JP2000338532A - ガス検知用光源装置 - Google Patents
ガス検知用光源装置Info
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- 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
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 １００℃未満の結晶温度においても波長変換
結晶の光損傷を減らし、それによって大掛かりな加熱装
置を必要とせず、防爆性にも優れた、小型のガス検知用
光源を提供すること。 【解決手段】 ポンプ光源装置１と波長変換手段２とを
有するガス検知用光源装置である。ポンプ光源装置１か
らのポンプ光Ｌ１を、波長変換手段２において擬似位相
整合によって波長変換し、出力光Ｌ２を、ガス検知用の
照射光として用いる。波長変換手段２は、ＭｇＯ−Ｌｉ
ＮｂＯ3 結晶３が用いられ、該結晶３には擬似位相整合
のための周期的分極反転構造が形成され、その分極反転
周期が、結晶温度１００℃未満において、検知すべきガ
スの吸収波長の光Ｌ２を発生させ得る周期となってい
る。その分極反転周期は、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 を用い
ることによって、ガス毎に、従来のＬｉＮｂＯ3 結晶で
知られた分極反転周期とは全く異なる値となる。
結晶の光損傷を減らし、それによって大掛かりな加熱装
置を必要とせず、防爆性にも優れた、小型のガス検知用
光源を提供すること。 【解決手段】 ポンプ光源装置１と波長変換手段２とを
有するガス検知用光源装置である。ポンプ光源装置１か
らのポンプ光Ｌ１を、波長変換手段２において擬似位相
整合によって波長変換し、出力光Ｌ２を、ガス検知用の
照射光として用いる。波長変換手段２は、ＭｇＯ−Ｌｉ
ＮｂＯ3 結晶３が用いられ、該結晶３には擬似位相整合
のための周期的分極反転構造が形成され、その分極反転
周期が、結晶温度１００℃未満において、検知すべきガ
スの吸収波長の光Ｌ２を発生させ得る周期となってい
る。その分極反転周期は、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 を用い
ることによって、ガス毎に、従来のＬｉＮｂＯ3 結晶で
知られた分極反転周期とは全く異なる値となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学的なガス検知
の技術分野に属するものである。
の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】光学的にガス検知を行なうための方法と
して、分光分析法が知られている。この方法は、試料の
ガスに赤外線などを照射し、その試料に検知すべき目標
のガスが含まれているかどうかを調べる方法であって、
吸収波長からガス種を、吸収量からガス濃度を知ること
ができるものである。
して、分光分析法が知られている。この方法は、試料の
ガスに赤外線などを照射し、その試料に検知すべき目標
のガスが含まれているかどうかを調べる方法であって、
吸収波長からガス種を、吸収量からガス濃度を知ること
ができるものである。
【０００３】例えば、赤外吸収法において試料のガスに
照射される赤外線は、検知すべきガス毎に固有の吸収波
長を含むものが用いられる。従って、ガス検知に用いら
れる光源装置では、ガスに応じた赤外線を作り出す必要
がある。そのような光源装置の１つとして、光パラメト
リック発振器を用いた装置がある。
照射される赤外線は、検知すべきガス毎に固有の吸収波
長を含むものが用いられる。従って、ガス検知に用いら
れる光源装置では、ガスに応じた赤外線を作り出す必要
がある。そのような光源装置の１つとして、光パラメト
リック発振器を用いた装置がある。
【０００４】光パラメトリック発振器を用いた従来の装
置は、図４に示すように、ポンプ光源装置となるレーザ
ー装置２１と、光パラメトリック発振器２２とからな
る。レーザー装置２１から出力されたポンプ光Ｌ１０
が、光パラメトリック発振器２２に入力され、発振器内
で２つの長波長の光（シグナル光、アイドラ光）が発生
する。この２つの光のうちの一方が、目的のガスの吸収
波長と一致するように形成された赤外線であって、ガス
検知の照射に利用される出力Ｌ１１である。
置は、図４に示すように、ポンプ光源装置となるレーザ
ー装置２１と、光パラメトリック発振器２２とからな
る。レーザー装置２１から出力されたポンプ光Ｌ１０
が、光パラメトリック発振器２２に入力され、発振器内
で２つの長波長の光（シグナル光、アイドラ光）が発生
する。この２つの光のうちの一方が、目的のガスの吸収
波長と一致するように形成された赤外線であって、ガス
検知の照射に利用される出力Ｌ１１である。
【０００５】上記光パラメトリック発振器２２は、波長
変換結晶２３が、光共振器２４の一対のミラー２４ａ、
２４ｂ間に配置されたものである。近年、光パラメトリ
ック発振のための位相整合条件を満たすための手法とし
て、擬似位相整合が盛んに行われるようになっており、
そのための構造として、波長変換結晶２３には、図４に
縞模様を描いて示すように、周期的分極反転構造が設け
られている。特に周期的分極反転構造を形成する結晶と
して、非線形光学係数が大きく、光透過範囲が広いＬｉ
ＮｂＯ3 結晶が多く用いられている。
変換結晶２３が、光共振器２４の一対のミラー２４ａ、
２４ｂ間に配置されたものである。近年、光パラメトリ
ック発振のための位相整合条件を満たすための手法とし
て、擬似位相整合が盛んに行われるようになっており、
そのための構造として、波長変換結晶２３には、図４に
縞模様を描いて示すように、周期的分極反転構造が設け
られている。特に周期的分極反転構造を形成する結晶と
して、非線形光学係数が大きく、光透過範囲が広いＬｉ
ＮｂＯ3 結晶が多く用いられている。
【０００６】擬似位相整合による光パラメトリック発振
では、分極反転周期を変えることにより、容易に発振す
る光の波長を変えることが可能である。よって、ガス毎
に応じた光を出力し得る光源装置を容易に構成できると
いう利点がある。一方、擬似位相整合によりガス検知光
を得る手段としては、光パラメトリック発振に限らず、
第二高調波発生、和周波発生、差周波発生等の波長変換
手段を用いることでも可能である。
では、分極反転周期を変えることにより、容易に発振す
る光の波長を変えることが可能である。よって、ガス毎
に応じた光を出力し得る光源装置を容易に構成できると
いう利点がある。一方、擬似位相整合によりガス検知光
を得る手段としては、光パラメトリック発振に限らず、
第二高調波発生、和周波発生、差周波発生等の波長変換
手段を用いることでも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来、上記のような波
長変換手段においては、波長変換結晶のフォトリフラク
ティブ効果による光損傷の発生が問題となっている。特
にＬｉＮｂＯ3 結晶を用いた際には、光損傷を回避する
為に結晶温度を１００℃以上に加熱する必要がある。
長変換手段においては、波長変換結晶のフォトリフラク
ティブ効果による光損傷の発生が問題となっている。特
にＬｉＮｂＯ3 結晶を用いた際には、光損傷を回避する
為に結晶温度を１００℃以上に加熱する必要がある。
【０００８】しかし、波長変換結晶の加熱により、周辺
光学部品が輻射熱を受けて、熱的に変位することや、図
４に示すように、大掛かりなヒーターや高温オーブンな
どの加熱装置２５が必要になることから、ガス検知用光
源の小型化が非常に困難である。また、ガス種によって
防爆性が要求される場合には、加熱が火種となる可能性
が高く、装置構成上非常に問題となる。
光学部品が輻射熱を受けて、熱的に変位することや、図
４に示すように、大掛かりなヒーターや高温オーブンな
どの加熱装置２５が必要になることから、ガス検知用光
源の小型化が非常に困難である。また、ガス種によって
防爆性が要求される場合には、加熱が火種となる可能性
が高く、装置構成上非常に問題となる。
【０００９】本発明の課題は、上記問題を解決し、１０
０℃未満の結晶温度においても波長変換結晶の光損傷を
減らし、それによって大掛かりな加熱装置を必要とせ
ず、防爆性にも優れた、小型のガス検知用光源を提供す
ることである。
０℃未満の結晶温度においても波長変換結晶の光損傷を
減らし、それによって大掛かりな加熱装置を必要とせ
ず、防爆性にも優れた、小型のガス検知用光源を提供す
ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、ＭｇＯド
ープされたＬｉＮｂＯ3 結晶（以下、ＭｇＯ−ＬｉＮｂ
Ｏ3 結晶とも表記する）の優れた耐光損傷性に着目し、
これをガス検知用の光源装置の光パラメトリック発振器
に用いることによって、加熱装置を簡素化または排除で
き、光源装置全体の小型化が可能であることに想到し
た。
ープされたＬｉＮｂＯ3 結晶（以下、ＭｇＯ−ＬｉＮｂ
Ｏ3 結晶とも表記する）の優れた耐光損傷性に着目し、
これをガス検知用の光源装置の光パラメトリック発振器
に用いることによって、加熱装置を簡素化または排除で
き、光源装置全体の小型化が可能であることに想到し
た。
【００１１】そしてさらに、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶
をガス検知用途として用い、擬似位相整合による波長変
換を行なうべく研究したところ、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3
結晶を用いるためには、従来知られていない、ＭｇＯ−
ＬｉＮｂＯ3 結晶固有の分極反転周期が必要であること
を新たに知見した。この分極反転周期については、これ
まで Devid E. Zelmon等によって理論計算でのみ報告さ
れているが（J.Opt.Soc.Am.B,14,3319(1997)）、本発明
者等が実際に実験で得た値とは全く異なっている。しか
も、 Devid E. Zelmon等の理論計算は、温度２１℃での
み得られた屈折率をもとに計算したものであり、本発明
者等が実験で得たような、他の結晶温度においてガス検
知用の光源を実現する分極反転周期を導くことはできな
い。また従来から報告例が多いＬｉＮｂＯ3 結晶に対し
ても、本発明で示された分極反転周期は全く異なるもの
である。よって、本発明のようにＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3
結晶を用いてガス検知光源用の擬似位相整合の分極反転
周期を決定できるのは、本発明者等の実験でのみ為し得
た成果に基づくからである。
をガス検知用途として用い、擬似位相整合による波長変
換を行なうべく研究したところ、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3
結晶を用いるためには、従来知られていない、ＭｇＯ−
ＬｉＮｂＯ3 結晶固有の分極反転周期が必要であること
を新たに知見した。この分極反転周期については、これ
まで Devid E. Zelmon等によって理論計算でのみ報告さ
れているが（J.Opt.Soc.Am.B,14,3319(1997)）、本発明
者等が実際に実験で得た値とは全く異なっている。しか
も、 Devid E. Zelmon等の理論計算は、温度２１℃での
み得られた屈折率をもとに計算したものであり、本発明
者等が実験で得たような、他の結晶温度においてガス検
知用の光源を実現する分極反転周期を導くことはできな
い。また従来から報告例が多いＬｉＮｂＯ3 結晶に対し
ても、本発明で示された分極反転周期は全く異なるもの
である。よって、本発明のようにＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3
結晶を用いてガス検知光源用の擬似位相整合の分極反転
周期を決定できるのは、本発明者等の実験でのみ為し得
た成果に基づくからである。
【００１２】本発明者等は、この新たな知見に基づき、
検出すべきガス（＝発生すべき波長）と、ポンプ光の波
長との組み合わせに対して、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶
に形成すべき未知の分極反転周期を明らかにし、ＭｇＯ
−ＬｉＮｂＯ3 結晶を、ガス検知用光源の波長変換手段
に用いることを可能とした。
検出すべきガス（＝発生すべき波長）と、ポンプ光の波
長との組み合わせに対して、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶
に形成すべき未知の分極反転周期を明らかにし、ＭｇＯ
−ＬｉＮｂＯ3 結晶を、ガス検知用光源の波長変換手段
に用いることを可能とした。
【００１３】即ち、本発明の赤外線光源装置は、次の特
徴を有するものである。 （１）少なくとも１つ以上のポンプ光源装置と波長変換
手段とを有し、検知すべきガスの吸収波長の光を発生さ
せ出力し得る装置であって、前記波長変換手段は、Ｍｇ
ＯドープされたＬｉＮｂＯ3 結晶が用いられたものであ
り、該ＭｇＯドープされたＬｉＮｂＯ3 結晶には擬似位
相整合のための周期的分極反転構造が形成され、その分
極反転構造の分極反転周期が、結晶温度１００℃未満に
おいて、検知すべきガスの吸収波長の光を発生させ得る
分極反転周期であることを特徴とするガス検知用光源装
置。
徴を有するものである。 （１）少なくとも１つ以上のポンプ光源装置と波長変換
手段とを有し、検知すべきガスの吸収波長の光を発生さ
せ出力し得る装置であって、前記波長変換手段は、Ｍｇ
ＯドープされたＬｉＮｂＯ3 結晶が用いられたものであ
り、該ＭｇＯドープされたＬｉＮｂＯ3 結晶には擬似位
相整合のための周期的分極反転構造が形成され、その分
極反転構造の分極反転周期が、結晶温度１００℃未満に
おいて、検知すべきガスの吸収波長の光を発生させ得る
分極反転周期であることを特徴とするガス検知用光源装
置。
【００１４】（２）検知すべきガスがメタンガスであっ
て、周期的分極反転構造の分極反転周期が３０．０〜３
２．０μｍである上記（１）記載のガス検知用光源装
置。
て、周期的分極反転構造の分極反転周期が３０．０〜３
２．０μｍである上記（１）記載のガス検知用光源装
置。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、波長変換手段を光パラメ
トリック発振器とした場合を例に挙げて本発明を説明す
るが、波長変換手段は、光パラメトリック発振器に限ら
ず、分極反転周期の設計により、第二高調波発生、和周
波発生、差周波発生においても同様にガス検知用の光源
として応用できることは自ずと明らかである。
トリック発振器とした場合を例に挙げて本発明を説明す
るが、波長変換手段は、光パラメトリック発振器に限ら
ず、分極反転周期の設計により、第二高調波発生、和周
波発生、差周波発生においても同様にガス検知用の光源
として応用できることは自ずと明らかである。
【００１６】図１は、本発明において光パラメトリック
発振を用いた際のガス検知用光源装置を示す図である。
該装置は、ポンプ光源装置１と、光パラメトリック発振
器（以下、単に「発振器」ともいう）２とを有し、ポン
プ光源装置１からのポンプ光Ｌ１を発振器２に入射さ
せ、光パラメトリック発振によってシグナル光とアイド
ラ光を発生させるものである。発振器２での発振は、擬
似位相整合法によって行われ、シグナル光、アイドラ光
のどちらかが、検知すべきガスの吸収波長の光となるよ
うに、分極反転周期、温度条件などが決定される。以
下、アイドラ光を照射に用いるとして説明する。
発振を用いた際のガス検知用光源装置を示す図である。
該装置は、ポンプ光源装置１と、光パラメトリック発振
器（以下、単に「発振器」ともいう）２とを有し、ポン
プ光源装置１からのポンプ光Ｌ１を発振器２に入射さ
せ、光パラメトリック発振によってシグナル光とアイド
ラ光を発生させるものである。発振器２での発振は、擬
似位相整合法によって行われ、シグナル光、アイドラ光
のどちらかが、検知すべきガスの吸収波長の光となるよ
うに、分極反転周期、温度条件などが決定される。以
下、アイドラ光を照射に用いるとして説明する。
【００１７】発振器２は、図１に示すように、ＭｇＯ−
ＬｉＮｂＯ3 結晶３が、光共振器４の一対のミラー４
ａ、４ｂ間に配置された構成を有するものである。結晶
３には、発振を可能とすべく擬似位相整合を行うための
周期的分極反転構造が形成されている。その反転周期
は、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 を用いるに際して本発明で明
らかとされた新たな周期であって、検知すべきガスの吸
収波長を有する光を発生させるのに最適な周期となって
いる。これによって、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 を波長変換
結晶として用いながらも、検知すべきガスに応じた光を
発生させ得る発振器が達成されている。そして、この発
振器は、耐光損傷性に優れたＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 を利
用し得たことによって、加熱装置が簡略化され、コンパ
クトなものとなっている。
ＬｉＮｂＯ3 結晶３が、光共振器４の一対のミラー４
ａ、４ｂ間に配置された構成を有するものである。結晶
３には、発振を可能とすべく擬似位相整合を行うための
周期的分極反転構造が形成されている。その反転周期
は、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 を用いるに際して本発明で明
らかとされた新たな周期であって、検知すべきガスの吸
収波長を有する光を発生させるのに最適な周期となって
いる。これによって、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 を波長変換
結晶として用いながらも、検知すべきガスに応じた光を
発生させ得る発振器が達成されている。そして、この発
振器は、耐光損傷性に優れたＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 を利
用し得たことによって、加熱装置が簡略化され、コンパ
クトなものとなっている。
【００１８】ポンプ光源装置は、ポンプ光を発生し得る
ものであればよい。ポンプ光は、強いコヒーレント光が
好ましく、この点からは、レーザー光が好ましい。ポン
プ光源装置として用いるレーザー装置としては、例え
ば、ＹＬＦレーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ2 レーザ
ー、半導体レーザーなどが挙げられる。
ものであればよい。ポンプ光は、強いコヒーレント光が
好ましく、この点からは、レーザー光が好ましい。ポン
プ光源装置として用いるレーザー装置としては、例え
ば、ＹＬＦレーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ2 レーザ
ー、半導体レーザーなどが挙げられる。
【００１９】また、ポンプ光は、必ずしも発振器の外部
から発振器内へ入射させる態様でなくてもよい。例え
ば、光共振器内に、ポンプ光の波長の光を放出するレー
ザー媒質を配置する態様などによって、光共振器内でポ
ンプ光を発生させてもよい。
から発振器内へ入射させる態様でなくてもよい。例え
ば、光共振器内に、ポンプ光の波長の光を放出するレー
ザー媒質を配置する態様などによって、光共振器内でポ
ンプ光を発生させてもよい。
【００２０】検知すべきガスの代表的なものとしては、
ＣＨ4 （３．３μｍ付近）、ＣＯ（４．６μｍ付近）、
ＣＯ2 （４．３μｍ付近）、ＮＯ2 （５．２μｍ付近）
などのものが挙げられる。括弧内はそれぞれのガスに多
く存在する吸収波長の一例である。
ＣＨ4 （３．３μｍ付近）、ＣＯ（４．６μｍ付近）、
ＣＯ2 （４．３μｍ付近）、ＮＯ2 （５．２μｍ付近）
などのものが挙げられる。括弧内はそれぞれのガスに多
く存在する吸収波長の一例である。
【００２１】本発明において、発振器の波長変換結晶と
して用い得るＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3のＭｇＯ添加濃度
は、５ｍｏｌ％程度である。
して用い得るＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3のＭｇＯ添加濃度
は、５ｍｏｌ％程度である。
【００２２】ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 の結晶の外形寸法は
限定されず、装置の規模、装置サイズ、求められる精
度、発振効率、出力パワーなど、必要に応じて適宜決定
すればよい。好ましい寸法範囲としては、例えば、結晶
の外形を発振の光路方向に長い直方体とするとき、該結
晶の光路方向の長さは５ｍｍ〜７５ｍｍ程度、光路に垂
直な断面の四角形は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ〜１ｍｍ
×７５ｍｍ程度の範囲が挙げられる。
限定されず、装置の規模、装置サイズ、求められる精
度、発振効率、出力パワーなど、必要に応じて適宜決定
すればよい。好ましい寸法範囲としては、例えば、結晶
の外形を発振の光路方向に長い直方体とするとき、該結
晶の光路方向の長さは５ｍｍ〜７５ｍｍ程度、光路に垂
直な断面の四角形は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ〜１ｍｍ
×７５ｍｍ程度の範囲が挙げられる。
【００２３】周期的分極反転構造を形成する場合の分極
を反転させる技術自体には公知技術を用いてもよい。例
えば、電子線照射法、真空中または絶縁性の気体中にて
電圧を印加する方法、コロナ帯電法などが挙げられる。
を反転させる技術自体には公知技術を用いてもよい。例
えば、電子線照射法、真空中または絶縁性の気体中にて
電圧を印加する方法、コロナ帯電法などが挙げられる。
【００２４】ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 に形成される周期的
分極反転構造の反転周期は、アイドラ光の波長、ポンプ
光の波長、結晶温度、ＭｇＯ添加濃度が決定すれば、そ
の組に対して最適な反転周期が１つ求められる。図２
は、結晶温度２０℃および１００℃、ポンプ波長１．０
４７μｍ（Ｎｄ添加ＹＬＦレーザー）における、分極反
転周期と光パラメトリック発振波長（シグナル波、アイ
ドラ波）との関係を示している。結晶中のＭｇＯ濃度は
５ｍｏｌ％である。
分極反転構造の反転周期は、アイドラ光の波長、ポンプ
光の波長、結晶温度、ＭｇＯ添加濃度が決定すれば、そ
の組に対して最適な反転周期が１つ求められる。図２
は、結晶温度２０℃および１００℃、ポンプ波長１．０
４７μｍ（Ｎｄ添加ＹＬＦレーザー）における、分極反
転周期と光パラメトリック発振波長（シグナル波、アイ
ドラ波）との関係を示している。結晶中のＭｇＯ濃度は
５ｍｏｌ％である。
【００２５】図２のグラフに示すとおり、例えばメタン
ガスの吸収波長の１つである波長３．３μｍ付近のアイ
ドラ光を発生させる場合、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 では分
極反転周期を３０．２μｍ程度とする。このとき波長
１．５μｍのシグナル光も発生する。
ガスの吸収波長の１つである波長３．３μｍ付近のアイ
ドラ光を発生させる場合、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 では分
極反転周期を３０．２μｍ程度とする。このとき波長
１．５μｍのシグナル光も発生する。
【００２６】従来技術との比較のために、図２のグラフ
には、ＭｇＯをドープしないＬｉＮｂＯ3 結晶の１００
℃における、分極反転周期と（シグナル波、アイドラ
波）との関係をプロットしている。従来のＬｉＮｂＯ3
結晶では、３．３μｍのアイドラ光を発生させるための
分極反転周期は２９．５μｍである。
には、ＭｇＯをドープしないＬｉＮｂＯ3 結晶の１００
℃における、分極反転周期と（シグナル波、アイドラ
波）との関係をプロットしている。従来のＬｉＮｂＯ3
結晶では、３．３μｍのアイドラ光を発生させるための
分極反転周期は２９．５μｍである。
【００２７】上記以外の波長についても、ＭｇＯ−Ｌｉ
ＮｂＯ3 では、図２のグラフの結晶温度２０℃の線図に
おいて分極反転周期を２９．８μｍから３１．４μｍま
で変化させたとき、アイドラ波長は３．５４９μｍから
２．７１１μｍまで変化し、シグナル波長は１．４８５
μｍから１．７０５μｍまで変化する。また、ＭｇＯ−
ＬｉＮｂＯ3 、結晶温度１００℃の線図において分極反
転周期を２９．８μｍから３１．２μｍまで変化させた
とき、アイドラ波長は３．４２μｍから２．７５３μｍ
まで変化し、シグナル波長は１．５０８μｍから１．６
８９μｍまで変化する。これに対して、従来のＬｉＮｂ
Ｏ3 結晶では、図２のグラフの結晶温度２０℃の線図に
おいて分極反転周期を２９．５μｍから３０．６μｍま
で変化させたとき、アイドラ波長は３．４６６μｍから
２．８３３μｍまで変化し、シグナル波長は１．５００
μｍから１．６６０μｍまで変化する。また、ＬｉＮｂ
Ｏ 3 、結晶温度１００℃の線図において分極反転周期を
２９．５μｍから３０．４μｍまで変化させたとき、ア
イドラ波長は３．３４μｍから２．７５４μｍまで変化
し、シグナル波長は１．５２５μｍから１．６８９μｍ
まで変化する。以上の比較から明らかなように、ＭｇＯ
−ＬｉＮｂＯ3 の分極反転周期は、従来のＬｉＮｂＯ3
結晶の分極反転周期に対して、全く異なるものである。
ＮｂＯ3 では、図２のグラフの結晶温度２０℃の線図に
おいて分極反転周期を２９．８μｍから３１．４μｍま
で変化させたとき、アイドラ波長は３．５４９μｍから
２．７１１μｍまで変化し、シグナル波長は１．４８５
μｍから１．７０５μｍまで変化する。また、ＭｇＯ−
ＬｉＮｂＯ3 、結晶温度１００℃の線図において分極反
転周期を２９．８μｍから３１．２μｍまで変化させた
とき、アイドラ波長は３．４２μｍから２．７５３μｍ
まで変化し、シグナル波長は１．５０８μｍから１．６
８９μｍまで変化する。これに対して、従来のＬｉＮｂ
Ｏ3 結晶では、図２のグラフの結晶温度２０℃の線図に
おいて分極反転周期を２９．５μｍから３０．６μｍま
で変化させたとき、アイドラ波長は３．４６６μｍから
２．８３３μｍまで変化し、シグナル波長は１．５００
μｍから１．６６０μｍまで変化する。また、ＬｉＮｂ
Ｏ 3 、結晶温度１００℃の線図において分極反転周期を
２９．５μｍから３０．４μｍまで変化させたとき、ア
イドラ波長は３．３４μｍから２．７５４μｍまで変化
し、シグナル波長は１．５２５μｍから１．６８９μｍ
まで変化する。以上の比較から明らかなように、ＭｇＯ
−ＬｉＮｂＯ3 の分極反転周期は、従来のＬｉＮｂＯ3
結晶の分極反転周期に対して、全く異なるものである。
【００２８】図３は、ポンプ光源にＹＡＧレーザー装置
を用いた場合の、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶と、ＬｉＮ
ｂＯ3 結晶との比較を示すグラフである。同図のグラフ
は、図２で示した比較と同様、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結
晶温度２０℃および１００℃、ポンプ波長１．０６４μ
ｍ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー）における、分極反転周期と
光パラメトリック発振波長（シグナル波、アイドラ波）
との関係を示すものである。ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 の結
晶中のＭｇＯ濃度は５ｍｏｌ％である。図３から、ポン
プ光源にＹＡＧレーザー装置を用いた場合であっても、
図２で示した比較と同様、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶
と、ＭｇＯをドープしないＬｉＮｂＯ3 結晶とでは、分
極反転周期と（シグナル波、アイドラ波）との関係が明
らかに異なることが判る。
を用いた場合の、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶と、ＬｉＮ
ｂＯ3 結晶との比較を示すグラフである。同図のグラフ
は、図２で示した比較と同様、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結
晶温度２０℃および１００℃、ポンプ波長１．０６４μ
ｍ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー）における、分極反転周期と
光パラメトリック発振波長（シグナル波、アイドラ波）
との関係を示すものである。ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 の結
晶中のＭｇＯ濃度は５ｍｏｌ％である。図３から、ポン
プ光源にＹＡＧレーザー装置を用いた場合であっても、
図２で示した比較と同様、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶
と、ＭｇＯをドープしないＬｉＮｂＯ3 結晶とでは、分
極反転周期と（シグナル波、アイドラ波）との関係が明
らかに異なることが判る。
【００２９】本発明においては、従来のような光損傷の
抑制を目的とする加熱は必要ないが、目的とするガス吸
収波長に発生波長を合わせる必要性や、結晶組成、Ｍｇ
Ｏ添加量の個体差を補う目的から微妙な温度調整を行な
う必要がある。
抑制を目的とする加熱は必要ないが、目的とするガス吸
収波長に発生波長を合わせる必要性や、結晶組成、Ｍｇ
Ｏ添加量の個体差を補う目的から微妙な温度調整を行な
う必要がある。
【００３０】光共振器のミラーの態様は、図１のように
ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 とは別に独立した部品としてのミ
ラーであっても、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 の結晶端面に直
接反射膜をコーティングした一体的なミラーであっても
よい。ミラー自体の態様、一対のミラーの配置関係など
は、公知技術を参照してよい。
ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 とは別に独立した部品としてのミ
ラーであっても、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 の結晶端面に直
接反射膜をコーティングした一体的なミラーであっても
よい。ミラー自体の態様、一対のミラーの配置関係など
は、公知技術を参照してよい。
【００３１】ポンプ光を発振器内に適正に入射させるた
めの光学系や、発振器内に設けられるエタロン、各部に
必要に応じて設けられるフィルターなど、他の付帯機器
は、公知技術を参照すればよい。また、図１には示さず
説明を省略している。
めの光学系や、発振器内に設けられるエタロン、各部に
必要に応じて設けられるフィルターなど、他の付帯機器
は、公知技術を参照すればよい。また、図１には示さず
説明を省略している。
【００３２】
【実施例】実施例１ 本実施例では、図１に示す構成によって、赤外線を出力
するガス検知用光源装置を製作し、室温付近でのガス検
知を試み、装置を評価した。
するガス検知用光源装置を製作し、室温付近でのガス検
知を試み、装置を評価した。
【００３３】Ｎｄ：ＹＬＦレーザー装置をポンプ光源１
として、波長１．０４７μｍのレーザー光をポンプ光Ｌ
１とした。検知の対象は、長さ２００ｍｍのガスセル中
に封じ込めた濃度２．５％のメタンガスである。発振器
２は、擬似位相整合法によって発振させ得る構成とし
た。結晶３として用いたＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 には、メ
タンガスの吸収波長である３．３μｍ（正確には３．３
１３μｍ）のアイドラ光が発生し得るように周期的分極
反転構造を形成した。
として、波長１．０４７μｍのレーザー光をポンプ光Ｌ
１とした。検知の対象は、長さ２００ｍｍのガスセル中
に封じ込めた濃度２．５％のメタンガスである。発振器
２は、擬似位相整合法によって発振させ得る構成とし
た。結晶３として用いたＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 には、メ
タンガスの吸収波長である３．３μｍ（正確には３．３
１３μｍ）のアイドラ光が発生し得るように周期的分極
反転構造を形成した。
【００３４】発振器の結晶３として用いたＭｇＯ−Ｌｉ
ＮｂＯ3 の形状は、直方体であって、光路方向の寸法が
３０ｍｍ、光路方向に垂直な断面の寸法が１０ｍｍ×
０．５ｍｍである。周期的分極反転構造の反転周期は３
０．３μｍとした。
ＮｂＯ3 の形状は、直方体であって、光路方向の寸法が
３０ｍｍ、光路方向に垂直な断面の寸法が１０ｍｍ×
０．５ｍｍである。周期的分極反転構造の反転周期は３
０．３μｍとした。
【００３５】結晶温度６０℃にて、ポンプ光源１からの
ポンプ光Ｌ１を発振器２に入射させ、発振させたとこ
ろ、波長３．３１３μｍのアイドラ光の出力が得られ、
メタンガスの検出が可能であった。光出力の時間安定性
を評価したところ、光損傷特有の経過時間に伴う初期光
出力の低下は全くみられず、高温加熱しなくとも光損傷
が十分に抑制されていることがわかった。従って、大掛
かりな加熱装置を必要としない、小型のガス検知用光源
装置として長時間が使用可能であることがわかった。ま
た、高温加熱をしないことによって、周辺光学部品への
熱輻射も無く、それによる光軸ずれが発生しないので非
常に安定な光源となる。また、防爆性も保たれ危険ガス
の検知にも有用であることが判った。
ポンプ光Ｌ１を発振器２に入射させ、発振させたとこ
ろ、波長３．３１３μｍのアイドラ光の出力が得られ、
メタンガスの検出が可能であった。光出力の時間安定性
を評価したところ、光損傷特有の経過時間に伴う初期光
出力の低下は全くみられず、高温加熱しなくとも光損傷
が十分に抑制されていることがわかった。従って、大掛
かりな加熱装置を必要としない、小型のガス検知用光源
装置として長時間が使用可能であることがわかった。ま
た、高温加熱をしないことによって、周辺光学部品への
熱輻射も無く、それによる光軸ずれが発生しないので非
常に安定な光源となる。また、防爆性も保たれ危険ガス
の検知にも有用であることが判った。
【００３６】実施例２ 上記実施例１では、メタンガス検出光として３．３１２
μｍを利用したが、メタンガスの吸収波長としては１．
６μｍも存在する。そこで本実施例では、分極反転周
期、温度条件を変更したこと以外は上記実施例１と同様
の構成として、光パラメトリック発振により１．６６０
μｍ光を発生させ、ガス検知を試み、装置を評価した。
μｍを利用したが、メタンガスの吸収波長としては１．
６μｍも存在する。そこで本実施例では、分極反転周
期、温度条件を変更したこと以外は上記実施例１と同様
の構成として、光パラメトリック発振により１．６６０
μｍ光を発生させ、ガス検知を試み、装置を評価した。
【００３７】ポンプ光波長１．０４７μｍ（Ｎｄ：ＹＬ
Ｆレーザー）、分極反転周期３１．２μｍ、結晶温度３
０℃において、１．６６０μｍ光が発生し、上記実施例
１と同様、メタンガスの検知が可能であり、加熱しなく
とも光損傷が十分に抑制されていることがわかった。
Ｆレーザー）、分極反転周期３１．２μｍ、結晶温度３
０℃において、１．６６０μｍ光が発生し、上記実施例
１と同様、メタンガスの検知が可能であり、加熱しなく
とも光損傷が十分に抑制されていることがわかった。
【００３８】上記実施例１、２による一連の検討から、
メタンガス検知においては、検出波長を１．６μｍ付近
および３．３μｍ付近とし、ポンプ光として１μｍ付近
で発振性能が良いＮｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＬＦ
レーザー、Ｙｂ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＶＯ4 レー
ザーを用いることを考慮し、さらに結晶温度を１００℃
未満として設計することにより、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3
結晶の周期的分極反転構造における分極反転周期を３
０．０μｍから３２．０μｍとすることが最適であるこ
とがわかった。また、実施例のＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結
晶においては、ＭｇＯ添加濃度は５ｍｏｌ％を用いた
が、それ以外の光損傷を防ぐ為に添加される濃度に対し
ても前記の分極反転周期の範囲にあった。
メタンガス検知においては、検出波長を１．６μｍ付近
および３．３μｍ付近とし、ポンプ光として１μｍ付近
で発振性能が良いＮｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＬＦ
レーザー、Ｙｂ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＶＯ4 レー
ザーを用いることを考慮し、さらに結晶温度を１００℃
未満として設計することにより、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3
結晶の周期的分極反転構造における分極反転周期を３
０．０μｍから３２．０μｍとすることが最適であるこ
とがわかった。また、実施例のＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結
晶においては、ＭｇＯ添加濃度は５ｍｏｌ％を用いた
が、それ以外の光損傷を防ぐ為に添加される濃度に対し
ても前記の分極反転周期の範囲にあった。
【００３９】また、本明細書では、光パラメトリック発
振での事例を挙げて本発明を説明しているが、同様に、
第二高調波発生、和周波発生、差周波発生によるガス検
知用光源装置にも十分適応可能である。
振での事例を挙げて本発明を説明しているが、同様に、
第二高調波発生、和周波発生、差周波発生によるガス検
知用光源装置にも十分適応可能である。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガス検知
用光源では、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 に関して、検知すべ
きガスに対応する分極反転周期が明らかにされており、
これによって、この結晶をガス検知に用いることが可能
となっている。そして、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 の耐光損
傷性によって、大掛かりな加熱装置が不要となり、小型
で、防爆性にも優れた、ガス検知用光源装置が提供でき
るようになった。
用光源では、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 に関して、検知すべ
きガスに対応する分極反転周期が明らかにされており、
これによって、この結晶をガス検知に用いることが可能
となっている。そして、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 の耐光損
傷性によって、大掛かりな加熱装置が不要となり、小型
で、防爆性にも優れた、ガス検知用光源装置が提供でき
るようになった。
【図１】本発明によるガス検知用光源装置の構成例を示
す図である。同図では、結晶の周期的分極反転構造を示
唆するためにハッチングを施している。
す図である。同図では、結晶の周期的分極反転構造を示
唆するためにハッチングを施している。
【図２】分極反転周期と光パラメトリック発振波長（シ
グナル波、アイドラ波）との関係を示すグラフ図であ
る。同図上側の４本の曲線が、アイドラ光の集合であ
り、同図下側の４本の曲線が、シグナル光の集合であ
る。従来技術との比較のために、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3
結晶の関係線図（結晶温度２０℃、１００℃）に加え
て、ＬｉＮｂＯ3 （無添加）結晶（結晶温度２０℃、１
００℃）についても示している。
グナル波、アイドラ波）との関係を示すグラフ図であ
る。同図上側の４本の曲線が、アイドラ光の集合であ
り、同図下側の４本の曲線が、シグナル光の集合であ
る。従来技術との比較のために、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3
結晶の関係線図（結晶温度２０℃、１００℃）に加え
て、ＬｉＮｂＯ3 （無添加）結晶（結晶温度２０℃、１
００℃）についても示している。
【図３】ポンプ光源にＹＡＧレーザー装置を用いた場合
の、分極反転周期と光パラメトリック発振波長（シグナ
ル波、アイドラ波）との関係を示すグラフ図である。図
２と同様、同図上側の４本の曲線が、アイドラ光の集合
であり、同図下側の４本の曲線が、シグナル光の集合で
ある。また図２と同様、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶の関
係線図（結晶温度２０℃、１００℃）に加えて、ＬｉＮ
ｂＯ3 （無添加）結晶（結晶温度２０℃、１００℃）に
ついても示している。
の、分極反転周期と光パラメトリック発振波長（シグナ
ル波、アイドラ波）との関係を示すグラフ図である。図
２と同様、同図上側の４本の曲線が、アイドラ光の集合
であり、同図下側の４本の曲線が、シグナル光の集合で
ある。また図２と同様、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶の関
係線図（結晶温度２０℃、１００℃）に加えて、ＬｉＮ
ｂＯ3 （無添加）結晶（結晶温度２０℃、１００℃）に
ついても示している。
【図４】従来の、光パラメトリック発振器を有するガス
検知用光源装置の構成を示す模式図である。
検知用光源装置の構成を示す模式図である。
１ ポンプ光源装置 ２ 波長変換手段 ３ ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 結晶 ４ 光共振器 Ｌ１ ポンプ光 Ｌ２ シグナル光またはアイドラ光
フロントページの続き (72)発明者 谷口 浩一 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 只友 一行 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB01 CC20 EE02 GG01 GG09 HH01 HH06 JJ13 JJ18 2K002 AA04 AB12 BA13 CA03 GA04 HA21
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも１つ以上のポンプ光源装置と
波長変換手段とを有し、検知すべきガスの吸収波長の光
を発生させ出力し得る装置であって、 前記波長変換手段は、ＭｇＯドープされたＬｉＮｂＯ3
結晶が用いられたものであり、該ＭｇＯドープされたＬ
ｉＮｂＯ3 結晶には擬似位相整合のための周期的分極反
転構造が形成され、その分極反転構造の分極反転周期
が、結晶温度１００℃未満において、検知すべきガスの
吸収波長の光を発生させ得る分極反転周期であることを
特徴とするガス検知用光源装置。 - 【請求項２】 検知すべきガスがメタンガスであって、
周期的分極反転構造の分極反転周期が３０．０〜３２．
０μｍである請求項１記載のガス検知用光源装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14479699A JP2000338532A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | ガス検知用光源装置 |
| AU46159/00A AU4615900A (en) | 1999-05-25 | 2000-05-22 | Light source device for use in detecting gas |
| PCT/JP2000/003278 WO2000072086A1 (fr) | 1999-05-25 | 2000-05-22 | Dispositif a source lumineuse pour la detection de gaz |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14479699A JP2000338532A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | ガス検知用光源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=15370668
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14479699A Pending JP2000338532A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | ガス検知用光源装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| AU (1) | AU4615900A (ja) |
| WO (1) | WO2000072086A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009031278A1 (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-12 | Panasonic Corporation | 波長変換装置、画像表示装置及び加工装置 |
| JP2010204507A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Nippon Signal Co Ltd:The | 光パラメトリック発振器 |
| WO2018045701A1 (zh) * | 2016-09-07 | 2018-03-15 | 深圳大学 | 一种针对中红外脉冲激光的光谱调控装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104300354B (zh) * | 2014-10-29 | 2017-07-18 | 深圳大学 | 一种基于i类准位相匹配的光参量振荡激光器 |
| CN113314940B (zh) * | 2021-05-27 | 2022-06-03 | 长春理工大学 | 一种基于Nd:MgO:APLN晶体的多波长中红外激光脉冲串腔倒空激光器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1431269A (en) * | 1972-11-28 | 1976-04-07 | Amg Zzrbier Ltdbird T J | Detection of gas leakage |
-
1999
- 1999-05-25 JP JP14479699A patent/JP2000338532A/ja active Pending
-
2000
- 2000-05-22 WO PCT/JP2000/003278 patent/WO2000072086A1/ja active Application Filing
- 2000-05-22 AU AU46159/00A patent/AU4615900A/en not_active Abandoned
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2009031278A1 (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-12 | Panasonic Corporation | 波長変換装置、画像表示装置及び加工装置 |
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