JP4693409B2 - キャビティリングダウン分光法用の光源を制御するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
定化したことを示す制御回路408への第2信号414aを生成し、そして期間t3(図5参照)を開始する。期間t3(図5に関して後で詳しく説明される。)は、共鳴キャビティ318が、被測定物資の濃度の測定に先だって、電流変調(current modulation)により光エネルギが十分に充填されることを確実にするために用いられる。期間t3の終了時に、制御信号408cは非活性化され、続いて、スイッチ回路410によって用いられ、光源302が非活性化される。本発明のある1つの実施の形態においては、スイッチ回路410は、従来の電力装置を用いて光源302からの電流を切り替えて(shunt)光源302を非活性化するようになっている。
1)レーザ電流駆動部(laser current driver)として、所望のレーザパワー出力のためのレーザ駆動電流を供給する。
2)キャビティ318内にエネルギを構築する(build-up)結果となる電流変調を生じさせる。
3)電流スイッチとして、光源302への電流駆動部を活動化/非活動化させるための切り替えを行う。
・光源202によって生成されたビームパワー出力のほぼ100%を利用することを可能にする(それにもかかわらす、光ファイバ304内及びコリメータ308内には、無視しうる検出不可能な損失が存在するであろう。)。高いキャビティ内エネルギの構築は、より良好な信号雑音比(signal to noise ratio)を実現し、ショットノイズ(shot noise)を低減する。これは、光源が弱いときには極めて有利である。上記のとおり、典型的には、光がAOMを通過するときに、光パワーのおよそ50〜80%だけが1次光となる。
・AOMの省略により、コスト低減が図られる。市販の典型的なAOMのコストは、おおむね2000ドルである。
・CW−CRDS設備(setup)が簡素化される。これは、該設備の配設のための空間的な柔軟性(flexibility)を高めることを可能にし、AOMによって導入される、検査環境に対する機械的及び光学的な感応性(sensibility)を除去する。
Claims (31)
- 共鳴キャビティ(318)とともに用いられる光源(302)を制御するための装置であって、
上記共鳴キャビティ(318)からの出力信号のレベルに基づいてしきい値信号を生成するしきい値信号生成器(404)と、
上記しきい値信号生成器に接続された、上記共鳴キャビティからの出力信号を受け取るためのコンパレータ(406)であって、上記しきい値信号と上記共鳴キャビティからの出力信号とに基づいて比較信号を生成するコンパレータと、
i)上記比較信号を受け取り、かつ、ii)上記比較に基づいて上記光源の活性化及び非活性化の少なくとも1つを行うための制御信号を生成する制御回路(408)と、
上記制御回路(408)に接続され、遅延期間t1の終了時に、上記制御回路への第1信号(412a)を生成するとともに期間t 2 を開始する第1の遅延回路(412)であって、上記期間t2が、上記光源の安定化時間と等しいか又はこれより長くなっている第1の遅延回路と、
上記制御回路に接続され、上記期間t2の終了時に、上記制御回路への第2信号(414a)を生成するとともに期間t 3 を開始する第2の遅延回路(414)であって、上記期間t3が、上記共鳴キャビティが上記光源によって生成された光で十分にチャージされる期間と等しいか又はこれより長くなっている第2の遅延回路とを備えている装置。 - 上記第1の遅延回路が初期化信号によって初期化される、請求項1に記載の装置。
- 上記光源が、上記共鳴キャビティ内の被測定物質の存在を測定するのに用いられる共鳴キャビティへ、入力として光を供給するようになっている、請求項1に記載の装置。
- 上記光源からの光が、光ファイバによって、上記共鳴キャビティに供給される、請求項1に記載の装置。
- 上記光ファイバと上記共鳴キャビティの入力部との間に接続されたファイバコリメータをさらに備えている、請求項4に記載の装置。
- 上記しきい値信号が、i)上記共鳴キャビティからのリングダウン信号のレベルに基づいて、上記コンパレータの出力がゼロ状態に到達するまで、上昇方向にインクリメントされ、かつ、ii)この後上記コンパレータの出力が正になるまでデクリメントされる、請求項1に記載の装置。
- 上記共鳴キャビティの出力部と上記コンパレータとの間に接続され、検出器信号を生成する検出器をさらに備えている、請求項1に記載の装置。
- 上記光源が、上記遅延期間t1中は非活性化される、請求項1に記載の装置。
- 上記遅延期間t1が、上記共鳴キャビティのリングダウン期間に基づいている、請求項8に記載の装置。
- 上記遅延期間t1が、上記リングダウン期間の約10倍である、請求項9に記載の装置。
- 上記光源が、上記遅延期間t1の終了後に活性化される、請求項8に記載の装置。
- 上記共鳴キャビティ内に存在する被測定物質のレベルが、上記遅延期間t1中に測定される、請求項8に記載の装置。
- 上記期間t2が、上記光源の安定化時間に基づいている、請求項1に記載の装置。
- 上記期間t2が約100ミリ秒である、請求項13に記載の装置。
- 上記期間t3が、上記光源の変調周波数に基づいている、請求項1に記載の装置。
- 上記期間t3が、上記変調周波数の逆数である、請求項15に記載の装置。
- 上記遅延期間t1が、上記期間t3の後に続く、請求項1に記載の装置。
- 上記期間t3中に、上記共鳴キャビティ内に光エネルギを構築するようになっている、請求項1に記載の装置。
- 上記光源がレーザである、請求項1に記載の装置。
- 請求項1に記載の装置とともに用いられるシステムであって、
共鳴キャビティと、
上記共鳴キャビティ(318)の出力部に接続され、上記共鳴キャビティからの光の出力に基づいて検出信号(313)を生成する検出器(312)と、
上記光源に接続され、上記検出信号に基づいて上記光源を直接に活性化及び非活性化する制御回路(408)と、
上記制御回路に接続され、上記検出信号を処理するとともに、上記共鳴キャビティ内に存在する被測定物質のレベルを決定するプロセッサ(316)とを備えているシステム。 - 上記制御回路が、上記光源への電流の供給を切り替えることにより、上記光源を非活性化する、請求項20に記載のシステム。
- 上記光源から上記共鳴キャビティへ、光エネルギを供給する光ファイバをさらに備えている、請求項20に記載のシステム。
- 上記光ファイバの端部と上記共鳴キャビティとの間に接続されたファイバコリメータをさらに備えている、請求項22に記載のシステム。
- 上記制御回路が、上記光源を予め決定された第1の期間活性化するとともに、上記光源を予め決定された第2の期間非活性化する、請求項20に記載のシステム。
- 上記の予め決定された第1の期間の一部が、上記光源の安定化時間に基づいている、請求項24に記載のシステム。
- 上記の予め決定された第1の期間が、さらに上記光源の変調周波数に基づいている、請求項25に記載のシステム。
- 上記光源がレーザである、請求項20に記載のシステム。
- 上記エネルギが光エネルギである、請求項20に記載のシステム。
- 光源とともに用いられる共鳴キャビティ内の被測定物質の存在を測定するための方法であって、
上記共鳴キャビティから出力される光エネルギ信号を検出するステップと、
上記共鳴キャビティからの出力信号のレベルに基づいてしきい値信号を生成するステップと、
検出された上記信号を上記しきい値信号と比較するステップと、
上記比較に基づいて、上記光源の活性化及び非活性化を制御するための制御信号を生成するステップと、
コントローラ(408)への第1信号(412a)を生成するとともに期間t 2 を開始するステップであって、上記期間t2が上記光源の安定化時間と等しいか又はこれより長くなっているステップと、
上記期間t2の終了後に、コントローラへの第2信号(414a)を生成するとともに期間t 3 を開始するステップであって、上記期間t3が、上記共鳴キャビティが上記光源によって生成された光で十分にチャージされる期間と等しいか又はこれより長くなっているステップと、
上記期間t3の終了後に、上記被測定物質のレベルを測定するステップとを含んでいる方法。 - 上記第1信号の生成に続いて上記光源を活性化するステップと、
上記共鳴キャビティ中の被測定物質のレベルの測定時において、少なくとも遅廷期間t1中に上記光源を非活性化するステップとをさらに含んでいる、請求項29に記載の方法。 - 初期化信号を供給して上記第1信号を初期化するステップをさらに含んでいる、請求項29に記載の方法。
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