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レーザービーム位置安定化システム Aligna

TEM Messtechnik社のレーザービーム位置安定化システム Alignaは、レーザーのビーム位置安定化、レーザーと装置間の振動補正、レーザービームの入射角度補正など、レーザービームの位置や角度が安定しなければならないアプリケーションに最適なシステムです。 また、スキャニングにも最適で、ドリリング・トリパニングなど加工用にビームを高速スキャンする事も可能です。

アプリケーション

  • 高精度マテリアルプロセッシング
  • ドリフト、ゆらぎの補正
  • 光学部品の動きによる外乱の補正(ディレイライン、チューニング、ズーム光学系など)
  • 1台のレーザーから複数のアプリケーションへのスイッチング
  • 光学セットアップの特性評価のための多次元スキャン
  • シングルモードファイバーなどへの自動カップリングと最適化
  • レーザー光軸の自動アライメント
  • 複数のテーブルや部屋を跨ぐレーザー光軸位置ずれの解消

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特徴

  • 全自動での高精度ビーム位置・角度制御
  • セルフラーニング機能搭載
  • モジュラーシステムを採用
  • 2D・4Dスキャン可能(位置 X,Y、角度 X,Y)
  • 既存システムへの組み込み可能
  • 最大4ビームまで1システムで対応可能
  • パルスレーザー(0.1Hz~200MHz)およびCWレーザーのどちらにも使用可能
  • サーボループ精度 : < 1μm, < 1μrad (typ. 10~100 nm)
  • 標準ディテクタは380~1100 nmの波長に対応
  • オプションディテクタは 190 nm ~ 10 μmの波長に対応
  • 広いスキャンレンジ : > 18°
  • 高い分解能 : < 10 nm, < 10 nrad
  • 早い駆動スピード : 最大5 kHz
  • モーター駆動ミラーマウントとピエゾ駆動ホルダの組み合わせ動作可能
  • フルコンピュータコントロール(USB, シリアル,Ethernet、制御・解析ソフトは標準で同梱
  • パワーメータなどのの測定器やステージなどの同時制御可能

動作の概要

Alignaは様々な不安定要素を補正する事ができます。レーザービームの位置及び角度をPSD(ポジションセンシティブディテクタ)で位置情報(X、Y)及び角度情報(α、β)として取得し、これらの4つの情報を常にAlignaコントローラにフィードバックすることにより、これらの情報の変化に対応してレーザービームをビーム位置・入射角度共に既定の状態に戻します。

導入事例

モーター駆動倍率可変テレスコープ

レンズやミラーなどをモーターで駆動させる倍率可変テレスコープなどの光学系では、モーター駆動系の遊びや位置ブレが原因となって意図しない光軸ずれが生じます。その補正にAlignaは威力を発揮します。

スイッチングミラー

1台のレーザービームを複数の実験装置で使用する場合、スイッチングミラーが出入りする度にビームパスが僅かに変わってしまいます。もちろん自動スイッチングミラーの位置再現性は日々進化していますが、パーフェクトという事はあり得ません。Alignaによりビーム位置・角度を常に安定させておく事で、実験や加工の質が安定します。

4D安定化高速スキャニング

高速スキャニングのイメージ

微細加工を行う際、ビーム自身を回転させたり角度を付けたりしなければならない場合があります。 Alignaは、高速での位置・角度スキャンが可能ですので、マイクロマシニング、ドリリング、トリパニングなどのビーム制御ツールとして使用できます。

ディレイライン

ディレイラインへの導入イメージ

ピコ秒やフェムト秒レーザーなどを使用してポンププローブなどの実験を行う場合、パルス到達時間を制御するためにディレイラインを使用する事があります。移動ステージには遊びや位置決め精度の限界があるため、光軸ズレが生じてしまうケースが多いですがAlignaを用いることにより安定させることができます。

実験装置や真空チャンバの振動対策

MESSY Berlinでの30mレーザー伝送ラインへの導入例

レーザーと真空チャンバ、ターゲットなどが別々のテーブルに設置されている場合、それぞれのテーブルや装置が持つ振動,真空チャンバのポンプから来る振動,さらに温度変化などによってレーザー光軸が不安定となったり位置ドリフトが生じるたりします。これらはレーザーを長距離伝搬させるほど顕著となるため、対策としてAlignaは非常に有効です。

標準ソフトウェア Kangoo

Aligna非動作時

Aligna動作時

Alignaの標準ソフトウェアKangooは、パラメータ設定や動作状況のモニタリングに使用します。パラメータを一度設定してしまえばソフトウェアを利用せずAligna単体で動作させることも可能です。また、ビーム位置や角度などの情報を3Dで表示させたり、動作ログを取得したりすることも可能です。

豊富なオプション

SPM-P: ピエゾサーボ用SPM追加モジュール

  • 4つのピエゾアクチュエータ(or AOMスキャナ)用高速サーボ
  • ピエゾ共振補償用µC-コントロール可変フィルタ

SPM-SH: 低繰り返しパルスレーザー用SPM追加モジュール

  • サンプル&ホールド/ミキシング回路
  • パルス繰り返し:0.1Hz…30kHz ( 30kHz以上はSPM-SH不要 )

SPM-ADDA: 外部デバイス用シグナル プロセス プラグイン モジュール

  • アナログ/デジタル、入力/出力
  • パワーメーターヘッド、フォトダイオード、温度センサーからの信号入力
  • シャッター、外部デバイス、コントローラーへの信号出力
  • 8 x アナログ入力(±10V), 8 x アナログ出力(±10V), 8 x TTL I/O

Aligna IO: デジタルIO

  • ステータス、エラー、コントロール
  • 入出力レベル表示用LED
  • SUB-D 25コネクタ

Aligna Con: アナログ/デジタル信号用BNC接続ボックス

  • 関連するアナログ入出力信号へのアクセス(PSDs、モーター、ピエゾ素子、コントロール信号、TECなど)
  • 外部コントロール用(オシロスコープ、DACSなど)
  • 8 x BNCコネクター、HD15 male、HD15female)

PSD 4D i: 位置検出素子 “インダストリアル”

  • 4D測定:X,Yポジション&X,Yアングル
  • CW & パルスレーザー
  • 高精度:<1µm, <1µrad

PSD 4D e: 位置検出素子 “エクスペリメンタル”

  • 分離コンポーネント
  • 実験系に適応が容易
  • より高精度:<10nm, <10nrad

PSD 2D: 位置検出素子 2D (CW or パルス)

  • 単一ユースや4Dと組み合わせ
  • 標準波長380 – 1100nm/オプション対応180 – 2600nm

 Aligna Lin: モーター リニアステージ

  • アプリケーション:オートフォーカス オプティクス
  • トラベル:7mm (more on demand)
  • さまざまな光学部品に対応
  • 1インチレンズ or 他部品
  • M9 x 0.5mm対物レンズ
  • 光参照位置検出

BeamScan Oneinch: ピエゾベースXYスキャナー

  • 3mrad, 1.5kHz
  • 標準1″ミラーマウント

BeamScan HS: ピエゾ高ストロークXYスキャナー

  • SMファイバーへのオートカップリング
  • 高ストローク: 2 x 100mrad, 0.5kHz

BeamSwitch DC: ビームスイッチ&シャッター

  • 高精度ビームスイッチ,ダブルボールベアリング
  • フィードバックシグナル
  • ビーム径<10mm, ビームダンプ or 高反射ミラー

その他、ご要望に併せて様々なカスタマイズも可能な他、デモ機の貸し出し等にも対応可能です。詳細については弊社営業部までご相談ください。

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