JP2008267900A - 反射鏡アイソレータを有するキャビティリングダウン分光計 - Google Patents

Abstract

【課題】試料サブキャビティ内の試料物質が反射鏡サブキャビティに入ること、および反射鏡サブキャビティ内の反射鏡に影響を及ぼすことを低減、抑制、あるいは防止する。
【解決手段】光搬送構造体、反射鏡、およびアイソレータを有するキャビティリングダウン分光計である。この構造体は共振器キャビティを形成ができる。反射鏡は反射鏡サブキャビティ内にあり、反射鏡サブキャビティおよび試料サブキャビティを通して光を導くことができる。アイソレータは、試料サブキャビティ内の試料物質が反射鏡サブキャビティに入ること、および反射鏡サブキャビティ内の反射鏡に影響を及ぼすことを低減、抑制、あるいは防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は検出器に関し、詳細には分光計に関する。より詳細には、本発明はキャビティリングダウン分光計に関する。

本出願は、２００６年４月１８日出願の米国仮特許出願第６０／７９３２７９号の利益を主張するものである。
本発明は、分光計内に、物質標本化キャビティから反射鏡を隔離する反射鏡アイソレータを有するリングダウン分光計である。

キャビティリングダウン分光計（ＣＲＤＳ）は、複数の反射鏡によって画定された光路を保持する共振器キャビティを備えることがある。この反射鏡は、レーザ、例えば波長可変ポンプレーザから供給される光を光路に沿って導くことができる。ガスや、例えば戦場のようなある環境からの空気などの試験物質または試料物質、すなわち検体は、共振器キャビティ内に導入される。光のパルス、または光の連続波である光は、検出されるべき試料物質の特性によって決まるある比率で減衰し、その減衰の比率が経時的に測定される。

本発明の一態様は、ガス試料中の低蒸気圧ガスおよび微粒子が光学部品を被覆しないようにすることを含むことができる。光学部品が被覆されると、光学キャビティリングダウン分光計のベースリングダウン時間が劣化することがある。

空のキャビティにおいて、キャビティ内の光の強度は、反射鏡の反射率、反射鏡間の離隔距離、およびキャビティ内の光の速度によって決まるリングダウン速度で幾何級数的に減少する。試料物質が共振器キャビティ内に導入されたときに、リングダウン速度が加速することがある。試料物質の吸収スペクトルは、入射光の波長に対するリングダウン速度の逆数をグラフ化することによって得られる。この吸収スペクトルを、試料物質および／または少なくともその特性の一部を特定し、かつ／または分析するために使用することができる。

共振器キャビティ内に導入される試料物質は、光路を画定する反射鏡を被覆することがある。リングダウン速度は少なくとも部分的に反射鏡の反射率によって決まるので、反射鏡の被覆がその反射率を変化させ、したがってリングダウン速度を変化させることがあり、この変化は、試料物質および／またはその特性の特定に誤りを生じさせる。

本発明は、この反射鏡の被覆を低減させ、したがって、試料物質、属性および／またはその特性を特定する精度を改善することができる。

本発明の一態様によれば、キャビティリングダウン分光計は、構造体、反射鏡、およびアイソレータを有することができる。この構造体は、共振器キャビティを形成することができ、共振器キャビティは、試料サブキャビティおよび反射鏡サブキャビティを備えることができる。分光計は、試料サブキャビティ内に存在する、または入ってくる物質を検知することができる。反射鏡を反射鏡サブキャビティ内に配置することができ、この反射鏡は、試料サブキャビティおよび反射鏡サブキャビティを通して光を導くことができる。アイソレータは、試料サブキャビティ内の物質が反射鏡サブキャビティに入ることを低減、抑制、あるいは防止することができる。

本発明の別の態様によれば、キャビティリングダウン分光計システムは、構造体、第１、第２および第３の反射鏡、ならびに第１、第２および第３のアイソレータを有することができる。この構造体は、少なくとも第１、第２および第３のキャビティ区域を備える共振器キャビティを形成することができる。第１のキャビティ区域は第１の試料サブキャビティを備えることができ、第２のキャビティ区域は第２の試料サブキャビティを備えることができ、第３のキャビティ区域は第３の試料サブキャビティを備えることができる。共振器キャビティはさらに、第１、第２および第３の反射鏡サブキャビティを備えることができる。第１の反射鏡サブキャビティは第１の試料サブキャビティと第２の試料サブキャビティとの間に、第２の反射鏡サブキャビティは第２の試料サブキャビティと第３の試料サブキャビティとの間に、また第３の反射鏡サブキャビティは第３の試料サブキャビティと第１の試料サブキャビティとの間に配置することができる。

分光計は、第１、第２および第３の試料サブキャビティ間にそれぞれ入ってくる対応する第１、第２および第３の物質を検知する。第１の反射鏡は第１の反射鏡サブキャビティ内に、第２の反射鏡は第２の反射鏡サブキャビティ内に、第３の反射鏡は第３の反射鏡サブキャビティ内に配置することができる。第１、第２および第３の反射鏡は、第１、第２および第３の試料サブキャビティ、ならびに第１、第２および第３の反射鏡サブキャビティを通して光を導くことができる。

第１のアイソレータは、第１および第２の試料サブキャビティ内の第１および第２の物質が第１の反射鏡サブキャビティに入ることを低減、抑制、あるいは防止することができ、第２のアイソレータは、第２および第３の試料サブキャビティ内の第２および第３の物質が第２の反射鏡サブキャビティに入ることを低減、抑制、あるいは防止することができ、また第３のアイソレータは、第３および第１の試料サブキャビティ内の第３および第１の物質が第３の反射鏡サブキャビティに入ることを低減、抑制、あるいは防止することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、一手法として、光を共振器キャビティの試料サブキャビティおよび反射鏡サブキャビティに通して伝搬させることができ、この場合、反射鏡サブキャビティは、試料サブキャビティおよび反射鏡サブキャビティを通って伝搬する光を誘導する反射鏡を備え、試料サブキャビティ内に存在する、または入ってくる物質に応じた光のリングダウン速度を検知し、また、その物質の試料サブキャビティから反射鏡サブキャビティへの移行を低減、抑制、または防止する。

図１に示されているように、キャビティリングダウン分光計１０は、ガラス容器などの構造体１２を備えることができ、この構造体１２は、３つの区域１４、１６、１８を有し、共振器キャビティ２０を画定するように中空になっている。反射鏡２２は区域１４と１８との交差部に配置され、反射鏡２４は区域１６と１８との交差部に配置される。反射鏡２２および２４は、実質的に完全反射型である。半透過型反射鏡２６は、区域１４と１６との交差部に配置される。

光源２８、例えばポンプレーザは、光２９を半透過型反射鏡２６を通して供給することができ、その結果、光源２８からの光２９が共振器キャビティ２０に入り、反射鏡２２、２４、２６によって共振器キャビティ２０内の光路に沿って誘導される。共振器キャビティ内の光２９の一部は、半透過型反射鏡２６を通り抜け出て検出器３０により検出され、検出器３０は、それが検出する光を電子機器３２によって適切に処理されるべき電気信号に変換する。

試料物質を吸収するために、前濃縮媒体３４が共振器キャビティ２０の区域１４の試料サブキャビティ５４内に配置され、あるいは設けられる。媒体すなわち吸着材３４は、例えば、吸着されるべき特定の試料物質を標的にした材料を含有することができる。試料がサブキャビティ５４に入ったときに、それを媒体３４によって吸着することができる。媒体３４は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、被覆ナノワイヤ、ゼオライト、および／またはその他のものから成るものでよい。マイクロヒータなどのヒータ３６が媒体３４に隣接しており、ヒータ３６は、媒体すなわち吸着材３４から出るガスなどの試料を脱離させるように媒体３４を加熱するために、前濃縮媒体３４に取り付け、あるいはその上またはその中に設けることができる。ヒータがオンである区域は、活性化区域とみなすことができる。試料の一部または全部が脱離すると、光２９は、光源２８からキャビティ２０内に、サブキャビティ５４内の脱離された試料中を通って伝搬し、キャビティ２０から光の一部が検出器３０に戻ってきて、サブキャビティ５４内の試料から影響を受けた光２９のリングダウン特性を考慮して試料の素性または属性を決定する電子機器３２が処理すべき電気信号３１に変換される。ヒータ３６は、蛇行またはその他のパターンで構成されてよい。様々な前濃縮媒体／ヒータの組合せおよびパターンを、サブキャビティ５４内の試料を吸着および脱離するために使用することができる。

試料物質を吸収するために、前濃縮媒体３８が共振器キャビティ２０の区域１６の試料サブキャビティ５８内に配置され、あるいは設けられる。媒体すなわち吸着材３８は、例えば、吸着されるべき特定の試料物質を標的にした材料を含有することができる。試料がサブキャビティ５８に入ったときに、それを媒体３８によって吸着することができる。媒体３８は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、被覆ナノワイヤ、ゼオライト、および／またはその他のものから成るものでよい。マイクロヒータなどのヒータ４０が媒体３４に隣接しており、ヒータ４０は、媒体すなわち吸着材３８から出るガスなどの試料を脱離させるように媒体３８を加熱するために、前濃縮媒体３８に取り付け、あるいはその上またはその中に設けられる。試料の一部または全部が脱離すると、光２９は、光源２８からキャビティ２０内に、サブキャビティ５８内の脱離した試料中を通して伝搬し、キャビティ２０から光の一部が検出器３０に戻ってきて、サブキャビティ５８内の試料から影響を受けた光２９のリングダウン特性を考慮して試料の素性または属性を決定する電子機器３２が処理すべき電気信号３１に変換される。ヒータ４０は、蛇行またはその他のパターンで構成されてよい。様々な前濃縮媒体／ヒータの組合せおよびパターンを、サブキャビティ５８内の試料を吸着および脱離するために使用することができる。

試料物質を吸収するために、前濃縮媒体４２が共振器キャビティ２０の区域１８の試料サブキャビティ６６内に配置され、あるいは設けられる。媒体すなわち吸着材４２は、例えば、吸着されるべき特定の試料物質を標的にした材料を含むことができる。試料がサブキャビティ６６に入ったときに、それを媒体４２によって吸着することができる。媒体４２は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、被覆ナノワイヤ、ゼオライト、および／またはその他のものから成るものでよい。マイクロヒータなどのヒータ４４が媒体４２に隣接しており、このヒータ４４は、媒体すなわち吸着材４２から出るガスなどの試料を脱離させるように媒体４２を加熱するために、前濃縮媒体４２に取り付け、あるいはその上またはその中に設けることができる。試料の一部または全部が脱離すると、光２９は、光源２８からキャビティ２０内に、サブキャビティ６６内の脱離した試料中を通して伝搬し、キャビティ２０から光の一部が検出器３０に戻ってきて、サブキャビティ６６内の試料から影響を受けた光２９のリングダウン特性を考慮して試料の素性または属性を決定する電子機器３２が処理すべき電気信号３１に変換される。ヒータ４４は、蛇行またはその他のパターンで構成されてよい。様々な前濃縮媒体／ヒータの組合せおよびパターンを、サブキャビティ６６内の試料を吸着および脱離するために使用することができる。

前濃縮媒体３４、３８、４２は、同一の試料物質を標的にしてもよく、あるいは異なる試料物質を個々に標的にしてもよい。キャビティリングダウン分光計１０に関して、媒体３４、３８、４２のうちの１つだけが必要である。しかし、キャビティリングダウン分光計１０に関して、媒体３４、３８、４２の数よりも多い、または少ない媒体を備えてもよい。

バッフル５０は、共振器キャビティ２０の反射鏡サブキャビティ５２と試料サブキャビティ５４とを互いに隔離することができる。反射鏡サブキャビティ５２は半透過型反射鏡２６を含むことができ、試料サブキャビティ５４は媒体３４を含むことができる。バッフル５０は、例えば、１つまたは複数のバッフル板を有することができる。

バッフル５６は、共振器キャビティ２０の反射鏡サブキャビティ５２を共振器キャビティ２０の試料サブキャビティ５８から隔離することができる。試料サブキャビティ５８は、媒体３８を含むことができる。バッフル６０は、共振器キャビティ２０の試料サブキャビティ５８を共振器キャビティ２０の反射鏡サブキャビティ６２から隔離することができる。反射鏡サブキャビティ６２は、反射鏡２４を含むことができる。各バッフル５６、６０は、例えば、１つまたは複数のバッフル板を有することができる。

バッフル６４は、共振器キャビティ２０の反射鏡サブキャビティ６２を共振器キャビティ２０の試料サブキャビティ６６から隔離することができる。試料サブキャビティ６６は、媒体４２を含むことができる。バッフル６８は、共振器キャビティ２０の試料サブキャビティ６６を共振器キャビティ２０の反射鏡サブキャビティ７０から隔離することができる。反射鏡サブキャビティ７０は、反射鏡２２を含むことができる。各バッフル６４、６８は、例えば、１つまたは複数のバッフル板を有することができる。

追加バッフル（区域１４の図示のための切取り部９５により図１には示されていない）が、共振器キャビティ２０の試料サブキャビティ５４と反射鏡サブキャビティ７０とを互いに隔離することができる。この追加バッフルは、例えば、１つまたは複数のバッフル板を有することができる。サブキャビティ５４の追加バッフルは、サブキャビティ５８、６６の別のバッフルと同様でよい。区域１４は、構成要素と共に区域１６、１８と類似の外部および内部構造を有することができる。

各バッフル５０、５６、６０、６４、６８、および試料サブキャビティ５４と反射鏡サブキャビティ７０を隔離するバッフル（図示せず）は、（例えば、図２のバッフル５０の）窓７２を有することができ、そこを通って光源２８からの光２９が伝搬する。各バッフル５０、５６、６０、６４、６８の窓７２、および試料サブキャビティ５４と反射鏡サブキャビティ７０との間のバッフル（図示せず）の窓７２は、開口としてよい。あるいは、各サブキャビティの隔離をよりよくするために、各バッフル５０、５６、６０、６４、６８の窓７２、および試料サブキャビティ５４と反射鏡サブキャビティ７０の間のバッフル（図示せず）の窓７２は、光源２８からの光２９を通過させるようにガラスまたは他の透明部材としてもよい。

試料サブキャビティ５４は、試料物質８１がサブキャビティ５４に入ることができるようにするための入口ポート８０と、試料物質が試料サブキャビティ５４から出ることができるようにするための出口ポート（図示せず）とを有することができる。サブキャビティ５４は、試料物質８１にさらされる。試料物質８１を入口ポート８０から試料サブキャビティ５４を経由し、出口ポートに通して外へ循環させたいという要望に応じて、ファン、インペラ、またはその他の機構（図示せず）を使用することができる。

同様に、試料サブキャビティ５８は、試料物質８３がサブキャビティ５８に入ることができるようにするための入口ポート８２と、試料物質８３がサブキャビティ５８から出ることができるようにするための出口ポート８４とを有することができる。試料サブキャビティ５８は、試料物質８３にさらされる。試料物質８３を入口ポート８２から試料サブキャビティ５８を経由し、出口ポート８４に通して外へ循環させたいという要望に応じて、ファン、インペラ、またはその他の機構（図示せず）を使用することができる。

また、試料サブキャビティ６６は、試料物質８５がサブキャビティ６６に入ることができるようにするための入口ポート８６と、試料物質８５がサブキャビティ６６から出ることができるようにするための出口ポート８８とを有することができる。試料サブキャビティ６６は、試料物質８５にさらされる。試料物質８５を入口ポート８６から試料サブキャビティ６６を経由し、出口ポート８８に通して外へ循環させるという要望に応じて、ファン、インペラ、またはその他の機構（図示せず）を使用することができる。

反射鏡サブキャビティ５２は、不活性ガスなどの隔離物質８７が反射鏡サブキャビティ５２に入ることができるようにするための入口ポート９０と、隔離物質８７が反射鏡サブキャビティ５２から出ることができるようにするための出口ポート９２、９４とを有することができる。隔離物質８７を入口ポート９０から反射鏡サブキャビティ５２を経由し、出口ポート９２、９４に通して外へ循環させたいという要望に応じて、ファン、インペラ、またはその他の機構（図示せず）を使用することができる。隔離物質８７は、例えばアルゴン（Ａｒ）でよい。要望に応じて、出口ポート９２を、バッフル５６の底部に沿って、かつ／または近くに配置することができ、出口ポート９４を、バッフル５０の底部に沿って、かつ／または近くに配置することができる。バッフル５０、５６と、反射鏡サブキャビティ５２を通る隔離物質８７の流れとは、アイソレータとして働くことができ、これは、反射鏡サブキャビティ５２を試料サブキャビティ５４、５８内の物質から隔離して、試料物質８１、８３が反射鏡サブキャビティ５２内に侵入すること、および半透過型反射鏡２６を被覆することを低減、抑制、あるいは防止する。

本発明の説明的な例では、例えば不活性ガスなどの隔離物質８７、８９、９１は、それぞれ反射鏡サブキャビティ５２、６２、７０を通して注入または吸引される。別の説明的な例では、反射鏡サブキャビティ５２、６２、７０内の隔離物質の圧力は、対応する反射鏡サブキャビティ５２、６２、７０と試料サブキャビティ５４、５８、６６との間の隔離を助長するために、試料サブキャビティ５４、５８、６６中のそれぞれの試料物質８１、８３、８５の圧力よりも高い圧力によって制御される。

反射鏡サブキャビティ６２は、不活性ガスなどの隔離物質８９が反射鏡サブキャビティ６２に入ることができるようにするための入口ポート９６と、隔離物質８９が反射鏡サブキャビティ６２から出ることができるようにするための出口ポート９８、１００とを有することができる。隔離物質８９を入口ポート９６から反射鏡サブキャビティ６２を経由し、出口ポート９８、１００に通して外へ循環させたいという要望に応じて、ファン、インペラ、またはその他の機構（図示せず）を使用することができる。隔離物質８９は、例えばアルゴンでよい。要望に応じて、出口ポート９８を、バッフル６０の底部に沿って、かつ／または近くに配置することができ、出口ポート１００を、バッフル６４の底部に沿って、かつ／または近くに配置することができる。バッフル６０、６４と、反射鏡サブキャビティ６２を通る隔離物質８９の流れとは、アイソレータとして働くことができ、これは反射鏡サブキャビティ６２を試料サブキャビティ５８、６６それぞれの中の試料物質８３、８５から隔離して、試料物質８３、８５が反射鏡サブキャビティ６２内に侵入すること、および反射鏡２４を被覆することを低減、抑制、あるいは防止する。

反射鏡サブキャビティ７０は、不活性ガスなどの隔離物質９１が反射鏡サブキャビティ７０に入ることができるようにするための入口ポート１０２と、隔離物質９１が反射鏡サブキャビティ７０から出ることができるようにするための出口ポート１０４などの出口ポートとを有することができる。隔離物質９１を入口ポート１０２から反射鏡サブキャビティ７０を経由し、出口ポート１０４や他の出口ポート（図示せず）などの出口ポートに通して外へ循環させたいという要望に応じて、ファン、インペラ、またはその他の機構（図示せず）を使用することができる。隔離物質９１は、例えばアルゴンでよい。要望に応じて、出口ポート１０４を、バッフル６８の底部に沿って、かつ／または近くに配置することができ、その他の出口ポート（図示せず）を、反射鏡サブキャビティ７０を試料サブキャビティ５４から分離する他のバッフル（図示せず）の底部に沿って、かつ／または近くに配置することができる。反射鏡サブキャビティ７０を画定するバッフルと、反射鏡サブキャビティ７０を通る隔離物質９１の流れとは、アイソレータとして働くことができ、これは、反射鏡サブキャビティ７０を試料サブキャビティ６６、５４それぞれの中の試料物質８５、８１から隔離して、試料物質８５、８１が反射鏡サブキャビティ７０内に侵入すること、および反射鏡２２を被覆することを低減、抑制、あるいは防止する。

図２に示されているように、区域１４の内壁を貫通する開口を覆うようにカバー１１０を設けることができる。この開口は、反射鏡サブキャビティ５２と試料サブキャビティ５４を分離するバッフル５０を挿入するために、また試料サブキャビティ５４と反射鏡サブキャビティ７０を分離するバッフル（図示せず）を挿入するために使用することができる。これらのバッフルは、接合剤を用いることなどによって共振器キャビティ２０の壁に適切に取り付けることができる。媒体３４は、そのヒータ３６と共に、これらのバッフルまたはカバー１１０に、あるいはその両方に適切に取り付けることができる。カバー１１０は、試料サブキャビティ５４を封止するように区域１４に取り付けられる。また、類似のカバーを、構造体１２の区域１６、１８に同様に設けることもできる。

説明的な一例では、カバー１１０を、構造体１２に使用されるものと同じ材料で製作することができる。この材料は、耐熱ガラスなどのガラスとすることができる。別の説明的な例では、カバー１１０を、構造体１２に使用されるものとは異なる材料で製作してもよい。必ずしも必要ではないが、その異なる材料は、膨張および／または他の特性に関連して、構造体１２に使用される材料と熱的に適合的である。

図３および図４は、本発明の別の説明的な例としてのキャビティリングダウン分光計２００を示す。このキャビティリングダウン分光計２００は、本質的にキャビティリングダウン分光計１０と同じであり、各試料物質がそれらの対応する試料サブキャビティ５４、５８、６６に入出できるようにする入口および出口ポート８０、８４、８２、８６、８８と、図示されていないキャビティ５４のポートとを、各試料物質がそれぞれの試料サブキャビティの内外へ双方向に流れることを可能にする透過膜２０２、２０８、２１０と取り替えることができることだけが異なっている。

透過膜２０２は、それが試料サブキャビティ５４の壁を形成するように、区域１４に適切に固定することができる。図３および図４に示されるように、透過膜２０２は、カバー１１０と向い合わせでよいが、構造体１２の他のどの側面に装着されてもよい。図４に示されるように、透過膜２０２は、試料サブキャビティ５４の天井部の溝２０４、およびサブキャビティ５４の床部の溝２０６に固定することができる。試料サブキャビティ５８には透過膜２０８が同様に設けられており、試料サブキャビティ６６には透過膜２１０が同様に設けられている。

本発明のいくつかの改変をここで論議する。例えば、図面に示されているように、構造体１２の断面は中空の四辺形とすることができ、その結果、試料サブキャビティ５４、５８、６６の断面もまた中空の四辺形になる。しかし、これらの断面は、他の形状としてもよい。

また、本明細書に開示されているように、バッフル５０、５６、６０、６４、６８、ならびに試料サブキャビティ５４と反射鏡サブキャビティ７０との間のバッフル（図示せず）は、反射鏡サブキャビティ５２、６２、７０を通る不活性ガスなどの隔離物質８７、８９、９１の流れと共にアイソレータを形成することができ、アイソレータは、反射鏡サブキャビティ５２、６２、７０を試料サブキャビティ５４、５８、６６の中のそれぞれの試料物質８１、８３、８５から隔離する。反射鏡サブキャビティ５２、６２、７０を試料サブキャビティ５４、５８、６６の中のそれぞれの試料物質８１、８３、８５から隔離するために、他の種類のアイソレータが代わりに使用されてもよい。例えば、バッフルの周りを密封することができ、これらの封止を強化する材料で窓７２を製作することができる。様々な手法の組合せが、反射鏡サブキャビティを試料サブキャビティから隔離するために使用されてもよい。

キャビティリングダウン分光計１０、２００は、説明的な例として３つの区域１４、１６、１８を備えて示されている。しかし、キャビティリングダウン分光計１０または２００は、ただ１つの区域を含めて、任意の数の区域を用いて実施することができる。

本明細書で述べたように、試験されるべきガスは、キャビティリングダウン分光計１０、２００の吸収領域（５４、５８、６６）に導入される。清浄なアルゴンまたはその他の不活性ガスは、反射鏡領域（５２、６２、７０）に導入される。この２つの領域は一連のバッフルによって分割することができ、それぞれのバッフルに、キャビティリングダウン分光計を放射が通過できるようにするための（気密窓による）単数または複数の穴がある。バッフルからのガスは、分光計ブロックの底部を通り抜けて流れ出ることができる。試料物質すなわちガスは、出口を通ってかなり流れることができるが、バッフルの下の開口を通過することもできる。このような構造は、光学部品が被覆されるおそれのある反射鏡領域内に微粒子および低蒸気圧ガスが移動することを防止できる。しかし、分光計の反射鏡光学部品への影響を低減させるために、いくつかの機構１１１（図５）を導入することができる。例えば、ある機構を開口領域に導入して微粒子を収集することができる。１つの機構１１１は、ある電圧により微粒子が出口に向かって誘導されるようになる静電集塵器を備えることができる。別の機構１１１は、低蒸気圧ガスの収集を含み、これは凝縮器でよく、これによりほとんどの低蒸気圧反射鏡ガスが凝縮によって収集され、次いでもとの反射鏡キャビティへ循環されるようになる。さらに別の機構１１１は、ガスが存在する後で、かつキャビティがレーザ放射で励起される準備ができたときにキャビティを開くためだけに、作動可能なＭＥＭＳ（微小電子機械システム）光学弁を経路長内に有することを含めることができる。露出デューティサイクルが低減されると、分光計の寿命が改善される。

本明細書では、一部の事柄は、別の形または意味で述べられてはいるものの、仮定的または予言的な性質のものである。
本発明を少なくとも１つの説明的な例に関して説明してきたが、多くの変形および修正が本明細書を読めば当業者には明らかになるであろう。したがって、添付の請求項の範囲は、従来技術を考慮してこのような変形および修正を含むように可能な限り広く解釈されるものである。

本発明の説明的な例によるキャビティリングダウン分光計の等角図である。 図１のキャビティリングダウン分光計の１区域の断面図である。 本発明の別の説明的な例によるキャビティリングダウン分光計の等角図である。 図３のキャビティリングダウン分光計の１区域の断面図である。 キャビティリングダウン分光計の光学部品への影響を低減させるための様々な手法に関連する図である。

Claims (30)

1. キャビティリングダウン分光計であって、
   共振器キャビティと、
   前記共振器キャビティ内に配置された第１のサブキャビティと、
   前記共振器キャビティ内に配置された第２のサブキャビティと、
   前記第１のサブキャビティ内に配置された反射鏡と、
   前記第２のサブキャビティ内に配置された、試料物質用の空間と、
   １つのサブキャビティから別のサブキャビティへの物質の移動を低減させるための前記共振器キャビティ内に配置されたアイソレータとを備えることを特徴とするキャビティリングダウン分光計。
2. 請求項１に記載の分光計であって、
   前記反射鏡は、前記第１および第２のサブキャビティを通して光を導くように配置され、
   前記第２のサブキャビティは、光の経路内に試料物質を有するように構成可能であることを特徴とする分光計。
3. 請求項１に記載の分光計であって、前記アイソレータが、前記第１のサブキャビティを通る隔離物質の流れをもたらすことを特徴とする分光計。
4. 請求項１に記載の分光計であって、前記アイソレータが、前記第１のサブキャビティと前記第２のサブキャビティとの間にバッフルを備えることを特徴とする分光計。
5. 請求項４に記載の分光計であって、
   前記第１のサブキャビティは入口ポートおよび出口ポートを備え、
   前記入口ポートは、前記第１のサブキャビティに前記隔離物質が流入できるように配置され、
   前記出口ポートは、前記第１のサブキャビティから前記隔離物質が流出できるように配置されることを特徴とする分光計。
6. 請求項４に記載の分光計であって、
   前記バッフルは、前記第１および第２のサブキャビティを通って光が伝搬できるようにするための窓を含むことを特徴とする分光計。
7. 請求項１に記載の分光計であって、前記第２のサブキャビティは、前濃縮媒体およびヒータを備えることを特徴とする分光計。
8. 請求項２に記載の分光計であって、前記第２のサブキャビティは、前記第２のサブキャビティに前記試料物質が入ることができるようにするための透過膜を含むことを特徴とする分光計。
9. 請求項２に記載の分光計であって、前記第１のサブキャビティ内の圧力は、前記第２のサブキャビティ内の圧力よりも大きいことを特徴とする分光計。
10. 検知方法であって、
    共振器キャビティの反射鏡サブキャビティおよび試料サブキャビティを通して光を伝搬させるステップと、
    前記試料サブキャビティに入ってくる試料物質に応じた光のリングダウン速度を検知するステップと、
    前記試料サブキャビティから前記反射鏡サブキャビティへの前記試料物質の移動を低減させるステップとを含むことを特徴とする検知方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、前記試料サブキャビティから前記反射鏡サブキャビティへの前記試料物質の移動を低減させるステップは、前記反射鏡サブキャビティを通して隔離物質を流すステップを含むことを特徴とする。
12. 請求項１０に記載の方法であって、前記試料サブキャビティから前記反射鏡サブキャビティへの前記試料物質の移動を低減させる前記ステップは、前記試料サブキャビティ内の圧力よりも大きい圧力を前記反射鏡サブキャビティ内に与えるステップを含むことを特徴とする方法。
13. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記試料サブキャビティから前記反射鏡サブキャビティへの前記試料物質の移動を低減させる前記ステップは、前記試料サブキャビティと前記反射鏡サブキャビティとを互いに隔離するバッフルによって提供され、
    前記バッフルは、前記試料サブキャビティと前記反射鏡サブキャビティとの間の光の伝搬を可能にするための、および前記試料サブキャビティから前記反射鏡サブキャビティへの前記試料物質の移動を防止するための窓を有することを特徴とする方法。
14. 請求項１０に記載の方法であって、前記試料サブキャビティに入ってくる試料物質に応じた光のリングダウン速度を検知するステップは、前濃縮媒体およびヒータを使用することによって前記試料サブキャビティ内に現れる試料物質に応じた光のリングダウン速度を検知するステップを含むことを特徴とする方法。
15. 少なくとも、第１のキャビティ区域、第２のキャビティ区域および第３のキャビティ区域を備える共振器キャビティを形成する構造体を備える分光計システムであって、
    前記第１のキャビティ区域は第１の試料サブキャビティを含み、
    前記第２のキャビティ区域は第２の試料サブキャビティを含み、
    前記第３のキャビティ区域は第３の試料サブキャビティを含み、
    前記共振器キャビティはさらに少なくとも、第１の反射鏡を有する第１の反射鏡サブキャビティと、第２の反射鏡を有する第２の反射鏡サブキャビティと、第３の反射鏡を有する第３の反射鏡サブキャビティとを有し、
    前記第１の反射鏡サブキャビティは、前記第１の試料サブキャビティと前記第２の試料サブキャビティとの間にあり、
    前記第２の反射鏡サブキャビティは、前記第２の試料サブキャビティと前記第３の試料サブキャビティとの間にあり、
    前記第３の反射鏡サブキャビティは、前記第３の試料サブキャビティと前記第１の試料サブキャビティとの間にあり、
    前記第１、第２および第３の試料サブキャビティは、対応する第１、第２および第３の物質を提供するように配置され、
    前記第１、第２および第３の反射鏡は、前記第１、第２および第３の試料サブキャビティと、前記第１、第２および第３の反射鏡サブキャビティとを通して光を導くように配置され、
    第１のアイソレータが、前記第１および第２の試料サブキャビティから前記第１の反射鏡サブキャビティへの前記第１および／または第２の物質の移動を低減させるように配置され、
    第２のアイソレータが、前記第２および第３の試料サブキャビティから前記第２の反射鏡サブキャビティへの前記第２および／または第３の物質の移動を低減させるように配置され、
    第３のアイソレータが、前記第３および第１の試料サブキャビティから前記第３の反射鏡サブキャビティへの前記第３および／または第１の物質の移動を低減させるように配置されることを特徴とするシステム。
16. 請求項１５に記載のシステムであって、
    前記第１のアイソレータは、前記第１の反射鏡サブキャビティを前記第１および第２の試料サブキャビティから隔離する第１のバッフルおよび第２のバッフルを備え、
    前記第２のアイソレータは、前記第２の反射鏡サブキャビティを前記第２および第３の試料サブキャビティから隔離する第３のバッフルおよび第４のバッフルを備え、
    前記第３のアイソレータは、前記第３の反射鏡サブキャビティを前記第３および第１の試料サブキャビティから隔離する第５のバッフルおよび第６のバッフルを備え、
    各バッフルが、光の伝達のための、および物質移動の防止のための窓を有することを特徴とするシステム。
17. 請求項１５に記載のシステムであって、
    前記第１の反射鏡サブキャビティは、少なくとも１つの入口ポート、および少なくとも１つの出口ポートを備え、
    前記第１の反射鏡サブキャビティの前記入口ポートは、前記第１の反射鏡サブキャビティに不活性ガスが流入できるように配置され、
    前記第１の反射鏡サブキャビティの前記出口ポートは、前記第１の反射鏡サブキャビティから不活性ガスが流出できるように配置され、
    前記第２の反射鏡サブキャビティは、少なくとも１つの入口ポート、および少なくとも１つの出口ポートを備え、
    前記第２の反射鏡サブキャビティの前記入口ポートは、前記第２の反射鏡サブキャビティに不活性ガスが流入できるように配置され、
    前記第２の反射鏡サブキャビティの前記出口ポートは、前記第２の反射鏡サブキャビティから不活性ガスが流出できるように配置され、
    前記第３の反射鏡サブキャビティは、少なくとも１つの入口ポート、および少なくとも１つの出口ポートを備え、
    前記第３の反射鏡サブキャビティの前記入口ポートは、前記第３の反射鏡サブキャビティに不活性ガスが流入できるように配置され、
    前記第３の反射鏡サブキャビティの前記出口ポートが、前記第３の反射鏡サブキャビティから不活性ガスが流出できるように配置されることを特徴とするシステム。
18. 請求項１５に記載のシステムであって、さらに
    光源と、
    光検出器とを備え、
    前記第１の反射鏡は半透過型反射鏡を含み、
    前記光源は、前記半透過型反射鏡を通って光を前記共振器キャビティ内に導くように配置され、
    前記光検出器は、前記半透過型反射鏡を通って前記共振器キャビティから出てくる光を検出するように配置されることを特徴とするシステム。
19. 請求項１５に記載のシステムであって、前記第１、第２および第３の試料サブキャビティの各々は、それぞれの前濃縮媒体、およびそれぞれのヒータを備えることを特徴とするシステム。
20. 請求項１５に記載のシステムであって、
    前記第１の試料サブキャビティは、前記第１の試料サブキャビティに前記第１の物質が入ることができるようにするための透過膜を含み、
    前記第２の試料サブキャビティは、前記第２の試料サブキャビティに前記第２の物質が入ることができるようにするための透過膜を含み、
    前記第３の試料サブキャビティは、前記第３の試料サブキャビティに前記第３の物質が入ることができるようにするための透過膜を含むことを特徴とするシステム。
21. キャビティリングダウン分光計であって、
    共振器キャビティと、
    前記共振器キャビティ内に配置された第１のサブキャビティと、
    前記共振器キャビティ内に配置された第２のサブキャビティと、
    前記第１のサブキャビティ内に配置された反射鏡と、
    前記第２のサブキャビティ内に配置された、試料物質用の空間と、
    １つのサブキャビティから別のサブキャビティへの物質の移動を低減させるための前記共振器キャビティ内に配置されたアイソレータとを備え、
    前記反射鏡は、前記第１および第２のサブキャビティを通して光を導くように配置され、
    前記第２のサブキャビティは、光の経路内に試料物質を有するように構成可能であることを特徴とする分光計。
22. 請求項２１に記載の分光計であって、前記アイソレータが、前記第１のサブキャビティを通る隔離物質の流れをもたらすことを特徴とする分光計。
23. 請求項２１に記載の分光計であって、前記第２のサブキャビティは、前濃縮媒体およびヒータを備えることを特徴とする分光計。
24. 請求項２１に記載の分光計であって、前記第２のサブキャビティは、前記第２のサブキャビティに前記試料物質が入ることができるようにするための透過膜を含むことを特徴とする分光計。
25. 請求項２１に記載の分光計であって、前記第１のサブキャビティ内の圧力は、前記第２のサブキャビティ内の圧力よりも大きいことを特徴とする分光計。
26. 検知方法であって、
    共振器キャビティの反射鏡サブキャビティおよび試料サブキャビティを通して光を伝搬させるステップと、
    前記試料サブキャビティに入ってくる試料物質に応じた光のリングダウン速度を検知するステップと、
    前記試料サブキャビティから前記反射鏡サブキャビティへの前記試料物質の移動を低減させるステップとを含むことを特徴とする検知方法。
27. 請求項２６に記載の方法であって、前記試料サブキャビティから前記反射鏡サブキャビティへの前記試料物質の移動を低減させるステップは、前記反射鏡サブキャビティを通して隔離物質を流すステップを含むことを特徴とする。
28. 請求項２６に記載の方法であって、前記試料サブキャビティから前記反射鏡サブキャビティへの前記試料物質の移動を低減させる前記ステップは、前記試料サブキャビティ内の圧力よりも大きい圧力を前記反射鏡サブキャビティ内に与えるステップを含むことを特徴とする方法。
29. 少なくとも、第１のキャビティ区域、第２のキャビティ区域および第３のキャビティ区域を備える共振器キャビティを形成する構造体を備える分光計システムであって、
    前記第１のキャビティ区域は第１の試料サブキャビティを含み、
    前記第２のキャビティ区域は第２の試料サブキャビティを含み、
    前記第３のキャビティ区域は第３の試料サブキャビティを含み、
    前記共振器キャビティはさらに少なくとも、第１の反射鏡を有する第１の反射鏡サブキャビティと、第２の反射鏡を有する第２の反射鏡サブキャビティと、第３の反射鏡を有する第３の反射鏡サブキャビティとを有し、
    前記第１の反射鏡サブキャビティは、前記第１の試料サブキャビティと前記第２の試料サブキャビティとの間にあり、
    前記第２の反射鏡サブキャビティは、前記第２の試料サブキャビティと前記第３の試料サブキャビティとの間にあり、
    前記第３の反射鏡サブキャビティは、前記第３の試料サブキャビティと前記第１の試料サブキャビティとの間にあり、
    前記第１、第２および第３の試料サブキャビティは、対応する第１、第２および第３の物質を提供するように配置され、
    前記第１、第２および第３の反射鏡は、前記第１、第２および第３の試料サブキャビティと、前記第１、第２および第３の反射鏡サブキャビティとを通して光を導くように配置され、
    第１のアイソレータが、前記第１および第２の試料サブキャビティから前記第１の反射鏡サブキャビティへの前記第１および／または第２の物質の移動を低減させるように配置され、
    第２のアイソレータが、前記第２および第３の試料サブキャビティから前記第２の反射鏡サブキャビティへの前記第２および／または第３の物質の移動を低減させるように配置され、
    第３のアイソレータが、前記第３および第１の試料サブキャビティから前記第３の反射鏡サブキャビティへの前記第３および／または第１の物質の移動を低減させるように配置されることを特徴とするシステム。
30. 請求項２９に記載のシステムであって、
    前記第１の反射鏡サブキャビティは、少なくとも１つの入口ポート、および少なくとも１つの出口ポートを備え、
    前記第１の反射鏡サブキャビティの前記入口ポートは、前記第１の反射鏡サブキャビティに不活性ガスが流入できるように配置され、
    前記第１の反射鏡サブキャビティの前記出口ポートは、前記第１の反射鏡サブキャビティから不活性ガスが流出できるように配置され、
    前記第２の反射鏡サブキャビティは、少なくとも１つの入口ポート、および少なくとも１つの出口ポートを備え、
    前記第２の反射鏡サブキャビティの前記入口ポートは、前記第２の反射鏡サブキャビティに不活性ガスが流入できるように配置され、
    前記第２の反射鏡サブキャビティの前記出口ポートは、前記第２の反射鏡サブキャビティから不活性ガスが流出できるように配置され、
    前記第３の反射鏡サブキャビティは、少なくとも１つの入口ポート、および少なくとも１つの出口ポートを備え、
    前記第３の反射鏡サブキャビティの前記入口ポートは、前記第３の反射鏡サブキャビティに不活性ガスが流入できるように配置され、
    前記第３の反射鏡サブキャビティの前記出口ポートが、前記第３の反射鏡サブキャビティから不活性ガスが流出できるように配置されることを特徴とするシステム。

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