LASER QUEST

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。

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。

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

『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。

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。

 

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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