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大径ビーム用単軸走査型ガルバノミラーシステム


  • For Beam Diameters up to 10 mm
  • Choice of Dielectric or Metallic Mirror Coating
  • Easy Integration into OEM Systems
  • Analog Control Electronics

GVS011

Galvo Scanning System
with Silver-Coated Mirror

Single-Axis Motor/Mirror Assembly
(Shown with Gold-Coated Mirror)

GHS003

Heatsink

Related Items


Please Wait
Key Specificationsa,b
Beam Diameter10 mm (Max)
Repeatability15 μrad
Linearity (50% Full Travel)99.9%
Max Mechanical Scan Angle±20.0° (w/ 0.5 V/deg Scaling)
Bandwidth (Full Travel)25 Hz Square Wave
35 Hz Sine Wave
Bandwidth (50% Full Travel)65 Hz Square Wave
130 Hz Sine Wave
Small Angle (±0.2°) Bandwidth1 kHz
Small Angle Step Responsec400 µs
Analog Position Signal Input Range±10 V
Mechanical Position Signal Input Scale Factord1.0 V, 0.8 V, or 0.5 V per degree
Position Sensor Output40 to 80 µA
  • 詳細については、「仕様」タブをご参照ください。
  • 仕様値はすべて電源がONになって60秒後に有効です。
  • 駆動信号を解除してからミラーが動きを止めるまでの整定時間
  • 詳細については、「ピン配列」タブ内の図「JP7 電圧/角度の換算係数調整」をご参照ください。

特長

  • 可動マグネットモータ設計により高速応答が可能(±0.2°に対し400 µs)
  • 高精度(15 µrad)な容量型ミラー位置センサ
  • 電流制動とエラーリミッタ付きアナログPD制御回路
  • 選択可能なミラーコーティング(下表参照)
  • ご要望に合わせて特注コーティングも承ります(詳細は当社までご相談ください)

これらの高速走査型ガルバノミラーシステムは、ビーム径が<10 mmのレーザービームステアリングシステムに組み込むために設計されています。 各システムには1軸ガルバノモータ、ミラーアセンブリ、関連ドライバーボード、ドライバーボードヒートシンクが含まれています。 また、当社のTRシリーズポストおよびチルトプラットフォームにアセンブリを取り付けられるベースプレートも含まれています。 低ノイズのリニア電源(GPS011から始まる型番)やドライバーボード用カバー(GCE001)は別途ご用意しております(詳細は下記参照)。また、本システムを駆動するためには、ファンクションジェネレータやDAQカードなどの アナログ信号用電源が別途必要です。詳細についてはマニュアルのChapter 3と4をご覧ください。

ミラーのコーティングは、下表に記載されている5種類からお選びいただけます。 ご要望に合わせて特注のコーティングも承ります。 詳しくは当社までお問い合わせください。

Item #GVS411(/M)GVS211(/M)GVS011(/M)GVS311(/M)GVS111(/M)
CoatingUV-Enhanced AluminumBroadband Dielectric (-E02)Protected SilverNd:YAG Fundamental
and 2nd Harmonic (-K13)
Protected Gold
Wavelength Rangea
(Ravg > 95%)
250 - 450 nm400 - 750 nm500 nm - 2.0 µm532 nm and 1064 nm800 nm - 20 µm
Damage Thresholds0.3 J/cm2 at 355 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø0.381 mm)
0.25 J/cm2 at 532 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø0.803 mm)
3 J/cm2 at 1064 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø1.000 mm)
8 J/cm2 at 532 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø0.491 mm)
5 J/cm2 at 1064 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø1.010 mm)
2 J/cm2 at 1064 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø1.000 mm)
  • 反射率特性は「グラフ」タブ内に掲載されています。

GVS001 Schematic

ガルバノモータ/ミラーアセンブリ
当社のガルバノシステムは、シャフト上に光学ミラーが取り付けられたガルバノメーターベースの走査型モータと制御ボードに位置フィードバックを送るディテクタで構成されています。 GVSシリーズでは、固定磁石や回転式コイル設計ではなく可動マグネット設計を採用し、高速応答と高い共振周波数をご提供できます。 ミラー位置は、モータ筐体内にある容量型センシングシステムを使ってエンコードされます。

回転シャフトの角加速度が大きいので、ミラーのサイズや形状、慣性モーメントは高性能ガルバノシステム設計において重要な要素となります。 さらに、ミラーは大きな加速度に追従する時でも形状歪の無い状態(フラット性)を維持しなければいけません。 ガルバノモータの特性に合わせてシステムの性能を最大限に高めるために、当社のガルバノシステムでは、これらの要素は全て最適化されています。

ガルバノミラーはフレクシャークランプを用いてモータ/ミラーアセンブリに固定します。 ミラーホルダの位置は出荷時に設定済みですので、お客様側で変更はできません。


GVS012 System
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銀コーティング付きガルバノミラーアセンブリGVS011(/M)およびドライバーボード

走査型ガルバノミラーアセンブリおよびドライバーボード
当社の走査型ガルバノミラーシステム全製品には、取付け済み1軸または2軸のミラー/モーターアセンブリとドライバーボードが付属します。 右の写真は、銀コーティング付き10 mm 1次元ガルバノミラーアセンブリとドライバーボードです。 ミラーアセンブリには、複数の取付け穴およびミラー/モータ用の回転式カラーマウントがあります。 フライングリードでドライバーボードに接続できます。 他の取付けオプションやアクセサリについては下記をご参照ください。

サーボドライバーボード
比例微分(PD)フィードバック制御サーボドライバ回路は、モータ内部の光学的な位置検出システムからの信号を処理し、指定した位置までミラーを回転させるのに必要な駆動電圧を供給します。 スキャナはベクタースキャン(レーザーマーキングなど)、ラスタースキャン(プリンタや走査型レーザ顕微鏡)や、ステップ制御用途に適したClass 0 Non-Integratingサーボドライバを使用しています。 また、PDコントローラによって優れた動的性能を備えています。なお、当社のすべてのガルバノシステムで、同じドライバーボードが使用されています。


システムの動作
サーボドライバはDC電源、ガルバノモータ、入力電圧源に接続する必要があります(モニタ接続はオプションです)。連続走査用途については、ガルバノミラーを全ての範囲で走査するには、矩形波または正弦波出力のファンクションジェネレータで十分です。 さらに複雑なパターンを走査するには、DAQカードなどのプログラム可能な電圧源をご使用いただけます。なお、これらのシステムにはファンクションジェネレータやDAQカードは付属おりませんのでご注意ください。入力電圧とミラーの位置の間の比率は 0.5 V/°、0.8 V/°、1 V/° に切り替えることができます。これらのシステムでは、その比を0.5に設定した時、±10 Vの入力電圧に対して最大走査角度である±20°回転させることができます。 制御回路は、ミラーの位置のトラッキングに必要なモニタ出力も提供します。 また、駆動電流に比例した電圧もモータに供給され、コマンド位置と実際のミラー位置の差も制御回路によって提供されます。

閉ループミラーの位置決め
ミラーの角度(位置)は、ガルバノメータ筐体内にある容量型センシングシステムによって測定され、これによりガルバノミラーシステムの閉ループ動作が可能になります。

GVSx11/Mでは、矩形波の入力信号を使用した場合は、最大スキャン角度(±20°)で 65 Hzのスキャンが可能で、正弦波を使用した場合は 130 Hzのスキャンが可能です。 ±0.2°の小角ステップに対しての応答時間は400 µsです。 このシリーズのすべての製品は、最大スキャン周波数は1 kHzで、角度分解能は0.0008°(GPS011シリーズリニア電源使用で15μrad)です。

ガルバノメーターミラーシステムの仕様a

Item #GVS411(/M)GVS211(/M)GVS011(/M)GVS311(/M)GVS111(/M)
Mirror
Maximum Beam Diameter10 mm
SubstrateQuartz
CoatingUV-Enhanced AluminumBroadband Dielectric (-E02)Protected SilverNd:YAG Fundamental
and 2nd Harmonic (-K13)
Protected Gold
Wavelength Range250 - 450 nm400 - 750 nm500 nm - 2.0 µm532 nm and 1064 nm800 nm - 20 µm
Damage Threshold0.3 J/cm2 at 355 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø0.381 mm)
0.25 J/cm2 at 532 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø0.803 mm)
3 J/cm2 at 1064 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø1.000 mm)
8 J/cm2 at 532 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø0.491 mm)
5 J/cm2 at 1064 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø1.010 mm)
2 J/cm2 at 1064 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø1.000 mm)
Parallelism< 3 arcmin
Surface Quality40-20 Scratch-Dig
Front Surface Flatness (@633 nm)λ
Clear Aperture> 90% of Dimension
Motor and Position Sensor
Linearity (50% Full Travel)99.9%
Scale Driftb< 200 ppm/°C (Max)
Zero Driftb< 20 μrad/°C (Max)
Repeatability15 μrad
Resolution (Mechanical)With GPS011 Linear Power Supply: 0.0008° (15 µrad)
With Standard Switching Mode Power Supply: 0.004° (70 µrad)
Average Current1 A
Peak Current10 A
Maximum Scan Angle
(Mechanical Angle)
±20.0° (Input Scale Factor 0.5 V per degree)
Motor Weight
(including Cables, excluding Brackets)
94 g
Operating Temperature Range15 to 35 °C
Position Sensor
Output Range
40 to 80 µA
Drive Electronics
Full Travel Bandwidthc25 Hz Square Wave, 35 Hz Sine Wave
Bandwidth (50% Full Travel)65 Hz Square Wave, 130 Hz Sine Wave
Small Angle (±0.2°) Bandwidth1 kHz
Small Angle Step Responsed400 µs
Power Supply±15 to ±18 VDC
(1.25 A rms, 10 A Peak Max)
Analog Signal Input Resistance20 kΩ ± 1% (Differential Input)
Position Signal Output Resistance1 kΩ ± 1%
Analog Position Signal Input Range±10 V
Mechanical Position Signal Input Scale FactoreSwitchable: 1.0 V, 0.8 V or 0.5 V per degree
Mechanical Position Signal Output Scale Factor0.5 V per degree
Operating Temperature Range15 to 35 °C
Servo Board Size (W x D x H)85 mm x 74 mm x 44 mm (3.35" x 2.9" x 1.73")
  • 仕様値はすべて電源がONになって60秒後に有効です。
  • ユニットの電源ON後、最低8時間経過後に測定(最大ドリフトは電源ON後、8時間で0.8 mrad以下)
  • ユニットは保護機能が作動するまでリミット値を超えて動作させることができますが、性能は低下します(250 Hz < 10 sec)。安全に動作させるためには、50 Hz 20 Vpp(正弦波)以下を維持してください。
  • 駆動信号を解除してからミラーが動きを止めるまでの整定時間
  • 詳細については、「ピン配列」タブ内の図「JP7 電圧/角度の換算係数調整」をご参照ください。 

推奨最大スキャン角度

Input Beam DiameterMax Optical Scan Angle (Beam Angle)Mechanical Scan Angle (Motor Angle)
10 mm+40° / -16°+20° / -8°
8 mm+40° / -32°+20° / -16°
7 mm and Less±40°±20°

電源仕様

Item #GPS011-USGPS011-ECGPS011-JP
Input Voltage115 VAC, 60 Hz230 VAC, 50 Hz100 VAC, 50/60 Hz
Output Voltage±15 VDC, 3.0 A / 0.1 A, 1.4/6.3 ms
FusesT2.0 A Anti-Surge CeramicT1.0 A Anti-Surge CeramicT2.5 A Anti-Surge Ceramic
Dimensions179 mm x 274 mm (Max) x 122 mm
(7.05" x 10.79" (Max) x 4.8")
Weight4.73 kg (10.4 lbs)

下記のグラフは、GVSシリーズのガルバノメーターシステムに付属するコーティング付きミラーの反射率を示しています。 青い網掛け部分は、それぞれのコーティングをご使用になる際に推奨する波長範囲です。 この帯域の外側(特に反射率のグラフに変動や傾斜がみられる範囲)は品質管理の面で厳密に測定されたものではなく、ロット毎にバラつきがある可能性があり ます。

Protected Silver at 45 Degree Incident Angle
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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できます。
Protected Gold at 45 Degree Incident Angle
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保護膜付き金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できます。

 

-E02 Coating Range, 45° AOI
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E02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できます。
UV-Enhanced Aluminum at 45 Degree Incident Angle
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UV強化アルミニウムのエクセル形式のデータはこちらからダウンロードできます。

 

Dual Band Nd:YAG Coating at 45 Degree Incident Angle
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K13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できます。
Dual Band Nd:YAG Coating at 45 Degree Incident Angle
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K13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できます。

こちらのタブには、GVSシリーズのドライバーボード上の電源用コネクタ、診断用コネクタ、モータ用コネクタ、コマンド入力用コネクタ、および角度係数調整に関する情報が記載されています。

GVSシリーズドライバの接続部 

GVS Driver

 

 

J10電源用コネクタ

GVS J10
PinDesignation
1+ 15 V
2Ground
3- 15 V

J6診断用コネクタ

GVS J6
PinDesignation
1Scanner Position
2Internal Command Signal
3Positioning Error x 5
4Motor Drive Current
5Not Connected
6Test Input (NC)
7Motor + Coil Voltage / 2
8Ground

 

J9モータ用コネクタ

J9
PinDesignation
1Position Sensor A Current
2Position Sensor Ground
3Position Sensor Cable Shield
4Drive Cable Shield
5Position Sensor B Current
6Position Sensor Power
7Motor + Coil
8Motor - Coil

ガルバノアセンブリモータ用コネクタ
GVS001またはGVS002のみ

Motor Connector
PinDesignation
1Motor + Coil
2Not Used
3Motor - Coil
4Position Sensor Cable Shield
5Not Used
6Position Sensor Power
7Not Used
8Position Sensor A Current
9Position Sensor B Current
10Position Sensor Ground

J7 コマンド入力用コネクタ

J7
O/P
PinDesignation
1Command Input +ve
2Command Input -ve
3DRV OK
4External Enable
5-12 V Output (low impedance O/P)
6+12 V Output (low impedance O/P)
7Ground
8Ground

 

JP7 角度1°あたりの電圧(V)の変換係数の設定

JP7

サーボドライバーボードにはジャンパが付いており、角度1°あたりの電圧(V)の変換係数を設定するのに使用します。出荷時の設定は、レンジが0.5 V/°、最大スキャン角度は±10 Vのフル電圧入力に対し±20°です。 レンジを変えるには、JP7を上記のように設定します。 

ドライバーボードを外部からENABLE状態にする

ドライブ回路は、JP4のピン2と3をジャンパでつなぐことで、外部から制御できます。

JP4
JP4

これにより、J7のピン4に5 V CMOS信号を印加することによって、ドライバの回路をENABLE/DISABLEできます。

ロジック信号High、もしくは信号をかけないと、駆動回路はENABLEになります。 ロジック信号Lowを印加すると、ドライブ回路はDISABLEになります。

PinDesignation
1Command Input +ve
2Command Input -ve
3No Connect
4External Enable
5-12 V Output
6+12 V Output
7Ground
8Ground

J7
J7

Damage Threshold Specifications
Item #Damage Threshold
GVS012(/M)3 J/cm2 at 1064 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø1.000 mm)
GVS112(/M)2 J/cm2 at 1064 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø1.000 mm)
GVS212(/M)0.25 J/cm2 at 532 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø0.803 mm)
GVS312(/M)8 J/cm2 at 532 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø0.491 mm)
5 J/cm2 at 1064 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø1.010 mm)
GVS412(/M)0.3 J/cm2 at 355 nm
(10 ns, 10 Hz, Ø0.381 mm)

当社の大径ビーム用走査型ガルバノミラーシステムの損傷閾値データ

右の仕様は当社の大径ビーム用走査型ガルバノミラーシステムの測定値です。損傷閾値の仕様は、ドライバや測定システムにかかわらず全ての大径ビーム用走査型ガルバノミラーシステムで同じです。

 

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。


Posted Comments:
王 重阳  (posted 2020-10-10 13:21:22.023)
Hi, I want to lengenth the cable of the Galvo scanning system (GVS112M) using the home-made cables. Does it matter ?
cwright  (posted 2020-10-14 09:43:36.0)
Response from Charles at Thorlabs: Hello and thank you for your query. The cable from the driver board to the galvo motor can be extended and we can provide extension cables, but the driver board would usually require recalibration. Their performance is sensitive to being correctly calibrated and extension cables may lower performance (increase settle time) while poor calibration could even lead to damage. We would advise that your galvo be returned to us to have our extension cables fitted and the drivers correctly calibrated. Your local technical support team will reach out to you about this.
user  (posted 2020-04-21 13:25:56.26)
Hi, I was wondering if the mirror of a Single-Axis Scanning Galvo System can be replaced if it gets damaged?
DJayasuriya  (posted 2020-04-22 09:37:05.0)
Response from Dinuka at Thorlabs: Thank you for your query. Yes we can replace the mirror if it gets damaged. We would have to calibrate the galvo after replacing mirror. Please get in touch with your local techsupport team if you would like to arrange this. Thank you.
Simon Ameer-Beg  (posted 2020-03-17 10:43:09.24)
Hi, I have a very specific question. Would it be possible to order the GVS011 with a mirror which is double sided? I.e. coated on both front and back faces? The same Protected silver coating on both sides. Best wishes Simon
DJayasuriya  (posted 2020-03-18 06:13:25.0)
Response from Dinuka at Thorlabs: Thank you for your query Simon. We will contact you for further information.
wei wang  (posted 2020-02-19 23:13:28.63)
Hi there: For storm applications with laser power 50mw-100mw (diameter 5mm), does the galvo with broadband coating sustain this? I wei
AManickavasagam  (posted 2020-02-24 10:30:07.0)
Response from Arunthathi at Thorlabs: Thanks for your query. We will contact you for further information on your laser specs to determine compatibility.
yancheng  (posted 2018-11-24 15:11:17.48)
Hi, I want to buy the GVS411, but I'm not sure whether it is compatible to my laser. Would you please give me a hand? Thank you! email: yancheng@umich.edu tel: 7348813105
AManickavasagam  (posted 2018-11-26 07:46:04.0)
Response from Arunthathi at Thorlabs: Thanks for your query. As a guideline the damage threshold we state for GVS411 would be 0.3 J/cm2 at 355 nm(10 ns, 10 Hz, Ø0.381 mm). I will contact you directly to discuss your laser specs.
modam  (posted 2017-05-30 12:42:02.26)
Dear Sir or Madam, I have different questions about the Single-Axis Scanning Galvo Systems. I would like to rotate a nonlinear crystal (5x5x10 mm, 2 g) over a range of 1° at a frequency of 50 Hz. The angular position and speed have to be defined with a with a specific function from a DAQ. A galvo motors has a high potential for this application. Could you explain me how the mirror is mounted on the galvo motor and how it can be removed ? Can you made a custummized mount the crystal described above ? I would also appreciate if you can give me more details about the control of the acceleration of the rotor, how do we manage to tune the current in order to control it ? Best regards, Morgan Mathez Morgan David Mathez PhD student Optical Sensor Technology DTU Fotonik Technical University of Denmark Department of Photonics Engineering Frederiksborgvej 399 Building 108, Room S67 4000 Roskilde modam@fotonik.dtu.dk www.dtu.dk/english
bwood  (posted 2017-06-01 06:39:32.0)
Response from Ben at Thorlabs: Thank you for contacting us with this interesting proposal. This system may be possible, however there are a few design challenges. The galvo system is very sensitive to the load on the motor; even different mirrored coatings can affect the calibration of the galvo. You would probably need a new mounting solution as well. I believe you have also contacted tech support directly, and I will continue the conversation there.
tom-knop  (posted 2017-02-09 04:20:16.113)
Hi, I would like to have some information about the tuning procedure. I don't really want to change the settings, but it is more for testing purposes. Is there any kind of test pattern that I can display and if so, what software do I need to do this? With kind regards, tom Knop
bhallewell  (posted 2017-02-24 06:03:39.0)
Response from Ben at Thorlabs: Each of our galvo systems is an analogue system & so cannot be tuned directly via software. We tune the signal response of each unit in-house by adjusting the various potentiometers on the galvo drive card board. This is a complex procedure which we don't wish for customers to perform. In terms of checking the performance of the galvo, there is a diagnostics terminal detailed on page. 18 which can be checked to cross-check your input signal with the response from your galvo. I will contact you directly to address your concerns. https://www.thorlabs.com/drawings/d4f04ca7120fbd19-5A9767FF-5056-0103-79303B4BEFD57D8C/GVS002-Manual.pdf
ns.park  (posted 2016-11-22 16:57:55.58)
Hello, I am Nam Su Park in Pusan National University, Korea. Where can I ZEMAX file about GVS011/M? If you offer the ZEMAX file of GVS011/M, I would like to get from you. I can't find ZEMAX file on your website. Please confirm my message and I will wait your reply. Sincerely, Nam Su Park.
bwood  (posted 2016-11-22 07:06:04.0)
Response from Ben at Thorlabs: Thank you for your question. Unfortunately, we do not currently have Zemax files available for our galvo systems. However, the mirrors are flat mirrors, using our standard optical coatings, so you may be able to adpat the files of our single mirrors as an alternative. Please contact your local tech support office, if you would like additional advice on how to do this.
kthering  (posted 2014-09-29 09:33:22.51)
Does the orientation of the motor/mirror assembly effect the performance and/or the reliability? I am possibly planning on mounting the assembly so the motor would be on the top. Thanks
bhallewell  (posted 2014-10-01 11:56:49.0)
Response from Ben at Thorlabs: Thank you for your enquiry. We only spec the performance of this item for table-mounted use however would state that altering the orientation of the motors would not have a significant impact on the performance of the Galvo system.
misanchez  (posted 2014-02-03 10:42:26.887)
Dear Sir/madam We are a company called Flightech systems Europe, from Sapin. We are interesting on buying the galvo GVS011/M for a laser application in 1550 nm. So we are asking for a quotation of this product in order to send it to our purchase departmen. Also it would be nice if you can stelling us the delivering time and Would you mind telling us the scaning speed the system is able to achieve (in mm/s)? Thank you very much.
msoulby  (posted 2014-02-04 09:04:44.0)
Response from Mike at Thorlabs: As our German office is your local office they will contact you directly with the quotation you requested, we have these in stock at the moment so can ship one as soon as you send us your order. In terms of speed it would be difficult to give you a value in terms of mm/s as it would depend on how far away the galvo is from the target of your scanned beam. We do however specify a full scale band width of 130Hz for a sine wave and 65Hz for a square wave; this is for the full 40 degrees travel range of the galvo.

大径ビーム用単軸走査型ガルバノミラーシステム

+1 数量 資料 型番 - インチ規格 定価(税抜) 出荷予定日
GVS411 Support Documentation
GVS411Customer Inspired! ガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、UV強化アルミニウムミラー (電源は付属しません) (インチ規格)
¥215,796
5-8 Days
GVS211 Support Documentation
GVS211Customer Inspired! ガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、広帯域ミラー(-E02) (電源は付属しません) (インチ規格)
¥241,680
5-8 Days
GVS011 Support Documentation
GVS011ガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、銀コーティングミラー(電源は付属しません) (インチ規格)
¥204,260
5-8 Days
GVS311 Support Documentation
GVS311Customer Inspired! ガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、デュアルバンドミラー 532 nm/1064 nm(-K13) (電源は付属しません) (インチ規格)
¥266,158
5-8 Days
GVS111 Support Documentation
GVS111Customer Inspired! ガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、金コーティングミラー (電源は付属しません) (インチ規格)
¥215,796
5-8 Days
+1 数量 資料 型番 - ミリ規格 定価(税抜) 出荷予定日
GVS411/M Support Documentation
GVS411/MCustomer Inspired! ガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、UV強化アルミニウムミラー (電源は付属しません) (ミリ規格)
¥215,796
5-8 Days
GVS211/M Support Documentation
GVS211/MCustomer Inspired! ガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、広帯域ミラー(-E02) (電源は付属しません) (ミリ規格)
¥241,680
5-8 Days
GVS011/M Support Documentation
GVS011/Mガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、銀コーティングミラー (電源は付属しません) (ミリ規格)
¥204,260
5-8 Days
GVS311/M Support Documentation
GVS311/MCustomer Inspired! ガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、デュアルバンドミラー532 nm/1064 nm(-K13) (電源は付属しません) (ミリ規格)
¥266,158
Lead Time
GVS111/M Support Documentation
GVS111/MCustomer Inspired! ガルバノミラーシステム、1D大径ビーム(10 mm)、金コーティングミラー (電源は付属しません) (ミリ規格)
¥215,796
Lead Time

ガルバノミラーシステム用リニア電源

  • 上記のガルバノミラーシステムに対応
  • 低雑音のリニア電源で電気的干渉が最小となる設計
  • 2つのドライバーボードに同時に電源供給が可能
  • 日本国内用電源に対応

電源は低ノイズのリニア電源で、良好なシステム分解能を得るために電気干渉を最小限に抑える設計がされています。 3 A、±15 VDCを供給し、100 VAC (型番GPS011-JP)の電圧入力用けに設定されています。 こちらの電源は上記のガルバノミラーシステムすべてに対応します。2 m長の電源ケーブルが2本付属します。

高度な仕様が求められない用途では、標準的なスイッチング電源もお使いいただけます。

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
GPS011-US Support Documentation
GPS011-US1D or 2D Galvo System Linear Power Supply, 115 VAC (日本では販売しておりません)
CALL
5-8 Days
GPS011-EC Support Documentation
GPS011-EC1D or 2D Galvo System Linear Power Supply, 230 VAC (日本では販売しておりません)
CALL
5-8 Days
GPS011-JP Support Documentation
GPS011-JPNEW!1軸または2軸のガルバノミラーシステム用リニア電源、100 VAC
¥68,038
Today

ガルバノミラーマウント用ヒートシンク(ポスト取付けアダプタ)


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Ø12.7 mmポスト上のヒートシンクに取り付けられた2軸ガルバノミラーシステム
  • 熱による動作不良を防ぐ冷却機能を追加
  • 1軸および2軸のミラーマウントに直接取付け
  • M4ネジ切り加工付きで、ポストに取付け可能

ガルバノミラー用ヒートシンクGHS003/Mは、1軸および2軸のミラーマウントに直接取り付けられ、デバイスの冷却およびポストアダプタとしてもお使いいただけます。取付け用のネジが製品に付属しています。

ガルバノミラーからの熱は通常は普通のマウント方法で放熱できますが、 駆動信号が急速に変化する用途では、熱が過度に蓄積してガルバノモータに動作不良が起きたり、ドライバーボードで熱制御スイッチが起動してしまうことがあります。熱制御スイッチの誤作動が繰り返し発生する場合、ヒートシンクGHS003/Mのご使用をお勧めしています。このヒートシンクはポストアダプタとしてもお使いいただけるので、ガルバノミラーアセンブリをM4ネジ切り加工付きポスト上に取り付けることができます。

+1 数量 資料 型番 - インチ規格 定価(税抜) 出荷予定日
GHS003 Support Documentation
GHS003ガルバノメーターヒートシンク(インチ規格)
¥3,744
5-8 Days
+1 数量 資料 型番 - ミリ規格 定価(税抜) 出荷予定日
GHS003/M Support Documentation
GHS003/Mガルバノメーターヒートシンク(ミリ規格)
¥3,744
Today

ガルバノドライバーボード用カバー

GCM012 in a 30 mm Cage System
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GCE001は、ガルバノシステム用のサーボドライバーボードのカバーとして使えます。

GCE001はサーボドライバーボード用のエンクロージャとしてお使いいただけます。付属のM3ネジと六角レンチを使用して、ボルトで簡単にサーボドライバーブラケットに取り付けられます。

注意: この製品は初期のサーボドライバーボードには使用できません。 詳細につきましては、当社までお問い合わせください。

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
GCE001 Support Documentation
GCE001ドライバーボード用カバー
¥8,054
Today
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