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オプティカニクス総合取扱製品
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THz・マイクロ波・ミリ波 光ファイバー

テラヘルツ光学部品 QMC Instruments Ltd

遠赤外線およびmm /テラヘルツの波長で使用するためのさまざまな光学部品を提供しています。

当社の  マルチメッシュフィルター  技術は独自のもので、極めて正確な波長選択を可能にします。それは私達の天文学者の同僚によって30年以上にわたって開発されており、現在地上および宇宙ベースの応用のためにスペクトルのサブミリおよび遠赤外線領域のすべての主要な天文プロジェクトで使用される礎石の技術です。私たちはその特別な利益をより広い科学界に提供できることを誇りに思います。ローパス、バンドパスおよびより制限された範囲のハイパス構造が、30 GHz(10 mmまたは1 cm -1)から30 THz(10μmまたは1,000 cm -1)の範囲の遷移周波数で利用可能です。

 テラヘルツ帯用に2つの偏光子技術を提供しています  自立型ワイヤグリッド偏光子は3 THzまでの周波数用に、リソグラフィー偏光子はより高い周波数での効率のために設計されています。両方の技術は、周囲温度でも極低温でも使用することができる。 

当社の  表面コーティングは、さまざまな光学材料に適用して、テラヘルツ帯全体にわたって規定の透過特性および反射特性を生み出すことができます。反射防止コーティングは、石英やサファイアなどの真空窓材料に適用されます。また、1/4波長板および1/2波長板用のコーティング方式も設計しています。 

私達 は広いテラヘルツの地域のための真空窓を提供する  標準材料は、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、石英、サファイアおよびKRS - 5を含む。

最後に、我々はウィンストンコーンを提供し  ます。これらは非結像集光部品であり、通常当社の検出器と一緒に使用されます。

 

マルチメッシュフィルター

 

テラヘルツ(mmおよびサブmm)スペクトル領域用のフィルタ技術

非常に正確な波長選択を可能にする独自のマルチメッシュフィルター技術を提供しています。私達の範囲は私達の天文学の同僚によって30年以上にわたって開発されており、現在地上および宇宙でのすべての主要なサブミリ波およびテラヘルツの天文プロジェクトで使用される礎石の技術です。

以下の種類のフィルタがあります。

私達のフィルターに興味があるなら、私達があなたの要求を満たすために最善の解決策を議論するために私達の豊富な経験を使用できるように私達に連絡しくださいあなたは私たちのフィルタの性能の例をここで見ることができますこれらは私達の標準的なフィルターで、量産され、在庫があります。これらは最も低コストのオプションであり、私たちは最初の例でこれらのフィルタを提供しようと思います。これらが適切でない場合は、お客様の正確な要件に合わせてフィルターをカスタム設計することができます。


 

標準およびカスタム設計のフィルターは、最大直径300 mmで、サイズと形状を自由に選択できます。

 

 

私たちのフィルタのプロパティは次のとおりです。

  • 高い帯域内伝送効率

    • 典型的なローパスフィルターで90%の透過率

    • バンドパスフィルタの80%ピーク透過効率

  • 吸収と散乱が少ない。ほとんどすべての非送信電力が反映されている

  • 高ブロードバンドアウトオブバンドブロッキング

  • 高周波の定義

  • 透過率における無視できる偏光感度(垂直入射近く)

  • 堅牢な構造

  • 6〜300 mmのクリアアパーチャ直径

  • 室温から1 K(-272°C)未満の温度までの操作。

  • 1 cm -1  (30 GHz、10 mm)〜700 cm -1 (21 THz、10μm)の動作波数

私達のフィルターの大部分はフィルターを形成するメッシュを分離するために誘電体スペーサーを使います。それらを「ホットプレス」フィルタと呼びます。低周波数、したがってより厚いフィルタは、自立型フィルタとして提供することができ、300mmまでの任意のサイズおよび任意の形状で入手可能である。高周波フィルタは非常に薄く、平らに保つのが難しいため、フレームに取り付けた状態で購入することをお勧めします。外径120 mmまでの標準フレームサイズをいくつか用意しています。あなたがこれより大きいサイズを必要とするならば、我々に連絡してください、そして、我々は何ができるかについて見ます。大口径 韓国の天文台用に製造された30 GHzローパスフィルター(写真参照)は、最大250 mmの外径です。

まれに、誘電スペーサーが存在しない「エアギャップ」フィルターがホットプレスフィルターよりも適している場合があります。これらは必要に応じて提供することができます、そして、それらがあなたのアプリケーションに適切であると我々が思うならば、我々はあなたに忠告します。

私たちのフィルタ技術はもともと天文学的応用のために開発されました。そこでは強い大気放出線の間の極端に低い天文学的信号レベルを選択するために高い帯域内伝送効率と優れた帯域外除去の両方の必要性が存在します。これらのフィルタのさらなる要件は、それらが性能を維持しながら、冷却ボロメータおよび光検出器と共に使用するために周囲温度と極低温との間で確実に循環しなければならないことである。これらの特性はまた、より広い科学界にとって非常に価値のあるフィルタになります。

スタンダード フィルター


スタンダード フィルターは量産されて、QMCの標準検出器システムで使用されています。

バンドパス フィルター

中心波長
(ミクロン)

中心周波数
(テラヘルツ)

中心周波数
(cm -1

帯域幅
(FWHM)

850

0.35

11.7

10%

450

0.67

22.2

14%

215

1.4

46.5

19%

155

1.9

64.5

22%

ローパス フィルター

カットオフ周波数
(cm -1

カットオフ周波数
(THz)

カットオフ波長
(ミクロン)

10年

0.3

1000年

20

0.6

500

33

1

300

66

2

150

100

3

100

200

6

50

300

9

30

600

18

17

当社の9THz設計の測定透過スペクトルを使用して、性能を以下に示します。下のグラフは、平均帯域内伝送効率が85%以上であることを示しています。



下のグラフに示すように、帯域外ブロッキングは、光学領域を除く非常に広い範囲の周波数で0.1%より優れています。

反射防止コーティング

レシーバの光学部品の表面での反射は必然的に感度の低下を意味し、フリンジ、多重画像、ゴーストなどの望ましくない影響を引き起こす可能性があります。これらの影響は、効率的な反射防止コーティングによって大幅に軽減できます。コーティングは、与えられた周波数で光学部品の反射係数を最大化および最小化するために調整することができます。 

当社の表面コーティングをさまざまな光学材料に適用して、次のような部品のテラヘルツ範囲にわたって規定の透過特性および反射特性を生成できます。

  • クライオスタット真空窓

  • レンズ

  • 1/4波長板および1/2波長板

  • フィルター

  • フェライト  

下の図は、Zカット水晶に塗布したコーティング層の効果を示しています。観測帯域(この場合は200〜300 GHz)にわたる広帯域透過率は、コーティングされていない水晶の75%(青い線)から98%(赤い線)に増加します。

200〜300GHz用に最適化されたzカット水晶窓上のARCによる伝送改善

当社のコーティング技術は、当社の製品範囲の多くと同様に、特に真空窓や波長板など、遠赤外線およびサブミリ波帯のスペクトルの天文受信機用に開発されました。

材料


私たちがコーティングを施すことができる材料は次のとおりです。

  • ポリプロピレン(PP)

  • ポリエチレン

  • ゲルマニウム

  • サファイア

  • 水晶(結晶質およびガラス質)

  • ダイヤモンド

  • シリコン

  • ガリウム砒素

  • KRS-5

  • フェライト

  • テルル化亜鉛

利点  

材料 

当社のコーティング技術により、波長板、窓、レンズなどの天然水晶の代わりに安価な合成光学材料を使用することができます。部品のサイズは天然水晶の入手可能性によって制限されます。 
 

重量

サファイアの光学部品は、水晶の同等品よりも7倍薄くすることができ、その結果、材料費、質量、および熱負荷を大幅に削減できます。
 

光学デザイン

石英(n = 2.1)、シリコン(n = 3.4)およびゲルマニウム(n = 4)のようなテラヘルツ周波数で比較的高い屈折率を有する材料上のコーティングの使用は、レンズの設計においてより大きな曲率半径を可能にする。これにより光学収差を低減し、光学系の広帯域性能を向上させることができます。
 

パフォーマンス

下のグラフは、Yカットサファイアの表面処理が、未処理の材料の0.3〜1.0と比較して、どのようにして波長板の透過率の変動を0〜99〜1.0(周波数による)に劇的に減少させるかを示しています。


QUESTインストゥルメントサファイア波長板のコーティングなし(ライトブルー)およびコーティング付き(ダークブルー)の透過率
 

ポラライザー

ポラライザー(偏光子)は、非偏光放射を直交直線偏光成分に変換する光学部品です。

当社は、ミリメートルおよび遠赤外線のスペクトル領域にわたって、周囲温度と極低温の両方で動作する2つの異なる装置を提供しています。

ワイヤグリッド  偏光子は3THz未満の周波数に適している。ワイヤーは支持用金属フレームを横切って巻かれそしてそれから所定の位置に接着されます。
5μmまでのワイヤ径が利用可能であり、3 THzまでの周波数にはこの比較的低コストのオプションを推奨します。最大500 mmの直径が可能です。より詳しい情報は  
以下にあります

より高い周波数では、ワイヤグリッド偏光子は効率が悪くなる。これらの周波数のために、我々は 、薄い金属パターンが極薄ポリマー基板上に堆積されているリソグラフィ偏光子を提供します  2umと10umのパターン繰り返し距離が標準であり、これらは最大約200 mmまでの直径で利用可能です。詳しくは下記  をご覧ください。

 

ワイヤーグリッド偏光板

 

動作温度

低温(コードQWG / RT)極低温(コードQWG / C)

周波数範囲

≦3THz

最大サイズ

500 mm

ワイヤー

タングステンまたは金メッキタングステン

線径

5μm以上

ワイヤー分離

10μm以上

ワイヤグリッド ポラライザー(偏光子)は、5μm以上のワイヤ直径を用いて提供される。当社のコンピューター制御のグリッド巻き取り機は1トン以上の重さがあり、直径500 mmまでのグリッドを巻き取ることができます。写真は我々がこれまでに作ったより大きいワイヤーグリッドポラライザー(偏光子)のうちの1つを示します - このようなペアの巻きは6km以上のワイヤーを使いました。

ワイヤーは支持用の金属フレームに巻かれてから適所に接着されます(しばしば2つのフレーサンドイッチされます)。


直径500 mmまでのお客様独自のサポートフレームの設計要件を検討させていただきます。また、当社のエンジニアが取り付けおよび位置決め用アタッチメントについてご相談させていただきます。 

この種のポラライザー(偏光子)は、必要ならば周囲温度(製品コードQWG / RT)または極低温(製品コードQWG / C)で動作することができる。

私達はあなたが供給するグリッドにワイヤーを巻きつけることができます。または既存のポラライザー(偏光子)を清掃して再配線します。

機械的なストレスを加えずにポラライザー(偏光板)フレームを切断することは非常に重要です。非接触式の火花放電プロセス(私たちはSwiss AGIEの火花放電加工機を使用しています)が私たちの見解にあります。次にフレームは大型平面研削盤を使用して平らに研削される。

下の写真は、ホーンアンテナから放射された残留クロスポーラ信号を除去するために使用されるワイヤグリッドポラライザーを示しています。 


最近の技術革新は、NRAO(Tucson)のJohn Payneによるアイデアに基づいた、クロスワイヤグリッドの製造です。交差格子は、偏光されていないビームが直交成分に分離されることを可能にし、両方のビームは90度偏向される。このようにして、Martin-Puplettダイプレクサを含む小型の準光学システムを構築することができます。この新規な構成のさらなる利点は、不要な高周波放射が交差グリッドを直接通過し、したがって検出器に向けられないことである。これはクライオスタットコールドプレートへの負荷を減らすのに非常に役立ちます。 

下の写真は、Max Planck Institute(Bonn)のために製造されたクロスグリッドです。このグリッドは、米国マサチューセッツ州ケンブリッジにあるスミソニアン天体物理観測所用に設計および製造された二重偏光検出器の一部です。 




 

フォトリソグラフィ ポラライザー(偏光子)

当社のフォトリソグラフィ ポラライザー(偏光子)は、自立型偏光子の効率が悪くなる高い周波数範囲(つまり3 THz以上)用に設計されています。それらは、遠赤外線領域用の偏光FT分光計およびALMAのより高い周波数帯のような偏光に敏感な受信機において一般的に使用されている。また、Cassiniのような長寿命の宇宙プロジェクトでの使用にも適しています。 

極薄ポリマー基板の表面上に金属内に細い平行線のパターンが形成される。それらの構造およびそれらを構成するために使用される方法の結果として、これらの偏光子は円形でなければならず、通常ステンレス鋼支持フレームに取り付けられる。

 支持基板は通常0.9μmまたは1.5μmの厚さのマイラーであり、金属の「ワイヤ」は銅または金である。 

偏光子はプレスによってそれらの支持フレームに取り付けられており、各フレーム設計はプレス工具を必要とする。そのため、さまざまな標準偏光子サポートフレームサイズをご用意しています。下の表に示されている最大サイズまでの特殊サイズもまだ使用可能ですが、コストには特殊なプレス工具の製造が含まれます。 

以下の寸法で利用可能なパターンの範囲があります。

 

Product Code

Line Width

Line Spacing

Maximum Diameter

 P2
P10

1 um 
5 um

 2 um 
10 um

300 mm
300 mm

光学ウインドウ

 

ポリエチレン

標準寸法の高密度ポリエチレン(HDPE)で窓を供給することができます(これらは当社の極低温検出器システムで使用されています)。 

  • 厚さ1.7 mm 

  • 直径49.9 mmまたは37.9 mm 

私達はまたあなたの指定にHPDEの窓そしてレンズを、加えられる反反射  /反射コーティングと共に供給してもいい   です。 あなたの要求を私達に連絡してください  

20センチメートルから2mm厚HDPEウィンドウの測定送信-1 600センチメートルには-1以下に示します。ポリエチレンの特徴的な吸収の増加は、73 cm -1付近にはっきりと見られます。





 

石英

 

光学的には、石英は、機器の真空窓として、スペクトルのIRおよびmm波領域で一般的に使用されています。   透過率を最大にするための反射防止コーティング(ARC)、および反射を最大にするための反射コーティングがしばしば石英に施される。この分野における最近の研究の一例は、チリのAtacama Large Millimeter Array用の様々な周波数帯用の反射防止コーティング石英窓の製造ですウィンドウ周波数は31.3GHz(9.6mm)から950GHz(0.3mm)の範囲です。

ALMAバンド9 602GHz(20cm-1)から720GHz(24cm-1)のARCクォーツ真空窓の透過率を以下に示します。



結晶質の二酸化ケイ素の一形態である鉱物質石英は、大陸地殻で2番目に普及しています。この豊富さにもかかわらず、光学グレードの天然水晶は入手可能であることはめったになく、それがあるときそれは非常に高価です。それ故にオートクレーブで作り出される総合的な水晶は産業で主に使用されています。水晶は複屈折性であり、z軸は水晶の光軸である。このzカット水晶は、光学用途で一般的に使用されています。
 

KRS 5

KRS 5(臭化タリウムタリウム)は、赤外域の光学用に一般的に使用されている材料です。光透過率は、0.7μm(14300cm-1から0.03mm(300cm-1まで約70%であるこの窓は、より短い波長(より高い波数)の信号が使用され、標準のHDPE窓吸収が増加する場合に使用することができる。この物質は有毒であり、したがって適切に取り扱われるべきです。
 

Winston Cones ウィンストンコーン

以下にそのいくつかの例が描かれているウィンストンコーンは、所与の視野内で放射線の収集を最大にするように設計された非結像集光光学部品である。

QMC Instruments Ltdは、当社の検出器技術に合うように特別に設計された3つの標準サイズのコーンを提供しています。
 

Focal ratio

Entrance aperture

exit aperture

length between apertures

total length

f/2

23.8 mm

5.5 mm

41.4 mm

51.5 mm [1]

f/3.5

14.8 mm

2.2 mm

40.0 mm

42.0 mm [1]

f/4.5

10.0 mm

1.1 mm

50.0 mm

51.0 mm [2]

[1]全長には、入口開口部と取り付けフランジにぴったり合うフィルタ保持キャップが含まれています

[2]全長にはフィルタ固定キャップは含まれますが、取り付けフランジは含まれません 

他の非標準コーンは、多くの場合、ユーザーの要件に合わせて設計および製造されています。 あなたの要件を議論するために私達連絡してください。 



f / 2 Winston Coneは、磁気的に調整されたInSb検出器に使用される集光光学素子です。

製造

それでは、どのように私たちはウィンストンコーンを作りますか?内部集光面の形状を記述する式は4次であるため、実際には非常に複雑な要素になります。この場合、4次の三角関数項は面の数学的記述を構成することになります。しかしながら、CNC(コンピュータ数値制御)フライス盤を用いると、この式に従って円錐が成長するマンドレルを正確に機械加工することが可能である。マンドレルが機械加工されると、コーンの銅本体は溶液から再使用可能なステンレス鋼マンドレルまたは犠牲アルミニウムマンドレル上に成長する。円錐の成長に続いて、それを引き出すことによってステンレス鋼マンドレルが取り除かれるか、またはアルミニウムマンドレルが溶解される。

成長した円錐形はそれから素晴らしい外の終わりを与えるために機械で造られ、そして必要な入口と出口の穴を与えるために適切な長さに切られます。それは金メッキされていて、取り付けのための金でコーティングされた銅のフランジは出口開口部の端にハンダ付けされます。完成したコーンは金のコーティングなしで銅のままにしておくことができますが、銅は新しく製造されたときにはきれいに見えますが、古くなるにつれて変色します。それ故に、きれいになり易く、長続きがする見栄えの良い鏡面仕上げを提供するために、部品は貴金属の無反応金属でコーティングされます...金。



小型のTK1810クライオスタットでは、短いf / 2コーンが使用されています。短くすると視野が広くなります 



標準的なF / 3.5コーン




A non-standard cone