ダイヤモンド切削

炭酸ガスレーザーと赤外光学部品システム用ダイヤモンド切削特注光学部品

大半の光学部品は、回転対称を示します。既存のアプリケーションの大部分で使用されます。ただし、回転対称を示さない光学部品は、従来の回転対称を示す部品に比べて多数の利点があります。

たとえば、双円錐レンズやミラーは、単一の基盤で2つの曲径が結合されます。ファセット・レンズとミラーは、複数の平らな表面を単一の基盤に結合されます。反射的と透過的な光学配列は、複数の局面は単一の基盤に結合されます。その他の非回転対称光学部品には、ロング・ワーキング・ディスタンス軸外しパラボラ、リングフォーカス・パラボラ、ルーフトップ・ビームスプリッタがあります。

バイコニックレンズ

バイコニックレンズは、1つの基盤に２つの別々の曲径があります。バイコニックレンズで、アプリケーションにより球形のカーブまたは非球形のカーブが作れますが、収差を解消する必要があります。バイコニックレンズは、楕円形の焦点または線状の焦点を作るときに使用されます。また、こうしたレンズは、レーザービームで非点収差を削減するために、アナモルフィック・ビーム・エキスパンダーでも使用されます。多数の導波管タイプのレーザーは、非点収差ビームを生成します。大半のレーザー・アプリケーションは、対称的なガルシアンビームを必要とするため、非点収差ビームは補正する必要があります。

アナモルフィック・ビーム・エクスパンダーと楕円焦点レンズで使用されている通常のタイプの光学部品は、シリンダーレンズです。ビーム・エキスパンダー・アプリケーションと収束アプリケーションの一部では、2つのシリンダーを使う必要があり、その結果、アライメントの手順が難しくなります。バイコニックレンズは、このアプリケーションで使用されている多数の要素を削減することが可能で、さらに大切なことは、アライメントの問題を削減することです。

双円錐のレーザー出力は、1つの基盤に配置可能
アライメントが容易、局面の垂直性はマシニングで確保
アナモルフィック・ビーム・エクスパンダーで有益
集光レンズとしてエア円形のスポットを生成する
湾曲部は、球面か楕円形

バイコニックミラー

多数のアプリケーションでは、球面ミラーと円柱状ミラー、放射面鏡は、レーザービームを形作ります。バイコニックミラー、さらに一般的に言えばドーナツ型のミラーは、2つの別々の光学部品を１つに結合します。

双円錐型ミラーは、1つの基盤に２つの別々の曲径があります。双円錐型ミラーで、アプリケーションにより球形のカーブまたは非球形のカーブが作れますが、収差を解消する必要があります。適切に設計されると、通常ミラーに対して90度の屈曲を形成し、長い伝送パスでレーザービームを再度平行にします。

双円錐のレーザー出力は、1つの基盤に配置可能
曲線は、回析限界焦点が45度のAOIを生成するように設計が可能
アナモルフィック・ビーム・エクスパンダーで有益
AOIが0度の収束ミラーとしてエア円形のスポットを生成する
湾曲部は、球面か非球面

透過ビーム・インテグレータ

透過ビーム・インテグレータは、比較的大型の収束フラットトップ強度を必要とするレーザーアプリケーションで使用されます。ファセット・インテグレータは、個別のファセットサイズと形と同等のサイズと形式で、高出力ビームを比較的フラットトップなビームに焦点を合わせます。従来、透過ファセット・インテグレータの製造は非常に困難でした。しかし、今日、こうしたファセット・インテグレータのレンズは、高性能ダイヤモンド切削テクニックを使用して製造されます。ファセット・インテグレータ・レンズの主要な基盤材料はZnSeですが、Geまたは他のダイヤモンド切削可能な材料でこの基盤を作成することが可能です。

ファセット・レンズは、ファセット・ミラーの優れた代用品です。ファセットは、レンズ面でほとんどの形やフォームでも調節できます。機械加工されるファセットのサイズには実質的な制限がありますが、通常のファセットのサイズは2-8ミリであり、これにより、直径100ミリまでのミラー・ブランクが可能です。

透過ビーム・インテグレータは、比較的平らな強度のプロファイルを生成する
統合されたビームは、正方形または長方形
収束した光のサイズは、比較的大きく（2ミリ以上）、溶接や熱処理に適している
強度の程度は、レーザービームの非コヒーレンスにより異なる
コヒーレンスが劣るレーザービームで効果的に作用

反射ビーム・インテグレータ

反射ビーム・インテグレータは、溶接、クラッディング、熱処理アプリケーション向け高出力レーザーに広く使用されています。ファセット・インテグレーターは、個別のファセットサイズと形と同等のサイズと形式で、高出力ビームを比較的フラットトップなビームに焦点を合わせます。従来、反射インテグレータの光学部品は、個別にファセット・ミラーを作成し、それを局面に配列して作成されていました。しかし、今日、こうしたファセット・インテグレーターのミラーは、高性能ダイヤモンド切削テクニックを使用して製造されます。直接水冷式で冷却することが可能になり、ファセットを基盤に個別に配列する退屈で時間のかかる仕事は、必要ありません。

ファセットは、ミラー面でほとんどどんな形やフォームでも調節できます。機械加工されるファセットのサイズには実質的な制限がありますが、通常のファセットのサイズは2-8ミリであり、これにより、直径75ミリまでのミラー・ブランクが可能です。インテグレータは、コヒーレンスが劣るレーザービームで効果的に作用します。

反射ビーム・インテグレータは、比較的平らな強度のプロファイルを生成する
統合されたビームは、正方形または長方形
ミラーは銅製で、高出力レーザーに最適
収束した光のサイズは、比較的大きく（2ミリ以上）、溶接や熱処理に適している
強度の程度は、レーザービームの非コヒーレンスにより異なる
コヒーレンスが劣るレーザービームで効果的に作用

収束フラットトップダブレット

II-VIは、ガウシアン・モードをフラットトップ強度プロファイルに変換する、シンプルな形のレンズを設計します。

あるビームのモードを別のタイプに変更するのは、常に困難を伴うプロセスです。この問題を処理するには、回析レンズ、特殊ビーム・インテグレータ、球形レンズとフェーズプレートの組み合わせなどの別々の製品があります。多数のデザインタイプと同様に、最もシンプルなフォームを使用するのが望ましいでしょう。II-VI非球面フォームは、最もシンプルなタイプの１つです。

ガウシアンビームを焦点でフラットトップに変換するために使用するメソッドは、必要な収束ビームのサイズにより決定されます。ファセット・ビーム・インテグレータは、大きなスポットサイズが必要です（上記参照）。ただし、レーザービームを100µmのスポット・サイズを持つフラットトップ強度に焦点を合わせる必要があるとき、さらに精巧な球面か回析も必要です。II-VIは、これをシンプルな球面フォームで遂行します。焦点距離の違いにより、このレンズはシングレットまたはダブレットで製造されます。

焦点距離は、25ミリ以上
ユニットは、必要なスポット・サイズにより、１つか２つのレンズで構成される
最良な結果を得るためにM２値1.1未満のガウシアン入力ビームが必要
ドリリングと材料加工向けアプリケーション

ロングワーキング・ディスタンス軸外しパラボラ

かつて、軸外しパラボラ・ミラーのワーキング・ディスタンス（WD）は２軸ダイヤモンド切削旋盤の振り回し直径に制限されていました。今日、II-VIは、スロー・ツール・サーボ･テクノロジーを使用してどんな切削角度でも、日常的にロング・ワーキング・ディスタンス・パラボラを製造しています。

標準のワーキング・ディスタンス軸外しパラボラ・ミラーと同様に、ロング・ワーキング・ディスタンス・ミラーは、銅基盤（傾斜または平面）から作成され、極端に高出力なレーザーや業界の環境にも耐えることができます。こうしたミラーは、適切にマウント、アライメントされると、回析が制限された収差をもたらします。また、銅ミラーは、さらに反射率をもたらすためにコーティングされます。

II-VI は、90度（標準）または他の手ごろな角度でレーザービームを反射、焦点に集めるパラボラ・ミラーを設計します。冷水式、非標準マウント構成などの特注設計特性は、ご要望により利用可能です。

２軸マシンの標準機能を超えるワーキング・ディスタンス
0.5µm未満の優れた曲面精度
0.6 nm未満の優れた表面粗さ
250ミリまでの大型直径光学部品

光学的配列

ある種の光学システムの設計には、列として正確に配置するために複数の光学要素が必要です。かつては、個々の光学部品が製造され、共通の基盤に接続されており、著しいポジションとアライメントの課題が提起されました。今日、II-VIの高性能ダイヤモンド切削テクニックを使用すれば、II-VIのファスト・ツール・サーボ・テクノロジーで一体構造の光学的配列を基盤に直接機械加工することが可能です。標準的な基盤材料には、ZnSe やGe、Cu 、Alなどの金属があります。

この光学設計向けの通常のアプリケーションは、同一の焦点距離を持つ小型レンズ搭載の収束レンズ配列です。ただし、１つの基盤に同一の焦点距離を持つ小型レンズを製造する必要はありません。個々の要素は、正と負の要素が混ざった、別々の焦点距離を持っています。また、レンズとミラーを組み合わせることも可能です。

一体構造の光学的配列により、設計者は、高性能アプリケーションのために、小型で複雑な光学素子を製造するために、デザインバックにさらにツールを装備します。

一体型の光学的配列は、ユニークでコンパクトな光学的ソリューションを提供
小型レンズの配列は、容易に機械加工が可能で、複数焦点の配列を提供
１つの基盤で、レンズ、ミラーまたは他の光学素子が使用可能

リングフォーカス軸外しパラボラ

リングフォーカス軸外しパラボラは、90度のパラボラ収束ミラーを軸収束光学製品と組み合わせた光学製品です。通常、リングフォーカスの作成には、コニカル条件を持つZnSeレンズが使用されます。リングフォーカス軸外しパラボラは、アクシコンをパラボラミラーと組み合わせることにより、透過的な光学製品を削減します。その結果、形状はII-VIがスロー・ツール・サーボ・テクノロジーを使用して作成する、自由な形式の面となります。

この方法は、ワーキング・ディスタンス・リングの直径、切削角度に融通の利くデザイン仕様をもたらします。高出力アプリケーションでは、直接冷却銅基盤デザインが採用されます。

１つの光学部品が２つの働きをする
高出力レーザー・システムに有益
標準軸外し基盤から製造
6nm未満の優れたRMS粗さ
焦点で必要なリング直径を製造する容易な設計

ルーフトップ・ビームスプリッター

プリズムと透過ビームスプリッターは、レーザービームを２つの別々の光線に分割するために使用される通常の光学素子です。これらのデバイスは、目に見える波長や赤外線波長では一般的です。非常に高出力のレーザー(1 - 10.6 µm)では、大半のプリズムとビームスプリッターは、熱レンズを傷つけるため、役に立ちません。この現象は、特に、出力レベルが500 W超の炭酸ガスレーザーで生じます。こうした高出力では、メタル・ルーフトップ・プリズムを使用して光線を分割することが可能です。

ルーフトップ・ビームスプリッターは、銅製で、直接水冷冷却式です。この今日により、6 kW超の出力でレーザーを使用することができます。90度のルーフトップミラーは、ビームを物理的に２つの作動するビームに分割するときに使用します。こうした２つの光線は、互いに180度移動します。シンプルなミラーを利用して、光線は、溶接や熱処理のアプリケーションに使用されます。

ルーフトップ・ミラーは、2つの精密にアライメントされたミラーを持つ単一の基盤で作られています。それぞれの鏡面は、曲面と仕上げを達成するためにフライカットされています。各鏡面間の角度は、10秒角以内で調整されます（必要に応じて）。

プリズム・ビームスプリッタは、超高出力赤外レーザー光線を2つの作用する光線に分割するために使用される
鏡は、銅製かアルミニウム製
銅製のミラーは、5.0 kW超の超高出力レーザーで使用するために直接水冷冷却される

渦巻きレンズ

渦巻きレンズは、曲面に機械加工されたらせん状の位相ステップを持っているため、ユニークです。このらせん状のパターンが、透過光線の層を調節します。らせん状のステップが、曲面レンズ面に機械加工されると、その最中にゼロ・エネルギーまたは出力の収束した光を生成します。言い換えれば、渦巻きレンズはリングフォーカスを生成します。収束した光のもうひとつの他の特徴は、光が伝播するにつれて層がらせん状になります。従って、らせんレンズと呼ばれます。

従来は、こうしたタイプのレンズは、回析素子を使用して製造されていました。現在は、ダイヤモンド切削テクニックで直接機械加工されます。その結果、リング・フォーカスが作成可能な、精密ならせんステップまたは渦巻きレンズとなります。

渦巻きレンズは、どんなタイプのダイヤモンド切削材料でも製造可能です。10.6µmで使用するには、ZnSe 、Geなどの材料があります。また、Cu か Alなどの反射鏡の表面に配置することも可能です。

らせん層の収束された光を作るためにユニークな光学面を提供
焦点でらせん層はリングモードを作成
リングフォーカス・アプリケーションで使用可能