CN111133296A - 物质远程确定装置和物质远程确定方法 - Google Patents

物质远程确定装置和物质远程确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111133296A
CN111133296A CN201880061675.3A CN201880061675A CN111133296A CN 111133296 A CN111133296 A CN 111133296A CN 201880061675 A CN201880061675 A CN 201880061675A CN 111133296 A CN111133296 A CN 111133296A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wavelength
laser
light
substance
irradiated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880061675.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111133296B (zh
Inventor
朝日一平
杉本幸代
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shikoku Research Institute Inc
Original Assignee
Shikoku Research Institute Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shikoku Research Institute Inc filed Critical Shikoku Research Institute Inc
Publication of CN111133296A publication Critical patent/CN111133296A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111133296B publication Critical patent/CN111133296B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/021—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using plane or convex mirrors, parallel phase plates, or particular reflectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0245—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using an optical amplifier of light, e.g. doped fiber
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/06—Scanning arrangements arrangements for order-selection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/14—Generating the spectrum; Monochromators using refracting elements, e.g. prisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
    • G02F1/3503—Structural association of optical elements, e.g. lenses, with the non-linear optical device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/1793—Remote sensing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N2021/653—Coherent methods [CARS]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
    • G02F1/3507—Arrangements comprising two or more nonlinear optical devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/354—Third or higher harmonic generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3551—Crystals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明提供能够从远距离处识别有害物质等不确定的物质的物质远程确定装置。一种物质远程确定装置及其方法，该物质远程确定装置包括：向被照射空间照射激光的激光装置(10)；将从激光装置出射的激光的波长转换为多个不同的波长并向被照射空间出射的波长转换装置(20)；对来自被照射物的共振拉曼散射引起的共振拉曼散射光进行聚光和检测的聚光检测装置(30、40、50)；和基于聚光检测装置(30、40、50)的检测结果识别被照射物的处理装置(60)。

Description

物质远程确定装置和物质远程确定方法
技术领域
本发明涉及利用共振拉曼散射，从远距离处确定有害物质等不确定的物质的物质远程确定装置和物质远程确定方法。
背景技术
一直以来，寻求对从远距离处确定可燃性气体等有害物质的技术。作为确定这样的物质的方法，已知有拉曼散射分光法(激光拉曼法)。拉曼散射是在向分子照射单色光时，散射光的频率位移分子中固有的振荡频率的现象，该散射光的频率位移量为物质中固有的量。因此，当向测定对象的物质照射规定的波长的激光时，从被照射激光的物质产生与激光的波长不同的波长的拉曼散射光，通过对该拉曼散射光进行分析，能够确定是否存在作为目标的物质。此外，已知该拉曼散射光的强度与该物质的密度成比例，因此能够从检测出的拉曼散射光的强度测定该物质的浓度。再有，已知在激光波长与物质固有的共振激发波长一致的情况下，由于共振效应，产生明显强度比通常的拉曼散射光(非共振拉曼散射光)高的拉曼散射光(以下，有时称为“共振拉曼散射光”。)。
已知有利用上述的拉曼散射光，从远距离处监视确定的物质的方法。例如，在专利文献1中，公开有向监视对象空间照射激光，将与测量对象气体相应的波长的拉曼散射光聚光，并将聚光的拉曼散射光的空间强度分布图像化，由此使泄漏气体可视化的气体泄漏监视方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3783019号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在现有技术中，能够通过使与作为测量对象的物质相应的拉曼散射光聚光，是否存在作为测量对象的物质、以及测定作为测量对象的物质的浓度，但不能从远距离处识别不确定的物质。
本发明的目的在于提供能够从远距离处识别有害物质等不确定的物质的物质远程确定装置。
解决问题的技术手段
本发明所涉及的物质远程确定装置，包括：具备出射特定波长的激光的振荡器的激光装置；对来自被照射空间的共振拉曼散射光进行聚光和检测的聚光检测装置；和基于所述聚光检测装置的检测结果，识别存在于被照射空间的被照射物的处理装置，该物质远程确定装置包括将从所述激光装置出射的激光的波长转换为多个不同的波长并向被照射空间出射的波长转换装置。
也可以构成为，所述振荡器是对比紫外区域高的波长区域的激光进行振荡的振荡器，所述波长转换装置将由所述振荡器振荡的激光的波长转换为紫外区域的激发波长。
也可以构成为，还包括使来自所述波长转换装置的出射光在所述被照射空间内扫描的扫描装置，所述处理装置基于所述聚光检测装置的检测结果，测量所述被照射物的位置。
也可以构成为，所述波长转换装置包括入射由所述振荡器振荡的激光的波长转换元件和连续地或不连续而阶段性地转换波长转换元件相对于光轴的倾斜角度的旋转装置。
也可以构成为，所述波长转换装置包括：将由所述振荡器振荡的激光转换为二次谐波而出射的二次谐波发生元件；将由所述二次谐波发生元件出射的激光转换为三次谐波而出射的三次谐波发生元件；和将由所述三次谐波发生元件出射的激光转换为四次谐波而出射的四次谐波发生元件。
也可以构成为，所述波长转换装置包括将由所述四次谐波发生元件出射的激光转换为五次谐波而出射的五次谐波发生元件。
也可以构成为，包括多个由所述激光装置和波长转换装置构成的照射系统，从各照射系统分别照射波长不重叠的激光。
也可以构成为，所述处理装置还具有预先存储按各种物质表示各激发波长下的共振拉曼散射光的特征图案的激发分布图的存储装置，所述处理装置通过对由所述聚光检测装置检测的检测结果与所述激发分布图进行比较而识别被照射物。
也可以构成为，所述聚光检测装置具有仅使第一波长区域透过的第一光学滤光器和仅使中心波长与第一波长区域不同的第二波长区域透过的第二光学滤光器，所述处理装置根据所述各光学滤光器透过的波长区域与按各种所述被照射物产生的共振拉曼散射光的波长的对应关系识别被照射物。
也可以构成为，所述处理装置基于检测的被照射物的拉曼散射光的强度测定被照射物的浓度。
也可以构成为，所述被照射物为气体状态的有害物质、液体状态的有害物质、固体状态的有害物质或有害微生物。
本发明所涉及的物质远程确定方法，其特征在于，是向被照射空间照射激光，对来自存在于被照射空间的被照射物的共振拉曼散射光进行聚光和检测，基于所述共振拉曼散射光计算被照射物的位置的物质远程确定方法，出射不同的波长的激光，基于利用不同的波长的激光检测的共振拉曼散射光的检测结果，识别被照射物质。
也可以构成为，所述被照射空间为室外空间，通过在所述被照射空间内使所述激光扫描而检测存在于被照射空间的被照射物的位置和浓度。
发明的效果
根据本发明，能够从远距离处确定有害物质等不确定的物质。
附图说明
图1是本实施方式所涉及的物质远程确定装置的立体图。
图2是表示构成本实施方式所涉及的物质远程确定装置的激光装置和波长转换装置的详细情况的框图。
图3是表示大气污染物质和神经剂的紫外吸收特性的曲线图。
图4是表示乙酰甲胺磷和磷酸的紫外-可见光吸收特性的曲线图。
图5是表示乙酰甲胺磷和磷酸的共振频谱的曲线图。
图6是用于说明本实施方式所涉及的物质远程确定装置的物质远程确定方法的图。
图7(A)是混合物A的激发分布图，(B)是混合物B的激发分布图。
图8(A)是SO2的共振拉曼激发分布图，(B)是NH3的共振拉曼激发分布图。
图9是表示共振拉曼光谱的时间波形的曲线图。
图10是第一变形例所涉及的激光装置和波长转换装置的结构图。
图11是第二变形例所涉及的激光装置和波长转换装置的结构图。
具体实施方式
本发明所涉及的物质远程确定装置从远距离处检测有害物质，进行该物质的识别和浓度的测量(以下，也简称为确定)。作为能够利用本发明所涉及的物质远程确定装置确定的有害物质的一个例子，包含(1)SOx，NOx等大气污染物质，(2)氢，甲烷，丙烷，汽油等可燃性物质，(3)氨气，硫化氢等臭气成分，(4)乙酰甲胺磷，马拉硫磷(ラマチオン)等杀虫·农药成分，(5)VX，塔崩(二甲氨基氰膦酸乙酯)，沙林等神经剂，(6)氰化氯，氰化氢等血液剂，光气等窒息剂，(7)硫芥子气，路易氏气(氯乙烯氯砷)等侵蚀剂，(8)TNT，HNIW等爆炸物，(9)炭疽菌，埃博拉病毒，天花病毒等有害微生物。此外，在本发明所涉及的物质远程确定装置中，能够不管有害物质的状态(气体，液体，固体)和生物·非生物，广泛地用于有害物质的确定。
图1是本实施方式所涉及的物质远程确定装置1的立体图。如图1所示，本实施方式所涉及的物质远程确定装置1具有激光装置10、波长转换装置20、聚光光学系统30、分光装置40、光检测装置50、处理装置60、显示装置70。如图1所示，物质远程确定装置1是在由波长转换装置20将由激光装置10振荡的脉冲激光转换为规定的紫外线波长后，向被照射物照射，利用聚光光学系统30将所产生的共振拉曼散射光聚光，利用分光装置40和光检测装置50进行检测，利用处理装置60进行分析，将其结果显示于显示装置70的装置。在本实施方式中，物质远程确定装置1具有作为对周边空间进行感测的LIDAR(Light Detection andRanging：光探测与测量)的功能。以下，对各结构进行说明。
激光装置10对用于向被照射物照射的激光进行振荡，并进行照射。在本实施方式中，作为激光装置10，使用作为脉冲激光光源的Nd：YAG激光器，但激光装置并不限定于此。Nd：YAG激光器将作为基波的1064nm的脉冲激光以几ns～几十ns的脉冲宽度且10Hz～几kHz的重复频率输出。从激光装置10照射的激光向波长转换装置20入射。
波长转换装置20对向被照射物(空间)照射的激光的波长进行转换。在本实施方式中，能够利用波长转换装置20对作为基波的激光的波长进行转换，向被照射物依次照射多个不同的波长的激光，从而基于由各波长的激光产生的拉曼散射光，进行被照射物的确定。如图2所示，波长转换装置20具有LBO晶体21、22、第一光参数振荡器23、全反射镜24、第二光参数振荡器25。
从激光装置10出射的波长1064nm的激光首先入射于LBO晶体21，转换(倍频)为532nm的激光。再有，透过了LBO晶体21的1064nm和532nm的激光入射于LBO晶体22，转换(倍频)为355nm的激光。然后，透过了LBO晶体22的1064nm、532nm、355nm的激光入射于第一光参数振荡器23。
第一光参数振荡器23作为主要结构具有二向色凹面镜231、全反射镜232、233、凹面输出镜234、以及BBO晶体235。
入射于第一光参数振荡器23的激光通过二向色凹面镜231而仅透过355nm的激光。透过了二向色凹面镜231的355nm的激光入射于BBO晶体235，进行波长转换。BBO晶体235由旋转装置(未图示)保持，通过处理装置60的控制而旋转，通过连续地或不连续而阶段性地改变相对于激光的光轴的倾斜角度，能够将355nm的激光连续地或不连续而阶段性地变更为不同的波长的激光。
此外，透过了BBO晶体235的激光向凹面输出镜234照射。凹面输出镜234不是全反射镜，透过特定波长的激光并且反射剩余的激光。由凹面输出镜234反射的激光被全反射镜232、233反射后，也被二向色凹面镜231反射，透过BBO晶体235而再次向凹面输出镜234照射。其结果，入射于第一光参数振荡器23的激光被放大而从第一光参数振荡器23出射。
在本实施方式中，第一光参数振荡器23将355nm的激光变更为420nm以上的波长的激光而出射。因此，在作为目标的激光的波长为420nm以上的情况下，激光如图2所示从第一光参数振荡器23出射，并就这样从波长转换装置20出射。另一方面，在作为目标的激光的波长不到420nm的情况下，从第一光参数振荡器23出射的激光被全反射镜24全反射，入射于第二光参数振荡器25。
如图2所示，第二光参数振荡器25具有全反射镜251、BBO晶体252、253、输出镜254。在第二光参数振荡器25中，将由第一光参数振荡器23转换后的激光的波长转换为倍频。例如，在由第一光参数振荡器23转换后的激光的波长为420nm的情况下，从第二光参数振荡器25出射的激光的波长为210nm。此外，在令从第二光参数振荡器25出射的激光的波长为300nm的情况下，在第一光参数振荡器23令激光的波长为600nm即可。另外，从第二光参数振荡器25出射的激光从波长转换装置20出射，如图1所示，向被照射物(空间)照射。
此处，在从波长转换装置20出射的激光的波长为与被照射物产生共振拉曼散射的波长的情况下，产生与非共振拉曼散射相比明显强度更高的共振拉曼散射光。非共振拉曼散射在除单原子量以外的几乎全部分子产生，但散射光强度极为微弱。与此相对，共振拉曼散射相对于非共振拉曼散射，在理论上，散射截面积(表示散射的概率的值，成为各种分子的散射强度的指标)的放大率为104～106倍，共振拉曼散射光能够以与非共振拉曼散射光相比明显更高的强度得到。在本实施方式中，通过检测共振拉曼散射光，能够以高的精度检测被照射物。
通过照射激光而远程地产生的共振拉曼散射光如图1所示，通过聚光光学系统(望远镜)30高效地聚光，入射于分光装置40。
分光装置40例如包括衍射栅格式或棱镜式的分光器而成，对确定的范围的波长进行分光，并入射于光检测装置50。
光检测装置50包括检测各个波长的光强度的光传感器。该光传感器既可以由一个光传感器构成(例如，雪崩光电二极管或光电倍增管)，也可以是由多个光传感器构成的多通道型传感器(例如，CCD传感器或CMOS传感器)。
处理装置60包括存储有下述的各种有害物质的共振拉曼数据和解析程序的存储装置和作为执行解析程序的工作电路的CPU(Central Processing Unit(中央处理器))。处理装置60通过对由分光装置40和光检测装置50求得的作为被照射物的有害物质(混合物)的激发分布图与在存储装置中预先存储的各种有害物质的激发分布图进行比较，进行有害物质的确定。另外，有害物质的确定方法的详细情况如后面所述。此外，处理装置60还控制激光装置10的激光的振荡和由波长转换装置20转换的激光的波长等。在图1中，例示利用通过有线电缆连接的个人电脑构成处理装置60的方式，但处理装置60的构成方式并不限定于此，例如，可以利用能够经由网络(包括国际互联网和无线通信网)进行通信地连接的远程的计算机构成，也可以将处理装置60的功能分散安装于多个计算机。
显示装置70被构成为包括显示处理装置60的有害物质的确定信息(识别出的有害物质的名称、共振拉曼光谱、浓度等)的监视器(显示画面)。显示装置70的显示方法没有特别限定，能够以通过在利用照相机摄像的摄像图像中作为图像信息重合有害物质存在的位置及浓度(例如，通过将与有害物质存在的场所对应的摄像图像的部分着色为与有害物质及其浓度相应的颜色)而使得使用者能够直观地把握有害物质的信息的方式，显示有害物质的信息。另外，在这样的摄像图像重合有害物质的信息的方法没有特别限定，能够使用公知的方法。
对成为检测对象的有害物质的确定方法进行说明。下述的表1是表示产生各种有害物质的共振拉曼散射光的波长的表。例如，如表1所示，如果是麻醉剂的氯仿，则通过照射210～220nm的波长的激光，产生共振拉曼散射光。
[表1]
Figure BDA0002421549120000071
Figure BDA0002421549120000081
对于是否在被照射物产生拉曼效果的共振引起的增强，能够通过观测被照射物的紫外-可见光吸收特性进行预测。图3(A)是表示具有代表性的大气污染物质等的紫外吸收特性的曲线图。紫外-可见光区域的光吸收表示物质中固有的电子跃迁能量的分布。即，以氨气(NH3)为例进行说明，则在200～230nm的区域具有具备多个峰的电子跃迁能量的分布。因此，通过使用200～230nm的区域的激光激发氨气(NH3)，在氨气(NH3)的拉曼散射中产生共振引起的增强。
此外，图3(B)是表示神经剂的紫外吸收特性的曲线图，曲线图中，GA表示塔崩，GB表示沙林，GD表示梭曼，GF表示环沙林，DIMP表示仿制剂。如图3(B)所示，曲线图中列举的神经剂均在250nm以下的深紫外波长区域具有光吸收。因此，通过利用250nm以下的深紫外波长区域的激光对这些神经剂进行激发，在拉曼散射中产生共振引起的增强。
这样，因为大量的有害物质在紫外-可见区域发生光吸收、即电子能级间跃迁，所以在紫外-可见区域产生共振拉曼效果引起的拉曼散射的增强。例如，在图3(B)中表示GA(塔崩)的拉曼散射截面积与波长的关系。通常，在作为基本规则的ν4规则中，散射光强度与激发波长的4次方分之1成比例地增强，但在GA(塔崩)中，从250nm左右的深紫外波长区域起在拉曼散射中产生共振引起的增强，因此，如图3(B)所示，在拉曼散射光(共振拉曼散射光)呈现显著的增强。这样，在本实施方式中，通过检测共振拉曼散射光，能够以范围广泛的有害物质为对象，进行利用拉曼散射的增强的高灵敏度测量。
发明人作为用作神经剂的仿制剂的杀虫剂成分、从乙酰甲胺磷和化学结构的观点出发仅注目于成为杀虫成分的核心的P-O键而选择磷酸，观察它们的共振拉曼散射。此处，图4是表示由观察的结果得到的、乙酰甲胺磷和磷酸的紫外-可见光吸收特性的曲线图。
由图4所示可知，乙酰甲胺磷和磷酸在紫外区域具有吸收光谱。这意味着在乙酰甲胺磷和磷酸中，在紫外区域存在电子能级间跃迁。具体而言，乙酰甲胺磷的吸收光谱具有从250nm附近起在短波长侧急剧上升，以240nm附近为峰急速衰减的特征。另一方面，磷酸从250nm附近起在长波长侧吸光度逐渐增加，直至500nm附近，呈现比较广泛的分布。根据这样的特征，可认为：对于乙酰甲胺磷和磷酸，通过以吸光度比较高的波长进行激发，产生共振拉曼效果、即拉曼散射截面积的显著增强。
因此，发明人使用Nd：YAG激光器的三次谐波(355nm)与四次谐波(266nm)和准分子激光器的248nm的紫外区域的3个波长，对乙酰甲胺磷和磷酸进行激发，对其结果进行比较。图5(A)是表示乙酰甲胺磷的共振拉曼光谱的曲线图，图5(B)是表示磷酸的共振拉曼光谱的曲线图。另外，在这些共振频谱中将拉曼散射截面积的遵循ν4规则的增强的影响除外，因此仅显示共振引起的增强。
如图5(A)所示，了解到：在乙酰甲胺磷中，拉曼位移700cm-1附近的峰在248nm的激光的激发中显著增强。此外，在图5(B)所示的例子中，了解到：在磷酸中，拉曼位移900cm-1附近的峰在266nm的激光的激发中显著增强。由此知道，像发明人预先设想的那样，通过在紫外-可见区域发生光吸收、即电子能级间跃迁的波长(例如，在乙酰甲胺磷中为248nm，在磷酸中为266nm)的激光的激发，拉曼散射光显著增强。另外，可认为：在这些共振拉曼光谱中，虽未达到理论上的增强倍率(104倍以上)，但是这是因为在实验的波长中乙酰甲胺磷和磷酸为前期共振的状态，乙酰甲胺磷和磷酸并未真正共振。由此认为，通过以乙酰甲胺磷和磷酸真正共振的波长的激光进行激发，能够得到更加增强的峰。
这样，通过根据有害物质的紫外-可见光吸收特性，预先确定增强有害物质的拉曼散射光的激光的波长，储存利用怎样的波长能够得到怎样的共振拉曼光谱的数据，能够从在照射规定的波长的激光的情况下得到的共振拉曼光谱的数据确定有害物质。
此外，图6是说明物质远程确定装置1的利用方法的图。使用物质远程确定装置1的场所并不限定于室内、室外，在图6所示的图中，例示在室外检测、确定包括大气污染物质或化学制剂或农药的有害物质的场面。物质远程确定装置1载置在未图示的扫描装置上，能够按照处理装置60的控制、通过扫描装置变更激光的照射方向地对被照射空间内进行扫描(纵向·横向、或水平·扇动形)。物质远程确定装置1在被照射空间的第一方向(X1，Y1)上出射规定次数的不同的波长的激光，然后在与第一方向连续的第二方向(X1，Y2或X2，Y1)上出射规定次数的不同的波长的激光，同样地在与之前不同的第三方向之后的方向上重复实施出射规定次数的不同的波长的激光的作业。由此，物质远程确定装置1能够确定被照射空间内的有害物质的位置和浓度。也可以与此不同，用第一波长的激光对被照射空间内进行扫描，用与第一波长不同的第二波长的激光对被照射空间内进行扫描，同样地用与之前不同的第三波长之后的波长的激光重复实施对被照射空间内进行扫描的作业。
例如，物质远程确定装置1在某个方位将来自激光装置10的出射光通过波长转换装置20连续地转换为不同的多个紫外线区域的波长的激光而向被照射空间照射。此外，利用聚光光学系统30对因所照射的激光的激发而产生的共振拉曼散射光进行聚光，利用分光装置40和光检测装置50进行检测，利用处理装置60，基于检测的共振拉曼散射光制作共振拉曼光谱。此处，在对存在于被照射空间的物质是什么在一定程度上有所推断的情况下，由于照射确定范围的波长更有效率，所以也可以采用将激光的波长不连续而阶段性地转换为多个不同的波长进行照射并识别有害物质的结构。此外，还可以通过将由激光装置10和波长转换装置20构成的照射系统设置多个，从各照射系统出射不同的波长的激光，缩短物质确定所需的时间。
在存在于被照射空间的物质的大部分由单一成分构成的情况下，能够确定共振拉曼散射光的峰波长来确定物质。
在存在于被照射空间的物质由混合物构成的情况下，制作激发分布图，确定混合物。在混合有多种有害物质而相互干涉的情况下，共振拉曼光谱为将各有害物质的共振拉曼光谱相加的光谱。
在观测非共振拉曼的方法中，由于需要利用2维的拉曼光谱识别混合物，化学结构类似的物质彼此成为非常接近的光谱波形，两者的区别很困难。关于这一点，根据由追加了伴随激发波长的变化的拉曼散射光的增强特性而得到的3维数据构成的激发分布图，即使是化学结构类似的物质，也能够得到可区别的激发分布图。
图7(A)是混合物A的激发分布图，图7(B)是混合物A和化学结构类似的混合物B的激发分布图。图8(A)是SO2的共振拉曼激发分布图，图8(B)是NH3的共振拉曼激发分布图。
处理装置60通过判定与在存储装置中预先存储的混合物的激发分布图的数据的重合度，对检测到的混合物进行确定。在本实施方式中，处理装置60进行多变量解析，并对预先存储的激发分布图的数据与基于检测结果制作的激发分布图进行比较，由此能够将各有害物质分离确定。
对有害物质的位置和浓度的确定方法进行说明。此处，图9是表示有害物质的共振频谱的时间波形(雷达反射信号)的曲线图。另外，在图9中，表示以单一的波长激发的情况下得到的共振拉曼光谱的时间波形，时间轴为以光源的脉冲振荡的瞬间为起点的经过时间。通过将从脉冲振荡至共振拉曼散射光的受光为止的时间由光速转换为距离，能够得到到有害物质的距离、即有害物质存在的位置。再有，在对相同的物质照射相同的波长的激光的情况下，由于存在共振拉曼散射光的强度越高则被照射物的浓度也越高的关系，所以能够基于共振拉曼散射光的强度测量被照射物的浓度。在测量被照射物的位置和浓度的情况下，并不需要如图9(A)所示观察多个共振拉曼位移的峰全部的时间波形，例如也可以如图9(B)所示，取得能够以最高灵敏度取得的单一峰的时间波形而测量位置和浓度。
如上所述，本实施方式所涉及的物质远程确定装置1包括：向被照射物照射紫外区域的波长的激光的激光装置10和波长转换装置20；检测来自被照射物的共振拉曼散射引起的共振拉曼散射光的聚光光学系统30、分光装置40和光检测装置50；和基于共振拉曼散射光的检测结果识别被照射物的处理装置60。如上所述，有害物质多在紫外区域发生电子能级间跃迁，得到拉曼散射的共振引起的增强。因此，能够如本实施方式那样，通过向被照射物照射紫外区域的波长的激光，并对其共振拉曼散射光进行检测，从远距离处也能够以高的精度识别有害物质(混合物)。列举一个例子，如图6所示，在使用物质远程确定装置1的情况下，理论上能够在几十～几百米的范围内检测几十ppm以下的微量的有害物质。再有，在本实施方式中，通过使用紫外区域的波长的激光，成为素来良好区(作为背景光不受太阳光的影响的波长区域)，即使在白天的室外也能够以高的精度确定有害物质。
此外，本实施方式所涉及的物质远程确定装置1具有对比紫外区域高的波长区域的激光进行振荡的激光装置10和将由激光装置10出射的激光的波长转换为紫外区域的波长的波长转换装置20。由此，在本实施方式中，能够利用物质远程确定装置1照射各种波长的激光，并能够通过按各种波长检测共振拉曼散射引起的共振拉曼散射光，以更高的精度确定有害物质。
此外，通过将激光转换为不同的多个激发波长而向被照射物照射，得到各种激发波长的共振拉曼散射光的检测结果，能够如图7所示，得到激发波长、拉曼位移、共振拉曼散射光的光强度的3维共振拉曼光谱(激发分布图)，由此，即使在有害物质为混合物的情况下，也能够以高的精度进行识别。
再有，本实施方式所涉及的物质远程确定装置1的处理装置60预先在存储装置存储有多个种类的3维共振拉曼光谱(激发分布图)，分析装置40和光检测装置50将检测出的被照射物的共振拉曼散射的共振拉曼光谱与3维共振拉曼光谱(激发分布图)进行比较，由此识别被照射物。这样，通过与表示各物质的共振拉曼散射光的特征的3维共振拉曼光谱(激发分布图)进行比较，即使在同一空间内存在化学结构类似的物质的情况下，也能够以高的精度识别被照射物。
此外，在本实施方式所涉及的物质远程确定装置1中，基于检测的被照射物的共振拉曼散射光的强度测定被照射物的浓度。此处，在对相同的物质照射相同的波长的激光的情况下，由于存在共振拉曼散射光的强度越高则被照射物的浓度也越高的关系，所以能够基于共振拉曼散射光的强度，适当地测量被照射物的浓度。
此外，在本实施方式所涉及的物质远程确定装置1中，检测照射紫外区域的波长的激光而产生的共振拉曼散射光。如上所述，多种多样的有害物质在紫外区域发生电子能级间跃迁，得到拉曼散射的共振引起的增强，因此能够通过这样检测照射紫外区域的波长的激光而产生的共振拉曼散射光，检测多种多样的有害物质。此外，已知拉曼散射分光法能够不拘于气体、液体、固体而适用于多种物质，本实施方式所涉及的物质远程确定装置1也不仅能够确定气体的有害物质，而且能够确定液体状态的有害物质、固体状态的有害物质、有害微生物。
以上，对本发明的优选实施方式例进行了说明，但本发明的技术的范围并不限定于上述实施方式的记载。能够对上述实施方式例实施各种变更和改良，实施了这样的变更或改良的方式也包含在本发明的技术的范围内。
例如，在上述的实施方式中，例示了通过对预先存储的各有害物质的共振拉曼光谱与检测的被照射物的共振拉曼光谱进行比较来确定被照射物的结构，但被照射物的识别方法并不限定于该结构，例如还能够采用如以下那样进行识别的结构。即，在被照射物为比较单纯的结构，且为干涉成分少的环境的情况下，共振拉曼光谱仅产生单一的峰。因此，准备几个到几十个仅使各有害物质的共振拉曼散射光的峰波长透过的光学滤光器，进行透过了各光学滤光器的共振拉曼散射光的检测。于是，能够采用在检测到透过了各光学滤光器的共振拉曼散射光的情况下识别为与该光学滤光器对应的有害物质的结构。
此外，在上述的实施方式中，如图7所示，使用激发波长、拉曼位移和光强度的3维的共振拉曼光谱数据确定混合物。但是，也可以采用使用紫外线区域中的规定的激发波长的、拉曼位移与光强度的2维的共振拉曼光谱数据，确定混合物的结构。在这种情况下，与使用3维的共振拉曼光谱数据的情况相比，混合物的确定精度低，但是预先存储的参照用数据量和处理中使用的数据量少，因此能够实现处理速度的提高。
再有，在上述的实施方式中，例示物质远程确定装置1照射210nm以上的波长的激光的结构进行了说明，但并不限定于该结构，也可以采用物质远程确定装置1照射不到210nm的波长的结构。在这种情况下，还能够进行氢等的通过不到200nm的波长而产生共振拉曼散射光的物质的确定。
此外，在上述的实施方式中，作为用于进行波长转换的非线形光学晶体，分别例示了LBO晶体21、22和BBO晶体235、252、253，但并不限定于该结构，也可以使用其它非线形光学晶体。此外，只要能够在紫外区域的波长扫描激光的波长，也能够使用公知的方法。
图10是第一变形例所涉及的激光装置110和波长转换装置120的结构图。
激光装置110被构成为包括激发光源111a、111b、激光介质112以及共振器(113、114)。波长转换装置120包括二次谐波发生元件(Second-harmonic generator)121、三次谐波发生元件(Third-harmonic generator)122、四次谐波发生元件(Fourth-harmonicgenerator)123和五次谐波发生元件(Fifth-harmonic generator)124。
第一变形例所涉及的激光装置110采用闪光灯作为激发光源111a、111b。激光介质112是通过照射激发光而发出光的固体的激光棒，在第一变形例中，使用Nd：YAG晶体。共振器包括输出镜113和后视镜114，在它们之间配置有激光介质112。另外，激发光源111并不限定于例示的结构，还可以使用半导体激光器等其它能量源。
来自激光介质112的直接输出的基波(1064nm)被二次至五次谐波发生元件(121～124)依次进行波长转换，转换为目的波长的激光而出射。高次谐波发生元件(121～124)是在偏振波面的方向或能量等确定的条件下转换输入波而产生与输入波不同的波长的激光的非线性光学晶体(例如，LBO晶体、BBO晶体、KDP晶体)，根据激光介质或用途使用最佳的晶体。
二次谐波发生元件121通过从激光介质112输出的基波(1064nm)的和频产生转换为二次谐波(532nm)而出射。
三次谐波发生元件122通过从二次谐波发生元件121输出的基波(1064nm)和二次谐波(532nm)的和频产生而出射三次谐波(355nm)。
四次谐波发生元件123通过从二次谐波发生元件121输出的二次谐波(532nm)的和频产生转换为四次谐波(266nm)而出射。
五次谐波发生元件124通过从四次谐波发生元件123输出的四次谐波(266nm)和由反光镜光学系统分支后的基波(1064nm)的和频产生而出射五次谐波(213nm)。
作为激光介质112，能够采用表2中例示的激光晶体或光纤，能够通过根据确定对象物质选择最佳的介质而实现共振激发。在表2中，No.1～8是在规定的条件下进行激发时生成单一波长的基波的介质，No.9～10是能够使激发波长变化的波长可变激光晶体。关于No.9～10，不是使用了驱动波长转换晶体使输出的波长变化的光参数振荡器的波长可变方式，能够通过使种子光的激光波长变化来使输出的波长变化。
[表2]
Figure BDA0002421549120000151
以上说明的第一变形例所涉及的激光装置110和波长转换装置120能够通过与上述的聚光光学系统30、分光装置40、光检测装置50和处理装置60连接而构成物质远程确定装置。根据第一变形例，能够通过1台激光装置输出紫外区域的3个波长(355nm、266nm和213nm)。
图11是第二变形例所涉及的激光装置110、130和波长转换装置120、140的结构图。第二变形例通过设置2个系统的激光装置和波长转换装置，能够输出6个波长的激光。
激光装置110和波长转换装置120的结构与第一变形例实质上相同。
激光装置130使用Nd：玻璃作为激光介质132，这与激光装置110不同，但其它结构相同。高次谐波发生元件(141～144)是产生与输入波不同的波长的激光的非线性光学晶体(例如，LBO晶体、BBO晶体、KDP晶体)。
二次谐波发生元件141通过从激光介质114输出的基波(1054nm)的和频产生转换为二次谐波(527nm)而出射。
三次谐波发生元件142通过从二次谐波发生元件141输出的基波(1064nm)和二次谐波(527nm)的和频产生而出射三次谐波(351nm)。
四次谐波发生元件143通过从二次谐波发生元件141输出的二次谐波(527nm)的和频产生转换为四次谐波(264nm)而出射。
五次谐波发生元件144通过从四次谐波发生元件143输出的四次谐波(264nm)和由镜光学系统分支后的基波(1054nm)的和频产生而出射五次谐波(211nm)。
以上说明的第二变形例所涉及的激光装置130和波长转换装置140通过与上述的聚光光学系统30、分光装置40、光检测装置50和处理装置60连接，能够构成物质远程确定装置的第二照射系统。此处，聚光光学系统30、分光装置40、光检测装置50和处理装置60能够在多个照射系统中共用单一的系统或装置。根据第二变形例，不仅能够输出在第一变形例中能够输出的3个波长，而且能够在紫外区域输出波长不同的3个波长(351nm、264nm和211nm)。通过增设使用上述的表2中表示的激光晶体等的系统，还能够进一步增加振荡波长数(即，设置第三系统之后的系统)。
符号的说明
1…物质远程确定装置
10…激光装置
20…波长转换装置
21、22…LBO晶体
30…聚光光学系统
40…分光装置
50…光检测装置
60…处理装置
70…显示装置
110…(第一变形例的)激光装置
120…(第一变形例的)波长转换装置
130…(第二变形例的)激光装置
140…(第二变形例的)波长转换装置。

Claims (13)

1.一种物质远程确定装置，其特征在于，
包括：
具备出射特定波长的激光的振荡器的激光装置；
对来自被照射空间的共振拉曼散射光进行聚光和检测的聚光检测装置；和
基于所述聚光检测装置的检测结果，识别存在于被照射空间的被照射物的处理装置，
包括将从所述激光装置出射的激光的波长转换为多个不同的波长并向被照射空间出射的波长转换装置。
2.如权利要求1所述的物质远程确定装置，其特征在于：
所述振荡器是对比紫外区域高的波长区域的激光进行振荡的振荡器，
所述波长转换装置将由所述振荡器振荡的激光的波长转换为紫外区域的激发波长。
3.如权利要求1或2所述的物质远程确定装置，其特征在于：
还包括使来自所述波长转换装置的出射光在所述被照射空间内扫描的扫描装置，
所述处理装置基于所述聚光检测装置的检测结果，测量所述被照射物的位置。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的物质远程确定装置，其特征在于：
所述波长转换装置包括入射由所述振荡器振荡的激光的波长转换元件和连续地或不连续而阶段性地转换波长转换元件相对于光轴的倾斜角度的旋转装置。
5.如权利要求1～3中的任一项所述的物质远程确定装置，其特征在于：
所述波长转换装置包括：将由所述振荡器振荡的激光转换为二次谐波而出射的二次谐波发生元件；将由所述二次谐波发生元件出射的激光转换为三次谐波而出射的三次谐波发生元件；和将由所述三次谐波发生元件出射的激光转换为四次谐波而出射的四次谐波发生元件。
6.如权利要求5所述的物质远程确定装置，其特征在于：
所述波长转换装置包括将由所述四次谐波发生元件出射的激光转换为五次谐波而出射的五次谐波发生元件。
7.如权利要求1～6中的任一项所述的物质远程确定装置，其特征在于：
包括多个由所述激光装置和波长转换装置构成的照射系统，从各照射系统分别照射波长不重叠的激光。
8.如权利要求1～7中的任一项所述的物质远程确定装置，其特征在于：
所述处理装置还具有预先存储按各种物质表示各激发波长下的共振拉曼散射光的特征图案的激发分布图的存储装置，
所述处理装置通过对由所述聚光检测装置检测的检测结果与所述激发分布图进行比较而识别被照射物。
9.如权利要求1～8中的任一项所述的物质远程确定装置，其特征在于：
所述聚光检测装置具有仅使第一波长区域透过的第一光学滤光器和仅使中心波长与第一波长区域不同的第二波长区域透过的第二光学滤光器，
所述处理装置根据所述各光学滤光器透过的波长区域与按各种所述被照射物产生的共振拉曼散射光的波长的对应关系识别被照射物。
10.如权利要求1～9中的任一项所述的物质远程确定装置，其特征在于：
所述处理装置基于检测的被照射物的拉曼散射光的强度测定被照射物的浓度。
11.如权利要求1～10中的任一项所述的物质远程确定装置，其特征在于：
所述被照射物为气体状态的有害物质、液体状态的有害物质、固体状态的有害物质或有害微生物。
12.一种物质远程确定方法，其特征在于，
是向被照射空间照射激光，对来自存在于被照射空间的被照射物的共振拉曼散射光进行聚光和检测，基于所述共振拉曼散射光计算被照射物的位置的物质远程确定方法，
出射不同的波长的激光，基于利用不同的波长的激光检测的共振拉曼散射光的检测结果，识别被照射物质。
13.如权利要求12所述的物质远程确定方法，其特征在于：
所述被照射空间为室外空间，
通过在所述被照射空间内使所述激光扫描而检测存在于被照射空间内的被照射物的位置和浓度。
CN201880061675.3A 2017-09-29 2018-09-27 物质远程确定装置和物质远程确定方法 Active CN111133296B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-189580 2017-09-29
JP2017189580 2017-09-29
PCT/JP2018/035906 WO2019065828A1 (ja) 2017-09-29 2018-09-27 物質遠隔特定装置および物質遠隔特定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111133296A true CN111133296A (zh) 2020-05-08
CN111133296B CN111133296B (zh) 2023-05-26

Family

ID=65901544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880061675.3A Active CN111133296B (zh) 2017-09-29 2018-09-27 物质远程确定装置和物质远程确定方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11592397B2 (zh)
EP (1) EP3690426A4 (zh)
JP (1) JP7122008B2 (zh)
CN (1) CN111133296B (zh)
WO (1) WO2019065828A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117154526A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 北京卓镭激光技术有限公司 一种百皮秒激光器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112362635A (zh) * 2020-11-02 2021-02-12 公安部第三研究所 一种基于紫外拉曼光谱分析的远距离物质检测装置
JP7231971B1 (ja) * 2022-06-20 2023-03-02 株式会社四国総合研究所 アンモニアガス遠隔計測装置および方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005091343A (ja) * 2003-03-07 2005-04-07 Shikoku Res Inst Inc ガス漏洩監視方法、及びそのシステム
JP2007316676A (ja) * 2003-08-01 2007-12-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> レーザ光源
WO2009105009A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-27 Portendo Ab Stand-off detection of hazardous substances such as explosives and components of explosives
CN104280671A (zh) * 2014-10-08 2015-01-14 国家电网公司 特高压电晕放电早期诊断的激光共振拉曼方法
CN104849257A (zh) * 2015-06-02 2015-08-19 中国科学院上海技术物理研究所 基于小型紫外扫频激光的共振拉曼光谱探测系统及方法
US20160202124A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 California Institute Of Technology Context imaging raman spectrometer

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004079350A1 (ja) 2003-03-07 2004-09-16 Shikoku Research Institute Incorporated ガス漏洩監視方法、及びそのシステム
KR101126951B1 (ko) 2003-08-08 2012-03-20 카부시키가이샤시코쿠소우고우켄큐우쇼 수소가스 및 수소화염감시방법 및 장치
US7656526B1 (en) * 2006-07-21 2010-02-02 University Corporation For Atmospheric Research Lidar system for remote determination of calibrated, absolute aerosol backscatter coefficients
CN103076310B (zh) * 2012-12-28 2015-01-07 深圳大学 用于物质成份分析的光谱探测系统及其探测方法
US9116243B1 (en) * 2013-09-20 2015-08-25 Rockwell Collins, Inc. High altitude ice particle detection method and system
US20170299512A1 (en) * 2016-04-14 2017-10-19 Boyd V. Hunter Differential Excitation Raman Spectroscopy
US10317281B2 (en) * 2015-12-29 2019-06-11 Oak Analytics Compact spectrometer
US10942116B2 (en) * 2017-10-09 2021-03-09 Photothermal Spectroscopy Corp. Method and apparatus for enhanced photo-thermal imaging and spectroscopy

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005091343A (ja) * 2003-03-07 2005-04-07 Shikoku Res Inst Inc ガス漏洩監視方法、及びそのシステム
JP2007316676A (ja) * 2003-08-01 2007-12-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> レーザ光源
WO2009105009A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-27 Portendo Ab Stand-off detection of hazardous substances such as explosives and components of explosives
CN104280671A (zh) * 2014-10-08 2015-01-14 国家电网公司 特高压电晕放电早期诊断的激光共振拉曼方法
US20160202124A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 California Institute Of Technology Context imaging raman spectrometer
CN104849257A (zh) * 2015-06-02 2015-08-19 中国科学院上海技术物理研究所 基于小型紫外扫频激光的共振拉曼光谱探测系统及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117154526A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 北京卓镭激光技术有限公司 一种百皮秒激光器

Also Published As

Publication number Publication date
EP3690426A4 (en) 2021-06-09
JP7122008B2 (ja) 2022-08-19
EP3690426A1 (en) 2020-08-05
WO2019065828A1 (ja) 2019-04-04
JPWO2019065828A1 (ja) 2020-10-22
US20200271588A1 (en) 2020-08-27
US11592397B2 (en) 2023-02-28
CN111133296B (zh) 2023-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7154595B2 (en) Cavity enhanced optical detector
US7564541B2 (en) System for obtaining images in bright field and crossed polarization modes and chemical images in raman, luminescence and absorption modes
CN111133296B (zh) 物质远程确定装置和物质远程确定方法
Holthoff et al. Development of a MEMS-scale photoacoustic chemical sensor using a quantum cascade laser
US7554659B2 (en) Hyperspectral visible absorption imaging of molecular probes and dyes in biomaterials
KR20150088879A (ko) 코히렌트성 반 스토크스 라만 분광법을 사용하는 검출 시스템 및 방법
US7582882B2 (en) Solid state multi frequency fluorometric measurements system and method
Ortiz-Rivera et al. Remote continuous wave and pulsed laser Raman detection of chemical warfare agents simulants and toxic industrial compounds
CN112098363B (zh) 高频no-plif成像测量装置及方法
CN104428643A (zh) 集成式拉曼光谱检测器
JP2008076361A (ja) 顕微鏡装置及び分析装置
Somekawa et al. Flash resonance Raman lidar for SO2 gas leak detection
JP2022038013A (ja) 物質遠隔特定装置および物質遠隔特定方法
Jaanson et al. A continuously tunable NIR laser and its applications in material classification
JPH05296922A (ja) 炭素同位体分析装置
EP1929277A2 (en) Hyperspectral visible absorption imaging of molecular probes and dyes in biomaterials
KR101348917B1 (ko) 씨앗주입레이저를 사용하는 방사능물질 원격 탐지를 위한 라이다 장치
CN207894818U (zh) 一种水质检测装置
JP2010133800A (ja) ガス成分計測装置
Ruxton et al. Detection and identification of chemical warfare agents using mid wave infrared active hyperspectral imaging
Lam A new era in affordable Raman spectroscopy
JP2004527767A (ja) 濃縮媒質に含まれる化学種の光学検出方法
Nizamutdinov et al. Prototype of laser gas analyzer of differential absorption technique for track measurements in urban conditions on the basis of Ce: LiCaAlF6 laser
US20210010935A1 (en) Detection systems and method for multi-chemical substance detection using ultraviolet fluorescence, specular reflectance, and artificial intelligence
Dery et al. Spectroscopic calibration correlation of field and lab-sized fluorescence lidar systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant