ビームエキスパンダーのピント調整機構： 回転式とスライド式

レーザービームエキスパンダーは、入射コリメートビームの直径を拡大して、より大きな直径のコリメートビームとして出射するもので、多くのレーザーシステムにとって重要な部品です。ビームエキスパンダーは、通常、拡がり角や波長が異なる入射光を調整するためのピント調整機構を備えています。可変式ビームエキスパンダーであれば、機械的な調整により、倍率または拡大力の変更が十分に可能です。ビームエキスパンダーのピント調整機構には主に二つの種類があります。回転式とスライド式です。

その名前が示すように、フォーカスチューブなどに採用される回転式ピント調整機構は、搭載する光学素子が移動中に回転します。その単純な構造により、後述するスライド式ピント調整機構よりも安価に製作できますが、素子が回転するため、移動時にビー ムのふらつきが発生する可能性があります (Figure 1)。

Figure 1: 回転式ピント調整機構により引き起こされるビームのふらつきの誇張例

直進ヘリコイド鏡筒に採用されるスライド式ピント調整機構は、内部に装着したオプティクスが回転することなく移動するので、ビームのふらつきを最小限に抑えられます。しかしながら、回転式ピント調整機構よりも複雑なメカニズムとなるため、コスト高になります。そのため、一般には回転式ピント調整機構よりもスライド式ピント調整機構の方が性能は上回りますが、その分高価になります。

スライド式ピント調整機構のデザインが悪いと、機械内での動きの自由度が大きくなりすぎて、調整中に回転することのないポインティングエラーを引き起こします。このポインティングエラーは、回転式ピント調整機構のものよりも大きくなる可能性さえあります。また、スライド式ピント調整機構の付いたレーザービームエキスパンダーは機構が複雑になるため、回転式ピント調整機構よりも重量がかさみ、外径も大きくなる傾向があります。そのため、サイズや重量を重要視するシステムでは回転式ピント調整機構の方がメリットがあります。