液晶EO変調器、自由空間用

Liquid Crystal EO Modulator / Variable Attenuator
Attenuation Control Using SMA Modulation Input or Potentiometer
Models with Wavelength Ranges Covering 425 - 1620 nm Available

Front

Modulation
Input

Back

Application Idea

NEL02A EO Modulator
with Half-Wave Plate in
CRM1T Rotation Mount

NEL01A

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概要
仕様
性能
動作
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当社の液晶EO変調器/ノイズ減衰器の変調性能

特長

内蔵されている液晶可変波長板を利用した信号強度の変調
0～2.5 Vの変調入力範囲
開口： Ø4 mm
SMA変調入力コネクタ
ノイズ減衰器または可変光減衰器としても機能
425～650 nm、475～650 nm、650～1050 nm、1050～1620 nm用のモデルをご用意
最大入射光パワー:1.65 W(ただし、モデル、波長、ビームサイズによります。
詳しくは「動作」タブをご覧ください。)

当社のノイズ減衰器は、電気光学(EO)変調器として機能する液晶(LC)デバイスです。この可変光減衰器は液晶リターダならびに偏光子から構成され、閉ループフィードバックシステムを適用して、可動部品を使わずに光を精密かつ迅速に減衰させることができます。光減衰量は、SMA変調入力または搭載されているポテンショメータによって制御できます。また、ノイズ減衰器の光減衰量は、フィードバックループによって自動的に制御されるので減衰器がノイズ低減器として機能するのです。このノイズ減衰器/EO変調器は、波長範囲が425～650 nm(NEL01A/M)、475～650 nm(NEL02A/M)、650～1050 nm(NEL03A/M)、1050～1620 nm(NEL04A/M)の光用に設計されています。当社では、低パワー用(＜60 mW)ならびに高パワー用(＜1.65 W)をご用意しています。詳細は「仕様」タブをご参照ください。

出力の減衰と変調
ノイズ減衰器の可変光減衰器としての機能は、液晶リターダと内蔵された偏光フィルタを使用して実現され、光線パワーの連続可変減衰が可能です。ノイズ減衰器は、ほかの減衰器とは異なり、可動部が無い構成でレーザ出力を急速に減衰させます。ノイズ減衰器の減衰量は、搭載のポテンショメータ、もしくは電気変調入力で制御することができます。

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上から見たNEL02A(/M)のパワーレンジ調整スイッチと変調入力端子

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ノイズ減衰器の概略図

ノイズの低減
このノイズ減衰器は、液晶振幅変調器にフォトダイオードによる出力測定とフィードバック制御回路と組み合わせた構成で、直線偏光された光の強度ノイズを取り除き、出力値を0.05%以内の変動値まで安定させます。入射パワーは、ユニットの上部にあるスイッチを使用して、いくつかの範囲の1つに設定できます。これにより、信号出力を不要に減衰することなく、ノイズの除去が可能となります。その後、ポテンショメータを調整して出力パワーを選択します(詳細は「動作」タブをご参照ください)。各モデルの長期的な性能ならびに周波数特性については「性能」タブでご覧になれます。

当社のノイズ減衰器はM4タップ穴を使って2方向でポストに取り付けが可能です。また、30 mmケージシステムに取り付けられるよう前面と背面にも#4-40タップ穴があります。後部開口にはØ25 mm～Ø25.4mm(Ø1インチ)レンズチューブに対応するSM1ネジ加工も施されています。

Item #	NEL01A(/M)	NEL02A(/M)	NEL03A(/M)	NEL04A(/M)
Wavelength Range	425 - 650 nm	475 - 650 nm	650 - 1050 nm	1050 - 1620 nm
Switchable High Power Mode	-
Noise Attenuation Performance Specs
Output Power Stability^a	±0.05% (RMS)
Noise Attenuation Frequency Range^b	DC - 1.8 kHz		DC - 2.5 kHz	DC - 1.4 kHz
Noise Attenuation Amplitude Range	0.1% to 50% of Input Signal
Noise Attenuation Factor^c	> 150 at 10 Hz, 80 at 60 Hz 20 at 400 Hz, 4 at 1 kHz			> 150 at 10 Hz, 80 at 60 Hz 10 at 400 Hz, 1.5 at 1 kHz
Effective Output Power Attenuation Range^d	1 - 40		1 - 5
Internal Polarizer Blocking DamageThreshold (Maximum Power Attenuation)	1 W/cm²	10 W/cm²
Attenuation Control	Onboard Potentiometer (10 Turns) or SMA Modulation Input
Optical Specs
Transmission (Click for Plot)	> 85% at 635 nm	> 80% at 635 nm	> 85% at 780 nm	> 85% at 1550 nm
Power Level Switching	Four Position Power Range Switch	High/Low Power Mode Switch and Four Position Power Range Switch
Maximum Input Power	See the Max Powers at Various Wavelengths Section on the Operation Tab
Minimum Input Power	0.5 mW
Polarization Extinction Ratio at Output	> 1000:1 Over Wavelength Range
Damage Threshold (CW)^e	0.8 W/cm²	8 W/cm²
Input Aperture	Ø5 mm
Input Beam Diameter^f	Ø4 mm (Max)
Output Beam Displacement	1 mm Vertically (in the Direction of Input Polarization)
Beam Divergence	5 mrad (Max)
Angle of Incidence	±2° (Max)
Input Polarization Tolerance	±3°
Wavefront Distortion	≤ λ/4 at 635 nm		≤ λ/2 at 635 nm
AR Coating	R_avg < 0.5% from 400 - 650 nm		R_avg < 0.5% from 650 - 1100 nm	R_avg < 0.5% from 1050 - 1620 nm
Modulation Performance Specs
Modulation Input	SMA Connector, 0 - 2.5 V, 10 kΩ Input Impedance
Extinction Ratio^g	512.6		7.7	6.5
Minimum Rise / Fall Time^h	0.65 ms / 7.3 ms		0.75 ms / 11.5 ms	2.8 ms / 25 ms
Pulsed Laser Input Repetition Rate	> 1 MHz
General Specs
Mounting Options	Two 8-32 (M4) Tapped Holes for Post Mounting 30 mm Cage System Compatible via Eight 4-40 Tapped Holes Ø1" Lens Tube Compatible via 4 mm Deep Internal SM1 Threads on Rear Side
Operating Temperature Range	15 °C to 45 °C

8時間動作した時のRMS値
周波数の最大値は減衰が0 dBになる値として定義されます。このノイズ減衰器はDCまでの周波数で動作可能な設計がなされています。しかし、外部要因(周囲温度、振動、光源の空間/偏光安定性など)によって、10 Hz未満のNoise Attenuation Factor(ノイズ減衰係数)はその測定や定量化が困難になります。そのため、当社の仕様は10 Hz以上での保証となります。
Noise Attenuation Factor(ノイズ減衰係数)は、ノイズ減衰器を通した前と後のノイズ振幅の比率です。入射パワーが3 mW、ノイズ振幅が入射パワーレベルの5%でテストされています。詳しいノイズ減衰量のグラフについては「性能」タブをご参照ください。
入射パワーレベルに対するノイズ減衰係数が保証されている出力パワーの調整範囲です。出力パワーをさらに減少させた場合、ノイズ減衰器は信号を完全に減衰させることができない場合があります。この仕様値には吸収による損失は含まれておりません。
入射パワー密度の最大値とレーザ損傷閾値は波長に依存します。また、最大入射パワーの絶対定格は波長によって変化します。詳細は「動作」タブをご参照ください。
ビーム径1/e²で規定。
消光比とは、損失が最小の場合と最大の場合の信号出力の比のことです。SMA変調入力を使用した場合の有効ノイズ減衰係数とは関係ありません。
立ち上がり時間は、立ち上がりエッジにおける、全出力パワーの10%～90%の時間幅で規定されています。

ノイズ減衰器の性能グラフ

下のグラフでは、入力パワーレベル、入力信号の変調(ノイズ)振幅、出力信号の減衰、のいずれか1つの変化させたときのノイズの減衰特性をご覧いただけます。このグラフから、様々なパラメータの変化にかかわらずノイズ減衰器が一定の性能を発揮することがわかります。

グラフの定義

Modulation Performance
このグラフは、ノイズのない入射光を、2.5 V振幅で正弦波変調し、その変調周波数を上げていきながら測定されています。このグラフによって、最大変調度は変調周波数が上昇するにしたがって低下することがわかります。さらに、変調性能はここでご紹介するノイズ減衰器のモデルで決まり、入力光パワーには関係がないことが示されています。

Noise Attenuation at Various Input Power Levels
縦軸のNoise attenuation factor(ノイズ減衰係数)はノイズ減衰器を通る前と後のノイズの振幅の比率です。異なる入力パワーにおけるNoise attenuation factorを信号の変調度(ノイズ振幅)を固定して測定した結果がこのグラフです。このグラフによって、ノイズ減衰器が入射する光パワーレベルの変化に影響を受けず、一定の性能を発揮することがわかります。

Noise Attenuation vs. Noise Amplitude
このグラフでは、ノイズを模擬するため入力信号を正弦波で変調しています。変調度(ノイズ振幅:Noise Amplitude)の大きさを変えたときの、Noise attenuation factor(ノイズ減衰係数)が測定されています。このグラフによって、ノイズレベルが高い場合であっても、このノイズ減衰器が一定の性能を実現することがわかります。

Noise Attenuation vs. Signal Attenuation
ノイズ減衰器は光制御用の素子として(増幅器ではなく)液晶変調器を利用しているため、ノイズの減衰はレーザ光線を減衰させる(最低パワーに合わせる)ことで実現させます。当社のノイズ減衰器は、信号を大きく減衰させることなく、ノイズ減衰性能を最適化する設計です。このグラフによって、わずか5～10%の出力の損失で、規定のノイズ減衰が達成できることを示し、それ以上の出力損失を与えた場合でもノイズ減衰は大きくは改善しないことがわかります。

NEL01A/M: 低出力用ノイズ減衰器、可視域用(425～650 nm)

生データはこちらからダウンロードいただけます。

Item #	Modulation Performance	Noise Attenuation			Long-Term Noise Attenuation	Transmission
Item #	Modulation Performance	vs. Input Power	vs. Noise Amplitude	vs. Signal Attenuation	Long-Term Noise Attenuation	Transmission
NEL01A(/M)

NEL02A/M:高/低力用ノイズ減衰器、可視域用(475～650 nm)

生データはこちらからダウンロードいただけます。

Item #	Modulation Performance	Noise Attenuation			Long-Term Noise Attenuation	Transmission
Item #	Modulation Performance	vs. Input Power	vs. Noise Amplitude	vs. Signal Attenuation	Long-Term Noise Attenuation	Transmission
NEL02A(/M)

NEL03A/M:高/低出力用ノイズ減衰器、近赤外域用(650～1050 nm)

生データはこちらからダウンロードいただけます。

Item #	Modulation Performance	Noise Attenuation			Long-Term Noise Attenuation	Transmission
Item #	Modulation Performance	vs. Input Power	vs. Noise Amplitude	vs. Signal Attenuation	Long-Term Noise Attenuation	Transmission
NEL03A(/M)

NEL04A/M:高/低出力用ノイズ減衰器、赤外域用(1050～1620 nm)

生データはこちらからダウンロードいただけます。

Item #	Modulation Performance	Noise Attenuation			Long-Term Noise Attenuation	Transmission
Item #	Modulation Performance	vs. Input Power	vs. Noise Amplitude	vs. Signal Attenuation	Long-Term Noise Attenuation	Transmission
NEL04A(/M)

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ノイズ減衰器の動作

当社の液晶ノイズ減衰器・レーザ強度安定化装置は、レーザ出力を安定化、変調、減衰させる装置です。右の概略図が示すように、ノイズ減衰器は、可変減衰器(液晶可変波長板および偏光フィルタ)、校正済みのビームスプリッタ、そして変調器制御用のサーボコントローラで構成されています。

直線偏光された光は、可変リターダとして機能する液晶リターダに入射し、出力後、偏光フィルタを透過することで、減衰量が制御されます。次にビームスプリッタによりビームのごく一部がフィードバックループに送出されます。このフィードバックループは、フォトダイオードと制御用サーボコントローラで構成されています。サーボコントローラは、送られてきた光信号をあらかじめ設定された信号レベルと比較し、光信号が所定のレベルに達するまで、適当な調整電圧を印加します。

ノイズ減衰器は、可変減衰器としても使用可能です。ポテンショメータの抵抗値を調整することで、必要な光出力レベルを設定できます。

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このノイズ減衰器は、入射光の偏光方向に合わせて、2つの異なる向きでポストに取り付けられます。ケージ用回転マウントCRM1T(/M)と4本の30 mmケージロッドで1/2波長板を取り付けると、偏光軸の微調整ができます。

取付けとアライメント

ノイズ減衰器は、その入射開口部付近に刻印された矢印方向でアライメントされている直線偏光を入射する設計です。したがってノイズ減衰器が最良の性能を発揮するために重要なことは、入射光が直線偏光であることと、指定の偏光方向に合った適切なアライメントであることです。

光損失を最小限に抑えるために、ノイズ減衰器は入射部に偏光フィルタを持たない設計になっています。入射光が直線に偏光されていない時には、直線偏光子をノイズ減衰器の前に取り付けて入射光の偏光状態を調整します。

また、直線偏光の入射光が、垂直方向もしくは水平方向に精密にアライメントされていない時は、ノイズ減衰器の前に回転可能な1/2波長板を置くと、入射偏光軸を回転調整することができます。右の写真にあるように、ケージにマウントされたノイズ減衰器をケージ用回転マウントCRM1T/Mと組み合わせて使用すると1/2波長板が回転できるようになり、偏光軸をノイズ減衰器に合わせてアライメントできます。

ノイズ減衰器にはポスト取付け用に2個のM4ネジ穴があります。これらのネジ穴は90°の位置関係に配置されているので、垂直方向または水平方向の偏光軸を持つ光をノイズ減衰器に合わせてアライメントできます。またノイズ減衰器の前部にある4個のタップ穴を利用すると、当社の30 mmケージシステムに減衰器を水平または垂直の方向に組み込むことができます。

このノイズ減衰器で最良の性能を得るには、ビームが開口部の中心近くに入射する必要があります。ノイズ減衰器内部の光路の影響で、ノイズ減衰器が(ポテンショメータが上に向いた)右から2番目の写真のように取り付けた場合、出力光は1.0 mm下にシフトします。同様に右端の写真のようにノイズ減衰器を水平に取り付けた場合、出力光は1.0 mm横にシフトします。

Noise Eater Feedback Detector Normalized Responsivity

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上のグラフは、ノイズのない入射光を、2.5 V振幅で正弦波変調し、その変調周波数を上げていきながら測定されています。

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SMA変調入力ジャック

変調

ノイズ減衰器の右側にはSMAコネクタ接続部があり、ノイズ減衰器の減衰量を変調する際にご使用になれます。変調入力ポートの入力インピーダンスは10 kΩです。0～2.5 Vの範囲の電圧を入力することによって、光出力を0～フルパワーまで変調することができます。出力パワーを変調する前に、まず出力パワーレベルのノブを時計回りにいっぱいまで回します(最小出力パワーの設定)。

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点線は各ノイズ減衰器の動作波長範囲を示しています。　

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上から見た光パワーレンジ調整スイッチ

パワーレンジの調整

このノイズ減衰器上面にある選択スイッチは、入射光のパワー範囲の選択に用います。このパワーレンジ選択スイッチでは、ご使用になる実際のレーザ出力の最大値よりも高い値で設定してください。例えば、NEL01A/Mが635 nmで8 mWの入力パワーで使用されている場合、選択スイッチは10 mWの「3」の位置にセットします。仕様については下記の最大パワー表をご覧ください。

ノイズ減衰器NEL02A/M、NEL03A/M、NEL04A/Mには、ケースの上部に、入射パワーレンジの設定のための2つの選択スイッチがあります。Low/Highのパワースイッチを「LOW」に設定すると入射パワーレンジは低い方のセットの1つに設定可能です。「HIGH」に設定すると高い方のセットの1つに設定できます。具体的な値については下記の最大パワー表をご覧ください。なお、ノイズ減衰器NEL01A/MにはLow/Highのパワースイッチは付いておりません。

ノイズ減衰器NEL01A/M、NEL02A/M、NEL03A/Mのフィードバックループにはシリコンディテクタ、NEL04A/Mにはゲルマニウムディテクタが使われています。ディテクタの感度は波長により変わります。したがって選択スイッチの光パワー値はディテクタが対応する波長での使用を前提としています(NEL01A/MとNEL02A/Mは635 nm、NEL03A/Mは780 nm、NEL04A/Mは1550 nm)。波長におけるパワーレンジは感度と反比例の関係にあります(感度が高い場合は、パワーレンジは小さくなります)。右のグラフでは、波長範囲における2つのディテクタの規格化感度を示しています。また下記の表では、各モデルに対し、異なる波長の光を入射した場合のパワー設定値の概算を示しています。

ノイズ減衰器は、設定した目標の光出力となるように、出力設定値より大きな入射パワーを減衰することにより、出力を一定にしてノイズ減衰を実現しています。このように、ノイズ減衰器では、信号の減衰はできますが、増幅は不可能であることから、光出力はノイズを含んだ入射光の最小レベルを超えることはありません。実際には、必要以上に信号出力を減衰させずに全てのノイズを除去するには、出力レベルはノイズがのった信号の最小出力レベルよりも若干低く設定される必要があります。詳細についてはマニュアルをご参照ください。

様々な波長における最大パワー

下の表は、所定の波長ならびにスイッチ設定における各ノイズ減衰器の最大入力パワーの一覧です。この最大パワーレベルはノイズ減衰器のフィードバック回路により決まっています。ただし、いくつかのケースでは、実際のノイズ減衰器の損傷閾値により制限を受ける場合もございます。ハイパワー用ノイズ減衰器(NEL02A/M、NEL03A/M、NEL04A/M)の損傷閾値は8 W/cm²で、入射パワーがØ4 mm開口に均等に分布していると仮定した場合で、1 Wの最大入射パワーに対応します。ローパワー用ノイズ減衰器(NELA01/M)の損傷閾値は0.8 W/cm²で、入射パワーがØ4 mm開口に均等に分布していると仮定した場合で、100 mWの最大入射パワーに対応します。

NEL01A(/M) Max Power at Various Wavelengths
Switch Position	Max Power at 450 nm	Max Power at 550 nm	Max Power at 635 nm
1 mW	2 mW	1.5 mW	1 mW
3 mW	6 mW	4.5 mW	3 mW
10 mW	20 mW	15 mW	10 mW
30 mW	60 mW	45 mW	30 mW

NEL02A(/M) Max Power at Various Wavelengths
Switch Position		Max Power at 450 nm	Max Power at 550 nm	Max Power at 635 nm
L	1	2 mW	1.5 mW	1 mW
L	2	6 mW	4.5 mW	3 mW
L	3	20 mW	15 mW	10 mW
L	4	60 mW	45 mW	30 mW
H	1	200 mW	150 mW	100 mW
H	2	600 mW^a	450 mW	300 mW
H	3	1000 mW^a	750 mW^a	500 mW
H	4	N/A^b

記載の最大パワーレベルはフィードバック回路に対するもので、実際の最大入射パワーは液晶リターダの損傷閾値8 W/cm²によって制限されます。詳細は、上記の「様々な波長における最大パワー」をご覧ください。
この設定はお勧めしておりません。使用する場合にはH-3のパワーレベルを超えないようにしてください。

NEL03A(/M) Max Power at Various Wavelengths
Switch Position		Max Power at 650 nm	Max Power at 700 nm	Max Power at 780 nm	Max Power at 900 nm	Max Power at 1000 nm	Max Power at 1100 nm
L	1	1.2 mW	1.1 mW	1 mW	0.9 mW	0.9 mW	3.3 mW
L	2	3.5 mW	3.3 mW	3 mW	2.6 mW	2.7 mW	10.0 mW
L	3	11.8 mW	11.1 mW	10 mW	8.8 mW	8.9 mW	33.3 mW
L	4	35.5 mW	33.3 mW	30 mW	26.3 mW	26.8 mW	100 mW
H	1	120 mW	111 mW	100 mW	86.0 mW	89.3 mW	333 mW
H	2	355.5 mW	333 mW	300 mW	258.0 mW	268 mW	999 mW^a
H	3	600 mW^a	500 mW	500 mW	430.0 mW	446.6 mW	1650 mW^a
H	4	N/A^b

記載の最大パワーレベルはフィードバック回路に対するもので、実際の最大入射パワーは液晶リターダの損傷閾値8 W/cm²によって制限されます。詳細は、上記の「様々な波長における最大パワー」をご覧ください。
この設定はお勧めしておりません。使用する場合にはH-3のパワーレベルを超えないようにしてください。

NEL04A(/M) Max Power at Various Wavelengths
Switch Position		Max Power at 1050 nm	Max Power at 1150 nm	Max Power at 1250 nm	Max Power at 1350 nm	Max Power at 1450 nm	Max Power at 1550 nm	Max Power at 1620 nm
L	1	1.9 mW	1.6 mW	1.4 mW	1.2 mW	1 mW	1 mW	1.6 mW
L	2	5.8 mW	4.8 mW	4.1 mW	3.5 mW	3.1 mW	3 mW	4.8 mW
L	3	19.2 mW	16 mW	13.7 mW	11.7 mW	10.4 mW	10 mW	16 mW
L	4	57.6 mW	48 mW	41.1 mW	35.1 mW	31.3 mW	30 mW	48 mW
H	1	190 mW	160 mW	137 mW	117 mW	104.7 mW	100 mW	160 mW
H	2	500 mW	480 mW	411 mW	351 mW	313.4 mW	300 mW	480 mW
H	3	835 mW^a	800 mW^a	685 mW^a	585 mW^a	520 mW^a	500 mW	800 mW^a
H	4	N/A^b