JPH05288681A - コヒ−レント反スト−クスラマン散乱分光測定装置 - Google Patents

コヒ−レント反スト−クスラマン散乱分光測定装置

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JPH05288681A
JPH05288681A JP9267892A JP9267892A JPH05288681A JP H05288681 A JPH05288681 A JP H05288681A JP 9267892 A JP9267892 A JP 9267892A JP 9267892 A JP9267892 A JP 9267892A JP H05288681 A JPH05288681 A JP H05288681A
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JP
Japan
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laser
light
laser light
pulse width
cars
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Pending
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JP9267892A
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English (en)
Inventor
Hikari Hirano
光 平野
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ポンプ光照射用の第1パルスレーザ24と、
ストークス光照射用の第2パルスレーザ28と、ポンプ
光およびストークス光等被測定物に照射集光する光学系
30とを備えたCARS装置において、第1パルスレー
ザ24を、サブナノ秒の波長のポンプ光を照射するパル
スレーザとしたものである。 【効果】 CARS信号の信号強度を上げることがで
き、かつ、気中放電を防止することができる。このた
め、従来検出できなかった化学種や検出限界濃度を向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント反ストー
クスラマン散乱分光測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、コヒーレント反ストークスラ
マン散乱分光(以下、CARSという)を測定する装置
としては、図6に示すようなものがある。
【0003】このCARS装置200の被測定物Hは、
火炎である。
【0004】CARS装置200は、コンピュータ20
2と、コンピュータ202からのトリガ信号によってレ
ーザ光を発射するYAGレーザ204と、色素レーザ2
06と、レーザ光を照射集光する光学系のレンズ20
8,209と、CARS信号を検知する光検出機210
と、光ファイバー212を通して光検出器210の光を
検知する分光機214,カメラ216が備えられてい
る。
【0005】上記構成のCARS装置200の動作状態
について説明する。
【0006】コンピュータ202からのトリガ信号によ
ってYAGレーザ204は、パルス幅が10ナノ秒で角
周波数ω1のレーザ光を発射する。
【0007】ω1のレーザ光の一方は、部分反射鏡21
8に直接至り、他方は、色素レーザ206に入射する。
【0008】色素レーザ206は、ω1のレーザ光が入
射するとパルス幅が7ナノ秒で角周波数ω2のレーザ光
を発射する。ω2のレーザ光は、部分反射鏡218でω
1のレーザー光と一緒になり、レンズ208を経て被測
定物Hに至る。
【0009】被測定物から出たCARS信号は、光検出
器210によって検知され分光機214に至り、カメラ
216に至る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記CARS装置20
0を用いた場合に、経験則として、焦点距離f=15c
m程度のレンズ208で絞り込んだ場合に、10MW
(100mJ/10ナノ秒)以上のレーザ光を入射させ
ることができない。これは、光が電場であるために、こ
れ以上のエネルギーを持つレーザ光を使用すると気中放
電が発生するからである。また、この時のデータはスペ
クトルが判別できないという問題点もある。
【0011】ゆえに、CARS装置202は、光検出器
210の能力限界と、このレーザ光の入射エネルギー
に、その性能は制限されてしまう。
【0012】
【発明の目的】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、強
い入射エネルギーを使用して被測定物を測定することが
できるCARS装置を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明のCARS装置
は、ポンプ光照射用の第1パルスレーザと、ストークス
光照射用の第2パルスレーザと、ポンプ光及びストーク
ス光とを被測定物に照射集光する光学系とを備えたコヒ
ーレント反ストークスラマン散乱分光測定装置におい
て、前記第1パルスレーザを、サブナノ秒の波長のポン
プ光を照射するパルスレーザとしたものである。
【0014】
【作 用】本発明のCARS装置は、使用する2本のレ
ーザ光のうち、1本のレーザ光の波長をピコ秒またはフ
ェムト秒(以下、これらを合わせてサブナノ秒という)
のレーザ光とする。これにより被測定物の気中放電を抑
制し、さらに瞬間的にピーク出力を入射させることで、
被線型光学効果をより大きく起こし、強いCARS信号
を得る。
【0015】図1に示すように、第1パルスレーザから
発射されるレーザ光は、パルス幅がサブナノ秒のもので
角周波数がω1のレーザ光である(以下、このレーザ光
をポンプ光という)。
【0016】また、第2パルスレーザから発射されるレ
ーザ光は、従来のとおり、パルス幅がナノ秒(1〜10
ナノ秒)で、角周波数がω2のレーザ光である(以下、
このレーザ光をストークス光という)。
【0017】そして、ポンプ光のエネルギーは大きく
し、ストークス光のエネルギーを小さくする。
【0018】これを、図2のラマン過程に沿って説明す
ると、角周波数ωcのCARS信号のエネルギー強度I
は、角周波数ω1のポンプ光のエネルギー強度Iω1
の2乗に比例する。また、角周波数ω2のストークス光
のエネルギー強度Iω2に比例する。したがって、ポン
プ光のエネルギー強度Iω1を大きくすると、ストーク
ス光のエネルギー強度Iω2を大きくするよりも容易に
CARS信号のエネルギー強度Iを大きくできる。
【0019】すなわち、光の電界による気中放電は、ナ
ノ秒の現象で起こることが知られており、サブナノ秒の
レーザ光を用いることで、入射エネルギーのピークを向
上させている。CARS信号は、3次の非線型光学効果
であるために、短パルスレーザでピークパワーを上げる
ことで、信号強度を上げることができ、また、放電限界
も高めるために、CARS信号を強くすることができ
る。このため、従来のCARS装置では検出できなかっ
た化学種や検出限界濃度を向上させることができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例のCARS装置
10に説明する。
【0021】図3は、CARS装置10の説明図であ
る。なお、図3の説明図において、CARS信号を検知
する分光機等は従来と同じ構成であるために省略してあ
る。
【0022】符号12は、連続発振レーザである。
【0023】符号14はモード同期色素レーザである。
モード同期色素レーザ14は、連続発振レーザ12から
入射したレーザ光によって、パルス幅がピコ秒のパルス
のパルス列のレーザ光を発射する。
【0024】符号16は、トリガ発生器である。トリガ
発生器16は、色素レーザ14から発射されたパルス列
が半反射鏡18および光検出器20を経て入射し、この
入射によるタイミングによってトリガ信号を出力する。
なお、このトリガ信号を発射するタイミングは、トリガ
発生器16のモード同期素子への色素レーザ14からの
印加信号によっても検知することができる。
【0025】符号22は、ポッケルスシャッターであ
る。ポッケルスシャッター22は、トリガ発生器16か
らのトリガ信号のタイミングによって、色素レーザ14
から発射されたパルス列のレーザ光のうち、1つのパル
スのレーザ光を切出す。
【0026】符号24は、ポッケルスシャッター22に
よって切出されたレーザ光を増幅する色素レーザアンプ
である。色素レーザアンプ24から発射されたレーザ光
は、パルス幅がピコ秒で角周波数がω1のレーザ光とな
る。
【0027】符号26は、色素レーザ励起用レーザであ
る。励起用レーザ26としては、エキシマレーザやYA
Gレーザが好適である。
【0028】符号28は、色素レーザである。色素レー
ザ28は、励起用レーザ26からのレーザ光によって発
射される。発射されるレーザ光は、パルス幅が1〜10
ナノ秒程度であり、角周波数はω2である。
【0029】上記構成のCARS装置10の動作状態に
ついて説明する。
【0030】色素レーザアンプ24と色素レーザ28か
ら、同じタイミングで、レンズ30に向かって、2本の
レーザ光が発射される。2本のレーザ光のうち、1本の
レーザ光は、パルス幅がピコ秒で角周波数がω1であ
り、もう一本のレーザ光は、パルス幅がナノ秒で角周波
数がω2である。レンズ30によって照射集光された2
本のレーザ光は、被測定物Hで集光し、CARS信号が
出る。この場合に、ポンプ光を、パルス幅がピコ秒でエ
ネルギーが大きいものを使用し、ストークス光は、パル
ス幅がナノ秒でエネルギーが小さいものを使用している
ため、気中放電が起こらず、かつ、強いエネルギーのC
ARS信号が得られる。
【0031】図4は第2の実施例のCARS装置40で
ある。
【0032】符号42は、エキシマレーザである。
【0033】符号44は色素レーザである。色素レーザ
44は、エキシマレーザ42からのレーザ光の入射によ
って、パルス幅がナノ秒で角周波数がω2のレーザ光を
発射する。
【0034】符号46は、シュートキャビティレーザで
ある。シュートキャビティレーザ46は、エキシマレー
ザ42からのレーザ光の入射によって、パルス幅がピコ
秒のレーザ光を発射し、このレーザ光は、色素レーザア
ンプ48によって増幅され、角周波数がω1のレーザ光
として発射される。
【0035】CARS装置40においても、パルス幅が
ピコ秒のレーザ光と、パルス幅がナノ秒のレーザ光を得
ることができ、被測定物Hに照射集光した時に気中放電
が起こらず、かつ、強いCARS信号を得ることができ
る。
【0036】図5は、第3の実施例のCARS装置50
の説明図である。
【0037】符号52は、パルス幅がナノ秒で角周波数
がω2のレーザ光を発射するYAGレーザである。
【0038】符号54は、シュートキャビティレーザで
あり、YAGレーザ52からのレーザ光の入射によっ
て、パルス幅がピコ秒のレーザ光を発射する。
【0039】符号56は、色素レーザアンプであり、シ
ュートキャビティレーザ54から発射されたレーザ光を
増幅し、角周波数がω1で、パルス幅がピコ秒のレーザ
光を発射する。
【0040】CARS装置50においても、パルス幅が
ピコ秒で角周波数がω1のレーザ光と、パルス幅がナノ
秒で角周波数がω2のレーザ光を得ることができる。
【0041】
【発明の効果】以上により、本発明のCARS装置であ
ると、ポンプ光のパルス幅をピコ秒単位としているた
め、CARS信号の信号強度を上げることができ、か
つ、気中放電を防止することができる。このため、従来
検出できなかった化学種や検出限界濃度を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のCARS装置におけるポンプ光,スト
ークス光およびCARS信号の波形図である。
【図2】同じくラマン過程を示している。
【図3】本発明の第1の実施例を示すCARS装置の説
明図である。
【図4】第2の実施例のCARS装置の説明図である。
【図5】第3の実施例のCARS装置の説明図である。
【図6】従来のCARS装置の説明図である。
【符号の説明】 10……CARS装置 12……連続発振レーザ 14……モード同期色素レーザ 16……トリガ発生器 18……半反射鏡 20……光検出器 22……ポッケルスシャッター 24……色素レーザアンプ 26……色素レーザ励起用レーザ 28……色素レーザ 30……レンズ H……被測定物

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポンプ光照射用の第1パルスレーザと、 ストークス光照射用の第2パルスレーザと、 ポンプ光及びストークス光とを被測定物に照射集光する
    光学系とを備えたコヒーレント反ストークスラマン散乱
    分光測定装置において、 前記第1パルスレーザを、サブナノ秒の波長のポンプ光
    を照射するパルスレーザとしたことを特徴とするコヒー
    レント反ストークスラマン散乱分光測定装置。
JP9267892A 1992-04-13 1992-04-13 コヒ−レント反スト−クスラマン散乱分光測定装置 Pending JPH05288681A (ja)

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