Vol.2 No.4 2009

16/92

シンセシオロジー 研究論文−276−Synthesiology Vol.2 No.4 pp.276-287(Nov. 2009)1 はじめに長さは物理量のうちでも最も基本的なもので、長さの計測技術は科学や産業の場で高度に発達している。長さの国際単位はメートルであり、その標準としては19世紀の後半からメートル原器が使われてきたが、20世紀に入り1960年にクリプトンの放電ランプが発する橙色の光の波長に変更された。現在の長さの標準は1983年から用いられているもので、真空中を進む光の速度(光速度)をもとにして実現するものである注1。具体的には、特定の条件下で発振するレーザの波長を標準とする方法であり、最も広く用いられているものはヨウ素分子の吸収線に発振波長を安定化させたヘリウムネオンレーザである注2。現在我が国を初めとして世界の多くの国が、ヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザ石川 純長さの国家標準として用いられるヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザの発振波長は、レーザ共振器の機械的長さで決まる。従来、機械的安定度の高い共振器を実現するためには特殊な材料や素子を使ったり、周囲環境を厳重に管理したりすることは当然と考えられてきた。しかし、レーザの動作や共振器に要求される性能を詳しく調べた結果、レーザ共振器の機構に要求される機械的特性の多くは、市販の汎用部品で十分実現可能であることが明らかとなった。汎用部品を多用して大幅な価格低下を実現しつつ、発振波長の安定度や周囲環境の変動に対する耐性を大幅に向上させることが可能となり、国家標準器として十分な精度で、かつ保守や移送が容易なものを実現した。この設計にもとづくヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザは、日本の長さの国家標準として長年用いられただけでなく、民間の校正事業者が持つ標準器として、また発展途上国の国家標準器としても用いられている。誰でも作れて携行できる長さの国家標準器− ヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザ共振器の機構設計 −Jun IshikawaPortable national length standards designed and constructed using commercially available parts- An advanced mechanical design for the iodine stabilized He-Ne laser -The iodine stabilized He-Ne laser at 633 nm is widely used as the national length (wavelength) standards in many countries. Since the wavelength emitted by the laser is directly proportional to the cavity length of the laser, extremely high mechanical stability is necessary for the cavity of the iodine stabilized He-Ne laser. Many special parts as well as special materials are adopted to achieve a sufficiently high stability in the conventional iodine stabilized He-Ne lasers while the adoption of such special parts and materials brings difficulty in the maintenance of the lasers. I developed and constructed a new iodine stabilized He-Ne laser with a special mechanical design. The assembly and adjustment of the laser is quite easy. Although most parts and materials of the laser are commercially available, it showed better stability especially against the ambient temperature variation. The new iodine stabilized He-Ne lasers were used for a long time as the national length standards of Japan.キーワード:機構設計、精密機構、防振機構、長さ標準、ヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザKeywords:Mechanical design, fine mechanism, anti-vibration mechanism, length standard, iodine stabilized He-Ne laser産業技術総合研究所 デジタルものづくり研究センター 〒305-8564 つくば市並木1-2-1 つくば東Digital Manufacturing Research Center, AIST Tsukuba East, 1-2-1 Namiki, Tsukuba 305-8564, Japan Original manuscript received May 22, 2009, Revisions received September 24, 2009, Accepted September 25, 2009を国家標準として使っている。このレーザを国家標準とした場合の長さ計測のトレーサビリティ体系を図1に示す。一般に国家標準には、産業界や学術界で必要とされる計測の精度を十分に上回る最高の精度が求められる。したがって、国家標準の開発過程においては最高の精度を達成するために最新・高度・特殊な技術が投入される。しかし、いったん研究開発が終了し国家標準器が完成すると、次のフェーズで求められるのは、それをもとにしていかに効率的に産業界や学術界に標準を供給して活用するか、またその国家標準器をいかに安定して維持し続けていくかということである。このフェーズに移行するとしばしば最新・高度・特殊な技術は、高コストや入手の困難性から供給・維持業務において無視できない障害となる。

※このページを正しく表示するにはFlashPlayer9以上が必要です