 mmg | < 5 mrad | 0.027°g | 4.2 - 6.8 mm | 350 - 700 nm | 2.2 mm Wide Key FC/APC |
| CFC8A-B | 7.5 | 0.3 | 5.0 µm | 1.62 mmh | 1225.0 mmh | < 5 mrad | 0.038°h | 4.2 - 6.8 mm | 650 - 1050 nm | |
| CFC8A-C | 7.5 | 0.3 | 10.4 µm | 1.42 mmi | 520.7 mmi | < 5 mrad | 0.079°i | 4.2 - 6.8 mm | 1050 - 1620 nm |
| Item # | f (mm) | NAa | Input MFDb | Output Waist Diameter (1/e2) | Max Waist Distancec | Pointing Stability During Collimation | Divergenced | Fiber-to-Lens Distancee | AR Coatingf | Compatible Connector |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CFC11A-A | 11.0 | 0.3 | 3.5 µm | 1.95 mmg | 3079.7 mmg | < 1 mrad | 0.018°g | 8.6 - 10.9 mm | 350 - 700 nm | 2.2 mm Wide Key FC/APC |
| CFC11A-B | 11.0 | 0.3 | 5.0 µm | 2.38 mmh | 2630.1 mmh | < 1 mrad | 0.026°h | 8.6 - 10.9 mm | 650 - 1050 nm | |
| CFC11A-C | 11.0 | 0.3 | 10.4 µm | 2.09 mmi | 1114.9 mmi | < 1 mrad | 0.054°i | 8.6 - 10.9 mm | 1050 - 1620 nm |
 FC/APCコリメータ |