JP2008147557A - レーザの波長制御装置、ガス濃度測定装置、レーザの波長制御方法およびガス濃度測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光の基本波成分と2倍波成分との振幅比が最大になるようにレーザ素子の温度を設定した上で、波長λLを基準として波長変調された時のレーザ光の基本波成分と2倍波成分との振幅比と、波長λsを基準として波長変調された時のレーザ光の基本波成分と2倍波成分との振幅比とが一致するように半導体レーザ41の駆動電流を制御し、それらの振幅比とが一致するような吸収ピーク波長λcを基準として波長変調された時の基本波成分と2倍波成分との振幅比に基づいて測定対象ガスの濃度を算出する。
【選択図】 図1
Description
ここで、周波数変調方式では、ガスの吸収線幅よりもレーザ光の線幅の方が小さいことから、ガスの吸収波長と半導体レーザの発光波長とを合わせる必要がある。この方法として、予め測定したいガスと同じ成分を封入した参照ガスセルを用いる方法がある(特許文献2)。
図8において、光源ユニットには、半導体レーザモジュール121、参照ガスセル122およびフォト検出器123が収容され、光源ユニットのケース本体26の底面には、冷却用フィン27が取り付けられたペルチェ素子28が配設されている。ここで、半導体レーザモジュール121には、周波数変調されたレーザ光を両面から出射する半導体レーザが配設されるとともに、コネクタ125aを備えた光ケーブル125が延出され、半導体レーザから出射される一方の光が光ケーブル125を介して測定対象ガスの雰囲気に出射される。
そして、参照ガスセル122を通過したレーザ光を参照しながらペルチェ素子28にて半導体レーザの温度制御を行い、2倍波と基本波との比が最大となるように半導体レーザの発光波長を制御することにより、ガスの吸収波長と半導体レーザの発光波長とを合わせることができる。
さらに、参照ガスセル122を用いる方法では、部品点数が増加することから、戻り光によって半導体レーザの動作が不安定になり、計測精度の低下を招くという問題があった。
そこで、本発明の目的は、測定環境に依存することなく、ガスの吸収波長と半導体レーザの発光波長とを精度よく合わせることが可能なレーザの波長制御装置、ガス濃度測定装置、レーザの波長制御方法およびガス濃度測定方法を提供することである。
図1は、本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置の概略構成を示す断面図
である。
図1において、ガス濃度測定装置の送信側には、レーザユニット57から出射されたレーザ光を基本波で周波数変調する送信部基板54、レーザユニット57から出射されたレーザ光を平行ビームに変換するコリメートレンズ56およびレーザ素子が搭載されたレーザユニット57が設けられている。なお、レーザ素子としては半導体レーザを用いることができ、レーザユニット57にはレーザ素子の温度を調整するペルチェ素子を搭載することができる。
図2において、図1のレーザユニット57には、半導体レーザ41および温度設定部42が搭載されている。なお、温度設定部42としては、例えば、ペルチェ素子を用いることができる。また、図1の送信部基板54には、半導体レーザ41に駆動電流を注入するレーザ駆動部11、半導体レーザ41から出射されるレーザ光を基本波で周波数変調する周波数変調部12および半導体レーザ41に注入される駆動電流を制御する駆動電流制御部13が設けられている。
そして、駆動電流制御部13は、波長λLを基準として波長変調された時のレーザ光の基本波成分と2倍波成分との振幅比と、波長λsを基準として波長変調された時のレーザ光の基本波成分と2倍波成分との振幅比とを受け取ると、波長λLを基準として波長変調された時のレーザ光の基本波成分と2倍波成分との振幅比と、波長λsを基準として波長変調された時のレーザ光の基本波成分と2倍波成分との振幅比とを比較する。
図3において、中心周波数fc、変調周波数fmで半導体レーザ41の出力を周波数変調し、測定対象ガスに照射されたものとする。ここで、測定対象ガスの吸収線は変調周波数に対してほぼ2次関数となっているので、この吸収線が弁別器の役割を果たし、光検出部61では変調周波数fmの2倍の周波数の成分(2倍波成分)が得られる。ここで、変調周波数fmは任意の周波数でよいので、例えば、変調周波数fmを数kHz程度に選ぶと、ディジタル信号処理装置(DSP)または汎用のプロセッサを用い高度な信号処理を施すことが可能となる。
図4において、中心周波数fc、変調周波数fmで周波数変調された半導体レーザ41の出力が測定対象ガスに照射されると、測定対象ガスの吸収線は変調周波数に対してほぼ2次関数となっているので、光検出部61では変調周波数fmの2倍の周波数の成分(2倍波成分)が得られる。
図5において、半導体レーザ41の発光波長は駆動電流が増加するに従って長くなる。このため、半導体レーザ41の駆動電流を制御することにより、半導体レーザ41の発光波長を調整することができる。
図6は、本発明の一実施形態に係る温度と半導体レーザの発光波長との関係を示す図である。
図6において、半導体レーザ41の発光波長は温度が増加するに従って長くなる。このため、半導体レーザ41の温度を制御することにより、半導体レーザ41の発光波長を調整することができる。
図7において、気体状のガス分子には、それぞれ固有の光吸収スペクトルがある。そして、レーザ光をガスセルに照射した場合、そのガス分子に固有の光吸収スペクトルの波長でレーザ光が吸収されることから、その波長の位置で光検出部61による受光電圧が低下する。
そして、図5および図6に示すように、半導体レーザ41の発光波長は駆動電流または温度によって変化することから、半導体レーザ41の駆動電流または温度を制御することにより、半導体レーザ41の発光波長を吸収ピーク波長λcに一致させることができる。
12 周波数変調部
13 駆動電流制御部
21 基本波成分検出部
22 2倍波成分検出部
23 振幅比算出部
24 ガス濃度算出部
41 半導体レーザ
42 温度設定部
51a、51b 隔壁
52a、52b フランジ
54 送信部基板
55a、55b ウェッジ窓
56 コリメートレンズ
57 レーザユニット
58、59 ハウジング
60 集光レンズ
61 光検出部
62 受信部基板
Claims (5)
- レーザ光を出射するレーザ素子と、
前記レーザ光を基本波で周波数変調する周波数変調部と、
前記周波数変調されたレーザ光を検出する光検出部と、
前記光検出部にて検出されたレーザ光から基本波成分を検出する基本波成分検出部と、
前記光検出部にて検出されたレーザ光から2倍波成分を検出する2倍波成分検出部と、
前記レーザ光から検出された基本波成分と2倍波成分との振幅比を算出する振幅比算出部と、
前記基本波成分と2倍波成分との振幅比に基づいて前記レーザ素子の温度を設定する温度設定部と、
吸収ピーク波長からシフトされた波長を基準とする波長変調を行った時の前記基本波成分と2倍波成分との振幅比に基づいて前記レーザ素子の駆動電流を制御する駆動電流制御部とを備えることを特徴とするレーザの波長制御装置。 - 前記温度設定部は、前記基本波成分と2倍波成分との振幅比が最大になるように前記レーザ素子の温度を設定し、
前記駆動電流制御部は、吸収ピーク波長から長波長側および短波長側に同一のずれ量だけシフトされた波長をそれぞれ基準として周波数変調された時の基本波成分と2倍波成分との振幅比が一致するように駆動電流を制御することを特徴とする請求項1記載のレーザの波長制御装置。 - レーザ光を出射するレーザ素子と、
前記レーザ光を基本波で周波数変調する周波数変調部と、
前記周波数変調されたレーザ光を検出する光検出部と、
前記光検出部にて検出されたレーザ光から基本波成分を検出する基本波成分検出部と、
前記光検出部にて検出されたレーザ光から2倍波成分を検出する2倍波成分検出部と、
前記レーザ光から検出された基本波成分と2倍波成分との振幅比を算出する振幅比算出部と、
前記基本波成分と2倍波成分との振幅比が最大になるように前記レーザ素子の温度を設定する温度設定部と、
吸収ピーク波長から長波長側および短波長側に同一のずれ量だけシフトされた波長をそれぞれ基準として周波数変調された時の基本波成分と2倍波成分との振幅比が一致するように前記レーザ素子の駆動電流を制御する駆動電流制御部と、
前記吸収ピーク波長を基準として周波数変調された時の基本波成分と2倍波成分との振幅比に基づいて、前記レーザ光が透過したガスの濃度を算出するガス濃度算出部とを備えることを特徴とするガス濃度測定装置。 - 基本波で周波数変調しながら測定対象ガスにレーザ光を入射するステップと、
前記測定対象ガスを透過したレーザ光を検出するステップと、
前記検出されたレーザ光から基本波成分および2倍波成分を抽出するステップと、
前記レーザ光から抽出された基本波成分と2倍波成分との振幅比を算出するステップと、
前記基本波成分と2倍波成分との振幅比が最大になるように前記レーザ光を発生させるレーザ素子の温度を設定するステップと、
前記測定対象ガスの吸収線幅の範囲内で吸収ピーク波長から長波長側および短波長側に同一のずれ量だけシフトされた波長をそれぞれ基準として周波数変調された時の基本波成分と2倍波成分との振幅比が一致するように前記レーザ素子の駆動電流を制御するステップとを備えることを特徴とするレーザの波長制御方法。 - 基本波で周波数変調しながら測定対象ガスにレーザ光を入射するステップと、
前記測定対象ガスを透過したレーザ光を検出するステップと、
前記検出されたレーザ光から基本波成分および2倍波成分を抽出するステップと、
前記レーザ光から抽出された基本波成分と2倍波成分との振幅比を算出するステップと、
前記基本波成分と2倍波成分との振幅比が最大になるように前記レーザ光を発生させるレーザ素子の温度を設定するステップと、
前記測定対象ガスの吸収線幅の範囲内で吸収ピーク波長から長波長側および短波長側に同一のずれ量だけシフトされた波長をそれぞれ基準として周波数変調された時の基本波成分と2倍波成分との振幅比が一致するように前記レーザ素子の駆動電流を制御するステップと、
前記吸収ピーク波長を基準として周波数変調された時の基本波成分と2倍波成分との振幅比に基づいて、前記レーザ光が透過した測定対象ガスの濃度を算出するステップとを備えることを特徴とするガス濃度測定方法。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010019780A (ja) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Fuji Electric Systems Co Ltd | レーザ式ガス分析計 |
JP2010032422A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Fuji Electric Systems Co Ltd | レーザ式ガス分析計、酸素ガス濃度測定方法 |
EP2610608A1 (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-03 | HORIBA, Ltd. | Gas measurement apparatus and method for setting the width of wavelength modulation in a gas measurement apparatus |
CN106797253A (zh) * | 2014-10-08 | 2017-05-31 | 日本电气株式会社 | 光发射器和光收发器 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04326041A (ja) * | 1991-04-26 | 1992-11-16 | Tokyo Gas Co Ltd | ガス濃度測定方法及びその測定装置 |
JPH0579976A (ja) * | 1991-09-20 | 1993-03-30 | Tokyo Gas Co Ltd | ガス濃度測定装置 |
JPH07151681A (ja) * | 1993-11-30 | 1995-06-16 | Anritsu Corp | ガス濃度測定装置 |
JPH07151682A (ja) * | 1993-11-30 | 1995-06-16 | Anritsu Corp | ガス濃度測定処理装置 |
JPH08162705A (ja) * | 1994-12-02 | 1996-06-21 | Anritsu Corp | 半導体レーザ発振波長安定化装置 |
JP2001074653A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガス濃度計測装置及び燃焼炉 |
JP2004361128A (ja) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 多点型光式ガス濃度検出方法及びそのシステム |
-
2006
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04326041A (ja) * | 1991-04-26 | 1992-11-16 | Tokyo Gas Co Ltd | ガス濃度測定方法及びその測定装置 |
JPH0579976A (ja) * | 1991-09-20 | 1993-03-30 | Tokyo Gas Co Ltd | ガス濃度測定装置 |
JPH07151681A (ja) * | 1993-11-30 | 1995-06-16 | Anritsu Corp | ガス濃度測定装置 |
JPH07151682A (ja) * | 1993-11-30 | 1995-06-16 | Anritsu Corp | ガス濃度測定処理装置 |
JPH08162705A (ja) * | 1994-12-02 | 1996-06-21 | Anritsu Corp | 半導体レーザ発振波長安定化装置 |
JP2001074653A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガス濃度計測装置及び燃焼炉 |
JP2004361128A (ja) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 多点型光式ガス濃度検出方法及びそのシステム |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010019780A (ja) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Fuji Electric Systems Co Ltd | レーザ式ガス分析計 |
JP2010032422A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Fuji Electric Systems Co Ltd | レーザ式ガス分析計、酸素ガス濃度測定方法 |
EP2610608A1 (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-03 | HORIBA, Ltd. | Gas measurement apparatus and method for setting the width of wavelength modulation in a gas measurement apparatus |
US8896835B2 (en) | 2011-12-27 | 2014-11-25 | Horiba, Ltd. | Gas measurement apparatus and the setting method of width of wavelength modulation in gas measurement apparatus |
CN106797253A (zh) * | 2014-10-08 | 2017-05-31 | 日本电气株式会社 | 光发射器和光收发器 |
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