JPH095232A - 多重反射セル及びその調整方法 - Google Patents

多重反射セル及びその調整方法

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JPH095232A
JPH095232A JP15027095A JP15027095A JPH095232A JP H095232 A JPH095232 A JP H095232A JP 15027095 A JP15027095 A JP 15027095A JP 15027095 A JP15027095 A JP 15027095A JP H095232 A JPH095232 A JP H095232A
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JP
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concave mirror
laser light
outer container
concave
adjusting
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JP15027095A
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Yasunori Miyazaki
康則 宮崎
Nariyuki Tomonaga
成之 朝長
Yoshikatsu Kimura
嘉勝 木村
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • 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
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03Cuvette constructions
    • G01N21/031Multipass arrangements

Abstract

(57)【要約】 【目的】多重反射セルの凹面鏡で反射する光の焦点を調
整し,鏡面間の反射回数を増加させる。 【構成】対向して設けた1枚の凹面鏡7と複数組の凹面
鏡8,9を配置した外筒容器の一部にベローズ13を設
け,可動ステージ22により前記対向する凹面鏡間7,
8,9の距離を可変とする。外筒容器の外部からレーザ
ー透過窓28を通過させ,1枚の凹面鏡7に向けてレー
ザー光を入射することで,同凹面鏡7のあおりを調節し
た後,同凹面鏡7に角度をもたせて入射したレーザー光
が所望の位置に反射するよう同凹面鏡7の位置を前記可
動ステージ22で調節する。これにより,対向する凹面
鏡7,8,9間の焦点を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,原料濃度の希薄な系に
おける分光分析等に用いる多重反射セル及び同反射セル
の凹面鏡で反射する光の焦点を調整する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来,例えばレーザー誘起蛍光法等によ
りプラズマ中の生成分子を計測する場合には,プラズマ
中へレーザー光を照射し同レーザー光照射部分で発生す
る蛍光を集光して検出器に導くことによって,蛍光の観
測を行う。しかし,レーザー吸収法によってプラズマC
VD(Chemical Vapor Deposit
ion)法のような原料濃度の希薄な系における生成分
子の計測を行う場合には,検出感度を上げるために光路
長を長くする必要があり,多重反射セルを用いる必要が
ある。
【0003】通常,多重反射セルを用いる場合は,1枚
の凹面鏡及び2枚組の凹面鏡を対向させて設け,各凹面
鏡のあおりと呼ばれる鏡面の向き等を調整してその間を
数十回にわたってレーザー光を往復させている。
【0004】図4は従来の多重反射セルの構成を示して
いる。同図においては多重反射セル内を光が7回通過し
ている。多重反射セルの外容器101はステンレスやガ
ラス等で構成される円筒形の容器である。同外容器10
1の一端部壁には,使用する光の波長に応じて石英板や
NaCl板等の材料から構成されるレーザー光透過窓1
02,103が設けられている。外容器101には,同
外容器101中に試料ガスを導入する試料ガス導入管1
04が設置され,その途中にはバルブ105が設けられ
ている。また,外容器101には,試料ガスを排出する
排気管106が設置され,その途中にはバルブ110が
設けられている。
【0005】外容器101内部のレーザー光透過窓10
2,103が設置されている側の端部壁中央部分には凹
面鏡107が設けられ,反対側の端部壁にはその焦点が
凹面鏡107の鏡面上に結ばれるように配置された同種
類の凹面鏡108,109が設けられている。前記凹面
鏡108,109には,それぞれあおりを調節する調節
ネジ111,112及び113,114が設けられてい
る。
【0006】上記構成の多重反射セルにおいて,まず試
料ガス導入管104のバルブ105を開けて試料ガスを
外容器101に導入する。次に,バルブ105を閉めた
後,排気管106のバルブ110を開けて図示しない真
空ポンプで外容器101内が所望の圧力になるように減
圧する。その後,図示しないレーザー光源からレーザー
光透過窓102を通してレーザー光を入射する。
【0007】レーザー光は凹面鏡108の鏡面内に収ま
るように入射され,同凹面鏡108によって反射された
レーザー光は対向する凹面鏡107の鏡面上に焦点を結
ぶ。その後同レーザー光は凹面鏡107,108間若し
くは107,109間で複数回反射し同凹面鏡間を通過
する。同レーザー光の凹面鏡間の通過回数は調節ネジ1
11,112,113若しくは114で凹面鏡108,
109のあおりを調節することによって設定する。そし
て,最終的に前記凹面鏡109で反射されたレーザー光
をレーザー光透過窓103を通して外部に取り出し,図
示しない光検出器で受光する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】多重反射セルでは,凹
面鏡の焦点距離と対向する凹面鏡間の距離の設定が厳密
でないと,レーザー光が凹面鏡上で焦点を結ばずに面鏡
上のレーザー光のスポットがぼやけたものとなり,同レ
ーザー光の通過回数を稼げない。レーザー光の通過回数
を増やすには,凹面鏡のあおり及び凹面鏡の焦点位置を
厳密に調整する必要があるが,従来はその調整を試行錯
誤的に行うしかなかったため,厳密な調整には非常に手
間がかかっていた。本発明はこのような課題を解決する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】試料ガスの導入口及び排
出口を設けた外容器と,同外容器内の端部に設けた第1
の凹面鏡と,外容器内の他端に前記第1の凹面鏡に対向
して設けた複数組の第2の凹面鏡と,前記第1の凹面鏡
及び第2の凹面鏡のあおりを調節する調節手段と,前記
第1の凹面鏡を設置した側の外容器端部に設けたレーザ
ー光透過窓から成る多重反射セルにおいて,外容器に設
けた外容器伸長手段と,同外容器の一端部に設けた可動
ステージと,第2の凹面鏡を設置した側の外容器端部に
設けた2枚のレーザー光透過窓を有したことを特徴とす
る。
【0010】また,請求項1に記載の多重反射セルの調
整方法において,外容器外部から第2の凹面鏡側のレー
ザー光透過窓を通過させて第1のレーザー光を第1の凹
面鏡上に入射し同第1の凹面鏡で反射させ,反射したレ
ーザー光が入射光と同一の光路を通るように同第1の凹
面鏡のあおりを調整し,前記第1のレーザー光の光路か
ら一定の距離をとってレーザー光源と光検出器を同光路
に対して対称に配置し,外容器から第2の凹面鏡を取り
外した状態で,前記レーザー光源から所望の角度で入射
した第2のレーザー光が前記第1の凹面鏡で反射し前記
光検出器に入るよう同第1の凹面鏡を前記第1のレーザ
ー光の光路方向に移動させ,前記第2のレーザー光を入
射する角度,レーザー光源若しくは光検出器から前記第
1のレーザー光の光路までの距離及びレーザー光源と第
2の凹面鏡を設置すべき位置との距離から,外容器内で
対向する凹面鏡間の距離を調整することを特徴とする。
【0011】
【作用】第2の凹面鏡を設置した側の外筒容器端部に設
けたレーザー光透過窓から第1の凹面鏡に向けてレーザ
ー光を入射することで,同第1の凹面鏡のあおりを調整
し,また,対向する第1の凹面鏡と第2の凹面鏡間の焦
点距離の調整のため,ベローズ付きの外筒容器を可動ス
テージにて移動させる。
【0012】また,レーザー光を第1の凹面鏡へ向けて
入射し,同凹面鏡で反射されたレーザー光が前記入射光
と同一光路を通るように前記第1の凹面鏡のあおりを調
整する。その後,前記光路と角度をもたせてレーザー光
を前記第1の凹面鏡へ向けて入射し,同凹面鏡を前記光
路方向に移動させながら,前記第2組の凹面鏡の焦点距
離と対向する第1,第2の凹面鏡間の距離とを一致させ
る。
【0013】
【実施例】以下,本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明に関する多重反射セルの構成図で
ある。同図において,架台19にて固定されたCVDチ
ャンバー10の長手方向の一端には,架台20にて固定
された円筒形の外容器12が設置されている。CVDチ
ャンバー10の他端には,ベローズ13を介して円筒形
の外筒容器11が設置されており,同外筒容器11は可
動ステージ22によってCVDチャンバー10の長手方
向に伸縮自在に移動できるようになっている。
【0014】円筒形の外筒容器11の端部はフランジ1
4によって塞がれており,同フランジ14の内側面の中
央部には凹面鏡7が外筒容器12の方向へ向けて設置さ
れている。外筒容器12の端部はフランジ15によって
塞がれており,同フランジ15の内側面には,円筒の中
心軸に対して上下対称の位置に同一の凹面鏡8,9が外
筒容器11の方向へ向けて設置されている。フランジ1
4の外側面には凹面鏡7の設置位置と重ならないよう
に,レーザー光透過窓16,17が上下に設置されてい
る。平面鏡1,2及び凹面鏡5は,レーザー光透過窓1
6を介して,レーザー光を所望の角度にて多重反射セル
内に入射する反射鏡であり,また,平面鏡3,4及び凹
面鏡6は,レーザー光透過窓17を通って多重反射セル
から出力されるレーザー光を所望の位置にあるビームダ
ンパへ導く反射鏡である。
【0015】図2は,上記の多重反射セルにおいて,凹
面鏡7のあおりを調整するために必要な構成である。同
図において,円筒形の外筒容器23の外部には,レーザ
ー光源29が同外筒容器23の長手方向に対して直角に
配置されている。レーザー光源29からのレーザー光
は,円筒形の外筒容器23の中心軸上に同中心軸に対し
て45度の角度で設けられたビームスプリッタ30にて
一部反射し,レーザー透過窓27を通って外筒容器23
内の中心軸上に入射する。ビームースプリッタ30はガ
ラス等の基板上にクロム膜や誘電多層膜等をコーティン
グして光を分割するものである。ビームスプリッタ30
を透過した方のレーザー光はビームダンパ31にて吸収
される。
【0016】前記レーザー透過窓27を通って外筒容器
23内の中心軸上に入射したレーザー光は凹面鏡7の鏡
面で反射する。凹面鏡7が外筒容器23の中心軸に対し
て垂直に設置されていれば,反射した光も前記中心軸上
を進み,ビームスプリッタ30の表面では,入射レーザ
ー光と反射レーザー光のスポットが一致する。従って,
レーザー光のスポットをビームスプリッタ表面で一致す
るようにするように調整することによって,凹面鏡7を
外筒容器23の中心軸と直角にすることができる。ここ
で,前記ビームスプリッタ30に到達したレーザー光
は,同ビームスプリッタ30を透過し,ビームダンパ3
2に吸収される。なお,上記実施例ではビームスプリッ
タを用いたが,代わりに平面鏡を用いてもよい。
【0017】その後,多重反射セルを構成する凹面鏡間
の距離を測るため,図3のように装置を構成する。同図
においては,凹面鏡8,9は取り外されている。また,
レーザー光透過窓26は,外筒容器23における凹面鏡
8,9を設置すべき壁面の中央部分に設置され,レーザ
ー光透過窓27,28は同壁面上の前記レーザー光透過
窓26について対称となる位置に設置されている。レー
ザー光源29及び光検出器33は外筒容器23の外部
に,外筒容器23の中心軸に対象となる位置に設置され
ている。レーザー光源29からの出射レーザー光をレー
ザー光透過窓26を通して凹面鏡7の中心部に照射す
る。そして,前記凹面鏡7で反射されレーザー光透過窓
28を通過したレーザー光をフォトダイオード,光電子
像倍管等の光検出器33で検出する。このように同光検
出器33でレーザー光が検出されたときのレーザー出射
面から前記凹面鏡7までの距離xは次式から求まる。
【0018】
【数1】 x=L/(2cosθ) (1) ここで,Lはレーザー光源29のレーザー出射面から光
検出器33までの距離,θは前記レーザ出射面と前記凹
面鏡7の中心を結ぶ線と,前記レーザー出射面と前記光
検出器33の受光部を結ぶ線とのなす角である。
【0019】レーザー光源29のレーザー出射面から凹
面鏡8が設置される位置までの距離を実測して前記xか
ら差し引くことにより,前記凹面鏡7と凹面鏡8が設置
される位置との距離が求まる。従って,レーザー光源2
9のレーザー出射面及び光検出器33の受光部の位置及
び角度θを固定しておき,可動ステージ22を作動させ
ながらレーザー光が光検出器33の同受光部に達する位
置を特定することで,前記凹面鏡7,8間の距離を所望
の値に調整することができる。上記のように凹面鏡7,
9間の距離も前記凹面鏡7,8間の距離に等しく,かつ
凹面鏡7は外筒容器23の中心軸に対して垂直に設置さ
れているので,前記凹面鏡8,9の焦点距離が既知であ
れば前記方法によって対向する凹面鏡7,8若しくは
7,9間の距離を同焦点距離に合わせることができる。
【0020】凹面鏡8,9を前記多重反射セルに設置し
た後,同凹面鏡8,9のあおりを対応する各調節ネジで
調節し,多重反射セル内で反射するレーザー光の通過回
数を設定する。
【0021】
【発明の効果】多重反射セルを構成する対向した凹面鏡
間の距離を計測しながら凹面鏡の焦点距離と凹面鏡間の
距離を厳密に合わせることができるため,凹面鏡の鏡面
上におけるレーザースポットが最小になり,反射回数を
増加させることができる。従って原料濃度の希薄な系に
おける生成分子の検出感度を上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る多重反射セルの構成
図。
【図2】本発明の多重反射セルの凹面鏡のあおり調節に
係る構成図。
【図3】本発明の多重反射セルの凹面鏡の焦点距離調整
に係る構成図。
【図4】従来の多重反射セルの構成図。
【符号の説明】
1,2,3,4
平面鏡 5,6,7,8,9,107,108,109
凹面鏡 10
CVDチャンバー 11,12,23,101
外筒容器 13
ベローズ 14,15
フランジ 16,17,26,27,28,102,103
レーザー光透過窓 19,20,21
架台 22
可動ステージ 24,25,111,112,113,114
調節ネジ 29
レーザー光源 30
ビームスプリッタ 31,32
ビームダンパ 33
光検出器 104
試料ガス導入管 105,110
バルブ 106
排気管

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料ガスの導入口及び排出口を設けた外容
    器と,同外容器内の端部に設けた第1の凹面鏡と,外容
    器内の他端に前記第1の凹面鏡に対向して設けた複数組
    の第2の凹面鏡と,前記第1の凹面鏡及び第2の凹面鏡
    のあおりを調節する調節手段と,前記第1の凹面鏡を設
    置した側の外容器端部に設けたレーザー光透過窓から成
    る多重反射セルにおいて,外容器に設けた外容器伸長手
    段と,同外容器の一端部に設けた可動ステージと,第2
    の凹面鏡を設置した側の外容器端部に設けた2枚のレー
    ザー光透過窓を有したことを特徴とする多重反射セル。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の多重反射セルの調整方法
    において,外容器外部から第2の凹面鏡側のレーザー光
    透過窓を通過させて第1のレーザー光を第1の凹面鏡上
    に入射し同第1の凹面鏡で反射させ,反射したレーザー
    光が入射光と同一の光路を通るように同第1の凹面鏡の
    あおりを調整し,前記第1のレーザー光の光路から一定
    の距離をとってレーザー光源と光検出器を同光路に対し
    て対称に配置し,外容器から第2の凹面鏡を取り外した
    状態で,前記レーザー光源から所望の角度で入射した第
    2のレーザー光が前記第1の凹面鏡で反射し前記光検出
    器に入るよう同第1の凹面鏡を前記第1のレーザー光の
    光路方向に移動させ,前記第2のレーザー光を入射する
    角度,レーザー光源若しくは光検出器から前記第1のレ
    ーザー光の光路までの距離及びレーザー光源と第2の凹
    面鏡を設置すべき位置との距離から,外容器内で対向す
    る凹面鏡間の距離を調整することを特徴とする多重反射
    セルの調整方法。
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