レーザー光を利用する場合、増幅器列や計測器系へ像転送を行い、ビーム断面の拡大及び縮小を行う必要がある。レーザー光の拡大はビーム発散角を抑える事にもつながる。これには2枚の焦点距離が異なるレンズ対が用いられる。入力ビームを焦点距離の短いレンズで集光し、次に焦点距離の長いレンズで平行光に戻す。2つのレンズ対は、焦点距離の和の分だけ離して設置する。このとき、2つのレンズの焦点距離比f2/f1倍だけレーザー光断面が拡大(縮小)され、発散角は逆に小さく(大きく)なる。このように、レーザー光断面を拡大するものをビームエクスパンダーと呼んでいる。ビームエクスパンダーには用いるレンズにより、2つのタイプが存在する。1つは、2つの凸レンズを使うケプラー型、もう1つは入力に凹レンズ、出力に凸レンズを使うガリレオ型である。ガリレオ型は、ビームを拡大する過程で焦点を結ぶ事が無いので、空気の絶縁破壊を考慮しなくてもよい。また、ケプラー型に比べて設置面積が少なくて済むという利点がある。ケプラー型は、最初のレンズの焦点位置に適当なピンホールを配置することにより、レーザー光の強度分布を形成する事ができることから、スペーシャルフィルター(空間周波数フィルター)と呼ばれている。図にスペーシャルフィルターの概略を示す。

ⅰ) 回折と像転送

一般に光学システムは円形の開口を持つ素子で組み立てられている。実際には、光学素子の有効開口よりも小さな円形開口(アパチャー)によりレーザー光断面の直径を制限することで、素子におけるレーザー光の欠けを防いでいる。このようにして円形開口で切り出したレーザー光を長距離にわたって伝搬させた場合、回折リングと呼ばれる同軸状の輪がレーザー光断面に現れる。これは、開口のエッジ部分からの回折光がレーザー光と干渉することにより生じる。回折の影響により断面の強度分布が乱れると利用に適さなくなる。そのため、光学システムの中にスペーシャルフィルターを挿入する必要がある。

fig3-11

図 スペーシャルフィルター概略図

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