JP3317853B2 - レーザレーダ光源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ光を大気
中に出射して、大気中の塵であるエアロゾルにより反射
されたレーザ光を受光することにより、大気中の被測定
分子の量を同定する、レーザレーダの光源に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図５に第１の従来例としての差分吸収レ
ーザレーダの構成図を示す。図５において１０１０は被
測定分子の吸収線波長とは非同調のレーザ光を出力する
レーザ発振器、１０２０は吸収線波長に同調したレーザ
光を出力するレーザ発振器、１０３０はエアロゾルによ
る反射光を集光するレンズ、１０４０は光検出器、１０
５０は信号処理部である。レーザ発振器１０１０、１０
２０の発振光を交互に大気中に出射したとき、大気中の
エアロゾルによる後方散乱光をレンズ１０３０により集
光し、光検出器１０４０で検出した後、信号処理部１０
５０で信号の解析を行う。

【０００３】図６は図５の系を用いたときの、エアロゾ
ルにより反射された受信信号の様子を示す図である。図
６において、１１１０は非同調光による受信信号、１１
２１は吸収強度の大きい吸収線に同調させた場合の受信
信号、１１２２は吸収強度の小さい吸収線に同調させた
場合の受信信号である。同調光の受信信号は、被測定分
子の吸収により非同調光の受信信号よりも弱くなる。つ
まり、この両受信信号の差分量が被測定分子による吸収
量に相当する。またレーザ光を出射したときの時刻をゼ
ロとしたとき、レーザレーダから距離Ｌだけ離れたとこ
ろからの散乱光を受信した時刻をｔとすると、 Ｌ＝ｃｔ／２ （１） なる関係が成り立つ。ただし、式（１）においてｃは光
速を表す。したがって、受信信号の時間変化はレーザレ
ーダからの距離に対する被測定分子の量の変化に相当す
ることが理解できる。

【０００４】ところで、受信信号１１２１は時刻ｔ１に
おいてゼロになっているが、これは分子吸収線の吸収強
度が大きいために、時刻ｔ１に相当する距離で出射レー
ザ光が全て吸収されてしまい、後方散乱光が無くなった
ことを意味する。したがって、受信信号１１２１を使用
して分子の量を求めると、レーザレーダから近距離にお
ける受信信号のＳ／Ｎ比は良いが、時刻ｔ１以降ではＳ
／Ｎ比がゼロになり、分子の量の解析が不可能になる。
また、受信信号１１２２は非同調光による受信信号１１
１０がゼロになる時刻ｔ２まで後方散乱光を受光できる
が、レーザレーダから近距離における受信信号のＳ／Ｎ
比が悪い。したがって、受信信号１１２２をもとに分子
の量を解析すると、レーザレーダから遠距離まで測定で
きるが、近距離の精度が劣化する欠点を有する。

【０００５】第２の従来例として、Ｎａｇａｓａｗａ
ｅｔ ａｌ．，”Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａｔ
ｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ ｍｅａ
ｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ｓｐａｃｅｂｏｒｎｅ
ＤＩＡＬ”Ｌｉｄａｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏ
ｒ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ ＩＩ，Ｐｒｏｃｅ
ｅｄｉｎｇｓ，ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２５８１，ｐｐ．１
６１−１６７で、上記の欠点を解決するために提案され
た方法を図７に示す。図７において、１０２１〜１０２
ｎは吸収線に同調したレーザ光を出力するレーザ発振器
である。同調レーザとして吸収強度の異なる分子吸収線
に同調した複数の同調光レーザを使用し、非同調レーザ
を含めて交互に大気中にこれらのレーザの発振光を出射
する。

【０００６】上記の手法により測定した受信信号の様子
を示す図を図８に示す。図８において、１１２１〜１１
２ｎは対応する同調レーザ１０２１〜１０２ｎを異なる
吸収線に同調させたときの受信信号である。同調する吸
収線の吸収強度の大きい順に、同調光１、同調光２、・
・・、同調光ｎとすると、時刻ｔ１、ｔ２、・・・、ｔ
ｎでそれぞれの受信信号はゼロになる。したがって、時
刻ｔ１までは同調光１の受信信号を、時刻ｔ１〜ｔ２ま
では同調光２の受信信号を、時刻ｔｎ−１〜時刻ｔｎま
では同調光ｎの受信信号を使用することにより、遠距離
までＳ／Ｎ比良く測定することが可能となる。

【０００７】次にこれらの差分吸収レーザレーダの光源
として使用された同調レーザ、非同調レーザの詳細につ
いて説明する。従来の差分吸収レーザレーダの光源の一
例として、長澤他による、”水蒸気ＤＩＡＬ用レーザ同
調技術”、光・量子デバイス研究会、ｐｐ．１５−２
０、１９９４に示された光源を取り上げ、その構成図を
図９に示す。図９において、１２１０は励起光源、１２
２１は同調用波長可変レーザ、１２２２は非同調用波キ
可変レーザ、１２３１、１２３２は吸収セル、１２４１
は同調用波長可変レーザ波長制御装置、１２４２は非同
調用波長可変レーザ波長制御装置、１２５０はチョッ
パ、１２６１、１２６２はミラーである。励起光源１２
１０から出射されたレーザ光をミラー１２６１、１２６
２で反射して波長可変レーザ１２２１、１２２２を励起
する。波長可変レーザの発振波長を安定化に必要な被測
定分子の吸収線を検出するために、波長可変レーザ１２
２１、１２２２の発振光を変調した上で吸収セル１２３
１、１２３２に入射し、両レーザ光の発振波長を掃引す
る。吸収セルには被測定分子が封入されており、分子の
吸収線波長と入射レーザ光波長が一致すると、分子がレ
ーザ光を吸収し、吸収線を観測することができる。検出
した分子吸収線を用いて波長制御装置１２４１、１２４
２で波長可変レーザの発振波長を安定化する。波長が安
定化された両レーザ光はチョッパ１２５０によってスイ
ッチングされ、大気に向かって出射される。

【０００８】図１０は同調用波長可変レーザ１２２１ま
たは非同調用波長可変レーザ、１２２２の内部構成を示
す図である。利得帯域幅が広いような波長可変レーザ
は、何も制御をしなければ位相整合条件の一致する複数
の縦モードで発振する。しかし、差分吸収レーザレーダ
用光源では分子吸収線に同調または非同調する絶対波長
で、かつ単一モードでの発振が必要である。そこで、一
般に図１０に示すように、波長可変レーザ共振器内に設
置した波長選択素子によって発振波長を制御している。
図１０において１３１１は高反射ミラー、１３１２はレ
ーザ出力用ミラー、１３２０はレーザロッド、１３３０
は波長選択素子である。図１０の構成によれば発振波長
の制御はできるが、安定発振のために波長選択素子が共
振器の光路中に含まれてしまって、波長選択素子が共振
器内でのレーザ光増幅に対して損失を与え、波長可変レ
ーザの発振パワーが低下するといった欠点がある。

【０００９】第３の従来例として、以上の欠点を克服す
るインジェクション・シーディング法がある。インジェ
クション・シーディング法を説明するための概要図を図
１１に示す。図１１において、１４１０は本方法を用い
るにあたって種信号を作り出すシーダ用レーザ、１４２
０は波長可変レーザ、１４３０は波長制御装置である。
図１１に示すように波長可変レーザ１４２０に、シーデ
ィングレーザ１４１０から出射されるレーザ光を入射す
ると、波長可変レーザの発振モードの中でシーダ光の発
振モードに最も近い発振モードのみでの発振が可能とな
る。そこで、単一モード発振するシーダ光の発振波長
を、波長制御装置１４３０で分子吸収線に同調、または
非同調しておき、波長可変レーザにインジェクション・
シーディングすると、波長可変レーザからも単一モード
で分子吸収線に同調、または非同調の発振光が得られ
る。

【００１０】上記の、インジェクション・シーディング
法を用いた従来の差分吸収レーザレーダ用光源の構成図
を図１２に示す。図１２において、１２７１は同調用波
長可変レーザ、１２７２は非同調用波長可変レーザ、１
２８１は同調用シーダ光源、１２８２は非同調用シーダ
光源である。この光源では、同調用シーダ光源１２８１
および非同調用シーダ光源１２８２の発振波長をそれぞ
れ所望の波長に安定化したうえでインジェクション・シ
ーディングし、同調、非同調用波長可変レーザの波長選
択と単一モード発振を得ている。また、波長を安定化し
た同調、非同調用波長可変レーザの発振光を機械式のチ
ョッパによりスイッチングし交互に大気に向かって出射
する。

【００１１】大気の状態は時間により変化するため、こ
の大気中の分子の量および分布を差分吸収レーザレーダ
によって正確に測定するためには、同調光と非同調光を
出射する時間間隔を短くし、大気の状態変化が少ない状
態で測定することが好ましい。したがって、複数のレー
ザレーダ用光源とそれと同数の受信機があれば、同時に
それぞれの信号が受信できるために最も正確な測定が可
能である。しかし、この手段では系が大きくなりすぎる
ために実用にはふさわしくない。そこで、複数のレーザ
光を切り替えて大気に照射し、その反射光を１つの受信
機で受信する方法がとられている。ところが、上記差分
吸収レーザレーダ光源では、同調光と非同調光のスイッ
チングを機械式チョッパによって行っているために、ス
イッチング速度が遅い（１０ｍｓｅｃ程度）といった問
題があるため、同調、非同調用レーザ光のスイッチング
速度を早くする必要がある。

【００１２】上記の構成では、波長可変レーザ１体につ
き、１波長しか出力することができない。近距離から遠
距離までＳ／Ｎ比良く測定するためには、図８で説明し
たように、同調光として多波長使用する必要がある。し
たがって本方式で、同調光に多波長を使用した場合、そ
の数だけ波長可変レーザが必要となり、系が大きくなる
といった欠点が生じる。さらに、励起光源を波長可変レ
ーザの数だけ設置すると系が大きくなるため、１体の励
起光源の発振光をミラーで分割してそれぞれの波長可変
レーザを励起すると、励起光源数は減るが、波長可変レ
ーザ１体当たりの励起パワーが低下し、波長可変レーザ
の発振パワーも低下するといった欠点が生じる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の差分吸収レーザ
レーダ用光源では、波長可変レーザ１体で同調光を１波
長出力する構成であり、多波長の同調光を順次切換使用
するには、その波長の数だけ波長可変レーザと、その数
の励起光源を用意する必要があり、大規模になるという
課題があった。また、系の大きさを押さえるために励起
光源の数を減らすと、光源数は減るが、励起光源の出力
光を分割するため励起パワーが低下し、波長可変レーザ
の出力パワーも低下するという課題があった。また、従
来の差分吸収レーザの同調光、非同調光のスイッチング
は機械式チョッパを用いているため、スイッチング速度
が遅く、大気の環境変化への追従性が劣って、正確な分
子の量が測定できないという課題もあった。

【００１４】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたもので、１つの波長可変レーザで、複数の同調及
び場合によっては非同調も含めた順次の励起切換を行う
差分吸収レーザレーダ用光源を得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザレ
ーダ光源は、被測定物にレーザ光を照射して反射により
分子の量を測定するために、被測定分子の吸収線波長で
発振する同調用シーディングレーザと、この同調用シー
ディングレーザの発振周波数以外の波長で発振する非同
調シーディングレーザと、これら同調用シーディングレ
ーザの出力と非同調シーディングレーザの出力を切り換
える切換手段と、この切換手段により切り換えられたシ
ーディングレーザ出力の波長に同調したレーザ光を出力
する波長可変レーザとを備えた。

【００１６】また更に、同調用シーディングレーザ及び
非同調シーディングレーザは、半導体レーザとした。

【００１７】また更に、切換手段は、直交偏光に対する
偏光合成素子と偏光制御手段と偏光分離素子とで構成さ
れ、偏光合成素子の合成後の出力を偏光制御手段で偏光
回転量を制御することで出力を切り換えるようにした。

【００１８】また更に、偏光制御手段は、電気光学結晶
を用いた。

【００１９】また更に、偏光制御手段は、液晶を用い
た。

【００２０】また更に、同調用シーディングレーザは、
副同調用シーディングレーザを複数個設け、これら複数
の副同調用シーディングレーザの各出力を検出安定化す
る帰還制御手段と、複数の副同調用シーディングレーザ
の各出力を偏光合成素子で偏光合成して単一の吸収セル
で同調する同調手段と、この同調手段の出力を切り換え
る第２の切換手段とで構成し、第２の切換手段出力を同
調用シーディングレーザ出力とした。

【００２１】また更に、同調用シーディングレーザは、
副同調用シーディングレーザを複数個設け、これら複数
の副同調用シーディングレーザの各出力を偏光合成し
て、偏光合成後の出力を偏光制御して切換出力する構成
とし、この切換後の出力を同調用シーディングレーザ出
力とした。

【００２２】また更に、同調用シーディングレーザを励
起させる同調手段として、フォト・アコースティック
（ＰＡ）セルまたは長光路セルを使用した。

【００２３】また更に、同調用シーディングレーザを変
調して同調させる場合、副同調用シーディングレーザ毎
に異なる波長で変調して互いに独立に同調するようにし
た。

【００２４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．この発明は、レーザレーダの光源に関す
るもので特に、発振波長を被測定分子の吸収線に同調さ
せた同調光と、吸収線から外れた波長に合わせた非同調
光を出射し、それぞれの反射光による受信信号の差か
ら、レーザ光の光軸上における被測定分子の量を測定す
る差分吸収レーザレーダの光源に関するものである。ま
ず、本実施例では本発明の基本的な構成を図１の基本構
成図に示して、その概念を説明する。図１において、１
０は同調用シーディングレーザ、２０は非同調用シーデ
ィングレーザ、９０は波長可変レーザ、１００は同調手
段、１１０は切換手段、１２０は励起光源である。また
１０ａは同調用シーディングレーザの出力光である。本
構成は、励起光源１つでもっぱら波長可変レーザ１つだ
けを励起し、この波長可変レーザの発振波長を非同調波
長、同調波長の交互に即時切換する構成としている。同
調波長は後の実施の形態でさらに複数の同調波長に切換
ができる。

【００２５】次に上記構成のレーザの動作を説明する。
同調手段１００により特定分子の吸収線に同調した同調
用シーディングレーザ１０の発振光と特定分子の吸収線
波長以外で発振する非同調用シーディングレーザ２０の
発振光が出力されている。これを切り換え手段１１０で
スイッチングし、波長可変レーザ９０にインジェクショ
ン・シーディングすると、波長可変レーザ９０がその波
長で励起されて、特定分子の吸収線に同調または非同調
した発振光を得ることが可能である。大気に出力するレ
ーザの発振波長の切換を、その制御入力側で行うため、
小形高速の切換手段１１０を使用できる。また、１体の
励起光源で１体の波長可変レーザを励起しているので、
分割励起によるレーザ出力の低下がない。

【００２６】波長可変レーザとしてａｌｅｘａｎｄｒｉ
ｔｅレーザを使用した場合、大気中に存在する分子のな
かで、ａｌｅｘａｎｄｒｉｔｅレーザの発振領域である
７００〜８２０ｎｍ内に吸収スペクトルを持つ分子を測
定することが可能である。波長可変レーザとしてＴｉ：
Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザを使用した場合、大気中に存在
する分子のなかで、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザの発
振領域である６７０〜１０７０ｎｍ内に吸収スペクトル
を持つ分子を測定することが可能である。波長可変レー
ザとしてｄｙｅレーザを使用した場合、大気中に存在す
る分子のなかで、ｄｙｅレーザの発振領域内にある吸収
スペクトルを持つ分子を測定することが可能である。

【００２７】シーディングレーザとして、固体レーザが
あるが、ここでは半導体レーザを使用する。同調用シー
ディングレーザと同調手段により安定して同調波長を得
る方法の詳細説明は、後の実施の形態３で行うが、同調
用シーディングレーザに周波数変調をかける場合は半導
体レーザを使用することが極めて有利な方法である。即
ち、他の方式のシーディングレーザには周波数変調を直
接かけることが困難である。更に、半導体シーディング
レーザは取扱いが容易で、シーダ部分を小型化すること
が可能である。また、上記の各材料を使用した波長可変
レーザとは使用波長が適合した装置を構築できる。

【００２８】実施の形態２．本発明の他の目的は、レー
ザ光の高速切換にある。本実施の形態では、この高速切
換の構成の詳細と動作について説明する。図２は切換手
段１１０の内部構成図である。図２において、４０は偏
光合成素子、５０は偏光制御素子、６０は偏光分離素
子、７０は偏光制御素子用スイッチである。同調用シー
ディングレーザ１０、非同調用シーディングレーザ２
０、波長可変レーザ９０は既に図１に示したものであ
る。

【００２９】次に上記構成の切換手段１１０の動作を図
に基づいて説明する。まず、同調用シーディングレーザ
１０と非同調用シーディングレーザ２０の偏光を互いに
直交するように設定する。この図では、例として、同調
用シーディングレーザ１０の発振光をｓ偏光に、また、
非同調用シーディングレーザ２０の発振光をｐ偏光に設
定している。レーザ１０の発振光とレーザ２０の発振光
を偏光合成素子４０で合波し、偏光制御素子５０に入射
する。ここで、偏光制御素子の印可電圧スイッチ７０を
オン、オフすることで、出射偏光を入射偏光に対して０
度、９０度に回転させることが可能なように、印可電圧
を設定しておく。偏光分離素子６０として、ｓ偏光を透
過、ｐ偏光を反射する特性を有する素子を使用すると、
スイッチ７０がオフ状態では偏光制御素子は入射光の偏
光をそのままの状態で透過するため、偏光分離素子６０
の透過光として同調用シーディングレーザ１０の出力光
が得られる。また、スイッチ７０がオン状態では、偏光
制御素子５０は入射光の偏光を９０度回転するために、
偏光分離素子６の直進光としてレーザ２０の出力光が得
られる。したがって、スイッチ７０から与える印可電圧
をスイッチングすることにより、偏光分離素子６０の直
進光として同調用シーディングレーザ１０、非同調用シ
ーディングレーザ２０のうち任意の出力光を得ることが
可能である。

【００３０】したがって、スイッチング後のシーディン
グレーザ光を波長可変レーザ９０にインジェクション・
シーディングすることにより波長可変レーザの出力光も
スイッチングすることが可能である。このように波長可
変レーザの入力側で切り換えるため、μＳないしｎＳの
高速の切り換えができ、従来の１０ｍｓオーダの切換に
対して大幅な改善ができる。偏光制御素子として、ＫＤ
Ｐ（ＫＨ２ＰＯ４）、ＫＤ２ＰＯ４、ＬｉＮｂＯ３、Ｌ
ｉＴａＯ３等の電気光学結晶を使用すると、その印可電
圧を変えることにより入射偏光を０度または９０度回転
させることが可能である。また、制御のための印加が低
電圧でよく、信頼性が高くて長寿命である。これらの結
晶を使用すると、ｎｓｅｃオーダのスイッチング時間が
得られる利点がある。また、偏光制御素子としては液晶
素子を使用することでも印可電圧によって入射偏光を回
転させる効果を得ることが可能である。液晶を使用した
場合、スイッチング時間はμｓｅｃ〜ｍｓｅｃ程度であ
るが、その印可電圧が更に低くて数Ｖで良い利点があ
る。

【００３１】実施の形態３．本発明の他の目的は、１同
調手段で複数のシーディングレーザを発振させることに
ある。以下にその構成と動作を説明する。図３は２つの
同調用シーディングレーザを１つの同調手段で発振させ
る構成を示す図である。図３において、１１、１２は副
同調用シーディングレーザ、３０は吸収セル、４０は偏
光合成素子、８１〜８２は波長制御装置、１２１〜１２
２は変調器、１３０は検出器である。また１１１は第２
の切換手段である。同調手段１００は、吸収セル３０、
波長制御素子８１、８２と検出器１３０で構成され、第
２の切換手段１１１は、例えば変更制御素子５０、同ス
イッチ７０と偏光分離素子６０で構成される。

【００３２】上記構成の同調用シーディングレーザの動
作を説明する。レーザ１１、１２の偏光を、片方をｓ偏
光に、他方をｐ偏光に設定する。例として、図３ではレ
ーザ１１をｓ偏光に、レーザ１２をｐ偏光に設定してい
る。変調器１２１、１２２により異なる周波数で変調し
た両レーザ光を偏光合成素子４０で合波したうえで被測
定分子が封入された吸収セル３０に入射し、両レーザの
発振波長をそれぞれ独立に掃引すると、その出力には２
つの異なった分子吸収線の信号が混合した状態で発生す
る。吸収セル３０の出力を検出器１３０で検出し、検出
器１３０の出力信号を上記の異なる周波数でそれぞれ分
離して、各々の波長制御装置８１、８２に入力し、レー
ザ１１、１２にかけた上記異なる変調周波数を弁別信号
として混合した状態の信号を弁別すると、それぞれ独立
した分子吸収線を検出できる。さらに、その分子吸収線
を波長基準として、レーザ１１、１２にフィードバック
すると、１つの吸収セルで２つのそれぞれ発振波長の異
なるシーディングレーザに同調できる。このように、複
数の副同調用シーディングレーザを１つの同調手段で同
調し、その出力を第２の切換手段で選択して同調用シー
ディングレーザ光１０ａとして、波長可変レーザへの入
力とする。このようにシーダ部分において、１つの吸収
セルで２つのシーディングレーザを同調するのでシーダ
部を小形化できる。

【００３３】吸収セルとして、Ｐｈｏｔｏ Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃセル（以下ＰＡセルという）が使用可能である。
ＰＡセル内の分子がレーザ光を吸収すると、その部分の
温度が局所的に上昇し、その温度上昇が圧力を変化させ
る。この圧力変化をマイクロフォンで検出することによ
り吸収量を測定することが可能であり、この構成によ
り、小形でまた非常に高感度にできる。また、吸収セル
として長光路セルが使用可能である。レーザ光を複数回
往復させることで吸収量を増加させる長光路セルの透過
光を光検出器で検出することにより、吸収量を測定して
安定制御ができる。

【００３４】同調用シーディングレーザを変調する方法
として、周波数変調と振幅変調がある。周波数変調を用
いた場合、検出器の出力には特定分子がレーザ光を最も
吸収する吸収最大波長でゼロ点を通り、その前後で符号
の変化する波形が得られる。この場合は、副同調用シー
ディングレーザ１１と１２で異なる周波数を割当てて、
その対応周波数を抽出して制御することで互を分離制御
できる。また、振幅変調変調を用いた場合、各々分離し
た周波数において、吸収最大波長で最大または最小値を
とる波形が検出できる。

【００３５】実施の形態４．本実施の形態では、複数の
（副）同調用シーディングレーザを用意して、それらの
内から１つを選択して同調用シーディングレーザとし、
波長可変レーザの波長を定める構成を説明する。図４
は、４つの副同調用シーディングレーザから最終的には
１つの同調シーディングレーザを得る部分の構成図であ
り、図１の同調用シーディングレーザ１０と同調手段１
００の要素に相当するものである。図４において、１１
〜１４は副同調用シーディングレーザ、３１、３２は吸
収セル、４１〜４３は偏光合成素子、５１〜５３は偏光
分離素子、６１〜６３は偏光制御素子、７１〜７３は偏
光制御素子用スイッチ、８１〜８４は波長制御装置、１
２１〜１２４は変調器、１３１〜１３２は検出器であ
る。

【００３６】図は、同調用シーディングレーザを複数使
用する例として４つの同調用シーディングレーザを示し
ている。本図では例としてレーザ１１、１２をそれぞれ
ｓ偏光、ｐ偏光に設定し、上記安定化方法を使用して吸
収セル３１と波長制御装置８１、８２でそれぞれ異なっ
た分子の吸収線に同調させる。偏光制御素子６１と偏光
分離素子５１でレーザ１１、１２のうち任意の発振光を
選択するが、その際、透過光がｓ偏光となるものを偏光
分離素子５１として使用する。また、レーザ１３、１４
も同様に偏光を設定した後、吸収セル３２と波長制御装
置８３、８４で異なった分子吸収線に同調させた後、偏
光制御素子６２と偏光分離素子５２で任意のレーザの発
振光を選択する。ただし、偏光分離素子５２は偏光分離
素子５１とは異なり、その直進光がｐ偏光となるものを
使用する。偏光分離素子５１、５２の透過光を偏光合波
素子４３で合波し、偏光制御素子６３と偏光分離素子５
３からなる偏光スイッチに入射し、偏光制御素子用スイ
ッチ７３により偏光を制御する。本手法により偏光制御
素子用スイッチ７１〜７３のオン、オフの組み合わせを
変えることで偏光分離素子５−３の直進光としてレーザ
１１〜１４のうち、任意の発振光を得ることが可能であ
る。また、この手段を多段に重ねることにより、吸収線
に同調した多波長のレーザ光をスイッチングすることが
可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、最終
的に対象物にレーザ光を照射する差分吸収レーザは１つ
の波長可変レーザとして常時励起し、その波長を定める
シーダレーザ部分の同調、非同調波のスイッチを偏光制
御器と偏光分離素子で構成したので規模増大なしに励起
パワーを有効利用できる効果がある。

【００３８】また更に、シーダ出力側での直交偏光と偏
光制御による切換手段としたので、照射レーザ出力側で
の機械式チョッパより桁違いの高速性を得て、系の状態
を正しく測定できる効果がある。

【００３９】また更に、シーダレーザ部分において１つ
の同調手段で複数の副シーディングレーザを同調するよ
うにしたので規模増大を防いで装置を有効利用できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本構成を示す実施の形態１におけ
るレーザレーダ光源の構成図である。

【図２】 実施の形態２における同調用シーディングレ
ーザ光と非同調用シーディングレーザ光の切換手段の内
部構成図である。

【図３】 実施の形態３における１同調手段で２副同調
用シーディングレーザ同調を説明する構成図である。

【図４】 実施の形態４における複数の副同調用シーデ
ィングレーザから１つの同調用シーディングレーザを得
る構成図である。

【図５】 第１の従来例である差分吸収レーザレーダの
構成図である。

【図６】 従来の差分吸収レーザレーダによる受信信号
の受信状態を説明する図である。

【図７】 第２の従来例である他の差分吸収レーザレー
ダの構成図である。

【図８】 図８の差分吸収レーザレーダによる受信信号
の受信状態を説明する図である。

【図９】 従来の差分吸収レーザレーダの光源を示す図
である。

【図１０】 波長可変レーザ発振光の波長選択と単一モ
ード化の一般的な構成図である。

【図１１】 第３の従来例であるインジェクション・シ
ーディング法の構成図である。

【図１２】 図１１のインジェクション・シーディング
法による差分吸収レーザレーダ光源の構成図である。

【符号の説明】

１０，１１，１２，１３，１４ 同調用シーディングレ
ーザ、１０ａ 同調用シーディングレーザ光、２０ 非
同調用シーディングレーザ、３０，３１，３２吸収セ
ル、４０，４１，４３ 偏光合成素子、５０，５１，５
２，５３ 偏光制御素子、６０，６１，６２，６３ 偏
光分離素子、７０，７１，７２，７３偏光制御素子用ス
イッチ、８１，８２ 波長制御装置、９０ 波長可変レ
ーザ、１００ 同調手段、１１０ 切換手段、１１１
第２の切換手段、１２１，１２２，１２３，１２４ 変
調器、１３０，１３１，１３２ 検出器、１０１０ 同
調用レーザ、１０２１〜１０２ｎ 非同調用レーザ、１
０３０ レンズ、１０４０ 光検出器、１０５０ 信号
処理部、１１１０ 非同調レーザ光による受信信号、１
１２１〜１１２ｎ 同調レーザ光による受信信号、１２
１０ 励起光源、１２２１ 同調用波長可変レーザ、１
２２２ 非同調用波長可変レーザ、１２３１，１２３２
吸収セル、１２４１ 同調用波長制御装置、１２４２
非同調用波長制御装置、１２５０ 機械式チョッパ、
１２６１，１２６２ ミラー、１２７１ 同調用波長可
変レーザ、１２７２ 非同調用波長可変レーザ、１２８
１同調用シーディング光源、１２８２ 非同調用シーデ
ィング光源、１３１１，１３１２ ミラー、１３２０
レーザロッド、１３３０ 波長選択素子、１４１０シー
ダ用レーザ、１４２０ 波長可変レーザ、１４３０ 波
長制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−30915（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−181358（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−36202（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−249819（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 3/00 - 3/52 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 H01S 3/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物にレーザ光を照射して反射によ
   り分子の量を測定するためのレーザレーダ用光源であっ
   て、 上記測定分子の吸収線波長で発振する同調用シーディン
   グレーザと、 上記同調用シーディングレーザの発振周波数以外の波長
   で発振する非同調シーディングレーザと、 上記同調用シーディングレーザの出力と上記非同調シー
   ディングレーザの出力を切り換える切換手段と、 上記切換手段により切り換えられたシーディングレーザ
   出力の波長に同調したレーザ光を出力する波長可変レー
   ザとを備えたレーザレーダ光源。
2. 【請求項２】 同調用シーディングレーザ及び非同調シ
   ーディングレーザは、半導体レーザであることを特徴と
   する請求項１記載のレーザレーダ光源。
3. 【請求項３】 切換手段は、直交偏光に対する偏光合成
   素子と偏光制御手段と偏光分離素子とで構成され、 上記偏光合成素子の合成後の出力を、上記偏光制御手段
   で偏光回転量を制御することで出力を切り換えることを
   特徴とする請求項１記載のレーザレーダ光源。
4. 【請求項４】 偏光制御手段は、電気光学結晶を用いる
   ことを特徴とする請求項３記載のレーザレーダ光源。
5. 【請求項５】 偏光制御手段は、液晶を用いることを特
   徴とする請求項３記載のレーザレーダ光源。
6. 【請求項６】 同調用シーディングレーザは、副同調用
   シーディングレーザを複数個設け、上記複数の副同調用
   シーディングレーザの各出力を検出安定化する帰還制御
   手段と、上記複数の副同調用シーディングレーザの各出
   力を偏光合成素子で偏光合成して単一の吸収セルで同調
   する同調手段と、上記同調手段の出力を切り換える第２
   の切換手段とで構成し、 上記第２の切換手段出力を同調用シーディングレーザ出
   力とすることを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ
   光源。
7. 【請求項７】 同調用シーディングレーザは、副同調用
   シーディングレーザを複数個設け、上記複数の副同調用
   シーディングレーザの各出力を偏光合成して、該偏光合
   成後の出力を偏光制御して切換出力する構成とし、 該切換後の出力を同調用シーディングレーザ出力とする
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ光源。
8. 【請求項８】 同調用シーディングレーザを励起させる
   同調手段として、フォト・アコースティック（ＰＡ）セ
   ルまたは長光路セルを使用することを特徴とする請求項
   ６記載のレーザレーダ光源。
9. 【請求項９】 同調用シーディングレーザを変調して同
   調させる場合、副同調用シーディングレーザ毎に異なる
   波長で変調して互いに独立に同調するようにしたことを
   特徴とする請求項６記載のレーザレーダ光源。