特長

• 熱膨張係数(CTE)の小さい熱処理済みステンレススチールより機械加工
• 高い耐久性と滑らかな動きを実現するために、硬化処理ステンレススチール製ボールとの接点にはサファイアシートを使用
• 整合されたアクチュエータと背面プレートにより安定性と滑らかなキネマティック調整を実現
• コンパクトなセットアップ向けの上部調整機構(アジャスタ)付き製品もご用意
• 真空および高出力レーザ共振器での使用に適した、不動態化処理済みのステンレススチール製
• モノリシックフレクシャーアームによる光学素子保持方式(特許取得済みUS Patent 10,101,559)
• カスタム仕様のマウントについては当社までお問い合わせください。

Ø38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用Polaris^®低ドリフトキネマティックミラーマウントは、低群遅延分散ミラーのようなØ38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子をしっかりと保持できるように設計されており、また厳しい長期安定性が要求される用途にも適した製品です。

光学素子の保持
このØ38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用ミラーマウントでは、光学素子を保持するのにモノリシック構造のフレクシャーアーム(特許取得済み)を使用しています。この設計によって、高い保持力とポインティングの安定性が得られるとともに、光学素子を素早く簡単に取り付けることができます。

Polarisミラーマウントの光学素子取付け穴は、温度変化や移動時の衝撃･振動など、様々な環境変化に対して最良のビームポインティング安定性が得られるように精密加工されています。このØ38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用のマウントに、外径公差が+0/-0.1 mmよりも大きい光学素子を取付けた場合には、マウントの性能は低下してしまいます。

設計
熱処理済みのステンレススチールから機械加工されたPolarisマウントには、ボール接触やサファイアシートを用いた、精密に整合されたアジャスタが使用されています。そのため、滑らかなキネマティック調整が可能です。このPolaris製品は、ビームに生じるミスアライメントの一般的な要因にすべて対応するように設計されています。詳しくは「設計の特長」タブをご覧ください。

ポストの取り付け
Polarisミラーマウントには、ポスト取付け用のM4ザグリ穴があります。Ø38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用マウントには、取付け用ザグリ穴の周りにØ2 mmの位置決めピン用の穴があり、Polarisミラーマウント用ポスト.を使用することでより精密なアライメントが可能です。推奨する取り付け方法等については「使用情報」タブをご覧ください。

クリーンルームおよび真空への対応
POLARIS-K15S4およびPOLARIS-K15VS2(L)は、クリーンルームや真空での使用が可能です。詳細は「仕様」タブおよび「設計の特長」タブをご覧ください。

Polarisミラーマウントの試験データ

当社では、Polaris低ドリフトキネマティックミラーマウントに対して、その高い性能を保証するために幅広い試験を実施しています。熱衝撃試験ではマウントの優れた安定性を確認し、一時的な温度による変化の後にマウントが確実に初期位置に戻ることを実証しています。干渉計を用いた波面歪みの試験では、Polarisマウントで光学素子を保持したときに、その表面を大きく歪ませることがないことを実証しています。

熱衝撃後の位置再現性

目的: この試験は、熱衝撃を受けたマウントが、ヒステリシスなしでミラーをどの程度確実に初期位置に戻せるかを測定するものです。測定結果から、光学システムのアライメントが熱衝撃の影響を受けないことを示します。

手順: ミラーマウントPOLARIS-K15S4をØ25 mmポストに取り付け、次に温度制御された環境下に置かれたステンレススチール製光学テーブルに固定しました。ミラーはフレクシャ機構を使用して固定しました。その他の取り付けの際の注意事項については「使用情報」タブをご参照ください。独立に温度制御されている半導体レーザからのビームをこのミラーで反射し、位置センシングディテクタ(PSD)に入射するようにセットしました。ミラーマウントの温度を44 °Cまで上昇させ、マウント全体が一定温度になるまで、その温度を維持しました。その後、ミラーマウントの温度を試験開始時の温度に戻しました。試験結果は以下の通りです。

結果: 下のプロット図に示すように、POLARIS-K15S4が初期の温度に戻ると、マウントに取り付けられているミラーの角度(ピッチとヨー)は、初期位置の1 μrad以内に戻りました。Polarisマウントのこの性能試験は、温度変化のサイクルをさらに繰り返して実施しました。各サイクルの後に、ミラーの位置は初期位置の1 µrad以内に戻っています。

比較: マウントPOLARIS-K15S4の100TPIアジャスタをわずか0.05°(1回転の1/7200)回転させただけで、マウントの角度は1 μrad変わります。高度な技術を有する作業者でも、調整可能な最小角度は0.3°(1回転の1/1200)程度であり、これは6 μradに相当します。

結論: Polarisミラーマウントは、温度を繰り返し変化させてもミラーを確実に初期位置に戻すことができる、高性能で高安定なマウントです。従って、Polarisマウントはアライメントの長期安定性を必要とする用途に適しています。

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Ø38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用PolarisミラーマウントPOLARIS-K15S4の熱衝撃に対する再現性

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上のグラフは、POLARIS-K15S4に対して連続して10回行った熱衝撃試験における、各試験後の最終的な角度位置を示しています。温度変化は試験の開始時と終了時の温度差であり、それには室温の変化なども要因として含まれています。

Zygo位相シフト干渉計を用いた光学歪み測定

光学素子は取り付けに伴う力によってその表面に歪みが生じます。光学素子の歪みは反射光の波面に作用するため、この歪みの影響を最小限に留めることが重要です。当社のØ38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用Polarisマウントでは、光学素子の歪みを最小限に抑えながら最大限の安定性が得られるように設計されたモノリシックフレクシャーアームが用いられています。

フレクシャーアームによってミラーに生じる光学歪みの大きさを調べるために、Zygo位相シフト干渉計を用いて様々なトルク値における波面歪みを測定しました(左下の図参照)。下に示す試験結果から、Ø38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用Polarisマウントには0.035～0.049 N・m(5～7 oz-in)のトルクをお勧めいたします。

光学素子を取り付ける際の適切なトルク値は±0.007 N・mの範囲で変化しますが、これは光学素子の直径や公差の累積によるものです。

手順:
広帯域誘電体ミラーをPolarisマウントの光学素子取付け穴に挿入し、止めネジ(セットスクリュ)でフレクシャーアームを締め付けて固定しました。光学歪みはZygo干渉計を用いて測定し、記録しました。それぞれの測定が終了した後、光学素子の保持力を確認するために、光学素子をマウントから押し出すのに必要な力を測定しました。ここで示されている波面歪みの値は、光学素子全体におけるPV(peak-to-valley)値で、最悪の歪みの大きさを表しています。光学素子中心部の波面歪みはエッジ部分に比べて大幅に小さくなります。

結果:
右下の表に示すように、止めネジに5～7 oz-in(0.035～0.049 N・m)のトルクをかけた場合、波面歪みのPV値は≤0.173λになりました。

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POLARIS-K15S4の止めネジに7 oz-in(0.049 N・m)のトルクを負荷した時の波面歪み(これ以外のトルク値での波面歪みは右の表をご覧ください)。

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POLARIS-K15S4の構造

光学系のミスアライメントには、一般にいくつかの共通要因があります。それには、ミラー位置の温度によるヒステリシス、クロストーク、ドリフト、バックラッシュなどが上げられます。Polarisミラーマウントは、特にこれらのミスアライメント要因を最小化するように設計されており、その結果として極めて高い安定性が実現されました。極めて高い安定性が求められる実験に適したキネマティックミラーマウント用の部品を選定するにあたっては、広範な研究、先進の設計ツールを用いた様々な設計検討、および何か月にも渡る厳格な試験を実施しました。

熱ヒステリシス
多くの実験室の室内温度は、空調、室内の人数、設備の動作状況などの影響により一定ではありません。そのため、アライメントに敏感な光学セットアップで使用されるマウントには、温度によるアライメントへの影響を最小化する設計が求められます。温度の影響は、ステンレススチールのような熱膨張係数(CTE)の小さい材料を選ぶことによって抑制できます。しかしCTEの小さい材料で作られたマウントであっても、元の温度に戻った時、ミラーは一般に元の位置には戻りません。Polarisミラーマウントの重要部品は全て組立前に熱処理され、温度ヒステリシスの原因になる可能性のある内部応力が除去されます。それにより、ミラーマウントの温度を元の温度に戻すと、光学系のアライメントも元に戻ります。

Polarisのもう1つの重要な設計要素は、ミラーのマウントへの固定方法です。こちらのPolarisマウントは、接着剤を使用せずに優れた性能を実現しています。 接着剤の代わりに、このマウントでは光学素子のエッジ部分を固定するのにモノリシックフレクシャーアームを使用しています。モノリシックフレクシャーアームを用いる方法は、止めネジ(セットスクリュ)だけを用いる保持方法に比べて温度変化の影響を受けにくく、光学素子の表面歪みの発生も抑制されます。

クロストーク
クロストークは、マウントの前面プレートと背面プレートの寸法公差を注意深く調整し、ピッチとヨーのアクチュエータの動きを直交させることで最小化しています。さらに、3つの接触点には全てサファイアシートが使用されています。標準的な金属-金属の接触点は、時間の経過とともに摩耗します。Polarisマウントでは研磨されたサファイアシートが使用されているため、アクチュエータの硬化処理されたステンレススチール製先端との接触面は、時間が経過してもその良好な状態が保持されます。

ドリフトおよびバックラッシュ
ミラーマウントの位置ドリフトとバックラッシュを最小化するには、アジャスタ内のあそびと潤滑剤の量を制限する必要があります。アクチュエータを調整(操作)すると、余分な潤滑剤は絞り出されて他の部位に蓄積します。この非平衡状態にある潤滑剤はゆっくりと平衡状態に戻っていきます。それにより、マウントの前面プレートが移動する場合があります。Polarisミラーマウントでは、工業規格よりも厳しい基準で本体やブッシュと整合するアジャスタを使用しているので、アジャスタの潤滑剤はほんのわずかしか必要ありません。そのため、Polarisマウントのアライメントは調整(操作)後でも極めて安定しています。また、アジャスタは滑らかに動かすことができるので、繰り返し細かい調整を行なうことができます。

クリーンルームおよび真空への対応
こちらのページでご紹介しているPolarisマウントは、すべてクリーンルームや真空での使用が可能です。マウントは、Carpenter AAA不動態化処理による化学洗浄を行い、表面から硫黄、鉄、汚染物質などを除去しています。不動態化処理の後は、クリーンな(汚染されていない)環境下で組み立て、2重の真空バッグに入れてクリーンルームに搬入するまでの間に汚染されないようにしています。

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Polarisマウントは、2重の真空バッグに封入して発送しています。

サファイアシートは、NASAで認証されたアウトガスの少ない手法を用いて、所定の位置に接着されています。また、アジャスタには、DuPont社製LVP高真空対応グリースKrytox(超高真空対応のアウトガスの少ないPTFEグリース)を使用しています。このような技術により、高真空への対応とアウトガスの低減を実現しています。10^-5 Torrより高い真空度で使用するときは、アウトガスによる汚染を最小限に止めるために、マウントの設置前に適切なベークアウト処理を施すことを強くお勧めします。なお、Polarisに付属しているM4キャップスクリュは、10^-5 Torr以上の真空度には対応していませんのでご注意ください。

クリーンルーム対応の梱包
真空対応のPolarisマウントは、クリーンな(汚染されていない)環境下で組み立てられた後、右の写真のように2重の真空バッグに封入されます。真空気密により袋が密着するためマウントが安定し、輸送時の衝撃等による前面プレートの移動も制限されます。また、密着することで袋とマウントの摩擦も最小限に抑えられるため、袋の材料が削られてクリーンなマウントを汚染することも防げます。

真空封止の工程では、水分が含まれた空気がパッケージから排出されます。そのため、乾燥剤を使用することなく、不要な表面反応を防止できます。真空バッグは、輸送および保管中の空気や埃による汚染からマウントを保護し、さらに2重であることでクリーンルームへの入室手順をシンプルで有効性の高いものにすることができます。クリーンルームの外で外側の袋を外し、汚染されていない内側の袋に入ったマウントをクリーンなコンテナに入れてクリーンルーム内に搬入できます。この間、真空バッグの利点は保持されています。クリーンルーム内では、マウントを内側の袋から取り出して、すぐにご使用いただくことができます。

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Polarisミラーマウント用Ø1インチポストとPolaris用クランプアームを用いて、光学テーブルなどの面に取り付けられたPOLARIS-K05。長さ1.5インチのポストを使用した場合、光軸の高さはテーブルの表面から2インチになります。

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#8-32 - 1/4"-20ネジアダプタを用いてブレッドボードに直接取り付けられたPOLARIS-K1E

Polarisキネマティックミラーマウントは、温度変化や振動のある環境下においても、長期の使用に耐えられるように設計されています。以下では、性能を最大限に引き出すための使用上のヒントを示します。

整合材料の使用
Polarisマウントの前面および背面プレートの材料には、熱膨張係数が比較的小さなステンレススチールが用いられています。取付け時にはPolarisミラーマウント用Ø25 mmポストやPolarisクランプアームなど、Polarisマウントと同じ材料から製造されたコンポーネントのご使用をお勧めします。

太いポストの使用
Polarisマウントは、Ø25 mmポストおよびノンブリッジクランプアームと組み合わせて使用すると、その性能を最も良く発揮することができます。これらのポストはステンレススチール製であり、またマウントに対して2本の線で接触するため、周囲温度が変化してもマウント底面は安定であり、アライメントに係る問題の発生を最小限に抑えられます。

光学素子の取り付け
光学素子は取付け穴の中で動くことがあるので、Polarisマウントをセットアップから外した状態で光学素子を取付け、ミスアライメントの影響を最小限に抑えるようにしてください。Polarisマウントに光学素子を取付ける際はトルクドライバの使用をお勧めします。光学素子を固定するフレクシャーバネに過度なトルクを加えると、光学素子の表面に大きな歪みが生じます。

前面プレートの位置
Ø38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用のPolarisマウントは、最大 6°の調整ができるよう設計されています。ただし、最良の性能を得るには、前面プレートを可能な限り背面プレートに対して平行にするようにしてください。これにより高い安定性が得られます。

テーブルの表面にできるだけ近付けて設置
振動や温度変化の影響を最小限に抑えるために、光学系の高さはできるだけ低くしてください。短いポストを使用すると温度変化によるY軸方向の動きが小さくなり、また振動による動きも小さく抑えられます。例えば、Polarisマウントをブレッドボードなどの平坦な表面にM6 x 1.0 - M4 x 0.7のネジアダプタ(AE4M6M)を用いて直接取り付けることもできます。こうすることで、ポストによる不安定さを取り除くことができます。マウントを直接取り付ける場合、底面側のアジャスタにはノブを取り付けることができません(右の写真参照)。

接触部の研磨とクリーニング
マウントとポストの接触部、およびポストとテーブルの接触部はクリーンな状態を維持し、傷や欠陥が生じないように注意してください。テーブル面を研磨石でクリーニングし、ポストの上下とマウントの底面を研磨パッドでクリーニングするのが、最も効果がある方法としてお勧めしています。

Polaris用調整ツールの使用
調整ツールSA1の先端は、Ø38.1 mm(Ø1.5インチ)用マウントPOLARIS-K1S5のØ1.8 mmのサイドホールアジャスタに精密にフィットするように設計されています。そのハンドルにはPOLARIS-K15S4およびPOLARIS-K15VS2(L)の両方のアジャスターネジに対応する2.0 mm六角レンチも付いています。また、1/4"-100アジャスターネジの手動調整にお使いいただける、ステンレススチール製ノブPOLARIS-N5もご用意しています。ただし、これらのノブをPOLARIS-K15VS2(L)の上部調整機構(アジャスタ)に使用すると、機械的な角度調整範囲が制限される場合があります。

マウントが衝撃や振動に晒される環境においては、Ø38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用マウントPOLARIS-K15S4には1/4"-100ロックナット、上部アジャスタ付き Ø38.1 mm(Ø1.5インチ)光学素子用マウントPOLARIS-K15VS2(L)にはロック用カラーPOLARIS-LNS1をご使用いただけます。頻繁に調整が必要な場合には、止めナットとロック用カラーを0.03〜0.06 N•mのトルクで、手で締め付けることができます。長期的な安定性が求められる場合には、トルクレンチTW13を使用してロックナットPOLARIS-LN1を0.23 N•mのトルクで締め付けることができます。ロック用カラーPOLARIS-LNS1は、上部に13 mmの六角部分を有するスパナレンチPOLARIS-T2とプリセット型トルクレンチTW13を組み合わせて、0.23 N•mのトルクで締め付けることができます。

推奨しない使用方法
背面プレートからアジャスタを取り外すと、ネジ部分に汚れが付着する場合がありますのでお勧めしません。汚れが付着すると、精密調整機能が大きく損なわれる場合があります。また前面プレートを引き離すような操作は避けてください。バネが作動範囲以上に伸びてしまったり、サファイアシートにヒビが入ったりする可能性があります。モノリシック構造の光学素子保持用アームの止めネジは、締め付け過ぎないようにご注意ください。光学素子の位置固定にはわずかな力で十分です。