<<技術的質問と回答>>
ホームページ内で使われる主要な光学部品の説明の他に、実際に測定する際の技術的質問にお答えします。
測定に関して
相対測定とは何？
光測定用部品を集めて全体は構成できる？
定盤上にステージで光学系を組んでいるが問題？
測定室やシールドは必要？
光回路に関して
光回路の組み方は？
なぜＨｅＮｅレーザなのか？
ファイバー導入で問題は発生しないのか？
光学部品に関して
光学部品選択の基準は？
ＡＯＭとは何？
ＮＰＢＳはハーフミラーと異なる？
光学部品の面精度の要求値は？
ビームの偏光度合いになぜ注意を払う？
測定時に関して
光ビームのふらつきを抑えるには？
試料の温度制御も問題？
サブｎｍを測るには更に何が必要か？
測定者の影響は？
主要光学部品説明
１．ＡＯＭ（Acousto Optic Modulator) 音響光学素子
特定の材質の側面に振動片を貼り付け、その振動片を外部ドライバにより、振動させると、その振動片による縦波が材質内を伝搬します。この粗密波の周期は、振動数と材質特性により決まります。この粗密波は光にとって、あたかも格子面が発生したように機能します。そこで、特定の角度でこの材質に光を入射させると、ある特定角度において、この”格子面”により反射した光は干渉（ブラッグ回折）の結果、強度が大きくなります。そして、この反射（回折）光の波長（振動数）が振動片の振動数（およびその整数倍）だけシフトするのです、この現象を音響光学効果といい、この効果を利用した素子がＡＯＭです。
注意すべきは、振動片の周波数は通常４０ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲です。一方、光の周波数は、ＨｅＮｅレーザの場合、約５００ＴＨｚです。７桁周波数がずれています。当然のことながら、この周波数差の極めて大きいものをどうやって利用するのか、が問題となります。答えは１個だけ使うと、設備が大変だ、です。そこで、複数使用する方法で利用しているのです。
使用時には、３つの因子があります。①振動数、②入射角、③反射（回折）角。反射する光は通常２から４本発生します。この複数の反射光のうち、１本をできるだけ強くして利用します。
入射光の角度調整は、この強度を増すために欠かせません。ドライバパワーも効率に依存します。
２．ＰＢＳ，ＮＰＢＳ （Polarizing Beam Splitter, Non-Polarizing Beam Splitter) 偏光ビームスプリッター、無偏光（偏光無依存）ビームスプリッター
レーザ光の強度分割の際、そのレーザ光の偏光成分を考慮して、強度分割する素子です。ＰＢＳは、Ｐ波は透過し、Ｓ波は反射します。ただ、完全ではなく、２５ｄＢ程度の消光比を有します。ＮＰＢＳは偏光成分に無関係に強度分割します。ＢＳなら、当然のように思われるかもしれませんが、単なるＢＳだと、ＰＢＳとＮＰＢＳの中間の性格を有します。
３．波長板 (Wave Plate)
偏光光を表現する際に、光の進行方向に垂直成分が２方向存在することから、２つの偏光方向で表現します。光が、このひとつの偏光成分しか有しない場合、直線偏光です。レーザからの出射光は、この直線偏光光の集合の場合が多いです。この場合、ランダムな直線偏光光と呼ばれています。この直線偏光以外に円（楕円）偏光があります。２つの偏光方向の光強度は独立に時間的変化をしていますが、直線偏光はこの二つの偏光成分の変動時間差がゼロまたはπに対応し、ゼロまたはπでない場合はすべて楕円偏光となります。（円偏光は時間差（位相差）がπ／２の整数倍の場合におきます。）
波長板はこの２つの偏光方向を制御（位相差を作る）して、希望の偏光光を作り出す素子です。１／４波長板と１／２波長板があります。簡単に、１／４波長板は、直線偏光と楕円偏光を入れ替えます。１／２波長板は、直線偏光光では偏光軸を任意に変え、楕円偏光光では長軸方向と偏光回転方向を変えます。
４．光ファイバー （Optical Fiber)
ファイバーも身近になり、インターネットでも導入されています。基本的にこれらの光ファイバーと同じです。
まず、光計測で使用する際の外形から、ファイバーそのものは、１２５ミクロン径の他、４００ミクロン、６００ミクロンなどがあります。ただ、１２５ミクロンを超えるファイバーは、エネルギー伝達用が主で、精密な光計測用では使われません。このファイバーをまず１段階で被覆します。約１ｍｍ径となります。いろいろな呼び方がありますが、ここでは、”芯線”と呼びます。この芯線に第２段階の被覆をして、約３ｍｍ径の、”コード”となります。芯線は曲げに弱く、取り扱い注意品ですが、コードになると、とたんに頑丈になります。ファイバーメーカーの技術力に驚かされます。足で踏んづけても、折れないし、曲率半径を５ｃｍ程度にしても折れません。（芯線ではお止めください)。
使用する際は、ファイバー端面を研磨しないと使えません。通常はフェルールに挿入して、研磨します。フラット研磨・斜め研磨・球面研磨・放物線研磨、などいろいろな研磨手段があります。この研磨方法が、光特性に影響を与えるので注意が必要です。
ファイバーをどのように固定して、どのような役割を果たさせるのか、光回路を検討する際の重要事項になります。シングルモードファイバーの場合、ＮＡは０．１１程度ですので、何もしないと、広がった光になり、回路を組む際のミスマッチが発生します。弊社のファイバーコリメータは、ファイバーからの出射光をコリメート光にする機能を有しますが、この機能がこのミスマッチを解消しています。
最後に、定偏波ファイバーについて。ファイバー各社、定偏波ファイバーを製品化しています。カタログによると、偏波度合いの保存はかなり良いことになっています。どうやって測ったのか、正確にわからないので、その値については、メーカの値を信じるとします。しかし実際に使用してみると、思わぬズレが発生します。マイクロベンディング効果によるズレとの指摘もありますが、曲率半径を一定にして、圧力を加えない場合でも、経時変化をします。その他、問題を起こします。原因不明で悩んだこともありました。まだまだ解決すべき点がありそうなので、使用は慎重にというのが現時点のスタンスです。
他に、光学部品として頻繁に使われる部材は、偏光板（グラントムソンなど）、コーナーキューブ、などがありますが、割愛します。
