JP2003042943A - 高速信号分光法 - Google Patents
高速信号分光法Info
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- JP2003042943A JP2003042943A JP2001233166A JP2001233166A JP2003042943A JP 2003042943 A JP2003042943 A JP 2003042943A JP 2001233166 A JP2001233166 A JP 2001233166A JP 2001233166 A JP2001233166 A JP 2001233166A JP 2003042943 A JP2003042943 A JP 2003042943A
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- atmosphere
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- acousto
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 音響光学チューナブルフィルターを使って光
信号を分光する方法である。特に、レーザー光を利用し
て大気中の原子、分子、有害物質等の着目物質を遠隔的
に測定する方法において、レーザーを大気中に発射して
戻ってく後方散乱光を音響光学チューナブルフィルター
を使用してその物質濃度を測定する。 【解決手段】 特定の物質に吸収される波長を有するレ
ーザー光とそれに吸収されない波長を有するレーザー光
を大気中に発射し、発射されたレーザー光が前記物質に
吸収された後、大気中の水蒸気やエアロゾル等によって
後方散乱されて戻ってくる後方散乱光を分光フィルター
を通過させてそれぞれの透過光強度を測定し、その強度
比によって大気中の原子、分子、有害物質等の濃度を測
定する方法において、前記分光フィルターとして音響光
学チューナブルフィルターを使用し、その周波数を変化
させて透過光の波長を制御することにより、広い波長域
に渡って分光測定を可能にする。
信号を分光する方法である。特に、レーザー光を利用し
て大気中の原子、分子、有害物質等の着目物質を遠隔的
に測定する方法において、レーザーを大気中に発射して
戻ってく後方散乱光を音響光学チューナブルフィルター
を使用してその物質濃度を測定する。 【解決手段】 特定の物質に吸収される波長を有するレ
ーザー光とそれに吸収されない波長を有するレーザー光
を大気中に発射し、発射されたレーザー光が前記物質に
吸収された後、大気中の水蒸気やエアロゾル等によって
後方散乱されて戻ってくる後方散乱光を分光フィルター
を通過させてそれぞれの透過光強度を測定し、その強度
比によって大気中の原子、分子、有害物質等の濃度を測
定する方法において、前記分光フィルターとして音響光
学チューナブルフィルターを使用し、その周波数を変化
させて透過光の波長を制御することにより、広い波長域
に渡って分光測定を可能にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響光学チューナ
ブルフィルターを使って光信号を分光する方法に関する
ものである。特に、本発明は、レーザー光を利用して大
気中の原子、分子、有害物質等の着目物質を遠隔的に測
定する方法において、レーザーを大気中に発射して戻っ
てく後方散乱光を音響光学チューナブルフィルターを使
用してその物質濃度を測定する方法である。
ブルフィルターを使って光信号を分光する方法に関する
ものである。特に、本発明は、レーザー光を利用して大
気中の原子、分子、有害物質等の着目物質を遠隔的に測
定する方法において、レーザーを大気中に発射して戻っ
てく後方散乱光を音響光学チューナブルフィルターを使
用してその物質濃度を測定する方法である。
【０００２】
【従来の技術】レーザーを利用した大気中の原子、分子
などの遠隔測定では、レーザー光を大気中に発射し、発
射したレーザー光が着目物質に吸収された後、大気中の
水蒸気やエアロゾルなどによって後方散乱されて戻って
くる信号を分光することによって、その種類や濃度を決
定する。これまで後方散乱信号の分光には透過波長の異
なる干渉フィルターを組み合わせ、測定対象以外のバッ
クグランド光を取り除いた後、その透過光量から濃度を
決定していた。
などの遠隔測定では、レーザー光を大気中に発射し、発
射したレーザー光が着目物質に吸収された後、大気中の
水蒸気やエアロゾルなどによって後方散乱されて戻って
くる信号を分光することによって、その種類や濃度を決
定する。これまで後方散乱信号の分光には透過波長の異
なる干渉フィルターを組み合わせ、測定対象以外のバッ
クグランド光を取り除いた後、その透過光量から濃度を
決定していた。
【０００３】
【発明が解決使用とする課題】しかし、この分光法では
使用する干渉フィルターによって測定対象が決定される
ため、多数の物質の同時測定や事前に想定しない物質が
大気中に存在する場合は測定ができなかった。また、干
渉フィルターは透過率の上限により極微量物質の測定が
困難といった課題もあった。
使用する干渉フィルターによって測定対象が決定される
ため、多数の物質の同時測定や事前に想定しない物質が
大気中に存在する場合は測定ができなかった。また、干
渉フィルターは透過率の上限により極微量物質の測定が
困難といった課題もあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では、従来の干渉
フィルターの代わりに音響光学チューナブルフィルター
を分光用の素子として使用する。音響光学チューナブル
フィルターで回折される光の波長は以下の式で表され
る。
フィルターの代わりに音響光学チューナブルフィルター
を分光用の素子として使用する。音響光学チューナブル
フィルターで回折される光の波長は以下の式で表され
る。
【０００５】λ＝Δηαｖａ／ｆａ
ここで、Δηは音響光学チューナブルフィルターで使用
する結晶の複屈折、ｖａは音響波の速度、ｆａは周波
数、αは音響光学チューナブルフィルターの複合パラメ
ータである。式から回折により選択される光の波長は入
力する高周波の周波数により変化することがわかる。周
波数のスイッチ速度は０．２５ｍｓ程度であるので４ｋ
Ｈｚの速度で波長の選択が可能である。
する結晶の複屈折、ｖａは音響波の速度、ｆａは周波
数、αは音響光学チューナブルフィルターの複合パラメ
ータである。式から回折により選択される光の波長は入
力する高周波の周波数により変化することがわかる。周
波数のスイッチ速度は０．２５ｍｓ程度であるので４ｋ
Ｈｚの速度で波長の選択が可能である。
【０００６】大気中の有害物質などを測定する場合、物
質に吸収される波長とされない波長をレーザーで発生さ
せ、この２つの後方散乱光の比から濃度を求める。波長
可変レーザー光の繰り返しが早い場合、その波長を掃引
することによって種々の物質の濃度を測定することが可
能である。その場合、従来は先に述べたように複数の干
渉フィルターを使って目的とする波長の光の強度を測定
する。
質に吸収される波長とされない波長をレーザーで発生さ
せ、この２つの後方散乱光の比から濃度を求める。波長
可変レーザー光の繰り返しが早い場合、その波長を掃引
することによって種々の物質の濃度を測定することが可
能である。その場合、従来は先に述べたように複数の干
渉フィルターを使って目的とする波長の光の強度を測定
する。
【０００７】本発明では、音響光学チューナブルフィル
ターの周波数を変化させることによって通過する波長が
制御できるため、広い波長域に渡って分光測定が可能と
なる。また、周波数のスイッチ速度が早いので、高繰り
返し波長可変レーザーと組み合わせることによってリア
ルタイムで大気中物質の濃度測定が可能となる。
ターの周波数を変化させることによって通過する波長が
制御できるため、広い波長域に渡って分光測定が可能と
なる。また、周波数のスイッチ速度が早いので、高繰り
返し波長可変レーザーと組み合わせることによってリア
ルタイムで大気中物質の濃度測定が可能となる。
【０００８】また、白色レーザー光を大気中に照射して
種々の物質の濃度を測定する場合、後方散乱光を音響光
学チューナブルフィルターを通して分光することによっ
て、物質が吸収する波長、即ち、物質の同定及び濃度を
極めて短い時間で測定することが可能となる。
種々の物質の濃度を測定する場合、後方散乱光を音響光
学チューナブルフィルターを通して分光することによっ
て、物質が吸収する波長、即ち、物質の同定及び濃度を
極めて短い時間で測定することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】音響光学チューナブルフィルター
を用いた分光装置の構成を図１に示す。１は高繰り返し
波長可変レーザー光源又は白色レーザー光源、２はレー
ザー光送信機、３はレーザー光、４は大気中に存在する
分子或いはエアロゾル、５は後方散乱光、６は後方散乱
光信号受信機、７は光ファイバー、８は音響光学チュー
ナブルフィルター、９はフィルター駆動装置、１０は駆
動用トリガ信号、１１は光検出器、１２は信号処理機、
１２はディスプレイである。
を用いた分光装置の構成を図１に示す。１は高繰り返し
波長可変レーザー光源又は白色レーザー光源、２はレー
ザー光送信機、３はレーザー光、４は大気中に存在する
分子或いはエアロゾル、５は後方散乱光、６は後方散乱
光信号受信機、７は光ファイバー、８は音響光学チュー
ナブルフィルター、９はフィルター駆動装置、１０は駆
動用トリガ信号、１１は光検出器、１２は信号処理機、
１２はディスプレイである。
【００１０】レーザー光源１から出たレーザー光はレー
ザー光送信機２でビーム径及びビーム広がりを調整した
後、大気中へ発射される。大気中に発射されたレーザー
光３は大気中を伝播する内に測定対象の分子或いはエア
ロゾル４の中を吸収を受けながら通過する。通過した光
はさらに大気を伝播しながら大気中の細かい塵や水分な
どによって後方散乱され、発射された方向へ戻ってく
る。
ザー光送信機２でビーム径及びビーム広がりを調整した
後、大気中へ発射される。大気中に発射されたレーザー
光３は大気中を伝播する内に測定対象の分子或いはエア
ロゾル４の中を吸収を受けながら通過する。通過した光
はさらに大気を伝播しながら大気中の細かい塵や水分な
どによって後方散乱され、発射された方向へ戻ってく
る。
【００１１】戻ってきた信号は、信号受信機６によって
集められ、光ファイバー７を通して音響光学チューナブ
ルフィルター８へ送られる。このフィルター８はレーザ
ーの繰り返しに同期して波長掃引を行うため、フィルタ
ー駆動装置９はレーザーからの同期信号で制御される。
集められ、光ファイバー７を通して音響光学チューナブ
ルフィルター８へ送られる。このフィルター８はレーザ
ーの繰り返しに同期して波長掃引を行うため、フィルタ
ー駆動装置９はレーザーからの同期信号で制御される。
【００１２】フィルター８を通過した信号のみが、光検
出器１０で検出され、信号処理器１１で処理された後、
その結果がディスプレイ１２に表示される。本発明で使
用される音響光学チューナブルフィルターについては、
ＴｅＯ2、石英、ゲルマニウム等の媒質に音響波が存在
すると屈折率を持った波が生じ、これによって媒質に入
射した光が回折される現象が知られており、音響光学チ
ューナブルフィルターの構造及びその操作方法は、次の
とおりである。
出器１０で検出され、信号処理器１１で処理された後、
その結果がディスプレイ１２に表示される。本発明で使
用される音響光学チューナブルフィルターについては、
ＴｅＯ2、石英、ゲルマニウム等の媒質に音響波が存在
すると屈折率を持った波が生じ、これによって媒質に入
射した光が回折される現象が知られており、音響光学チ
ューナブルフィルターの構造及びその操作方法は、次の
とおりである。
【００１３】（１） 構造
音響チューナブルフィルターは、図２に示されるよう
に、任意の周波数の音響波（ラジオ周波数：ＲＦ）を発
生させるＲＦ源とＲＦが入射される媒質（結晶）とより
構成される。
に、任意の周波数の音響波（ラジオ周波数：ＲＦ）を発
生させるＲＦ源とＲＦが入射される媒質（結晶）とより
構成される。
【００１４】（２） 操作方法
媒質に接着されているトランデューサーにＲＦが入力さ
れると音響波が媒質に放射され、その音響波によって媒
質を構成する結晶の格子が伸縮し、これが屈折率の変化
と同様に働き、その結果、媒質に入射したバックグラウ
ンド（背景光）を伴う信号は媒質内で回折される。ＲＦ
の周波数を変えると屈折率が変わるので回折される光の
波長も変化する。ライダーで後方散乱されて受信機に戻
ってくる信号はレーザーの散乱光の他に太陽光などのバ
ックブランドを含んでいる。バックグランド光の強度は
波長や天候等によって変化する。信号処理では、このバ
ックグランドを除去する必要があるが、このため測定で
はＲＦの周波数を信号のみが回折される値に設定するこ
とでバックグランドを除去する。その具体的な操作方法
は以下のようである。
れると音響波が媒質に放射され、その音響波によって媒
質を構成する結晶の格子が伸縮し、これが屈折率の変化
と同様に働き、その結果、媒質に入射したバックグラウ
ンド（背景光）を伴う信号は媒質内で回折される。ＲＦ
の周波数を変えると屈折率が変わるので回折される光の
波長も変化する。ライダーで後方散乱されて受信機に戻
ってくる信号はレーザーの散乱光の他に太陽光などのバ
ックブランドを含んでいる。バックグランド光の強度は
波長や天候等によって変化する。信号処理では、このバ
ックグランドを除去する必要があるが、このため測定で
はＲＦの周波数を信号のみが回折される値に設定するこ
とでバックグランドを除去する。その具体的な操作方法
は以下のようである。
【００１５】
ａ） 音響チューナブルフィルターに光を導入する。
ｂ） ＲＦ周波数を信号が回折される周波数に設定す
る。 ｃ） 波長の異なる２つの信号の比から濃度を求める場
合（大気中の有害物質等を測定する場合）は、ＲＦ周波
数を２つの波長の信号が回折される値に設定し、適当な
時間で切り替えながらそれぞれの信号を回折させ、バッ
クグランド光を除去する。
る。 ｃ） 波長の異なる２つの信号の比から濃度を求める場
合（大気中の有害物質等を測定する場合）は、ＲＦ周波
数を２つの波長の信号が回折される値に設定し、適当な
時間で切り替えながらそれぞれの信号を回折させ、バッ
クグランド光を除去する。
【００１６】ｄ） 回折した信号を光電子増倍管等の光
検出器で検出する。 ｅ） 検出した信号を割算し、濃度を求める。 即ち、本発明は、特定の物質に吸収される波長を有する
レーザー光とそれに吸収されない波長を有するレーザー
光を大気中に発射し、発射されたレーザー光が前記物質
に吸収された後、大気中の水蒸気やエアロゾル等によっ
て後方散乱されて戻ってくる後方散乱光を分光フィルタ
ーを通過させてそれぞれの透過光強度を測定し、その強
度比によって大気中の原子、分子、有害物質等の濃度を
測定する方法において、前記分光フィルターとして音響
光学チューナブルフィルターを使用し、その周波数を変
化させて透過光の波長を制御することにより、広い波長
域に渡って分光測定を可能にすることを特徴とするもの
である。
検出器で検出する。 ｅ） 検出した信号を割算し、濃度を求める。 即ち、本発明は、特定の物質に吸収される波長を有する
レーザー光とそれに吸収されない波長を有するレーザー
光を大気中に発射し、発射されたレーザー光が前記物質
に吸収された後、大気中の水蒸気やエアロゾル等によっ
て後方散乱されて戻ってくる後方散乱光を分光フィルタ
ーを通過させてそれぞれの透過光強度を測定し、その強
度比によって大気中の原子、分子、有害物質等の濃度を
測定する方法において、前記分光フィルターとして音響
光学チューナブルフィルターを使用し、その周波数を変
化させて透過光の波長を制御することにより、広い波長
域に渡って分光測定を可能にすることを特徴とするもの
である。
【００１７】更に、音響光学チューナブルフィルターの
周波数のスイッチ速度が早いために、高繰り返し波長可
変レーザー光と組み合わせることによりリアルタイムで
大気中物質の濃度測定が行えることを特徴とするもので
ある。
周波数のスイッチ速度が早いために、高繰り返し波長可
変レーザー光と組み合わせることによりリアルタイムで
大気中物質の濃度測定が行えることを特徴とするもので
ある。
【００１８】
【発明の効果】本発明においては、後方散乱光を分光す
る際に従来使用されてた干渉フィルターに代えて音響光
学チューナブルフィルターを使用することにより、その
周波数を変化させて透過光の波長を制御することによ
り、広い波長域に渡って分光測定が可能になり、又音響
光学チューナブルフィルターの周波数のスイッチ速度が
早いために、高繰り返し波長可変レーザーと組み合わせ
ることによりリアルタイムで大気中物質の濃度測定が行
える、という本発明に特有な顕著な効果を生ずる。
る際に従来使用されてた干渉フィルターに代えて音響光
学チューナブルフィルターを使用することにより、その
周波数を変化させて透過光の波長を制御することによ
り、広い波長域に渡って分光測定が可能になり、又音響
光学チューナブルフィルターの周波数のスイッチ速度が
早いために、高繰り返し波長可変レーザーと組み合わせ
ることによりリアルタイムで大気中物質の濃度測定が行
える、という本発明に特有な顕著な効果を生ずる。
【図１】 本発明の音響チューナブルフィルターを利用
した後方散乱信号分光法を示す図である。
した後方散乱信号分光法を示す図である。
【図２】 音響チューナブルフィルターの構造及びその
操作方法を示す図である。
操作方法を示す図である。
１： レーザー
２： 送信機
３： レーザー光
４： 分子又はエアロゾル
５： 後方散乱光
６： 信号受信機
７： 光ファイバー
９： 音響光学チューナブルフィルター
１０： 駆動用トリガ信号
１１； 光検出器
１２： 信号処理器
１３： ディスプレイ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｎ 21/49 Ｇ０１Ｎ 21/49 Ｃ
Ｇ０２Ｆ 1/11 ５０２ Ｇ０２Ｆ 1/11 ５０２
Ｆターム(参考） 2G020 AA03 AA04 AA05 BA02 BA12
CA03 CB03 CB23 CB43 CC30
CD22 CD51
2G059 AA01 BB02 CC03 CC19 EE02
GG01 GG09 HH01 HH02 HH03
JJ02 JJ17 JJ30 KK01 PP04
2H079 AA04 AA12 BA01 CA12 CA13
DA03 EB21 EB22 HA15 KA11
KA18 KA19
Claims (6)
- 【請求項１】 音響光学チューナブルフィルターを使っ
て光信号を分光することを特長とする分光方法。 - 【請求項２】 レーザー光源が波長幅の狭い波長可変レ
ーザー或いは波長幅の広い白色レーザーであることを特
長とする分光方法。 - 【請求項３】 対象が大気中の原子、分子、エアロゾル
であることを特長とする分光方法。 - 【請求項４】 分光する光信号が大気中の水蒸気やエア
ロゾルなどによるレーザー光の後方散乱光であることを
特長とする分光法。 - 【請求項５】 後方散乱信号が紫外から赤外域の波長で
あることを特長とする分光法。 - 【請求項６】 音響光学チューナブルフィルターをレー
ザーと時間的に同期して波長掃引することを特長とする
分光法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001233166A JP2003042943A (ja) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | 高速信号分光法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001233166A JP2003042943A (ja) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | 高速信号分光法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003042943A true JP2003042943A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19064974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001233166A Pending JP2003042943A (ja) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | 高速信号分光法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003042943A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007171012A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Japan Atomic Energy Agency | 特定物質を含むエアロゾルの遠隔選別画像計測法 |
| CN100362319C (zh) * | 2005-07-05 | 2008-01-16 | 华东师范大学 | 航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的检测方法 |
| JP2010175498A (ja) * | 2009-02-02 | 2010-08-12 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 大気散乱光スペクトル強度計測器 |
| CN102565007A (zh) * | 2011-12-20 | 2012-07-11 | 中国人民解放军63655部队 | 一种整层大气透过率的反演方法 |
| CN104034700A (zh) * | 2014-06-21 | 2014-09-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种大气传输激光透过率的测量方法 |
| JP2014182106A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-29 | Horiba Ltd | 温度計 |
| CN105259085A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-01-20 | 武汉三众和光电科技有限公司 | 一种激光粉尘传感器的粉尘浓度测量系统及其测量方法 |
| CN107422334A (zh) * | 2017-09-01 | 2017-12-01 | 中恩光电科技（苏州）有限公司 | 一种激光测量目标运动速度的装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1183627A (ja) * | 1997-09-02 | 1999-03-26 | Omron Corp | 土壌の光学特性測定装置 |
-
2001
- 2001-08-01 JP JP2001233166A patent/JP2003042943A/ja active Pending
Patent Citations (1)
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| CN107422334A (zh) * | 2017-09-01 | 2017-12-01 | 中恩光电科技（苏州）有限公司 | 一种激光测量目标运动速度的装置 |
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