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高出力対応MicroSpot®集光対物レンズ、VISおよびNIRレーザ用


  • 5X, 10X, 20X, or 50X Magnification
  • 532 nm, 850 nm, or 1064 nm Center Wavelength
  • Better than 95% Transmission at Center Wavelength
  • Damage Threshold ≥15 J/cm2

LMH-5X-1064

5X Magnification,
980 - 1130 nm AR Coating

LMH-50X-850

50X Magnification,

790 - 910 nm AR Coating

LMH-20X-532

20X Magnification,
495 - 570 nm AR Coating,

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特長

  • 高出力産業用レーザ向けに設計
    • 中心波長532 nm、ARコーティング490~570 nm 
    • 中心波長850 nm、ARコーティング790~910 nm 
    • 中心波長1064 nm、ARコーティング980~1130 nm
  • すべて溶融石英製のレンズを用いた設計
  • RMSネジ付き筐体
  • 損傷閾値:>15.0 J/cm2(10 nsパルス@ 20 Hz)
    (詳細は「損傷閾値」タブをご覧ください。)

用途例

  • レーザ刻印
  • レーザ切断
  • 2次元および3次元フォトリソグラフィ
  • 3Dプリント
  • ステルスダイシング
  • レーザ溶接
Zemaxファイル
下の型番横の赤いアイコンをクリックするとZemaxファイルをダウンロードいただけます。また、こちらからは当社の全てのZemaxファイルの一括ダウンロードが可能です。

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対物レンズの作動距離と同焦点距離 

当社の高出力光用MicroSpot®集光対物レンズは、軸上のレーザービームを回折限界スポットに集光するように設計されています。当社では中心波長532 nm(ARコーティング490~570 nm)、850 nm(ARコーティング790~910 nm)、1064 nm(ARコーティング980~1130 nm)の製品をご用意しております。これらの対物レンズは515 nm、808 nm、1030 nm、1070 nmを含む一般的なファイバレーザの波長でご使用いただけます。中心波長が532 nmと1064 nmの対物レンズはNd:YAGレーザにも適しています。Nd:YAGレーザ用の光学素子については「Nd:YAGレーザ用光学素子」タブをご覧ください。 下記の集光対物レンズの損傷閾値はすべて≥15 J/cm2です(詳細については「損傷閾値」タブをご覧ください。MicroSpot対物レンズにはRMSネジが付いているため既存のシステムへの組み込みが容易で、また産業用や研究用としてご使用いただけるよう堅牢な筐体と溶融石英レンズで構成されています。

集光対物レンズはレーザによる切断や刻印をはじめ、強い光パワーが必要な様々な用途にご使用いただけます。低出力光での用途としては、レーザ光を集光してウェハの検査を行ったり、フォトリソグラフィにおいて特殊なフォトレジストのアクティベーションを行ったりするのに使用することができます。こちらのページでご紹介している集光レンズはすべて視野が限られているため、レーザ走査を行うには試料または対物レンズを動かす必要があります。なお、これらの対物レンズをシステムに組み込む場合、対物レンズのラベルに記載された倍率は、焦点距離200 mmのチューブレンズと組み合わせて使用することを想定して計算されていますのでご注意ください。 

倍率50倍の対物レンズには、厚さ0~1 mmの溶融石英製カバーガラスに対応する補正環が付いており、これにはmm単位の目盛が刻印されています。また1064 nm用のレンズには、さらに厚さ1.2 mmまでの炭化ケイ素製カバーガラス用の目盛も付いています。目盛は対物レンズ外周の大部分をまたぐように付いているため、滑らかで精密な調整が可能です。正しい位置を見つけたら、補正環はその下にある止めネジ(セットスクリュ)を付属の0.05インチ六角レンチで締め付けることにより固定できます。サファイア(Al2O3)、シリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、ガリウムヒ素(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)を含む特定の材質のカバーガラス用にカスタマイズした目盛のご注文も承ります。詳細は当社までお問い合わせください。

これらの対物レンズは、入射開口に入ってくる450~2100 nmの範囲の単色光に対して、回折限界に近いスポット径を生成することができます。しかし、設計波長以外で使用した場合は有効焦点距離がシフトし、またARコーティングも最適化された状態ではなくなります。ARコーティングのプロット図については「グラフ」タブをご覧ください。対物レンズのARコーティングをカスタマイズして他の波長用に最適化することも可能ですので、ご希望の場合は当社までご連絡ください。可視域外の波長で作業する場合、ビーム位置の特定やアライメントにお使いいただける当社のレーザービュワーカードをご検討ください。 

当社のMicroSpot対物レンズにはRMS外ネジが付いており、当社のファイバ入射システムDIY Cerna®顕微鏡システム、および顕微鏡対物レンズターレットに直接取り付けることができます。また、これらの顕微鏡用対物レンズは、アダプタSM1A3を使用して、当社のケージシステムやレンズチューブなどのSM1シリーズ対応のオプトメカニクスにも取り付けることができます。倍率5倍、10倍、および20倍の対物レンズは、RMSネジ付きマウントHCS013を使用して当社のあらゆるフレクシャーステージに取り付けられます。倍率50倍の対物レンズをフレクシャーステージに取り付けるときは、マウントHCS031とアダプタSM1A3を組み合わせてください。倍率50倍の対物レンズには対物レンズ用ケース(蓋OC2RMSおよび容器OC22)が付属します。またアルミニウム製キャップ(RMSCP1)もご用意(別売り)しております。

192 nm~500 nmの波長用には様々な倍率のUV MicroSpot集光対物レンズをご用意しております。この波長範囲には、KrFレーザ(248 nm)やArFレーザ(193 nm)など、フォトレジストを硬化させる多くのエキシマレーザが含まれます。

532 nm Microspot Objective TransmissionClick to Enlarge
生データはこちらからダウンロードいただけます。
青い網掛け領域はARコーティングの波長範囲です。
532 nm Microspot Objective Reflectance Click to Enlarge
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グラフは1面当たりの反射率を示しています。青い網掛け領域はARコーティングの波長範囲です。
AR Coating Specifications
Wavelength RangeAverage Reflectance per SurfaceMax Reflectance per SurfaceDamage Threshold
495 - 570 nm< 0.2% (495 - 570 nm)< 0.7% (488 - 580 nm)
< 0.2% (503 - 553 nm)
15 J/cm2 (532 nm, 20 Hz, 10 ns, Ø213 µm)

850 nm Microspot Objective TransmissionClick to Enlarge
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青い網掛け領域はARコーティングの波長範囲です。
532 nm Microspot Objective Reflectance Click to Enlarge
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グラフは1面当たりの反射率を示しています。青い網掛け領域はARコーティングの波長範囲です。
AR Coating Specifications
Wavelength RangeAverage Reflectance per SurfaceMax Reflectance per SurfaceDamage Threshold
790 - 910 nm< 0.2% (790 - 910 nm)< 0.7% (794 - 935 nm)
< 0.2% (833 - 855 nm)
20 J/cm2 (850 nm, 10 Hz, 10 ns, Ø300 µm)

1064 nm Microspot Objective Transmission Click to Enlarge
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青い網掛け領域はARコーティングの波長範囲です。
1064 nm Microspot Objective ReflectanceClick to Enlarge
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グラフは1面当たりの反射率を示しています。青い網掛け領域はARコーティングの波長範囲です。
AR Coating Specifications
Wavelength RangeAverage Reflectance per SurfaceMax Reflectance per SurfaceDamage Threshold
980 - 1130 nm< 0.2% (980 - 1130 nm)< 0.7% (960 - 1160 nm)
< 0.2% (1000 - 1100 nm)
20 J/cm2 (1064 nm, 20 Hz, 10 ns, Ø395 µm)
Damage Threshold Specifications
Item # SuffixDamage Threshold
-53215 J/cm2 (532 nm, 20 Hz, 10 ns, Ø213 µm)
-85020 J/cm2 (850 nm, 10 Hz, 10 ns, Ø300 µm)
-106420 J/cm2 (1064 nm, 20 Hz, 10 ns, Ø395 µm)

当社の高出力対応集光対物レンズのARコーティングの損傷閾値データ

右の仕様は当社の高出力対応集光対物レンズに施されているARコーティングの測定値です。損傷閾値の仕様は、コーティングの種類が同じであれば集点距離や倍率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。

LIDT metallic mirror
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。
LIDT BB1-E02
Example Test Data
Fluence# of Tested LocationsLocations with DamageLocations Without Damage
1.50 J/cm210010
1.75 J/cm210010
2.00 J/cm210010
2.25 J/cm21019
3.00 J/cm21019
5.00 J/cm21091

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。

Intensity Distribution

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。

  1. レーザの波長
  2. ビーム径(1/e2)
  3. 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)
  4. 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 Durationt < 10-9 s10-9 < t < 10-7 s10-7 < t < 10-4 st > 10-4 s
Damage MechanismAvalanche IonizationDielectric BreakdownDielectric Breakdown or ThermalThermal
Relevant Damage SpecificationN/APulsedPulsed and CWCW

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。

  1. レーザの波長
  2. 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)
  3. レーザのパルス幅
  4. パルスの繰返周波数(prf)
  5. 実際に使用するビーム径(1/e2 )
  6. 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 (1997).
[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。

Intensity Distribution
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。

レーザの安全性と分類

レーザを取り扱う際には、安全な操作の実施と、安全に関わる器具や装置を適切に取扱い、使用することが重要です。 ヒトの目は損傷しやすく、レーザ光のパワーレベルが非常に低い場合でも起こります。 当社では豊富な種類の安全に関わるアクセサリをご提供しており、そのような事故や負傷のリスクの低減にお使いいただけます。 可視域から近赤外域のスペクトルでのレーザ発光ではヒトの網膜に損傷与えうるリスクは極めて高くなります。これはその帯域の光が目の角膜やレンズを透過し、レンズがレーザーエネルギを、網膜上に集束してしまうことがあるためです。

Laser GlassesBlackout MaterialsEnclosure Systems
Laser Viewing CardsAlignment ToolsShutter and Controllers
Laser Safety Signs

安全な作業および安全に関わるアクセサリ

  • 当社では、わずかでも影響のあるレベルのレーザ光線(例:クラス 1よりも高いクラスのレーザ機器)を取り扱う場合は、ネジ回しなどの金属製の器具が偶然に光の方向を変えて再び目に入ってしまうこともあるので、レーザ保護眼鏡を必ずご使用いただくようにお勧めしております。
  • 特定の波長に対応するように設計されたレーザ保護眼鏡は、装着者を想定外のレーザ反射から保護するために、レーザ使用装置の近くのわかりやすい場所に置いてください。
  • レーザ保護眼鏡には、保護機能が有効な波長範囲およびその帯域での最小光学濃度が刻印されています。
  • 遮光用材料は、直接光と反射光の両方を実験装置の領域に封じ込めて外に逃しません。
  • また当社の筺体システムは、その内部に光学セットアップを収納し、レーザ光を封じ込めて危険性を最小限に抑えます。
  • ピグテール付き半導体レーザは、他のファイバに接続、もしくは他のファイバから取り外す際には、レーザ出力をOFFにしてください。パワーレベルが10 mW以上の場合には特にご注意ください。
  • いかなるビーム光も、テーブルの範囲で終端させる必要があります。また、レーザ使用中には、研究室の扉は必ず閉じていなければなりません。
  • レーザ光の高さは、目線の高さに設定しないでください。
  • 全てのレーザビームが水平を保って直進するように、実験は光学テーブル上で行ってください。
  • ビーム光路の近くで作業する人は、光を反射する不要な装飾品やアクセサリ(指輪、時計など)をはずしてください。
  • レンズや他の光学装置が、入射光の一部を、前面や背面で反射する場合がありますのでご注意ください。
  • あらゆる作業において、レーザは必要最小限のパワーで動作するようにご留意ください。
  • アライメント作業は、可能な限りレーザの出力パワーを低減して行ってください。
  • ビームパワーを抑えるためにビームシャッタフィルタをお使いください。
  • レーザのセットアップの近くや実験室には、適切なレーザ標識やラベルを掲示してください。
  • クラス3Rやクラス4のレーザ(安全確保用のインターロックが必要となるレーザーレベルの場合)で作業する場合は、適切な警告灯などをご用意ください。
  • 適切なビームトラップを用い、代用品としてレーザービュワーカードを使用したりしないでください。

 

レーザ製品のクラス分け

レーザ製品は、目などの損傷を引き起こす可能性に基づいてクラス分けされています。 国際電気標準会議(The International Electrotechnical Commission 「IEC」)は、電気、電子工学技術関連分野の国際規格の策定及び普及を行う国際機関で、 IEC60825-1はレーザ製品の安全性を規定するIEC規格です(対応するJIS規格はJIS C 6802)。レーザ製品のクラス分けは下記の通りです:

ClassDescriptionWarning Label
1ビーム内観察用の光学機器の使用を含む、通常の条件下での使用において、安全とみなされているクラスです。 このクラスのレーザ製品は、通常の使用範囲内では、人体被害を及ぼすエネルギーレベルのレーザ光を放射することがないので、最大許容露光量(MPE)を超えることはありません。 このクラス1のレーザ機器には、レーザをシャットダウンするか、筐体等を開かない限り、作業者がレーザに露光することがないような、完全に囲われた高出力レーザも含まれます。 Class 1
1Mクラス1Mのレーザは、安全であるが、望遠鏡や顕微鏡と併用した場合は危険な製品です。この分類に入る製品からのレーザ光は、直径の大きな光や拡散光を放射し、ビーム径を小さくするために光を集光する光学素子やイメージング用の光学素子を使わない限り、通常はMPEを超えることはありません。 しかし、光を再び集光した場合は危険性が増大する可能性があるので、このクラスの製品であっても、別の分類に移動する場合があります。 Class 1M
2クラス2のレーザ製品は、その出力が最大1 mWの可視域での連続放射光に限定されます。瞬目反射によって露光が0.25秒までに制限されるので、安全と判断されるクラスです。 このクラスの光は、可視域(400~700 nm)に限定されます。 Class 2
2Mこのクラスのレーザ製品のビーム光は、瞬目反射があるので、光学機器を通して見ない限り安全であると分類されています。 このクラスは、レーザ光の半径が大きい場合や拡散光にも適用されます。 Class 2M
3Rビーム内観察を行わなければ、このクラスのレーザ製品は安全とみなされます。 このクラスでは、MPE値を超える場合がありますが、被害のリスクレベルは低いクラスです。 可視域の連続波のレーザの出力パワーは、このレベルでは5 mWまでとされています。 Class 3R
3Bクラス3Bのレーザは、直接ビームを見た場合に危険なクラスです。 ただし、拡散反射は有害ではありません。 このクラスで装置を安全に操作するには、ビームを直接見る可能性のあるときはレーザ保護眼鏡を装着する必要があります。さらに、インターロック機能付きの自動表示灯等の警報装置を設け、それらがONにならない限り、レーザがONにならないようにすることが求められます。 クラス3Bのレーザ機器には、キースイッチと安全保護装置が必要です。 Class 3B
4このクラスのレーザは、皮膚と目の両方に損傷を与える場合があり、これは拡散反射光でも起こりうるとみなされています。 このような被害は、ビームが間接的に当たった場合や非鏡面反射でも起こることがあり、艶消し面での反射でも発生することがあります。 このレベルのレーザ機器は細心の注意を持って扱われる必要があります。 さらに、可燃性の材質を発火させることもあるので、火災のリスクもあるレーザであるとみなされています。 クラス4のレーザには、キースイッチと安全保護装置が必要です。 Class 4
全てのクラス2以上のレーザ機器には、上記が規定する標識以外に、この三角の警告標識が表示されていなければいけません。 Warning Symbol

当社では、Nd:YAGレーザ用に最適化した光学素子を幅広くご用意しています。詳細は下記をご参照ください。

Nd:YAGレーザ用光学素子セレクションガイド
Dielectric MirrorsUltrafast Mirrors
Laser Line Mirrors, 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nmRight-Angle Prism Mirrors, Nd:YAG Laser LinesCage Cube-Mounted Turning Prism MirrorsNd:Yag Ultrafast Mirrors
Laser Line Mirrors,
1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm
Right-Angle Prism Mirrors,
1064 nm, 532 nm
Cage Cube-Mounted Prism Mirrors,
1064 nm, 532 nm
Low GDD Ultrafast Mirrors,
1064 nm or 532 nm
BeamsplittersObjectives
Harmonic Beamsplitters, 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nmHigh-Power Polarizing Beamsplitter Cubes, 1064 nm, 532 nmHigh Power Focusing Objectives, 1064 nm, 532 nm
Harmonic Beamsplitters,
1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm
High-Power Polarizing Beamsplitter Cubes, 1064 nm, 532 nm: Unmounted or MountedNon-Polarizing Plate Beamsplitters, 1064 nm, 532 nmHigh Power Focusing Objectives,
1064 nm, 532 nm
LensesFilters
UVFS Plano-Convex Lenses, 1064 nm, 532 nmAir-Spaced Doublets, 1064 nm, 532 nmLaser Line Filters, 1064 nmLaser Line Filters, 532 nm
UVFS Plano-Convex Lenses,
1064 nm, 532 nm:
Unmounted or Mounted
Air-Spaced Doublets,
1064 nm, 532 nm
Laser Line Filters, 1064 nm:
Standard or Premium
Laser Line Filters, 532 nm:
Standard or Premium

Posted Comments:
Cristina Mendez  (posted 2019-06-14 04:14:36.25)
Good morning, we're using this objective both for a 1064-nm laser and a 1038 nm fs-laser; and we're interesting in how its focusing distance varies with the wavelength. Do you have any data on this matter?
asalvador  (posted 2018-11-14 13:40:43.497)
Good afternoon, I'd like some advice to build a dicing system for Silicon wafers of 700 micron thickness, with internal micro cracking. We already have the sample XY scanning system and looking forward to buy a laser (need advice on models) and optics (focusing objectives, etc)
YLohia  (posted 2018-11-14 08:53:17.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. We will reach out to you directly to discuss your application.
jaka.mur  (posted 2018-04-25 12:04:06.603)
I would like to know some details about the LMH-5X-1064 objective: 1) How was the "Diffraction-limited Spot Size" value calculated? I have tried using this: diameter = 4*lambda*EFL/pi/EA and it does not result in the same number. 2) What is the actual field of view with this objective? 3) Is there a measurement of CW damage threshold available? Best regards, Jaka
nbayconich  (posted 2018-04-26 03:19:35.0)
Thank you for your feedback. The diffraction limited spot Size calculated for this objective will produce a spot size given by Ø=C x λ x (f/A) Where Ø is the 1/e2 beam diameter, λ is the wavelength of the laser, f is the effective focal length of the lens, and A is the entrance beam diameter. C is a constant that relates to the degree of pupil illumination and input truncation (for a Gaussian beam, C = 1.83 when the entrance beam is truncated at the 1/e2 diameter). The field of view is the OFN/magnification = 2.4mm. We do not have a certified damage threshold CW measurement at the moment, however we expect it to 1MW/cm².
p.kleingarn  (posted 2017-11-28 11:53:28.36)
I've got a question regarding the LMH-10x-532nm Objective. I'm working with the optical Breakdown in borosilikat-glas and i'm wondering how the spherical Abberations would influence my results. Can you give me any information about the wavefront abberation coefficient/transmitted wavefront error maybe? This would be very appreciated, thanks ! besten regards Philipp
tfrisch  (posted 2018-02-23 10:18:20.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. I can send you the Zemax files we have available if you need to do a rigorous analysis, but LMH-10X-532 has on-axis nominal a diffraction limited transmitted wavefront error for borosilicate glass up to 1mm when the coverglass is perpendicular to the objective axis. I will reach out to you to directly to discuss this.
linlinchiayu  (posted 2017-07-04 22:05:00.537)
Can I receive the wavelength range information of LMH-20X-1064 and LMH-10X-1064?
nbayconich  (posted 2017-07-11 10:58:47.0)
Thank you for contacting Thorlabs. I will reach out to you directly with more information on the transmission of LMH-20X-1064 and LMH-10X-1064.
marin.vojkovic  (posted 2017-06-27 10:46:21.98)
Can you please tell me what coating is used for the objective and if it is suitable for working in the vacuum? If not, what would the price be for an objective suitable for vacuum? By coating, I mean the whole objective, not just the lens. Thank you in advance!
tfrisch  (posted 2017-08-03 11:31:47.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. We can offer a custom vacuum compatible version. I will reach out to you directly.
jelke.wibbeke  (posted 2016-10-10 09:57:25.37)
We are using the LMH-5X-1064 on a femtosecond laser. It occours that we can find two more focus spots (with less intensity) symmetrically about 2mm to the left and the right of the actual focus spot. Any clue?
jlow  (posted 2016-10-10 11:13:42.0)
Response from Jeremy at Thorlabs: We will contact you directly about troubleshooting this.
erica.block  (posted 2016-07-29 13:30:02.18)
Could you make one of these high power MicroSpot focusing objectives with a 850nm AR coating?
o.soroka  (posted 2015-11-18 13:41:26.86)
Can this objective be used in the UHV?
besembeson  (posted 2015-11-20 09:34:48.0)
Response from Bweh at Thorlabs USA: The stock item like the LMH-5X-532 is not vacuum compatible as there are certain air-pockets and anodized components inside that will out-gas. We can provide a special vacuum compatible version that may be suitable for your application. I will contact you.
andrefilipedrosa  (posted 2015-07-14 19:58:24.633)
Hello, is this objective lens able to be scanned? ty
besembeson  (posted 2015-09-23 12:03:35.0)
Response from Bweh at Thorlabs USA: The design is not telecentric and the clear aperture may not be large enough so this will not be suitable for scanning applications. You can find several scanning objectives at the following link: http://www.thorlabs.com/NewGroupPage9.cfm?ObjectGroup_ID=2910
suwas.nikumb  (posted 2014-02-10 09:37:53.92)
Do you have microscope objectives at 532nm and 800nm with atleast 12-15mm entrance aperture?
besembeson  (posted 2014-02-12 01:59:58.0)
Response from Bweh E. at Thorlabs: Thanks for contacting Thorlabs. At this time, we do not carry such objectives that meet your requirements. We however have several other objectives at the following page: http://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=1044.
lvtaohn  (posted 2013-09-17 19:08:25.967)
Do you have 40times or 60 times high power focusing objective 1064nm or 532nm? I need them in these days. Please let me know if you have them. Thank you!
jlow  (posted 2013-09-19 14:09:00.0)
Response from Jeremy at Thorlabs: We do not currently have these short focal length objectives for high power application. I have logged this in our internal forum and we will look into whether we could make this.
rpscott  (posted 2013-05-29 17:06:42.537)
Is the transmission for the 1064nm version of the objectives similar at 1037nm?
tcohen  (posted 2013-05-30 02:28:00.0)
Response from Tim at Thorlabs: Yes. The number of surfaces in each objective is different and therefore deviation away from the design wavelength will have more of an impact on transmission for the 20X vs the 10X, for example. However, at your desired wavelength the total transmission for each is similar.
tcohen  (posted 2012-08-23 16:25:00.0)
Response from Tim at Thorlabs: Thank you for contacting us. I’ve emailed you to go over this objective and supply some representative data.
song31037  (posted 2012-08-23 15:19:04.0)
Can I receive the wavelength range information of LMH-20X-1064?
tcohen  (posted 2012-02-29 15:56:00.0)
Response from Tim at Thorlabs: Thank you for your feedback on the LMH-10X-532. I am looking into the materials we use for this objective and will post an update soon.
g.laliberte  (posted 2012-02-29 10:13:58.0)
I'm intersted in a microscope objective that would be made of non magnetic material. Do you have any data about the housing material of that lens? THanks
jjurado  (posted 2011-07-08 08:58:00.0)
Response from Javier at Thorlabs to last poster: Thank you very much for contacting us. For this objective, the absorption in the glass itself is almost negligible, and if we assume 3.5% loss at each surface we would end up with a total transmission in the neighborhood of 80%. However, keep in mind that the chromatic shift of roughly 0.2 mm will slightly affect the performance of this objective. Also, we do not currently have an objective specifically designed for operation at 980 and 1550 nm. Please contact us at techsupport@thorlabs.com if you would like to discuss your application a bit further.
user  (posted 2011-07-07 14:17:40.0)
I am working with this objective (LMH-10X-1064), but I have beam at 1550nm. So I want to know the transmission spectrum of this objective especialy for 1550nm). Is there any particular objective design to work at 980nm and 1550nm?
apalmentieri  (posted 2009-12-31 17:12:33.0)
A response from Adam at Thorlabs to Ilday: There was a server glitch and we are working to bring this page online. Please note that we do have stock on most of these objectives and they can be ordered direct through our sales department, sales@thorlabs.com or 973-300-3000, while these parts are not on the website. I will email you with more information.
ilday  (posted 2009-12-31 17:01:39.0)
I wanted to purchase this product, which was available until yesterday, however it has disappeared from the webpage. Is that a server glitch or did you discontinue the product?

高出力用MicroSpot集光対物レンズ、ARコーティング:495 nm~570 nm

Item #AR Coating
Range
Transmission
(Typical)a
MbWDEFLPFLNAEAOFNSpot SizecCover Glass
Correction
RMS Thread
Depth
LMH-5X-532495 - 570 nm> 98%5X35 mm40 mm58.9 mm0.139.9 mm123.9 µm-3.8 mm
LMH-10X-532> 97%10X15 mm20 mm38.9 mm0.259.9 mm82.0 µm
LMH-20X-532> 96%20X6 mm10 mm40.0 mm0.408.0 mm141.3 µm
LMH-50X-532> 95%50X2.5 mmd4 mm45.0 mmd0.605.0 mm220.9 µm0.0 - 1.0 mm of Fused Silica4.5 mm
  • 532 nmにおける仕様値。クリックすると透過特性を示すグラフがご覧いただけます。
  • 焦点距離が200 mmのチューブレンズと組み合わせて使用した場合
  • 回折限界スポット、532 nmで測定
  • カバーガラス無しで測定

M = 倍率
WD = 作動距離
EFL =有効焦点距離

PFL = 同焦点距離
NA = 開口数
EA = 入射開口部

OFN = 光学視野数

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
LMH-5X-532 Support Documentation
LMH-5X-532High-Power MicroSpot Focusing Objective, 5X, 495 - 570 nm, NA = 0.13
¥114,589
3-5 Days
LMH-10X-532 Support Documentation
LMH-10X-532High-Power MicroSpot Focusing Objective, 10X, 495 - 570 nm, NA = 0.25
¥141,085
3-5 Days
LMH-20X-532 Support Documentation
LMH-20X-532High-Power MicroSpot Focusing Objective, 20X, 495 - 570 nm, NA = 0.40
¥209,511
3-5 Days
LMH-50X-532 Support Documentation
LMH-50X-532High-Power MicroSpot Focusing Objective with Correction Collar, 50X, 495 - 570 nm, NA = 0.60
¥468,650
Today

高出力用MicroSpot集光対物レンズ、ARコーティング:790 nm~910 nm

Item #AR Coating
Range
Transmission
(Typical)a
MbWDEFLPFLNAEAOFNSpot SizecCover Glass
Correction
RMS Thread
Depth
LMH-50X-850790 - 910 nm>95%50X2.3 mmd4 mm45.0 mmd0.655.3 mm221.3 µm0.0 - 1.0 mm of Fused Silica4.5 mm
  • 850 nmにおける仕様値。クリックすると透過特性を示すグラフがご覧いただけます。
  • 焦点距離が200 mmのチューブレンズと組み合わせて使用した場合
  • 回折限界スポット、850 nmで測定
  • カバーガラス無しで測定

M = 倍率
WD = 作動距離
EFL = 有効焦点距離

PFL = 同焦点距離
NA = 開口数
EA = 入射開口部

OFN = 光学視野数

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
LMH-50X-850 Support Documentation
LMH-50X-850NEW!Customer Inspired! High-Power MicroSpot Focusing Objective with Correction Collar, 50X, 790 - 910 nm, NA = 0.65
¥468,650
3-5 Days

高出力用MicroSpot集光対物レンズ、ARコーティング: 980 nm~1130 nm 

Item #AR Coating
Range
Transmission
(Typical)a
MbWDEFLPFLNAEAOFNSpot SizecCover Glass
Correction
RMS Thread
Depth
LMH-5X-1064980 - 1130 nm> 98%5X35 mm40 mm58.9 mm0.139.9 mm127.8 µm-3.8 mm
LMH-10X-1064> 97%10X15 mm20 mm38.9 mm0.259.9 mm103.9 µm
LMH-20X-1064> 96%20X6 mm10 mm40.0 mm0.408.0 mm142.5 µm
LMH-50X-1064> 95%50X2.3 mmd4 mm45.0 mmd0.655.3 mm221.6 µm0.0 - 1.0 mm of Fused Silica
0.0 - 1.2 mm of SiC
4.5 mm
  • 1064 nmにおける仕様値。クリックすると透過特性を示すグラフがご覧いただけます。
  • 焦点距離が200 mmのチューブレンズと組み合わせて使用した場合
  • 回折限界スポット、1064 nmで測定
  • カバーガラス無しで測定

M = 倍率
WD = 作動距離
EFL = 有効焦点距離

PFL = 同焦点距離
NA = 開口数
EA = 入射開口部

OFN = 光学視野数

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
LMH-5X-1064 Support Documentation
LMH-5X-1064High-Power MicroSpot Focusing Objective, 5X, 980 - 1130 nm, NA = 0.13
¥114,589
3-5 Days
LMH-10X-1064 Support Documentation
LMH-10X-1064High-Power MicroSpot Focusing Objective, 10X, 980 - 1130 nm, NA = 0.25
¥141,085
3-5 Days
LMH-20X-1064 Support Documentation
LMH-20X-1064High-Power MicroSpot Focusing Objective, 20X, 980 - 1130 nm, NA = 0.40
¥209,511
3-5 Days
LMH-50X-1064 Support Documentation
LMH-50X-1064Customer Inspired! High-Power MicroSpot Focusing Objective with Correction Collar, 50X, 980 - 1130 nm, NA= 0.65
¥468,650
3-5 Days
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