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サーマルイメージプレート

Thermal Image Plate


Thermal Image Plates CO2 Laser Beam Probess Near IR Image Plates

サーマルイメージプレート

CO2レーザ&分子気体レーザー用IRレーザービームディスプレイ

CO2レーザーを使う研究者にとって、もはや耐火レンガや燻ぶったペーパーは『商売道具』ではありません。Macken Instruments社のサーマルイメージプレートを使えばリアルタイムに高い解像度で赤外レーザーのビームを目視することができます。この製品の特徴は様々な問題を解決できることで、例えば下記の内容がございます。


・反応時間が早く、共振器のミラーを調整したとき、すぐにレーザーのモードパターンの変化が視認できます。
・使いやすい形状なので、光学素子のそばでビームの中心を確認できます。
・高い解像度により、赤外用光学素子の欠陥を検査する診断ツールとしてや光学調整の補助として使用できます。
・調整のずれた2つのビームの干渉縞をはっきりと可視化することで、レーザー干渉計の重要な調整がとても簡易化されます。

作用原理

サーマルイメージプレートは温度感知の蛍光体を使うことで赤外レーザービームを表示します。この蛍光体は長波長の紫外(360nm)の光を当てると蛍光を発し、温度が上昇すると蛍光発光の強度は下がります。


赤外レーザービームが温度感知面に当たると、その吸収エネルギーは表面温度を上げ、相応する温度像(thermal image)を作り出します。表面が紫外に当てられたときに、作り出されたパターンは明るい蛍光背景の上に暗い色の像として現れます。異なる蛍光体を使うことや蛍光体とアルマイトのヒートシンクの間にある断熱量を変えることで、異なる感度レンジが得られます。


どのような長波長の紫外光でもプレート表面を照らすことができますが、Macken社のランプ(22-UV)が最適だと言えます。コンパクトなサイズながら、照明レベルが高いので作業範囲の外に置くことができます。

解説

CO2レーザーの出力密度レベルは幅広く、すぐに耐火レンガに穴を開けてしまうようなものから、手の甲で感じられないようなものまでございます。このサーマルイメージプレートには8種類があり、出力感度が段階的に重なっているので出力密度が0.01W/cm2から200W/cm2までの全範囲内で使用できます。(集光ビームでは、最小検出出力は0.001W以下です)


サーマルイメージプレートの22-Aには4種類が含まれており、一般的なCO2レーザーから発振されるビームの出力密度に対応しています。通常は光学系で見つけられるような低い出力密度のビームや拡散したビームなどには22-Bが対応しています。


サーマルプレート(22-A, 22-B)の寸法は6x3x0.5インチで、プレートの側面には3x3インチサイズで2種類の感度面があります。紫外光ランプ(22-UV)のサイズは6x2x2インチです。


下記の表には各プレートの仕様(波長:8〜12ミクロンで測定)を載せております。波長が4〜8ミクロン帯の場合には項目a・b・cを2倍、2〜4ミクロン帯では2.5倍した数値を目安として下さい

型式 面番号 通常感度範囲(a)
W/cm2
最小出力密度(b)
W/cm2
損傷閾値(c)
W/cm2
応答時間(d)
分解能(e)
lines/in.
蛍光色
22-A 1
2
3
4
60-200
30-100
15-50
7.5-25
16
8
4
2
800
600
350
200
0.03
0.03
0.03
0.03
300
300
300
200
黄色
黄色
黄色
黄色
22-B 5
6
7
8
3.3-11
1.5-5
0.4-2.4
0.06-0.4
0.9
0.4
0.06
0.01
100
44
24
4
0.06
0.15
0.2
1.0
100
50
100
16
黄色
黄色
黄色
黄色

(a) 『通常感度範囲』は背景の照明を減衰させずとも容易に観察ができる出力密度の幅です。プレート表面が飽和状態になったときは出力密度の上限で、照射箇所は完全に黒色になり、ビーム内部の詳細を表示できなくなります。
(b) 『最小出力密度』は最も好ましい照射の状態において観察可能な最小出力密度です。この感度のためには、室内照明は落とし、薄暗い蛍光を発生させるために紫外光照射のレベルも下げます。
(c) 『損傷閾値』は温度感知表面において永続的に変化する出力密度で、少なくとも飽和状態の4倍以上のパワーファクタ(power factors, 力率)となります。そのため、ビーム照射時に飽和状態になった場合にはより感度の低いプレートを使います。
(d) 『応答時間』はビームの変化が温度像(thermal image)変化として表示されるまでに要する時間の長さです
(e)『分解能』はプレート表面においてコントラスト良く表示できる明暗ラインペアの最大数です。比較のために、新聞に載っている写真の分解能は約70lines/inchです。2度の角度で交差する2つのCO2レーザーのビームが作り出す干渉パターンは80line/inchです。

出力の消散

サーマルイメージプレートは200Wまでのビームを表示できます。しかし、全体的な蛍光が著しく減少するような場合には、プレートをビーム照射から外して冷却しなければなりません。こうした状態になるのはプレートが15000W秒の出力を吸収したときです。30W未満の出力であれば無期限に消散されます。

安全性

サーマルイメージプレートからの鏡面反射を取り除く対策が取られています。温度感知面とアルマイトの両方とも艶消し仕上げになっており、10.6ミクロンでは表面反射はほとんどありません。しかし赤外レーザーを扱う際には、保護ゴーグルを装着するような標準的な安全対策も常に実行して下さい。

価格

紫外ランプの22-UVサーマルイメージプレートの22-Aと22-B及び紫外ランプの22-UVは個別でも購入できますし、またサーマルイメージキットの形でまとめて購入もできます。キットとしてご購入の場合にはプラスチック製のハードケースも付属します。均一でないビームによる広い出力密度範囲を考慮すると、最初はサーマルイメージキットを購入されることをお勧めします。

製品詳細

サーマルイメージプレート モデル:22-A

サーマルイメージプレート モデル:22-B

UVランプ モデル:22-UV

サーマルイメージプレートキット モデル:22-K
(22-A, 22-B, 22-UV, ハードプラスチックケース付き)

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ビームプローブ

CO2レーザ&分子気体レーザー用

CO2レーザー用ビームプローブは赤外光学系でのアライメントを簡素化するようにデザインされた手持ちのプレートです。レーザービームは蛍光体の背景に黒っぽい像として表示されます、これはMacken社のサーマルイメージ用に開発された紫外光励起による温度感知面と同じです。

小さなサイズのビームプローブであれば光学素子の近くに配置でき、開口部に対する正確なレーザービームの位置を示します。例えばCO2レーザービームをミラー中心あるいはパワーメーターの開口部に当てる場合など、このビームプローブを使うことで調整作業が簡単になります。

解説

Mackenの23-Kは7つのビームプローブとプラスチックケースの構成です。各ビームプローブは異なる感度域を補い、200W/cm2から0.05W/cm2までに対応します。7つのビームプローブはsurface#1, 2, 3, 4, 5, 7, 8に相当し、サーマルイメージプレートのデータシートに説明が載っています。

各ビームプローブの厚さは0.13inch、幅は1.5inchで長さが6inchです。プローブ側の先端は斜めに薄く(0.03inch)なっているので、温度感知面を光学部品に接近させられます。

ビームプローブを使用するには、紫外ランプ(model: 22-UV)を照射する必要があります。どのような長波長の紫外ランプでも使えますが、22-UVであればコンパクトで照射レベルが高く、立てることもできます。

出力の消散

このビームプローブは低〜中出力レーザービームでの使用を主として設計されています。正確な位置調整を可能にする一方、このプレート薄さによって放熱に限界が生じます。

断続使用での最大許容出力は50Wです。50〜100Wのレーザービーム出力で使用されたときには、700W秒のエネルギーを吸収した後に冷却しなければなりません。7Wかそれ以下のビーム出力であれば、このビームプローブは制限無く使用できます。

製品詳細

CO2レーザー用ビームプローブキット モデル:23-K
(22-A, 22-B, 22-UV, ハードプラスチックケース付き)

CO2レーザー用ビームプローブ モデル:23-1 (60-200 W/cm2)

CO2レーザー用ビームプローブ モデル:23-2 (30-100 W/cm2)

CO2レーザー用ビームプローブ モデル:23-3 (15-50 W/cm2)

CO2レーザー用ビームプローブ モデル:23-4 (7.5-25 W/cm2)

CO2レーザー用ビームプローブ モデル:23-5 (2.5-11 W/cm2)

CO2レーザー用ビームプローブ モデル:23-7 (0.4-3.2 W/cm2)

CO2レーザー用ビームプローブ モデル:23- (0.06-0.4 W/cm2)

UVランプ モデル:22-UV 重量:2ポンド

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近赤外イメージプレート

CWのYAGレーザー、Nd, GaAsのパルスレーザー
連続での最大平均出力は200W
0.7〜1.3ミクロンに対応

赤外表示プレート(IR Display Plate)は汎用的な器具で、あらゆる近赤外レーザーのビームを明瞭かつ高コントラストで表示します。この表示プレートは赤外域の感度のある蛍光体(phosphor)で作られており、様々な独自の特徴(パルスレーザーに対して可変イメージ保持時間、CWのYAGレーザーにおける高い解像度、赤外発光ダイオードへの優れた応答性など)がございます。あらゆる近赤外レーザーが幅広い感度域にわたって表示できます。

受光面

モデル24には3種類の赤外感度域の異なる受光面(surface)があり、近赤外レーザーの表示(視認化)における多様な要求にも対応します。

Surface #1

Surface #1はYAGレーザーでの使用を主として設計されています。紫外線ランプを照射すると、表面が鮮やかな黄色の蛍光を発します。この蛍光面に近赤外の光が当たると、蛍光発光性が抑えられることになります。そのため、明るく蛍光発光した面上に赤外ビームは黒っぽい像として現れます。例えばUVランプの照射距離などにより紫外照明の強度を変えることで、蛍光面の感度を変えられます。応答時間もUVランプの照射によって変わるのですが通常は10ミリ秒未満です。このような早い応答時間は急速に変化するYAGのモードパターンを見るのには適していますが、単一パルスのレーザーを見るにはあまりにも回復時間が早すぎます。

Surface #2

Surface#2はネオジウム(neodymium)及び他の赤外のパルスレーザーで使用するよう設計されています。表面の蛍光色は明るい緑色で、Surface#1のように明るい背景の中に赤外光の部分が黒っぽい像として表れます。しかし、この蛍光面の減衰時間はより長いので、パルスレーザーを見るのには理想的です。紫外光の照射時間によって、蛍光面にあるビーム像の保持時間は1/10秒から数分まで変えられます。より強い紫外光を照射すると、像の保持時間はより短くなります。紫外光を当てない場合や背景の蛍光色は薄い場合などでは、表面の燐光は数分間もレーザービームのパターンを保ち続けます。

Surface #3

Surface#3はガリウムヒ素(GaAs)発光ダイオードやCWのYAGレーザーを見るために設計されています。この蛍光面の作用原理は先の2種類とは異なります。室内の蛍光灯や紫外光に曝されたときに、エネルギーが蛍光体の表面に蓄えられます。そして近赤外の放射によって蓄えられたエネルギーがオレンジイエローの光として開放されます。その結果として、ビームは暗い背景の上に明るい像として表れます。蛍光体が一定量の赤外エネルギーを吸収してしまうと、蛍光体の表面は(最初に蓄えたエネルギーを)消耗された状態になります。そうなった場合には、蛍光体表面の別の場所にビームを当てるか、エネルギーを再蓄積させます

全てのプレート及び蛍光体表面は安全性を考慮して艶消し仕上げになっています。

近赤外イメージプレート仕様

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