チョッパーホイールを使用したビーム径の測定

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チョッパーホイールを使用したビームサイズ測定

Arc length of a beam spot, as defined by the parameters of a chopper wheel.

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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。

Chopper wheel setup used to estimate beam diameter.

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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。

Rising edge of S-curve used to estimated beam diameter..

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図3:信号の立ち上がり時間(t_r)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(θ = ft_r)は、信号の立ち上がり時間(図3)や、ホイール回転周波数(f または回転/秒)に依存します。ビームを通る弧長(Rθ = R ⋅ ft_r)は、この角度を使用して求められます。小さなガウシアン状のビームにおいては、一次近似の1/e²ビーム径(D )は、

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。

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最終更新日:2021年6月22日
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Posted Comments:

Graham Wilson (posted 2021-06-14 14:45:43.763)

Hi, I was reading your article on Beam Size Measurement Using a Chopper Wheel. The article has a formula that is essentially D = 0.64 d where d is the distance traveled by the chopper edge in the rise-time (10% to 90%). [In the article d=2 pi f t_r R] This 0.64 factor did not look correct but there were no direct references. For a Gaussian beam the 10%-90% distance, d, should correspond to 2.563 standard deviations (sigma). The central 80% (10%, 90%) of a normal distribution is contained within +- 1.2816 standard deviations. So if one wants beam diameter, D = 4 sigma = 4 * (d/2.563 ) = 1.561 d = (d / 0.641). So instead of D=0.64 d it should be D = d/0.64, or probably easier to comprehend if written as D = 1.56 d. This is quite a big mistake, namely the inferred 1/e2 diameter should be a factor of 1.56/0.64=2.44 bigger! thanks, Graham Wilson (please acknowledge receipt).

cdolbashian (posted 2021-06-25 09:07:09.0)

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