FAQ よくある質問（電気光学変調器（EOM））

QIOPTIQ社製 LM0202またはLM13シリーズはそれぞれ 3種類の変調器があります：

• 強度変調器（LM0202P or LM13P） − 直線偏光レーザーの振幅によって強度を変調します。
  強度変調器とは、ユニバーサル変調器に偏光子を取付けたものです。
• 位相変調器（LM0202PHAS or LM13PHAS） - 直線偏光レーザーの位相を変調します。
  つまり変調器に電圧が印加されるにつれ、位相変調器内を直線偏光のレーザーがより遅く通過します
  （例. λ/2 電圧が印加されると、1/2 波長または半周期の位相シフトが発生）。
• ユニバーサル変調器（LM0202 or LM13） - 直線偏光レーザーの偏光状態を変調したり、レーザー光の位相を変調したりします。
  ユニバーサル変調器は、以下 3つの異なる動作モードで使用できます：
  
  1.　ユニバーサル変調器は、入力された直線偏光を、そのままの直線偏光（電圧 0V）⇒ 円偏光（λ/4 電圧)）
  　⇒ 90° 回転した直線偏光（λ/2 電圧）変えます。
  レーザー変調器から出力後、ユーザーが偏光子を追加すると、強度変調器として働きます。
  2. ユニバーサル変調器からの出力後にλ/4 板を配置すれば、直線偏光の偏光面は印加電圧に応じて連続的に回転できます。
  3. ユニバーサル変調器は、別の異なる向きで使用すると、直線偏光レーザーの位相を変更することもできます。
  LM13 および LM0202 レーザー変調器のマニュアルを参照してください。

ユニバーサル変調器は偏波と位相の両方の変調に使用できます。
ユニバーサル変調器を使用した位相変調では、純粋な位相変調器と比較して2倍のスイッチング電圧が必要になります。

振幅（強度）変調では、ユニバーサル変調器（LM0202 or LM13）または強度変調器（LM0202P or LM13P）のいずれかを使用できます。
振幅（強度）変調にユニバーサル変調器を使用する場合は、ユーザー自身で偏光子を追加してください。
強度変調器の場合は、すでに適切な偏光子が搭載されています。

• 偏光状態の変調（直線から楕円偏光、円偏光、90°回転した直線偏光）には、ユニバーサル変調器 (LM0202 or LM13) を使用してください。
• 直線偏光の回転には、ユニバーサル変調器 (LM0202 or LM13) を使い、変調器の出口にλ/4 板をセットしてください。

位相変調には、位相変調器 (LM0202PHAS or LM13PHAS) またはユニバーサル変調器 (LM0202 or LM13) を使用できます。
注意!! ユニバーサル変調器が位相変調のために使用される場合、純粋な位相変調器と比較して 2 倍のスイッチング電圧が必要です。
もしくはユニバーサル変調器のλ/2 電圧の仕様値よりも 2 倍大きい電圧が 1/2 の位相シフトには必要です。

スイッチング電圧（例えば、λ/4 またはλ/2 のスイッチング電圧）は、使用されるレーザー波長にほぼ直線的に比例します。
λ/4 スイッチング電圧は、λ/2 スイッチング電圧の 50% です。変調器のアパーチャが大きくなると、必要なスイッチング電圧も大きくなります。
QIOPTIQ社製 電気光学変調器 (LM0202 シリーズ) のλ/2 スイッチング電圧は、以下のように代表的な波長で規定されています：

• UV 変調器（波長 355 nm の場合）－ ⌀1.5 mm アパーチャ 120 V ^※ / ⌀3.5 mm アパーチャ 200 V^※
• VIS 変調器（波長633 nmの場合）－ 3x3 mm² アパーチャ 210 V / 5x5 mm² アパーチャ 350 V
• IR 変調器（波長1064 nmの場合）－ 3x3 mm² アパーチャ 360 V / 5x5 mm² アパーチャ 590 V

• ※
  UV 変調器や高出力バージョンの変調器では、アパーチャストップのために、円形開口直径が方形結晶開口よりも小さくなっています。

スイッチング電圧（λ/4 またはλ/2 電圧）は、使用されるレーザー波長にほぼ直線的に比例します。
QIOPTIQ社製 電気光学変調器 (EOM) は、代表的な波長でλ/2 電圧を規定しています。
これを使って、アプリケーションの波長におけるスイッチング電圧を計算できます。
U1 =210 V 3 x 3 mm² アパーチャの変調器で λ1 633 nm のとき、
任意の波長λ2 のスイッチング電圧 U2 は、次のようになります：

U1 / λ1 =U2 / λ2
U2=λ2 *
U1 / λ1

例. アプリケーションの波長がλ2 = 800 nm の場合、スイッチング電圧 U2 は次のようにな ります。
U2= 800 nm* 210 V / 633 nm = 265 V

QIOPTIQ社製 電気光学変調器（EOM）のピエゾリンギング効果は低いです。
横方向の電場を使い、ポッケルスセルよりスイッチング電圧が低いためです。
正弦波の動作の方が、急峻なスイッチング・エッジを持つパルス動作と比較して、より弱いピエゾ・リンギングを示します。
質問13も参照してください。

電気光学変調器（EOM）は、λ/2 電圧の変調またはスイッチングを達成するためにかなり高い電圧を必要とします。

EOM 用の高電圧ドライバのメーカー選定については、以下をご覧ください。
レーザー変調器の動作には、一般的に 2つのオプションがあります：

• デジタル変調またはパルス変調（ON/OFF 変調や ON/OFF スイッチング）。
• 連続アナログ変調（変調器にアナログ波形を入力）。

a.　パルス、ON/OFF スイッチング、デジタル変調用のドライバ ⇒ ポッケルスセルドライバおよびパルスアンプをお使いください：

QIOPTIQ社製 DIV20 デジタルパルスアンプ- ほとんどの LM0202 or LM13 レーザー変調器に対応します：

【その他】
Behlke - 高圧スイッチと電源のセット：
https://www.behlke.com/separations/separation_d.htm
Kentech：
http://kentech.co.uk/index.html?/pock_cell_drivers.html&2
PiezoDrive：
https://www.piezodrive.com/drivers/
OEM-Tech：
https://www.oem-tech.pl/catalog/embedded-pcd/

b.　アナログ変調用ドライバ：

アナログ電圧アンプのメーカー：
https://www.advancedenergy.com/en-us/trek-and-monroe/
https://www.matsusada.com/product/

高電圧アンプメーカー：
https://www.hivolt.de/index.php?id=hvamplifiers&L=1

DIV20 ドライバがどの最大電圧まで対応しているかは、DIV20 マニュアルの図2 (9 ページ) をご参照ください。
標準的な最大電圧値は：

• ≤590 V：パルス繰返し 1 MHz まで
• ≤500 V： パルス繰返し 2 MHz まで
• ≤300 V ： パルス繰返し 5 MHz まで
• ≤100 V： パルス繰返し 15 MHz まで

例えば、DIV20 はスイッチング電圧 ≧300 V のとき、5 MHz のパルス繰り返しはできません。
電気光学変調器のλ/2 電圧の最大値を考慮してください。
例えば、815 nm で使用される 3 x 3 mm² の開口を有する LM0202 は、270 V±10% のλ/2 電 圧を有する。
このため、300 V の最大スイッチング電圧と考えるべきである。

0 - 5 V の出力 (TTL 信号) および 10 MHz 以上のパルス周波数を有する一般的なファンクションジェネレータやパルスジェネレータが、ほとんどのアプリケーションで使えます（必要なパルス最大周波数を満せば 10 MHz 以下の機器でも大丈夫です)。
ファンクションジェネレータ（信号発生器・波形発生器）は、PC カード（一般的には PCIe カード）やベンチトップ機器のものがあります。
通常、DAC カード（AD / DA データアクイジションカード）には、単純な TTL 信号出力（または設定可能な 5 V アナログ電圧出力）があり、必要なスイッチング周波数に対応している限り使用できます。
ランダムパルスを生成したい場合は、任意波形発生器が必要です。
（DAC カードの構成可能なアナログ出力もこれをサポートできるかもしれませんが、出力周波数を確認してください)。

数多くの種類のファンクションジェネレータや、パルスジェネレータが市販されています。
オプトサイエンスの取扱製品には以下のものがあります。

ファンクションジェネレータ・任意波形発生器
パルスジェネレータ

一般に、ポッケルスセル (Pockels Cells) は、レーザー光の振幅または偏光状態の連続的なモジュレーションに使用することができます。
しかしポッケルスセルは、かなり高い（数 kV の）スイッチング電圧が必要です。
数 kV の高電圧ドライバは高価です。ポッケルスセルは通常、Q スイッチやパルスピッカとして使用されます。
またポッケルスセルは、位相シフトのためには設計されていません。

LM0202 シリーズには 4つの結晶が内蔵されています（キャパシタンスは通常 C = 82 pF)。
LM13シリーズには 2つの結晶が内蔵されキャパシタンスは通常 C = 46 pF しかありませんが、LM0202 変調器と比較してスイッチング電圧が 2 倍必要です。
LM13 シリーズは、LM0202 シリーズに比べて全長が短くなっています。設置スペースに制限がある場合に適しています。

ADP（アンモニウムリン酸二水素リン酸）および KD*P（リン酸重水素カリウム）は両方とも電気光学結晶です。
ADP は、KD*P と比較してピエゾリンギング効果がより少なく弱い結晶ですが、スイッチング電圧の温度依存変化がより強くなります。

消光比 (ER) は、光パワーの最大透過率（印加電圧が 0 V または接点が電気的に接地されている）と最小透過率（印加電圧がλ/2 電圧）比です。消光比の測定は、直線偏光の CW レーザーをレーザー変調器に入力して出力側に偏光子を配置して行います（偏光子の方位は直線偏光レーザーに平行）。

ER = Tmax / Tmin

QIOPTIQ社製 電気光学変調器は全て広帯域です。
QIOPTIQ社製 モジュレータ（PM-C-BB 位相変調器）と、共振回路を形成するために使用できる、独立したサイン波アンプをご用意しています。
最も一般的なアプリケーションは、サイドバンド発生です。

• 変調器のタイプ：位相変調器、強度変調器、またはユニバーサル変調器から選択できます。
  詳しくは質問1～4 をご参照ください。
• 波長：UV (300～390 nm)、可視 (400～850 nm)、赤外 (650～1000 nm、700～950 nm、950～1100 nm) の
  波長範囲で動作するレーザー変調器を提供しています。
• レーザー出力：選択した波長範囲によりますが、0.1 W から 20 W までのレーザー出力に対応する変調器を提供します。
• アパーチャ：ビームサイズに応じて、3 x 3 mm² または 5 x 5 mm² のアパーチャの変調器を選択してください。
  UV 変調器 および高出力対応変調器の中には、⌀1 mm または⌀3 mm のアパーチャストップを持つものがあります。
• レーザー光の直径：ビーム直径は、変調器のアパーチャの直径と比較して少なくとも 2.5 倍小さくなければなりません。
  したがって、3 x 3 mm² のアパーチャでは、最大ビーム直径は d1/e²≦1.2 mm であり、5 x 5 mm² のアパーチャでは、
  d1/e²≦2.0mmです。より大きなビーム径の使用も可能ですが、ケラレの原因となります。
• λ/2 電圧要件：質問5 および 質問6 に従って、レーザー変調器に必要な動作電圧を概算してください。
  お持ちの高電圧ドライバが必要な周波数で動作電圧を供給できることを確認してください。
  最大電圧は 800 V を超えないように注意してください。
• モジュレーション要件：レーザー変調器器と高電圧ドライバが必要な変調周波数をサポートしていることを確認してください（3 dB で < 100 MHz、3 dB リミットとは、100 MHz の変調深度のわずか 50%)。
  DIV20 パルスアンプを使用する場合は、質問9 を参照してください。
• 設置スペース：コンパクトなレーザー変調器が必要な場合は、LM13 シリーズをご検討ください（ただし LM0202 よりも大きな λ/2 スイッチング電圧が必要)。
  低い λ/2 電圧のレーザーモジュレータが必要な場合は、LM0202 シリーズを参照してください。
  詳細については質問12 を参照のしてください。
• その他の考慮すべき事項：消光比（質問10 参照)、透過率（レーザー変調器の仕様を参照)、
  ピエゾリンギング効果（質問7 参照)、立ち上がり/立ち下がり時間など。

電気光学変調器用ドライバの重要な性能パラメーターは、以下のとおりです：

• デジタルパルス変調（オン/オフ変調 または オン/オフスイッチング）および / または連続アナログ変調が必要かどうか（質問8 参照)。
• 最大電圧（必要な最大電圧を確認してください。質問5 および 質問6 を参照）
• 変調周波数 または パルス周波数帯域とドライバの周波数
• 立上り および 立下り時間（レーザー変調器 および ドライバの仕様を参照）
• ドライバの最大容量負荷（LM13は C = 46pF、LM0202 は C = 82 pF）

ユニバーサル変調器は、直線偏光の偏光面を回転させるのに適しています（質問1 参照)。
λ/4 波長板をユニバーサル変調器の出力側に配置すると、印加電圧に応じて直線偏光の偏光面を連続的に回転させることができます。

強度変調器またはユニバーサル変調器のいずれかが、MHz 範囲までの周波数および <30 ns の立上がり時間で、レーザー強度を低速または高速に ON/OFF するのに適しています（質問1 参照)。

強度変調器 または ユニバーサル変調器のいずれかが、MHz 範囲までの周波数 および< 30 ns の立上がり時間を有するレーザー強度の連続変調に適しています（質問1 参照)。

はい、位相変調器は、干渉またはホログラフィックセットアップの位相安定化に適しています。
位相変調器に印加される電圧は、フィードバック信号に応じて PID 増幅回路で制御する必要があります。

はい、変調器の入出力開口部（つまり光軸）をレーザービーム位置に対して調整して、透過率と消光比を最大にする必要があります。
また、オフセット電圧は、レーザー変調器の調整によって減少または増加させることができます。
変調器位置の側面方向および角度調整が、レーザービームの変調器への入力を最適化して最大の透過率および消光比を保証するために重要です。

QIOPTIQ社製 光学マウントの調整可能ホルダ 55-M>（型番 G035904000）を 2個使用することをお勧めします。
これにより、EOM の側面および角度調整だけでなく、適切な取り付けが可能になります。
変調器の直径が≧50 mm である場合、V クランプ型マウントも使えます。
例えば、QIOPTIQ社製 光学マウントのオブジェクトホルダ 50-M（型番 G024446000）を使用します。
側面方向および角度調整を可能であれば、他のコンセプトの光学マウントも適している場合があります。
逆にレーザー光を横側面方向および角度調整することができる場合には、固定マウントに EOM を設置することも可能です。
これは、通常 2 つの調整可能ミラーを使用します。レーザー変調器の横方向および角度調整は、変調器の光軸および開口位置をビームに対して最適化し、最大の透過率および消光比を達成するために重要です。

変調器を長時間使用しない（例えば、一晩使用しない）場合は、電圧を OFF にしてください。
EOM を直立して保管しないでください。 QIOPTIQ社製 EOモジュレータのほとんどは、光学液浸液で内部が満たされています。
変調器を直立させて保管すると、窓と結晶の間に小さな気泡を形成する危険性があります。
同様の理由で、セットアップ時に EOM を直立位置に設置しないでください。

QIOPTIQ社製 DIV20 デジタルパルスアンプには、必要なコネクター・ケーブルも含まれます。
別のドライバ（デジタルまたはアナログ電圧アンプ、質問8. a と b）を使用する場合は、コネクター・ケーブルを別途用意してください。

LM0202 および LM13 に適したコネクタータイプ：

• 2x バナナ コネクター（例：Multi Contact SA 200 22.1100 など）パルスおよびオフセットシグナル用
• 1x ピンコネクター（例：Multi Contact SA 404 22.1054）接地用

Pound-Drever-Hall (PDH) テクニックのようなレーザー安定化技術の多くは、レーザーの中心波長の両側に ±10 MHz の間隔で配置されたサイドバンド発生を必要とします。
これらのサイドバンドを、電気光学変調器によるレーザー光の 10 MHz 位相変調によって発生させます。
QIOPTIQ社製 PM-C-BBおよび PM 25位相変調器は、このようなレーザー安定化技術に最適の変調器です。
ご注意ください：PM-C-BB は、内部の結晶のブリュースターカットのため、出力ビームが横方向にオフセットされます。
PM 25 シリーズは横方向のビームオフセットがほとんどありません。
それはPM25の設計が、補償のためのブリュースター角の結晶 2個に基づいており、さらにブリュースターの偏光子 2個が適切に配置されているためです。