JP2701191B2 - 赤外分光分析装置 - Google Patents
赤外分光分析装置Info
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- JP2701191B2 JP2701191B2 JP2718193A JP2718193A JP2701191B2 JP 2701191 B2 JP2701191 B2 JP 2701191B2 JP 2718193 A JP2718193 A JP 2718193A JP 2718193 A JP2718193 A JP 2718193A JP 2701191 B2 JP2701191 B2 JP 2701191B2
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- emitting
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- glass
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、対象物質の成分・濃度
を光を利用して検知する赤外分光分析装置に係わるもの
で、石油化学・食品・鉄鋼・農業等のプラントにおける
インライン分析装置、各種産業における装置・設備より
排出される有害物質のモニター用分析装置として利用さ
れる赤外分光分析装置に関するものである。
を光を利用して検知する赤外分光分析装置に係わるもの
で、石油化学・食品・鉄鋼・農業等のプラントにおける
インライン分析装置、各種産業における装置・設備より
排出される有害物質のモニター用分析装置として利用さ
れる赤外分光分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】対象物質の成分・濃度を分析する装置と
して対象物質による光の吸収を利用した分光分析装置が
ある。中でも近赤外から遠赤外の光を利用して分析する
赤外分光分析装置は、様々な産業分野で応用されてい
る。このような分析装置としては、グローバー・ネルン
ストグローアーといった熱放射体光源を用いたインコヒ
ーレント光源分光分析装置か、近赤外から遠赤外の波長
で発振する半導体レーザを用いたコヒーレント光源分光
分析装置がある。前者の利点は、光源が 3 μm から 1
00 μm といった広いスペクトル領域にわたった連続光
源であるため分析波長範囲が広くとれることである。一
方後者の利点は、コヒーレント光源のため高輝度・高集
光性光源となりリモートセンシングに応用可能なことで
ある。
して対象物質による光の吸収を利用した分光分析装置が
ある。中でも近赤外から遠赤外の光を利用して分析する
赤外分光分析装置は、様々な産業分野で応用されてい
る。このような分析装置としては、グローバー・ネルン
ストグローアーといった熱放射体光源を用いたインコヒ
ーレント光源分光分析装置か、近赤外から遠赤外の波長
で発振する半導体レーザを用いたコヒーレント光源分光
分析装置がある。前者の利点は、光源が 3 μm から 1
00 μm といった広いスペクトル領域にわたった連続光
源であるため分析波長範囲が広くとれることである。一
方後者の利点は、コヒーレント光源のため高輝度・高集
光性光源となりリモートセンシングに応用可能なことで
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱放射
体光源を用いた赤外分光分析装置は、インコヒーレント
光源であるためと、光源となる放射体を 1000 ℃から 2
000 ℃の高温に保持しなければならないため、次のよう
な欠点があった。 （１）低輝度であった。 （２）低集光性であった。 （３）電気/ 光エネルギー変換効率が低かった。 （４）水冷を要した。 （５）光源支持台、電極等の電気接点の腐食が早かっ
た。（グローバー） （６）400 ℃までは絶縁体であるため予熱を要した。
（ネルンストグローアー） （７）品質が悪く、寿命が予測できなかった。（ネルン
ストグローアー） このため、リモートセンシング等の輝度と集光性を要す
る分光分析用光源には不向きであり、装置の維持管理・
経済性にも問題があった。
体光源を用いた赤外分光分析装置は、インコヒーレント
光源であるためと、光源となる放射体を 1000 ℃から 2
000 ℃の高温に保持しなければならないため、次のよう
な欠点があった。 （１）低輝度であった。 （２）低集光性であった。 （３）電気/ 光エネルギー変換効率が低かった。 （４）水冷を要した。 （５）光源支持台、電極等の電気接点の腐食が早かっ
た。（グローバー） （６）400 ℃までは絶縁体であるため予熱を要した。
（ネルンストグローアー） （７）品質が悪く、寿命が予測できなかった。（ネルン
ストグローアー） このため、リモートセンシング等の輝度と集光性を要す
る分光分析用光源には不向きであり、装置の維持管理・
経済性にも問題があった。
【０００４】一方また、半導体レーザ光源を用いた赤外
分光分析装置では、以下に述べる欠点があった。 （１）近赤外から遠赤外で発振する半導体レーザは室温
で発振することができないため、液体ヘリウムまたは液
体窒素といった寒剤で冷却する必要があり、特にインラ
イン分析やモニター分析の様に連続運転で常時分析する
場合には寒剤を貯蔵する特殊な断熱容器と自動供給でき
る設備が必要であった。 （２）半導体レーザが固定波長で発振する単色光源であ
るため、特定の波長範囲の連続光を得るには半導体レー
ザの温度を変化させることで目的とする発振波長に調節
（同調）し、さらに掃引しなければならず、同調・掃引
による時間遅れを引き起こした。
分光分析装置では、以下に述べる欠点があった。 （１）近赤外から遠赤外で発振する半導体レーザは室温
で発振することができないため、液体ヘリウムまたは液
体窒素といった寒剤で冷却する必要があり、特にインラ
イン分析やモニター分析の様に連続運転で常時分析する
場合には寒剤を貯蔵する特殊な断熱容器と自動供給でき
る設備が必要であった。 （２）半導体レーザが固定波長で発振する単色光源であ
るため、特定の波長範囲の連続光を得るには半導体レー
ザの温度を変化させることで目的とする発振波長に調節
（同調）し、さらに掃引しなければならず、同調・掃引
による時間遅れを引き起こした。
【０００５】本発明の目的は、熱放射体や半導体レーザ
を光源とする従来の赤外分光分析装置の上記欠点に鑑み
なされたもので、熱放射体より輝度が高く集光性も良
く、室温で動作するため寒剤の必要がなく、かつ同調掃
引せずに特定の波長範囲の連続光を発生するため時間遅
れを生じない発光素子を光源とし、インラインモニタ又
はリモートセンシングに応用でき保守性・経済性にも優
れた赤外分光分析装置を提供することである。
を光源とする従来の赤外分光分析装置の上記欠点に鑑み
なされたもので、熱放射体より輝度が高く集光性も良
く、室温で動作するため寒剤の必要がなく、かつ同調掃
引せずに特定の波長範囲の連続光を発生するため時間遅
れを生じない発光素子を光源とし、インラインモニタ又
はリモートセンシングに応用でき保守性・経済性にも優
れた赤外分光分析装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本願の第１の発明による赤外分光分析装置は、光に
よる励起で光を放出する発光媒質を少なくとも一種類含
み光導波構造をもたせた発光母材ガラスまたは該発光媒
質の異なる少なくとも２種類の該発光母材ガラスよりな
り該発光母材ガラスのそれぞれの発光媒質から放出され
るそれぞれの光を合波する構造をもたせた発光母材ガラ
ス群からなる発光母材と、該発光母材での該発光媒質の
放出光によるレーザ発振を抑圧する手段と、該発光母材
の光導波終端面の一つに光結合し該発光媒質を励起する
光を発する励起光源と、該発光母材の放出光を試料光と
対照光に分配する手段と、該試料光を分析対象物質と相
互作用させるセンサー部と、該センサー部で前記分析対
象物質と相互作用した前記試料光と前記対照光を交互に
取り出す手段と、取り出す手段より得た該試料光と該対
照光を計測する計測部とを備えた構成を有する。また、
本願の第２の発明による赤外分光分析装置は、光による
励起で光を放出する発光媒質を少なくとも一種類含み光
導波構造をもたせた発光母材ガラスまたは該発光媒質の
異なる少なくとも２種類の該発光母材ガラスよりなり該
発光母材ガラスのそれぞれの発光媒質から放出されるそ
れぞれの光を合波する構造をもたせた発光母材ガラス群
からなる発光母材と、該発光母材での該発光媒質の放出
光によるレーザ発振を抑圧する手段と、該発光母材の光
導波終端面の一つに光結合し該発光媒質を励起する光を
発する励起光源と、該発光母材の放出光を試料光として
分析対象物質と相互作用させるセンサー部と、該センサ
ー部で前記分析対象と相互作用した試料光である信号光
を計測する計測部と、前記発光母材の放出光を前記セン
サー部に到達させる試料光光学系と、前記センサー部か
らの前記信号光を前記計測部に到達させる信号光光学系
とにより構成される。
に、本願の第１の発明による赤外分光分析装置は、光に
よる励起で光を放出する発光媒質を少なくとも一種類含
み光導波構造をもたせた発光母材ガラスまたは該発光媒
質の異なる少なくとも２種類の該発光母材ガラスよりな
り該発光母材ガラスのそれぞれの発光媒質から放出され
るそれぞれの光を合波する構造をもたせた発光母材ガラ
ス群からなる発光母材と、該発光母材での該発光媒質の
放出光によるレーザ発振を抑圧する手段と、該発光母材
の光導波終端面の一つに光結合し該発光媒質を励起する
光を発する励起光源と、該発光母材の放出光を試料光と
対照光に分配する手段と、該試料光を分析対象物質と相
互作用させるセンサー部と、該センサー部で前記分析対
象物質と相互作用した前記試料光と前記対照光を交互に
取り出す手段と、取り出す手段より得た該試料光と該対
照光を計測する計測部とを備えた構成を有する。また、
本願の第２の発明による赤外分光分析装置は、光による
励起で光を放出する発光媒質を少なくとも一種類含み光
導波構造をもたせた発光母材ガラスまたは該発光媒質の
異なる少なくとも２種類の該発光母材ガラスよりなり該
発光母材ガラスのそれぞれの発光媒質から放出されるそ
れぞれの光を合波する構造をもたせた発光母材ガラス群
からなる発光母材と、該発光母材での該発光媒質の放出
光によるレーザ発振を抑圧する手段と、該発光母材の光
導波終端面の一つに光結合し該発光媒質を励起する光を
発する励起光源と、該発光母材の放出光を試料光として
分析対象物質と相互作用させるセンサー部と、該センサ
ー部で前記分析対象と相互作用した試料光である信号光
を計測する計測部と、前記発光母材の放出光を前記セン
サー部に到達させる試料光光学系と、前記センサー部か
らの前記信号光を前記計測部に到達させる信号光光学系
とにより構成される。
【０００７】
【作用】本発明の赤外分光分析装置は、高輝度・高集光
性の光源をもったリモートセンシング用赤外分光分析装
置を、また寒剤の供給が必要ないインライン・モニター
用赤外分光分析装置を、さらに特定の波長範囲の連続光
を発するため同調・掃引による時間遅れを生じない時間
応答性の優れた赤外分光分析装置を実現することができ
る。
性の光源をもったリモートセンシング用赤外分光分析装
置を、また寒剤の供給が必要ないインライン・モニター
用赤外分光分析装置を、さらに特定の波長範囲の連続光
を発するため同調・掃引による時間遅れを生じない時間
応答性の優れた赤外分光分析装置を実現することができ
る。
【０００８】
【実施例１】光源であるガラス発光素子の中心波長を
2.7μm に設定した複光束型の赤外分光分析装置の実施
例を説明する。光源であるガラス発光素子としては、発
光母材ガラスの形状が円柱状であり、一種類の発光媒質
を添加したコアと添加しないクラッドで導波構造を形成
し、励起光源を半導体レーザとし、中心波長 2.7μm で
発光するガラス発光素子を用いる。その縦断面図を図１
に示す。ガラス発光素子の発光母材ガラスの形状は円柱
状のファイバ８であり、希土類元素の Er を発光媒質と
して添加したフッ化物ガラスからなるコア１とコアより
低屈折率のフッ化物ガラスからなるクラッド２で導波構
造を形成している。フッ化物ガラスを発光母材ガラスと
する場合、発光媒質 Er を中心波長 2.7μm で発光させ
るためには発光媒質を波長 790 nm の光で励起すればよ
い。励起光源である発振波長 790 nm の半導体レーザ３
を発光母材ガラスの終端面４に光結合するように配置す
る。この実施例では直接結合させているが、レンズある
いは光ファイバ等の光学部品を介して光結合させること
もできることは言うまでもない。終端面４には、半導体
レーザ３からの励起光に対して０％に近くかつ増幅自然
放出光に対して適当な反射率をもたせた膜５を、他の終
端面６には半導体レーザ３からの励起光に対しては 100
％に近くかつ増幅自然放出光に対しては０％に近い反射
率をもたせた膜７を付着させ、発光母材ガラス内でのレ
ーザ発振を抑圧した構造としている。このような光学特
性をもつ膜としては、通常の薄膜作製技術例えば電子ビ
ーム蒸着法で作製した例えば誘電体材料の多層膜を充て
ることができる。終端面４に励起光源である半導体レー
ザ３から発振される波長 790 nm のレーザ光を結合させ
ると、発光母材ガラスファイバのコア中に波長 790 nm
の励起光の導波モードが励振される。この励起光が終端
面６に進行する際にコアに添加された発光媒質である E
r 元素が励起光を吸収し中心波長 2.7 の自然放出光を
放出する。この自然放出光の中で終端面６の向きに放出
されコア内を導波するものは、励起光を吸収し励起状態
にある Er 元素によって導波の際に増幅され、増幅され
た自然放出光となる。終端面６に到達した時点で吸収さ
れなかった励起光は、終端面上の光学膜 7 の作用で反
射率に応じてそのほとんどが反射されもう一つの終端面
４に向かって進行し、その間同様にして増幅された自然
放出光を発生する。このようにして生成された増幅自然
放出光は、終端面６に到達し終端面上の光学膜７の作用
で反射率に応じてそのほとんどが終端面６を透過し出射
する。以上の結果、中心波長 2.7μm で 2.65 μm から
2.77 μm の波長範囲にわたる連続スペクトルをもつ増
幅自然放出光（増幅自然放出光）を出射するガラス発光
素子とすることができる。
2.7μm に設定した複光束型の赤外分光分析装置の実施
例を説明する。光源であるガラス発光素子としては、発
光母材ガラスの形状が円柱状であり、一種類の発光媒質
を添加したコアと添加しないクラッドで導波構造を形成
し、励起光源を半導体レーザとし、中心波長 2.7μm で
発光するガラス発光素子を用いる。その縦断面図を図１
に示す。ガラス発光素子の発光母材ガラスの形状は円柱
状のファイバ８であり、希土類元素の Er を発光媒質と
して添加したフッ化物ガラスからなるコア１とコアより
低屈折率のフッ化物ガラスからなるクラッド２で導波構
造を形成している。フッ化物ガラスを発光母材ガラスと
する場合、発光媒質 Er を中心波長 2.7μm で発光させ
るためには発光媒質を波長 790 nm の光で励起すればよ
い。励起光源である発振波長 790 nm の半導体レーザ３
を発光母材ガラスの終端面４に光結合するように配置す
る。この実施例では直接結合させているが、レンズある
いは光ファイバ等の光学部品を介して光結合させること
もできることは言うまでもない。終端面４には、半導体
レーザ３からの励起光に対して０％に近くかつ増幅自然
放出光に対して適当な反射率をもたせた膜５を、他の終
端面６には半導体レーザ３からの励起光に対しては 100
％に近くかつ増幅自然放出光に対しては０％に近い反射
率をもたせた膜７を付着させ、発光母材ガラス内でのレ
ーザ発振を抑圧した構造としている。このような光学特
性をもつ膜としては、通常の薄膜作製技術例えば電子ビ
ーム蒸着法で作製した例えば誘電体材料の多層膜を充て
ることができる。終端面４に励起光源である半導体レー
ザ３から発振される波長 790 nm のレーザ光を結合させ
ると、発光母材ガラスファイバのコア中に波長 790 nm
の励起光の導波モードが励振される。この励起光が終端
面６に進行する際にコアに添加された発光媒質である E
r 元素が励起光を吸収し中心波長 2.7 の自然放出光を
放出する。この自然放出光の中で終端面６の向きに放出
されコア内を導波するものは、励起光を吸収し励起状態
にある Er 元素によって導波の際に増幅され、増幅され
た自然放出光となる。終端面６に到達した時点で吸収さ
れなかった励起光は、終端面上の光学膜 7 の作用で反
射率に応じてそのほとんどが反射されもう一つの終端面
４に向かって進行し、その間同様にして増幅された自然
放出光を発生する。このようにして生成された増幅自然
放出光は、終端面６に到達し終端面上の光学膜７の作用
で反射率に応じてそのほとんどが終端面６を透過し出射
する。以上の結果、中心波長 2.7μm で 2.65 μm から
2.77 μm の波長範囲にわたる連続スペクトルをもつ増
幅自然放出光（増幅自然放出光）を出射するガラス発光
素子とすることができる。
【０００９】図２に、図１のガラス発光素子を光源とし
た複光束型赤外分光分析装置を示す。半導体レーザ励起
光源３のレーザ光で励起された Er を含む発光母材ガラ
スファイバ８から出射した増幅自然放出光束９は、ハー
フミラー 10 の作用で二分され試料用光束 11 と対照光
束 12 となる。対照光束 12 は、反射鏡 13, 14 を経て
セレクター 15 に至る。試料用光束 11 と対照光束 12
は、セレクター 15 の作用により交互に分光器 16 に入
射する。セレクター 15 は、例えば半円形の平面鏡で形
成し回転させることで実現することができるが、これに
限ることはない。図２は、両光束の合流位置にセレクタ
ー 15 の半円形平面鏡部が位置している状態を表してお
り、この状態では対照光束のみがセレクター 15 の平面
鏡の作用で反射され分光器 16 に入射する。試料すなわ
ち分析対象物質は通常の赤外分光の方法に従って、その
状態に応じてたとえば固体であれば適便な分散材で分散
し、また液体・気体であれば光源の光に対して充分透過
する材質で形成されたセルに入れてセンサー部 14 と
し、ハーフミラー 10 とセレクター 15 の間に挿入す
る。分光器の出射光 17 を光検出器 18 で受光し電気信
号 19 に変換し、電気増幅器 20 で増幅し電気出力とし
試料光と対照光のスペクトル情報を得る。これをそのま
ま記録計に送りグラフ表示の分析結果とするか、もしく
はデジタル出力に変換しコンピュータ 21 に送り定量・
定性解析のデータ処理を行いグラフ・数値として表示す
る。この実施例では、光源に用いたガラス発光素子の波
長範囲が中心波長 2.7μmで 2.65 μm から 2.77 μm
であるため、この波長範囲に吸収を持つガス状物質、例
えば H2Oガスや CO2ガスを分析対象とした複光束型赤外
分光分析装置とすることができる。
た複光束型赤外分光分析装置を示す。半導体レーザ励起
光源３のレーザ光で励起された Er を含む発光母材ガラ
スファイバ８から出射した増幅自然放出光束９は、ハー
フミラー 10 の作用で二分され試料用光束 11 と対照光
束 12 となる。対照光束 12 は、反射鏡 13, 14 を経て
セレクター 15 に至る。試料用光束 11 と対照光束 12
は、セレクター 15 の作用により交互に分光器 16 に入
射する。セレクター 15 は、例えば半円形の平面鏡で形
成し回転させることで実現することができるが、これに
限ることはない。図２は、両光束の合流位置にセレクタ
ー 15 の半円形平面鏡部が位置している状態を表してお
り、この状態では対照光束のみがセレクター 15 の平面
鏡の作用で反射され分光器 16 に入射する。試料すなわ
ち分析対象物質は通常の赤外分光の方法に従って、その
状態に応じてたとえば固体であれば適便な分散材で分散
し、また液体・気体であれば光源の光に対して充分透過
する材質で形成されたセルに入れてセンサー部 14 と
し、ハーフミラー 10 とセレクター 15 の間に挿入す
る。分光器の出射光 17 を光検出器 18 で受光し電気信
号 19 に変換し、電気増幅器 20 で増幅し電気出力とし
試料光と対照光のスペクトル情報を得る。これをそのま
ま記録計に送りグラフ表示の分析結果とするか、もしく
はデジタル出力に変換しコンピュータ 21 に送り定量・
定性解析のデータ処理を行いグラフ・数値として表示す
る。この実施例では、光源に用いたガラス発光素子の波
長範囲が中心波長 2.7μmで 2.65 μm から 2.77 μm
であるため、この波長範囲に吸収を持つガス状物質、例
えば H2Oガスや CO2ガスを分析対象とした複光束型赤外
分光分析装置とすることができる。
【００１０】
【実施例２】光源であるガラス発光素子の中心波長を
2.3μm, 2.7μm, 2.9μm に設定した複光束型の赤外分
光分析装置の実施例を記す。光源であるガラス発光素子
としては、発光母材ガラスの形状が円柱状であり、三種
類の発光媒質を同時に添加したコアと添加しないクラッ
ドで導波構造を形成し、励起光源を半導体レーザアレイ
とし、光導波終端面すべてに三種類の発光媒質からの放
出光に対する反射防止膜を塗布し、中心波長 2.3μm,
2.7μm, 2.9μm で発光するガラス発光素子を用いる。
その断面図を図３に示す。ガラス発光素子の発光母材ガ
ラスの形状は円柱状のファイバ 29 であり、希土類元素
の Tm, Er, Ho を発光媒質として添加したフッ化物ガラ
スからなるコア 22 とコアより低屈折率のフッ化物ガラ
スからなるクラッド 23 で導波構造を形成している。フ
ッ化物ガラスを発光母材ガラスとする場合、発光媒質 T
m, Er, Ho を中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm で発光
させるためには発光媒質をそれぞれ波長 790nm,790 nm,
640 nm の光で励起すればよい。従って、励起光源の波
長は 640 nmと 790 nm の２波長でよい。励起用半導体
レーザアレイは、通常の半導体光デバイス作製技術の範
囲内で、発振波長が 640 nm と790 nmの異なる２個の半
導体レーザチップを近接して設置するか、もしくはモノ
リシックに集積する事で作製できる。励起光源である発
振波長 640nm, 790 nmの半導体レーザアレイ 24 を発光
母材ガラスの終端面 25 に光結合するように配置する。
この実施例では直接結合させているが、レンズあるいは
光ファイバ等の光学部品を介して光結合させることもで
きることは言うまでもない。終端面 25 には、半導体レ
ーザアレイ 24 からの励起光に対して 0％に近くかつ増
幅自然放出光に対して適便な反射率をもたせた光学膜 2
6 を、他の終端面 27 には半導体レーザアレイからの励
起光に対しては 100％に近くかつ増幅自然放出光に対し
ては 0％に近い反射率をもたせた光学膜 28 を付着さ
せ、発光母材ガラス内でのレーザ発振を抑圧した構造と
している。このような光学特性をもつ膜としては、通常
の薄膜作製技術例えば電子ビーム蒸着法で作製した例え
ば誘電体材料の多層膜を充てることができる。終端面 2
5 に励起光源である半導体レーザアレイ 24 から発振さ
れる波長 640nm と 790 nm のレーザ光を結合させる。
その結果、実施励１で記載した原理により、中心波長
2.3μm, 2.7μm, 2.9μ mでそれぞれ 2.25 μm から 2.
50 μm,2.65 μm から 2.77 μm, 2.83 μm から 2.95
μm の波長範囲にわたる連続スペクトルをもつ３種類の
増幅自然放出光を重畳した光を出射するガラス発光素子
とすることができる。
2.3μm, 2.7μm, 2.9μm に設定した複光束型の赤外分
光分析装置の実施例を記す。光源であるガラス発光素子
としては、発光母材ガラスの形状が円柱状であり、三種
類の発光媒質を同時に添加したコアと添加しないクラッ
ドで導波構造を形成し、励起光源を半導体レーザアレイ
とし、光導波終端面すべてに三種類の発光媒質からの放
出光に対する反射防止膜を塗布し、中心波長 2.3μm,
2.7μm, 2.9μm で発光するガラス発光素子を用いる。
その断面図を図３に示す。ガラス発光素子の発光母材ガ
ラスの形状は円柱状のファイバ 29 であり、希土類元素
の Tm, Er, Ho を発光媒質として添加したフッ化物ガラ
スからなるコア 22 とコアより低屈折率のフッ化物ガラ
スからなるクラッド 23 で導波構造を形成している。フ
ッ化物ガラスを発光母材ガラスとする場合、発光媒質 T
m, Er, Ho を中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm で発光
させるためには発光媒質をそれぞれ波長 790nm,790 nm,
640 nm の光で励起すればよい。従って、励起光源の波
長は 640 nmと 790 nm の２波長でよい。励起用半導体
レーザアレイは、通常の半導体光デバイス作製技術の範
囲内で、発振波長が 640 nm と790 nmの異なる２個の半
導体レーザチップを近接して設置するか、もしくはモノ
リシックに集積する事で作製できる。励起光源である発
振波長 640nm, 790 nmの半導体レーザアレイ 24 を発光
母材ガラスの終端面 25 に光結合するように配置する。
この実施例では直接結合させているが、レンズあるいは
光ファイバ等の光学部品を介して光結合させることもで
きることは言うまでもない。終端面 25 には、半導体レ
ーザアレイ 24 からの励起光に対して 0％に近くかつ増
幅自然放出光に対して適便な反射率をもたせた光学膜 2
6 を、他の終端面 27 には半導体レーザアレイからの励
起光に対しては 100％に近くかつ増幅自然放出光に対し
ては 0％に近い反射率をもたせた光学膜 28 を付着さ
せ、発光母材ガラス内でのレーザ発振を抑圧した構造と
している。このような光学特性をもつ膜としては、通常
の薄膜作製技術例えば電子ビーム蒸着法で作製した例え
ば誘電体材料の多層膜を充てることができる。終端面 2
5 に励起光源である半導体レーザアレイ 24 から発振さ
れる波長 640nm と 790 nm のレーザ光を結合させる。
その結果、実施励１で記載した原理により、中心波長
2.3μm, 2.7μm, 2.9μ mでそれぞれ 2.25 μm から 2.
50 μm,2.65 μm から 2.77 μm, 2.83 μm から 2.95
μm の波長範囲にわたる連続スペクトルをもつ３種類の
増幅自然放出光を重畳した光を出射するガラス発光素子
とすることができる。
【００１１】図４に、図３のガラス発光素子を光源とし
た複光束型赤外分光分析装置を示す。半導体レーザ励起
光源 24 のレーザ光で励起された Er を含む発光母材ガ
ラスファイバ 29 から出射した増幅自然放出光束９は、
ハーフミラー 10 の作用で二分され試料用光束 11 と対
照光束 12 となる。対照光束 12 は、反射鏡 13, 14を
経てセレクター 15 に至る。試料用光束 11 と対照光束
12 は、セレクター 15 の作用により交互に分光器 16
に入射する。セレクター 15 は、例えば半円形の平面鏡
で形成し回転させることで実現できるが、これに限るこ
とはない。図４は、両光束 11, 12 の合流位置にセレク
ター 15 の半円形平面鏡部が位置している状態を表して
おり、この状態では対照光束のみがセレクターの平面鏡
の作用で反射され分光器 16 に入射する。試料は、その
状態に応じてたとえば固体であれば適便な分散材で文散
した状態で、また液体であれば光源の光に対して充分透
過する材質で形成されたセルに入れた状態で、ハーフミ
ラー 10 とセレクター 15 の間に挿入する。分光器 16
の出射光 17 を光検出器 18 で受光し電気信号 19 に変
換し、電気信号増幅器 20 で増幅し電気出力とする。こ
れをそのまま記録計に送りグラフ表示の分析結果とする
か、もしくはデジタル出力に変換しコンピュータに送り
定量・定性解析のデータ処理を行いグラフ・数値として
表示する。この実施例では、光源に用いたガラス発光素
子の波長範囲がより、中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μ
m でそれぞれ 2.25 μm から 2.50 μm, 2.65 μm から
2.77 μm, 2.83 μm から 2.95 μm であるためこ波長
範囲に吸収を持つガス状物質、例えば H2O, CO, CO2, N
O, N2O, NH3 等ガスを分析対象とした複光束型赤外分光
分析装置とすることができる。
た複光束型赤外分光分析装置を示す。半導体レーザ励起
光源 24 のレーザ光で励起された Er を含む発光母材ガ
ラスファイバ 29 から出射した増幅自然放出光束９は、
ハーフミラー 10 の作用で二分され試料用光束 11 と対
照光束 12 となる。対照光束 12 は、反射鏡 13, 14を
経てセレクター 15 に至る。試料用光束 11 と対照光束
12 は、セレクター 15 の作用により交互に分光器 16
に入射する。セレクター 15 は、例えば半円形の平面鏡
で形成し回転させることで実現できるが、これに限るこ
とはない。図４は、両光束 11, 12 の合流位置にセレク
ター 15 の半円形平面鏡部が位置している状態を表して
おり、この状態では対照光束のみがセレクターの平面鏡
の作用で反射され分光器 16 に入射する。試料は、その
状態に応じてたとえば固体であれば適便な分散材で文散
した状態で、また液体であれば光源の光に対して充分透
過する材質で形成されたセルに入れた状態で、ハーフミ
ラー 10 とセレクター 15 の間に挿入する。分光器 16
の出射光 17 を光検出器 18 で受光し電気信号 19 に変
換し、電気信号増幅器 20 で増幅し電気出力とする。こ
れをそのまま記録計に送りグラフ表示の分析結果とする
か、もしくはデジタル出力に変換しコンピュータに送り
定量・定性解析のデータ処理を行いグラフ・数値として
表示する。この実施例では、光源に用いたガラス発光素
子の波長範囲がより、中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μ
m でそれぞれ 2.25 μm から 2.50 μm, 2.65 μm から
2.77 μm, 2.83 μm から 2.95 μm であるためこ波長
範囲に吸収を持つガス状物質、例えば H2O, CO, CO2, N
O, N2O, NH3 等ガスを分析対象とした複光束型赤外分光
分析装置とすることができる。
【００１２】
【実施例３】光源であるガラス発光素子の中心波長を
2.3μm, 2.7μm, 2.9μm に設定した複光束型の赤外分
光分析装置の別の実施例を記す。光源であるガラス発光
素子としては、３種類の発光母材ガラスからなる発光母
材ガラス群で、それぞれの発光母材ガラスの形状が円柱
状であり、それぞれ一種類の発光媒質を添加したコアと
添加しないクラッドで導波構造を形成し、それぞれ励起
光源を半導体レーザとし、それぞれの発光母材ガラスの
それぞれの発光媒質から放出されるそれぞれの光を合波
する構造を与えられ、それぞれの光導波終端面すべてに
それぞれの発光媒質からの放出光に対する反射防止膜を
塗布し、三種類の中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm で
発光するガラス発光素子を用いる。図５に示すように、
ガラス発光素子の発光母材ガラス群のそれぞれの発光母
材ガラスの形状は円柱状のファイバ 30, 31, 32 であ
り、それぞれ実施例１で示したように希土類元素の Tm,
Er, Ho を発光媒質として添加したフッ化物ガラスから
なるコアとコアより低屈折率のフッ化物ガラスからなる
クラッドで導波構造を形成している。フッ化物ガラスを
発光母材ガラスとする場合、発光媒質 Tm, Er, Ho を中
心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm で発光させるためには
発光媒質をそれぞれ波長 790nm,790 nm,640 nm の光で
励起すればよい。励起光源である発振波長 790 nm, 790
nm, 640 nm の半導体レーザ 33, 34, 35 を、発光母材
ガラス群を構成する Tm, Er, Ho を含む発光母材ガラス
ファイバ 30, 31, 32 の終端面それぞれに光結合するよ
うに配置する。この実施例では直接結合させているが、
レンズあるいは光ファイバ等の光学部品を介して光結合
させることもできることは言うまでもない。それぞれの
終端面には、それぞれの半導体レーザからの励起光に対
して０に近くかつ増幅自然放出光にたいして適便な反射
率をもたせた膜を、それぞれの他の終端面にはそれぞれ
の半導体レーザからの励起光に対しては 100％に近くか
つ増幅自然放出光に対しては０％に近い反射率をもたせ
た膜を付着させ、発光母材ガラス内でのレーザ発振を抑
圧した構造としている。このような光学特性をもつ膜と
しては、通常の薄膜作製技術例えば電子ビーム蒸着法で
作製した例えば誘電体材料の多層膜を充てることができ
る。これら終端面に、それぞれ励起用半導体レーザ 33,
34, 35 から発振される波長 680nm, 790 nm, 640 nmの
レーザ光を結合させる。その結果、実施例１で記載した
原理により、中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm でそれ
ぞれ 2.25 μm から2.50 μm, 2.65 μm から 2.77 μ
m, 2.83 μm から 2.95 μm の波長範囲にわたる連続ス
ペクトルをもつ３種類の増幅された自然放出光を発生し
ファイバカップラー 36, 37 を経て出力ファイバ 38 に
集められ終端面から出射するガラス発光素子とすること
ができる。
2.3μm, 2.7μm, 2.9μm に設定した複光束型の赤外分
光分析装置の別の実施例を記す。光源であるガラス発光
素子としては、３種類の発光母材ガラスからなる発光母
材ガラス群で、それぞれの発光母材ガラスの形状が円柱
状であり、それぞれ一種類の発光媒質を添加したコアと
添加しないクラッドで導波構造を形成し、それぞれ励起
光源を半導体レーザとし、それぞれの発光母材ガラスの
それぞれの発光媒質から放出されるそれぞれの光を合波
する構造を与えられ、それぞれの光導波終端面すべてに
それぞれの発光媒質からの放出光に対する反射防止膜を
塗布し、三種類の中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm で
発光するガラス発光素子を用いる。図５に示すように、
ガラス発光素子の発光母材ガラス群のそれぞれの発光母
材ガラスの形状は円柱状のファイバ 30, 31, 32 であ
り、それぞれ実施例１で示したように希土類元素の Tm,
Er, Ho を発光媒質として添加したフッ化物ガラスから
なるコアとコアより低屈折率のフッ化物ガラスからなる
クラッドで導波構造を形成している。フッ化物ガラスを
発光母材ガラスとする場合、発光媒質 Tm, Er, Ho を中
心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm で発光させるためには
発光媒質をそれぞれ波長 790nm,790 nm,640 nm の光で
励起すればよい。励起光源である発振波長 790 nm, 790
nm, 640 nm の半導体レーザ 33, 34, 35 を、発光母材
ガラス群を構成する Tm, Er, Ho を含む発光母材ガラス
ファイバ 30, 31, 32 の終端面それぞれに光結合するよ
うに配置する。この実施例では直接結合させているが、
レンズあるいは光ファイバ等の光学部品を介して光結合
させることもできることは言うまでもない。それぞれの
終端面には、それぞれの半導体レーザからの励起光に対
して０に近くかつ増幅自然放出光にたいして適便な反射
率をもたせた膜を、それぞれの他の終端面にはそれぞれ
の半導体レーザからの励起光に対しては 100％に近くか
つ増幅自然放出光に対しては０％に近い反射率をもたせ
た膜を付着させ、発光母材ガラス内でのレーザ発振を抑
圧した構造としている。このような光学特性をもつ膜と
しては、通常の薄膜作製技術例えば電子ビーム蒸着法で
作製した例えば誘電体材料の多層膜を充てることができ
る。これら終端面に、それぞれ励起用半導体レーザ 33,
34, 35 から発振される波長 680nm, 790 nm, 640 nmの
レーザ光を結合させる。その結果、実施例１で記載した
原理により、中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm でそれ
ぞれ 2.25 μm から2.50 μm, 2.65 μm から 2.77 μ
m, 2.83 μm から 2.95 μm の波長範囲にわたる連続ス
ペクトルをもつ３種類の増幅された自然放出光を発生し
ファイバカップラー 36, 37 を経て出力ファイバ 38 に
集められ終端面から出射するガラス発光素子とすること
ができる。
【００１３】図６に、図５のガラス発光素子を光源とし
た複光束型赤外分光分析装置を示す。半導体レーザ励起
光源 33, 34, 35 のレーザ光で励起された Er を含む発
光母材ガラスファイバ 30, 31, 32 から出射したファイ
バカップラー 36, 37 により出力ファイバ 38 に合成さ
れた増幅自然放出光束９は、ハーフミラー 10 の作用で
二分され試料用光束 11 と対照光束 12 となる。対照光
束 12 は、反射鏡 13,14 を経てセレクター 15 に至
る。試料用光束 11 と対照光束は、セレクター 15 の作
用により交互に分光器 16 に入射する。セレクター 15
は、例えば半円形の平面鏡で形成し回転させることで実
現できるが、これに限ることはない。図６は、両光束 1
1, 12 の合流位置にセレクター 15 の半円形平面鏡部が
位置している状態を表しており、この状態では対照光束
のみがセレクター 15 の平面鏡の作用で反射され分光器
16 に入射する。試料は、その状態に応じてたとえば固
体であれば適便な分散材で文散した状態で、また液体で
あれば光源の光に対して充分透過する材質で形成された
セルに入れた状態で、ハーフミラー 10 とセレクター 1
5 の間に挿入する。分光器 16 の出射光 17 を光検出器
18 で受光し電気信号 19 に変換し、電気信号増幅器 2
0 で増幅し電気出力とする。これをそのまま記録計に送
りグラフ表示の分析結果とするか、もしくはデジタル出
力に変換しコンピュータに送り定量・定性解析のデータ
処理を行いグラフ・数値として表示する。この実施例で
は、光源に用いたガラス発光素子の波長範囲がより、中
心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm でそれぞれ 2.25 μm
から 2.50 μm, 2.65 μm から 2.77 μm, 2.83 μm か
ら 2.95 μm であるためこ波長範囲に吸収を持つガス状
物質、例えば H2O, CO, CO2, NO, N2O, NH3 等ガスを分
析対象とした複光束型赤外分光分析装置とすることがで
きる。
た複光束型赤外分光分析装置を示す。半導体レーザ励起
光源 33, 34, 35 のレーザ光で励起された Er を含む発
光母材ガラスファイバ 30, 31, 32 から出射したファイ
バカップラー 36, 37 により出力ファイバ 38 に合成さ
れた増幅自然放出光束９は、ハーフミラー 10 の作用で
二分され試料用光束 11 と対照光束 12 となる。対照光
束 12 は、反射鏡 13,14 を経てセレクター 15 に至
る。試料用光束 11 と対照光束は、セレクター 15 の作
用により交互に分光器 16 に入射する。セレクター 15
は、例えば半円形の平面鏡で形成し回転させることで実
現できるが、これに限ることはない。図６は、両光束 1
1, 12 の合流位置にセレクター 15 の半円形平面鏡部が
位置している状態を表しており、この状態では対照光束
のみがセレクター 15 の平面鏡の作用で反射され分光器
16 に入射する。試料は、その状態に応じてたとえば固
体であれば適便な分散材で文散した状態で、また液体で
あれば光源の光に対して充分透過する材質で形成された
セルに入れた状態で、ハーフミラー 10 とセレクター 1
5 の間に挿入する。分光器 16 の出射光 17 を光検出器
18 で受光し電気信号 19 に変換し、電気信号増幅器 2
0 で増幅し電気出力とする。これをそのまま記録計に送
りグラフ表示の分析結果とするか、もしくはデジタル出
力に変換しコンピュータに送り定量・定性解析のデータ
処理を行いグラフ・数値として表示する。この実施例で
は、光源に用いたガラス発光素子の波長範囲がより、中
心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm でそれぞれ 2.25 μm
から 2.50 μm, 2.65 μm から 2.77 μm, 2.83 μm か
ら 2.95 μm であるためこ波長範囲に吸収を持つガス状
物質、例えば H2O, CO, CO2, NO, N2O, NH3 等ガスを分
析対象とした複光束型赤外分光分析装置とすることがで
きる。
【００１４】遠隔赤外分光分析装置の実施例について説
明する。図７に、本発明による遠隔分析装置の一例で試
料光光学系と信号光光学系に光ファイバを用いた遠隔分
析装置の構成図を示す。ガラス発光素子 39 から出射し
た増幅自然放出光を試料光として試料光導波ファイバ 4
0 に結合させセンサー部41 まで導波させ、分析対象物
質と相互作用させる。相互作用後の光即ち信号光を信号
光導波ファイバ 42 に結合させ計測部 43 まで導波さ
せ、ここで対象物質の分析を行わせる。試料光光学系と
信号光光学系に光ファイバを用いた遠隔赤外分光分析装
置の実施例を以下に記載する。
明する。図７に、本発明による遠隔分析装置の一例で試
料光光学系と信号光光学系に光ファイバを用いた遠隔分
析装置の構成図を示す。ガラス発光素子 39 から出射し
た増幅自然放出光を試料光として試料光導波ファイバ 4
0 に結合させセンサー部41 まで導波させ、分析対象物
質と相互作用させる。相互作用後の光即ち信号光を信号
光導波ファイバ 42 に結合させ計測部 43 まで導波さ
せ、ここで対象物質の分析を行わせる。試料光光学系と
信号光光学系に光ファイバを用いた遠隔赤外分光分析装
置の実施例を以下に記載する。
【００１５】
【実施例４】図８に、ガラス発光素子の中心波長を 2.7
μm に設定し、ガス状態の物質の分析を目的とした単光
束型の遠隔赤外分光分析装置の実施例を示す。ガラス発
光素子としては、実施例１に記載のものを用いる。図で
は、発光媒質Er を含む発光母材ガラスファイバ８と励
起用半導体レーザ３だけを示しているが、その詳細は図
１と実施例１に記載してある。試料光と信号光の導波用
ファイバ 40 と 42 は、発光母材ガラスファイバ８と同
様にフッ化物ガラスからなるコアとそれより低屈折率の
フッ化物ガラスからなるクラッドよりなる。導波用ファ
イバ 40 と 42 のコアとクラッドのフッ化物ガラスの組
成は、発光ガラスファイバ８のコアとクラッドのフッ化
物ガラスの組成と同一であることが望ましいがその限り
ではない。また、試料光導波用ファイバ40 のコアとク
ラッドのフッ化物ガラスの組成は、信号光導波用ファイ
バ 42 のコアとクラッドのフッ化物ガラスの組成と同一
に限らない。発光母材ガラスファイバ８と試料光導波用
ファイバ 40 とは、例えば融着法にて高効率で結合され
た接続部 44 でつながっている。センサー部 41 は、例
えば一対の凹面鏡 45 より成り、試料光導波用ファイバ
40 の端部 46 より出射した試料光を一対の凹面鏡で多
重反射させる。この多重反射の際にセンサー部 41 内の
分析対象ガスと相互作用させ連続スペクトルをもつ試料
光の特定の波長の光を分析対象ガスに吸収させる。相互
作用後の信号光を信号光導波ファイバ 42 の端部 47 に
結合させ、計測部43 内の分光器 16 の入射口 48 に導
波させる。計測部 43 は分光器 16 、光検出器 18 、電
気信号増幅器 20 、コンピュータ 21 からなる。分光器
16 の出射光 17 を光検出器 18 で受光し、電気信号 1
9 に変換し、電気増幅器 20 で増幅し、さらに電気デジ
タル信号に変換して出力しスペクトル情報とする。これ
を、コンピュータ 21 に送り、定量・定性解析のデータ
処理を行い、グラフ・数値として表示する。または場合
によっては、コンピュータを用いずにそのまま記録計に
送りグラフ表示の分析結果とすることもできる。この実
施例では、光源に用いたガラス発光素子の波長範囲が中
心波長 2.7μmで 2.65 μm から 2.77 μm であるため
この波長範囲に吸収を持つガス状物質、例えば H2Oガス
や CO2ガスを分析対象とした遠隔赤外分光分析装置とす
ることができる。
μm に設定し、ガス状態の物質の分析を目的とした単光
束型の遠隔赤外分光分析装置の実施例を示す。ガラス発
光素子としては、実施例１に記載のものを用いる。図で
は、発光媒質Er を含む発光母材ガラスファイバ８と励
起用半導体レーザ３だけを示しているが、その詳細は図
１と実施例１に記載してある。試料光と信号光の導波用
ファイバ 40 と 42 は、発光母材ガラスファイバ８と同
様にフッ化物ガラスからなるコアとそれより低屈折率の
フッ化物ガラスからなるクラッドよりなる。導波用ファ
イバ 40 と 42 のコアとクラッドのフッ化物ガラスの組
成は、発光ガラスファイバ８のコアとクラッドのフッ化
物ガラスの組成と同一であることが望ましいがその限り
ではない。また、試料光導波用ファイバ40 のコアとク
ラッドのフッ化物ガラスの組成は、信号光導波用ファイ
バ 42 のコアとクラッドのフッ化物ガラスの組成と同一
に限らない。発光母材ガラスファイバ８と試料光導波用
ファイバ 40 とは、例えば融着法にて高効率で結合され
た接続部 44 でつながっている。センサー部 41 は、例
えば一対の凹面鏡 45 より成り、試料光導波用ファイバ
40 の端部 46 より出射した試料光を一対の凹面鏡で多
重反射させる。この多重反射の際にセンサー部 41 内の
分析対象ガスと相互作用させ連続スペクトルをもつ試料
光の特定の波長の光を分析対象ガスに吸収させる。相互
作用後の信号光を信号光導波ファイバ 42 の端部 47 に
結合させ、計測部43 内の分光器 16 の入射口 48 に導
波させる。計測部 43 は分光器 16 、光検出器 18 、電
気信号増幅器 20 、コンピュータ 21 からなる。分光器
16 の出射光 17 を光検出器 18 で受光し、電気信号 1
9 に変換し、電気増幅器 20 で増幅し、さらに電気デジ
タル信号に変換して出力しスペクトル情報とする。これ
を、コンピュータ 21 に送り、定量・定性解析のデータ
処理を行い、グラフ・数値として表示する。または場合
によっては、コンピュータを用いずにそのまま記録計に
送りグラフ表示の分析結果とすることもできる。この実
施例では、光源に用いたガラス発光素子の波長範囲が中
心波長 2.7μmで 2.65 μm から 2.77 μm であるため
この波長範囲に吸収を持つガス状物質、例えば H2Oガス
や CO2ガスを分析対象とした遠隔赤外分光分析装置とす
ることができる。
【００１６】
【実施例５】図９に、ガラス発光素子の中心波長を 2.3
μm, 2.7μm, 2.9μm に設定しガス状態の物質を対象に
した遠隔赤外分光分析装置の実施例を示す。ガラス発光
素子として、実施例２に記載のものを用いる。図では、
３種類の発光媒質 Tm, Er, Ho を同時に含む発光母材ガ
ラスファイバと励起用半導体レーザアレイだけを示して
あるが、その詳細は図３と実施例２に記載してる。この
実施例では、光源に用いたガラス発光素子の波長範囲が
中心波長 2.3μm,2.7μm, 2.9μm でそれぞれ 2.25 μm
から 2.50 μm, 2.65 μm から 2.77 μm, 2.83 μm
から 2.95 μm であるためこの波長範囲に吸収を持つガ
ス状物質、例えば H2O, CO, CO2, NO, N2O, NH3 等ガス
を分析対象とした遠隔赤外分光分析装置とすることがで
きる。
μm, 2.7μm, 2.9μm に設定しガス状態の物質を対象に
した遠隔赤外分光分析装置の実施例を示す。ガラス発光
素子として、実施例２に記載のものを用いる。図では、
３種類の発光媒質 Tm, Er, Ho を同時に含む発光母材ガ
ラスファイバと励起用半導体レーザアレイだけを示して
あるが、その詳細は図３と実施例２に記載してる。この
実施例では、光源に用いたガラス発光素子の波長範囲が
中心波長 2.3μm,2.7μm, 2.9μm でそれぞれ 2.25 μm
から 2.50 μm, 2.65 μm から 2.77 μm, 2.83 μm
から 2.95 μm であるためこの波長範囲に吸収を持つガ
ス状物質、例えば H2O, CO, CO2, NO, N2O, NH3 等ガス
を分析対象とした遠隔赤外分光分析装置とすることがで
きる。
【００１７】
【実施例６】図１０に、ガラス発光素子の中心波長を
2.3μm, 2.7μm, 2.9μm に設定しガス状態の物質を対
象にした遠隔赤外分光分析装置の実施例５とは異なる実
施例を示す。ガラス発光素子として、実施例３に記載の
ものを用いる。図では、発光媒質 Tm, Er, Ho をそれぞ
れ含む三本の発光母材ガラスファイバ 30, 31, 32 から
なる発光母材ガラス群と３本の発光母材ガラスファイバ
を励起する３個の励起用半導体レーザ 33, 34, 35 だけ
を示してあるが、その詳細は図５と実施例３に記載され
ている。この実施例では、光源に用いたガラス発光素子
の波長範囲が中心波長 2.3μm,2.7μm, 2.9μm でそれ
ぞれ 2.25 μm から 2.50 μm, 2.65 μm から 2.77 μ
m, 2.83 μm から 2.95 μm であるためこの波長範囲に
吸収を持つガス状物質、例えば H2O, CO, CO2, NO, N
2O, NH3 等ガスを分析対象とした遠隔赤外分光分析装置
とすることができる。
2.3μm, 2.7μm, 2.9μm に設定しガス状態の物質を対
象にした遠隔赤外分光分析装置の実施例５とは異なる実
施例を示す。ガラス発光素子として、実施例３に記載の
ものを用いる。図では、発光媒質 Tm, Er, Ho をそれぞ
れ含む三本の発光母材ガラスファイバ 30, 31, 32 から
なる発光母材ガラス群と３本の発光母材ガラスファイバ
を励起する３個の励起用半導体レーザ 33, 34, 35 だけ
を示してあるが、その詳細は図５と実施例３に記載され
ている。この実施例では、光源に用いたガラス発光素子
の波長範囲が中心波長 2.3μm,2.7μm, 2.9μm でそれ
ぞれ 2.25 μm から 2.50 μm, 2.65 μm から 2.77 μ
m, 2.83 μm から 2.95 μm であるためこの波長範囲に
吸収を持つガス状物質、例えば H2O, CO, CO2, NO, N
2O, NH3 等ガスを分析対象とした遠隔赤外分光分析装置
とすることができる。
【００１８】上記実施例１から６では、発光媒質 Tm, E
r, Ho を励起する励起用半導体レーザの波長をそれぞれ
790 nm, 790 nm, 640 nm として説明したが発光媒質で
あるTm, Er, Ho の中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm
の発光を励起するものであればこれに限らない。
r, Ho を励起する励起用半導体レーザの波長をそれぞれ
790 nm, 790 nm, 640 nm として説明したが発光媒質で
あるTm, Er, Ho の中心波長 2.3μm, 2.7μm, 2.9μm
の発光を励起するものであればこれに限らない。
【００１９】発光母材ガラスとしてフッ化物ガラスを例
にとって説明したが、フッ化物ガラスに限ることなく、
発効媒質の放出光に対して透過率の高い物質であって導
波構造を設けられる物質であればよい。
にとって説明したが、フッ化物ガラスに限ることなく、
発効媒質の放出光に対して透過率の高い物質であって導
波構造を設けられる物質であればよい。
【００２０】また、ガラス発光素子の発光母材ガラスが
含む発光媒質として希土類元素である Tm, Er, Ho を例
に取って説明したが、 Tm, Er, Ho に限ることなく、こ
れら以外の希土類元素のみならず希土類元素以外の元素
であっても発光特性を有する元素であれば発光中心波長
と発光波長範囲及び励起用半導体レーザの励起波長を異
にするのみで、本発明の目的にかなったガラス発光素子
及び遠隔分析装置を実施することができる。更に、発光
媒質の条件としては発光特性を有する物質であれば良
く、元素物質に限らない。例えば、Al1-v-w Inv Gaw P
1-X-yAsx Sby （０≦v,w,x,y ≦１，v+w ≦１,x+y≦
１）, あるいは Pb1-qSnq Se1-r Ter （０≦q,r ≦１）
で表される化合物半導体物質も発光媒質の条件を満足す
ることができる。
含む発光媒質として希土類元素である Tm, Er, Ho を例
に取って説明したが、 Tm, Er, Ho に限ることなく、こ
れら以外の希土類元素のみならず希土類元素以外の元素
であっても発光特性を有する元素であれば発光中心波長
と発光波長範囲及び励起用半導体レーザの励起波長を異
にするのみで、本発明の目的にかなったガラス発光素子
及び遠隔分析装置を実施することができる。更に、発光
媒質の条件としては発光特性を有する物質であれば良
く、元素物質に限らない。例えば、Al1-v-w Inv Gaw P
1-X-yAsx Sby （０≦v,w,x,y ≦１，v+w ≦１,x+y≦
１）, あるいは Pb1-qSnq Se1-r Ter （０≦q,r ≦１）
で表される化合物半導体物質も発光媒質の条件を満足す
ることができる。
【００２１】ガラス発光素子の発光母材ガラスの形状を
円柱状に限って記載したが、円柱形状は発光母材ガラス
に与える導波構造の一つの例でありこれに限ることはな
い。
円柱状に限って記載したが、円柱形状は発光母材ガラス
に与える導波構造の一つの例でありこれに限ることはな
い。
【００２２】また、センサー部については凹面鏡による
多重反射を利用したものとしたが、分析対象物と試料光
とが効果的に相互作用できるものであればよくこれに限
ることはない。
多重反射を利用したものとしたが、分析対象物と試料光
とが効果的に相互作用できるものであればよくこれに限
ることはない。
【００２３】計測部の分光器としては、通常のもの例え
ば回折格子やプリズムと言った分散素子を利用した分散
型分光器あるいはフーリエ変換式干渉分光光度計で代表
される干渉計を利用した干渉型分光器を用いればよい。
ば回折格子やプリズムと言った分散素子を利用した分散
型分光器あるいはフーリエ変換式干渉分光光度計で代表
される干渉計を利用した干渉型分光器を用いればよい。
【００２４】また、実施例１から３においては光源であ
るガラス発光素子からの光を二つの光束とするいわゆる
複光束法を用いて記載したが、これに限ることなく一つ
の光束とするいわゆる単光束法を用いても良い。
るガラス発光素子からの光を二つの光束とするいわゆる
複光束法を用いて記載したが、これに限ることなく一つ
の光束とするいわゆる単光束法を用いても良い。
【００２５】また逆に、実施例４から６においては光源
であるガラス発光素子からの光を一つの光束とするいわ
ゆる単光束法を用いて記載したが、これに限ることなく
二つの光束とするいわゆる複光束法を用いても良い。
であるガラス発光素子からの光を一つの光束とするいわ
ゆる単光束法を用いて記載したが、これに限ることなく
二つの光束とするいわゆる複光束法を用いても良い。
【００２６】さらに、実施例４から６においてはセンサ
ー部での分析対象物質と試料光との相互作用を分析対象
物質による試料光の吸収による強度変化に限って記載し
たが、これに限らず例えば分析対象物質による試料光の
反射、屈折、散乱、回折、位相変化、偏波面回転、周波
数変化等あるいは試料光励起による分析対象物質の蛍光
・燐光といった物理光学的現象を広く利用することがで
きる。
ー部での分析対象物質と試料光との相互作用を分析対象
物質による試料光の吸収による強度変化に限って記載し
たが、これに限らず例えば分析対象物質による試料光の
反射、屈折、散乱、回折、位相変化、偏波面回転、周波
数変化等あるいは試料光励起による分析対象物質の蛍光
・燐光といった物理光学的現象を広く利用することがで
きる。
【００２７】
【発明の効果】本発明による赤外分光分析装置は、室温
で動作し高輝度で高集光性で同調・掃引操作をせずに連
続スペクトル光を発生すると言った特有の効果をもつガ
ラス発光素子を光源としているため、寒剤の必要がなく
かつ同調・掃引による時間遅れがなく分光分析ができる
いといった特殊の効果がある。
で動作し高輝度で高集光性で同調・掃引操作をせずに連
続スペクトル光を発生すると言った特有の効果をもつガ
ラス発光素子を光源としているため、寒剤の必要がなく
かつ同調・掃引による時間遅れがなく分光分析ができる
いといった特殊の効果がある。
【００２８】光学系にファイバを用いた遠隔赤外分光分
析装置は、寒剤を貯蔵する特殊な断熱容器と自動供給で
きる設備の必要がなく、かつまた掃引による時間遅れを
生ずることのないため、石油化学・食品・鉄鋼・農業等
のプラントにおけるインライン分析装置、各種産業にお
ける装置・設備より排出される有害物質のモニター用分
析装置のような連続運転で常時分析できる効果がある。
析装置は、寒剤を貯蔵する特殊な断熱容器と自動供給で
きる設備の必要がなく、かつまた掃引による時間遅れを
生ずることのないため、石油化学・食品・鉄鋼・農業等
のプラントにおけるインライン分析装置、各種産業にお
ける装置・設備より排出される有害物質のモニター用分
析装置のような連続運転で常時分析できる効果がある。
【００２９】これに加えて、光学系にファイバを用いた
遠隔赤外分光分析装置は、分析対象ガスが存在するスペ
ースがきわめて狭あいであってもセンサー部さえ導入で
きれば分析することができる。また、分析対象ガスが人
間にきわめて危険なガス例えば爆発性ガスや有毒ガスで
ある場合、また分析対象ガスが存在する地点が人間にき
わめて危険な環境である場合に、そのような危険なガス
や環境から離れた地点で分析することができる。さら
に、分析対象ガスが存在する地点が赤外分光分析装置に
不適格な環境例えば高温・高湿である場合にも、そこか
ら離れた地点で分析することができる。
遠隔赤外分光分析装置は、分析対象ガスが存在するスペ
ースがきわめて狭あいであってもセンサー部さえ導入で
きれば分析することができる。また、分析対象ガスが人
間にきわめて危険なガス例えば爆発性ガスや有毒ガスで
ある場合、また分析対象ガスが存在する地点が人間にき
わめて危険な環境である場合に、そのような危険なガス
や環境から離れた地点で分析することができる。さら
に、分析対象ガスが存在する地点が赤外分光分析装置に
不適格な環境例えば高温・高湿である場合にも、そこか
ら離れた地点で分析することができる。
【００３０】また、光源に発光母材ガラスを１種類とし
発光媒質を２種類以上としたガラス発光素子を光源とし
た赤外分光分析装置はより広い波長範囲の分析が可能で
ある。
発光媒質を２種類以上としたガラス発光素子を光源とし
た赤外分光分析装置はより広い波長範囲の分析が可能で
ある。
【図１】１種類の発光媒体を含む１本の発光母材ガラス
ファイバよりなり本発明における光源に用いられるガラ
ス発光素子の一例を示す断面図である。
ファイバよりなり本発明における光源に用いられるガラ
ス発光素子の一例を示す断面図である。
【図２】図１のガラス発光素子を光源とする本発明によ
る複光束型赤外分光分析装置を示す系統図である。
る複光束型赤外分光分析装置を示す系統図である。
【図３】３種類の発光媒体を含む１本の発光母材ガラス
ファイバよりなり本発明における光源に用いられるガラ
ス発光素子の一例を示す断面図である。
ファイバよりなり本発明における光源に用いられるガラ
ス発光素子の一例を示す断面図である。
【図４】図３のガラス発光素子を光源とする本発明によ
る複光束型赤外分光分析装置を示す系統図である。
る複光束型赤外分光分析装置を示す系統図である。
【図５】１種類の発光媒体を含む１本の発光母材ガラス
ファイバを３本集合した発光母材ガラスファイバ群より
なり本発明における光源に用いられるガラス発光素子の
一例を示す略図である。
ファイバを３本集合した発光母材ガラスファイバ群より
なり本発明における光源に用いられるガラス発光素子の
一例を示す略図である。
【図６】図５のガラス発光素子を光源とする本発明によ
る複光束型赤外分光分析装置を示す系統図である。
る複光束型赤外分光分析装置を示す系統図である。
【図７】試料光学系・信号光学系に光ファイバを用いた
遠隔分析装置の構成例を示す系統図である。
遠隔分析装置の構成例を示す系統図である。
【図８】図１のガラス発光素子を光源とする本発明によ
る単光束型の遠隔赤外分光分析装置の１例を示す系統図
である。
る単光束型の遠隔赤外分光分析装置の１例を示す系統図
である。
【図９】図３のガラス発光素子を光源とする本発明によ
る単光束型の遠隔赤外分光分析装置の１例を示す系統図
である。
る単光束型の遠隔赤外分光分析装置の１例を示す系統図
である。
【図１０】図５のガラス発光素子を光源とする本発明に
よる単光束型の遠隔赤外分光分析装置の１例を示す系統
図である。
よる単光束型の遠隔赤外分光分析装置の１例を示す系統
図である。
１ 希土類元素の Er を発光媒質として添加したフッ化
物ガラスからなるコア ２ コアより低屈折率のフッ化物ガラスからなるクラッ
ド ３ 励起光源である発振波長 790 nm の半導体レーザ 4,6 発光母材ガラスの終端面 ５ 励起光に対して０％に近い反射率をもたせた光学膜 ７ 励起光に対しては 100％に近く増幅自然放出光に対
しては０％に近い反射率をもたせた光学膜 ８ 発光媒質 Er を含む発光母材ガラスファイバ ９ 増幅自然放出光 10 ハーフミラー 11 試料用光束 12 対照光束 13,14 反射鏡 15 セレクター 16 分光器 17 分光器からの出射光 18 光検出器 19 変換された電気信号 20 電気信号増幅器 21 コンピュータ 22 希土類元素の Tm, Er, Ho を発光媒質として添加し
たフッ化物ガラスからなるコア 23 クラッド 24 640nm と 790 nm の２波長で発振する励起用半導体
レーザアレイ 25,27 発光母材ガラスファイバ終端部 26 励起光に対して０％に近い反射率をもたせた膜 28 励起光に対しては 100％に近く増幅自然放出光に対
しては０％に近い反射率をもたせた膜 29 希土類元素の Tm, Er, Ho を発光媒質として含む発
光母材ガラスファイバ 30 希土類元素の Tm を発光媒質として添加したフッ化
物ガラスからなるコア 31 希土類元素の Er を発光媒質として添加したフッ化
物ガラスからなるコア 32 希土類元素の Ho を発光媒質として添加したフッ化
物ガラスからなるコア 33 励起光源である発振波長 790 nm の半導体レーザ 34 励起光源である発振波長 790 nm の半導体レーザ 35 励起光源である発振波長 640 nm の半導体レーザ 36,37 ファイバカップラー 38 出力ファイバ 39 ガラス発光素子 40 試料光導波ファイバ 41 センサー部 42 信号光導波ファイバ 43 計測部 44 ガラス発光素子ファイバと試料光導波ファイバとの
接続部 45 一対の凹面鏡 46 試料光導波ファイバの端部 47 信号光導波ファイバの端部 48 分光器の入射口
物ガラスからなるコア ２ コアより低屈折率のフッ化物ガラスからなるクラッ
ド ３ 励起光源である発振波長 790 nm の半導体レーザ 4,6 発光母材ガラスの終端面 ５ 励起光に対して０％に近い反射率をもたせた光学膜 ７ 励起光に対しては 100％に近く増幅自然放出光に対
しては０％に近い反射率をもたせた光学膜 ８ 発光媒質 Er を含む発光母材ガラスファイバ ９ 増幅自然放出光 10 ハーフミラー 11 試料用光束 12 対照光束 13,14 反射鏡 15 セレクター 16 分光器 17 分光器からの出射光 18 光検出器 19 変換された電気信号 20 電気信号増幅器 21 コンピュータ 22 希土類元素の Tm, Er, Ho を発光媒質として添加し
たフッ化物ガラスからなるコア 23 クラッド 24 640nm と 790 nm の２波長で発振する励起用半導体
レーザアレイ 25,27 発光母材ガラスファイバ終端部 26 励起光に対して０％に近い反射率をもたせた膜 28 励起光に対しては 100％に近く増幅自然放出光に対
しては０％に近い反射率をもたせた膜 29 希土類元素の Tm, Er, Ho を発光媒質として含む発
光母材ガラスファイバ 30 希土類元素の Tm を発光媒質として添加したフッ化
物ガラスからなるコア 31 希土類元素の Er を発光媒質として添加したフッ化
物ガラスからなるコア 32 希土類元素の Ho を発光媒質として添加したフッ化
物ガラスからなるコア 33 励起光源である発振波長 790 nm の半導体レーザ 34 励起光源である発振波長 790 nm の半導体レーザ 35 励起光源である発振波長 640 nm の半導体レーザ 36,37 ファイバカップラー 38 出力ファイバ 39 ガラス発光素子 40 試料光導波ファイバ 41 センサー部 42 信号光導波ファイバ 43 計測部 44 ガラス発光素子ファイバと試料光導波ファイバとの
接続部 45 一対の凹面鏡 46 試料光導波ファイバの端部 47 信号光導波ファイバの端部 48 分光器の入射口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新堀 理 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 国 際電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−364442（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−165685（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−187704（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−358131（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−309929（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−3353（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】 光による励起で光を放出する発光媒質を
少なくとも一種類含み光導波構造をもたせた発光母材ガ
ラスまたは該発光媒質の異なる少なくとも２種類の該発
光母材ガラスよりなり該発光母材ガラスのそれぞれの発
光媒質から放出されるそれぞれの光を合波する構造をも
たせた発光母材ガラス群からなる発光母材と、該発光母
材での該発光媒質の放出光によるレーザ発振を抑圧する
手段と、該発光母材の光導波終端面の一つに光結合し該
発光媒質を励起する光を発する励起光源と、該発光母材
の放出光を試料光と対照光に分配する手段と、該試料光
を分析対象物質と相互作用させるセンサー部と、該セン
サー部で前記分析対象物質と相互作用した前記試料光と
前記対照光を交互に取り出す手段と、取り出す手段より
得た該試料光と該対照光を計測する計測部とを備えた赤
外分光分析装置。 - 【請求項２】 光による励起で光を放出する発光媒質を
少なくとも一種類含み光導波構造をもたせた発光母材ガ
ラスまたは該発光媒質の異なる少なくとも２種類の該発
光母材ガラスよりなり該発光母材ガラスのそれぞれの発
光媒質から放出されるそれぞれの光を合波する構造をも
たせた発光母材ガラス群からなる発光母材と、該発光母
材での該発光媒質の放出光によるレーザ発振を抑圧する
手段と、該発光母材の光導波終端面の一つに光結合し該
発光媒質を励起する光を発する励起光源と、該発光母材
の放出光を試料光として分析対象物質と相互作用させる
センサー部と、該センサー部で前記分析対象と相互作用
した試料光である信号光を計測する計測部と、前記発光
母材の放出光を前記センサー部に到達させる試料光光学
系と、前記センサー部からの前記信号光を前記計測部に
到達させる信号光光学系を備えた赤外分光分析装置。 - 【請求項３】 該試料光光学系と該信号光光学系の形状
が円柱状であり、コアとクラッドで導波構造に形成した
ことを特徴とする請求項２に記載の赤外分光分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2718193A JP2701191B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 赤外分光分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2718193A JP2701191B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 赤外分光分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06222000A JPH06222000A (ja) | 1994-08-12 |
| JP2701191B2 true JP2701191B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=12213912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2718193A Expired - Lifetime JP2701191B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 赤外分光分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2701191B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005010216A1 (de) * | 2005-01-28 | 2006-08-03 | Bayer Technology Services Gmbh | Apparatetechnische Kombination einer NIR-Stoffkonzentrationsmessung mit einer auf Faser-Bragg-Gittern in Glasfasern beruhenden Temperaturprofilmessung |
| JP2006275913A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光計測装置 |
| JP6603779B1 (ja) * | 2018-11-13 | 2019-11-06 | 株式会社フジクラ | 光ファイバ母材の製造方法および光ファイバの製造方法 |
-
1993
- 1993-01-25 JP JP2718193A patent/JP2701191B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06222000A (ja) | 1994-08-12 |
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