JP6673774B2 - 中赤外レーザ光源およびレーザ分光装置 - Google Patents
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Description
1/λc=1/λa−1/λb ・・・(1)
図13に波長変換素子を用いた従来の差周波発生(波長変換)光源を示す。この光源は、図12で説明した波長変換素子10と、光合波器15と、励起光光源17と、信号光光源18とから構成されている。励起光波長λaを固定し、信号光波長λbを変化させると、式(1)に従い変換光波長λcが変化する。もしくは信号光波長λbを固定し、励起光波長λaを変化させると、同様に変換光波長λcが変化する。この事を利用して、変換光波長λcを変化させ、中赤外域における測定対象の吸収線形状を観測する。
また、本発明の目的は、従来に比してより高感度な濃度計測が可能なレーザ分光装置を提供することである。
また、本発明の中赤外レーザ光源の1構成例において、前記波長シフト手段による波長の変化量は、前記第1の波長変換素子から出力されるレーザ光の波長と前記参照物質の吸収線の波長との差が所望の値になるように設定される。
また、本発明の中赤外レーザ光源の1構成例は、さらに、前記第2の半導体レーザから出力されたレーザ光の一部を分岐させる第3の光分波器と、この第3の光分波器によって分岐された光を入力とするエタロンと、このエタロンを透過した光信号を基に、前記第2の半導体レーザから出力されたレーザ光の波長が所望の波長になるように制御する第2の帰還制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の中赤外レーザ光源の1構成例において、前記光導波路は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ZnもしくはMgが添加されたニオブ酸リチウム、ZnもしくはMgが添加されたタンタル酸リチウム、またはこれらの材料の混晶のいずれかから構成されていることを特徴とするものである。
また、本発明のレーザ分光装置は、中赤外レーザ光源と、前記中赤外レーザ光源から出力され測定対象を透過した光信号を基に、前記測定対象の濃度を演算する濃度演算手段とを備えることを特徴とするものである。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1に本発明の第1の実施の形態に係るレーザ分光装置の構成を示す。
レーザ分光装置は、中赤外レーザ光源と、測定対象のガスが封入された測定対象セル109を透過した光を集光する集光レンズ112と、集光レンズ112によって集光された光を検出する光検出器114と、光検出器114から出力される検出信号のうち、後述する信号発生器から出力される周波数2fの参照信号に応じて周波数2fの成分を取り出すロックイン増幅器118と、ロックイン増幅器118が取り出した成分を基に測定対象のガスの濃度を演算して、演算結果を表示する濃度演算・表示器119(濃度演算手段)とを備えている。
集光レンズ112は、測定対象セル109を透過した光を集光して光検出器114に入射させる。集光レンズ113は、参照セル110を透過した光を集光して光検出器115に入射させる。光検出器114,115は、それぞれ入射光を電気信号に変換する。
波長変調のための正弦波信号を信号発生器102(ファンクションジェネレータ)によって発生させ、信号光用のレーザドライバ(不図示)を介して信号光の波長変調を行った。変調周波数は15kHzであった。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図9は本発明の第2の実施の形態に係るレーザ分光装置の構成を示す図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態においても、N2O(亜酸化窒素)の濃度を測定するための4.6μm帯の中赤外光を出力する構成とし、第1の実施の形態と同様に、波長変換素子105の信号光波長帯における端面反射率が励起光波長帯における端面反射率よりも低かったため、波長変調と波長ロックのためのフィードバック制御は信号光光源101に対して行うこととした。
その他の構成は第1の実施の形態で説明したとおりである。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図11は本発明の第3の実施の形態に係るレーザ分光装置の構成を示す図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態においても、N2O(亜酸化窒素)の濃度を測定するための4.6μm帯の中赤外光を出力する構成とし、波長変換素子128の信号光波長帯における端面反射率が励起光波長帯における端面反射率よりも低かったため、波長変調と波長ロックのためのフィードバック制御は信号光光源101に対して行うこととした。
その他の構成は第1の実施の形態で説明したとおりである。
Claims (6)
- 周期的に分極反転された2次非線形光学材料からなる光導波路を備え、中赤外レーザ光源の出力光を得るための第1の波長変換素子と、
この第1の波長変換素子と同一構造の第2の波長変換素子と、
出力波長が異なる第1、第2の半導体レーザと、
前記第1の半導体レーザの波長を変調する波長変調手段と、
前記第1、第2の半導体レーザの光出力をそれぞれ分岐させる第1、第2の光分波器と、
前記第1の光分波器によって分岐された前記第1の半導体レーザの一方の光出力と前記第2の光分波器によって分岐された前記第2の半導体レーザの一方の光出力とを合波した光を、前記第1の波長変換素子に入射させる第1の光合波器と、
前記第2の波長変換素子から出力されたレーザ光の波長をロックするための参照物質が封入された参照セルと、
前記第2の光分波器によって分岐された前記第2の半導体レーザの他方の光出力の波長を所定の量変化させる波長シフト手段と、
前記第1の光分波器によって分岐された前記第1の半導体レーザの他方の光出力と前記波長シフト手段の光出力とを合波した光を、前記第2の波長変換素子に入射させる第2の光合波器と、
前記第2の波長変換素子から出力され前記参照セルを透過した光信号を基に、前記第2の波長変換素子から出力されたレーザ光の波長が所望の波長になるように前記第1の半導体レーザの波長を制御する第1の帰還制御手段とを備え、
波長を変調する半導体レーザと参照セルを透過した光信号出力を基に波長を制御する半導体レーザを、前記第2の波長変換素子の端面反射率が低い方の波長を出力する前記第1の半導体レーザに統一することを特徴とする中赤外レーザ光源。 - 請求項1記載の中赤外レーザ光源において、
前記波長シフト手段による波長の変化量は、前記第1の波長変換素子から出力されるレーザ光の波長と前記参照物質の吸収線の波長との差が所望の値になるように設定されることを特徴とする中赤外レーザ光源。 - 請求項1または2記載の中赤外レーザ光源において、
さらに、前記第2の半導体レーザから出力されたレーザ光の一部を分岐させる第3の光分波器と、
この第3の光分波器によって分岐された光を入力とするエタロンと、
このエタロンを透過した光信号を基に、前記第2の半導体レーザから出力されたレーザ光の波長が所望の波長になるように制御する第2の帰還制御手段とを備えることを特徴とする中赤外レーザ光源。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の中赤外レーザ光源において、
前記第1の帰還制御手段は、
前記参照セルを透過した光信号を検出する光検出器と、
この光検出器から出力される検出信号のうち、前記第1の半導体レーザの変調周波数と同一または3倍の周波数の信号を取り出すロックイン増幅器と、
このロックイン増幅器が取り出した信号を基に前記第1の半導体レーザの注入電流を制御する制御回路とから構成されることを特徴とする中赤外レーザ光源。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の中赤外レーザ光源において、
前記光導波路は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ZnもしくはMgが添加されたニオブ酸リチウム、ZnもしくはMgが添加されたタンタル酸リチウム、またはこれらの材料の混晶のいずれかから構成されていることを特徴とする中赤外レーザ光源。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の中赤外レーザ光源と、
前記中赤外レーザ光源から出力され測定対象を透過した光信号を基に、前記測定対象の濃度を演算する濃度演算手段とを備えることを特徴とするレーザ分光装置。
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