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アキシコンレンズ・円錐ミラー

  • 2023-06-01
  • オプティクス, 光学素子
  • オプティクス, レーザー加工, 光学素子, 半導体製造

アキシコンレンズとは

アキシコンレンズは、円錐面を持つ特殊なタイプのレンズです。アキシコンは、レーザービームをリング状の分布に変換します。また他のアキシコンやレンズと組み合わせることで、さまざまなビームパターンを生成できます。
アキシコンレンズは、ビームシェーピング、非回折ビーム生成、レーザーフォーカシングなど、さまざまな用途で使用されています。また、光ピンセットやライトシート蛍光顕微鏡などの光学計測装置にも使用されています。

アキシコンレンズ・円錐ミラー
アキシコンレンズ・円錐ミラー
アキシコンレンズ・円錐ミラー
アキシコンレンズ・円錐ミラー

アキシコンレンズの効果

アキシコンレンズに平行ガウシアンビーム(通常のレーザー光)を入射すると、どのような効果が得られるでしょうか?まず、平面側から見ると、光ビームはリング状に変換されます。このリング状のビームは、円錐面側から見ると、中心部が暗くなっているドーナツ状に見えます。このドーナツ状のビームは、近接場では非回折ベッセルビーム(回折しない光)の近似となります。
非回折ベッセルビームとは、ほぼ均質な強度分布を持ち、伝播方向に沿って長距離にわたって形状が変化しない光ビームです。非回折ベッセルビームの長さは、アキシコンレンズのアルファ角と直径で決まります。非回折ベッセルビームは、遠方では回折現象によって再びリング状に戻ります。

アキシコンレンズの応用

アキシコンレンズは、ビームシェーピングやレーザー用途に広く利用されています。特に、非回折ベッセルビームを生成する能力は、様々な分野で有用です。例えば、

  • マイクロマシニング:非回折ベッセルビームは、高いエネルギー密度と均質な強度分布を持つため、材料加工や切断に適しています。
  • 粒子操作:非回折ベッセルビームは、レーザーを用いて引力や斥力を引き起こしてマイクロ粒子や細胞を操作する光ピンセットにも有益です。アキシコンレンズによって作られたリングは、斥力的な壁として働き、リング状ビーム内の暗いエリア内にある粒子を捕捉します。
  • イメージング:非回折ベッセルビームは、高い深度分解能と高い輝度を持つため、光学顕微鏡や光コヒーレンス断層法などのイメージング技術に応用できます。

以上のように、アキシコンレンズは、非回折ベッセルビームを生成することで、様々な光学応用に貢献しています。アキシコンレンズは、円錐形状のプリズムであるため、製造が難しいとされてきましたが、近年では高精度な加工技術や非球面レンズの開発により、小型で高品質なアキシコンレンズが提供されています。

夏目光学のアキシコンレンズ

夏目光学の高精度な光学研削研磨技術によって製造されるアキシコンレンズは、その性能を決める上で重要なスペックである角度精度、面精度をはじめ、面粗度、表面欠陥など厳しい検査をクリアしたものだけを出荷いたします。
ファイバーレーザーをはじめとする高出力加工のほか、紫外短パルスレーザー加工用など数多くの採用実績がございます。

  高精度 標準精度
形状 凹面 凸面 凹面 凸面
サイズ φ50 – 150mm φ10 – 150mm φ30 – 175mm φ2 – 30mm
標準仕様 凹θ:60 – 179.9°、凸θ:30 – 179.9°
材質 一般光学ガラス、合成石英、低熱膨張ガラス、CaF₂
角度精度 ±5秒 ±3分
形状誤差 < PVr λ/4 < PVr 5λ
表面粗さ RMS < 1nm
肉厚 ±0.005mm ±0.01mm
外観精度(S/D) ISO10110-7/MIL-0-13830に対応可能
アプリケーション レーザ加工機
ベッセルビーム光学系
偏光素子
リングビームエキスパンダー
円錐ミラー
コーンサイドビュアー
露光装置(照明系)
リングビーム照明
リングビームエキスパンダー
その他 凸面:頂点φ1mmまで形状形成可能 凸面:表面粗さRMS<0.3nm可能

関連リンク

リングビーム・分岐ビームの生成│ビームシェイパー
アキシコンレンズの活用例 撮像編①
アキシコンレンズの活用例 撮像編②
アキシコンレンズの活用例 撮像編③

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