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各Polarisマウントは様々な温度試験により、その高い安定性能が実証されています。試験結果は「試験データ」タブをご覧ください。

特長

• 熱膨張係数(CTE)が小さい熱処理済みステンレススチールより機械加工　
• 高い耐久性と滑らかな動きを実現するために、硬化処理ステンレススチール製ボールとの接点にはサファイアシートを使用　
• 整合されたアクチュエータと背面プレートにより安定性と滑らかなキネマティック調整を実現　
• 様々な試験により、12.5 °C幅の温度サイクル後の角度変化として2 μrad未満を保証(詳細は「試験データ」タブ参照)
• 真空ならびに高出力レーザ共振器の用途に適した、不動態化処理済みのステンレススチール製
• カスタム仕様のマウントについては当社までお問い合わせください。
• モノリシック構造のフレクシャーアームによる光学素子保持設計(特許取得済み)　

Polaris^®低ドリフトミラーマウントは、厳しい長期安定性が要求される用途にお勧めです。

光学素子保持機構
こちらのPolarisミラーマウントは、光学素子の保持にモノリシック構造のフレクシャーアーム(特許取得済み)を使用しています。この設計によって、高い保持力とポインティングの安定性を保ちながら、素早く簡単に光学素子を取り付けることができます。詳細は、「試験データ」タブをご参照ください。

Polarisの光学素子保持用の穴は、温度変化や移動時の衝撃や振動など、様々な環境条件の変化に対して最良のビームポインティング安定性が得られるように精密加工されています。このマウントの性能は最大で+0/-0.1 mmの直径公差を持つØ19 mmの光学素子を用いて試験、検証されています。外径公差が0より大きい光学素子に使用すると性能が低下します。　

設計
熱処理済みステンレススチールから機械加工されたPolarisマウントには、精密に整合されたアジャスタやボール接触、サファイアシートなどが用いられ、滑らかなキネマティック調整が可能になっています。「試験データ」タブでご覧いただけるように、これらのマウントは様々な試験により、その高い性能が実証されています。Polarisの設計では、ビームのミスアライメントの一般的な要因に対して、すべて対応するようにしています。詳しくは「設計の特長」タブをご覧ください。

ポストへの取付け　
Polarisミラーマウントには、ポスト取付け用のM4ザグリ穴があります。マウントによっては取付け用ザグリ穴の周りにØ2 mmのアライメント用ピンホールが付いており、その場合にはPolarisミラーマウント用ポストを使用するとより精密なアライメントが可能です。推奨する取付けの構成については「使用情報」のタブをご覧ください。　

クリーンルームならびに真空対応について　
POLARIS-K19S4は、クリーンルームや真空での使用にも対応する設計です。詳細は「仕様」タブならびに「設計の特長」タブをご覧ください。

Polarisミラーマウント試験データ

Polaris低ドリフトキネマティックミラーマウントのすべての製品は、高い水準の性能を保証するために広範囲の試験を実施しております。熱衝撃試験ではマウントの優れた安定性を確認し、過渡的な温度変化後に確実に初期位置に戻ることを実証しています。干渉計を用いた波面歪みの試験では、Polarisマウントが光学表面を大きく歪ませずに光学素子を保持できることを実証しています。

振動試験

目的:この試験は、Polarisミラーマウントが激しい物理的振動を受けた時にどの程度正確に作動するかを測定します。

手順: POLARIS-K19S4ミラーマウントのペアをPolaris用Ø1インチポストに取り付け、クランプアームPOLARIS-CA1を用いてステンレススチール製のブレッドボードに固定します。レーザービームはミラーで反射され、同じブレッドボード上にある2つの位置センシングディテクタ(PSD)に向けて照射されます。プラットフォーム全体が振動(周波数と振幅が可変)し、ディテクタ上のビームの変位が記録されます。振動方向が一方のマウントの表面に対して平行に、もう一方のマウントの表面に対して垂直になるように、2つの光路は直角に設定します。右の動画では、この振動試験の様子をご覧いただけます。

結果: 100 Hzの振動周波数、6 Gの加速度においても、POLARIS-K19S4は機械的な安定性を保持していました。マウントの角度位置は、平行および垂直両方向の振動に対して約10 µrad以内で安定していました。

結論: 当社のØ19 mm用PolarisミラーマウントPOLARIS-K19S4は、厳しい操作条件下でも優れた性能を保ちます。したがって、これらのマウントは振動ノイズが発生するような場面でも非常に高い安定性を必要とするシステムにご使用いただけます。

熱衝撃後の位置再現性

目的: この試験は、熱衝撃の影響を受けた後のマウントがヒステリシスなく、ミラーをどの程度確実に初期位置に戻すかを測定するものです。測定結果により光学システムのアライメントが熱衝撃の影響を受けないことを示します。

手順: PolarisのミラーマウントをØ1インチポストに取り付け、その後温度制御された環境下でステンレススチール製の光学テーブルに固定しました。ミラーはフレクシャ機構を使用して固定されています。その他の取付けの際の注意事項については「使用情報」タブをご参照ください。そして独立に温度制御されている半導体レーザからのビームを、このミラーで反射し、位置センシングディテクタ(PSD)に入射するようにセットしました。ミラーマウントの温度を37 °Cまで上昇させ、マウント全体が一定温度になるまで、その温度を維持しました。その後、ミラーマウントの温度を試験開始時の温度に戻しました。試験結果は下記の通りです。

結果: 下のプロット図が示すように、Polarisマウントが初期の温度に戻ると、マウントに取り付けられているミラーの角度(ピッチとヨー)は、初期位置の2 μrad以内に戻りました。この結果は、他社製のマウントの最も良い試験結果の数値と比較してもかなり優れていました。Polarisマウントの性能は、さらに温度変化サイクルを繰り返し実施して評価しました。各サイクルの後では、ミラーの位置は確実に初期位置の2 µrad以内に戻っていました。

比較のための参考値: POLARIS-K19S4上の130 TPIアジャスタをわずか0.05°(1回転の1/7200)回転させるだけでマウントの角度は1 μrad変わります。高度な技術を有する作業者でも、調整可能な最小角度は0.3°(1回転の1/1200)程度であり、これは6 μradに相当します。

結論: Polarisミラーマウントは、温度変化サイクルの後でも確実にミラーを元の位置に戻す高性能かつ高安定型のマウントです。以上のことから、Polarisマウントは長期にわたりアライメントの安定性を必要とする用途に適したミラーマウントと言えます。

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Ø19 mm(Ø3/4インチ)用Polarisミラーマウントの熱再現性

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上のグラフは10回の連続熱衝撃試験後のPOLARIS-K19S4の最終的な角度の位置を示しています。図中の温度変化は、開始時の温度と試験終了時の温度の差であり、室温や取付け時の温度の変動などの要素を含んでいます。

Zygo製位相シフト干渉計を用いた光学歪み測定

取付け時の応力は光学表面の歪みにつながります。光学素子の歪みは反射した波面に作用するため、この歪みの影響を最小限に留めることが重要です。当社のØ19 mm Polarisマウントには、光学素子の歪みを最小に抑えながら最大限の安定性を実現するモノリシックフレクシャーアームが付いています。

フレクシャーアームがミラーに与える光学歪みの量は、Zygo製位相シフト干渉計を用いて異なるトルク値ごとの波面歪みを測定することで得られます(左下の図参照)。 下の試験結果から、Ø19 mm用Polarisマウントには0.021～0.028 N・mのトルクをお勧めいたします。この場合の光学波面歪みは≤0.1λとなります。

光学素子を取り付ける際の適切なトルク値は±0.007 N・mの範囲で変わりますが、これは光学素子の直径や公差の累積によるものです。

手順:
広帯域誘電体ミラーをPolarisマウントに取り付け、フレクシャーアームの締め付けには止めネジ(セットスクリュ)を使用しました。Zygo社製干渉計を用いて光学歪みを測定しました。それぞれの測定が終了した後、光学素子の保持力を確認するために光学素子をマウントから押し出すのに必要な力を測定しました。ここで示されている波面歪みの値は、光学素子全体のPV(peak-to-valley)値で、最悪の歪み値を表しています。光学素子中心部の波面歪みはエッジ部分に比べて大幅に少なくなります。

結果:
右下の表でも示されているように、止めネジに0.021～0.028 N・mのトルクをかけた場合、波面歪みのPV(peak-to-valley)は、0.1λもしくはそれ以下となります。

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POLARIS-K19S4の止めネジに0.025 N・mのトルクを印加した時の波面歪み(これ以外のトルク値については右の表をご覧ください)。

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Polaris設計の詳細

光学系のミスアライメントに繋がりやすい共通の要因がいくつかあります。温度が誘因となるミラー位置のヒステリシス、クロストーク、ドリフト、バックラッシュなどです。Polarisミラーマウントは特にこれらのミスアライメントの要因が最少化されるよう設計されており、その結果として極めて高い安定性が実現しました。広範囲の研究、先進の設計ツールを用いた数多くの設計検証や何か月間にも渡る厳格なテストの結果に基づき、極めて高い安定性が求められる実験に適したキネマティックミラーマウントの部品を選定しています。

熱ヒステリシス
多くの実験室内の温度は、空調や室内にいる人数、設備の動作状況などの影響を受けて不安定です。そのため、アライメントに敏感な光学セットアップで使用されるマウントには、温度によるアライメントへの影響が最小限となる設計が求められます。温度の影響は、ステンレススチールのように熱膨張係数(CTE)が小さい材質を選ぶことによって抑えられます。しかしCTEが小さい材質で作られたマウントであっても、元の温度に戻った時、一般にミラーは元の位置に戻りません。Polarisミラーマウントの重要部品は全て組立前に熱処理が施され、温度ヒステリシスを生じさせる可能性のある内部応力が除去されています。その結果、ミラーマウントの温度をアライメントの時点での温度に戻すと、光学系のアライメントも元に戻ります。

Polarisのもう1つの重要な設計要素は、ミラーのマウントへの固定方法です。このPolarisマウントは、接着剤を使用せずに優れた性能を実現します。代わりに、こちらのマウントではモノリシック構造のフレクシャーアームが採用されています。モノリシック構造は、止めネジ(セットスクリュ)だけを用いる保持方法に比べて温度の変動の影響を受けにくく、光学素子の表面歪みの発生も抑制されます。

クロストーク
クロストークは、マウントの前面と背面のプレートの寸法公差を注意深く管理して、ピッチとヨーのアクチュエータを直交の位置関係にすることで最小化できます。当社ではさらに3つの接触点で全てサファイアシートを使用しております。標準的な金属-金属のアクチュエータの接触点では時間が経過するにつれて摩耗します。Polarisマウントでは研磨されたサファイアシートが使われており、硬化処理されたステンレススチール製のアクチュエーターチップとの間の接触面では時間が経過しても整合性が保たれます。

ドリフトならびにバックラッシュ
ミラーマウントの位置ドリフトとバックラッシュを最小限に抑えるためには、アジャスタ内のあそびと潤滑剤の量を制限することが必要です。アクチュエータが調整されると、余分な潤滑剤は絞り出されて他の部位に移動し、そこで蓄積します。潤滑剤はゆっくりと平衡状態に戻っていきますが、その過程でマウントの前面プレートが移動する場合があります。Polarisミラーマウントでは、工業規格よりも厳しい基準で本体やブッシュと整合性のあるアジャスタを使用しているので、アジャスタの潤滑剤はほんのわずかしか必要ありません。結果として、調整後もPolarisマウントのアライメントは極めて高い安定性を示します(詳しくは「試験データ」タブをご参照ください)。また、アジャスタは非常に滑らかに動かすことができるので、繰り返し細かい調整を行なうことができます。

クリーンルームおよび真空への対応
POLARIS-K19S4は、クリーンルームや真空でも使用できるように設計されています。マウントは、Carpenter AAA不動態化処理による化学洗浄を行い、表面から硫黄、鉄、汚染物質などを除去しています。不動態化処理の後は、クリーンな(汚染されていない)環境下で組み立て、2重の真空バッグに入れてクリーンルームに搬入するまでの間に汚染されないようにしています。

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Polarisマウントは、2重の真空バッグに封入して発送しています。

サファイアシートは、NASAで認証されたアウトガスの少ない手法を用いて、所定の位置に接着されています。また、アジャスタには、DuPont社製LVP高真空対応グリースKrytox(超高真空対応のアウトガスの少ないPTFEグリース)を使用しています。このような技術により、高真空への対応とアウトガスの低減を実現しています。10^-5 Torrより高い真空度で使用するときは、アウトガスによる汚染を最小限に止めるために、マウントの設置前に適切なベークアウト処理を施すことを強くお勧めします。なお、Polarisに付属しているM4キャップスクリュは、10^-5 Torr以上の真空度には対応していませんのでご注意ください。

クリーンルーム対応の梱包
真空対応のPolarisマウントは、クリーンな(汚染されていない)環境下で組み立てられた後、右の写真のように2重の真空バッグに封入されます。真空気密により袋が密着するためマウントが安定し、輸送時の衝撃等による前面プレートの移動も制限されます。また、密着することで袋とマウントの摩擦も最小限に抑えられるため、袋の材料が削られてクリーンなマウントを汚染することも防げます。

真空封止の工程では、水分が含まれた空気がパッケージから排出されます。そのため、乾燥剤を使用することなく、不要な表面反応を防止できます。真空バッグは、輸送および保管中の空気や埃による汚染からマウントを保護し、さらに2重であることでクリーンルームへの入室手順をシンプルで有効性の高いものにすることができます。クリーンルームの外で外側の袋を外し、汚染されていない内側の袋に入ったマウントをクリーンなコンテナに入れてクリーンルーム内に搬入できます。この間、真空バッグの利点は保持されています。クリーンルーム内では、マウントを内側の袋から取り出して、すぐにご使用いただくことができます。

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グラフの青い網掛け部分(5～7 oz-in (0.035～0.049 N・m))は、厚さ6 mmの光学素子をモノリシックフレクシャーアーム付きØ1インチ(Ø25.4 mm)用Polarisマウントに取付ける際の推奨トルクを表しています。この範囲を超えてモノリシックフレクシャーアームに過度なトルクを加えると、取り付けた光学素子表面の歪みが著しく増加する恐れがあります。

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Polaris用ポストとPolaris用クランプアームを使用してPOLARIS-K05を光学テーブルの表面などに取り付けることができます。長さ1.5インチのポストを使用した場合、光軸はテーブルの表面よりも2インチ高くなります(ミリ規格のポストご使用の場合の光軸高さについては当社までお問い合わせください)。

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1/4"-20 - #8-32アダプタを使用して直接ブレッドボードに取り付けたPOLARIS-K1E

Polarisキネマティックミラーマウントは、温度変化や振動のある環境下においても、長期の使用に耐える設計となっています。 ここでは最適性能を引き出す使用方法について説明します。

整合材料の使用
Polarisマウントの前面ならびに背面プレートの材料として、熱膨張係数が比較的小さなステンレススチールが選択されています。取付けの際には、同じ材料から加工された部品、例えば当社のPolaris用Ø25 mmポストやPolaris用クランプアームなどのご使用をお勧めします。

太いポストの使用
Polarisマウントは、Polaris用Ø25 mmポストおよびクランプアームPOLARIS-CA1/Mを使用すると性能が最適化されます。 このポストはステンレススチール製で、マウントに対して2本の線接触があることにより周囲温度が変化してもマウント底面を安定させ、アライメントの問題を最小限に抑えます。

光学素子の取付け
光学素子は取付け用の穴の中で動いてしまうことがあります。Polarisマウントに光学素子を取り付ける際には、いったん光学系から取り外すことにより、 光学素子が確実に取付けられ、ミスアライメントによる影響を最小限に抑えることができます。 Polarisマウントに光学素子を取付ける際にはトルクレンチの使用をお勧めします。 フレクシャーバネのついた光学素子固定具に過度なトルクを加えると表面に大きな歪みが生じます(左のグラフをご参照ください)。

前面プレートの位置
Ø19 mm光学素子用のPolarisマウントは、最大8°の調整が可能です。 最良の性能を得るためには、前面プレートを可能な限り背面プレートに対して平行に保つことをお勧めします。 これにより、安定性が向上します。

テーブルの表面にできるだけ近い位置に取付け
振動や温度変化の影響を最小限に抑えるために、光学系は最も低い位置での設置をお勧めします。 短いポストを使用すると温度変化によるY軸移動が低減し、振動がもたらす動きを小さく抑えられます。 Polarisマウントをブレッドボードのように平坦な表面に、M6 x 1.0 - M4 x 0.7のアダプタ(AE4M6M)または1/4"-20 - #8-32のネジアダプタ(AE8E25E)を使用して直接取付けてください。POLARIS-K1Eを直接取り付けるには、右図のように、底にある2個のノブを取り外します。 この方法ではポストによる不安定さを取り除くことができます。

接触面の研磨とクリーニング
マウントとポストの接触点、ならびにポストとテーブルの接触点は清浄に保ち、傷や損傷を受けないようにご注意ください。 最良の結果を得るために、テーブル面のクリーニングに研磨石を使用し、ポストの上面・底面とマウントの底面に研磨シート(型番LF1P)を使用することをお勧めします。

Polaris用調整ツールの使用　
当社の多くのPolarisアジャスタ用として、マウントの付属品または別売りの製品として、ステンレススチール製のノブをご用意しています。サイドホールアジャスタの付いたPolarisマウントには、サイドホール調整ツールSA1のご使用をお勧めいたします。サイドホールに精密にフィットする先端が特長で、バックラッシュの小さい調整を可能にします。ステンレススチール製の本体は、クリーンなセットアップにも使用できるよう化学洗浄されています。

推奨しない使用方法
背面プレートからアジャスタを取り出さないでください。ネジ切り加工部に汚れが付着してしまう場合があります。 このことで精密調整性能が大きく損なわれる可能性があります。 また前面プレートを引きはがすような動作は避けてください。バネが作動範囲以上に伸びてしまい、サファイアシートにクラックが生じることがあります。 光学素子を所定位置に保持する板バネを固定するネジは、締め付け過ぎないようにご注意ください。光学素子の位置固定にはわずかな力で十分です。