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※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序章
レーザーシステムを設計、操作、または保守する際には、再現性を確保し、レーザービームの伝搬挙動を予測し、安全上の問題を評価できることが重要です。レーザー ビームの特性評価のために測定できるパラメータには、次の 4 つのセットがあります。
- 電力 (エネルギー) 密度分布 (ISO 13694);
- ビーム幅、発散角、ビーム伝搬係数 (ISO 11146);
- 相分布 (ISO 15367);
- 空間ビーム コヒーレンス。
ISO 15367 のこのパートでは、レーザー ビームの横断面の位相分布を参照または測定する際に使用する用語と記号を定義しています。の測定に必要な手順を指定します。
- 位相分布の主平面の方位角。
- 非点収差の大きさ;
- 波面収差関数と RMS 波面変形の評価。
ビームの定性評価に役立つ手法は、インターフェログラムのフリンジ パターンまたは波面表面の等角図の目視検査です。ただし、品質保証とプロセス技術の移転には、より定量的な方法が必要です。 ISO 15367 のこの部分で示されている測定技術により、伝播ビームの位相分布の数値解析が可能になり、記録可能な定量結果を得ることができます。
他の従来の収差 (コマ収差や球面収差など) や非点収差がレーザー ビームに起因する可能性は十分にありますが、これらは一般的には使用されていません。ある理想的な表面からのビームの波面の逸脱は、より一般的な品質の指標です。一方、回転非対称性は、従来の光学システムによって光放射のビームに課せられる非点収差に通常関連するものよりもはるかに広範囲の効果をレーザー ビームにもたらします。このため、ビームの非点収差のさまざまな形態と特性が詳細に定義されています。
ISO 15367 のこの部分の規定により、選択したビーム特性の測定または分析を伴うテスト レポートを委託することができます。非点収差の測定は、非点ビームの補正用の光学素子を指定したいシステム設計者にとって重要です。 ISO 15367 のこの部分で定義されている測定技術は、矯正要素を追加した後の残留乱視を評価し、位置合わせを支援するためにも使用できます。
位相分布測定の主な用途は、これらの測定を、ビーム経路内の同じ位置でのパワー (エネルギー) 密度分布 (ISO 13694) の同時測定と組み合わせる可能性です。データのデジタル処理は、ビーム伝搬比 (ISO 11146) の計算から得られるパワー (エネルギー) エンベロープの測定よりも、伝搬ビームのより詳細な特性を明らかにすることができます。より詳細な情報は、プロセスの相互作用点での出力 (エネルギー) 密度分布を知る必要がある場合に、レーザーの損傷や安全上の問題の評価者だけでなく、プロセス開発エンジニアにとって重要になる可能性があります。
Introduction
It is important, when designing, operating or maintaining a laser system, to be able to ensure repeatability, predict the propagation behaviour of the laser beam and to assess the safety hazards. There are four sets of parameters that could be measured for the characterization of a laser beam:
- power (energy) density distribution (ISO 13694);
- beam width, divergence angle and beam propagation factor (ISO 11146);
- phase distribution (ISO 15367);
- spatial beam coherence.
This part of ISO 15367 defines the terminology and symbols to be used when making reference to or measuring the phase distribution in a transverse plane of a laser beam. It specifies the procedures required for the measurement of
- the azimuth of the principal planes of the phase distribution;
- the magnitude of astigmatic aberrations;
- evaluation of the wavefront aberration function and the RMS wavefront deformation.
A useful technique for qualitative assessment of a beam is visual inspection of the fringe pattern in interferograms or an isometric view of a wavefront surface. However, more quantitative methods are needed for quality assurance and transfer of process technology. The measurement techniques indicated in this part of ISO 15367 allow numerical analysis of the phase distribution in a propagating beam and can provide recordable quantitative results.
While it is quite possible to ascribe other conventional aberrations (e.g. coma or spherical aberration) as well as astigmatism to a laser beam, these are not commonly used. Departure of the wavefront of a beam from some ideal surface is a more common indication of quality. On the other hand, rotational asymmetry has a much wider range of effects in a laser beam than is usually associated with astigmatism imposed on a beam of optical radiation by conventional optical systems. For this reason, various forms and characteristics of astigmatism in beams are now defined in detail.
The provisions of this part of ISO 15367 allow a test report to be commissioned with measurements or analysis of a selection of beam characteristics. Measurements of astigmatism are important to system designers who wish to specify optical elements for the correction of astigmatic beams. The measurement techniques defined in this part of ISO 15367 can also be used to assess any residual astigmatism after the addition of corrective elements and to aid with alignment.
A major application of phase distribution measurements comes with the possibility of combining those measurements with a simultaneous measurement of the power (energy) density distribution (ISO 13694) at the same location in the path of a beam. Digital processing of the data can reveal much more detailed characteristics of the propagating beam than can measurements of the power (energy) envelope resulting from calculation of the beam propagation ratio (ISO 11146). The more detailed information can be important to assessors of laser damage and safety hazards as well as process development engineers when it is necessary to know the power (energy) density distribution at the process interaction point.