マウント付きレトロリフレクター、内部全反射

180° Reflection Inverts Image
<3 arcsec Beam Deviation
3 AR Coating Ranges from 350 to 1700 nm
Mounted in SM-Threaded Lens Tubes

PS976M

Uncoated,
SM2 Mount

PS975M-B

ARC: 650 - 1050 nm,
SM1 Mount

PS974M-C

ARC: 1050 - 1700 nm,
SM05 Mount

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概要
グラフ
実験データ
損傷閾値
LIDTの計算
ネジ仕様
Insights-レトロリフレクタ
プリズムガイド
Feedback

Common Specifications
Prism Material	N-BK7^a Grade A Fine Anneal
N-BK7 Transmission Range	350 - 2000 nm
AR Coating	R_avg < 0.5% at AOI = 0°
Prism Diameter Tolerance	+0.0 / -0.1 mm
Clear Aperture	70% of Diameter
Surface Flatness	λ/10 @ 633 nm
Surface Quality	40-20 Scratch-Dig
Beam Deviation^b	<　3 arcsec
Design Wavelength	633 nm

基板ガラスの仕様の詳細はリンクをクリックしてご覧ください。
入射ビームと反射ビームの間の角度

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マウント付きレトロリフレクタの寸法

特長

N-BK7ガラス製
上下左右の反転した像を180°方向に反射
4種類のサイズ

Ø10.0 mm、SM05ネジレンズチューブ付き
Ø12.7 mm、SM05ネジレンズチューブ付き
Ø25.4 mm、SM1ネジレンズチューブ付き
Ø50.0 mm、SM2ネジレンズチューブ付き

4種類のARコーティング
- コーティング無し(350～2000 nm)
- Aコーティング付き入射面(350～700 nm)
- Bコーティング付き入射面(650～1050 nm)
- Cコーティング付き入射面(1050～1700 nm)

こちらのマウント付きレトロリフレクタは単体のN-BK7ガラスから作られた三面体プリズムです。当社ではコーティング無しのレトロリフレクタのほかに、350～700 nm、650～1050 nm、1050～1700 nmの3種類のARコーティングのうちのいずれかを施した製品をご用意しております。反射面にはコーティングが施されておらず、内部全反射(TIR)で反射されます。当社では、背面にコーティングを施し、その第2の表面で鏡面反射をする背面コーティング付きレトロリフレクタもご提供しています。こちらでは偏光の変化が10°以内となり、楕円率も小さく抑えられます(詳細は「実験データ」タブをご参照ください)。

このプリズムは、一般にコーナーキューブとも呼ばれています。このページでご紹介しているプリズムは、刻印付きのSMネジレンズチューブに取り付けられています。プリズムのサイズは、Ø10.0 mm(レンズチューブSM05L05付き)、Ø12.7 mm(レンズチューブSM05L05付き)、Ø25.4 mm(レンズチューブSM1L10付き)、Ø50.0 mm(レンズチューブSM2L20付き)の4種類をご用意しております。各レトロリフレクタは、Delrin製^®*取付けアダプタによってレンズチューブの中央に取付けられ、低応力固定リングで固定されています。レトロリフレクタは、よく移動ステージと組み合わせてオプティカルディレイラインを構成するのに使用されます。

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固定式レンズマウントLMR1(/M)に取付けられたØ25.4 mmレトロリフレクタ

動画ではレトロリフレクタを通過するビームの光路をご覧いただけます。

レトロリフレクタープリズム
レトロリフレクタは、3回の反射によって、像やビームを元の方向に向かって反射します。反射は反射面のコーティングの有無によって内部全反射(TIR)あるいは鏡面反射となります。ビームや像は、入射角が0°でない場合でも、反転して180°の方向に反射します。これらのプリズムはアライメントの影響を受けないため、レトロリフレクタに適した光学素子です。これらのレトロリフレクタープリズムでは、入射ビームと反射ビームの間の角度は3 arcsec以内です。しかし、入射ビームと反射ビームが光学素子の正確な中心を通過しないと、これらのビームはオーバーラップせずに、お互いにシフトします。たとえば、入射ビームが光学素子の中心より3 mm右にずれると、反射ビームは中心より3 mm左にずれて出射します。このプリズムは、下表の最大ビーム径のビームに対してレトロリフレクタとしてお使いいただけます。

また、レトロリフレクタを通過したビームは、偏光状態が変化します。詳細については「実験データ」タブをご参照ください。なお、この変化は反射面が金コーティングされたレトロリフレクタでは小さく抑えることができます。

レンズチューブ用マウント
こちらのマウント付きレトロリフレクタープリズムは当社のレンズチューブ、ケージシステムおよび固定式レンズマウント (左写真参照)に直接取付けが可能なため、光学系にスムーズに組み込むことができます。また、筐体があることで、プリズム表面への指紋の付着や損傷の危険性を軽減します。型番や機能の概略図が刻印されているため、製品の識別も容易です。

ご用途に適したプリズムの選択については、上記の「プリズムガイド」タブをクリックしてご参照ください。

*Delrin^®はDuPont Polymers社の登録商標です。

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生データはこちらからご覧いただけます。
青い領域は仕様の波長範囲350～700 nmを示しています。
なお、こちらは1面当たりの反射率(測定値)です。

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生データはこちらからご覧いただけます。
厚さ10 mmのN-BK7基板の透過率を示したグラフです。

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生データはこちらからご覧いただけます。
青い領域は仕様の波長範囲650～1050 nmを示しています。
なお、こちらは1面当たりの反射率(測定値)です。

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生データはこちらからご覧いただけます。
青い領域は仕様の波長範囲1050～1700 nmを示しています。
なお、こちらは1面当たりの反射率(測定値)です。

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レトロリフレクタによる偏光状態の変化

当社のレトロリフレクタを透過したビームの偏光状態の測定結果です。偏光依存の実験においては、入射ビームの偏光状態がレトロリフクレタによってどのように変化するかを理解することが重要です。レトロリフレクタの基板に垂直方向に入射したビームは約55°の入射角でプリズムの各表面に当たります[1]。s波とp波には反射表面によって異なった位相遅れが生じ、それぞれ分岐します。レトロリフレクタの基板は六分儀として考えます。六分儀の1つに入射したビームは対頂角にあるもう一方に再帰反射します(右図をご覧ください)。偏光状態の変化はビームの初期偏光条件と入射した六分儀に依存します。

実験には旧製品の安定化HeNeレーザHRS015 を使用しました(代替品はHRS015Bとなります)。ビームをØ25.4 mm(Ø1インチ)N-BK7プリズムレトロリフレクタに透過させ、偏光子を透過後の光出力を測定しました。出力測定は、偏光子を水平、垂直、そして±45°の方向に置いた状態で行いました。次に、光路上の偏光子の前に1/4波長板をファスト軸を水平にアライメントした状態で設置しました。この時の光出力は偏光子を±45°に設置した状態で記録しました。計6つの測定値からストークスパラメータを算出したところ、楕円偏光となりました。

Click for full Lab Facts summary

下はレトロリフクレタを透過した偏光の測定結果の概略図です。左下は垂直方向に偏光したビームを入射した場合の出射ビームを、右下は水平方向に偏光したビームを入射した場合の出射ビームの偏光状態を、それぞれ六分儀で示しています。この図の下をさらにクリックしていただくとご覧になれる図では、Aは楕円偏光の長軸を、Bは短軸を表します。 Θは水平線から長軸までの角度です。矢印は偏光の方向を示しています。この測定結果により、レトロリフレクタを透過したビームの偏光状態は、入射されたビームの初期偏光条件だけではなく、ビームが入射した六分儀によって変化することを立証しています。この実験に使用された装置や実験結果のまとめはこちらをクリックしてご覧ください。

Vertical Polarization Output Polarization

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Horizontal Polarization Output Polarization

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参考文献

レトロリフレクタの偏光状態の変化は様々な方法によって研究されてきました。固有偏光状態[2 - 4]、内部反射による変化を利用した内部入射角[5]、ならびに解析幾何学[1]です。こちらでは、レトロリフクレタを透過したビームの偏光状態の実験結果を示し[1]の理論と比較しました。

[1] J. Liu and R. M. A. Azzam, "Polarization properties of corner-cube retroreflectors: theory and experiment," Applied Optics 36, 1553-1559 (1997).
[2] E. R. Peck, "Polarization properties of corner reflectors and cavities," J. Opt. Soc. Am. 52, 253-257 (1962).
[3] P. Rabinowitz, S. F. Jacobs, T. Shultz, and G. Gould, "Cube-corner Fabry-Perot interferometer," J. Opt. Soc. Am. 52, 452-453 (1962).
[4] P.I Lamekin, "Intrinsic polarization states of corner reflectors," Sov. J. Opt. Tech. 54, 658-661 (1987).
[5] M. A. Acharekar, "Derivation of internal incidence angles and coordinate transformations between internal reflections for corner reflectors at normal incidence," Opt. Eng. 23, 669-674 (1984).

N-BK7 Damage Threshold Specifications
Coating Designation (Item # Suffix)	Damage Threshold
-A	7.5 J/cm² at 532 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.456 mm
-B	7.5 J/cm² at 810 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.144 mm
-C	7.5 J/cm² at 1542 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.123 mm

当社のARコーティング付きN-BK7レトロリフレクタの損傷閾値データ

右の仕様は当社のARコーティング付きN-BK7レトロリフレクタープリズムの測定値です。損傷閾値の仕様はコーティングの種類が同じであればプリズムのサイズにかかわらず同じです。

レーザによる損傷閾値について

このチュートリアルでは、レーザ損傷閾値がどのように測定され、使用する用途に適切な光学素子の決定にその値をどのようにご利用いただけるかを総括しています。お客様のアプリケーションにおいて、光学素子を選択する際、光学素子のレーザによる損傷閾値(Laser Induced Damage Threshold ：LIDT)を知ることが重要です。光学素子のLIDTはお客様が使用するレーザの種類に大きく依存します。連続(CW)レーザは、通常、吸収(コーティングまたは基板における)によって発生する熱によって損傷を引き起こします。一方、パルスレーザは熱的損傷が起こる前に、光学素子の格子構造から電子が引き剥がされることによって損傷を受けます。ここで示すガイドラインは、室温で新品の光学素子を前提としています(つまり、スクラッチ&ディグ仕様内、表面の汚染がないなど)。光学素子の表面に塵などの粒子が付くと、低い閾値で損傷を受ける可能性があります。そのため、光学素子の表面をきれいで埃のない状態に保つことをお勧めします。光学素子のクリーニングについては「光学素子クリーニングチュートリアル」をご参照ください。

テスト方法

当社のLIDTテストは、ISO/DIS 11254およびISO 21254に準拠しています。

初めに、低パワー/エネルギのビームを光学素子に入射します。その光学素子の10ヶ所に1回ずつ、設定した時間(CW)またはパルス数(決められたprf)、レーザを照射します。レーザを照射した後、倍率約100倍の顕微鏡を用いた検査で確認し、すべての確認できる損傷を調べます。特定のパワー/エネルギで損傷のあった場所の数を記録します。次に、そのパワー/エネルギを増やすか減らすかして、光学素子にさらに10ヶ所レーザを照射します。このプロセスを損傷が観測されるまで繰返します。損傷閾値は、光学素子が損傷に耐える、損傷が起こらない最大のパワー/エネルギになります。1つのミラーBB1-E02の試験結果は以下のようなヒストグラムになります。

上の写真はアルミニウムをコーティングしたミラーでLIDTテストを終えたものです。このテストは、損傷を受ける前のレーザのエネルギは0.43 J/cm² (1064 nm、10 ns pulse、 10 Hz、Ø1.000 mm)でした。

Example Test Data
Fluence	# of Tested Locations	Locations with Damage	Locations Without Damage
1.50 J/cm²	10	0	10
1.75 J/cm²	10	0	10
2.00 J/cm²	10	0	10
2.25 J/cm²	10	1	9
3.00 J/cm²	10	1	9
5.00 J/cm²	10	9	1

試験結果によれば、ミラーの損傷閾値は 2.00 J/cm² (532 nm、10 ns pulse、10 Hz、 Ø0.803 mm)でした。尚、汚れや汚染によって光学素子の損傷閾値は大幅に低減されるため、こちらの試験はクリーンな光学素子で行っています。また、特定のロットのコーティングに対してのみ試験を行った結果ではありますが、当社の損傷閾値の仕様は様々な因子を考慮して、実測した値よりも低めに設定されており、全てのコーティングロットに対して適用されています。

CWレーザと長パルスレーザ

光学素子がCWレーザによって損傷を受けるのは、通常バルク材料がレーザのエネルギを吸収することによって引き起こされる溶解、あるいはAR(反射防止)コーティングのダメージによるものです[1]。1 µsを超える長いパルスレーザについてLIDTを論じる時は、CWレーザと同様に扱うことができます。

パルス長が1 nsと1 µs の間のときは、損傷は吸収、もしくは絶縁破壊のどちらかで発生していると考えることができます(CWとパルスのLIDT両方を調べなければなりません)。吸収は光学素子の固有特性によるものか、表面の不均一性によるものかのどちらかによって起こります。従って、LIDTは製造元の仕様以上の表面の質を有する光学素子にのみ有効です。多くの光学素子は、ハイパワーCWレーザで扱うことができる一方、アクロマティック複レンズのような接合レンズやNDフィルタのような高吸収光学素子は低いCWレーザ損傷閾値になる傾向にあります。このような低い損傷閾値は接着剤や金属コーティングにおける吸収や散乱によるものです。

Linear Power Density Scaling

線形パワー密度におけるLIDTに対するパルス長とスポットサイズ。長パルス～CWでは線形パワー密度はスポットサイズにかかわらず一定です。このグラフの出典は[1]です。

繰返し周波数(prf)の高いパルスレーザは、光学素子に熱的損傷も引き起こします。この場合は吸収や熱拡散率のような因子が深く関係しており、残念ながらprfの高いレーザが熱的影響によって光学素子に損傷を引き起こす場合の信頼性のあるLIDTを求める方法は確立されておりません。prfの大きいビームでは、平均出力およびピークパワーの両方を等しいCW出力と比較する必要があります。また、非常に透過率の高い材料では、prfが上昇してもLIDTの減少は皆無かそれに近くなります。

ある光学素子の固有のCWレーザの損傷閾値を使う場合には、以下のことを知る必要があります。

レーザの波長
ビーム径(1/e²)
ビームのおおよその強度プロファイル(ガウシアン型など)
レーザのパワー密度(トータルパワーをビームの強度が1/e²の範囲の面積で割ったもの)

ビームのパワー密度はW/cmの単位で計算します。この条件下では、出力密度はスポットサイズとは無関係になります。つまり、スポットサイズの変化に合わせてLIDTを計算し直す必要がありません(右グラフ参照)。平均線形パワー密度は、下の計算式で算出できます。

ここでは、ビーム強度プロファイルは一定であると仮定しています。次に、ビームがホットスポット、または他の不均一な強度プロファイルの場合を考慮して、おおよその最大パワー密度を計算する必要があります。ご参考までに、ガウシアンビームのときはビームの強度が1/e²の2倍のパワー密度を有します(右下図参照)。

次に、光学素子のLIDTの仕様の最大パワー密度を比較しましょう。損傷閾値の測定波長が光学素子に使用する波長と異なっている場合には、その損傷閾値は適宜補正が必要です。おおよその目安として参考にできるのは、損傷閾値は波長に対して比例関係であるということです。短い波長で使う場合、損傷閾値は低下します(つまり、1310 nmで10 W/cmのLIDTならば、655 nmでは5 W/cmと見積もります)。

CW Wavelength Scaling

この目安は一般的な傾向ですが、LIDTと波長の関係を定量的に示すものではありません。例えば、CW用途では、損傷はコーティングや基板の吸収によってより大きく変化し、必ずしも一般的な傾向通りとはなりません。上記の傾向はLIDT値の目安として参考にしていただけますが、LIDTの仕様波長と異なる場合には当社までお問い合わせください。パワー密度が光学素子の補正済みLIDTよりも小さい場合、この光学素子は目的の用途にご使用いただけます。

当社のウェブ上の損傷閾値の仕様と我々が行った実際の実験の値の間にはある程度の差があります。これはロット間の違いによって発生する誤差を許容するためです。ご要求に応じて、当社は個別の情報やテスト結果の証明書を発行することもできます。損傷解析は、類似した光学素子を用いて行います(お客様の光学素子には損傷は与えません)。試験の費用や所要時間などの詳細は、当社までお問い合わせください。

パルスレーザ

先に述べたように、通常、パルスレーザはCWレーザとは異なるタイプの損傷を光学素子に引き起こします。パルスレーザは損傷を与えるほど光学素子を加熱しませんが、光学素子から電子をひきはがします。残念ながら、お客様のレーザに対して光学素子のLIDTの仕様を照らし合わせることは非常に困難です。パルスレーザのパルス幅に起因する光学素子の損傷には、複数の形態があります。以下の表中のハイライトされた列は当社の仕様のLIDT値が当てはまるパルス幅に対する概要です。

パルス幅が10^-9 sより短いパルスについては、当社の仕様のLIDT値と比較することは困難です。この超短パルスでは、多光子アバランシェ電離などのさまざまなメカニクスが損傷機構の主流になります[2]。対照的に、パルス幅が10^-7 sと10^-4 sの間のパルスは絶縁破壊、または熱的影響により光学素子の損傷を引き起こすと考えられます。これは、光学素子がお客様の用途に適しているかどうかを決定するために、レーザービームに対してCWとパルス両方による損傷閾値を参照しなくてはならないということです。

Pulse Duration	t < 10^-9 s	10^-9 < t < 10^-7 s	10^-7 < t < 10^-4 s	t > 10^-4 s
Damage Mechanism	Avalanche Ionization	Dielectric Breakdown	Dielectric Breakdown or Thermal	Thermal
Relevant Damage Specification	No Comparison (See Above)	Pulsed	Pulsed and CW	CW

お客様のパルスレーザに対してLIDTを比較する際は、以下のことを確認いただくことが重要です。

Energy Density Scaling

エネルギ密度におけるLIDTに対するパルス長＆スポットサイズ。短パルスでは、エネルギ密度はスポットサイズにかかわらず一定です。このグラフの出典は[1]です。

レーザの波長
ビームのエネルギ密度(トータルエネルギをビームの強度が1/e²の範囲の面積で割ったもの)
レーザのパルス幅
パルスの繰返周波数(prf)
実際に使用するビーム径(1/e² )
ビームのおおよその強度プロファイル(ガウシアン型など)

ビームのエネルギ密度はJ/cm²の単位で計算します。右のグラフは、短パルス光源には、エネルギ密度が適した測定量であることを示しています。この条件下では、エネルギ密度はスポットサイズとは無関係になります。つまり、スポットサイズの変化に合わせてLIDTを計算し直す必要がありません。ここでは、ビーム強度プロファイルは一定であると仮定しています。ここで、ビームがホットスポット、または他の不均一な強度プロファイルの場合を考慮して、おおよその最大パワー密度を計算する必要があります。ご参考までに、ガウシアンビームのときは一般にビームの強度が1/e²のときの2倍のパワー密度を有します。

次に、光学素子のLIDTの仕様と最大エネルギ密度を比較しましょう。損傷閾値の測定波長が光学素子に使用する波長と異なっている場合には、その損傷閾値は適宜補正が必要です[3]。経験則から、損傷閾値は波長に対して以下のような平方根の関係であるということです。短い波長で使う場合、損傷閾値は低下します(例えば、1064 nmで 1 J/cm²のLIDTならば、532 nmでは0.7 J/cm²と計算されます)。

Pulse Wavelength Scaling

波長を補正したエネルギ密度を得ました。これを以下のステップで使用します。

ビーム径は損傷閾値を比較する時にも重要です。LIDTがJ/cm²の単位で表される場合、スポットサイズとは無関係になりますが、ビームサイズが大きい場合、LIDTの不一致を引き起こす原因でもある不具合が、より明らかになる傾向があります[4]。ここで示されているデータでは、LIDTの測定には＜1 mmのビーム径が用いられています。ビーム径が5 mmよりも大きい場合、前述のようにビームのサイズが大きいほど不具合の影響が大きくなるため、LIDT (J/cm²)はビーム径とは無関係にはなりません。

次に、パルス幅について補正します。パルス幅が長くなるほど、より大きなエネルギに光学素子は耐えることができます。パルス幅が1～100 nsの場合の近似式は以下のようになります。

Pulse Length Scaling

お客様のレーザのパルス幅をもとに、光学素子の補正されたLIDTを計算するのにこの計算式を使います。お客様の最大エネルギ密度が、この補正したエネルギ密度よりも小さい場合、その光学素子はお客様の用途でご使用いただけます。ご注意いただきたい点は、10^-9 s と10^-7 sの間のパルスにのみこの計算が使えることです。パルス幅が10^-7 sと10^-4 sの間の場合には、CWのLIDTも調べなければなりません。

当社のウェブ上の損傷閾値の仕様と我々が行った実際の実験の値の間にはある程度の差があります。これはロット間の違いによって発生する誤差を許容するためです。ご要求に応じて、当社では個別のテスト情報やテスト結果の証明書を発行することも可能です。詳細は、当社までお問い合わせください。

[1] R. M. Wood, Optics and Laser Tech. 29, 517 (1998).
[2] Roger M. Wood, Laser-Induced Damage of Optical Materials (Institute of Physics Publishing, Philadelphia, PA, 2003).
[3] C. W. Carr et al., Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[4] N. Bloembergen, Appl. Opt. 12, 661 (1973).

レーザーシステムが光学素子に損傷を引き起こすかどうか判断するプロセスを説明するために、レーザによって引き起こされる損傷閾値(LIDT)の計算例をいくつかご紹介します。同様の計算を実行したい場合には、右のボタンをクリックしてください。計算ができるスプレッドシートをダウンロードいただけます。ご使用の際には光学素子のLIDTの値と、レーザーシステムの関連パラメータを緑の枠内に入力してください。スプレッドシートでCWならびにパルスの線形パワー密度、ならびにパルスのエネルギ密度を計算できます。これらの値はスケーリング則に基づいて、光学素子のLIDTの調整スケール値を計算するのに用いられます。計算式はガウシアンビームのプロファイルを想定しているため、ほかのビーム形状(均一ビームなど)には補正係数を導入する必要があります。 LIDTのスケーリング則は経験則に基づいていますので、確度は保証されません。なお、光学素子やコーティングに吸収があると、スペクトル領域によってLIDTが著しく低くなる場合があります。LIDTはパルス幅が1ナノ秒(ns)未満の超短パルスには有効ではありません。

ガウシアンビームの最大強度は均一ビームの約2倍です。

CWレーザの例
波長1319 nm、ビーム径(1/e²)10 mm、パワー0.5 Wのガウシアンビームを生成するCWレーザーシステム想定します。このビームの平均線形パワー密度は、全パワーをビーム径で単純に割ると0.5 W/cmとなります。

CW Wavelength Scaling

しかし、ガウシアンビームの最大パワー密度は均一ビームの約2倍です(右のグラフ参照)。従って、システムのより正確な最大線形パワー密度は1 W/cmとなります。

アクロマティック複レンズAC127-030-CのCW LIDTは、1550 nmでテストされて350 W/cmとされています。CWの損傷閾値は通常レーザ光源の波長に直接スケーリングするため、LIDTの調整値は以下のように求められます。

CW Wavelength Scaling

LIDTの調整値は350 W/cm x (1319 nm / 1550 nm) = 298 W/cmと得られ、計算したレーザーシステムのパワー密度よりも大幅に高いため、この複レンズをこの用途に使用しても安全です。

ナノ秒パルスレーザの例:パルス幅が異なる場合のスケーリング
出力が繰返し周波数10 Hz、波長355 nm、エネルギ1 J、パルス幅2 ns、ビーム径(1/e²)1.9 cmのガウシアンビームであるNd:YAGパルスレーザーシステムを想定します。各パルスの平均エネルギ密度は、パルスエネルギをビームの断面積で割って求めます。

Pulse Energy Density

上で説明したように、ガウシアンビームの最大エネルギ密度は平均エネルギ密度の約2倍です。よって、このビームの最大エネルギ密度は約0.7 J/cm²です。

このビームのエネルギ密度を、広帯域誘電体ミラーBB1-E01のLIDT 1 J/cm²、そしてNd:YAGレーザーラインミラーNB1-K08のLIDT 3.5 J/cm²と比較します。LIDTの値は両方とも、波長355 nm、パルス幅10 ns、繰返し周波数10 Hzのレーザで計測しました。従って、より短いパルス幅に対する調整を行う必要があります。 1つ前のタブで説明したようにナノ秒パルスシステムのLIDTは、パルス幅の平方根にスケーリングします:

Pulse Length Scaling

この調整係数により広帯域誘電体ミラーBB1-E01のLIDTは0.45 J/cm²に、Nd:YAGレーザーラインミラーのLIDTは1.6 J/cm²になり、これらをビームの最大エネルギ密度0.7 J/cm²と比較します。広帯域ミラーはレーザによって損傷を受ける可能性があり、より特化されたレーザーラインミラーがこのシステムには適していることが分かります。

ナノ秒パルスレーザの例:波長が異なる場合のスケーリング
波長1064 nm、繰返し周波数2.5 Hz、パルスエネルギ100 mJ、パルス幅10 ns、ビーム径(1/e²)16 mmのレーザ光を、NDフィルタで減衰させるようなパルスレーザーシステムを想定します。これらの数値からガウシアン出力における最大エネルギ密度は0.1 J/cm²になります。Ø25 mm、OD 1.0の反射型NDフィルタ NDUV10Aの損傷閾値は355 nm、10 nsのパルスにおいて0.05 J/cm²で、同様の吸収型フィルタ NE10Aの損傷閾値は532 nm、10 nsのパルスにおいて10 J/cm²です。1つ前のタブで説明したように光学素子のLIDTは、ナノ秒パルス領域では波長の平方根にスケーリングします。

Pulse Wavelength Scaling

スケーリングによりLIDTの調整値は反射型フィルタでは0.08 J/cm²、吸収型フィルタでは14 J/cm²となります。このケースでは吸収型フィルタが光学損傷を防ぐには適した選択肢となります。

マイクロ秒パルスレーザの例
パルス幅1 µs、パルスエネルギ150 µJ、繰返し周波数50 kHzで、結果的にデューティーサイクルが5%になるレーザーシステムについて考えてみます。このシステムはCWとパルスレーザの間の領域にあり、どちらのメカニズムでも光学素子に損傷を招く可能性があります。レーザーシステムの安全な動作のためにはCWとパルス両方のLIDTをレーザーシステムの特性と比較する必要があります。

この比較的長いパルス幅のレーザが、波長980 nm、ビーム径(1/e²)12.7 mmのガウシアンビームであった場合、線形パワー密度は5.9 W/cm、1パルスのエネルギ密度は1.2 x 10^-4 J/cm²となります。これをポリマーゼロオーダ1/4波長板WPQ10E-980のLIDTと比較してみます。CW放射に対するLIDTは810 nmで5 W/cm、10 nsパルスのLIDTは810 nmで5 J/cm²です。前述同様、光学素子のCW LIDTはレーザ波長と線形にスケーリングするので、CWの調整値は980 nmで6 W/cmとなります。一方でパルスのLIDTはレーザ波長の平方根とパルス幅の平方根にスケーリングしますので、1 µsパルスの980 nmでの調整値は55 J/cm²です。光学素子のパルスのLIDTはパルスレーザのエネルギ密度よりはるかに大きいので、個々のパルスが波長板を損傷することはありません。しかしレーザの平均線形パワー密度が大きいため、高出力CWビームのように光学素子に熱的損傷を引き起こす可能性があります。

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ネジ仕様

下記はネジの概要についての説明です。仕様や寸法の詳細については、市販のMachinery's Handbook等をご参照ください。

ネジ山の名称
ネジ山は頂点(crest)、斜面(flank)、谷(root)の3つが繰り返されることで構成されています(右図参照)。特殊な場合を除き、ネジ山は、頂点または谷の中心に垂直な線を描いたとき、両側が対称的で、同じ角度で傾斜しています。隣り合うネジ山の間の距離はネジピッチと呼ばれます。フランク角とは、ネジ軸に対して垂直な線と斜面がなす角度と定義します。別途特記のない限り、ネジ山の斜面角度は30°なので、斜面と斜面の間の角度は合計で60°となります。それぞれの名称は右の図で示されています。

ネジの外径はネジ山の頂点の径、内径はネジの谷の径となります。ほとんどのネジでは頂点や谷の先端が鋭点ではないため、外径や内径の定義には頂点や谷を丸めた値が含まれています。ピッチ径は、外径と内径のおおよその中間値となります。　

Thread Form
Thread Formはネジの特長を定義しています。世界の多くで使用されているのはISOミリネジで、国際単位系で測定されています。またアメリカではインチ単位で測定されたユニファイネジが一般的です。ユニファイネジには様々な形状がありますが、UN規格は谷の輪郭が平ら、UNR規格では丸くなります。UNやUNRに文字を追加することによりネジ山の形状が詳細に説明されます。例えば谷の輪郭が平ら(UN規格)で極細目(extremely fine)のネジはUNEFネジとなります。またユニファイネジ規格で特殊なネジはUNSネジとなります。　

Thread Series
ほとんどのネジはThread Seriesで識別されます。Thread Seriesは外径とネジ山の密度で示されます。ネジ山の密度はミリネジではネジピッチ、ユニファイネジではThreads per Inch(TPI)で規定されています。ユニファイネジの場合、1/4"-20キャップスクリュのバレルは直径が1/4インチ、ピッチは20 TPIと表されます。ミリ規格のM4 x 0.7キャップスクリュのバレルは直径が4 mm、ピッチが0.7 mmです。M4 x 0.7はよくM4に省略されています。　

Unified Thread Class Tolerancing
Location	Loose	Optimal	Strict
Internal	1B	2B	3B
External	1A	2A	3A

Metric Thread Tolerance Positions
Location	Loose	Optimal	Strict
Internal	-	G	H
External	e or f	g	h

Metric Thread Tolerance Grades
Dimension	Location	Tolerance Grades^a
Minor Diameter	Internal	4, 5, 6, 7, 8
Major Diameter	External	4, 6, 8
Pitch Diameter	Internal	4, 5, 6, 7, 8
Pitch Diameter	External	3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

公差等級が上がると公差が大きくなります。通常の長さのはめあいでは下線が引いてある等級が使用されます。

Thread Class
ネジ山の公差と許容差は、ネジのクラス(thread class)によって示されます。ユニファイネジは英数字で識別されます。数字は1から3まであり、大きいほど公差が厳しくなります。また、Aは外ネジ、Bは内ネジを示しています。

ミリネジは、数字の3から9までの公差等級と、eからhまでの公差位置で公差が決まります。等級がそのまま公差の度合を示しており、数字が小さいほど公差が厳しくなります。位置はピッチ径からの公差の距離を示しています。またアルファベットの大文字は内ネジ、小文字は外ネジです。　

Machinery's Handbook, 29th Edition, p. 1885より(和訳):「公差域クラスは、最初にピッチ径の等級と位置が記述され、次に外ネジの場合は外径のの等級と位置、内ネジの場合は内径の等級と位置が記述されます。よって外ネジの場合は4g6g、内ネジの場合5H6Hというような表記となります。2つの等級と位置が同じの場合は、繰り返す必要がないため、4g4gの場合は4g、5H5Hの場合は5Hとなります。」

当社のSMシリーズ規格
SMシリーズ規格は、当社のレンズチューブやケージシステム部品に使用されています。下表はご用途に合ったコンポーネントを機械加工する際にご参照ください。多くのSMシリーズネジ規格は特殊ネジ(UNSネジ)で、側面角度は30°、ネジクラスは2A および2Bになっております。ただしSM30シリーズネジはミリネジで、側面角度は30°、公差は6H/6gです。当社ではCマウントやRMSネジ付きの製品もご用意しております。ネジ規格は下記をご覧ください。なお、他社製品は公差が下記ネジと異なる場合がありますのでご注意ください。こちらに掲載されていないネジの規格については当社までお問い合わせください。　

SM05 Threading: Ø1/2" Lens Tubes, 16 mm Cage Systems
External Thread, 0.535"-40.0 UNS-2A		Internal Thread, 0.535"-40.0 UNS-2B
Max Major Diameter	0.5340"	Min Major Diameter	0.5350"
Min Major Diameter	0.5289"	Min Pitch Diameter	0.5188"
Max Pitch Diameter	0.5178"	Max Pitch Diameter	0.5230"
Min Pitch Diameter	0.5146"	Min Minor Diameter (and 83.3% of Thread)	0.508"
Max Minor Diameter	0.5069"	Max Minor Diameter (and 64.9% of Thread)	0.514"

RMS Threading: Objective, Scan, and Tube Lenses
External Thread, 0.800"-36.0 UNS-2A		Internal Thread, 0.800"-36.0 UNS-2B
Max Major Diameter	0.7989"	Min Major Diameter	0.8000"
Min Major Diameter	0.7934"	Min Pitch Diameter	0.7820"
Max Pitch Diameter	0.7809"	Max Pitch Diameter	0.7866"
Min Pitch Diameter	0.7774"	Min Minor Diameter (and 83.3% of Thread)	0.770"
Max Minor Diameter	0.7688"	Max Minor Diameter (and 64.9% of Thread)	0.777"

C-Mount Threading: Machine Vision Lenses, CCD/CMOS Cameras
External Thread, 1.000"-32.0 UN-2A		Internal Thread, 1.000"-32.0 UN-2B
Max Major Diameter	0.9989"	Min Major Diameter	1.0000"
Min Major Diameter	0.9929"	Min Pitch Diameter	0.9797"
Max Pitch Diameter	0.9786"	Max Pitch Diameter	0.9846"
Min Pitch Diameter	0.9748"	Min Minor Diameter (and 83.3% of Thread)	0.966"
Max Minor Diameter	0.9651"	Max Minor Diameter (and 64.9% of Thread)	0.974"

SM1 Threading: Ø1" Lens Tubes, 30 mm Cage Systems
External Thread, 1.035"-40.0 UNS-2A		Internal Thread, 1.035"-40.0 UNS-2B
Max Major Diameter	1.0339"	Min Major Diameter	1.0350"
Min Major Diameter	1.0288"	Min Pitch Diameter	1.0188"
Max Pitch Diameter	1.0177"	Max Pitch Diameter	1.0234"
Min Pitch Diameter	1.0142"	Min Minor Diameter (and 83.3% of Thread)	1.008"
Max Minor Diameter	1.0068"	Max Minor Diameter (and 64.9% of Thread)	1.014"

SM30 Threading: Ø30 mm Lens Tubes
External Thread, M30.5 x 0.5 – 6H/6g		Internal Thread, M30.5 x 0.5 – 6H/6g
Max Major Diameter	30.480 mm	Min Major Diameter	30.500 mm
Min Major Diameter	30.371 mm	Min Pitch Diameter	30.175 mm
Max Pitch Diameter	30.155 mm	Max Pitch Diameter	30.302 mm
Min Pitch Diameter	30.059 mm	Min Minor Diameter (and 83.3% of Thread)	29.959 mm
Max Minor Diameter	29.938 mm	Max Minor Diameter (and 64.9% of Thread)	30.094 mm

SM1.5 Threading: Ø1.5" Lens Tubes
External Thread, 1.535"-40 UNS-2A		Internal Thread, 1.535"-40 UNS-2B
Max Major Diameter	1.5339"	Min Major Diameter	1.535"
Min Major Diameter	1.5288"	Min Pitch Diameter	1.5188"
Max Pitch Diameter	1.5177"	Max Pitch Diameter	1.5236"
Min Pitch Diameter	1.5140"	Min Minor Diameter (and 83.3% of Thread)	1.508"
Max Minor Diameter	1.5068"	Max Minor Diameter (and 64.9% of Thread)	1.514"

SM2 Threading: Ø2" Lens Tubes, 60 mm Cage Systems
External Thread, 2.035"-40.0 UNS-2A		Internal Thread, 2.035"-40.0 UNS-2B
Max Major Diameter	2.0338"	Min Major Diameter	2.0350"
Min Major Diameter	2.0287"	Min Pitch Diameter	2.0188"
Max Pitch Diameter	2.0176"	Max Pitch Diameter	2.0239"
Min Pitch Diameter	2.0137"	Min Minor Diameter (and 83.3% of Thread)	2.008"
Max Minor Diameter	2.0067"	Max Minor Diameter (and 64.9% of Thread)	2.014"

SM3 Threading: Ø3" Lens Tubes
External Thread, 3.035"-40.0 UNS-2A		Internal Thread, 3.035"-40.0 UNS-2B
Max Major Diameter	3.0337"	Min Major Diameter	3.0350"
Min Major Diameter	3.0286"	Min Pitch Diameter	3.0188"
Max Pitch Diameter	3.0175"	Max Pitch Diameter	3.0242"
Min Pitch Diameter	3.0133"	Min Minor Diameter (and 83.3% of Thread)	3.008"
Max Minor Diameter	3.0066"	Max Minor Diameter (and 64.9% of Thread)	3.014"

SM4 Threading: Ø4" Lens Tubes
External Thread, 4.035"-40 UNS-2A		Internal Thread, 4.035"-40.0 UNS-2B
Max Major Diameter	4.0337"	Min Major Diameter	4.0350"
Min Major Diameter	4.0286"	Min Pitch Diameter	4.0188"
Max Pitch Diameter	4.0175"	Max Pitch Diameter	4.0245"
Min Pitch Diameter	4.0131"	Min Minor Diameter (and 83.3% of Thread)	4.008"
Max Minor Diameter	4.0066"	Max Minor Diameter (and 64.9% of Thread)	4.014"

Insights:レトロリフレクタ

こちらのページではコーナーキューブレトロリフレクタ内での光の反射についてご覧いただけます。

ビームのアライメントはレトロリフレクタを通過するビーム光路にどのような影響を及ぼすか
レトロリフレクタープリズムの裏面を金属コーティングする理由は
コーナーキューブへの入射角は出射ビームのパワーに影響を及ぼすか

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。

ビームのアライメントはレトロリフレクタを通過するビーム光路にどのような影響を及ぼすか

Labeled sextants of a retroreflector illustrated in 2D

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図2:ビームが反射されるシークエンスは6通りあります。そのシークエンスは最初にビームが反射される領域によって決まります。上の図は、レトロリフレクタのノーマル軸(本文参照)とほぼ平行な入射ビームに適用されます。矢印はビームの光路、点は反射される位置を示しています。

Labeled Sextants of a cube retroreflector

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図1:図ではコーナーキューブの3つの反射面をそれぞれ色分けして示し、さらにその半分の面を数字で示しています。レトロリフレクタは、入射ビームをそれぞれの面で反射し、入射ビームに平行なビームを出射するように設計されています。

Example beam path through a hollow retroreflector (In 5 Out 2)

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図 4:最初に反射される位置を赤色の面の斜線より下の位置にシフトすると、次は黄色の面で反射されます。青色の面での3回目の反射の後、ビームは図3の出射ビームと平行に出射しますが、その出射面は変化しています。

Example beam path through a hollow retroreflector (In 4 Out 1)

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図 3:ビームがレトロリフレクタのノーマル軸に平行に入射し、最初に赤色の面の斜線より上の位置で反射されたときは、次に青色の面で反射されます。その後、ビームは黄色の面で反射され、レトロリフレクタから出射します。

コーナーキューブから出射したビームは、入射ビームに対して平行に、しかし入射ビームとは反対方向に伝搬します。入射ビームはコーナーキューブの頂点、あるいは3面のうちの1つの面上の１点にアライメントすることができます。入射ビームが頂点にアライメントされているときは、入射ビームと出射ビームは同一線上にあります。入射ビームのスポットが頂点と重ならないときは、2つのビームは分離します。

レトロリフレクタの面の1つにアライメントされた入射ビームは、その面で反射されたのち、レトロリフレクタから出射されるまでに他の2つの面で反射されます。入射角により、ビームが3つの異なる面で反射されるシークエンスは6通りあります。レトロリフレクタ内を通過する光路を選択することは、ビーム位置を最適化し、また偏光に対する影響を最小化するという観点から、非常に有用です。

ビームを特定のシークエンスで反射させたいときには、1つの面に入射するようにビームをアライメントするだけでは不十分です。ビームをその面の適切な半分の面内に入射しなければなりません。

ビーム光路の追跡
レトロリフレクタの頂点を正面から見ると、反射の効果により、3つの面のそれぞれ半分の面に対応する6つの面を見ることができます。ここで、それらの面は斜めの点線で分離して識別されています(図1)。さらに、見やすくするために、レトロリフレクタの3つの面をそれぞれ色分けして示しています。ノーマル軸は図に示されていませんが、頂点を通り、3つのすべての面から等距離にあります。

6通りある反射のシークエンスは、入射角によって異なります。図2はノーマル軸にほぼ平行に入射するビームに対して適用されます。これらの図では中空レトロリフレクタが使用されていますが、反射のシークエンスはプリズムミラーにも当てはまります。

最初に反射された位置により、ビームがレトロリフレクタ内で反射されるシークエンスが決まります。ビームは常に入射面とは異なる面から出射します。

例
図3と4は、入射ビームが最初に左端の垂直な面で反射された時に生じる、2通りの反射の様子を示しています。入射ビームはレトロリフレクタのノーマル軸に平行です。

図3のように、入射ビームが最初に斜線より上の位置で反射されたときは、最後の反射面は水平な面(黄色)になります。一方、入射ビームが最初に斜線より下の位置で反射されたときは、最後の反射面はもう一つの垂直な面(青色)になります。この2つのケースで、出射するビームは互いに平行ですが、その位置は異なっています。

最終更新日:2020年7月8日

レトロリフレクタープリズムの裏面を金属コーティングする理由は

Data plot and graphical Representation of Psi and Chi parameters of polarization ellipses associated with each retroreflector output sextant when input light was polariized vertical

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図6:垂直偏光ビームを内部全反射型のレトロリフレクタープリズム(PS975M)と、裏面に金コーティングが施されたレトロリフレクタープリズム(PS975M-M01B)に入射した結果を示しています。各出射ビームの偏光楕円は、ビームが3回目に反射する領域に示されています。水平軸に対する楕円率( χ )と方位角( ψ )グラフはこちらをご覧ください。

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図5:水平偏光のビームを内部全反射型のレトロリフレクタープリズム(PS975M)と、裏面に金コーティングが施されたレトロリフレクタープリズム(PS975M-M01B)に入射した結果を示しています。各出射ビームの偏光楕円は、ビームが3回目に反射する領域に示されています。水平軸に対する( χ )と方位角( ψ )グラフはこちらをご覧ください。

The percent of light output by each sextant of a retroreflector that is polarized parallel to the input vertically or horizontally polarized light.

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図8:レトロリフレクタは入射光の一部を、入射光の偏光とは直交する偏光に変換します。裏面が金コーティングされたレトロリフレクタープリズム(PS975M-M01B)から出射する光の90%以上は、入射時の偏光状態を維持していました。内部全反射型のレトロリフレクタープリズム(PS975M)の場合、その割合は光路に大きく依存し、80%を超えることはありませんでした。

Relationships between input and output sextants of corner-cube retroreflectors

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図7:レトロリフレクタは、入射ビームが各面で1回反射されるように設計されています。ビームが図5および6の面(紙面)に対してほぼ垂直に入射したとき、ビームは6通りの光路のうちの1つをたどります。

レトロリフレクタープリズムの裏面に金属コーティングが施されていると、出射ビームにおける偏光の変化が大幅に抑えられます。

これは、鏡面反射と内部全反射の違いによるものです。鏡面反射はガラスとガラスよりも屈折率の大きな金属の界面で生じ、内部全反射(TIR)が生じるには裏面側に空気のような屈折率の小さな物質が必要です。

ガラスと金属の界面において発生する鏡面反射では、内部全反射に比べて入射ビームの偏光楕円率が良く保存されます。

偏光と光路
レトロリフレクタを通る光路は、3つの反射面をさらに6つのクサビ形に分割することで表現することができます(図5、6、7)。実線は反射面が物理的に接触する線を示します。点線は各反射面を半分に分ける境界を示しています。

これらの図のレトロリフレクタの各反射面は、紙面に垂直な軸に対してそれぞれが同等に対面するように向かい合っています。図7は、入射ビームが図の面(紙面)に対して垂直な場合について、ビームが入射してから出射するまでの反射の順序を示しています。

出射光の偏光状態
内部全反射型のレトロリフレクタープリズム(PS975M)と裏面が金コーティング付きのレトロリフレクタープリズム(PS975M-M01B)のそれぞれに対して、6回の測定を2セットずつ実施しました。入射光は直線偏光で、1セット目の測定では垂直方向、2セット目では水平方向の偏光で測定しました。各セットでは、それぞれ異なる領域にアライメントされたビームで測定しました。 3回のすべての反射で、ビームは1つの領域内に制限されるようにしました。

図5と6の出射ビームの偏光状態は、偏光楕円を用いて表されています。それぞれの出射ビームの偏光楕円は、3回目に反射される領域内に示されています。

出射ビームは入射ビームと同じ偏光状態を持つことが理想的です。しかしこれらの測定結果は、レトロリフレクタが入射光の一部を、入射光の偏光とは直交する偏光に変換していることを示しています。図8のグラフは、出射ビーム中における、入射光の偏光方向と平行な偏光成分の割合の測定値です。

裏面に金コーティングが施されたレトロリフレクタープリズムでは、入射した直線偏光の偏光状態が大変よく維持されます。

最終更新日:2020年7月7日

コーナーキューブへの入射角は出射ビームのパワーに影響を及ぼすか

Reflections cause multiple beam interference at the output of a retroreflector.

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図10:ガラスと空気の屈折率は異なるため、ビームは前面で反射します。反射された光は出射するまでにレトロリフレクタ内を複数回通過する場合があります。重ねられたコヒーレント光により干渉が生じます。

The primary beam path through a solid prism retroreflector.

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図9:コーナーキューブレトロリフレクタを通過するビームは後方の3つの面で反射され、その順序はビームの入射位置によって決定されます。上図に示す入射ビームの入射角は0°で、頂点から外れています。

Oscillations of the power output by solid prism retroreflectors with uncoated and AR-coated front faces as well as a hollow retroreflector, all as a function of small AOI.

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図12:出射光パワーの入射角依存性の、コーナーキューブレトロリフレクタの種類による差異。図11と同じ方法で測定したデータを、同様に同じスケールで規格化し、見やすいように各グラフを垂直方向にシフトして示しています。前面にARコーティングが施されているリフレクタ(PS975-C)では、振幅が大幅に抑えられています。中空レトロリフレクタ(HRR201-M01)では干渉が観察されませんでした。

Oscillations of the power output by a solid prism retroreflector, as a function of small AOI.

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図11:内部全反射レトロリフレクタープリズム(PS975M)の出射光パワーの入射角依存性(測定値)。入射ビームの光源は1064 nmレーザ光源DBR1064Sで、そのコヒーレンス長は数メートルです。最大の振幅は入射角0°付近にみられ、ここでは1st Passと3rd Passの出射光は重なっていました。1/e²ビーム径は、レトロリフレクタの前面から30 cmの位置で、±1°より大きい入射角では重なりませんでした。

レトロリフレクタープリズムからの出射光のパワーは、入射角(AOI)が変化すると平均値のまわりで振動する場合があります。これは、多重反射干渉によるもので、光源のコヒーレント長がレトロリフレクタ内の光路長の2倍以上あるときに生じることがあります。

レトロリフレクタの前面に反射防止コーティングが施されていると、この変動はすべての入射角において大幅に小さくなります。金属コーティングされた中空レトロリフレクタの出射ビームパワーは、入射角にほぼ依存しません。

光路
これらのコーナーキューブレトロリフレクタでは、入射ビームに対して平行で、かつ反対方向に伝搬するビームが出射されます。図9では1つのビーム路を示しています。

入射角は、レトロリフレクタの前面に垂直な軸を基準にしています。この軸は頂点を通り、また3つの反射面から等距離にあります。

前面での反射
図10に示すように、光はレトロリフレクタの表面と周囲の物質の境界面において反射するかあるいは透過するかによって、レトロリフレクタ内を複数回通過する場合があります。

ガラス製のレトロリフレクタが空気に囲まれているとき、入射光の約96%はレトロリフレクタ内を1回通過して最初に出射する主たるビームとなり、約0.16%はレトロリフレクタ内をもう1巡してから出射します。さらに巡回する光の強度は、ここでは無視できます。

干渉の条件
レトロリフレクタープリズムの出射光は異なる光路長を伝播するビームから構成されているため、次の条件のときに干渉が生じます。

ビームが重なっている。これは入射ビームの入射角が0°に近く、出射光の測定位置がレトロリフレクタに近い場合により生じやすい条件です。より離れた位置で測定した場合、レトロリフレクタの仕様に基づくビームのずれと入射角の影響により、1st Passと3rd Passの出射光はより大きく分離します。
光源のコヒーレント長が、1st Passの光路長とそれに重なる3rd Passの光路長との差よりも長い。

コーナーキューブレトロリフレクタの比較
T小さい入射角での出射光パワーの変化を、次の4種類のコーナーキューブレトロリフレクタで比較しました (内部全反射レトロリフレクタープリズムPS975M、裏面に金コーティング付きのレトロリフレクタープリズムPS975M-M01B、前面にARコーティング付きの内部全反射レトロリフレクタープリズムPS975M-C、中空レトロリフレクタHRR201-M01)。光源にはコヒーレンス長が数メートルの1064 nm半導体レーザDBR1064Sを使用し、パワーディテクタはレトロリフレクタの前面から30 cmの位置に配置しました。1面につき1回の反射となるように十分小さなビームサイズに設定しました。

図11は内部全反射レトロリフレクタープリズムの測定値で、グラフは規格化されています。入射角が大きくなると、1st Passと3rd Passの出射ビームは互いに離れていきました。入射角が約±1°より大きくなると、ビームの1/e²径は重ならなくなりました。これにより振幅は入射角の増加とともに小さくなりました。ディテクタの位置をレトロリフレクタの前面に近付けると、振動が著しい入射角の範囲は大きくなります。

図12では、図11のグラフにほかの3種類のレトロリフレクタの測定データを加えています。同じスケールに規格化していますが、見やすいよう垂直方向にシフトさせています。この結果から、前面にARコーティングを施すと、レトロリフレクタープリズムからの出射光におけるパワー変動の振幅を抑えられることが分かります。中空レトロリフレクタの出射光パワーが変動しないのは、前面に物質の境界面が無いためです。

最終更新日:2020年7月7日

プリズムのセレクションガイド

当社では、光の反射、反転、回転、分散、偏向、コリメートなどのために、様々なプリズムをご用意しています。下記に掲載されていないプリズムのタイプや基板などについては、当社までお問い合わせください。

ビームステアリング用プリズム

プリズム	材質	偏向	反転	逆転または回転	用途
直角プリズム	N-BK7, UV溶融石英(UVFS), フッ化カルシウム(CaF₂), セレン化亜鉛(ZnSe)	90°	90°	No	90°リフレクタで、望遠鏡やペリスコープなどの光学システムに使用可能
直角プリズム	N-BK7, UV溶融石英(UVFS), フッ化カルシウム(CaF₂), セレン化亜鉛(ZnSe)	180°	180°	No	180°リフレクタで、入射光角に無依存。非反転ミラーで、双眼鏡で使用可能。
内部全反射型レトロリフレクタ (マウント無し、マウント付き) 鏡面反射型レトロリフレクタ (マウント無し、マウント付き)	N-BK7	180°	180°	No	180°リフレクタで、入射光角に無依存。ビームアライメントやビームデリバリで使用。向きの制御が難しい状況でミラーの代替品として使用可能
マウント無しペンタプリズムおよびマウント付きペンタプリズム	N-BK7	90°	No	No	90°リフレクタで、ビームプロファイルの逆転や反転無し。アライメントや光調整に使用可能。
ルーフプリズム	N-BK7	90°	90°	180^o 回転	90°リフレクタで、像を反転し回転(像が左右上下反対になります)。アライメントや光調整に使用可能。
マウント無しダブプリズムおよびマウント付きダブプリズム	N-BK7	No	180°	2回のプリズム回転	ダブプリズムは、光の入射面によって像を反転、逆転または回転します。ビーム回転子の回転方向を決定
マウント無しダブプリズムおよびマウント付きダブプリズム	N-BK7	180°	180°	No	非逆転ミラーとして機能するプリズム光学系におけるレトロリフレクタや直角(180°偏向)プリズムと同じ特性。
ウェッジプリズム	N-BK7	2°～10°のモデル	No	No	ビームステアリング用途。 1つのウェッジプリズムを回転するとき、光線を偏向角の2倍の角度で円に沿って動かすことが可能。
ウェッジプリズム	N-BK7	2°～10°のモデル	No	No	可変ビームステアリングへの応用。両方のウェッジを回転した時、光線を、偏向角の4倍の角度で円弧状に動かすことが可能。
プリズムカプラ	ルチル(TiO₂) またはGGG	可変^a	No	No	光をフィルムに向けて結合するために屈折率の高い基材を使用。ルチルは n_film > 1.8に使用。 GGGは n_film < 1.8に使用。

入射角と屈折率に依存

分散プリズム

プリズム	材質	偏向	反転	逆転または回転	用途
等辺プリズム	F2, N-F2、N-SF11, フッ化カルシウム, セレン化亜鉛(ZnSe)	可変^a	No	No	分散プリズムは回折格子の代替が可能。白色光を可視領域に分岐するために使用。
分散補償プリズムペア	UV溶融石英, フッ化カルシウム(CaF₂), SF10, N-SF14	可変式垂直オフセット	No	No	超短パルスレーザーシステムにおけるパルス広がりの補償。分散補償や波長調整用の光学フィルタとして使用可能。
ペロン・ブロカプリズム	N-BK7, UV溶融石英, フッ化カルシウム	90°	90°	No	光線の波長分離に使用。90°の位置で出射。レーザ高調波の分離、群速度分散の補償に使用。

プリズム

材質

偏向

反転

逆転または回転

図解

用途

等辺プリズム

F2, N-F2、N-SF11, フッ化カルシウム,
セレン化亜鉛(ZnSe)

可変^a

分散プリズムは回折格子の代替が可能。

白色光を可視領域に分岐するために使用。

分散補償
プリズムペア

UV溶融石英,
フッ化カルシウム(CaF₂), SF10, N-SF14

可変式垂直オフセット

超短パルスレーザーシステムにおけるパルス広がりの補償。

分散補償や波長調整用の光学フィルタとして使用可能。

ペロン・ブロカ
プリズム

N-BK7,
UV溶融石英, フッ化カルシウム

90°

光線の波長分離に使用。90°の位置で出射。

レーザ高調波の分離、群速度分散の補償に使用。

入射角と屈折率に依存

ビーム操作用プリズム

プリズム	材質	偏向	反転	逆転または回転	図解	用途
アナモルフィックプリズムペア	N-KZFS8, N-SF11	可変式垂直オフセット	No	No		単軸に沿った可変倍率。楕円形ビームのコリメートに使用(例：半導体レーザ)。入射ビームを単軸に縮小・拡大して、楕円形ビームを円形ビームに変換。
円錐(アキシコン)レンズ(UVFS, ZnSe)	UV溶融石英(UVFS)またはセレン化亜鉛(ZnSe)	可変^a	No	No		コリメート光源からベッセル型の強度プロファイルの円錐状の非発散ビームを生成。

プリズム

材質

偏向

反転

逆転または回転

図解

用途

アナモルフィック
プリズムペア

N-KZFS8,
N-SF11

可変式垂直オフセット

単軸に沿った可変倍率。

楕円形ビームのコリメートに使用(例：半導体レーザ)。

入射ビームを単軸に縮小・拡大して、楕円形ビームを円形ビームに変換。

円錐(アキシコン)レンズ(UVFS, ZnSe)

UV溶融石英(UVFS)またはセレン化亜鉛(ZnSe)

可変^a

コリメート光源からベッセル型の強度プロファイルの円錐状の非発散ビームを生成。

プリズムの物理的角度に依存

偏光状態変更用プリズム(偏光子)

プリズム	材質	偏向	反転	逆転または回転	用途
グランテーラ、グランレーザ、α-BBO グランレーザ偏光子	グランテーラ: 方解石グランレーザ: α-BBO, 方解石	p 偏光 - 0° s 偏光 - 112°^a	No	No	プリズムを2個使った構成と複屈折方解石を使用し、非常に消光比の高い直線偏光を生成。プリズムの境目でs偏光が完全に内部反射されるのに対し、p偏光は透過。
ルチル偏光子	ルチル(TiO₂)	s偏光 - 0° p偏光は筐体によって吸収	No	No	プリズムを2個使った構成と複屈折ルチル(TiO₂)を使用し、非常に消光比の高い直線偏光を生成。プリズムの境目でp偏光が完全に内部反射されるのに対し、s偏光は透過。
ダブルグランテーラ偏光子	方解石	p偏光 - 0° s偏光は筐体によって吸収	No	No	プリズムを3個使った構成の複屈折方解石を使用し、大きな見込み角で最大の偏光効率を得る。プリズムの境目でs偏光が完全に内部反射されるのに対し、p偏光は透過。
グラントムソン偏光子	方解石	p偏光 - 0° s偏光は筐体によって吸収	No	No	プリズムを2個使った構成の複屈折方解石を使用し、高い消光比を維持しながら最大視野を実現。プリズムの境目でs偏光が完全に内部反射されるのに対し、p偏光は透過。
ウォラストンプリズム、ウォラストン偏光子	石英, フッ化マグネシウム, α-BBO, 方解石, YVO₄	対称形のp偏光および s偏光の偏角	No	No	プリズムを2個使った構成の複屈折方解石を使用し、ビーム移動偏光子で最大の偏角を実現。 s偏光とp偏光は、プリズムから対称方向に偏位。ウォラストンプリズムは分光計や偏光アナライザで使用。
ロションプリズム	フッ化マグネシウム , YVO₄	常光: 0° 異常光:偏角方向	No	No	プリズムを2個使った構成でMgF₂またはYVO₄が小さい偏角で高い消光比をもたらします。異常光は入力光と同じ光軸を伝搬しますが、常光は偏光しません。
ビーム分離プリズム	方解石	2.7または4.0 mmのビーム移動	No	No	プリズムを1個使った構成の複屈折方解石を使用し、入射ビームを2本の直交する偏光ビームに分岐。 s偏光とp偏光は2.7または4.0 mmで分離。ビーム分離プリズムは、90°分割ができない場合に偏光ビームスプリッタとして使用可能。
フレネル・ロムリターダ	N-BK7	直線偏光から円偏光へ垂直オフセット	No	No	λ/4フレネル・ロムリターダは、直線偏光入力を円偏光出力に変換。複屈折波長板と比較して、幅広い波長でなλ/4リターダンス。
フレネル・ロムリターダ	N-BK7	直線偏光を90°回転	No	No	λ/2フレネル・ロムリターダは、直線偏光を90°回転。複屈折波長板と比較して、幅広い波長で均一なλ/2リターダンス。

s偏光方向の光には、p偏光反射が一部含まれています。

ビームスプリッタープリズム

プリズム	材質	偏向	反転	逆転または回転	図解	用途
ビームスプリッターキューブ	N-BK7	分岐比50:50、0°と 90° sおよびp偏光が互いに10%以内	No	No		プリズムを2個使った構成と、誘電体コーテイングにより、ほぼ偏光無依存で分岐比は50:50。仕様波長範囲内では、偏光無依存型のビームスプリッタとして機能。
偏光ビームスプリッターキューブ	N-BK7, UV溶融石英, N-SF1	p偏光 - 0° s偏光 - 90°	No	No		プリズムを2個使った構成と、誘電体コーテイングにより、p偏光を透過し、s偏光を反射。高度に偏光する際には、透過光を利用。

プリズム

材質

偏向

反転

逆転または回転

図解

用途

ビームスプリッターキューブ

N-BK7

分岐比50:50、0°と 90°

sおよびp偏光が互いに10%以内

プリズムを2個使った構成と、誘電体コーテイングにより、ほぼ偏光無依存で分岐比は50:50。

仕様波長範囲内では、偏光無依存型のビームスプリッタとして機能。

偏光ビームスプリッターキューブ

N-BK7, UV溶融石英, N-SF1

p偏光 - 0°

s偏光 - 90°

プリズムを2個使った構成と、誘電体コーテイングにより、p偏光を透過し、s偏光を反射。

高度に偏光する際には、透過光を利用。

Posted Comments:

Francois Villar (posted 2022-03-29 15:27:36.313)

Hello, in the Solidworks CAD files, it is written "PS971M" on the lens tube instead of "PS975M" thanks, François

jdelia (posted 2022-03-30 02:25:53.0)

Thank you for contacting Thorlabs, and for providing this feedback. We are currently looking into getting this discrepancy fixed.

Ashik A S (posted 2021-12-21 07:42:16.91)

I can see from the lab facts tab that for a linearly polarized incoming light, the retroreflected light becomes elliptically polarized. I was wondering if you have a similar free space retroreflector where the polarization of the light is unaltered, i.e, polarization-maintaining retroreflector.

cdolbashian (posted 2022-01-31 05:11:09.0)

Thank you for reaching out to us at Thorlabs! Your assessment is correct. The linearity of light reflecting from the protected metallic retroreflectors is not perfectly preserved. At this time, we do not carry a fully-polarization-maintaining retroreflector, as the nature of the materials and reflections induces a slight rotation and ellipticity to the incident light, even for the unprotected hollow metallic coatings. I have contacted you directly to discuss this further.

Charles Munger (posted 2019-10-15 17:17:43.443)

How much does a PS976 assembly, which is a mounted 2" diameter retroreflector, weigh? My application is to mount 2 of them on your DDSM50 linear stage, which has a load limit of 0.9 kg, and I need to know what mass I will have available for the rest of the assembly.

YLohia (posted 2019-10-16 08:59:21.0)

Thank you for contacting Thorlabs. The weights of our products are given the engineering support drawings : https://www.thorlabs.com/_sd.cfm?fileName=TTN012271-E0W.pdf&partNumber=PS976M. The weight of the PS976M is 0.24 kg.

gabriel.sirat (posted 2018-01-29 09:10:08.79)

What happens when a light beam is falling exactly at the center of a retroreflector? will it be reflected without any deviation? will it be a visible diffraction effect at the apex? I want to use it for alignment A fast answer will be very much apreciated

tfrisch (posted 2018-02-16 11:32:23.0)

Hello, thank you for contacting Thorlabs. Yes, there is a slight bevel, about 0.5mm, and this would cause diffraction effects. I will reach out to you directly to discuss your application.

hoju1301 (posted 2017-08-18 22:42:27.853)

Can you make a custom cats eye retroreflector that fits inside a SM05 tube form factor?

tfrisch (posted 2017-08-30 03:24:43.0)

Hello, thank you for contacting Thorlabs. Our stock retroreflectors are corner cubes, but I will reach out to you directly about your application.

lee.k.johnson (posted 2013-12-06 17:21:42.22)

Can you provide the acceptance angle performance of this unit? That is, if the input beam is at 5, 10, or 15 deg to the normal face, how much retro beam comes back out?

jlow (posted 2014-01-08 10:25:47.0)

Response from Jeremy at Thorlabs: The acceptable angle of incidence depends on the size of the your beam. A large beam will clip the edge of the optic. For example, for a Ø6mm beam entering the center of the aperture, there should be no clipping at 15° AOI, and the beam should exit parallel to the input beam, but displaced about 4mm.

レトロリフレクタープリズム、マウント付き、コーティング無し

Item #	Wavelength Range	Transmission	Prism Diameter	Threading	L₁^a	L₂^a	D^a	Max Beam Diameter^b
PS974M	350 - 2000 nm	Click for Raw Data	Ø10.0 mm	SM05 (0.535"-40)	0.61" (15.5 mm)	0.53" (13.5 mm)	Ø0.70" (17.8 mm)	Ø0.13" (3.302 mm)
PS975M			Ø25.4 mm	SM1 (1.035"-40)	1.15" (29.2 mm)	1.03" (26.2 mm)	Ø1.20" (30.5 mm)	Ø0.32" (8.125 mm)
PS976M			Ø50.0 mm	SM2 (2.035"-40)	2.15" (54.6 mm)	2.03" (51.6 mm)	Ø2.20" (55.9 mm)	Ø0.64" (16.256 mm)

寸法の規定は表の「Reference Drawing」の図をご参照ください。　
入射角0°時、プリズムの3面のいずれかにおける最大ビーム径

レトロリフレクタープリズム、ARコーティング：350～700 nm

Item #	Wavelength Range	AR Coating Range	Damage Threshold	Prism Diameter	Threading	L₁^a	L₂^a	D^a	Max Beam Diameter^b
PS974M-A	350 nm - 700 nm	Click for Raw Data	7.5 J/cm² at 532 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.456 mm	Ø10.0 mm	SM05 (0.535"-40)	0.61" (15.5 mm)	0.53" (13.5 mm)	Ø0.70" (17.8 mm)	Ø0.13" (3.302 mm)
PS975M-A				Ø25.4 mm	SM1 (1.035"-40)	1.15" (29.2 mm)	1.03" (26.2 mm)	Ø1.20" (30.5 mm)	Ø0.32" (8.125 mm)
PS976M-A				Ø50.0 mm	SM2 (2.035"-40)	2.15" (54.6 mm)	2.03" (51.6 mm)	Ø2.20" (55.9 mm)	Ø0.64" (16.256 mm)

寸法の規定は表の「Reference Drawing」の図をご参照ください。
入射角0°時、プリズムの3面のいずれかにおける最大ビーム径

レトロリフレクタープリズム、ARコーティング：650～1050 nm

Item #	Wavelength Range	AR Coating Range	Damage Threshold	Prism Diameter	Threading	L₁^a	L₂^a	D^a	Max Beam Diameter^b
PS974M-B	650 nm - 1050 nm	Click for Raw Data	7.5 J/cm² at 810 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.144 mm	Ø10.0 mm	SM05 (0.535"-40)	0.61" (15.5 mm)	0.53" (13.5 mm)	Ø0.70" (17.8 mm)	Ø0.13" (3.302 mm)
PS975M-B				Ø25.4 mm	SM1 (1.035"-40)	1.15" (29.2 mm)	1.03" (26.2 mm)	Ø1.20" (30.5 mm)	Ø0.32" (8.125 mm)
PS976M-B				Ø50.0 mm	SM2 (2.035"-40)	2.15" (54.6 mm)	2.03" (51.6 mm)	Ø2.20" (55.9 mm)	Ø0.64" (16.256 mm)

寸法の規定は表の「Reference Drawing」の図をご参照ください。
入射角0°時、プリズムの3面のいずれかにおける最大ビーム径

レトロリフレクタープリズム、ARコーティング：1050～1700 nm

Item #	Wavelength Range	AR Coating Range	Damage Threshold	Prism Diameter	Threading	L₁^a	L₂^a	D^a	Max Beam Diameter^b
PS974M-C	1050 nm - 1700 nm	Click for Raw Data	7.5 J/cm² at 1542 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.123 mm	Ø10.0 mm	SM05 (0.535"-40)	0.61" (15.5 mm)	0.53" (13.5 mm)	Ø0.70" (17.8 mm)	Ø0.13" (3.302 mm)
PS975M-C				Ø25.4 mm	SM1 (1.035"-40)	1.15" (29.2 mm)	1.03" (26.2 mm)	Ø1.20" (30.5 mm)	Ø0.32" (8.125 mm)
PS976M-C				Ø50.0 mm	SM2 (2.035"-40)	2.15" (54.6 mm)	2.03" (51.6 mm)	Ø2.20" (55.9 mm)	Ø0.64" (16.256 mm)

寸法の規定は表の「Reference Drawing」の図をご参照ください。　
入射角0°時、プリズムの3面のいずれかにおける最大ビーム径