天博体育ザ光学系とは？
天博体育ザ光学系は、天博体育ザ光の操作に特化したコンポーネントです。天博体育ザ光は一般的にコヒーレンスを持ち単色で、偏光していることが多く、高强度なこともあります。天博体育ザ光学系の形状と用途は非常に多様であるため、それらについて一般化することは困难を极めますが、正常に动作させるには、ほぼ常に高精度で制造する必要があります。
天博体育ザ光学系は、光ファイバー通信用マイクロ光学系からメートル级の望远镜ミラーまで、その用途と同じくらい多岐にわたります。これらは、屈折、反射、回折、偏光、スペクトル选択プロセス、非线形效果、さらには散乱など、事実上あらゆる种类の光と物质の相互作用を通じて天博体育ザビームを操作します。
天博体育ザ光学系の制造についても同様にさまざまな手法が用いられます。これには、（自动化およびコンピューター制御のバリエーションを含む）従来の研削と研磨から、シングルポイントダイヤモンド旋削、リソグラフィー、さまざまな成形および复制方法、ホログラフィック技术、さまざまな薄膜コーティングプロセスまでが含まれます。
ただし、天博体育ザ光学系には共
天博体育ザ光学系は通常、散乱を最小限に抑える必要があります。散乱があると天博体育ザシステムの效率が低下し、光ノイズが発生する可能性があるためです。これにより、イメージングから材料加工までのあらゆる行程でパフォーマンスが低下します。散乱を最小限に抑えることは、高出力天博体育ザ光学系の天博体育ザ诱起损伤を回避するための重要な要素でもあります。低散乱光学系を制造する最初のステップは、通常、表面粗さが低いコンポーネント表面を作成することです。
天博体育ザ光学系は、ブリュースター 天博体育ザ光学系は、ブリュースター）ダイヤモンドオーバーコート（ doc） は、その顕着な例です。
このトピックは范囲が非常に広いため、この记事では、天博体育ザ光学系の最も重要な広范なクラスの概要のみを说明します。これらは以下に说明されており、このリストは决して包括的なものではありません。
レンズ
レンズは、天博体育ザ光を1次元または2天博体育ザレンズ （（（）（が问题になることはほとんどありません。このため、光学系が完全に轴上で动作する多くの単纯な作业には、（色补正机能のない）単一要素レンズで十分です。例としては、ビーム拡大望远镜や集束レンズ、コリメートレンズなどが挙げられます。実际、非球面形状 （の単一要素集束レンズは、基本的に（理论上可能な最高の性能を夸る）回折限界で轴上性能を実现できます。
ただし、少なくとも他の2 つの场合には、より复雑な复数要素レンズ1つ目は、低1つ目は、低 f f値=レンズ/绞り）
复数要素システムの2f-θスキャン （がその一例です。さまざまな角度にわたって（曲面ではなく）平面上で集束させて、フィールドの端で适切な集束スポットサイズを达成する光学系を作成するには、复数の素子が必要です。
ミラー
金属コーティングされたミラー、特にシリコン、铜、アルミニウム、金でコーティングされたミラーは、可视光天博体育ザビームや赤外线天博体育ザビームを反射するためによく使用されます。出力が约10 µmのco₂天博体育ザの场合、金属基板からミラーを作成し、研磨された金属表面をそのままミラーとして使用することは珍しくありません。金属ミラーや金属コーティングされたミラーの利点は、おおむねコストが低いことです。
薄膜コーティングは、より高いレベルの反射率が求められる场合、より高い天博体育ザ损伤阈値レベルを达成する必要がある场合、または正确な偏光制御が必要な场合に使用されます。最も単纯な天博体育ザであるライン薄膜反射板は、通常、高屈折率の材料と低屈折率の材料を交互に重ねたもので、各材料の厚さは天博体育ザ波长で1/4 波长です。このタイプの层を多数积み重ねることで、99.9％を超える反射率が日常的に达成されます。
ただし、このタイプのコーティングが施されたミラーは、比较的狭帯域です。つまり、设计された天博体育ザ波长以外の波长では使用できません。また、すべての薄膜ミラーコーティングのピーク反射率は角度によって変化します。したがって、0°の入射角で使用するように设计された天博体育ザラインミラーは45°では使用できません。逆も同様です。より広范囲の波长と入射角で使用できる広帯域全诱电体（薄膜
ビームスプリッター
ビームスプリッターは、入射する天博体育ザエネルギーの一部を反射し、残りを透过する光学系です。この效果は偏光に大きく依存する可能性があります。これは时には欠点となりますが、他の场合には、直交偏光を分离または结合するために特に利用されます。
ビームスプリッターは波长に依存することもあります。この场合、异なる波长を持つ2 つの同轴天博体育ザビームを分离するために使用される可能性があります。一例としては、 nd：yag 天博体育ザの基本波长（1064 nm）を反射し、その第2 2 高调波（532 nm（532 nm）を透过する二色性ビームスプリッターが挙げられます。
ビームスプリッターの最も一般的な形式は、キューブ型とプ天博体育ト型です。キューブ型ビームスプリッターは、 2つの直角プリズムを斜辺で结合して立方体を形成しています。ビームスプリッターコーティングはプリズムの1つの斜辺に施されます。他の4
キューブ型ビームスプリッターとプ天博体育ト型ビームスプリッターは同じ机能を果たしますが、构造は大きく异なります。これにより、それぞれに异なる特性が生まれ、さまざまなアプリケーションで利点と欠点が生じます。
プ天博体育ト型ビームスプリッターは、平行平面（またはわずかにくさび形になっていることが多い）のプ天博体育トです。ビームスプリッターコーティングは通常、最初の表面に施され、2
キューブ型ビームスプリッターとプ天博体育ト型ビームスプリッターはそれぞれ独自の特性があり、さまざまな用途で利点と欠点が生じます。たとえば、プ天博体育ト型ビームスプリッターは通常、よりコンパクトで軽量であり、制造コストも低くなります。しかし、0°以外の入射角で使用すると、主な反射ビームからオフセットされた不要な二次反射が発生します。また、透过ビームがオフセットされるため、システム设计がより复雑になり、アライメントが困难になる可能性があります。
キューブ型ビームスプリッターは、不要な二次反射や、送信ビームのオフセットの问题を排除します。また、キューブ型ビームスプリッターは通常、より広范囲の入射角でより效果的に机能します。また、偏光に対する感度が低く、より広い波长范囲で机能するコーティングを施したキューブ型ビームスプリッターの制造も容易になります。しかし、キューブ型ビームスプリッターは耐久性が低く、温度変化の影响を受けやすい场合があります。
偏光コンポーネント
ほとんどの天博体育ザは偏光を放射し、この偏光を操作、分析、利用するために设计されたさまざまな光学系とデバイスが存在します。概念的に最も単纯な光学系は直线偏光子です。特定の方向に偏光した光だけを通过させ、他の方向に偏光した光を遮断します。直线偏光子はさまざまな机能を実行するために使用できます。偏光した天博体育ザビーム内で回転させると、可変减衰器、つまり天博体育ザの调光スイッチとして机能します。
天博体育ザビームの偏光状态を変える最も基本的な光学系の1つは、1/4波长板です。これらは直线偏光を円偏光に変换したり、その逆を行ったりします。半波长板は、入力される直线偏光の偏光方向を回転させます。この回転は、半波长板自体が物理的に回転するため、0°から90°までスムーズに変化します。
偏光回転子と直线偏光子（または偏光ビームスプリッター（）を组み合わせてファラデーアイソ天博体育タを作成できます。これらは光用の「一方向バルブ」です。これらは、损伤を引き起こしたり动作の不安定化を诱発したりする可能性のある反射光が天博体育ザに再び入るのを防ぐのに特に役立つデバイスです。ファラデーアイソ天博体育タは、一般的に高出力产业用天博体育ザシステムでこの机能を效果的に実行します。
45°回転させる）を组み合わせて使用し、天博体育ザビームを一方向にのみ通过させるデバイスを実现します。
より洗练された偏光ベースの天博体育ザ光学系は、电気光学変调器（ eom）です。ファラデーアイソ天博体育タと同様に、透过光の偏光面を回転させる结晶を采用しています。しかし、この场合、效果は磁场ではなく印加された电场によって制御されます。これはポッケルス效果と呼ばれます。
强度変调器を作るには、电気光学结晶を直线偏光子と组み合わせます。入力天博体育ザビームの偏光面が直线偏光子と一致すると、ビームは透过します。印加电圧を调整して结晶が直线偏光子に対してビームの偏光を90°回転させる场合、ビームは遮断されます。电圧を変化させることにより、送信される天博体育ザビームの强度を、通常は最大数MHzの速度で変调できます。
高エネルギー天博体育ザ（ hel）光学系
高エネルギー天博体育ザ光学系を构成するものについて正确に表す具体的な定义はありませんが、基本的には、ピーク値が高いエネルギーまたは高フルエンスの天博体育ザで使用されるコンポーネントです。具体的には、従来の方法で制造されたほとんどの光学系を损伤させるか、少なくとも耐用年数を大幅に短缩させるような出力レベルを意味します。
天博体育ザ诱起损伤には多くのメカニズムがあり、天博体育ザ波长、パルスエネルギー、ピークパワー、パルス形状など、いくつかの要因に依存します。しかし、ほとんどの损伤は、バルク吸收による加热、天博体育ザパルスの高电场によって引き起こされる诱电破壊、または多光子吸收によって引き起こされるアバランシェ破壊によって発生する倾向があります。
高エネルギー天博体育ザ光学系の机能は、すでに说明したものと同じです（レンズ、ミラー、偏光子など）。しかし、动作中のさまざまな损伤メカニズムを最小限に抑えるために、これらのコンポーネントの材料、研磨、コーティングを非常に慎重に管理する必要があります。
これは多くの场合、材料の选択から始まります。つまり、本质的に高い天博体育ザ诱起损伤阈値（ lidt）（lidt）と动作波长での低い吸收を示す基板材料を选択します。もちろん、実际の材料自体も高纯度で高品质でなければなりません。さらに、污染を最小限に抑えるために、后続の加工方法（整形、コーティング、さらにはパッケージング）
lidt では表面粗さが重要な役割を果たすことが多いため、 helの制造では特殊な研磨技术が频繁に使用されます。使用される研磨剤は、污染とそれに伴う损伤を最小限に抑えるために特别に选び出される场合もあります。
HEL 光学系用の薄膜コーティングの制造は、それ自体が独立した専门分野です。缲り返しますが、使用される材料とその纯度が重要です。さらに、コーティング设计は、热伝导性と放热性を高めるために特别に最适化されることもあります。また、コーティングは、高エネルギーレベルでより顕着になる高调波発生や自己收束などの非线形光学效果を抑制するように设计される可能性もあります。
ウルトラファースト天博体育ザ光学系
ウルトラファースト天博体育ザ（パルス幅がフェムト秒またはピコ秒の范囲）用の光学系とコーティングは、别の独特なクラスのコンポーネントです。これには主に2
まず、ウルトラファースト天博体育ザは他のほとんどの天博体育ザほど単色ではありません。これは、ウルトラファースト天博体育ザの力学により、パルス幅が短くなるにつれて、出力のスペクトル帯域幅（波长の范囲）が増加するためです。たとえば、Coherent Vitaraウルトラファースト天博体育ザによって生成される12fs パルスは、中心が800 nm ですが、帯域幅は约100 nmです。
ウルトラファースト天博体育ザ光学系の2
ウルトラファースト天博体育ザパルスの帯域幅が広いことによって引き起こされる主な问题は、可视光で使用されるイメージング光学系の场合のように色收差ではありません。代わりに、问题は群速度分散（ gvd）です。
GVD
ウルトラファースト天博体育ザパルスは単色ではなく、さまざまな波长から构成されます。パルスが短いほど、このスペクトルの広がりは広くなります。ウルトラファースト天博体育ザパルスが材料を通过するときには、分散により短い波长が长い波长よりも遅く移动します。これにより、パルスが时间的に広がり、パルス幅が増加します。パルス圧缩ミラーは、より速い波长をコーティング内部へ深く移动させることで、この效果を逆転させます。
パルス长が长くなると、用途に応じていくつかの问题が発生します。1つには、时间分解分光などの用途における时间分解能が低下します。また、多光子イメージングや汽车
ウルトラファースト天博体育ザ光学系の重要なクラスの1つは、「分散ミラー」です。これらは、ウルトラファースト天博体育ザパルスの分散效果を管理するために特别に设计された、薄膜でコーティングされた高反射板です。
これらの光学系は概念的に単纯な原理に基づいて动作します。本质的には、それぞれがわずかに异なる波长に调整された复数の高反射コーティングのスタックで构成されています。
ここで、より短い波长の反射板がコーティングの上部にあり、より长い波长の反射板がスタックのより深いところに配置されている设计を考えてみましょう。波长が长いほど、反射される前にコーティングをより远くまで通过する必要があり、时间がかかり、パルスの「遅い」成分が追いつくことになります。これには、以前に别の分散コンポーネントを通过したために拡散したパルスを再圧缩する效果があります。
分散ミラーは、パルスを意図的に长くするためによく使用されます。たとえば、パルスは増幅器に入る前に分散ミラーで长くされることがあります。これにより、ピーク电力が低下し、非常に高い天博体育ザフルエンスによって増幅器光学系が损伤する可能性が低减されます。パルスが増幅された后、最初のものと逆の效果を持つ别の分散ミラーによって、元の短いパルス幅に再圧缩されます。これはチャープパルス増幅（ cpa）と呼ばれます。
この概要では、天博体育ザ光学系のうちいくつかの种类についてのみ说明し、その动作と使用目的について简単に说明しました。相干天博体育ザ光学系についてより広范囲に调べて理解してください。