コレクション: 1064nm バンドパス フィルター (Nd:YAG & Nd:YVO4)

対象アプリケーション向け1064nmフィルタ選択ガイド

I. レーザー加工システムのフィルタ構成

アプリケーションシナリオ

Nd:YAG レーザー切断/溶接装置では、レーザー光路の正確な制御とオペレーターの安全保護が重要な要件です。

フィルタ仕様要件

1. スペクトル特性

• 中心波長: 1064nm ± 0.5nm (レーザー光源との正確なマッチングを保証)
• 帯域幅: ≤8nm（532nmの周波数2倍光のような高調波干渉を抑制する狭帯域パス設計）
• 反射率: >99% @ 1064nm (高反射率ネガティブフィルター)
• ブロッキングの深さ: OD≥6 @ 400-1100nm (可視光線と赤外線の迷光を効果的に遮断)

2. 光学性能

• レーザー損傷閾値: >15J/cm² (パルスレーザー) または >300mW (連続波、レーザー出力密度に一致)
• 表面品質: MILスペック40-20（散乱によるエネルギー損失を低減）

3. 材質と構造

• 基板材料: 溶融シリカまたはCaF₂（高いレーザー損傷閾値、低い吸収特性）
• コーティング設計: SiO₂/TiO₂多層誘電体膜（100層以上）、膜密度を高めるためにイオンビームアシスト蒸着（IAD）により蒸着
• 反射防止コーティング: 両面に広帯域ARコーティング（平均反射率<0.2% @ 400-1600nm、光路損失を最小限に抑える）

選択ロジックと問題解決

• 高反射率設計: ファブリペロー干渉を利用して 1064nm で強い反射ピークを作成し、レーザーエネルギーを光路内に制限して、拡散反射による処理の不正確さを回避します。
• 狭帯域通過機能: 周波数倍増光（例：532nm）と周囲光干渉を抑制し、センサーの誤作動や光学コンポーネントの損傷を防止します。
• 高いダメージ閾値: ハードコーティングプロセス (イオンビームスパッタリングなど) により、フィルターはメガワットレベルのレーザー出力に耐えることができ、コーティングの破裂によるシステム障害を回避します。
• 材料の選択: CaF₂基板は、1064nmで95%を超える透過率と高い熱伝導率(9.71W/m·K)を備え、長期にわたる高出力レーザー環境に適しています。

II. LiDARシステムのフィルタ構成

アプリケーションシナリオ

自動車用 LiDAR システムでは、1064nm レーザー信号の効率的な伝送とバックグラウンド ノイズの抑制が不可欠です。

フィルタ仕様要件

1. スペクトル特性

• 中心波長: 1064nm ± 1nm (InGaAs検出器の応答ピークに一致)
• 帯域幅: 2～8nm（帯域幅が狭いほど、システムSNR要件に基づいて耐干渉能力が向上します）
• 透過率: >95% @ 1064nm (信号強度を保証)
• ブロッキング特性: T<0.1% @ 800-1000nm & 1100-1600nm (太陽光やその他のレーザー干渉を抑制)

2. 光学性能

• 挿入損失: <0.8dB (信号減衰を最小限に抑えます)
• 偏波依存損失（PDL）: <0.1dB (信号の整合性を確保)
• 温度安定性: Δλ/ΔT ≤0.005nm/℃ (-40℃～+85℃の環境で確実に動作)

3. 材質と構造

• 基板材料: BK7ガラスまたはシリコン単結晶（コストと赤外線透過率のバランス）
• コーティング設計: マグネトロンスパッタリングにより堆積されたTa₂O₅/SiO₂多層膜で、ナノメートルレベルの厚さ制御が可能
• 寸法精度直径公差±0.05mm、平行度<1分角（ファイバーカップリングシステムと互換性あり）

選択ロジックと問題解決

• 狭帯域パス設計: フィルムの厚さを正確に制御 (誤差 < 1nm) することで、1064nm のレーザー透過のみが可能になり、近赤外周囲光 (例: 850nm/940nm) が抑制され、SNR が向上します。
• 高透過率イオンビーム支援蒸着（IBAD）により屈折率マッチングが最適化され、1064nmで95%を超える透過率を達成し、長距離エコー信号の効果的な検出を保証します。
• 温度安定性: 勾配フィルム設計により熱による波長のずれを補正し、環境温度の変化によるシステムの誤判断を排除します。
• 低挿入損失両面 AR コーティングにより界面反射 (R<0.2%) が低減され、LiDAR の検出範囲が拡張されます (例: 200 メートルから 300 メートル)。

III. 主要な選定基準の比較

• コアトレードオフ：
• レーザー加工：高出力レーザー保護対光路効率
• LiDAR: 信号強度対環境騒音抑制
• スペクトル特性：
• レーザー加工：高反射率（>99%）
• LiDAR: 高透過率（>95%）
• ダメージ閾値：
• レーザー加工: >15J/cm² (パルス)
• LiDAR: >300mW (連続波)
• 材料の選択：
• レーザー加工：CaF₂（高耐損傷性）
• LiDAR: BK7ガラス（コスト効率の高いソリューション）
• プロセスの優先順位：
• レーザー加工：ハードコーティング（レーザー衝撃からの保護）
• LiDAR: 精密な厚さ制御（ナノメートルレベル）

IV. 環境適応設計に関する勧告

1. 高温環境（例：工業炉）

• 300℃に耐えられる金属誘電体複合膜（例：Cr/SiO₂層）を備えた溶融シリカ基板（熱膨張係数5.5×10⁻⁷/℃）を使用します。
• 有機接着剤は使用しないでください。熱による剥離を防ぐため、取り付けには金属製の圧縮リングを使用してください。

2. 高湿度環境（例：屋外LiDAR）

• 1000 時間の 85℃/85%RH 信頼性テストに合格したハードコーティング (硬度 > 8H) を適用します。
• フィルム界面への水分の浸入を防ぐために、基板の端を疎水性材料（テフロンなど）でコーティングします。

3. 振動が発生しやすい環境（例：自動車プラットフォーム）

• 振動による割れを防止するために、コーティング応力（残留応力 < 0.3GPa）が最適化されたシリコン単結晶基板（破壊強度 2.8GPa）を選択します。
• 弾性マウントを使用して、機械的な応力の伝達を減らします。

結論

1064nmフィルターの選択には、アプリケーション固有の主要課題を優先する必要があります。レーザー加工においては高出力保護と光学純度、LiDARにおいては信号整合性と環境耐性が重要です。このアプローチは、スペクトル特性、材料選定、プロセス最適化を統合することで、システム性能とコスト効率の最適なバランスを実現します。