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2010年7月6日(火) 21:12

レーザー発振器の確認

 コイルガン戦車の受信機がいつになったら来るか分からないので、レーザー戦車の方を進める。
 808nm ではなく 1064nm を選択する場合、励起LDとレーザーヘッドを接続する光ファイバーが大問題である。これが長さ5メートルもあるのだ。レーザー銃なら1メートルで十分だし、ラジコン戦車に搭載するなら50センチが適切。ところが、このタイプの光ファイバーはメーカー製でも5メートルより短いものが見つからない。
 レーザー機器が使用される通常の状況を考えると、そんな短い光ファイバーには需要が無いのだろう。普通は加工用レーザーをラジコン戦車に積んだりしないだろうし。

 光ファイバーと言っても保護用の金属シールドで覆われているため、5メートルでも結構な重量がある。曲げ半径も大きいから、かさばる。ラジコン搭載には大変なハンデ。ただでさえレーザーヘッドの分だけシステムが大きくなるのに、これじゃやってられない。
 ところがレーザーヘッドから光ファイバーを外してみると、端面の形状的に励起LDと直結出来るのではないかって気がする。

 励起LD側のコネクターを取り外すと、まさしく規格だと思える状態。試しに差し込むとジャストフィット。
 ただし両者は光軸高さが2ミリほど違っていて、ヒートシンクに干渉する。差し込むにはヘッドを上下逆さまにせねばならない。今度は支えるものがなく、全荷重が励起LDの突出部に加わってしまう。だから発振試験は出来ず、すぐに引っこ抜いた。

 16分の1タイガー1の車台と合わせると、搭載は可能と判明。これで 808nm と 1064nm の両方が選択肢として残った。1064nm の素性は分かっているので、808nm のビーム品質を調べねばならない。
 それ以上に、光学系の設計が厄介だ。
 レーザー発振機を搭載してそのまま発振させるなら簡単だが、それでは面白くない。レーザー光線といえども距離があると、どんどん拡散してしまう。それは光の回折が原因であり、回折の影響を減らして遠方でも小さなスポットに集光させるにはビーム直径を太くせねばならない。
 レーザー兵器は、

1)ビームをできるだけ太くする
2)太いビームをターゲットの距離に集光させる

 という2つの機能を要する。
1)がおろそかだとビームが拡散して射程が短くなり、2)がおろそかだとエネルギー密度が下がって威力が落ちる。ラジコン戦車に積む以上は、2)のピント調整も遠隔操作で出来るようにしたい。しかし実は1)が非常に頭痛い。
 集光性を考えると、ビームを少なくとも太さ1〜2センチ以上に広げたい。ところが、VECTOR1064 の出力は太さ0.3〜0.4ミリしかない。すなわち30〜50倍の太さにせねばならない。

 これは、ぱっと想像するより遙かに厄介だ。
 拡散用レンズの焦点距離(絶対値)の30〜50倍の光路長が必要となる。ディスクレーザーに挑戦しいた時に調達した短い焦点のレンズでも25ミリ。これだと1メートルぐらいの光路が必要だ。実用性を考えると焦点距離5ミリ程度より短いレンズを要する。しかしそんなに焦点距離が短いと収差が大きい。2枚重ねにしたりしたらもう・・・
 複合レンスで収差を抑え、更には1064nmに対する反射防止コーティングを施した製品などもちろん存在する。しかし価格は7〜8万円である。レーザー関係は一事が万事この調子なので、製品価格は簡単に7桁になる。

 安価な1枚レンズで焦点距離が短く、収差を抑えた非球面レンズ。あるじゃないの。CDやDVDのピックアップ。最近秋月に置いてないのが残念だ。当時はレーザーダイオード目当ての者が多かった気がするが、実はレンズの方が貴重品。
 もちろん1064nmに対する反射防止コーティングなど付いていないが、ここは圧倒的安価に免じて反射ロスには目を瞑るしかあるまい。

 一方 808nmをそのまま使う場合、1)が簡単というメリットがある。半導体レーザーはビームが最初から拡散しているが、それが逆に話を楽にする。しかし、集光性を試してみなくてはならない。ファイバーカップリングレーザーもM2に関しては、非常に良好という説と相当に悪いという説があり、どっちが正しいかで大違い。
 シロウトの道楽的には、M2は集光性を示すぐらいに考えておいていい。回折のためにビームを絞り込める細さには限界がある。実際のビームはその限界のM2倍の太さまでしか細くできない・・・ぐらいの感覚だ。

written by higashino [レーザー戦車] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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