アカウント作成  |   ログイン

View All »Matching Part Numbers


カートは空です
         

ピエゾ素子型可変形状ミラー


  • 40-Actuator Array for Correcting Aberrations
  • Built-In High-Voltage Driver
  • Open- or Closed-Loop Operation

DMP40-F01

Deformable Mirror with Tip-Tilt Actuation and UV-Enhanced Aluminum Coating for 250 to 450 nm

DMH40-P01

High-Stroke Deformable Mirror with Protected Silver Coating for 450 nm to 20 µm

Application Idea

DMP40-P01 Protected Silver Coated DM Integrated into an AO System.
See the Application Idea tab for details.

Related Items


Please Wait

特長

  • 制御可能な波面補正
  • 高反射率の金属ミラーコーティング
  • ミラーは1枚のピエゾセラミックディスクに付いている40個の電極によって変形(右下の図参照) 
  • 最大アップデートレート:4 kHz
  • 高電圧ドライバ内蔵
  • USB 2.0を介したミラー制御用ソフトウェアプログラム付き
  • 64.0 mm x 60.0 mm x 30.9 mmのコンパクトな筐体 

当社のピエゾ素子型可変形状ミラーは、波面歪みを補正するための高速で応答性の良いプラットフォームを提供する製品で、非点収差やコマ収差などの一般的な波面収差(詳細「収差の種類」タブ参照)による歪みを補正するのに適しています。各ミラーは付属のソフトウェアを用いて手動で操作することもできますし、当社の シャックハルトマン波面センサを用いた閉ループシステム内でご使用いただくこともできます(詳細は「ソフトウェア」タブをご覧ください。)

可変形状ミラーは2種類ご用意しております。当社のDMP40シリーズでは、バイモルフベンダで支えられた瞳径 Ø10 mmのミラーが用いられています。これらはベンダによりあおり調整(チップ&チルト)が可能なため、ミラーを精密にアライメントすることができます。ミラーのコーティングとしては、250~450 nm用のUV域強化アルミニウムコーティングと、450 nm~20 µm用の保護膜付き銀コーティングの2種類をご用意しております。DMH40シリーズでは、DMP40シリーズよりも大きい、瞳径Ø14 mmのミラーが用いられていますが、チップ&チルト用のバイモルフベンダがありません。また、DMH40シリーズのアクチュエータは、DMP40シリーズに比べて物理的なストルーク量が2倍以上あります。これらのミラーには450 nm~20 µm用の保護膜付き銀コーティング(性能データは「仕様」および「グラフ」タブ参照)が施されています。

可変形状ミラーの筐体前面には当社のSM2レンズチューブを取り付けられるSM2外ネジがあり、また30 mmケージシステムが取付けられる#4-40タップ穴が4つ付いています。各ミラーには、不使用時にミラー表面を保護するエンドキャップSM2CP1、日本国内用電源コード、PC接続用のUSB 2.0ケーブル、校正証明書(Calibration Certificate)、クイックスタートガイドが付属します。マニュアルは下記型番横の赤いアイコン()をクリックするとダウンロードいただけます。また、制御ソフトウェアは「ソフトウェア」タブからダウンロードいただけます

Piezoelectric Deformable Mirror Schematic
Click to Enlarge

可変形状ミラーの内部構造概略図

動作原理
この可変形状ミラーは、UV域強化アルミニウムまたは保護膜付き銀コーティングを施した薄いガラスディスクを、円形のピエゾセラミックディスクに接着して組み立てられています。ディスク背面に付いている電極は、楔形を円形に配列した40個の個別のセグメントに分かれています。各コーティングの反射率については「グラフ」タブ、楔形の配列パターンについては下の図、そしてミラー、ピエゾセラミックディスク、電極の構造については右の図をご参照ください。

各セグメントは正の電圧を印加することによりそれぞれ単体で制御されます。表面は、全ての電極に最大電圧の半分を印加したときに平坦になるよう設計されています(右下の図をご覧ください)。電圧を印加しないとき、あるいは最大電圧を印加したときには球面になります。1つの電極に低い電圧をかけると局所的に凹面ミラーの形になり、高い電圧をかけると局所的に凸面ミラーの形になります。 

Piezoelectric Deformable Mirror Schematic
Click to Enlarge

この図は可変形状ミラーの単一セグメントの、異なる電圧に対する応答を示しています。

DMP40シリーズのミラーでは、40個のアクチュエータに加えて、あおり調整(チップ&チルト)を行うための3つのバイモルフアームが付いています。各アームの上層部はアクチュエータを保持するセラミックディスクの一部で、小さな接続点だけでディスクの主要部分とつながっています。アームの末端はキャリアボードに取り付けられています。アームの底面には別のピエゾ層が接着されており、印加電圧が増加すると1枚が縮み、1枚が伸びるように構成されています。アームに電圧をかけるとミラーの接続部分の高さが変化します。同一構造の3つのアームを使用することで、ミラーをどの方向にも±2 mradの範囲で傾けることができます(「仕様」のタブをご覧ください)。各アームに同じ電圧を印加するとミラーはチルト角度を保ちながら表面に対して平行に移動するので、位相変調に利用できます。

可変形状ミラーを補償光学用として効果的に用いるためには、入射ビーム径が可変形状ミラーの入射瞳径以上ある必要があります(1/e²ビーム径を入射瞳径に合わせることが一般的な方法です)。また、波面センサ用ソフトウェアで定義する入射瞳径が可変形状ミラーの入射瞳に合うよう調整する必要があります。

ご用途に適した可変形状ミラーの選択については「可変形状ミラーの選択」タブをご参照ください。

すべての技術データは23 ± 5 °C、相対湿度45 ± 15%(結露なし)で有効です。

Item # PrefixDMP40(/M)DMH40(/M)
Actuators
Number of Segments
in Piezoceramic Disk
40 Total
(Elements 1 - 24 Inside Pupil Diameter,
Elements 25 - 40 Outside Pupil Diameter)
Tip/Tilt3 Spiral ArmsN/A
Segment Voltage Range0 to +200 V
(Default: +100 V for Flat Mirror)
0 to +300 V
(Default: +150 V for Flat Mirror)
Tip/Tilt Arm Voltage Range0 to +200 V (Default: +100 V for Non-Tilted Mirror)N/A
Tip/Tilt Range±2.0 mradaN/A
Hysteresis of
Piezoceramic Materialb
15% Typical, 20% Max20% Typical, 25% Max
Optical
Optical AperturecØ11.5 mmØ17.0 mm
Pupil Diameterc10.0 mm14.0 mm
Surface Flatness (RMS)100 nm (Defocus Term
Actively Flattened)
200 nm (Defocus Term
Actively Flattened)
Dynamical
Pattern Update Rate (Max)4.0 kHz via USB 2.0 (Over Entire Voltage Range)
Mirror Response Time0.5 ms (Full Stroke)
Tip/Tilt Response Time5 ms (Full Stroke)N/A
Interfaces
PC InterfacedHigh-Speed USB 2.0 (USB 1.1 Compatible),
Mini USB Connector
Analog Feedback Inputd2.5 mm Stereo Plug
Current: 1 nA - 10 mA, Voltage: 0 - 2.5 V
General
Operating Temperature Range+5 to +35 °C (Non-Condensing)
Storage Temperature Range-20 °C to +70 °C
Operating Altitude3000 m (Maximum)
Housing Dimensions
(H x W x D)
64.0 mm x 60.0 mm x 30.9 mm
(2.52" x 2.36" x 1.22")
Weight0.18 kg (0.4 lbs)
Mounting Options
Cage Systems30 mm Cage Compatible via Four 4-40 Taps
Lens TubesFront Plate with External SM2 (2.035"-40) Threads
Post8-32 and 1/4"-20 (M4 and M6) Taps
on the Bottom of the Housing
Power
Power Supply12 V DC, 18 VA
  • 10 mmの瞳径に対して±20 µmに相当します。平均の傾きはミラー全体の全ての方向についての平均で定義されます。特定の方向についての平均の傾きは、この全体の平均による仕様値とは異なる場合があります。波面の振幅はこの2倍になります
  • これらのミラーの制御ソフトウェアには、ミラー性能に対するヒステリシスの影響を大幅に低減するヒステリシス補償が組み込まれています。
  • 利用可能な最大ビーム径は開口径によって制限され、開口径よりも大きいビームは排除される部分が生じます。開口径が瞳径よりも大きいのは、ビーム品質を維持するとともに瞳の端部での波面補正を行うためです。瞳径はゼルニケ多項式における規格化半径と関係しており、波面センサと可変形状ミラーの両方を使用する場合には、両デバイスの瞳径が光学的に整合するように必ずビームエキスパンダを使用する必要があります。
  • 長さ3 m以下のシールドケーブルをご使用ください。
Item # PrefixDMP40(/M)DMH40(/M)
AberrationZernike
Coefficienta
Physical Strokeb
DefocusZ5±6.5 µm±17.6 µm
AstigmatismZ4, Z6±6.8 µm±18.4 µm
ComaZ8, Z9±2.5 µm±6.8 µm
TrefoilZ7, Z10±2.4 µm±6.5 µm
TetrafoilZ11, Z15±2.1 µm±5.7 µm
Secondary
Astigmatism
Z12, Z14±1.1 µm±3.0 µm
Third Order
Spherical Aberration
Z13±1.0 µm±2.7 µm
  • 詳細は「AOチュートリアル」のタブをご参照ください。
  • 入射瞳径内のミラー表面における最大のPeak-to-Valley (PV)ストローク値。波面の振幅は2倍となります。デフォーカス範囲の非対称性は最大30%となる場合があります。これらの値は各収差に対する最大補正量を示していますが、他の収差は同時に補正していないことを仮定しています。2種類以上の収差を同時に補正する場合には、これらの値は減少します。
Reflective Coating Specifications
Item # Suffix-F01-P01
CoatingUV Enhanced AluminumProtected Silver
Average Reflectance
(Click for Graph)a
> 89% (250 - 450 nm)> 97.5% (450 nm - 2 µm)
> 96% (2 - 20 µm)
Damage ThresholdbCW1 W/cm
(250 - 450 nm)
4 W/cm
(450 nm - 2 µm)
Pulsed0.2 J/cm² (355 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.38 mm)1 J/cm² (1064 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø10 mm)
  • グラフ」タブでは入射角45°の場合を含む全てのコーティングの反射率曲線がご覧いただけます。
  • この仕様値の利用方法については「損傷閾値」のタブをご覧ください。なお、ミラーを薄型化しかつ柔軟性を持たせたため、損傷閾値は当社の他の標準的なUV域強化アルミニウムや保護膜付き銀コーティングのミラーよりも低くなっています。
  • ビームのパワー密度はW/cmの単位で計算します。この線形パワー密度が長パルスおよびCW光源において最も適した測定量である理由については、「損傷閾値」タブ内の「CWレーザと長パルスレーザ」をご覧ください。

可変形状ミラーのヒステリシス

DMH Series Hysteresis Curve
Click to Enlarge

このグラフは40個の全てのミラーセグメントに0~300 Vの電圧を印加して球面に変形させた時の、DMH40の典型的なヒステリシス曲線です。ヒステリシスは上のグラフの黒い線で示しています。
DMP Series Hysteresis Curve
Click to Enlarge

このグラフは40個の全てのミラーセグメントに0~200 Vの電圧を印加して球面に変形させた時の、DMP40の典型的なヒステリシス曲線です。ヒステリシスは上のグラフの黒い線で示しています。

HRコーティングの反射率

グラフの青色の網掛け領域は、記載された性能仕様が保証されている反射帯域を示しています。この領域以外の性能についてはロット毎に異なり、保証されません。 

UV域強化アルミニウムコーティング(型番末尾-F01)

Protected Silver at Near-Normal Incident Angle
Click to Enlarge

UV域強化アルミニウムコーティングのエクセル形式のデータはこちらからダウンロードいただけます。
Protected Silver at 45 Degree Incident Angle
Click to Enlarge

UV域強化アルミニウムコーティングのエクセル形式のデータはこちらからダウンロードいただけます。

保護膜付き銀コーティング(型番末尾-P01) 

Protected Silver at Near-Normal Incident Angle
Click to Enlarge

保護膜付き銀コーティングのエクセル形式のデータはこちらからダウンロードいただけます。
保護膜付き銀コーティングの反射特性(入射角12°、波長範囲450 nm~1 µm)。このコーティングは450 nm~20 µm用に設計されています。
Protected Silver at 45 Degree Incident Angle
Click to Enlarge

保護膜付き銀コーティングのエクセル形式のデータはこちらからダウンロードいただけます。
保護膜付き銀コーティングの反射特性(入射角45°、波長範囲450 nm~1 µm)。このコーティングは450 nm~20 µm用に設計されています。
Protected Silver at Near-Normal Incident Angle
Click to Enlarge

保護膜付き銀コーティングのエクセル形式データ
Protected Silver at 45 Degree Incident Angle
Click to Enlarge

保護膜付き銀コーティングのエクセル形式データ

左のAOシステムの簡略図

可変形状ミラーDMP40(/M)-P01とシャックハルトマン波面センサ

下のセットアップ例では、可変形状ミラー(DM) DMP40(/M)-P01で発生した波面の変化を測定するためにシャックハルトマン波面センサ(WFS)を使用しています。このセットアップは、DMP40シリーズの可変形状ミラーの動作を理解していただくための補助用として設計されており、補償光学システムとして完全に機能するものではありません。下のシステムで使用されている部品は表にリストアップされています。画像上の部品にマウスを持っていくと部品の色が変わり、対応する表中の部品名もハイライトされます。

補償光学用の実験セットアップを構築するために、このシステムの入力コリメータの部分をお手持ちのビームと交換したり、別のビームスプリッタをWFSの直前に設置して光の一部を実験セットアップの方向に向けたりすることができます。

Adaptive Optics System
DM Mirror KC1T CF125CF125CF125CF125 Post HolderPost HolderPost HolderPost Holder ER RodsER RodsER RodsER RodsER RodsER Rods ER RodsER RodsER RodsER Rods ER RodsER RodsER RodsER RodsER Rods ER RodsER RodsER RodsER RodsER RodsER Rods PostPostPost Wavefront Sensor Beam ExpanderBeam ExpanderBeam Expander Beamsplitter Fiber CollimatorFiber Collimator Cage Plate Adapter Cage Rod Post AdapterCage Rod Post Adapter 2 Inch Mirror Mount2 Inch Mirror Mount End Cap Lens TubeLens TubeLens Tube BreadboardBreadboardBreadboardBreadboardBreadboardBreadboardBreadboardBreadboardBreadboardBreadboardBreadboard Thread Adapter Thread AdapterThread Adapter Cage PlateCage Plate Cage Plate

Parts Lista
Product DescriptionItem #Qty.
ImperialMetric
Piezoelectric Deformable MirrorDMP40-P01DMP40/M-P011
Fast Shack-Hartmann Wavefront Sensor,
Chrome-Masked Microlens Array, 300 - 1100 nm
WFS20-5CWFS20-5C/M1
3X Achromatic Galilean Beam Expander,
AR Coated: 400 - 650 nm
GBE03-A1
Ø1" Protected Silver MirrorbPF10-03-P011
Ø1" Biconvex Lens, 350 - 700 nmcf = 150 mmLB1437-A1
Ø1" Biconvex Lens, 350 - 700 nmcf = 50 mmLB1471-A1
Cage Assembly RodL = 1.0", 4 PackER1-P41
Cage Assembly RodL = 3.0", 4 PackER3-P41
Cage Assembly RodL = 4.0", 4 PackER4-P41
Cage Assembly RodL = 8.0", 4 PackER8-P41
SM1 Lens Tube0.3" Thread DepthSM1L032
SM1 Lens Tubeb1.0" Thread DepthSM1L101
SM1 Lens Tubeb4.0" Thread DepthSM1L401
Pedestal Post HolderL = 2.19" (54.7 mm)PH2EPH50E/M4
Ø1/2" Stainless Steel PostdL = 1.5" (40 mm)TR1.5TR40/M1
Ø1/2" Stainless Steel PostL = 2.0" (50 mm)TR2TR50/M3
Small Clamping Fork, 1.25"CF1254
Parts Lista
Item #
Product DescriptionImperialMetricQty.
SM1-Threaded Adapter for
Ø15 mm Cylindrical Componentse
AD15F1
Fiber-Coupled Laser Source, 635 nmfS1FC6351
Single Mode Fiber Patch CablefP1-630A-FC-11
Cube-Mounted, Non-Polarizing 50:50 BeamsplitterCCM1-BS013CCM1-BS013/M1
SM1-Threaded 30 mm Cage PlateCP33CP33/M2
30 mm Cage AdapterCP02B2
Ø2" Round Cage PlateCP071
Cage System Alignment Plate with Ø0.9 mm HolegCPA12
635 nm FC/PC Collimation PackageF810FC-6351
Cage-Compatible Kinematic Mount for Ø1" OpticKC1-TKC1-T/M1
Kinematic Mount for Ø2" OpticKM2001
30 mm Cage Plate with Ø1.2" Double BoreCP361
Ø25 mm Absorptive ND Filter, OD = 1.0hNE10A1
Thread Adapter, External SM1 to Internal SM2iSM1A21
Thread Adapter, External C-Mount to Internal SM1SM1A91
End Cap, Externally SM1-ThreadedSM1CP21
SM1 Coupler, External ThreadsjSM1T21
Anodized Aluminum Breadboard,
12" x 18" x 1/2" (300 mm x 450 mm x 12.7 mm),
1/4"-20 (M6) Taps
MB1218MB3045/M1
  • このシステムの光学部品には可視域用のARコーティングが施されており、DMP40(/M)-P01と組み合わせて使用するのに適した部品が選択されています。このシステムをDMP40(/M)-F01に対応させるには、光学部品を測定したい波長の光が透過するタイプに交換する必要があります。型番が掲載されているすべての部品をカートに入れる場合はこちらのリンクをご利用ください:View Imperial Product List
    型番数量Description
    DMP40-P011ピエゾ素子型可変形状ミラー、アクチュエータ数:40、チップ&チルトアクチュエータ付き、保護膜付き銀コーティング、#8-32&1/4”-20タップ(インチ規格)
    WFS20-5C1高速シャックハルトマン波面センサ、150 µmピッチ、クロムマスク付き、300~1100 nm、#8-32取付け穴(インチ規格)
    GBE03-A13X Achromatic Galilean Beam Expander, AR Coated: 400 - 650 nm
    PF10-03-P011保護膜付き銀ミラー(円形)、Ø25.4 mm、厚さ6 mm
    LB1437-A1N-BK7両凸レンズ -Ø25.4mm -f = 150mm (ARコート:350-700nm)
    LB1471-A1N-BK7両凸レンズ -Ø25.4mm -f = 50mm (ARコート:350-700nm)
    ER1-P41Ø6 mmケージアセンブリーロッド、長さ 25.4 mm、4個入り
    ER3-P41Ø6 mmケージアセンブリーロッド、長さ 76.2 mm、4個入り
    ER4-P41Ø6 mm ケージアセンブリーロッド、長さ 101.6 mm、4個入り
    ER8-P41Ø6 mmケージアセンブリーロッド、長さ 203.2 mm、4個入り
    SM1L031SM1レンズチューブ、ネジ深さ7.6 mm、固定リング1個付属
    SM1L101SM1レンズチューブ、ネジ深さ25.4 mm、固定リング1個付属
    SM1L401SM1レンズチューブ、ネジ深さ101.6 mm、固定リング1個付属
    PH2E4台座付きØ1/2インチポストホルダ、バネ付き六角固定つまみネジ付き、長さ2.19インチ (インチ規格)
    TR1.51Ø1/2インチポスト、#8-32ネジ、1/4”-20タップ穴付き、長さ1.5インチ(インチ規格)
    TR23Ø1/2インチポスト、#8-32ネジ、1/4”-20タップ穴付き、長さ2インチ(インチ規格)
    CF1254クランプフォーク、31.5mm(1.24インチ)ザグリ溝付き(ミリ&インチ規格共用)
    AD15F1SM1アダプタ、Ø15 mm円筒形部品用
    S1FC6351ファブリペローベンチトップ型レーザ光源、635nm、2.5mW、FC/PC
    P1-630A-FC-11Single Mode Patch Cable, 633 - 780 nm, FC/PC, Ø3 mm Jacket, 1 m Long
    CM1-BS0131キューブマウント付き偏光無依存ビームスプリッタ、400~700 nm、 #8-32およびM4アダプタ
    CP332SM1ネジ付き30 mmケージプレート、厚さ0.35インチ、固定リング2個付属、#8-32タップ穴付き(インチ規格)
    CP02B230 mmケージマウント用ブラケット
    CP071円形ケージプレート、外径Ø50.8 mm、SM1内ネジ付き(SM1RR付属)
    CPA1230 mmケージシステム用アライメントプレート、Ø0.9 mm穴付き
    F810FC-6351635 nm FC/PC Collimation Package, NA = 0.25, f = 35.41 mm
    KC1-T130 mmケージシステム用キネマティックマウント、SM1ネジ開口(インチ規格)
    KM2001キネマティックマウント、Ø50 mm~Ø50.8 mm光学素子用
    CP12130 mm ケージプレート、SM1およびCマウントレンズチューブ用、Ø30.5 mm(Ø1.2インチ)2重穴構造
    NE10A1Ø25 mm吸収型NDフィルター (取付済み) -OD=1.0
    SM1A21SM2内ネジ&SM1外ネジ付き アダプタ
    SM1A91SM1内ネジ&Cマウント外ネジ付きアダプタ
    SM1CP21SM1シリーズエンドキャップ、外ネジ付き
    SM1T21SM1カプラ、外ネジ付き、長さ12.7 mm
    MB12181アルミニウム製ブレッドボード、12" x 18" x 1/2"、1/4"-20タップ穴(インチ規格)
    / View Metric Product List
    型番数量Description
    DMP40/M-P011ピエゾ素子型可変形状ミラー、アクチュエータ数:40、チップ&チルトアクチュエータ付き、保護膜付き銀コーティング、M4&M6タップ(ミリ規格)
    WFS20-5C/M1高速シャックハルトマン波面センサ、150 µmピッチ、クロムマスク付き、300~1100 nm、M4取付け穴(ミリ規格)
    GBE03-A13X Achromatic Galilean Beam Expander, AR Coated: 400 - 650 nm
    PF10-03-P011保護膜付き銀ミラー(円形)、Ø25.4 mm、厚さ6 mm
    LB1437-A1N-BK7両凸レンズ -Ø25.4mm -f = 150mm (ARコート:350-700nm)
    LB1471-A1N-BK7両凸レンズ -Ø25.4mm -f = 50mm (ARコート:350-700nm)
    ER1-P41Ø6 mmケージアセンブリーロッド、長さ 25.4 mm、4個入り
    ER3-P41Ø6 mmケージアセンブリーロッド、長さ 76.2 mm、4個入り
    ER4-P41Ø6 mm ケージアセンブリーロッド、長さ 101.6 mm、4個入り
    ER8-P41Ø6 mmケージアセンブリーロッド、長さ 203.2 mm、4個入り
    SM1L031SM1レンズチューブ、ネジ深さ7.6 mm、固定リング1個付属
    SM1L101SM1レンズチューブ、ネジ深さ25.4 mm、固定リング1個付属
    SM1L401SM1レンズチューブ、ネジ深さ101.6 mm、固定リング1個付属
    PH50E/M4台座付きØ12 mm~Ø12.7 mmポストホルダ、バネ付き六角固定つまみネジ付き、長さ54.7mm (ミリ規格)
    TR40/M1Ø12.7 mmポスト、M4ネジ、M6タップ穴付き、長さ40 mm(ミリ規格)
    TR50/M3Ø12.7 mmポスト、M4ネジ、M6タップ穴付き、長さ50 mm(ミリ規格)
    CF1254クランプフォーク、31.5mm(1.24インチ)ザグリ溝付き(ミリ&インチ規格共用)
    AD15F1SM1アダプタ、Ø15 mm円筒形部品用
    S1FC6351ファブリペローベンチトップ型レーザ光源、635nm、2.5mW、FC/PC
    P1-630A-FC-11Single Mode Patch Cable, 633 - 780 nm, FC/PC, Ø3 mm Jacket, 1 m Long
    CM1-BS0131キューブマウント付き偏光無依存ビームスプリッタ、400~700 nm、 #8-32およびM4アダプタ
    CP33/M2SM1ネジ付き30 mmケージプレート、厚さ8.9 mm、固定リング2個付属、M4タップ穴付き(ミリ規格)
    CP02B230 mmケージマウント用ブラケット
    CP071円形ケージプレート、外径Ø50.8 mm、SM1内ネジ付き(SM1RR付属)
    CPA1230 mmケージシステム用アライメントプレート、Ø0.9 mm穴付き
    F810FC-6351635 nm FC/PC Collimation Package, NA = 0.25, f = 35.41 mm
    KC1-T/M130 mmケージシステム用キネマティックマウント、SM1ネジ開口(ミリ規格)
    KM2001キネマティックマウント、Ø50 mm~Ø50.8 mm光学素子用
    CP12130 mm ケージプレート、SM1およびCマウントレンズチューブ用、Ø30.5 mm(Ø1.2インチ)2重穴構造
    NE10A1Ø25 mm吸収型NDフィルター (取付済み) -OD=1.0
    SM1A21SM2内ネジ&SM1外ネジ付き アダプタ
    SM1A91SM1内ネジ&Cマウント外ネジ付きアダプタ
    SM1CP21SM1シリーズエンドキャップ、外ネジ付き
    SM1T21SM1カプラ、外ネジ付き、長さ12.7 mm
    MB3045U/M1アルミニウム製ブレッドボード、アルマイト加工無し、300 mm x 450 mm x 12.7 mm、M6タップ穴(ミリ規格)
  • これらの部品は、上記の使用例の画像には示されていません。DMP40/M-P01とKC1-T/Mの代わりにこれらを同じ場所に設置して平面を形成し、シャックハルトマン波面センサWFS20-5C/Mの校正に用います。詳細は、型番横の赤いアイコン()をクリックしてマニュアルをご覧ください。
  • これらのレンズは、上記画像内の3つのレンズチューブSM1L03のうちの2つに取り付けられています。取り付け位置は、右上の簡略図でご確認いただけます。
  • キネマティックマウントKM200の取付けに使用されています。
  • ファイバーコリメータF810FC-635をケージプレートCP07に取り付けるのに使用するアダプタです。
  • 画像には示されていません。これ以外の635 nmレーザ光源もご使用いただけますが、システムに接続するにはシングルモードファイバーパッチケーブルをご使用ください。
  • 画像には示されていません。ケージシステム内でのレーザ光のアライメント調整に使用します。
  • シャックハルトマン波面センサWFS20-5C/Mの前面に設置されたSM1L03に取り付けられています。
  • 可変形状ミラーDMP40/M-P01のSM2外ネジをミラーマウントKC1-T/M のSM1内ネジに取り付けるのに使用されています。
  • シャックハルトマン波面センサWFS20-5C/Mの前面に設置されたレンズチューブSM1L03(NDフィルタNE10Aを取り付け済み)を、ケージプレートCP02/Mに取り付けるのに使用されています。

DMP40/MまたはDMH40シリーズ可変形状ミラーを補償光学の用途で操作する際のグラフィカルユーザーインターフェイス付きソフトウェアパッケージは下のリンクからダウンロードいただけます。 デバイス機能の拡張、または応用したカスタム用途向けのドライバーパッケージも付属します。

ソフトウェア

Version 3.1 (2020年3月23日)

可変形状ミラー用ソフトウェアパッケージの最新版です。 Windows®7 SP1、8.1または10(32または64ビット版)が必要です。 またUSB 2.0または3.0ポートも必要です。

Software Download

Piezoelectric Deformable Mirror Screenshot
Click to Enlarge

可変形状ミラー用ソフトウェアGUIのスクリーンショット

ソフトウェアとGUIの特長

表示・出力のオプション

  • ミラーセグメントのIDまたはグラフィック表示、ティルトの電圧制御
  • 単体、またはグループ別セグメントを使用した電圧パターン
  • 組み込まれたヒステリシス補償
  • ユーザ定義パターンの保存・ロード
  • 高さ・振幅の角度によるティルト調整
  • あらかじめ定義されたゼルニケ多項式パターン
  • 当社の波面センサからのフィードバックを利用して組み込まれた補償光学制御ループ
  • アナログ入力電圧ならびにフィードバック用現入力値表示

ドライバ

ソフトウェアには、下記ソフトウェアパッケージを用いたカスタムシステム構築用のドライバーパッケージも含まれています。

  • Cコンパイラ
  • LabWindows™/CVI
  • LabVIEW™
  • .NET

光学的イメージ形成システムでは、1つの点光源に対して1つの像点が生成されることが理想です。このガウシアン光学(近軸光学または1次光学ともいう)の理想形からの逸脱が収差であり、収差は大きく分けて2種類あります。1つは単色収差で、もう1つは色収差(複数の波長が存在する)です。収差が存在する場合は、ピーク強度が減少し、ターゲットに到達する画像やレーザービームにボケが生じます。下記では7種類の主な収差を説明していますが、5つは単色収差で、残りの2つは色収差です。可変形状ミラーは、波面から全ての種類の単色収差を取り除くことが可能で、回折限界性能を持つ光学素子が光学系に用いられない場合においても、理想的な回折限界の画像を生成します。

単色収差

単色収差には、主な収差が5種類があり、さらに画像を劣化させる収差(球面収差、コマ収差、非点収差)と、画像を歪ませる収差(像面湾曲と歪曲)の2つのサブグループに分類させることができます。これらの収差は、光線が主軸に対し小さな角をなすことを仮定する1次理論(sinθ≈θ)から逸脱した直接的な結果です。sinθ≈θのステートメントは近軸光学の基礎を形成するものですが、レンズ周縁部への入射光においては、このステートメントは有効ではなく、下記展開式の他の項も考慮する必要が出てきます:

sine expansion

5つの単色収差を最初に研究したLudwig von Seidel氏により、これらの収差をザイデル収差(Seidel aberrations)とも呼びます。sinθの展開は、無限和であるので、収差は下記で言及されている5つの単色収差に限定されるものではなく、他にも画像劣化への影響は比較的小さいながらも、さらに高次の収差があることは念頭に置いておく必要があります。可変形状ミラーでは表面形状を変えることができるので、このような種類の単色収差には全て対応できるようになります。

1)球面収差

入射する平行光線にとって理想的なレンズは、図1aにあるように光軸上に焦点を結ぶもので、理想的な条件下において光軸上の点光源の像は、薄い円環に囲まれ た明るい円盤状になります図1bで図示されている像で、エアリー回折パターンと呼ばれます。しかしながら、実際には球面状の凸レンズの光軸から遠い位置で入射した光は、光軸に近い位置で入射した光と比べてレンズに近い位置で収束します(図1c)。結果的に、光は単一の焦点に収束することができずに、画像はぼやけてしまい、殆どの光が中心の明るい円形の領域に集中するエアリー回折パターンは生成されず、球面収差が中心の円盤状の領域から周囲の円環へと一部の光が散らばるので(図1d)、画像のコントラスト比が小さくなります。球面収差が生じる場合、非補正のレンズにとって最適な焦点は、周縁部と近軸光線の焦点面の間となります。なお、球面収差は点光源が光軸上にある状況でのみ起こる点にご留意ください。

Figure of Spherical Aberration

図 1. 理想的な状況と球面収差が生じた状況の比較 a)理想的なレンズでは、全ての入射光が1点に収束されます b)点光源に対して理想的なレンズが使用されると、エアリー回折パターンが生じて中心の明るい領域を囲むように同心円の円環が生じますc)実際のレンズでは、レンズの周縁部の入射光は、レンズ中心部の入射光と比較して大きく屈折するので、全ての入射光が1点で収束することはありません d)球面収差は中心の明るい領域から周囲の同心円状の円環に光の一部が散らばるので、分解能が劣化します。

 

2)コマ収差

コマ或いはコマ収差は、点光源の像を劣化させる収差で、点光源がわずかでも光軸外にずれた時に発生します。光軸外の光がレンズに入射するとき、光のレンズ上 の入射位置によって光の屈折量は異なります(図2a)。結果的に各光の環帯は、像面上に少しずつ異なる高さとスポットサイズで焦点を結び(図2b)、横方向への拡大倍率が異なる結果となります。点光源の像は、上の図1bのエアリー回折パターンとは大きく異なる図2cのような複雑で非対称の回折パターンとなります。この像では中心が明るく、三角形のフレアがあります。コマ収差の「コマ」は、このような長い光の尾を持った彗星(コメット)のような形状に由来しているといわれています。コマ収差がマイナスかプラスかによって、その光の尾が光軸に向かって出るか、その反対の方向に出るかが決まります。コマ収差は、像に非対称を引き起こすので、多くの場合、最も悪い種類の収差と考えられています。

Figure showing Coma

図 2. プラス方向のコマ収差の図解です a)光源が軸外で、レンズの多くの部分で像面上の同1点に向けて光が屈折しない状態 b)レンズの中心領域が円錐の頂点で点像を形成し、レンズ周縁部のより大きな円環は、光軸から遠いコマ円環として生成されます c)コマ収差は、斑点とアークが引き伸ばされたような複雑で非対称の彗星に似た形状の回折パターンを生じさせます。なお、この回折パターンでは、球面収差の影響はないこととしています。

3)非点収差

非点収差は、コマ収差と同様に、点光源が光軸から離れた位置にあるときに生じます。このような条件下では、光の入射円錐はレンズに斜めに入射し、2つの基本曲率で表される屈折波面により、2つの異なる集光点が生じます。図3aで見られるように、タンジェンシャル面正接面(メリディオナル子午面ともよばれます)と、サジタル面矢状面がありますが、タンジェンシャル面は主光線(点光源が発するレンズ中心を通る光線)と光軸で決定され、サジタル面は、主光線を含むタンジェンシャル面に対して垂直な面です。図3aでは、主光線に加え、さらに2つの軸外の光線が図示されています。1つの光線はタンジェンシャル面を通り、もう1つの光線はサジタル面を通っています。複雑で複数の素子を含むレンズシステムの場合(顕微鏡用対物レンズやASOMシステムなど)では、タンジェンシャル面はそのシステムの端から端にわたって単一面ですが、通常はレンズシステムの中の様々な種類の部品が主光線の伝搬方向を変化させるので、サジタル面の傾きは、そのレンズシステム内で変化することになります。その結果、一般的には、これらの面ごとに焦点距離が異なることとなります(図 3b参照のこと)。サジタル面の焦点とタンジェンシャル面の集光点が一致している場合においては、点光源はレンズの軸上にあり、非点収差は存在しないということになります。しかしながら、非点収差の度合いが大きい場合は、この2つの焦点間の距離は増大し、画像の輪郭がぼやけることになります。理想的には点画像が生成される場合において非点収差があると、ぼやけて複雑な一方向に伸びた回折パターンが生じて線のような像が得られることになります(図 3cと3dを参照のこと)。

diagram depicting astigmatism

図 3. 球面収差とコマ収差の影響を省いた非点収差の影響が図示されています。a)タンジェンシャル面とサジタル面が図示されています b)タンジェンシャル面上の光線と、サジタル面上の光線の屈折率は異なるので、2つの異なる焦点面が生成されます。それぞれタンジェンシャル焦点とサジタル焦点とよばれます c)タンジェンシャル面での点光源のエアリー回折パターン d)サジタル面上での点光源のエアリー回折パターン

4) 像面湾曲

殆どの光学システムでは、像は平面に生成される必要があります。しかし現実には、軸外収差がないレンズは、ペッツヴァル局面とよばれる曲面に結像します。ぺッツヴァル曲率とよばれるこの表面上の曲面は、レンズの半径の逆数と一致します。正レンズにおいて、曲面は光源面に向けて湾曲しており、負レンズにおいて曲面は光源面にから遠ざかるように湾曲しています。像面湾曲収差は、本来曲面上に生成されている画像を無理に平面上に映し出そうとすることが原因で生じます。像面湾曲がある場合、画像の中心と周縁部の両方においてシャープな画像を得ることは不可能です。焦点面がペッツヴァル曲線の頂点(図4における位置A)に移動すると、画像の中心部分にピントが合って周縁部がぼけるので、外側の画像詳細の判別が不可能になります。これとは逆に、焦点面がペッツヴァル曲線の外縁部(図4における位置B)に移動すると、反対の結果が得られます。つまり画像の周縁部にピントが合って中心部がぼけるわけです。このように極端な画像となることを避けるために最適な妥協案は、像面をペッツヴァル曲線の頂点と周縁部の中間のどこかに設定することですが、いずれの位置であっても画像が視野内全部でシャープ且つはっきりした画像を得ることはできません。

Diagram showing field curvature

図 4.点光源が軸外にあることで発生する像面湾曲の原因は、理想的な画像が近軸面ではなく、ペッツヴァル曲面と呼ばれる放物線状の曲面に生成されるからです。 a)光軸上のいずれかの位置に焦点面を設定することで、視野内の画像の中心部(位置Aの場合)か周縁部(位置Bの場合)のどちらかにピントを合わせることは可能ですが、両方にピントを合わせることはできません。b)像面が位置Aにある時には、画像中心部がはっきりと見えます c)像面が位置Bにある時には、画像周縁部がはっきりと見えます。

5)歪曲収差

5つめのザイデル収差が歪曲収差です。この収差には各点では焦点がきっちりと合っていても画像全体が歪むという特徴があり、他の全ての単色収差がないときに簡単に識別できる収差です。通常のレンズの異なる場所では、焦点距離や拡大率が異なりますが、歪曲収差はその影響で生じます。レンズシステムで歪曲収差が存在しない時、結像は対象物の完全な相似形となります(図5bを参照のこと)。しかしながらこの収差が生じるとき、軸外点は像側において通常より遠く又は近い距離で投影され、それぞれ糸巻型(ピンクッション型)の画像(図5aを参照のこと)、または樽型の画像になります(図5cを参照のこと)。

Image Distortion

 5. 他の収差の影響を省いた、歪曲収差の影響が図示されています a)像が伸びて糸巻型(ピンクッション型)の歪曲収差画像が生じるのは、軸方向距離が長いことに対応してレンズの横方向の拡大率が増加する時です。この時画像の各点は、放射状に中心から外側に投影される傾向があり、各点が中心から遠い距離にあるほど本来あるべき位置から最もずれることになりますb)歪曲収差が存在しない時、画像は対象物体と完全な相似性がありますc)像が縮んで樽型の歪曲収差画像が生じるのは、軸方向距離が長いことに対応してレンズの横方向の拡大率が縮小する時です。この時画像の各点は、放射状に中心に向けて内側に投影される傾向があり、糸巻型の場合と同様に、各点が中心から遠い距離にあるほど、本来あるべき位置から最もずれることになります。

 

色収差

上で説明した全ての単色収差は、当社の補償光学キットに含まれている可変形状ミラーを使うことで補正できます。しかしながら、広帯域光源を使用する際は、色収 差が発生する場合があります。色収差は可変形状ミラーでは補正はできないので、この収差ついては簡単な説明に留めます。色収差には2種類あり(横収差と縦収差)、これは入射光の波長によってレンズにおける屈折率が異なることが原因で起こります。青色光の方が赤色光より大きく屈折する傾向があるので、レンズは全ての色を同じ焦点に結ぶことができません。この結果、各色について画像サイズや焦点にわずかなバラツキが発生し、画像の周りにハロー(光輪)が生じます。一般的には、ヒトの目はスペクトル中の緑色光に最も敏感であるので、レンズの焦点をその領域に合わせるようにします。この条件下で像面をレンズに近づける(あるいはレンズから遠ざける)と、ぼやけた画像の周縁部は微かに赤み(あるいは青み)を帯びます。

はじめに:
補償光学(AO)は、物理学、化学、電子技術、コンピューターサイエンスなど多くの専門分野に渡って急速に発展している分野です。補償光学システムは、光線の波面を補正(整形)するために用いられます。歴史的に、これらのシステムの始まりは、国際的な天文学と米国の防衛コミュニティにあります。この領域のルーツは、天文学の研究者達が大気乱流によって引き起こされる収差を補償することができれば、高い分解能の天文画像を得ることができると気が付いたことにあります。 研究者達にとっては、画像を鮮明にすれば、今までは見過ごされてきたような暗い対象物でも見つけることができるという利点がありました。天文学の研究者が大気乱流による画像のぼけの問題を解決しようしていた一方で、軍事産業の技術者は、高出力レーザからの光子を正確に1点に集中して、戦略ターゲットを破壊する技術を追究していました。さらに近年においては、AO構成部品が高性能でシンプルになったことで、研究者達はこのシステムをフェムト秒パルス整形、顕微鏡技術、レーザ通信、視力矯正や網膜観察の分野で応用しています。これらは大きく異なる分野ですが、時間変化による望まない影響を抑制するために、AOシステムが、いずれの分野でも役立っています。

標準的な補償光学システムは、(1)波面センサ(波面の歪を測定する)(2)可変形状ミラー(形を変えられる形状変更可能なミラーで、大きな歪のある波面を補正できる)(3)リアルタイム制御用ソフトウェア(波面センサが集めたデータに基づいて、歪んだ波面の補償に必要な可変形状ミラーの変形形状を計算します)の3つの部品から構成されます。これら3つの構成部品は、閉ループ方式で作動します。これは、AOシステムによるいかなる変化も、AOシステム自身が検知できることを意味しています。この閉ループシステムは、原理的には基本的にシンプルで、位相を対象となる光波面の位置の関数として測定し、収差を検知し、補正を計算して、可変形状ミラーを変形させて、補正結果を調べます。さらに、位相収差が時間と共に変化するようであれば、必要に応じてこのプロセスは何度も繰り返されます。この手順をふむことで、補償光学システムは、投影された光の波面から収差を取り除いて、光学分解能を向上させることができます。

波面センサ:
補償光学システムにおける波面センサの役割は、実際の波面を参照波面と比較して、ズレを測定することです。波面検出には3つの基本的な方法があります。 シャックハルトマン型波面センサ、シヤリング干渉計と曲率センサです。雑音、精度、感度、そして制御用ソフトウェアや可変形状ミラーとのインターフェイスの相性など、方法によってそれぞれ利点があります。これらの中では、シャックハルトマン型波面センサが最も一般的に使用されています。

シャックハルトマン型波面センサは、マイクロレンズアレイを使って入射光を多数の小さなビームに分割します。分割後の各ビームは、マイクロレンズアレイの焦点面に位置決めされたCCDカメラ上に結像されます。均一な平面波がシャックハルトマン型波面センサに入射する時(図1参照)、焦点は各マイクロレンズの光軸上に位置することになり、焦点面上の等間隔のグリッド中に規則正しい点として並びます。しかし、歪みのある波面の場合(全ての平面ではない波面)、焦点は各マイクロレンズの光軸から外れて位置することになります。各点の中心からのズレは、各マイクロレンズの位置での波面の局所傾斜(ティルト)に比例します。したがって、波面位相は、測定して得られた点のズレの数値から(定数の範囲内で)再形成することができます(図2を参照)。

Wavefront correction

図1. 平面波がシャッ クハルトマン型波面センサのマイクロレンズアレイに入射する時、CCDセンサ上の結像スポットは、等間隔のグリッド中に規則正しい点として並びます。しかし、歪みのある波面の場合、各点は各マイクロレンズの光軸から外れて位置することになります。歪みが大きいと、結像スポットがグリッド内から外れるほどズレる場合があります。このデータで、マイクロレンズアレイに入射した波面形状を計算することが可能になります。

Screen Shots of Spotfield and Wavefront

2. 上の2つの図はそれぞれシャックハルトマン型波面センサを用いて取得した画面です。1つはスポットフィールド(左側)で、もう1つはこのスポット位置データを計算して得られた波面(右側)です。

Comparison of sensitivity and dynamic range

3. シャックハルトマン型波面センサにおいて、ダイナミックレンジと測定感度は競合する特性です。上記の数式では、fがマイクロレンズの焦点距離、 Δyがスポット変位、そして d がマイクロレンズの直径をあらわしています。測定感度θ min とダイナミックレンジθmax を表す数式は、小角度近似から得られます。θminは波面センサで測定可能な最小波面傾斜です。検出可能な最小のスポット変位がΔymin で表されており、これは、フォトディテクタのピクセルサイズ、重心アルゴリズムの精度やセンサの信号対雑音比などで決まります。θmax は最大波面傾斜ですが、波面センサで測定可能で、マイクロレンズ直径の半分に等しいΔymaxのスポット変位量に対応します。したがって、感度を上げるとダイナミックレンジが減少する、あるいはその逆となります。

シャックハルトマン型波面センサの性能に大きく影響を与える4つのパラメータは、マイクロレンズの数(または通常は約100 ~600 μm の範囲内のマイクロレンズの径)、ダイナミックレンジ、測定感度、そしてマイクロレンズアレイの焦点距離です(通常は数 mmから約30 mm)。マイクロレンズの数によって、ゼルニケ係数の最大数が決まります。ゼルニケ係数では、再構成アルゴリズムで確実に計算可能で、研究によれば元の波面を表すのに使用する係数の最大数は、おおよそマイクロレンズの数と一致します。必要となるマイクロレンズの数を決めるには、モデル化しようとしている歪みの量を考慮する必要があります(真の波面収差を効果的に表わすにはゼルニケ係数がいくつ必要か、など)。測定感度θmin とダイナミックレンジθmaxは、仕様において相反する因子です(図3を参照)。前者は、検出可能な最小位相を決定し、後者は測定可能な最大位相を決定します。

シャックハルトマン型センサの測定精度は、焦点スポットの参照位置に対する実際の位置の変位量を測定できる精度(測定の信頼性の高い最小波面傾斜など)に依存します。なお、この参照位置は、マイクロレンズの光軸上にあります。従来のアルゴリズムでは、スポット同士が部分的に重なってしまった場合やマイクロレンズの焦点スポットがセンサの検知領域外に位置してしまった場合(スポットクロスオーバ)は、スポットの正しい中心値は計算できませんでした。このような問題を克服するために、特別なアルゴリズムを適用することはできますが、その場合、センサのダイナミックレンジを制限することになります(信頼性をもって測定できる最大波面傾斜など)。システムのダイナミックレンジは、直径の大きなマイクロレンズか焦点距離の短いマイクロレンズを使用することで、大きくできます。しかし、マイクロレンズの直径は、必要なゼルニケ係数の数に左右されるので、ダイナミックレンジを増やす他の唯一の方法は、マイクロレンズの焦点距離を短くすることになります。ただし、この場合は測定感度が低下します。適切な選択は、必要とされるダイナミックレンジと測定感度に対応した最長の焦点距離をもったレンズを選ぶことです。

シャックハルトマン型波面センサを用いれば、計算した波面と同時に、強度分布の情報も得ることができます。この2つのデータは、混同しないように留意してください。図4の左側の図が強度分布のサンプルで、右側の図がそれに対応した波面プロファイルです。様々な波形の関数の分布から、同じ強度プロファイルが得られる場合があります。

Schematic of a sample intensity distribution and wavefront profile for the WFS

4. シャックハルトマン型波面センサでは、各マイクロレンズでのパワーや計算によって得られる波面分布など、いくつかの情報が得られます。上記の左の図はサンプルの強度分布で、右の図はそれに対応した波面です。

可変形状ミラー:
可変形状ミラー(DM)は、シャックハルトマン型波面センサで測定された収差を補償するために出される位置コマンドに対応して、形状を変化させます(DMが補正できる収差については、「収差」のタブ内をご覧ください)。適切なのは、ミラーが収差プロファイル(図5参照)と対になる表面形状となることです。多くの場合、表面プロファイルは、印加電圧の入出力で動作するミラー表面下のアクチュエーターアレイによって制御されます。可変形状ミラーにはいろいろな方式がありますが、一般的なのは2種類で、セグメント型と連続型があります(図6を参照)。セグメント型ミラーは、独立したフラットなセグメントで構成されていて、上下に限定して動くタイプ(各セグメントが1つのアクチュエータで制御されている場合)と、あおり調整(チップ&チルト)、または上下運動をするタイプ(各セグメントが3つのアクチュエータで制御されている場合)があります。 これらのミラーは、通常ホログラフや空間光変調器で使われています。この構成の長所としては、セグメントを厳密な精度要件に対応して製造できること、各セグメントが独立して動くので、隣接したセグメント同士のカプリングが起こらないこと、そしてセグメント毎に自由な角度で動く点などが挙げられます。一方で、セグメント間の均等なスペースは、回折パターンのような機能を果たすので、光線に回折モードの影響が出てしまいます。さらにセグメント型ミラーで歪んだ波面を補償する場合では、連続型ミラーより多くのアクチュエータが必要になります。セグメント型DMの光学的な問題を解決するために、連続的なフェイスプレート型のDMが製造されました(当社のAOキットに含まれているのはこの種類です)。この型の方が、セグメント型より曲線因子(実際に反射するミラーの面積率)が高くなります。この型の難点は、アクチュエータが機械的にカプリングされていることで、1つのアクチュエータが動くとミラー表面全体にいくらかの影響が生じることです。1つのアクチュエータの位置を動かすことで、表面に形成される2次元の形状は、そのアクチュエータの影響関数と呼ばれています。連続型で隣接するアクチュエータの変位量は、通常、作動高さの10~20%で、この数値はアクチュエーターカプリングと呼ばれています。セグメント型DMではカプリングはゼロですが、これは必ずしも望ましい状態とは言えない点にご留意ください。

Wavefront reflection from a DM

5. フラットなミラーとMEMS可変形状ミラーの補償効果を図示しています。(a)収差のない波面がフラットなミラー表面に入射すると、反射後も波面には収差が生じません。(b) フラットなミラーでは、波面の変形を全く補正できないので、入射した光の収差が大きい場合、反射後も収差が生じた状態です。(c) MEMS可変形状ミラーは収差を補償するために表面を変形させることができます。DMは収差に対応した適切な形状に変化し、収差の大きい入射光の波面を補正できるので、反射後の光線には収差がありません。

segmented vs continuous mirrors

6.BMCの連続型(左)とセグメント型(右)のMEMS可変形状ミラーの断面図で、主な構成部品を図示しています。

特定の可変形状ミラー(DM)で修正できる波面範囲は、アクチュエータのストロークと分解能(アクチュエータの数と分布)、そしてDMに適した制御信号の決定に用いられるモデルで決定します。上記のはじめの2つの条件は、DM自体の物理的条件ですが、最後の条件は制御ソフトウェアに起因する条件です。アクチュエーターストロークは、DMアクチュエータのダイナミックレンジ(最大変位量)と言い換えられ、通常はμm単位で表記されます。アクチュエーターストロークが不適切な場合、性能が低下し、制御ループの収束を妨げる場合があります。 ミラー補正の自由度は、アクチュエータの数によって決まります。正方形、三角形、六角形等、様々なアクチュエーターアレイ形状が提唱されてきましたが、殆どのDMには正方形のアクチュエーターアレイが使われています。これは、直交直線座標上で位置決めが容易で、波面センサの正方形の検出アレイと対応させやすいからです。なお正方形のアレイを円形の開口部にあわせる為に、四隅のアクチュエータを取り外す場合があります。(例えば、AOK1-UM01や AOK1-UP01に含まれている可変形状ミラーのアクチュエータ構成は12 x 12となっていますが、四隅のアクチュエータが使用されていないので、アクチュエータの数はそれを差し引いた数で140個となります。他の構成を用いれば、規定面積に対してさらに多い数のアクチュエータを配置することはできますが、製造工程が複雑になるので、通常はこのようなアクチュエータの追加は実施されません。

Cross-like pattern shown on DM

7. DMの表面上に十字型のパターンがあります。これはこのアレイの真ん中を上下に走る2列と左右に走る2列のアクチュエータ(計44個)を最大限にたわませるのに必要な電圧を印加してつくられました。 左側の画像は、AOキットソフトウェアの画面でDM表面を画像化したものです。一方で右側の画像は、準暗視野照明で得られたもので、前述の設定がプログラミングされた時の実際のDMの表面です。なお、写真の右下角にあるのは、照明用の白色光です。

図7(左の枠内)にあるのは、補償光学キットに含まれる可変形状ミラーの12 x 12のアクチュエーターアレイが形作っている十字形です。このような形になっているのは、ミラーメンブレン上に完全なたわみが生じるように、中央に位置している横2列、縦2列のアクチュエータに電圧が印加されているからです。DM表面を示すソフトウェアが生成した画像に加えて、同じプログラム条件で、準暗視野照明を使用して、実際の可変形状ミラー表面を撮影した写真が右側にあります(図7)。

制御用ソフトウェア:
補償光学の系では、制御ソフトウェアが波面センサと可変形状ミラーの間をつなぐ重要な役割を果たします。このソフトウェアは、波面傾斜に比例する波面センサの電子信号を補償電圧コマンドに変換して、DMの各アクチュエータに送ります。補償光学システムの閉ループの帯域幅は、計算実行の速度と精度に直結します。しかし、通常においては、これらの計算は収差の変化より短い時間で実行されなければなりません。

制御ソフトウェアは、基本的にはスポットフィールドの変位を利用して光線の位相を再構成し(この場合はゼルニケ多項式を用います)、それに対応したコマンドをDMに送出します。有効なゼルニケ多項式のデータを出力するために、最小二乗法による近似が適用されています。これが唯一の方法ではありませんが、ゼルニケ多項式は光線の位相を表現する便利な方法です。これらの多項式は、単位円上に焦点、ティルト、非点収差やコマ収差などを表す異なる光の直交基底を構成します。多項式は正規化されるので、各項の最大値(ピストンの項は除く)は+1、最小値は-1となり、表面全体の平均値は常にゼロとなります。また、2つの異なる収差が組み合わさって新しい収差が生じることは決してないので、存在する収差がどの種類であるかは常に明らかです。

Damage Threshold Specificationsa
Item # SuffixLaser TypeDamage Threshold
-F01CWb1 W/cm (250 nm - 450 nm)
Pulsed0.2 J/cm2 (355 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.38 mm)
-P01CWb4 W/cm (450 nm - 2 µm)
Pulsed1 J/cm2 (1064 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø10 mm)
  • ミラーを薄型化しかつ柔軟性を持たせたため、損傷閾値は当社の他の標準的なUV域強化アルミニウムや保護膜付き銀コーティングのミラーよりも低くなっています。
  • ビームのパワー密度はW/cmの単位で計算します。この線形パワー密度が長パルスおよびCW光源において最も適した測定量である理由については、下記の「CWレーザと長パルスレーザ」をご覧ください。

当社の可変形状ミラーDMP40-P01の損傷閾値データ

右の仕様は、当社の銀コーティング付きDMミラーDMP40-P01に適用される損傷閾値です。 損傷閾値は、このミラーの薄型でフレキシブルな設計の影響を受けるため、当社の他の標準の保護膜付き銀コーティングミラーの損傷閾値よりも低い仕様になる点にご注意ください。

 

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。


Posted Comments:
Boyu Gu  (posted 2019-04-08 13:32:52.55)
Hello. I'm creating my application using C++. I tried to use the function "TLDFMX_convert_measured_zernike_amplitudes", but it always return an error "Measured system parameters are invalid". could you please give me an instruction about this function.
wskopalik  (posted 2019-04-09 10:23:29.0)
This is a response from Wolfgang at Thorlabs. Thank you very much for your feedback! As a precondition to run the function "TLDFMX_convert_measured_zernike_amplitudes()" you would first need to run the function "TLDFMX_measure_system_parameters()" successfully. If this function is run before, "TLDFMX_convert_measured_zernike_amplitudes()" will work properly. Otherwise the error message “Measured system parameters are invalid” will be returned. Further information about the driver functions can be found in the help files and I will also contact you directly to provide further assistance.
pablo.meza  (posted 2018-09-30 08:14:51.987)
Good day. Can you share a procedure to load up the driver for the DM into Matlab? Thank you in advance
wskopalik  (posted 2018-10-04 10:18:01.0)
This is a response from Wolfgang at Thorlabs. Thank you very much for your feedback. You can use the "loadlibrary" command in MATLAB to load the driver files we provide into MATLAB. After the driver files have been loaded, the command "calllib" can be used to access the functions implemented in these files, i.e. to control the deformable mirror. I will contact you directly to provide further information about how this works in detail.
zhuhai  (posted 2018-08-30 00:29:40.313)
Good day. I'd like to ask for a Matlab example for this deformable mirror. Thanks.
wskopalik  (posted 2018-09-06 04:50:00.0)
This is a response from Wolfgang at Thorlabs. Thank you very much for your feedback. In MATLAB the "loadlibrary" command can be used to load the driver files we provide into MATLAB. After the driver files have been loaded, the command "calllib" can be used to access the functions implemented in these files, i.e. to control the deformable mirror. I will contact you directly to provide further information about how this works in detail.
user  (posted 2018-06-05 12:07:21.823)
swick: You do ship a 64 bit library which needs the 64 bit runtime. Nowhere in the documentation it is mentioned that I need to install something else. Since there is no error message, please include the 64-runtime or mention it VERY VISIBLE in the docs. I lost two days of work for that.
mvonsivers  (posted 2018-06-08 09:41:09.0)
This is a response from Moritz at Thorlabs. Thank you for your feedback. I will forward your suggestion to our software development.
user  (posted 2018-04-19 14:45:25.57)
The installer of the software is missing the 64 bit NI CVI Runtime. Therefore using the 64 bit does not work.
swick  (posted 2018-05-14 03:16:16.0)
This is a response from Sebastian at Thorlabs. Thank you for the inquiry. The NI CVI Runtime is required for the programmer examples, which are made for 32-bit. Therefore only the 32-bit NI CVI runtime is included to the installer.
muw445  (posted 2017-10-19 11:37:05.777)
We plan to use the deformable mirrors in the field where it is hard to take laptops along. So I'd like to know if it's possible that we develop our own control softwares and drivers, for example, with an embedded system? Windows is not an option for us.
wskopalik  (posted 2017-10-20 10:26:21.0)
This is a response from Wolfgang at Thorlabs. Thank you very much for your inquiry. The software and the driver files for these deformable mirrors are only available for Windows systems. We don't have any solution for Linux at the moment. I will contact you directly to discuss your application in detail.
akiyama  (posted 2016-10-21 16:53:16.13)
Does DMP40-P01 have a linux software development tool ? We would like to run the DM under linux environment.
swick  (posted 2016-10-21 05:19:45.0)
This is a response from Sebastian at Thorlabs. Thank you for the inquiry. Our software and drivers for DMP40-P01 are only compatible with Windows based operating systems.
clement.fallet  (posted 2015-08-21 15:08:09.09)
Is it possible to use this DMP40 at 45° incidence? In addition to provide wavefront correction, I also want it to reflect at 90° my input beam. What is the best way to control it in this case? I see that the provided software operates on the Zernike polynoms basis but with the assumption that this is normal incidence and thus have a circular pupil. Is there a way to modify it to take into account an elliptical pupil? Thank you for your help. Dr. Clement Fallet
shallwig  (posted 2015-08-24 09:38:28.0)
This is a response from Stefan at Thorlabs. Thank you very much for your inquiry. It is not recommended to use the piezo electric deformable mirror at 45° angle of incidence. The design of our mirrors is circular and the software also calculates on basis of a circular beam hitting the mirror . As you said at 45° angle of incidence you would get an elliptical beam shape and at the moment we cannot offer a Piezo disk with this shape to compensate that. The number of controllable segments within the pupil diameter is with 24 too little to compensate such elliptical beam shape through the software. By a higher number of segments and just using the segments corresponding to the beam shape this could be achieved more accurately. The most accurate way to deal with that problem would be to use a beam splitter as used in the reference setup described in the manual from page 59 http://www.thorlabs.de/thorcat/MTN/DMP40_M-P01-Manual.pdf This way the incident beam hits the mirror at 90° as it is supposed to but the beam gets reflected at 90°. Disadvantage of this assembly is the loss of light. Alternatively you could set the deformable mirror for example at 80° though you would still have an elliptical beam but not as strong as at 45° and with a second mirror you could get the 90° redirection you are looking for. I will contact you directly to discuss your application in detail.
voronov.alexander  (posted 2015-04-06 18:41:41.78)
Is it possible to order DMP40/M-P01 with protected aluminium coating in order to use with 355nm laser(<30mW)?
shallwig  (posted 2015-04-10 02:34:09.0)
This is a response from Stefan at Thorlabs. Thank you very much for your inquiry. We are checking if it is possible to offer a special version with aluminum coating for UV applications. I will contact you directly to discuss your further requirements.
yoshihiro_kazama  (posted 2015-01-22 19:54:12.653)
Dear Thorlabs. Inc Im engineer who bought deformable mirro DMP40, and have a question about "Thorlabs DFM Visa Instrument Driver". To control DMP, I use 1.(first) TLDFM_get_segment_voltage TLDFM_set_segment_voltage 2.(second) TLDFM_get_segment_voltages TLDFM_set_segment_voltages 3.(third) TLDFM_get_voltages TLDFM_set_voltages In first function, I can set voltage to each segment one by one. And I got different value between Setpoint and Actual. I think it comes from Hysterisis compensation. In second & third function, I can set voltage at once to all segments. And I go "same" value between Setpoint and Actual. I get confused about this difference, because I havent get & set hysteresis_parameters in sample program. Im looking forward to your reply. Best regard Yoshihiro Kazama
shallwig  (posted 2015-01-23 03:07:14.0)
This is a response from Stefan at Thorlabs. Thank you very much for your inquiry. We will contact you directly to troubleshoot this problem in detail.
pedro.escarate  (posted 2015-01-07 07:54:18.823)
I would like a detail of the components of the application idea presented for DMP40-P01
shallwig  (posted 2015-01-07 08:21:42.0)
This is a response from Stefan at Thorlabs. Thank you very much for your inquiry. We have listed the parts used in the application idea in the manual on page 70-71: http://www.thorlabs.de/thorcat/MTN/DMP40_M-P01-Manual.pdf I will contact you directly to check if you need further information.
Piezoelectric Deformable Mirror Actuators
Click for Details

可変形状ミラーの円形キーストーン形アクチュエーターアレイ。

選択する際の検討事項

収差を補正して、平坦な波面を実現するためには、可変形状ミラーの表面形状が収差プロファイルにフィットし、また、収差振幅の半分であるのが適切です。 ただし、以下の要因により、可変形状ミラーが実際に補正できる波面の範囲は制限されます。

  • アクチュエータのストロークは、ダイナミックレンジ(つまり、アクチュエータの最大変位)と同じ意味で、通常ミクロン単位で測定されます。 アクチュエータのストロークが不十分な場合、補正できる収差振幅は制限され、制御ループは収束せずに、性能は下がってしまいます。
  • アクチュエータの数は、波面制御システムの自由度、すなわちミラーが修正できる波面の複雑性を制限します。
  • 急速に変化する波面を修正するには、可変形状ミラーのスピードは重要です。ヒステリシスを示すミラーの場合、電圧の変化を正しく計算して任意の変位量を得るためには制御ソフトウェアが必要ですが、これによりミラーのスピードは遅くなります。
  • 対応する光パワーもミラーのコーティングやアクチュエータの設計により異なります。当社のミラーでは、ピエゾ素子型可変形状ミラーはMEMSシステムに比べて対応する光パワーが大幅に高くなります[銀コーティング付きのタイプでは最大1 J/cm²(1064 nm、10 ns、10 Hz、Ø10 mm)]。カスタムコーティングを施し、レーザ共振器内で動作させることも可能です(詳細は当社までお問い合わせください)。
  • ピエゾ素子型可変形状ミラーにおけるヒステリシスとは、任意の電圧値におけるミラーセグメントの変位量が、高い電圧値から近づけた場合と低い電圧値から近づけた場合で異なることを意味しています。 ピエゾ素子型可変形状ミラーではヒステリシスが大きくなるのに対し、MEMS型可変形状ミラーでは本質的にヒステリシスはありません。

上記の要因のうちの初めの3つは可変形状ミラー自体の物理的な制限によるものですが、最後の要因であるスピードについては、制御ソフトウェアとミラー自体の物理的な制限の両方またはそのどちらかによるものです。 また、可変形状ミラーコーティングとミラーヘッドに取り付けられた保護ウィンドウの波長範囲は、用途に適している必要があります。

比較

当社のピエゾ素子型可変形状ミラーはストロークが大きいため、MEMS型可変形状ミラーと比べてより大きい波面偏差を修正可能です。 しかし、ミラー内のアクチュエータの密度が下記掲載のMEMS型のMulti-DM(可変形状ミラー)より低いため、Multi-DMほどの細かな空間スケールの波面偏差を補正することはできません。

大きな振幅と小さな空間スケールの波面歪みの両方を補正する場合には、ピエゾ素子型とMEMS型を連携させて使用することをご検討ください。これは 論文で ウーファーツイータ構成として一般的です。 ピエゾ素子型可変形状ミラーは、チップ、チルト、ならびに低次(低空間周波数)の 波面歪みを補正し、MEMS型可変形状ミラーは、高次(高空間周波数)の波面歪みを補正します。 一般的に、低次の波面歪みの大きさは高次の波面歪みよりも大きくなっています。 したがって、アクチュエータ数が少なく変位量の大きいピエゾ素子型可変形状ミラーと、アクチュエータ数が多く変位量の小さいMEMS型可変形状ミラーの組合せは、ウーファーツイータ構成への利用に適しています。

Deformable Mirror Comparison
Deformable Mirror TypeMEMS-Based from Boston MicromachinesPiezoelectric
Item #DM140A-35-UP01DM140A-35-P01DM140A-35-UM01DMP40(/M)-F01DMP40(/M)-P01DMH40(/M)-P01
Actuator Array140 Actuators in a 12 x 12 Array40 Piezoceramic Disk Segments in a Circular Keystone Array
(Elements 1 - 24 Inside Pupil Diameter,
Elements 25 - 40 Outside Pupil Diameter)
Actuator Stroke3.5 µm per ActuatorDefocusa: ±6.5 µm
Astigmatisma: ±6.8 µm
Comaa: ±2.5 µm
Trefoila: ±2.4 µm
Tetrafoila: ±2.1 µm
Secondary Astigmatisma: ±1.1 µm
Third Order Spherical Aberrationa: ±1.0 µm
Defocusa: ±17.6 µm
Astigmatisma: ±18.4 µm
Comaa: ±6.8 µm
Trefoila: ±6.5 µm
Tetrafoila: ±5.7 µm
Secondary Astigmatisma: ±3.0 µm
Third Order Spherical Aberrationa: ±2.7 µm
Tip/TiltN/A3 Spiral Arms for ±2.0 mrad of Tip/TiltN/A
Pupil Dimensions4.4 mm x 4.4 mmØ10.0 mmØ14.0 mm
Mirror Coating (Click for Plot)AluminumProtected SilverGoldUV-Enhanced AluminumProtected Silver
Mirror Wavelength Range400 - 1100 nm400 -1100 nm600 - 1100 nm250 - 450 nm, Ravg > 89%450 nm - 2 µm, Ravg > 97.5%
2 - 20 µm, Ravg > 96%
HysteresisNone15% Typical, 20% Max20% Typical, 25% Max
Response Time< 100 µs (~3.5 kHz) Mechanical Response Time (10% - 90%)0.5 ms (Full Stroke) Mirror Response Time
5 ms (Full Stroke) Tip/Tilt Response Time
0.5 ms (Full Stroke) Mirror Response Time
Frame Rate (Max)8 kHz (34 kHz Bursts)4.0 kHz via USB 2.0 (Over Entire Voltage Range)
  • Ø10 mm入射瞳径内のミラー表面における最大のPeak-to-Valley (PV)ストローク値。 波面の振幅は2倍となります。収差の最大補正値は、同時にほかの収差が補正されていないと仮定しています。2種類以上の収差が同時に補正されている場合には、この値は減少します。デフォーカス範囲の非対称性は最大で30%になります。

可変形状ミラー、チップ&チルトアクチュエータ付き 

Piezoelectric Deformable Mirror Board
Click to Enlarge

DMP40シリーズ可変形状ミラーと内部回路基板 ミラーの縁周りに見える3つのバイモルフアームで、あおり調整(チップ&チルト)を行います。
Piezoelectric Deformable Mirror Actuators
Click for Details

DMP40ミラーのアクチュエータ番号とレイアウト
  • 40個のアクチュエーターアレイとチップ&チルト調整(±2.0 mrad)用の3つのバイモルフベンダ
  • 瞳径:Ø10.0 mm、開口径:Ø11.5 mm
  • 2種類の金属ミラーコーティングをご用意
    • UV域強化型アルミニウムコーティング:250 nm~400 nm
    • 保護膜付き銀コーティング:450 nm~20 µm

当社のDMP40シリーズピエゾ素子型可変形状ミラーには40個の独立した制御アクチュエータが組み込まれており、UV域強化アルミニウムコーティングあるいは保護膜付き銀コーティングが施されています。ミラーには3つのらせん状のバイモルフベンダーアームが付いており、それによりコーティング面のチップ&チルト調整が可能です。

Physical Strokea
AberrationDefocusAstigmatismComaTrefoilTetrafoilSecondary
Astigmatism
Third Order
Spherical Aberation
Zernike CoefficientZ5Z4, Z6Z8, Z9Z7, Z10Z11, Z15Z12, Z14Z13
Value±6.5 µmc±6.8 µmc±2.5 µmc±2.4 µmc±2.1 µmc±1.1 µmc±1.0 µmc
  • 入射瞳径(10 mm)内のミラー表面における最大のPeak-to-Valley (PV)ストローク値。波面の振幅は2倍となります。デフォーカス範囲の非対称性は最大30%となる場合があります。
  • 詳細については「AOチュートリアル」タブをご参照ください。
  • これらの収差に対する最大補正量は、他の収差は同時に補正していないことを仮定しています。2種類以上の収差を同時に補正する場合には、この値は減少します。 
+1 数量 資料 型番 - インチ規格 定価(税抜) 出荷予定日
DMP40-F01 Support Documentation
DMP40-F01 ピエゾ素子型可変形状ミラー、アクチュエータ数:40、チップ&チルトアクチュエータ付き、UV強化アルミニウムコーティング、#8-32&1/4”-20タップ(インチ規格)
¥528,223
3-5 Days
DMP40-P01 Support Documentation
DMP40-P01ピエゾ素子型可変形状ミラー、アクチュエータ数:40、チップ&チルトアクチュエータ付き、保護膜付き銀コーティング、#8-32&1/4”-20タップ(インチ規格)
¥528,223
3-5 Days
+1 数量 資料 型番 - ミリ規格 定価(税抜) 出荷予定日
DMP40/M-F01 Support Documentation
DMP40/M-F01ピエゾ素子型可変形状ミラー、アクチュエータ数:40、チップ&チルトアクチュエータ付き、UV強化アルミニウムコーティング、M4&M6タップ(ミリ規格)
¥528,223
3-5 Days
DMP40/M-P01 Support Documentation
DMP40/M-P01ピエゾ素子型可変形状ミラー、アクチュエータ数:40、チップ&チルトアクチュエータ付き、保護膜付き銀コーティング、M4&M6タップ(ミリ規格)
¥528,223
3-5 Days

高ストローク可変形状ミラー

Piezoelectric Deformable Mirror Board
Click to Enlarge

DMHシリーズ可変形状ミラーの内部回路基板とミラー
Piezoelectric Deformable Mirror Actuators
Click for Details

DMH40ミラーのアクチュエータ番号とレイアウト
  • 40個のアクチュエータアレイ
  • 瞳径:Ø14.0 mm、開口径:Ø17.0 mm
  • 保護付き銀コーティングミラー:450 nm~20 µm

当社のDMH40シリーズピエゾ素子型可変形状ミラーには40個の独立した制御アクチュエータが組み込まれており、保護膜付き銀コーティングが施されています。ミラーの瞳径はØ14 mmで、また上記のDMP40シリーズと比較してより大きなストローク量が得られます。なお、こちらのミラーにはチップ&チルト調整用のバイモルフベンダは付いておりません。

Physical Strokea
AberrationDefocusAstigmatismComaTrefoilTetrafoilSecondary
Astigmatism
Third Order
Spherical Aberration
Zernike CoefficientZ5Z4, Z6Z8, Z9Z7, Z10Z11, Z15Z12, Z14Z13
Value±17.6 µmc±18.4 µmc±6.8 µmc±6.5 µmc±5.7 µmc±3.0 µmc±2.7 µmc
  • 入射瞳径(14 mm)内のミラー表面における最大のPeak-to-Valley (PV)ストローク値。波面の振幅は2倍となります。デフォーカス範囲の非対称性は最大30%となる場合があります。
  • 詳細については「AOのチュートリアル」タブをご参照ください。
  • これらの収差に対する最大補正量は、他の収差は同時に補正していないことを仮定しています。2種類以上の収差を同時に補正する場合には、この値は減少します。
+1 数量 資料 型番 - インチ規格 定価(税抜) 出荷予定日
DMH40-P01 Support Documentation
DMH40-P01ピエゾ素子型可変形状ミラー、アクチュエータ数:40、高ストローク、保護膜付き銀コーティング、#8-32&1/4”-20タップ(インチ規格)
¥528,223
3-5 Days
+1 数量 資料 型番 - ミリ規格 定価(税抜) 出荷予定日
DMH40/M-P01 Support Documentation
DMH40/M-P01ピエゾ素子型可変形状ミラー、アクチュエータ数:40、高ストローク、保護膜付き銀コーティング、M4&M6タップ(ミリ規格)
¥528,223
3-5 Days
ログイン  |   マイアカウント  |   Contacts  |   個人情報保護方針  |   ホーム  |   FAQ  |   Site Index
Regional Websites:East Coast US | West Coast US | Europe | Asia | China
Copyright © 1999-2020 Thorlabs, Inc.
Sales: +81-3-6915-7701
Tech Supports: +81-3-6915-7701


High Quality Thorlabs Logo 1000px:Save this Image

Last Edited: Jun 26, 2014 Author: Tina Aragona