JP2020113569A - Laser induction breakdown spectral instrument - Google Patents

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ラケシュ バンダリ
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Abstract

To provide a laser induction breakdown spectral instrument capable of realizing a small size at a low price by obtaining an appropriate double UV pulse with one laser.SOLUTION: A laser induction breakdown spectral instrument comprises: a passive q switch laser 110a that oscillates a fundamental wave of a quasi-continuous wave excitation by an excitation pulse whose on-pulse width is adjusted so as to generate a double pulse or three pulses within one period; wavelength conversion elements 16a and 16b that obtain an ultraviolet laser beam by performing a wavelength conversion of the fundamental wave ejected from the passive q switch laser; a light focus lens 4 collecting the ultraviolet laser beam from each wavelength conversion element to irradiate a sample front face; and a spectrometer 9 that measures a peak of spectrum from a signal of a plasma 6 generated in the sample front surface to perform a chemical analysis of a sample 5 on the basis of the peak of the spectrum to be measured.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、サンプル表面に短パルスでレーザを当てることで発生するプラズマを用いてサンプルの化学分析を行うレーザ誘起ブレイクダウン分光装置（ＬＩＢＳ，Laser Induced Breakdown Spectroscopy）に関する。 The present invention relates to a laser-induced breakdown spectrometer (LIBS) for chemically analyzing a sample using plasma generated by irradiating the sample surface with a short pulse laser.

レーザ誘起ブレイクダウン分光において、分光信号を強めるために、レーザのシングルパルスより、ピコ秒〜マイクロ秒の間隔で離れたダブルパルスを使われた方が有利だと知られている。 It is known that in laser-induced breakdown spectroscopy, it is advantageous to use double pulses separated by a picosecond to microsecond interval rather than a single pulse of a laser in order to strengthen a spectral signal.

また、従来のダブルパルスレーザ誘起ブレイクダウン分光装置は、赤外線レーザを用いて、洗浄液中の微量な金属元素を検知し、金属元素の濃度を測定することができる。 Further, the conventional double pulse laser induced breakdown spectroscopic device can detect a trace amount of metal element in the cleaning liquid by using an infrared laser and measure the concentration of the metal element.

しかしながら、赤外線レーザからの赤外線は、熱の影響が大きく、赤外線を用いて有機物の成分を検出することが困難であった。一方、紫外線は、熱の影響を受けにくいことから、２６６ｎｍ，３５５ｎｍの紫外光（ＵＶ）を出射するＵＶ半導体レーザ（ＵＶレーザ）を用いて、有機物の成分を検出することができる。 However, the infrared rays from the infrared laser have a great influence of heat, and it has been difficult to detect the organic substance components by using the infrared rays. On the other hand, since ultraviolet rays are not easily affected by heat, organic semiconductor components can be detected using a UV semiconductor laser (UV laser) that emits ultraviolet light (UV) of 266 nm and 355 nm.

図７に従来のダブルパルスレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の構成図を示す（非特許文献１）。レーザ誘起ブレイクダウン分光装置は、ＵＶレーザ１ａ，１ｂ、λ／２波長板２ａ，２ｂ、偏光ビームスプリッタ３ａ，３ｂ、集光レンズ４、サンプル（試料）５、収集ヘッド７、光ファイバ８、スペクトロメータ９を備えている。 FIG. 7 shows a configuration diagram of a conventional double pulse laser induced breakdown spectroscopy device (Non-Patent Document 1). The laser-induced breakdown spectroscope includes UV lasers 1a and 1b, λ/2 wave plates 2a and 2b, polarization beam splitters 3a and 3b, a condenser lens 4, a sample (sample) 5, a collection head 7, an optical fiber 8, and a spectroscope. A meter 9 is provided.

ＵＶレーザ１ａからのＵＶレーザ光は、λ／２波長板２ａを通して、偏光ビームスプリッタ３ａで偏光されて第１レーザパルスが集光レンズ４に導光される。ＵＶレーザ１ｂからのＵＶレーザ光は、λ／２波長板２ｂを通して、偏光ビームスプリッタ３ｂで偏光されて第２レーザパルスが集光レンズ４に導光される。 The UV laser light from the UV laser 1 a is polarized by the polarization beam splitter 3 a through the λ/2 wavelength plate 2 a and the first laser pulse is guided to the condenser lens 4. The UV laser light from the UV laser 1b is polarized by the polarization beam splitter 3b through the λ/2 wavelength plate 2b, and the second laser pulse is guided to the condenser lens 4.

即ち、第１レーザパルスと第２レーザパルスとのダブルＵＶパルスが集光レンズ４で集光されてサンプル５の表面に照射される。 That is, the double UV pulse of the first laser pulse and the second laser pulse is condensed by the condenser lens 4 and irradiated on the surface of the sample 5.

このため、サンプル５の表面からプラズマ６が発生し、プラズマ６の信号を収集ヘッド７で収集し、収集されたプラズマ６の信号は、光ファイバ８を介してスペクトロメータ９に送られる。 Therefore, the plasma 6 is generated from the surface of the sample 5, the signal of the plasma 6 is collected by the collecting head 7, and the collected signal of the plasma 6 is sent to the spectrometer 9 through the optical fiber 8.

スペクトロメータ９は、分光器等を有しており、プラズマ６の信号のピークスペクトルを測定し、測定されたピークスペクトルに基づき、サンプル５の化学組成を分析することができる。また、ダブルＵＶパルスを用いているので、プラズマの信号（分光信号）を強めることができ、サンプル５の化学組成を正確に分析することができる。 The spectrometer 9 has a spectroscope or the like, can measure the peak spectrum of the signal of the plasma 6, and can analyze the chemical composition of the sample 5 based on the measured peak spectrum. Further, since the double UV pulse is used, the signal of the plasma (spectral signal) can be strengthened, and the chemical composition of the sample 5 can be accurately analyzed.

Proc. of SPIE Vol.7214 72140J-1 Ultrafast Phenomena in Semiconductors and Nanostructure Materials XIII, ”Laser ablation of organic materials for discrimination of bacteria in an inorganic background“, Matthieu Baudelet et.al.Proc. of SPIE Vol.7214 72140J-1 Ultrafast Phenomena in Semiconductors and Nanostructure Materials XIII, ``Laser ablation of organic materials for discrimination of bacteria in an inorganic background“, Matthieu Baudelet et.al.

しかしながら、ダブルＵＶパルスを得るために、２つのＵＶレーザ１ａ，１ｂが使用されているため、レーザ誘起ブレイクダウン分光装置のコストが高くなり、サイズも大きくなっていた。 However, since the two UV lasers 1a and 1b are used to obtain the double UV pulse, the cost and size of the laser-induced breakdown spectroscope have been increased.

また、サンプル５が遠い場所にある場合には、ＵＶレーザ１ａからの第１レーザパルスとＵＶレーザ１ｂからの第２レーザパルスとを集光レンズ４で集光したビームスポットを重ね合わせるのが難しかった。 Further, when the sample 5 is at a distant place, it is difficult to overlap the beam spots obtained by condensing the first laser pulse from the UV laser 1a and the second laser pulse from the UV laser 1b with the condensing lens 4. It was

本発明の課題は、１つのレーザで適切なダブルＵＶパルスを得ることにより、低価格で小サイズを実現することができるレーザ誘起ブレイクダウン分光装置を提供する。 An object of the present invention is to provide a laser-induced breakdown spectroscope capable of realizing a small size at low cost by obtaining an appropriate double UV pulse with one laser.

請求項１のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置は、１周期内にダブルパルス又は３つのパルスを発生するようにオンパルス幅が調整された励起パルスで準連続波励起の基本波を発振する受動Ｑスイッチレーザと、前記受動Ｑスイッチレーザから出射された基本波を波長変換することにより紫外レーザ光を得る波長変換素子と、前記波長変換素子からの紫外レーザ光を集光してサンプル表面に照射する集光レンズと、前記サンプル表面に発生するプラズマの信号からスペクトルのピークを測定し、測定されたスペクトルのピークに基づき前記サンプルの化学分析を行うスペクトロメータを備えることを特徴とする。 The laser-induced breakdown spectrometer according to claim 1 is a passive Q-switched laser that oscillates a quasi-continuous wave fundamental wave with an excitation pulse whose on-pulse width is adjusted to generate a double pulse or three pulses in one cycle. A wavelength conversion element that obtains an ultraviolet laser beam by wavelength-converting the fundamental wave emitted from the passive Q-switched laser; and a condensing element that condenses the ultraviolet laser beam from the wavelength conversion element and irradiates the sample surface. It is characterized by comprising a lens and a spectrometer for measuring a spectrum peak from a signal of plasma generated on the surface of the sample, and performing a chemical analysis of the sample based on the measured peak of the spectrum.

請求項２の発明は、１周期内にダブルパルス又は３つのパルスを発生するようにパルスの振幅が調整された励起パルスで準連続波励起の基本波を発振する受動Ｑスイッチレーザと、前記受動Ｑスイッチレーザから出射された基本波を波長変換することにより紫外レーザ光を得る波長変換素子と、前記波長変換素子からの紫外レーザ光を集光してサンプル表面に照射する集光レンズと、前記サンプル表面に発生するプラズマの信号からスペクトルのピークを測定し、測定されたスペクトルのピークに基づき前記サンプルの化学分析を行うスペクトロメータを備えることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is a passive Q-switched laser that oscillates a fundamental wave of quasi-continuous wave excitation with an excitation pulse whose pulse amplitude is adjusted to generate a double pulse or three pulses within one period, and the passive Q-switched laser. A wavelength conversion element that obtains ultraviolet laser light by wavelength-converting the fundamental wave emitted from the Q-switch laser; a condenser lens that collects the ultraviolet laser light from the wavelength conversion element and irradiates it onto the sample surface; It is characterized by comprising a spectrometer for measuring a spectrum peak from a signal of plasma generated on the surface of the sample and performing a chemical analysis of the sample based on the measured spectrum peak.

請求項３の発明では、前記受動Ｑスイッチレーザは、Ｎｄ：ＹＡＧからなるレーザ媒質と、前記レーザ媒質からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加するＣｒ４＋：ＹＡＧからなる可飽和吸収体とを有することを特徴とする。 In the invention of claim 3, the passive Q-switched laser is a saturable absorber made of a laser medium made of Nd:YAG and Cr 4+ :YAG whose transmittance increases with absorption of laser light from the laser medium. And having.

請求項４の発明では、受動Ｑスイッチレーザは、マイクロチップで形成されていることを特徴とする。 In the invention of claim 4, the passive Q-switched laser is formed by a microchip.

請求項５の発明では、前記受動Ｑスイッチレーザは、１周期内にダブルパルス又は３つのパルスを発生するようにパルスの振幅が調整された励起パルスで準連続波励起の受動Ｑスイッチレーザからなることを特徴とする。 In the invention of claim 5, the passive Q-switched laser is a passive Q-switched laser that is quasi-continuous-wave pumped with a pump pulse whose pulse amplitude is adjusted so as to generate a double pulse or three pulses within one period. It is characterized by

請求項６の発明では、前記波長変換素子は、ＬｉＢ３Ｏ５結晶からなる。 In the invention of claim 6, the wavelength conversion element is made of a LiB 3 O 5 crystal.

請求項７の発明では、前記波長変換素子は、ＬｉＢ３Ｏ５結晶とＢａＢ２Ｏ４とからなる。 In the invention of claim 7, the wavelength conversion element is made of LiB 3 O 5 crystal and BaB 2 O 4 .

本発明によれば、受動Ｑスイッチレーザは、オンパルスの幅又は振幅が調整された励起パルスで準連続波励起を行うので、１周期内にダブルパルス又は３つのパルスを持つ基本波が発生し、波長変換素子が基本波を紫外レーザ光に変換し、紫外レーザ光のダブルパルス又は３つのパルスを用いてサンプルの化学分析を行うことができる。従って、１つのＵＶレーザで適切なダブルＵＶパルスを得ることにより、低価格で小サイズを実現することができる。さらに、以前述べた２つのレーザのビームスポットを重ね合わせる問題を避けた。 According to the present invention, the passive Q-switched laser performs quasi-continuous wave excitation with an excitation pulse whose on-pulse width or amplitude is adjusted, so that a fundamental wave having a double pulse or three pulses in one cycle is generated, The wavelength conversion element converts the fundamental wave into ultraviolet laser light, and chemical analysis of the sample can be performed using double pulses or three pulses of the ultraviolet laser light. Therefore, by obtaining an appropriate double UV pulse with one UV laser, it is possible to realize a small size at low cost. Furthermore, the problem of overlapping the beam spots of the two lasers described previously was avoided.

本発明の実施例１のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の構成図である。It is a block diagram of the laser induced breakdown spectroscopy apparatus of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例２のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の構成図である。It is a block diagram of the laser induced breakdown spectroscopy apparatus of Example 2 of this invention. 実施例１のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の具体的構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of the laser-induced breakdown spectroscopy device of the first embodiment. 実施例１のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の変形例を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a modified example of the laser-induced breakdown spectroscopy device of the first embodiment. 実施例２のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の具体的構成を示す図である。It is a figure which shows the concrete structure of the laser induced breakdown spectroscopy apparatus of Example 2. 実施例２のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の変形例を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing a modified example of the laser-induced breakdown spectroscopy device of the second embodiment. 従来のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の一例の構成図である。It is a block diagram of an example of the conventional laser induced breakdown spectroscopy apparatus.

以下、本発明のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 An embodiment of a laser-induced breakdown spectroscopy device of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

（実施例１）
以下、本発明の実施形態に係るレーザ誘起ブレイクダウン分光装置を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施例１のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の構成図である。図１に示す実施例１のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置は、受動ＱスイッチＵＶレーザ１１、集光レンズ４、サンプル５、収集ヘッド７、光ファイバ８、スペクトロメータ９を備えている。 (Example 1)
Hereinafter, a laser induced breakdown spectroscopy device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 is a configuration diagram of a laser-induced breakdown spectroscopy device according to a first embodiment of the present invention. The laser-induced breakdown spectroscopy apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1 includes a passive Q-switch UV laser 11, a condenser lens 4, a sample 5, a collecting head 7, an optical fiber 8, and a spectrometer 9.

受動ＱスイッチＵＶレーザ１１の励起は、ＱＣＷ(Quasi-Continuous-Wave、準連続波)励起パルスにより行う。ＱＣＷ励起の場合、レーザ発振の閾値が励起パルスのパルス振幅とパルス幅によって決定される。 The passive Q-switch UV laser 11 is excited by a QCW (Quasi-Continuous-Wave, quasi-continuous wave) excitation pulse. In the case of QCW excitation, the laser oscillation threshold value is determined by the pulse amplitude and pulse width of the excitation pulse.

パルス振幅をＡで一定値にすると、レーザ発振を得るために、パルス幅を閾値Ｗ１以上にする必要がある。この閾値Ｗ１は、レーザの設計、例えば励起ビームサイズ、レーザ媒質、受動Ｑスイッチの媒質、共振器の損失等で決定される。この条件で、１つの励起パルスに対して、１つのレーザ出力パルスが得られる。 When the pulse amplitude is set to a constant value of A, it is necessary to set the pulse width to a threshold value W 1 or more in order to obtain laser oscillation. This threshold value W 1 is determined by the laser design, for example, the pump beam size, the laser medium, the medium of the passive Q switch, the loss of the resonator, and the like. Under this condition, one laser output pulse is obtained for one pump pulse.

励起パルス幅をもっと長くし、図１に示すように、パルス幅Ｗ２＞Ｗ１＋Ｔの時に、１つの励起パルスに対して、２つのレーザ出力パルスが得られる。即ち、励起パルスの１周期内にダブルＵＶパルスを発生するようにオンパルス幅を調整することで、ダブルＵＶパルスが得られる。Ｔの値は、レーザの設計、例えば励起ビームサイズ、レーザ媒質、受動Ｑスイッチの媒質、共振器の損失等で決定される。 With a longer excitation pulse width, and as shown in FIG. 1, when the pulse width W 2 >W 1 +T, two laser output pulses are obtained for one excitation pulse. That is, the double UV pulse can be obtained by adjusting the on-pulse width so that the double UV pulse is generated within one cycle of the excitation pulse. The value of T is determined by the laser design, for example, the pump beam size, the laser medium, the passive Q-switch medium, the loss of the resonator, and the like.

このように、受動ＱスイッチＵＶレーザ１１において、パルス幅Ｗ２＞Ｗ１＋Ｔにすることで、ダブルＵＶパルスＰ１，Ｐ２が得られ、ダブルＵＶパルスＰ１，Ｐ２が集光レンズ４を介してサンプル５の表面に照射される。 Thus, in the passive Q-switch UV laser 11, the double UV pulses P1 and P2 are obtained by setting the pulse width W 2 >W 1 +T, and the double UV pulses P1 and P2 are sampled through the condenser lens 4. The surface of No. 5 is irradiated.

このため、サンプル５の表面からプラズマ６が発生し、スペクトロメータ９は、プラズマ６の信号のピークスペクトルを測定し、測定されたピークスペクトルに基づき、サンプル５の化学組成を分析する。 Therefore, plasma 6 is generated from the surface of sample 5, and spectrometer 9 measures the peak spectrum of the signal of plasma 6 and analyzes the chemical composition of sample 5 based on the measured peak spectrum.

従って、１つの受動ＱスイッチＵＶレーザ１１で適切なダブルＵＶパルスを得ることにより、低価格で小サイズを実現することができる。 Therefore, by obtaining an appropriate double UV pulse with one passive Q-switch UV laser 11, it is possible to realize a small size at low cost.

（実施例２）
図２は、実施例２のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の構成図である。励起源１０ａは、ＱＣＷ励起した励起パルスを受動ＱスイッチＵＶレーザ１１ａに出力する。励起パルスは、パルス幅Ｗ３＞Ｗ１＋２Ｔである。励起パルスの振幅は、Ａで一定値である。 (Example 2)
FIG. 2 is a configuration diagram of the laser-induced breakdown spectroscopy device of the second embodiment. The excitation source 10a outputs the excitation pulse excited by QCW to the passive Q-switch UV laser 11a. The excitation pulse has a pulse width W 3 >W 1 +2T. The amplitude of the excitation pulse is A and has a constant value.

図２に示すように、パルス幅Ｗ３をパルス幅Ｗ３＞Ｗ１＋２Ｔにすると、１つの励起パルスに対して、３つのＵＶレーザ出力パルスが得られる。即ち、励起パルスの１周期内に３つのＵＶパルスを発生するようにオンパルス幅を調整することで、３つのＵＶパルスが得られる。２Ｔの値は、レーザの設計、例えば励起ビームサイズ、レーザ媒質、受動Ｑスイッチの媒質、共振器の損失等で決定される。 As shown in FIG. 2, when the pulse width W 3 is set to the pulse width W 3 >W 1 +2T, three UV laser output pulses are obtained for one excitation pulse. That is, three UV pulses can be obtained by adjusting the on-pulse width so that three UV pulses are generated within one cycle of the excitation pulse. The value of 2T is determined by the laser design, for example, the pump beam size, the laser medium, the medium of the passive Q switch, the loss of the resonator, and the like.

このように、パルス幅Ｗ３をパルス幅Ｗ３＞Ｗ１＋２Ｔにすることで、３つのＵＶパルスが得られるので、分光信号をより大きくする可能性がある。 In this way, by setting the pulse width W 3 to the pulse width W 3 >W 1 +2T, three UV pulses can be obtained, and therefore the spectral signal may be increased.

（実施例１の受動ＱスイッチＵＶレーザの具体的構成）
図３に、実施例１のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の具体的構成を示す。図１に示す受動ＱスイッチＵＶレーザ１１は、図３に示す受動Ｑスイッチレーザ１１０ａとＬＢＯ１６ａ，１６ｂとから構成されている。 (Specific Configuration of Passive Q-Switch UV Laser of Example 1)
FIG. 3 shows a specific configuration of the laser-induced breakdown spectroscopy device of the first embodiment. The passive Q-switch UV laser 11 shown in FIG. 1 is composed of the passive Q-switch laser 110a and LBOs 16a and 16b shown in FIG.

受動Ｑスイッチレーザ１１０ａは、１周期内にダブルパルスを発生するようにオンパルス幅が調整された励起パルスで準連続波励起の基本波（波長が１０６４ｎｍ）を発振する。受動Ｑスイッチレーザ１１０ａは、励起源１０、入力ミラー１２、レーザ媒質１４、可飽和吸収体１５、出力ミラー１３を備えている。入力ミラー１２、レーザ媒質１４、可飽和吸収体１５、出力ミラー１３は、光共振器を構成する。 The passive Q-switched laser 110a oscillates a quasi-continuous wave fundamental wave (having a wavelength of 1064 nm) with an excitation pulse whose on-pulse width is adjusted so as to generate a double pulse within one cycle. The passive Q-switched laser 110 a includes a pump source 10, an input mirror 12, a laser medium 14, a saturable absorber 15, and an output mirror 13. The input mirror 12, the laser medium 14, the saturable absorber 15, and the output mirror 13 form an optical resonator.

励起源１０は、励起（ポンプ）用のレーザダイオードを有し、レーザダイオードでＱＣＷ励起した励起パルスをレーザ媒質１４に出力する。励起パルスは、パルス幅Ｗ２＞Ｗ１＋Ｔである。励起パルスの振幅は、Ａで一定値である。 The pumping source 10 has a laser diode for pumping (pumping) and outputs a pumping pulse QCW pumped by the laser diode to the laser medium 14. The excitation pulse has a pulse width W 2 >W 1 +T. The amplitude of the excitation pulse is A and has a constant value.

レーザ媒質１４は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、ＹＶＯ４、又はＧｄＶＯ４からなり、入力ミラー１２と出力ミラー１３との間に配置される。レーザ媒質１４の一端側には、入力ミラー１２が配置され、入力ミラー１２は、励起光を透過しレーザ光を高反射率で反射する。出力ミラー１３は、レーザ光の一部を透過するとともに、残りを反射させる。 The laser medium 14 is made of, for example, Nd:YAG, YVO 4 , or GdVO 4 , and is arranged between the input mirror 12 and the output mirror 13. The input mirror 12 is arranged on one end side of the laser medium 14, and the input mirror 12 transmits the excitation light and reflects the laser light with high reflectance. The output mirror 13 transmits a part of the laser light and reflects the rest.

可飽和吸収体１５は、入力ミラー１２と出力ミラー１３との間に配置され、レーザ媒質１４からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する。可飽和吸収体１５は、励起準位の電子密度が飽和すると、透明化し、光共振器のＱ値が急激に高まりレーザ発振が発生してパルス光が発生する。可飽和吸収体１５は、例えば、Ｃｒ４＋：ＹＡＧからなる。 The saturable absorber 15 is arranged between the input mirror 12 and the output mirror 13, and its transmittance increases as the laser light from the laser medium 14 is absorbed. When the electron density at the excitation level is saturated, the saturable absorber 15 becomes transparent, the Q value of the optical resonator is rapidly increased, and laser oscillation occurs to generate pulsed light. The saturable absorber 15 is made of, for example, Cr 4+ :YAG.

ＬＢＯ１６ａ，１６ｂは、本発明の波長変換素子に対応し、例えば、ＬｉＢ３Ｏ５の非線形結晶からなり、受動Ｑスイッチレーザ１１０ａからの基本波を波長変換する。ＬＢＯ１６ａは、受動Ｑスイッチレーザ１１０ａからの基本波（波長１０６４ｎｍ）を波長変換して２倍波（波長５３２ｎｍ）を得る。ＬＢＯ１６ｂは、ＬＢＯ１６ａからの基本波（波長１０６４ｎｍ）と２倍波（波長５３２ｎｍ）とを混合して３倍波（波長３５５ｎｍ）のＵＶレーザ光を得て、集光レンズ４に出力する。 The LBOs 16a and 16b correspond to the wavelength conversion element of the present invention, and are made of, for example, a non-linear crystal of LiB 3 O 5 and wavelength-convert the fundamental wave from the passive Q-switch laser 110a. The LBO 16a wavelength-converts the fundamental wave (wavelength 1064 nm) from the passive Q-switch laser 110a to obtain a second harmonic wave (wavelength 532 nm). The LBO 16 b mixes the fundamental wave (wavelength 1064 nm) and the second harmonic (wavelength 532 nm) from the LBO 16 a to obtain a third harmonic (wavelength 355 nm) UV laser light and outputs it to the condenser lens 4.

このように受動Ｑスイッチレーザ１１０ａとＬＢＯ１６ａ，１６ｂとを用いることにより、ダブルＵＶパルスを得ることができるので、１つの受動ＱスイッチＵＶレーザ１１で適切なダブルＵＶパルスを得ることにより、低価格で小サイズを実現することができる。 By using the passive Q-switch laser 110a and the LBOs 16a and 16b in this way, a double UV pulse can be obtained. Therefore, by obtaining an appropriate double UV pulse with one passive Q-switch UV laser 11, the cost is low. A small size can be realized.

（実施例１のマイクロチップ型の受動Ｑスイッチレーザ）
図４に実施例１のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の変形例を示す。図４に示す変形例では、受動Ｑスイッチレーザ１１０ｂがマイクロチップ化されている。受動Ｑスイッチレーザ１１０ｂは、レーザ媒質１４と可飽和吸収体１５とが一体化され、レーザ媒質１４の入射面に入力ミラー１２ａが塗布され、可飽和吸収体１５の出射側に出力ミラー１３ａが塗布されている。 (Microchip-type passive Q-switched laser of Example 1)
FIG. 4 shows a modification of the laser-induced breakdown spectroscopy device of the first embodiment. In the modification shown in FIG. 4, the passive Q-switched laser 110b is made into a microchip. In the passive Q-switched laser 110b, the laser medium 14 and the saturable absorber 15 are integrated, the input surface of the laser medium 14 is coated with the input mirror 12a, and the output side of the saturable absorber 15 is coated with the output mirror 13a. Has been done.

以上の構成により、受動Ｑスイッチレーザ１１０ｂのマイクロチップ化を図ることができる。 With the above configuration, the passive Q-switched laser 110b can be made into a microchip.

（実施例２の受動ＱスイッチＵＶレーザの具体的構成）
図５に、実施例２のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置の具体的構成を示す。図２に示す受動ＱスイッチＵＶレーザ１１ａは、図５に示す受動Ｑスイッチレーザ１１０ｂとＬＢＯ１６ａとＢＢＯ１７とから構成されている。 (Specific Configuration of Passive Q-Switch UV Laser of Example 2)
FIG. 5 shows a specific configuration of the laser-induced breakdown spectroscopy device of the second embodiment. The passive Q-switch UV laser 11a shown in FIG. 2 is composed of the passive Q-switch laser 110b, LBO 16a, and BBO 17 shown in FIG.

受動Ｑスイッチレーザ１１０ｂは、１周期内に３つのパルスを発生するようにオンパルス幅が調整された励起パルスで準連続波励起の基本波（波長が１０６４ｎｍ）を発振する。受動Ｑスイッチレーザ１１０ｂは、励起源１０、入力ミラー１２、レーザ媒質１４、可飽和吸収体１５、出力ミラー１３を備えている。 The passive Q-switch laser 110b oscillates a quasi-continuous wave fundamental wave (wavelength is 1064 nm) with an excitation pulse whose on-pulse width is adjusted so as to generate three pulses in one cycle. The passive Q-switched laser 110b includes a pump source 10, an input mirror 12, a laser medium 14, a saturable absorber 15, and an output mirror 13.

励起源１０の励起パルスは、パルス幅Ｗ３をパルス幅Ｗ３＞Ｗ１＋２Ｔにする。即ち、励起パルスの１周期内に３つのＵＶパルスを発生するようにオンパルス幅を調整することで、３つのＵＶパルスが得られる。 The excitation pulse of the excitation source 10 sets the pulse width W 3 to the pulse width W 3 >W 1 +2T. That is, three UV pulses can be obtained by adjusting the on-pulse width so that three UV pulses are generated within one cycle of the excitation pulse.

ＬＢＯ１６ａとＢＢＯ（バリウムボライト）１７は、本発明の波長変換素子に対応し、非線形結晶からなる。ＢＢＯ１７は、例えば、ＢａＢ２Ｏ４からなる。ＬＢＯ１６ａは、受動Ｑスイッチレーザ１１０ａからの基本波（波長１０６４ｎｍ）を波長変換して２倍波（波長５３２ｎｍ）を得る。ＢＢＯ１７は、ＬＢＯ１６ａからの２倍波（波長５３２ｎｍ）と２倍波（波長５３２ｎｍ）を混合して４倍波（波長２６６ｎｍ）のＵＶレーザ光を得て、集光レンズ４に出力する。 The LBO 16a and the BBO (barium boride) 17 correspond to the wavelength conversion element of the present invention and are made of a non-linear crystal. The BBO 17 is made of, for example, BaB 2 O 4 . The LBO 16a wavelength-converts the fundamental wave (wavelength 1064 nm) from the passive Q-switch laser 110a to obtain a second harmonic wave (wavelength 532 nm). The BBO 17 mixes the second harmonic wave (wavelength 532 nm) and the second harmonic wave (wavelength 532 nm) from the LBO 16 a to obtain a fourth harmonic wave (wavelength 266 nm) UV laser light and outputs it to the condenser lens 4.

このように受動Ｑスイッチレーザ１１０ｂとＬＢＯ１６ａとＢＢＯ１７とを用いることにより、３つのＵＶパルスを得ることができるので、１つの受動ＱスイッチＵＶレーザ１１ａで適切な３つのＵＶパルスを得ることにより、低価格で小サイズを実現することができる。 By using the passive Q-switch laser 110b, the LBO 16a, and the BBO 17 as described above, three UV pulses can be obtained. Small size can be realized at a price.

なお、本発明は、上述した実施例１及び実施例２のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置に限定されるものではない。実施例１及び実施例２のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置では、励起パルスの振幅が一定値で且つ励起パルス幅のオン幅を調整することで、ダブルＵＶパルス又は３つのＵＶパルスを発生させていたが、例えば、励起パルスのパルス幅が一定値にし、励起パルスの振幅を調整することで、ダブルＵＶパルス又は３つのＵＶパルスを発生させてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the laser-induced breakdown spectroscopy devices of the above-described first and second embodiments. In the laser-induced breakdown spectroscopic devices of Example 1 and Example 2, a double UV pulse or three UV pulses were generated by adjusting the on-width of the excitation pulse width while the amplitude of the excitation pulse was constant. However, for example, a double UV pulse or three UV pulses may be generated by adjusting the pulse width of the excitation pulse to a constant value and adjusting the amplitude of the excitation pulse.

あるいは、励起パルスのパルス幅のオン幅と振幅との両方を調整することで、ダブルＵＶパルス又は３つのＵＶパルスを発生させてもよい。このようにすれば、その効果がさらに大となる。 Alternatively, the double UV pulse or the three UV pulses may be generated by adjusting both the on width and the amplitude of the pulse width of the excitation pulse. If this is done, the effect will be even greater.

本発明は、分光法、レーザを用いた測定器、レーザ加工、レーザ誘起ブレイクダウン分光法に適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to spectroscopy, laser measuring instruments, laser processing, and laser-induced breakdown spectroscopy.

１ａ，１ｂ ＵＶレーザ
２ａ，２ｂ λ／２波長板
３ａ，３ｂ 偏光ビームスプリッタ
４ 集光レンズ
５ サンプル
６ プラズマ
７ 収集ヘッド
８ 光ファイバ
９ スペクトロメータ
１１，１１ａ 受動ＱスイッチＵＶレーザ
１１０ａ，１１０ｂ 受動Ｑスイッチレーザ
１２，１２ａ 入力ミラー
１３，１３ａ 出力ミラー
１４ レーザ媒質
１６ａ，１６ｂ ＬＢＯ
１７ ＢＢＯ 1a, 1b UV lasers 2a, 2b λ/2 wavelength plates 3a, 3b Polarizing beam splitter 4 Condensing lens 5 Sample 6 Plasma 7 Collecting head 8 Optical fiber 9 Spectrometer 11, 11a Passive Q switch UV laser 110a, 110b Passive Q switch Laser 12, 12a Input mirror 13, 13a Output mirror 14 Laser medium 16a, 16b LBO
17 BBO

Claims (7)

１周期内にダブルパルス又は３つのパルスを発生するようにオンパルス幅が調整された励起パルスで準連続波励起の基本波を発振する受動Ｑスイッチレーザと、
前記受動Ｑスイッチレーザから出射された基本波を波長変換することにより紫外レーザ光を得る波長変換素子と、
前記波長変換素子からの紫外レーザ光を集光してサンプル表面に照射する集光レンズと、
前記サンプル表面に発生するプラズマの信号からスペクトルのピークを測定し、測定されたスペクトルのピークに基づき前記サンプルの化学分析を行うスペクトロメータと、
を備えることを特徴とするレーザ誘起ブレイクダウン分光装置。 A passive Q-switched laser that oscillates a fundamental wave of quasi-continuous wave excitation with an excitation pulse whose on-pulse width is adjusted to generate a double pulse or three pulses in one cycle,
A wavelength conversion element that obtains an ultraviolet laser beam by converting the wavelength of a fundamental wave emitted from the passive Q-switched laser;
A condenser lens that condenses the ultraviolet laser light from the wavelength conversion element and irradiates the sample surface.
A spectrometer that measures a spectrum peak from a signal of plasma generated on the sample surface, and performs a chemical analysis of the sample based on the measured spectrum peak,
A laser-induced breakdown spectroscopic device comprising: １周期内にダブルパルス又は３つのパルスを発生するようにパルスの振幅が調整された励起パルスで準連続波励起の基本波を発振する受動Ｑスイッチレーザと、
前記受動Ｑスイッチレーザから出射された基本波を波長変換することにより紫外レーザ光を得る波長変換素子と、
前記波長変換素子からの紫外レーザ光を集光してサンプル表面に照射する集光レンズと、
前記サンプル表面に発生するプラズマの信号からスペクトルのピークを測定し、測定されたスペクトルのピークに基づき前記サンプルの化学分析を行うスペクトロメータと、
を備えることを特徴とするレーザ誘起ブレイクダウン分光装置。 A passive Q-switched laser that oscillates a fundamental wave of quasi-continuous wave excitation with an excitation pulse whose pulse amplitude is adjusted so as to generate a double pulse or three pulses within one cycle,
A wavelength conversion element that obtains an ultraviolet laser beam by converting the wavelength of the fundamental wave emitted from the passive Q-switched laser;
A condenser lens that collects the ultraviolet laser light from the wavelength conversion element and irradiates the sample surface.
A spectrometer for measuring a spectrum peak from a signal of plasma generated on the sample surface, and performing a chemical analysis of the sample based on the measured spectrum peak,
A laser-induced breakdown spectroscopic device comprising: 前記受動Ｑスイッチレーザは、Ｎｄ：ＹＡＧからなるレーザ媒質と、前記レーザ媒質からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加するＣｒ４＋：ＹＡＧからなる可飽和吸収体とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置。 The passive Q-switched laser includes a laser medium made of Nd:YAG and a saturable absorber made of Cr 4+ :YAG whose transmittance increases with absorption of laser light from the laser medium. The laser-induced breakdown spectroscopy device according to claim 1 or 2. 前記受動Ｑスイッチレーザは、マイクロチップで形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置。 The laser-induced breakdown spectroscopy device according to any one of claims 1 to 3, wherein the passive Q-switched laser is formed of a microchip. 前記受動Ｑスイッチレーザは、１周期内にダブルパルス又は３つのパルスを発生するようにパルスの振幅が調整された励起パルスで準連続波励起の受動Ｑスイッチレーザからなることを特徴とする請求項１記載のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置。 The passive Q-switched laser comprises a quasi-continuous wave pumped passive Q-switched laser with an excitation pulse whose pulse amplitude is adjusted so as to generate a double pulse or three pulses within one period. 1. The laser-induced breakdown spectroscopic device described in 1. 前記波長変換素子は、ＬｉＢ３Ｏ５結晶からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置。 The wavelength conversion element, LiB 3 O 5 laser induced breakdown spectroscopy system of any one of claims 1 to 5, characterized in that it consists of crystal. 前記波長変換素子は、ＬｉＢ３Ｏ５結晶とＢａＢ２Ｏ４とからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のレーザ誘起ブレイクダウン分光装置。
The laser-induced breakdown spectroscopy device according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is made of LiB 3 O 5 crystal and BaB 2 O 4 .
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