JPH01124717A - レーザのビーム半径測定方法 - Google Patents
レーザのビーム半径測定方法Info
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- JPH01124717A JPH01124717A JP28394687A JP28394687A JPH01124717A JP H01124717 A JPH01124717 A JP H01124717A JP 28394687 A JP28394687 A JP 28394687A JP 28394687 A JP28394687 A JP 28394687A JP H01124717 A JPH01124717 A JP H01124717A
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- laser beam
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- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 4
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/4257—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to monitoring the characteristics of a beam, e.g. laser beam, headlamp beam
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はレーザのビーム半径測定方法に関し、より詳細
には簡単な構成でレーザのビームスポットサイズを正確
に測定するレーザのビーム半径測定方法に関する。
には簡単な構成でレーザのビームスポットサイズを正確
に測定するレーザのビーム半径測定方法に関する。
従来の技術ではレーザビームを一定時間アクリル板上に
照射せしめ、アクリルの燃焼によって板上に形成される
孔の形状と大きさからビームパターンを推定する、いわ
ゆるアクリルバーンパターン法があった。この方法は簡
単であるとともに、2次元面内でのレーザ強度分布情報
が求められ便利であった。
照射せしめ、アクリルの燃焼によって板上に形成される
孔の形状と大きさからビームパターンを推定する、いわ
ゆるアクリルバーンパターン法があった。この方法は簡
単であるとともに、2次元面内でのレーザ強度分布情報
が求められ便利であった。
しかし、この方法は燃焼孔形状がレーザビーム強度と相
関を有しているものの、レーザビーム強度分布以外にア
クリルの燃焼や蒸発過程を含んでいるので、レーザビー
ムの強度の情報を得るには最適な方法とは言えない。さ
らに、レーザビームの強度分布から数学的に定義される
スポットサイズを求めることは困難であった。
関を有しているものの、レーザビーム強度分布以外にア
クリルの燃焼や蒸発過程を含んでいるので、レーザビー
ムの強度の情報を得るには最適な方法とは言えない。さ
らに、レーザビームの強度分布から数学的に定義される
スポットサイズを求めることは困難であった。
本発明では上記の問題点を解決するために、第1の発明
では、 反射型あるいは透過型スリットで走査してレーザビーム
の半径を測定するレーザのビーム半径測定方法において
、 該スリットはレーザビームの直径に比較し、十分に小に
選び、 前記走査によって得られた、出力波形の13゜5%の点
を基準にレーザビームの半径を測定することを特徴とす
るレーザのビーム半径測定方法が、提供される。
では、 反射型あるいは透過型スリットで走査してレーザビーム
の半径を測定するレーザのビーム半径測定方法において
、 該スリットはレーザビームの直径に比較し、十分に小に
選び、 前記走査によって得られた、出力波形の13゜5%の点
を基準にレーザビームの半径を測定することを特徴とす
るレーザのビーム半径測定方法が、提供される。
第2の発明では、
反射型あるいは透過型スリットで走査してレーザビーム
の半径を測定するレーザのビーム半径測定方法において
、 該スリットはレーザビームの直径に比較し、十分に大に
選び、 前記走査によって得られた、出力波形の約2゜3%の点
を基準にレーザビームの半径を測定することを特徴とす
るレーザのビーム半径測定方法が、提供される。
の半径を測定するレーザのビーム半径測定方法において
、 該スリットはレーザビームの直径に比較し、十分に大に
選び、 前記走査によって得られた、出力波形の約2゜3%の点
を基準にレーザビームの半径を測定することを特徴とす
るレーザのビーム半径測定方法が、提供される。
第3の発明では、
反射型あるいは透過型スリットで走査してレーザビーム
の半径を測定するレーザのビーム半径測定方法において
、 前記走査によって得られた出力波形と、計算式を用いて
得られる応答波形が一致するようにしてレーザビームの
半径を算出することを特徴とするレーザのビーム半径測
定方法が、 提供される。
の半径を測定するレーザのビーム半径測定方法において
、 前記走査によって得られた出力波形と、計算式を用いて
得られる応答波形が一致するようにしてレーザビームの
半径を算出することを特徴とするレーザのビーム半径測
定方法が、 提供される。
スリットがレーザビームの直径より、十分小さいときは
、走査によって得られる通過ビームの出力はその点のレ
ーザビームの分布強度に比例する。
、走査によって得られる通過ビームの出力はその点のレ
ーザビームの分布強度に比例する。
従って、その強度が最大強度の(1/e”)である出力
13.5%との点をレーザビームのスポット半径として
求めることができる。
13.5%との点をレーザビームのスポット半径として
求めることができる。
また、スリットの幅がレーザビームの直径より十分大き
いときは、レーザビームの強度が(1/et)である点
がスリットの端にかかったときの出力は後で計算で示す
ように、最大出力の約2゜3%になる。
いときは、レーザビームの強度が(1/et)である点
がスリットの端にかかったときの出力は後で計算で示す
ように、最大出力の約2゜3%になる。
従って、この点を基準にレーザビームの半径を求めるこ
とができる。
とができる。
さらに、スリットがレーザビームの直径に比べ、特別大
きくも、小さくもないときは、その基準となる出力をス
リットの幅から求め、この点を基準にレーザビームの半
径を決定する。
きくも、小さくもないときは、その基準となる出力をス
リットの幅から求め、この点を基準にレーザビームの半
径を決定する。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図に本発明を実施するための測定装置の構成を示す
。1は測定すべきレーザビームであり、2はスリット3
を有する反射円板である。通常はレーザビーム1は反射
光4となって、ビームストッパー5に入射するが、スリ
ット3がレーザビーム1が通過する位置に回転してくる
と、これを通過して、点線で示す通過ビーム6となり、
積分球7に導かれる。積分球7はレーザビームの減衰器
であり、これには高速応答性を有するレーザビーム検出
器8が設けられている。検出器8はHgCdTe (水
銀・カドミューム・テルル)等を使用したものが使用さ
れる。この検出器8によって、レーザ光は電気信号に変
換され、オシロスコープ9に送られ、ここでレーザビー
ムの出力波形を観測、記録する。
。1は測定すべきレーザビームであり、2はスリット3
を有する反射円板である。通常はレーザビーム1は反射
光4となって、ビームストッパー5に入射するが、スリ
ット3がレーザビーム1が通過する位置に回転してくる
と、これを通過して、点線で示す通過ビーム6となり、
積分球7に導かれる。積分球7はレーザビームの減衰器
であり、これには高速応答性を有するレーザビーム検出
器8が設けられている。検出器8はHgCdTe (水
銀・カドミューム・テルル)等を使用したものが使用さ
れる。この検出器8によって、レーザ光は電気信号に変
換され、オシロスコープ9に送られ、ここでレーザビー
ムの出力波形を観測、記録する。
第2図に反射円板を回転軸方向から見た部分図を示す。
図において、1はレーザビームであり、2は反射円板で
あり、3は反射円板2の円周上に半径方向に設けられた
スリットであり、その幅はSwである。反射円板の回転
中心Oからレーザビーム1の中心までの半径をRoとす
る。また、反射円板2は回転角速度ωで右方向に回転し
ているものとする。レーザビーム1のモードはTEM0
0モードであり、その分布はガウシャン分布であるとす
る。
あり、3は反射円板2の円周上に半径方向に設けられた
スリットであり、その幅はSwである。反射円板の回転
中心Oからレーザビーム1の中心までの半径をRoとす
る。また、反射円板2は回転角速度ωで右方向に回転し
ているものとする。レーザビーム1のモードはTEM0
0モードであり、その分布はガウシャン分布であるとす
る。
次にスリット3の幅がレーザビームの直径に比較して、
非常に小さい場合、非常に大の場合、中間的な値の場合
に分けて説明する。
非常に小さい場合、非常に大の場合、中間的な値の場合
に分けて説明する。
〔スリットの幅3wがレーザビームの直径に比Mして小
の場合、Sw<2ro) この場合のレーザビーム1をスリット3で走査したとき
の透過ビームの出力はその点の分布強度に比例する。従
って、その出力波形は第3図に示すようになる。第3図
では、横軸は時間軸であり、縦軸はオシロスコープ9で
測定した、出力波形である。従って、この場合はレーザ
ビームのスポット半径は、通常の定義通り、最大出力を
100%としたときの、 (1/e” ) #0.135=13.5%の間の時間
幅【。を測定することにより、r 6−t 0/ 2 として求めることができる。
の場合、Sw<2ro) この場合のレーザビーム1をスリット3で走査したとき
の透過ビームの出力はその点の分布強度に比例する。従
って、その出力波形は第3図に示すようになる。第3図
では、横軸は時間軸であり、縦軸はオシロスコープ9で
測定した、出力波形である。従って、この場合はレーザ
ビームのスポット半径は、通常の定義通り、最大出力を
100%としたときの、 (1/e” ) #0.135=13.5%の間の時間
幅【。を測定することにより、r 6−t 0/ 2 として求めることができる。
〔スリットの幅Swがレーザビームの直径に比較して大
の場合、Sw>2ro) この場合のスリット3を通過した出力は第4図のような
波形になる。そして、第5図(a)及び(b)に示すよ
うに、スリット3の右端がレーザビームlの定義された
半径To、すなわち最大強度の(1/e” )の位置に
きたものとする。第5図(a)はこのときの反射円板2
をその表面に直角に見た図であり、レーザビームの第5
図(b)はガウシャン分布を示す。
の場合、Sw>2ro) この場合のスリット3を通過した出力は第4図のような
波形になる。そして、第5図(a)及び(b)に示すよ
うに、スリット3の右端がレーザビームlの定義された
半径To、すなわち最大強度の(1/e” )の位置に
きたものとする。第5図(a)はこのときの反射円板2
をその表面に直角に見た図であり、レーザビームの第5
図(b)はガウシャン分布を示す。
このとき、スリット3を通過する出力は、レーザビーム
1の左側のほぼ総ての出力を含むものと仮定すると、以
下の式からスリット3を通過するエネルギーを求めるこ
とができる。
1の左側のほぼ総ての出力を含むものと仮定すると、以
下の式からスリット3を通過するエネルギーを求めるこ
とができる。
V = (1/2) V’ 2 / π(exp(
−2V 2)dy=0.0228=0.23 (但し、−1≦y≦0) ここで、上式の第1項は、ガウシャン分布の左半分の積
分値であり、第2項は−1からO迄の積分値であり、■
は一■から−1まで、すなわち第5図(b)の斜線で示
した部分の体積積分値に相当する。勿論、第5図(b)
に示すガウシャン分布曲線は正規化されているものとす
る。
−2V 2)dy=0.0228=0.23 (但し、−1≦y≦0) ここで、上式の第1項は、ガウシャン分布の左半分の積
分値であり、第2項は−1からO迄の積分値であり、■
は一■から−1まで、すなわち第5図(b)の斜線で示
した部分の体積積分値に相当する。勿論、第5図(b)
に示すガウシャン分布曲線は正規化されているものとす
る。
次に第6図(a)、(b)、(C)にスリット3がレー
ザビーム1を通過する状態の図を示す。
ザビーム1を通過する状態の図を示す。
第6図(a)に示すように、スリット3の右端がレーザ
ビーム1の左側のスポットサイズ点(ro)を通過する
点から、第6図(c)に示すようにスリット3の左端が
レーザビームの右側の同点(ro )を通過するまでに
進む距離は(2ro+Sw)である。従って、オシロス
コープ波形上で、その強度がスリット幅によって決めら
れる点を基準に時間差t0を読み取れば、 2 ro +Sw=Ro al t。
ビーム1の左側のスポットサイズ点(ro)を通過する
点から、第6図(c)に示すようにスリット3の左端が
レーザビームの右側の同点(ro )を通過するまでに
進む距離は(2ro+Sw)である。従って、オシロス
コープ波形上で、その強度がスリット幅によって決めら
れる点を基準に時間差t0を読み取れば、 2 ro +Sw=Ro al t。
が成立する。故に、
ro ” (Ro ωt6 Sw)/2としてスポッ
トサイズr0を求めることができる。
トサイズr0を求めることができる。
従って、第4図の出力波形において、最大値の約2.3
%の点を基準にレーザビームのスポット半径r0を求め
ることができる。
%の点を基準にレーザビームのスポット半径r0を求め
ることができる。
第7図にスリット3を通過するレーザビームの通過する
エネルギーを求めるためのガウシャン分布図を示す。図
において、Z軸はレーザビーム1の強度を示し、X軸及
びY軸はそれぞれ空間的な平面を示す。ここで、スリッ
ト3は反射円板2の円周上にあるので、厳密にはレーザ
ビームlは第7図のY軸方向に平行に移動しない。しか
し、第1図で示す、レーザビーム1の中心と反射円板2
の回転中心からの半径R0が十分大きいものとすれば、
スリット3はほぼ第7図のY軸に平行に移動するとする
ことができる。
エネルギーを求めるためのガウシャン分布図を示す。図
において、Z軸はレーザビーム1の強度を示し、X軸及
びY軸はそれぞれ空間的な平面を示す。ここで、スリッ
ト3は反射円板2の円周上にあるので、厳密にはレーザ
ビームlは第7図のY軸方向に平行に移動しない。しか
し、第1図で示す、レーザビーム1の中心と反射円板2
の回転中心からの半径R0が十分大きいものとすれば、
スリット3はほぼ第7図のY軸に平行に移動するとする
ことができる。
スリット3を通過するエネルギーは第7図の斜線で示す
Yo )’1間の体積積分値であり、v (y) =
εTf exp(−2y”)dy(yo≦y≦y+) として求められる。
Yo )’1間の体積積分値であり、v (y) =
εTf exp(−2y”)dy(yo≦y≦y+) として求められる。
従って、第2図においてスリット3の左端が(r、/r
0)に来たときのスリ′ットを通過するレーザビーム強
度P (r+ /re )は、P(r+/ro)= l
アミJ exp (−2(r/ro)” ) d(r/
ro)(但し、rl/r、≦(r/r0)≦(r++s
w)/re )で求められる。
0)に来たときのスリ′ットを通過するレーザビーム強
度P (r+ /re )は、P(r+/ro)= l
アミJ exp (−2(r/ro)” ) d(r/
ro)(但し、rl/r、≦(r/r0)≦(r++s
w)/re )で求められる。
一方、距離rと時間との関係はスリット3がし一ザビー
ムを通過する範囲に限定して、ビーム径は第2図のRo
と比較して十分小さいとすると、r=R,ω【 で求められるから、オシロスコープで観察される波形の
1周期ごとの時間変化P (t)は、P (t ) =
V/T7?f exp(−2r”)dr(但し、Ro
ωt /ro ≦r≦(Sw+Ro (d t)/ro
)として求められる。
ムを通過する範囲に限定して、ビーム径は第2図のRo
と比較して十分小さいとすると、r=R,ω【 で求められるから、オシロスコープで観察される波形の
1周期ごとの時間変化P (t)は、P (t ) =
V/T7?f exp(−2r”)dr(但し、Ro
ωt /ro ≦r≦(Sw+Ro (d t)/ro
)として求められる。
従って、この場合最大強度で規格化した応答波形Q (
t)は、 Q (t)’=Q+ (t)/Qt (t)Q+ (t
) = f exp(−2r”)dr(但し、Roω
t/ro ≦r≦(S11+R6(1) t)/r+
)にh (t ) = f exp(−2r”)dr(
但し、−3w/2ro ≦r≦Sw/2ro)として求
められる。
t)は、 Q (t)’=Q+ (t)/Qt (t)Q+ (t
) = f exp(−2r”)dr(但し、Roω
t/ro ≦r≦(S11+R6(1) t)/r+
)にh (t ) = f exp(−2r”)dr(
但し、−3w/2ro ≦r≦Sw/2ro)として求
められる。
故に、上記のQ (t)を求める式中のroをオシロス
コープで観測された波形に一致するように、定めること
でレーザビームの半径を求めることができる。
コープで観測された波形に一致するように、定めること
でレーザビームの半径を求めることができる。
以上説明したように本発明では、レーザビームを電気信
号に変換して、オシログラフ上のレーザビームの強度を
測定して、スリットの幅がレーザビームの直径に比較し
て、十分小さなときに、その最大値の13.5%の点で
レーザビームの半径を求めるようにしたので、簡単で、
正確にレーザビームの半径を求めることができる。
号に変換して、オシログラフ上のレーザビームの強度を
測定して、スリットの幅がレーザビームの直径に比較し
て、十分小さなときに、その最大値の13.5%の点で
レーザビームの半径を求めるようにしたので、簡単で、
正確にレーザビームの半径を求めることができる。
また、スリットの幅がレーザビームの直径に比較して、
非常に大きいときは、最大強度の2.3%でレーザビー
ムの半径を求めるようにしたので、レーザビームの半径
が非常に小さい測定のときに便利である。
非常に大きいときは、最大強度の2.3%でレーザビー
ムの半径を求めるようにしたので、レーザビームの半径
が非常に小さい測定のときに便利である。
さらに、レーザビームの直径とスリットの幅の大きさに
大きな大小関係がないときは、観測波形と計算式が一致
するようにして、レーザビームの半径を求めることがで
きるので、レーザビームの半径と、スリットの幅を考慮
せずに一般的な測定方法として適用できる。
大きな大小関係がないときは、観測波形と計算式が一致
するようにして、レーザビームの半径を求めることがで
きるので、レーザビームの半径と、スリットの幅を考慮
せずに一般的な測定方法として適用できる。
第1図は本発明を実施するための測定装置の構成を示す
図、 第2図は反射円板を回転軸方向から見た部分図、第3図
はオシロスコープで測定した出力波形を示す図、 第4図は他のオシロスコープで測定した出力波形を示す
図、 第5図(a)及び(b)はレーザビームとスリットの関
係を示す図、 第6図(a)、(b)、(c)はスリットがレーザビー
ムを通過する状態を示す図、 第7図はスリットを通過するレーザビームのエネルギー
を求めるためのガウシャン分布図である。 1−・・・−−〜−−・・・レーザビーム2−−−−−
−−−−−・−反射円板 3−・・−・−・−スリ・7ト 4−・・−・−−−−−−一一反射光 5−・−−−一−−・−・・−・ビームストッパ6・・
−−−一−−−−−・−・−通過ビーム7・・−・・・
−・・−積分球 8・・−・・−・−−−−一検出器 9−−−−−−−・−−−−−−−オシロスコープr0
・−・−・・・−レーザビームの半径特許出願人 ファ
ナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第1図 ■ 第2図 第3図 第4図 第5図((1) 第5図(b) 第6図 第7図
図、 第2図は反射円板を回転軸方向から見た部分図、第3図
はオシロスコープで測定した出力波形を示す図、 第4図は他のオシロスコープで測定した出力波形を示す
図、 第5図(a)及び(b)はレーザビームとスリットの関
係を示す図、 第6図(a)、(b)、(c)はスリットがレーザビー
ムを通過する状態を示す図、 第7図はスリットを通過するレーザビームのエネルギー
を求めるためのガウシャン分布図である。 1−・・・−−〜−−・・・レーザビーム2−−−−−
−−−−−・−反射円板 3−・・−・−・−スリ・7ト 4−・・−・−−−−−−一一反射光 5−・−−−一−−・−・・−・ビームストッパ6・・
−−−一−−−−−・−・−通過ビーム7・・−・・・
−・・−積分球 8・・−・・−・−−−−一検出器 9−−−−−−−・−−−−−−−オシロスコープr0
・−・−・・・−レーザビームの半径特許出願人 ファ
ナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第1図 ■ 第2図 第3図 第4図 第5図((1) 第5図(b) 第6図 第7図
Claims (3)
- (1)反射型あるいは透過型スリットで走査してレーザ
ビームの半径を測定するレーザのビーム半径測定方法に
おいて、 該スリットはレーザビームの直径に比較し、十分に小に
選び、 前記走査によって得られた、出力波形の13.5%の点
を基準にレーザビームの半径を測定することを特徴とす
るレーザのビーム半径測定方法。 - (2)反射型あるいは透過型スリットで走査してレーザ
ビームの半径を測定するレーザのビーム半径測定方法に
おいて、 該スリットはレーザビームの直径に比較し、十分に大に
選び、 前記走査によって得られた、出力波形の約2.3%の点
を基準にレーザビームの半径を測定することを特徴とす
るレーザのビーム半径測定方法。 - (3)反射型あるいは透過型スリットで走査してレーザ
ビームの半径を測定するレーザのビーム半径測定方法に
おいて、 前記走査によって得られた出力波形と、計算式を用いて
得られる応答波形が一致するようにしてレーザビームの
半径を算出することを特徴とするレーザのビーム半径測
定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28394687A JPH01124717A (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | レーザのビーム半径測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28394687A JPH01124717A (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | レーザのビーム半径測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01124717A true JPH01124717A (ja) | 1989-05-17 |
Family
ID=17672270
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28394687A Pending JPH01124717A (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | レーザのビーム半径測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01124717A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5587786A (en) * | 1995-02-23 | 1996-12-24 | Universite Laval | Apparatus for measuring a beam width D.sub.σx along a transverse direction of a laser beam and method thereof |
JP2014146671A (ja) * | 2013-01-29 | 2014-08-14 | Arufakusu Kk | レーザ光のプロファイル測定方法 |
JP2017219342A (ja) * | 2016-06-03 | 2017-12-14 | 株式会社リコー | 計測装置、計測方法、加工装置、および被加工物の生産方法 |
-
1987
- 1987-11-10 JP JP28394687A patent/JPH01124717A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5587786A (en) * | 1995-02-23 | 1996-12-24 | Universite Laval | Apparatus for measuring a beam width D.sub.σx along a transverse direction of a laser beam and method thereof |
JP2014146671A (ja) * | 2013-01-29 | 2014-08-14 | Arufakusu Kk | レーザ光のプロファイル測定方法 |
JP2017219342A (ja) * | 2016-06-03 | 2017-12-14 | 株式会社リコー | 計測装置、計測方法、加工装置、および被加工物の生産方法 |
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