JP2011118045A - Laser light source and gas detection apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光源およびそれを用いたガス検知装置に関し、特に、検知対象ガスの吸収線を利用してガス検知を行うためのレーザ光源およびそれを用いたガス検知装置に関する。 The present invention relates to a laser light source and a gas detection device using the same, and more particularly to a laser light source for performing gas detection using an absorption line of a detection target gas and a gas detection device using the same.
近年、環境問題に関して、地球温暖化ガスの排出削減、大気汚染物質の監視等のため、大気中の特定のガスを検知するという技術が必要とされている。ガスの検知に当たっては、従来からガスクロマトグラフ等の化学式のガス検知装置が用いられてきた。しかしながら、このような化学的測定を行うガス検知装置では、簡易な測定、迅速な測定を行うことが困難であった。 In recent years, with respect to environmental problems, a technique for detecting a specific gas in the atmosphere is required for reducing greenhouse gas emissions, monitoring air pollutants, and the like. In detecting gas, chemical gas detectors such as gas chromatographs have been used conventionally. However, it has been difficult to perform simple measurement and quick measurement with a gas detector that performs such chemical measurement.
ところで、メタン、酸素、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等のガスは、分子の回転や構成原子間の振動等に応じた特定波長の光を吸収することが知られている。一般的にガス分子は、赤外領域の電磁波を吸収する。例えばメタンは1.6μm、3.3μm、7μmの波長の光を吸収し、酸素は760nmの波長の光を吸収する。 By the way, it is known that gases such as methane, oxygen, carbon dioxide, acetylene, and ammonia absorb light having a specific wavelength according to molecular rotation, vibration between constituent atoms, and the like. In general, gas molecules absorb electromagnetic waves in the infrared region. For example, methane absorbs light with wavelengths of 1.6 μm, 3.3 μm, and 7 μm, and oxygen absorbs light with a wavelength of 760 nm.
そこで、この現象を利用した分光式のガス検知装置が開発された。このような分光式のガス検知装置は、測定対象の空間に特定波長のレーザ光を出射しその減衰状態を測定することにより、極めて簡便かつ迅速に検知対象ガスの有無、濃度を検知することができる。 Therefore, a spectroscopic gas detector utilizing this phenomenon has been developed. Such a spectroscopic gas detection device can detect the presence and concentration of a detection target gas extremely simply and quickly by emitting a laser beam having a specific wavelength into the measurement target space and measuring the attenuation state thereof. it can.
一般的にガスの吸収線は極めて急峻であるため、高精度なガス検出を実現するためには、上述の分光式のガス検知装置に用いられるレーザ光源は単一縦モードのレーザ発振が可能であることが好ましい。 In general, the absorption line of gas is extremely steep, so in order to realize highly accurate gas detection, the laser light source used in the above-described spectroscopic gas detector can perform single longitudinal mode laser oscillation. Preferably there is.
このような要求に応えるレーザ光源としては分布帰還型(DFB:Distributed FeedBack)半導体レーザが挙げられる。分布帰還型半導体レーザは、光導波路に光の導波方向に沿った周期構造を設け、周期構造のピッチの長さと光導波路の屈折率によって定まる特定波長の単一縦モードのレーザ発振を実現するものである。 As a laser light source that meets such a demand, a distributed feedback (DFB) semiconductor laser can be cited. The distributed feedback semiconductor laser has a periodic structure along the light guiding direction in the optical waveguide, and realizes laser oscillation in a single longitudinal mode having a specific wavelength determined by the pitch length of the periodic structure and the refractive index of the optical waveguide. Is.
DFB半導体レーザを備えたガス検知装置は、例えば図8に示すように、半導体レーザモジュール100と、受光器102と、ガス検知部103と、を備えている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示されたガス検知装置においては、DFB半導体レーザが組込まれた半導体レーザモジュール100から出射されるレーザ光が、測定雰囲気中の被測定ガス101を透過して受光器102へ入射される。
As shown in FIG. 8, for example, a gas detection apparatus including a DFB semiconductor laser includes a
ここで、被測定ガス101は、例えば、図9に示す中心波長λ0の吸収特性Aを有する。半導体レーザモジュール100が備えるDFB半導体レーザは、図9に示すように、中心電流値I0(バイアス電流値)を中心に、振幅Iw、変調周波数f1(例えば10kHz)で変調された駆動電流Idが印加されることにより、中心波長λ0を中心に振幅λw(例えば10pm)、変調周波数f1で振動するレーザ光を被測定ガス101に出射するようになっている。
Here, the gas to be measured 101 has, for example, an absorption characteristic A having a center wavelength λ 0 shown in FIG. As shown in FIG. 9, the DFB semiconductor laser included in the
吸収特性Aは中心波長λ0に極小点を有するため、変調周波数f1で振動するレーザ光は、被測定ガス101を透過することにより、変調周波数f1の2倍の周波数f2(=20kHz)の振動成分を含むこととなる。 Since the absorption characteristic A has a minimum point at the center wavelength λ 0 , the laser light oscillating at the modulation frequency f 1 passes through the gas to be measured 101, and thereby has a frequency f 2 (= 20 kHz) twice the modulation frequency f 1. ) Vibration component.
受光器102の受光素子102aは、被測定ガス101を透過した上述のレーザ光を受光して受光電流に変換するようになっている。ガス検知部103は、受光器102で得られた受光電流を電流電圧変換器104にて電圧信号に変換するようになっている。
The light receiving
さらに、ガス検知部103は、その電圧信号に含まれる変調周波数f1=10kHzの信号成分である基本波電圧信号h1、および、変調周波数f1=10kHzの2倍の周波数f2(=20kHz)の信号成分である2倍波電圧信号h2を基本波信号検出器105および2倍波信号検出器106によりそれぞれ検出するようになっている。そして、基本波2倍波割算部107は、この2倍波電圧信号h2の振幅H2と基本波電圧信号h1の振幅H1との比(H2/H1)をガス濃度に対応する検出値D(=H2/H1)として出力するようになっている。
Further, the
特許文献1に開示された従来のガス検知装置において、例えば酸素の吸収線(760nm)を検出するためには、GaAs基板とそれにエピタキシャル成長可能な材料からなる発振波長が760nmのDFB半導体レーザを用いることが考えられる。
In the conventional gas detector disclosed in
しかしながら、このようなGaAs系のDFB半導体レーザは、InP基板とそれにエピタキシャル成長可能な材料からなる発振波長が1.2μm以上のInP系のDFB半導体レーザと比較して、結晶欠陥の発生による半導体結晶の光学的特性の急激な劣化が起こりやすい。それゆえに、GaAs系のDFB半導体レーザをガス検知装置の光源として用いた場合には、信頼性の面で不安があった。 However, such a GaAs-based DFB semiconductor laser has a semiconductor crystal structure caused by generation of crystal defects as compared with an InP-based DFB semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.2 μm or more made of an InP substrate and a material that can be epitaxially grown thereon. Sudden degradation of optical characteristics is likely to occur. Therefore, when a GaAs-based DFB semiconductor laser is used as the light source of the gas detector, there is anxiety in terms of reliability.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、吸収線の中心波長が1.2μmより短い検知対象ガスを高い精度で検知するためのレーザ光源およびそれを用いたガス検知装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and uses a laser light source for detecting a detection target gas having a center wavelength of an absorption line shorter than 1.2 μm with high accuracy, and the same. An object of the present invention is to provide a gas detection device.
本発明のレーザ光源は、所定の波長幅で波長変調されたレーザ光を出射する半導体発光素子と、前記波長変調されたレーザ光の波長を非線形光学効果により短い波長に変換する波長変換素子と、を備え、前記波長変調されたレーザ光の波長が、前記波長変換素子の変換効率が最大となる波長よりも長波側あるいは短波側のみに含まれる構成を有している。 The laser light source of the present invention includes a semiconductor light emitting element that emits laser light that is wavelength-modulated with a predetermined wavelength width, a wavelength conversion element that converts the wavelength of the wavelength-modulated laser light into a short wavelength by a nonlinear optical effect, And the wavelength of the wavelength-modulated laser light is included only on the long wave side or the short wave side from the wavelength at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized.
この構成により、波長変換素子により短い波長に変換されたレーザ光における変調周波数の2倍の周波数成分の発生を抑制することができるため、InP系の半導体発光素子を用いて、吸収線の中心波長が1.2μmより短い検知対象ガスを検知可能なガス検知装置用のレーザ光源を実現できる。 With this configuration, generation of a frequency component twice the modulation frequency in the laser light converted to a short wavelength by the wavelength conversion element can be suppressed. Therefore, the center wavelength of the absorption line can be obtained using an InP-based semiconductor light emitting element. Can realize a laser light source for a gas detection device capable of detecting a detection target gas shorter than 1.2 μm.
また、本発明のレーザ光源は、前記波長変換素子が、前記波長変調されたレーザ光を第2高調波に変換するSHG素子である構成を有していてもよい。 The laser light source of the present invention may have a configuration in which the wavelength conversion element is an SHG element that converts the wavelength-modulated laser light into a second harmonic.
また、本発明のレーザ光源は、前記半導体発光素子が単一縦モードで発振する構成を有している。
この構成により、検知対象ガスを高い精度で検知するためのガス検知装置用のレーザ光源を実現できる。
The laser light source of the present invention has a configuration in which the semiconductor light emitting element oscillates in a single longitudinal mode.
With this configuration, it is possible to realize a laser light source for a gas detection device for detecting a detection target gas with high accuracy.
本発明のガス検知装置は、検知対象ガスが有する複数の吸収線のうちの1つの吸収線の波長を中心に所定の波長幅で波長変調されたレーザ光を測定雰囲気に出射する光源部と、前記測定雰囲気中を透過した前記波長変調されたレーザ光を測定光として受光し、該測定光に応じた受光信号を出力する受光部と、前記受光信号から検出される前記波長変調の変調周波数の基本波信号および2倍波信号の比に基づいて前記測定雰囲気中に含まれる前記検知対象ガスのガス濃度を算出するガス検知部と、を備えたガス検知装置において、前記光源部が、上記のレーザ光源からなる構成を有している。 The gas detector of the present invention includes a light source unit that emits laser light, which is wavelength-modulated with a predetermined wavelength width around the wavelength of one absorption line of a plurality of absorption lines of the detection target gas, to a measurement atmosphere; A light receiving unit that receives the wavelength-modulated laser light transmitted through the measurement atmosphere as measurement light and outputs a light reception signal corresponding to the measurement light; and a modulation frequency of the wavelength modulation detected from the light reception signal. A gas detection device comprising: a gas detection unit that calculates a gas concentration of the detection target gas contained in the measurement atmosphere based on a ratio of a fundamental wave signal and a second harmonic signal. It has the structure which consists of a laser light source.
この構成により、上記のレーザ光源を備えるため、吸収線の中心波長が1.2μmより短い検知対象ガスを高い精度で検知することができる。 With this configuration, since the laser light source is provided, it is possible to detect the detection target gas whose center wavelength of the absorption line is shorter than 1.2 μm with high accuracy.
本発明は、吸収線の中心波長が1.2μmより短い検知対象ガスを高い精度で検知するためのレーザ光源およびそれを用いたガス検知装置を提供するものである。 The present invention provides a laser light source for detecting a detection target gas having a center wavelength of an absorption line shorter than 1.2 μm with high accuracy and a gas detection device using the laser light source.
以下、本発明に係るレーザ光源およびそれを用いたガス検知装置の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of a laser light source and a gas detector using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明に係るレーザ光源の第1の実施形態を図1〜図6を用いて説明する。図1は本実施形態のレーザ光源1の構成を示すブロック図である。
(First embodiment)
A first embodiment of a laser light source according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
即ち、図1に示すように、レーザ光源1は、所定の波長幅(変調周波数)で波長変調されたレーザ光を出射する半導体発光素子11と、該波長変調されたレーザ光を生成するための駆動電流Idを半導体発光素子11に印加する発光素子駆動部13と、該波長変調されたレーザ光の波長を非線形光学効果により短い波長に変換する波長変換素子12と、を備える。ここで、駆動電流Idは、中心電流値I0を中心に、振幅Iw、変調周波数f1(例えば10kHz)で変調された電流である。
That is, as shown in FIG. 1, a
図2は、半導体発光素子11を光の導波方向に沿って切断した断面図である。図2に示すように、半導体発光素子11は、単一縦モードでレーザ発振するDFB半導体レーザであり、例えば、n型InP(インジウム・リン)からなるn型半導体基板111の上に、n型InPクラッド層112、n型InGaAsP(インジウム・ガリウム・砒素・リン)からなるSCH層(光閉じ込め層)113、InGaAsPからなる多重量子井戸層(MQW)を含む活性層114、p型InGaAsPからなるSCH層115、p型InPクラッド層116、InGaAs(インジウム・ガリウム・砒素)からなるコンタクト層117が順次積層されて構成される。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor
さらに、SCH層115とp型InPクラッド層116との間には回折格子118が形成され、コンタクト層117上には上部電極119、n型半導体基板111の下面には下部電極120が蒸着形成されている。
Further, a
半導体発光素子11は、劈開によって形成され、光共振器を構成する後方端面11aおよび出射端面11bを備えている。活性層114は、後方端面11aから出射端面11bにかけて設けられており、発光素子駆動部13によって駆動電流Idが上部電極119と下部電極120との間に供給されることによってレーザ光を生成し、生成したレーザ光を出射端面11bから出射する構成を有している。なお、出射端面11bには低反射膜が、後方端面11aには高反射膜がそれぞれ形成されていてもよい。
The semiconductor
半導体発光素子11から出射されるレーザ光の波長λは、上述の駆動電流Idに応じて変動する。これにより、光源部1は、中心波長λ0を中心に振幅λw(例えば10pm)、変調周波数f1で振動するレーザ光を出力するようになっている。ここで、中心波長λ0は、中心電流値I0が半導体発光素子11に印加された場合の発振波長である。
The wavelength λ of the laser light emitted from the semiconductor
次に、本実施形態のガス検知装置に使用される波長変換素子12に関して、図面を用いて説明する。波長変換素子12は、分極反転構造が形成されたLiNbO3(リチウムナイオベート)、LiTaO3(リチウムタンタレート)、などの複屈折率を有する非線形光学結晶からなるSHG(Second harmonic generation)素子であり、入射されたレーザ光を第2高調波に変換するようになっている。
Next, the
図3は、波長変換素子12の概略構成を示す斜視図である。即ち、波長変換素子12は、例えば、LiNbO3にMgOがドープされた非線形光学結晶からなる基板121と、基板121のZ軸と平行な自発分極の向きを反転させた複数の分極反転部122a、122b、122c、・・・が周期的に形成されてなる周期分極反転構造122と、周期分極反転構造122に沿って延びる光導波路123と、が形成されてなるものである。
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of the
ここで、レーザ光源1における上述の半導体発光素子11および波長変換素子12の具体的な配置例を図4に示す。レーザ光源1は、図4に示すように、半導体発光素子11、波長変換素子12と、発光素子駆動部13と、コリメートレンズ14、15と、集光レンズ16と、を含んで構成され、半導体発光素子11の活性層114からの出射光が、波長変換素子12の光導波路123に入射されるようになっている。
Here, a specific arrangement example of the semiconductor
あるいは、他の配置例として図5に示すように、光源部1が、上記のコリメートレンズ14および集光レンズ16を備えずに、半導体発光素子11の出射端面11bと波長変換素子12の入射端面12aとが接合されることにより、半導体発光素子11の活性層114と波長変換素子12の光導波路123とが直接光結合される構成であってもよい。
Alternatively, as another arrangement example, as illustrated in FIG. 5, the
図6は、波長変換素子12の変換効率の波長依存性を示すグラフ、および、波長変換素子12の透過光の波形を示す波形図である。図6の上段のグラフ中の(1)〜(5)は半導体発光素子11から出射されるレーザ光の中心波長λ0を示しており、下段の波形図は上記(1)〜(5)に対応する波形を示している。
FIG. 6 is a graph showing the wavelength dependence of the conversion efficiency of the
図6の(1)、(5)のように、半導体発光素子11から出射されるレーザ光の中心波長λ0が位相整合波長λpと異なり、かつ、振幅λwが|λp−λ0|×2よりも小さい場合には、該レーザ光は透過前と同相または逆相で波長変換素子12を透過する。
As shown in (1) and (5) of FIG. 6, the center wavelength λ 0 of the laser light emitted from the semiconductor
図6の(3)のように、半導体発光素子11から出射されるレーザ光の中心波長λ0が位相整合波長λpと一致する場合には、該レーザ光は周波数f2の振動成分を含む光となって波長変換素子12を透過する。
As shown in (3) of FIG. 6, when the center wavelength λ 0 of the laser light emitted from the semiconductor
図6の(2)、(4)のように、半導体発光素子11から出射されるレーザ光の中心波長λ0が位相整合波長λpと異なり、かつ、振幅λwが|λp−λ0|×2よりも大きい場合には、該レーザ光は、透過前と同相または逆相で波長変換素子12を透過するが、周波数f2の振動成分を含むこととなる。
As shown in (2) and (4) of FIG. 6, the center wavelength λ 0 of the laser light emitted from the semiconductor
ところで、本実施形態のレーザ光源1をガス検知装置の光源として用いる場合には、波長変換素子12を透過後のレーザ光が、変調周波数f1の2倍の周波数f2の振動成分を含むと、検知対象ガスに由来する2倍の周波数f2の振動成分を含む光の検出のS/N比を劣化させてしまうため好ましくない。
By the way, when the
従って、図6の(1)、(5)のように、半導体発光素子11から出射され波長変調されたレーザ光の波長が、波長変換素子12の変換効率が最大となる位相整合波長λpよりも長波側あるいは短波側のみに含まれることが好ましい。
Therefore, as shown in (1) and (5) of FIG. 6, the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor
以上説明したように、本実施形態のレーザ光源は、半導体発光素子から出射され波長変調されたレーザ光の波長が、波長変換素子の変換効率が最大となる波長よりも長波側あるいは短波側のみに含まれることにより、変調周波数の2倍の周波数成分の発生を抑制することができる。これにより、本実施形態のレーザ光源は、ガス検知装置用の光源として適用可能である。 As described above, in the laser light source of the present embodiment, the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor light emitting element and wavelength-modulated is only on the long wave side or the short wave side from the wavelength at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized. By being included, generation of a frequency component twice the modulation frequency can be suppressed. Thereby, the laser light source of this embodiment is applicable as a light source for gas detection apparatuses.
特に、本実施形態のレーザ光源は、InP系の半導体発光素子と、該半導体発光素子から出射されたレーザ光の波長を短い波長に変換する波長変換素子と、を備えることにより、吸収線の中心波長が1.2μmより短い検知対象ガスを高い精度で検知できるガス検知装置用のレーザ光源として適用可能である。 In particular, the laser light source of the present embodiment includes an InP-based semiconductor light emitting element and a wavelength conversion element that converts the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor light emitting element to a short wavelength, whereby the center of the absorption line The present invention can be applied as a laser light source for a gas detection device that can detect a detection target gas having a wavelength shorter than 1.2 μm with high accuracy.
(第2の実施形態)
第1の実施形態のレーザ光源を備えたガス検知装置の実施形態について図7を用いて説明する。図7は本実施形態のガス検知装置の構成を示すブロック図である。
(Second Embodiment)
An embodiment of a gas detection apparatus provided with the laser light source of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the gas detection device of this embodiment.
即ち、図7に示すように、本実施形態のガス検知装置は、検知対象ガスが有する複数の吸収線のうちの1つの吸収線の波長を中心に所定の波長幅(変調周波数f1)で波長変調されたレーザ光を測定雰囲気2に出射する光源部としてのレーザ光源1と、測定雰囲気2中を透過した該波長変調されたレーザ光を測定光として受光し、該測定光に応じた受光信号を出力する受光部3と、を備える。
That is, as shown in FIG. 7, the gas detection apparatus of the present embodiment, at a predetermined wavelength width centered on the wavelength of one absorption line of the plurality of absorption lines included in the detection target gas (modulation frequency f 1) A
また、本実施形態のガス検知装置は、受光部3から出力された受光信号から検出される変調周波数f1の基本波信号および2倍波信号の比に基づいて測定雰囲気2中に含まれる検知対象ガスのガス濃度を算出するガス検知部4と、を備える。
In addition, the gas detection device of the present embodiment is a detection included in the measurement atmosphere 2 based on the ratio of the fundamental wave signal and the second harmonic signal of the modulation frequency f 1 detected from the light reception signal output from the
受光部3は、例えばフォトダイオード等の受光素子からなり、不図示のレンズ(光学系)で集光した光を受光し、この受光した光の受光量に応じた受光信号を出力するようになっている。
The
ガス検知部4は、受光部3から出力された電流信号である受光信号を電圧信号に変換する電流電圧変換器41と、電流電圧変換器41によって変換された電圧信号に含まれる変調周波数f1の信号成分である基本波電圧信号h1を検出する基本波信号検出器42と、該電圧信号に含まれる変調周波数f1の2倍の周波数f2の信号成分である2倍波電圧信号h2を検出する2倍波信号検出器43と、2倍波信号検出器43によって検出された2倍波電圧信号h2の振幅H2を基本波信号検出器42によって検出された基本波電圧信号h1の振幅H1で割り算して得られる値を測定雰囲気2に含まれる検知対象ガスのガス濃度に対応する検出値D(=H2/H1)として出力する基本波2倍波割算部44と、を備える。
The
なお、このような信号操作(割り算)を行うのは、受光部3によって受光された光が測定雰囲気2の透過以外の理由によってもある程度のレベル変動を生じるため、そのレベル変動を除去して正確なガス濃度検出を行うためである。
This signal operation (division) is performed because the light received by the
電流電圧変換器41は、受光部3から出力された受光信号を電圧信号に変換して増幅する機能を有するプリアンプを備えている。なお、電流電圧変換器41が備えるプリアンプにおいては、基本波電圧信号h1および2倍波電圧信号h2が基本波信号検出器42および2倍波信号検出器43において同等の検出可能なレベルになるように、それぞれの信号に対する増幅度が適切な値に設定されていることが好ましい。
The current-
次に、以上のように構成された本実施形態のガス検知装置の動作について説明する。
まず、発光素子駆動部13によって半導体発光素子11の上部電極119と下部電極120との間に、中心電流値I0、振幅Iw、変調周波数f1の駆動電流Idが印加されることにより、活性層114内部が発光状態となる(図4参照)。
Next, the operation of the gas detector of the present embodiment configured as described above will be described.
First, the light emitting
活性層114で生成された光は、活性層114に沿って伝搬し、後方端面11aと出射端面11bで構成された共振器において、駆動電流Idに応じた波長λで発振する。ここで、波長λの中心波長λ0は、中心電流値I0が半導体発光素子11に印加された場合の発振波長である。
The light generated in the
これにより、中心波長λ0を中心に振幅λw(例えば10pm)、変調周波数f1で振動するレーザ光が半導体発光素子11から波長変換素子12へ出射される。波長変換素子12では、入射されたレーザ光の中心波長λ0および振幅λwがともに半波長化される。半波長化されたレーザ光は測定雰囲気2へ出射される。
As a result, a laser beam oscillating with an amplitude λ w (for example, 10 pm) and a modulation frequency f 1 around the center wavelength λ 0 is emitted from the semiconductor
波長変換素子12から測定雰囲気2へ出射されたレーザ光は、測定雰囲気2を透過して受光部3に受光されて電流信号である受光信号に変換される。受光信号は、ガス検知部4に入力される。
The laser light emitted from the
受光信号は、電流電圧変換器41に入力されて電圧信号に変換される。電圧信号はガス検知部4の基本波信号検出器42および2倍波信号検出器43に入力され、基本波電圧信号h1および2倍波電圧信号h2が検出される。基本波2倍波割算部44によって、2倍波電圧信号h2の振幅H2を基本波電圧信号h1の振幅H1で割り算して得られる値が、測定雰囲気2に含まれる検知対象ガスのガス濃度に対応する検出値D(=H2/H1)として出力される。
The received light signal is input to the current-
なお、例えば、検知対象ガスが酸素(吸収線の中心波長が760nm)である場合には、レーザ光の中心波長λ0が1520nmとなるように、半導体発光素子11を構成する各層の組成比、ドープされる不純物の種類および量を調整することにより、酸素のガス濃度を検出することができる。
For example, when the detection target gas is oxygen (the center wavelength of the absorption line is 760 nm), the composition ratio of each layer constituting the semiconductor
以上説明したように、本実施形態のガス検知装置は、第1の実施形態のレーザ光源を備えるため、吸収線の中心波長が1.2μmより短い検知対象ガスを高い精度で検知することができる。 As described above, since the gas detection device of the present embodiment includes the laser light source of the first embodiment, it is possible to detect a detection target gas having a center wavelength of the absorption line shorter than 1.2 μm with high accuracy. .
1 レーザ光源(光源部)
2 測定雰囲気
3 受光部
4 ガス検知部
11 半導体発光素子
12 波長変換素子
1 Laser light source (light source)
2
Claims (4)
前記波長変調されたレーザ光の波長を非線形光学効果により短い波長に変換する波長変換素子(12)と、を備え、
前記波長変調されたレーザ光の波長が、前記波長変換素子の変換効率が最大となる波長よりも長波側あるいは短波側のみに含まれることを特徴とするレーザ光源。 A semiconductor light emitting device (11) for emitting laser light that is wavelength-modulated with a predetermined wavelength width;
A wavelength conversion element (12) for converting the wavelength of the wavelength-modulated laser light into a short wavelength by a nonlinear optical effect,
The laser light source characterized in that the wavelength of the wavelength-modulated laser light is included only on the long wave side or the short wave side of the wavelength at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized.
前記測定雰囲気中を透過した前記波長変調されたレーザ光を測定光として受光し、該測定光に応じた受光信号を出力する受光部(3)と、
前記受光信号から検出される前記波長変調の変調周波数の基本波信号および2倍波信号の比に基づいて前記測定雰囲気中に含まれる前記検知対象ガスのガス濃度を算出するガス検知部(4)と、を備えたガス検知装置において、
前記光源部が、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のレーザ光源からなることを特徴とするガス検知装置。 A light source unit (1) for emitting laser light, which is wavelength-modulated with a predetermined wavelength width around the wavelength of one of the plurality of absorption lines of the detection target gas, to the measurement atmosphere (2);
A light receiving unit (3) that receives the wavelength-modulated laser light transmitted through the measurement atmosphere as measurement light and outputs a light reception signal corresponding to the measurement light;
A gas detector (4) for calculating a gas concentration of the detection target gas contained in the measurement atmosphere based on a ratio between a fundamental wave signal and a second harmonic signal of the modulation frequency of the wavelength modulation detected from the light reception signal In a gas detection device comprising:
The gas light source device, wherein the light source unit includes the laser light source according to any one of claims 1 to 3.
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