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レーザービームの4つの操り方

記事のカテゴリー : レーザーの不思議| レーザーの基本


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レーザーは自由自在に操れる電磁波の一種です。

レーザービームと言うのは実はかなりの拡がり角を持っているのが普通です。
しかしレンズなどの光学系を用いると、反射させたり、拡げたり、絞り込んだり好きな様に操作する事が出来るのです。

ではそのレーザービームの操り方の代表格の4つを紹介しましょう。

1.レーザービームを曲げる

簡単に言えば『鏡=ミラー』を使うだけです。

mirrorhansya.jpg

単純ではありますがこのミラーを機械的に操作すれば、レーザーショーで見る様に自由自在に文字や絵を描く事まで出来るのです。

2.レーザービームを分ける

ただのガラス板の様にレーザービームを透過させる性質と、ミラーの性質を持ち合わせた光学系を使用します。

halfmirror.jpg

コーティングにより異なりますが、例えば50%を透過させて、残りの50%を反射させたりするので『”ハーフ”ミラー』と呼ばれたり、『ビームスプリッター』と呼ばれたりします。
グリーンレーザーポインターの出力をモニタリングする為にも使用されています。

また『プリズム』や『グレーティング(回析光子)』などを用いれば波長毎に分ける事も出来ますし、実は曲げる事も出来ます。

3.レーザービームを絞る

totulens.jpg

『凸レンズ』などを使えば光は絞る事が出来るのですが、『収差』と呼ばれる焦点のずれなどが発生してしまう為、一点にまで絞り込む事は出来ません。
収差には波長毎に屈折率が異なる為に発生する『色収差』と、光学系より発生する『球面収差』があります。
複合光では含まれている波長毎の屈折率の異なりより『色収差』が発生してしまいますが、レーザーの場合は『単色光』なのでこの心配はありません。

レーザービームの直径をD、焦点距離をfとした時、下式が成り立ちます。

スポットサイズ = fλ / D

つまりスポットサイズは『波長』に依存され、波長が短ければ短いほど、理論上は小さなスポットにまで絞り込む事が可能となり、そのスポット径は波長とほぼ同じ位になるのです。

またこれ以外にも幾つかの方法があるのですが、焦点距離の異なる2枚の凸レンズを並べても『平行光』を作り出す事が出来ます。

collimeter.jpg

この様な光学系は『コリメーター』などと呼ばれます。
因みに上の図の様な組み合わせは『望遠鏡』などに使用されています。

4.レーザービームを拡げる

『凹レンズ』を使えば、レーザービームは拡げる事が出来ます。

oulens.jpg

 

この様にレーザービームを拡げる光学系は、一般に『ビームエクスパンダー(ビーム拡大器)』と呼ばれます。
カマボコ状の『シリンドリカルレンズ』を使えば一方向のみ拡大する事が出来、これにより線上のラインビームを得る事も出来ます。

この様に様々な光学系を組み合わせれば、レーザービームは欲しい様に、好きな様に操る事が出来るのです!
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