JPH0621861B2 - 光音響分光装置 - Google Patents

光音響分光装置

Info

Publication number
JPH0621861B2
JPH0621861B2 JP62243477A JP24347787A JPH0621861B2 JP H0621861 B2 JPH0621861 B2 JP H0621861B2 JP 62243477 A JP62243477 A JP 62243477A JP 24347787 A JP24347787 A JP 24347787A JP H0621861 B2 JPH0621861 B2 JP H0621861B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
photoacoustic
laser
output
laser light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62243477A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6484133A (en
Inventor
武彦 北森
一道 鈴木
嗣郎 沢田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP62243477A priority Critical patent/JPH0621861B2/ja
Priority to DE19883832906 priority patent/DE3832906A1/de
Publication of JPS6484133A publication Critical patent/JPS6484133A/ja
Publication of JPH0621861B2 publication Critical patent/JPH0621861B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光音響分光装置に係り、特に、分光分析装置
の検出器などに好適な小型光音響分光装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の光音響分光装置の一例を第3図に示す。図におい
て、10はArレーザ等の光源、20は試料源40より
供給される試料を収納し光源10からの光を受けるセ
ル、30は試料から生じた光音響信号を検出する圧電素
子、50は圧電素子30からの光音響信号を光チヨツパ
90からの参照信号により検出し増幅するロツクイン・
アンプ、60は前記ロツクイン・アンプ50からの光音
響信号と光パワーモニタ80からの光出力モニタ信号と
に基づき光音響分光結果を演算する演算装置、70はそ
の演算結果を記録する記録計である。
この種の従来技術を示す例としては、特願昭60−269269
号や特願昭61−186808号等がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、主にArレーザ等のガスレーザを光源
としており、分光分析の感度は著しく高いが、連続光を
発生する光源または繰り返しの非常に速いパルス光で実
質的に連続な光を発生する光源からの光を強度変調する
ために、音響光学素子や回転ブレード式の光チヨツパ9
0が必要であり、また、光源の出力をモニタするため
に、ビームスプリツタ100や光学的機構の光パワーモ
ニタ80が必要であつた。
これらの光チヨツパや光パワーモニタ等は大型であり、
特に、ビームスプリツタから光パワーモニタに分岐レー
ザ光を導く部分は光学部品で構成されているので、セツ
テイングに注意を要し、運搬や操作が不便であつた。
また、変調前の光強度の最大値と変調後の光強度の最大
値の比すなわち変調効率は、音響光学素子では低く、励
起光強度の低下に伴い、分光感度も低下する問題があつ
た。
さらに、光音響信号の処理系の電源と光源,光チヨツ
パ,光パワーモニタ等の電源とは完全に分かれており、
光音響分光装置の構成要素の整理・統合が十分でなく、
この意味でも装置が大型化し、消費電力が多くなる問題
があつた。
結局、上記従来技術は、それ以前の分光分析装置に比べ
て、約3桁高感度であるが、大型レーザを使用するもの
で、用途が超微量分析等に限られていた。
これに対して、医用自動分析装置や液体クロマトグラフ
の検出器等の利用分野では、それよりも1桁が2桁感度
が低くとも(それでもこれら医療等の利用分野での従来
装置より約1桁高感度になる。)、小型で軽量かつ操作
が容易な光音響分光装置が求められている。
そこで、本発明の目的は、内部構造が単純で、全体とし
て小型・軽量であり、しかも操作が容易な光音響分光装
置を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために、連続光または繰
り返し周波数が高い実質的連続光を発生するレーザ光源
と、レーザ光源から放射されるレーザ光を受け光音響信
号を生ずる試料を収納するセルと、セルに取り付けられ
試料から生じた光音響信号を検出する光音響信号検出素
子と、レーザ光源に変調信号と直流信号とを重畳させた
駆動信号を供給する電源回路とレーザ光源の出力に応じ
た帰還電流により駆動信号を制御するレーザ出力安定回
路とを含む電源と、電源からの変調信号を参照信号とし
て光音響信号を検波する回路と、帰還電流に基づきレー
ザ光出力を算出する光出力モニタと、検波された光音響
信号の強度を帰還電流に基づき算出されたレーザ光出力
により補正する回路と、算出されたレーザ光出力と補正
された光音響信号とにより光音響分光結果を演算する演
算回路とからなる光音響分光装置を提案するものであ
る。
〔作用〕
一般に、光源の電気出力から光出力への返還効率が一定
であるため、光源から放射される光の出力は、光源に供
給される電気出力に比例する。したがつて、光源に供給
する電気出力を変調すると、光源から放射される光の強
度を変調できることになる。例えば、光源を半導体レー
ザ(レーザダイオード)とした場合、レーザダイオード
の出力は印加される順電流に比例するため、この電流を
正弦変調すれば、レーザダイオードからのレーザ光強度
も正弦変調される。このように、電気出力自体を変調す
る方法を、ここでは、「電源変調」と呼ぶことにする。
電源変調により強度変調された光を光音響信号の励起光
とすれば、従来の光音響分光装置に使われていた光チヨ
ツパ等の光変調器は不要となる。また、光源にレーザダ
イオードを用い、信号処理装置に位相検波増幅回路,例
えば,ロツクイン・アンプを使用し、レーザダイオード
の駆動電流の一部を位相検波増幅回路の参照信号として
分岐すれば、光源の電源と信号処理装置の一部を共用で
きる。さらに、レーザダイオードの駆動回路には、レー
ザダイオードの出力を安定化するため、レーザダイオー
ド出力を検出し駆動電流に帰還する安定化回路を用いる
ことが一般的である。したがつて、この帰還電流をモニ
タすれば、レーザダイオードの光出力をモニタできる。
光音響信号の信号強度は励起光の強度に比例するので、
信号強度を励起光強度で補正する必要がある。本発明の
ように、光強度モニタとしてレーザダイオード出力安定
化回路の帰還電流を用いれば、光学的手法による光強度
モニタをわざわざ設けなくとも、光音響信号強度の補正
が可能となる。
以上により、従来の光音響分光装置の構成要素から光チ
ヨツパのような光変調器と光学的手法による光強度モニ
タを省略し、また、光源の電源と信号処理装置の一部と
を共通化でき、さらに、レーザダイオード自体が小型で
あるから、光音響分光装置を小型化することが可能とな
る。
〔実施例〕
次に、第1図および第2図を参照して、本発明による光
音響分光装置の一実施例を説明する。
第1図は、半導体レーザを光源とする一実施例の構成の
概略を示すブロツク図である。図において、1は光源と
なる半導体レーザ(レーザダイオード)、2は試料源4
より供給される試料を収納しレーザダイオード1からの
光を受けるセル、3は試料から生じた光音響信号を検出
する圧電素子、5は圧電素子3からの光音響信号を位相
検波し増幅するとともに半導体レーザ1に駆動電流を供
給する信号処理装置、6は信号処理装置5で検波増幅さ
れた光音響信号とレーザ出力に等価的なモニタ信号とに
より半導体レーザ1の光出力と光音響分光結果とを算出
する演算装置,7はその演算結果の記録計である。
レーザダイオード1の駆動電流は、信号処理装置5から
供給され、電源変調により、光強度を60〜180Hz
の矩形波または正弦波に変調できるようになつている。
強度変調した光は、励起光として、セル2に入射する。
試料を導入したセル2では、励起光の照射をうけて、光
音響信号が生じ、圧電素子3により電気信号に変換さ
れ、信号処理装置5に入力される。信号処理装置5で
は、光音響信号を位相検波し、雑音場から光音響信号の
みを回復して増幅する。一方、信号処理装置5に組み込
まれた出力自動制御回路の帰還電流をモニタし、レーザ
出力モニタ信号として演算装置6に出力する。信号処理
装置5で検波増幅された光音響信号は、レーザ出力モニ
タ信号を参照して規格化補正され、記録計7に記録され
る。
第2図は、第1図実施例の構成を更に詳細に示すブロツ
ク図である。図において、11および12はレーザダイ
オード、21および22はセル、31および32は圧電
素子である。このように、2チヤンネル設けてあるの
は、一方を標準セルとし、他方の感度を比較したりする
ためである。第2図の信号処理装置5は、ここでは、位
相検波回路51,52、全体の電源回路53、レーザダ
イオード11,12に駆動電流を供給する交流電源54
および直流電源54、これら電源からの電力によりレー
ザダイオード11,12を駆動するレーザダイオード駆
動回路56,57を含んでいる。演算装置6は、位相検
波された光音響信号を電源54,55の出力を参照信号
として解析し分光結果を求める演算回路61、分光結果
を例えばA,B,A−Bに分けて表示する分光結果表示
装置62、前記レーザダイオード駆動回路56,57の
駆動電流に基づきレーザ光出力を求め表示するレーザ出
力モニタ63,64を含んでいる。
直流電源55は、レーザダイオード駆動回路56,57
と演算回路61とに、安定した直流電力を供給する。交
流電源54は、レーザダイオード出力の電源変調のため
に交流電力を供給し、また、位相検波回路51,52の
参照信号として交流電力を供給する。レーザダイオード
11,12では、まず、発振閾値電流を越し、しかも、
順電流値がレーザダイオード出力と直線関係になる範囲
内の値に直流分を設定し、次にその設定点を中心に交流
成分をレーザダイオードに印加して、レーザダイオード
出力を変調する。レーザダイオード出力の変調に当たつ
ては、レーザ光出力の最小値がちようどゼロとなるよう
に、交流振幅を決める。一方、位相検波回路51,52
では、それぞれ、圧電素子31,32からの光音響信号
を、交換電源54からの交流信号を参照して、位相検波
し増幅する。レーザダイオード駆動回路56,57内の
帰還電流の一部は、レーザ出力モニタ63,64に供給
され、レーザ出力の表示に使われる。
本実施例では、第3図従来例の光学素子による光パワー
モニタとこのモニタにレーザ光を導入するためのビーム
スプリツタとを省略できる。また、光音響素子を用いた
光チヨツパや回転ブレード式光チヨツパを省略可能であ
る。更に、これらモニタやチヨツパのためにおのおの独
立した電源を設ける必要がなくなる。従来のArレーザ
を光源とする装置は、約3m2の床面積を占めていたが、
本実施例は、約0.07m2で済み、約1/43に減少し
た。したがつて、医用自動分析装置に検出部として組み
込むことが可能となつた。
本実施例のレーザダイオードの最大出力は30mwで、
発振波長は780nmである。本装置で、粒径0.8μ
mのポリスチレン懸濁試料を定量分析した結果、検量線
の傾きすなわち感度は0.5μV/ppbとなつた。雑
音レベルは0.25μVであり、検出限界は、S/N=
2で0.1ppbであつた。この結果は、Arレーザを
光源とする従来の光音響分光装置よりは感度,検出限界
ともに、約2桁低いものの、濁度計に比較すれば、約1
〜2桁高感度である。したがつて、本装置を医用自動分
析装置の検出部として、従来の濁度計の代わりに組み込
むと、分析精度,検出限界ともに約1〜2桁向上する。
なお、ここでは、光源が半導体レーザである場合を例に
説明したが、もう少し高出力で高感度な装置を必要とす
るときは、半導体レーザで励起したYAGレーザを用い
ることもできる。その場合も、従来のArレーザ等に比
べて、小型・軽量で操作が容易であるという特徴は変わ
らない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、以下の効果が得られる。
1.光音響素子を用いた光チヨツパや回転ブレード式の
光チヨツパと光学素子による光パワーモニタとこのモニ
タにレーザ光を導入するためのビームスプリツタとを省
略でき、また、光源の駆動電源と信号処理装置の参照信
号源とを一部共用できるため、光音響分光装置を小型・
軽量化することが可能である。
2.このように小型・軽量化した光音響分光装置を医用
自動分析装置の検出部として組み込めば、同分析装置の
感度が約1〜2桁向上する。
3.光源からの光を電源変調により強度変調するので、
強度変調関数(強度変調のパターン)を任意に設定し、
しかも変調前の光強度の最大値と変調後の光強度の最大
値の比すなわち変調効率を100%に維持でき、音響光
学変調器を用いる従来の一方式に比較して変調効率が約
1桁上がる。したがつて、光変調による励起光強度の低
下に伴う感度の劣化がなくなる。
4.光音響分光装置の構成が合理化・単純化され、コス
トの低減につながる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光音響分光装置の一実施例の概略
構成を示すブロツク図、第2図は第1図実施例のより詳
細な構成を示すブロツク図、第3図は従来の光音響分光
装置の一例の構成を示すブロツク図である。 1,11,12……半導体レーザ(レーザダイオー
ド)、2,21,22……セル、3,31,32……圧
電素子、4……試料源、5……信号処理装置、51,5
2……位相検波回路、53……電源回路、54……交流
電源、55……直流電源、56,57……レーザダイオ
ード駆動回路、6……演算装置、6……演算回路、62
……分光結果表示装置、63,64……レーザ出力モニ
タ、7……記録計。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】連続光または繰り返し周波数が高い実質的
    連続光を発生するレーザ光源と、 前記レーザ光源から放射されるレーザ光を受け光音響信
    号を生ずる試料を収納するセルと、 前記セルに取り付けられ試料から生じた光音響信号を検
    出する光音響信号検出素子と、 前記レーザ光源に変調信号と直流信号とを重畳させた駆
    動信号を供給する電源回路と前記レーザ光源の出力に応
    じた帰還電流により前記駆動信号を制御するレーザ出力
    安定回路とを含む電源と、 前記電源からの前記変調信号を参照信号として前記光音
    響信号を検波する回路と、 前記帰還電流に基づきレーザ光出力を算出する光出力モ
    ニタと、 検波された前記光音響信号の強度を前記帰還電流に基づ
    き算出された前記レーザ光出力により補正する回路と、 算出された前記レーザ光出力と補正された前記光音響信
    号とにより光音響分光結果を演算する演算回路と からなる光音響分光装置。
JP62243477A 1987-09-28 1987-09-28 光音響分光装置 Expired - Lifetime JPH0621861B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62243477A JPH0621861B2 (ja) 1987-09-28 1987-09-28 光音響分光装置
DE19883832906 DE3832906A1 (de) 1987-09-28 1988-09-28 Photoakustisches spektrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62243477A JPH0621861B2 (ja) 1987-09-28 1987-09-28 光音響分光装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6484133A JPS6484133A (en) 1989-03-29
JPH0621861B2 true JPH0621861B2 (ja) 1994-03-23

Family

ID=17104470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62243477A Expired - Lifetime JPH0621861B2 (ja) 1987-09-28 1987-09-28 光音響分光装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPH0621861B2 (ja)
DE (1) DE3832906A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4130639A1 (de) * 1991-09-14 1993-03-18 Reinhard Dr Niessner Verfahren zur quantitativen und qualitativen erfassung von kohlenwasserstoffhaltigen russschwebeteilchen in gasen
EP0798552B1 (de) * 1996-03-25 2004-06-02 Siemens Building Technologies AG Photoakustischer Gassensor
EP0801296A1 (de) * 1996-03-25 1997-10-15 Cerberus Ag Photoakustischer Gassensor
DE19818192A1 (de) 1998-04-23 1999-10-28 Abb Research Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Oelkonzentration in Flüssigkeiten mittels Fluoreszenzanregung durch eine Excimerlampe
FR2815122B1 (fr) * 2000-10-06 2003-02-07 Univ Reims Champagne Ardenne Dispositif de detection de gaz
WO2003083455A1 (fr) * 2002-04-03 2003-10-09 Universite De Reims Champagne-Ardenne Dispositif de detection de gaz
JP5117506B2 (ja) 2006-11-10 2013-01-16 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 光音響検出器用発振素子
JP4902709B2 (ja) * 2009-09-01 2012-03-21 技嘉科技股▲ふん▼有限公司 制御方法及びその制御システム
EP2494923B1 (en) * 2009-10-29 2015-07-29 Canon Kabushiki Kaisha Photo-acoustic device
US9080349B2 (en) 2012-12-19 2015-07-14 Lock II, L.L.C. Device and methods for preventing unwanted access to a locked enclosure
US9841375B2 (en) 2014-08-01 2017-12-12 Newport Corporation Coherently receiving simultaneous optical-based electrical signals

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4303343A (en) * 1980-02-29 1981-12-01 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Optoacoustic spectroscopy of condensed matter in bulk form
JPS61254834A (ja) * 1985-05-08 1986-11-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 走査型光音響顕微鏡装置
JPS6238345A (ja) * 1985-08-14 1987-02-19 Hitachi Ltd 固形粒子の分析方法及び装置
JPS62129742A (ja) * 1985-11-30 1987-06-12 Kazuo Imaeda 光音響測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE3832906C2 (ja) 1991-04-25
JPS6484133A (en) 1989-03-29
DE3832906A1 (de) 1989-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4840485A (en) Frequency domain cross-correlation fluorometry with phase-locked loop frequency synthesizers
US5317156A (en) Diagnostic tests using near-infrared laser absorption spectroscopy
JP4532744B2 (ja) 目標サンプルの照射中の放射時間の遅れを測定するための検出デバイスおよび方法
US5929442A (en) Apparatus for and method of analyzing carbon isotopes
EP1549932B1 (en) Gas detection method and gas detector device
JPS63165735A (ja) ガス試料の少なくとも1成分の濃度を連続的に測定する方法及び装置
US6351309B1 (en) Dual modulation laser line-locking technique for wavelength modulation spectroscopy
JPH0621861B2 (ja) 光音響分光装置
JP2002534669A (ja) 光学繊維ジャイロスコープにおける比較的強ノイズの抑制システム
US5128950A (en) Low noise pulsed light source using laser diode
JP2844503B2 (ja) ガス測定装置
Levenson et al. Optical heterodyne detection in cavity ring-down spectroscopy
Hergenröder et al. Laser atomic absorption spectroscopy applying semiconductor diode lasers
JP2744728B2 (ja) ガス濃度測定方法およびその測定装置
JP3336261B2 (ja) 半導体レーザを用いた同位体の分光分析方法
JP2703835B2 (ja) ガス濃度測定方法及びその測定装置
JP2009014661A (ja) ガス濃度計測装置
JPH11211658A (ja) ガス中の不純物の分光分析方法
JP2792782B2 (ja) ガス濃度測定方法およびその測定装置
JPH11148898A (ja) 同位体分析装置
JP2675419B2 (ja) 高感度電圧検出装置
JPH11344434A (ja) 光学吸収セル装置
JP2876267B2 (ja) 炭素同位体分析装置
JP2561210B2 (ja) 同位体分析装置
JP2709170B2 (ja) 電圧測定装置