JPS5920650Y2 - レ−ザ・ビ−ムのビ−ム径の測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はレーザ・ビームのビーム径の測定装置に関する
ものである。

レーザ・ビームのビーム径はレーザの基本的かつ重要な
パラメータであり、レーザを応用した装置を考えた場合
には光学系通過後のビーム径を知ることがその装置の特
性を知る」二に於て極めて重要である。

特に最近ではビデオ・テ゛イスクのような、レーザ・ビ
ームの収束性の良さを利用した高密度な情報の記録、読
出技術が進んできており、この場合極く小さなスポット
に収束されたレーザ・ビームの収束部でのビーム径を知
ることが重要になっている。

現在知られているレーザ・ビームのビーム径の測定方法
としては次のようなものがあげられている。

（１）スリット、ピン・ホールにより、レーザ・ビーム
を走査する。

（２）回折格子によりレーザ・ビームを走査し、回折格
子直後の光強度の変調度から算出する。

（３）ナイフェツジによりレーザ・ビームを走査する。

これらのうち（１）の方法は直接レーザ・ビーム断面の
強度分布が測定できるという利点があるが、小さなスポ
ットに収束された部分のビーム径を測定しようとすると
、入手可能なスリット、ピン・ホールの大きさがビーム
径と同程度またはビーム径より大きくなってしまい測定
に誤差が生じる。

この欠点を除くため収束部を拡大結像しその像面を走査
する方法が考えられるが、この場合には拡大光学系の特
性に大きく左右され、拡大光学系の倍率の正確な較正も
難しくなる。

（２）の方法はビーム断面の強度分布がガウス型である
ことを仮定してビーム径を算出するため、ガウス・ビー
ム以外では正確ではなくなる。

この点（３）の方法は、ビーム径の大きさ、ビーム断面
の強度分布によらず測定が可能であり、有利な方法であ
るため特に微少なスポラ１へに収束されたレーザ・ビー
ムのビーム径の測定には広く用いられている。

ナイフェツジ法〔（３）の方法を以下こう称する〕によ
り微小なスポットに収束されたレーザ・ビームのビーム
径の測定を行なう場合にはナイフェツジの移動量を正確
に求める必要があるが、通常のマニピュレータではこの
ような高い精度で移動量の絶対値を出すことが難しいた
め、何らかの方法で移動量を正確に較正する必要がある
。

従来、このような目的のためには、Ｈｅ−Ｎｅレーザを
用いたマイケルソン型の干渉計か゛用いられているが、
ガスレーザを用いているため型状が大きく光学系の構成
も複雑で調整も難しくなるという欠点を有していた。

本考案はこのような欠点を除去せしめ、小型で構成の簡
便なレーザビームのビーム径測定装置を提供することを
目的とする。

本考案はその目的のため、ナイフェツジの移動量を、ナ
イフェツジの走査方向に反射面を向はナイフェツジと共
に走査されるように設置した反射鏡に対向して設置した
半導体レーザの自己結合効果を利用して測定するもので
、極めて小型で簡便なレーザ・ビームのビーム径の測定
装置が得られる。

以下図面を用いて本考案について詳細に説明する。

第１図及び第２図により半導体レーザの自己結合効果に
よる変位較正の原理を示す。

第１図が半導体レーザの自己結合効果による変位較正の
原理を示すために行なった実験のブロック図である。

直流電源１により駆動される半導体レーザ２からの放射
光３は半導体レーザ２の出射端面前方に対向して置かれ
た反射鏡４により反射され反射光５となって半導体レー
ザ２に帰還される。

反射鏡４はファンクションジェネレータ６により駆動さ
れるエレクトロ・メカニカルアクチュエータ７に取り付
けられており、半導体レーザ２の光軸方向に移動する。

半導体レーザ２のもう一方の端面がらの放射光８は光検
知器９により検知され、反射鏡４の移動による半導体レ
ーザ２の出力変化が端子１０に電気信号として出力され
る。

第２図に第１図の系により測定した反射鏡の移動による
半導体レーザ出力の変化を示す。

半導体レーザの出力は反射鏡の移動量に対し周期的に変
化し、山−山、谷−谷の間隔は実験に用いた半導体レー
ザの発振波長０ 、８６３μｍの士になっている。

反射鏡の移動に伴ない発振波長も変化するがその変化は
大きくなくまた、第２図のような変化は半導体レーザと
反射鏡との間の距離が数１００μｍに離れても観測され
る。

従って移動する物体に反射鏡を取りつけそれに対向して
半導体レーザを設置すれば半導体レーザの発振波長の半
波長程度の精度で移動量の較正が可能であり、またこの
構成では光学部品としては反射鏡だけでよく、その設置
精度も厳しくないため、極めて簡便なものである。

本考案はこの原理をナイフェツジの移動量の測定に応用
したもので極めて、小型・簡便なレーザ・ビームのビー
ム径測定装置が得られる。

第３図は本考案の一実施例を示す図である。

エレクトロメカニカルアクチュエータ１３の可動部分１
３ａにナイフェツジ１２を取付は被測定レーザビーム１
１の光軸に直交するようにナイフェツジ１２を設置する
。

ナイフェツジ１２の後方には、光検知器１４をナイフェ
ツジがないときに被測定レーザビーム１１の全パワーが
入射するように設置する。

エレクトロメカニカルアクチュエータ１３の可動部１３
ａにはナイフェツジ１２と共に反射鏡１５を取付け、反
射鏡１５に対向して半導体レーザ１６を設置し、半導体
レーザからの放射光が反射鏡１５により半導体レーザに
帰還されるようにする。

半導体レーザ１６のもう一方の端面がらの放射光を検知
するように光検知器１７を設置する。

直流電源１８により半導体レーザ１６を駆動し、ファン
クションジェネレータ１９により、エレクトロメカニカ
ルアクチュエータ１３を駆動しナイフェツジ１２が被測
定レーザビーム１１全幅に渡り走査するようにすれば端
子２０にはレーザ・ビームの断面の累積光強度分布を表
わす信号が得られ、端子２１にはナイフェツジ移動量の
較正用信号が得られる。

ナイフェツジ１２の移動はマニピュレータにより手動で
行なってもよいが送りのぶれ、不均一などを生じるため
エレクトロメカニカル・アクチュエータ１３を用いる方
か゛すぐれている。

エレクトロメカニカル・アクチュエータ１３としてはこ
こで゛はボイス・コイル型アクチュエータを用いたが、
他にバイモルフ振動子、ピエゾ・エレクトリック素子な
ども用いることができる。

第３図の構成は非常に簡便であり小型で容易に一つの台
上に組むことができる。

またエレクトロメカニカル・アクチュエータを周期的に
駆動すれば、オシロスコープ等で端子２０．２１に現わ
れる信号を実時間で観測することができ測定の能率が向
上する。

第４図に第３図の系によりＨｅ−Ｎｅレーザ光を対物レ
ンズにより収束し、ビームウェイスト部のビーム径を測
定した結果を示す。

第４図ａがビームウェイスト部断面の累積光強度分布す
が半導体レーザによるナイフェツジ移動量の較正波形で
あり山−山の間隔は約０．４１８μｍである。

本考案ではレーザ・ビームの断面の累積光強度分布が得
られるがナイフェツジの移動量についての微分操作を行
なうことにより光強度分布自身を知ることも容易である
。

以上詳細に説明したように本考案によれば、小型で簡便
かつ精度の高いレーザ・ビームのビーム径の測定装置が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は半導体レーザの自己給金効果による移
動量測定の原理を示すための図、第３図は本考案の一実
施例を示す図、第４図は本考案による測定例を示す図で
ある。 図に於て、１．１８は直流電源、２，１６は半導体レー
ザ、３，８は半導体レーザ光、９，１４．１７は光検知
機、１０．２０．２１は端子、４，１５は反射鏡、６，
１９はファンクション・ジェネレータ、７，１３はエレ
クトロメカニカルアクチュエータ、１３ａはエレンＩ・
ロメカニカルアクチュエータ可動部、１１は被測定レー
ザ・ビーム、１２はナイフェツジである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ナイフェツジと、被測定レーザ・ビームと直交する方向
   に走査信号に応じ前記ナイフェツジを走査する電気機械
   的走査手段と、前記ナイフェツジの後方に被測定レーザ
   ビームが入射するように設置した光検知器と、前記電気
   機械的走査手段による走査方向に反射面を向け、前記ナ
   イフェツジと共に走査されるように設置した反射鏡と、
   前記反射鏡と対向して設置された半導体レーザと、前記
   半導体レーザの前記反射鏡と対向する端面とは異なるも
   う一方の端面からの放射光を検知するように設置した光
   検知器とからなることを特徴とするレーザ・ビームのビ
   ーム径の測定装置。