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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
レンズは、レーザー ビーム形成の分野で使用されます。通常、発散する放射をコリメートするため、またはコリメートされた放射を集束させて非常に小さなスポットを得るために使用されます。一方で回転対称レンズと、他方で一方向にのみ屈折力を提供するシリンドリカルレンズとが区別されます。
このようなレンズには、2 つの重要な品質特性を定義することができます。レンズが伝搬中にレーザービームをクリップしてはならないという些細な要求と、通過ビームのビーム伝搬係数を大幅に増加させてはならないというより高度な要求です。
レンズの前後のビームの発散角が大きい場合、レンズの表面の幾何学的形状は、2 番目の要件を満たすために非球面または非球面形状に慎重に設計する必要があります。表面の望ましい形状は、レンズの使用目的とレーザー放射の波長によって異なります。
このようなレンズの製造と適用では、以下の問題が組み合わさって発生する可能性があります。
- レンズの製造に最適な表面形状が再現されていません。
- レンズは、設計波長とは異なる波長のレーザービームに適用されます。
適切に設計されていない、または適切に製造されていないレンズ、またはレンズが設計されていない波長のビームに適用されるレンズは、関連する発散角が十分に小さい限り、依然として有用である可能性があります。
これを説明するために、有効な開口数は、レンズの前でレーザービームがビームをコリメートするとき、またはレンズの後でビームを集束させるときにレーザービームが持つ可能性のある最大発散角の半分のサインとしてここで定義されます。所定の波長でレンズによってビームに導入される収差が許容範囲内であること。
この定義は、レーザービーム特性評価の分野で重要な ISO 11146-1 と密接な関係があります。これは、レーザービームフォーミングの分野で決定的なパラメーターを提供します。さらに、これは、レーザーレンズのメーカーだけでなく、ユーザーも許容範囲内の労力で適用できる、かなり単純な検証手順に関連しています。
Introduction
Lenses are used in the field of laser beam forming, typically for collimation of divergent radiation or for focusing collimated radiation to obtain very small spots. A distinction is made between rotational symmetric lenses on one hand and cylindrical lenses, which provide optical power only in one direction, on the other hand.
Two crucial quality characteristics can be defined for such lenses: the trivial demand that the lenses should not clip the laser beam during propagation and the more sophisticated requirement, that they should not significantly increase the beam propagation factor of a traversing beam.
If the divergence angle of the beam before or after the lens is large, the geometric form of the surfaces of the lens needs to be carefully designed to an aspherical or acylindrical form to fulfill the second requirement. The desired form of the surfaces depends on the intended use of the lens and the wavelength of the laser radiation.
In fabrication and application of such lenses the following problems may arise, even in combination:
- fabrication of the lens the optimum surface form has not been reproduced;
- the lens is applied to a laser beam with a different wavelength than the design wavelength.
Non-well designed or non-well produced lenses or lenses applied to beams with wavelength for which the lens has not been designed may still be useful as long as the involved divergence angles are small enough.
To account for this, an effective numerical aperture is defined here as the sine of half of the maximum divergence angle a laser beam may have before the lens, when it collimates the beam, or after the lens, when it focuses the beam, to ensure that the aberrations introduced by the lens to the beam at the given wavelength is acceptable.
This definition is in close relationship to ISO 11146-1, which is important in the field of laser beam characterization. It provides the decisive parameter in the field of laser beam forming. Furthermore, it is related to a fairly simple verification procedure, which can be applied by manufacturers of laser lenses as well as users with acceptable effort.