JPH10160595A - コヒーレント反ストークスラマン分光法を用いたレーザー温度計測方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のコヒーレント反ストークスラマン分光
法を用いるレーザー温度計測方法では複数の回転線に対
応する信号を得るために波長を必要量域で掃引する方法
をとっており、一回の温度計測に長時間を有するという
問題があった。また広波長帯域を有するレーザー光源を
利用して瞬時に温度計測を行おうとすると、広帯域レー
ザーの強度が安定していないため、正確な温度計測が困
難であった。 【解決手段】 波長が異なり、これらの波長の差が特定
化学種の回転線の一つに対応するような波長となるよう
な一対のレーザー光をこの特定化学種に照射することに
より、この回転線に対応する信号を得て、更に、波長が
異なり、波長の差が特定化学種の回転線の別の一つに対
応するような波長となるようなレーザー光をこの特定化
学種に照射することにより、別の信号を得て、２つの信
号の強度より温度計測を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コヒーレント反ス
トークスラマン分光法を用いたレーザー温度計測方法
と、温度計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー光を利用した温度計測方法とし
てコヒーレント反ストークスラマン分光法（ＣＡＲＳ
法）を用いたレーザー温度計測方法はあった。これは火
炎などの被計測体の温度測定を行うために、被計測体に
含まれる化学種の一つを選択し、この化学種に共鳴散乱
させられる波長のレーザー光を被計測体に照射し、化学
種が共鳴散乱した際に発せられる共鳴散乱光を受光する
ことにより特定化学種の温度を計測し、被計測体の温度
を計測するという方法の一つである。ＣＡＲＳ法は波長
の異なる２つのレーザー光の波長の差が化学種の回転線
と対応する波長と等しくなった際に、この化学種より発
せられる共鳴散乱光を受光する方法である。ＣＡＲＳ法
では被計測体の情報を含む信号が、特定の方向に放射さ
れるコヒーレント光として観測されるため、大きな背景
放射光が伴う燃焼場では他の方法と比較し良いシグナル
／ノイズ比を得ることができるという特徴がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】温度計測を行うには特
定化学種の複数の回転線と対応する信号光のピークにお
ける強度を測定する必要があるため、これらの回転線に
対応する波長のレーザー光を被計測体に照射する必要が
ある。このため従来のＣＡＲＳ法を用いた温度計測方法
では波長の異なる２つのレーザー光のうち一方のレーザ
ー光波長を固定しておき、他方のレーザー光の波長を必
要波長帯域で掃引する方法をとっており、一回の温度計
測に、数分のオーダーの長時間を有するという問題があ
った。この問題の一つの解決策として、一方のレーザー
光を特定波長で固定し、もう一方のレーザー光として広
帯域の波長幅を有する広帯域レーザーパルス光を利用す
ることにより複数の回転線に対応するデータを一挙に得
ようとする方法があった。しかし、この広帯域レーザー
光を利用する方法にも、幾つかの問題がある。一つには
レーザー光のエネルギーが広帯域の波長に渡って分散さ
れるため、どうしても一波長におけるレーザー光強度が
弱くなり、結果として化学種よりの信号が弱く、データ
や計測温度の誤差が大きくなるという問題があった。ま
た、広帯域レーザー光の一波長における強度が一定でな
く、広帯域レーザー光の波長毎の強度を測定するとモー
ド構造を含んでおり、このモード構造はパルス毎に変動
する。従って、データの再現性がかなり悪く、これも計
測温度の誤差が大きくなる原因となっていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によるコヒーレント反ストークスラマン分光
法を用いたレーザー温度計測方法では、第１波長を有す
る狭帯域レーザー光である第１レーザー光と、第１レー
ザー光源より発せられ、前記第１波長との波長の差が、
特定化学種の回転線より選択された第１回転線と対応す
るような第２波長を有する第２レーザー光を少なくとも
前記特定化学種を含む被計測体が存在する計測領域の一
部において前記第１レーザー光と重複するよう照射し、
前記第１レーザー光と第２レーザー光の相互作用により
前記特定化学種より発生した前記第１回転線と対応する
第１信号光を受光し、第３波長を有する狭帯域レーザー
光である第３レーザー光と、前記第１レーザー光源とは
異なる第２レーザー光源より発せられ、前記第３波長と
の波長の差が前記特定化学種の回転線のうち前記第１回
転線とは異なる第２回転線と対応する第４波長を有する
狭帯域レーザー光である第４レーザー光を少なくとも前
記計測領域の一部において前記第３レーザー光と重複す
るよう照射し、前記第３レーザー光と第４レーザー光の
相互作用により発生した第２信号光を受光し、前記第１
信号光と第２信号光の強度値に基づき前記被計測体の温
度を計測することを特徴としている。

【０００５】この様に、従来のコヒーレント反ストーク
スラマン分光法（ＣＡＲＳ法）において第１レーザー光
源より発せられる第１レーザー光と、第２レーザー光の
みを利用し、第２レーザー光の波長を掃引する方法と比
較して、本発明では第１レーザー光源より発せられる第
１レーザー光と第２レーザー光を特定化学種を含む被計
測体が存在する計測領域に照射することにより第１信号
光を得て、更に別のレーザー光源よりの第３レーザー光
と第４レーザー光を利用し、第２信号光を得て、２つの
回転線に対応する２つの信号光の強度より温度を計測す
るため、レーザー光の波長を掃引する必要が無く、瞬時
にして被計測体の温度を計測することも可能である。
又、従来のコヒーレント反ストークスラマン分光法（Ｃ
ＡＲＳ法）を用いた温度計測方法において広帯域のレー
ザー光を利用する方法と比較し、本発明のように狭帯域
レーザーを利用すると特定波長におけるレーザー光の強
度が強いため、特定化学種より比較的強い信号を得るこ
とができる。また、特定波長における強度も比較的安定
しており、データの再現性が良好で、計測温度の誤差が
比較的小さくなる。

【０００６】又、本願の好適な実施形態において、少な
くとも前記第１と第２レーザー光の一方の強度を計測す
ることにより前記強度の変化に対応して前記被計測体の
計測された温度を補正することが望ましい。この様な補
正を行うことで、特定化学種を励起するレーザー光の強
度に変化があっても、これに対する補正を行うことで、
更に正確な温度計測を行うことができるのである。ま
た、本発明の好適な実施形態においては第１、第２、第
３、第４レーザー光を設定パルス幅を有するパルスレー
ザー光とし、前記第３と第４レーザー光を、前記第１と
第２レーザー光とは時間的にずらして前記被計測体に照
射することが望ましい。これは第１と第２レーザー光に
より励起された特定化学種が、できるだけ励起する以前
の状態に近くなった後に第３と第４レーザー光により励
起する方が、人為的に励起することに起因する計測温度
の誤差が小さくなるためである。

【０００７】更に、上記課題を解決するため、本発明に
よるコヒーレント反ストークスラマン分光法を用いたレ
ーザー温度計測装置は第１波長を有する狭帯域レーザー
光である第１レーザー光を特定化学種を含む被計測体が
存在する計測領域に導く第１光学路手段と、前記第１波
長との波長の差が、特定化学種の回転線より選択された
第１回転線と対応するような第２波長を有する狭帯域レ
ーザー光である第２レーザー光を発する第１レーザー光
源と、少なくとも前記計測領域の一部において前記第１
レーザー光と重複するよう前記第２レーザー光を導く第
２光学路手段と、第３波長を有する狭帯域レーザー光で
ある第３レーザー光を前記計測領域に導く第３光学路手
段と、前記第３波長との波長の差が、特定化学種の回転
線より選択された前記第１回転線とは異なる第２回転線
と対応するような第４波長を有する狭帯域レーザー光で
ある第４レーザー光を発する、前記第１レーザー光源と
は異なる第２レーザー光源と、少なくとも前記計測領域
の一部において前記第３レーザー光と重複するよう前記
第４レーザー光を導く第４レーザー光学路手段と、前記
第１レーザー光と第２レーザー光の相互作用により発生
した第１信号光と前記第３レーザー光と第４レーザー光
の相互作用により発生した第２信号光を受光する検出手
段と、前記第１と第２信号光の強度値に基づき前記被計
測体の温度を計測する演算部とを備えることを特徴とす
るものである。

【０００８】この装置により第１波長と第２波長の差に
対応する特定化学種の回転線に対応する第１信号光のピ
ークにおける強度に加えて、第３と第４レーザー光を利
用して別の回転線に対応するピークにおける強度より被
計測体の温度を計測することが可能となり、瞬時にして
弊計測体の温度を計測することが可能である。更に第１
レーザー光源と第２レーザー光源の別の光源より発せら
れる第１と第３レーザー光は狭帯域レーザーであるため
特定波長における強度も比較的安定しており、データの
再現性が良好で、計測温度の誤差が比較的小さくなる。
本発明によるコヒーレント反ストークスラマン分光法を
用いたレーザー温度計測装置の好適な実施形態におい
て、前記第１と第２レーザー光源がそれぞれ別個の色素
レーザー或いはＯＰＯレーザーを備え、それぞれの色素
レーザー、或いはＯＰＯレーザーは共通の励起用レーザ
ーにより励起されるよう構成することが好ましい。この
ように第１と第２レーザー光源が、色素レーザーあるい
はＯＰＯレーザーであると例えば計測温度により好まし
い波長を選択することができる。また、第１と第２レー
ザー光源の励起用レーザーとして共通のレーザーを利用
することにより経済的に優れた装置を提供することが可
能である。更に本発明によるコヒーレント反ストークス
ラマン分光法を用いたレーザー温度計測装置の好適な実
施形態において、第２波長と第４波長を等しくし、前記
励起用レーザーを第２レーザー光と第４レーザー光のレ
ーザー光源として利用してもよい。この様に構成するこ
とにより、第２レーザー光と第４レーザー光を、一つの
光源より得ることができ、更に第１レーザー光源と第２
レーザー光源の励起用レーザーを有効に利用する事がで
きるのである。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に図を参照して本発明によるコ
ヒーレント反ストークスラマン分光法（ＣＡＲＳ法）を
用いたレーザー温度計測方法と装置について説明する。
本発明によるレーザー温度計方法は、例えばＮ₂分子や
Ｏ₂分子を含む被計測体である火炎などの温度を計測す
る場合に利用される。特定化学種として使用される物質
としてＮ₂分子やＯ₂分子を利用することが好ましいが、
これらに限定されるものではない。本実施形態では化学
種の例としてＮ₂分子を利用した場合について説明す
る。また、本明細書において狭帯域レザー光とはレーザ
ー光で波長帯域が０．０１ｎｍ以下のレーザー光と定義
されるが、本実施形態においては狭帯域レーザーとして
波長帯域が０．００５ｎｍ以下のレーザー光を利用する
ことが望ましい。波長帯域幅が大きいと、それだけエネ
ルギーが分散され、拡散される信号が弱くなる。波長帯
域幅が０．００５ｎｍ以下であれば、化学種よりの信号
も十分に強く、良いデータを得ることができる。一方、
狭帯域レーザー光の波長帯域幅の下限としては、１０ｎ
ｓのオーダーのパルス幅を有するパルスレーザーを利用
している場合、不確定性原理により１×１０^-6ｎｍのオ
ーダーの波長帯域幅が理論上の限界であるが、特に波長
帯域幅が小さい事による問題は無い。

【００１０】第１レーザー光源２と第２レーザー光源３
は狭帯域レーザー光を発する事ができる色素レーザーで
ある。このレーザー光源として色素レーザーの代わりに
ＯＰＯレーザーを利用することも考えれる。これら色素
レーザー２と３の共通の励起用レーザーとしてパルス幅
が１０ｎｓのパルスレーザー光を発生するＹＡＧレーザ
ー１が備えられている。このＹＡＧレーザー１の代わり
に他のタイプのレーザー光源、例えば、高周波発生装置
を備えたチタン−サファイアレーザーを利用してもよ
い。ＹＡＧレーザー１より発せられる第１波長を有する
レーザー光の一部はハーフミラー４と５を通過して第１
レーザー光源２に到達する。またハーフミラー５により
図面上方向に反射されるレーザー光は全反射ミラー６に
より９０度反射され、全反射ミラー９により更に反射さ
れ、ハーフミラー１２によりＮ₂分子を含む被計測体の
存在する計測領域Ｒへ導かれる。ハーフミラー５と全反
射ミラー６の距離はハーフミラー１２と全反射ミラー９
の距離とほぼ等しく、約２０ｃｍ程度である。図中１３
はフォーカス用のレンズである。ハーフミラー７とビー
ムサンプラー８に関しては後に説明する。この様に、ハ
ーフミラー５に反射され、全反射ミラー６と９により反
射されるレーザー光を第１レーザ光Ｌ１と呼ぶ。すなわ
ち、第１レーザー光Ｌ１はＹＡＧレーザー１よりのレー
ザー光の波長を変化させずにそのまま計測領域に導かれ
るレーザー光である。第１レーザー光Ｌ１を計測領域に
導くハーフミラー５と１２と全反射ミラー６と９、更に
この第１レーザー光Ｌ１がたどる光学路を第１光学路手
段と呼ぶ。

【００１１】第１レーザー光源２から発せられる第２波
長を有する第２レーザー光Ｌ２はハーフミラー１０と１
２、更にレンズ１３を通過し、第１レーザー光と重複し
た状態で計測領域Ｒに導かれる。本実施形態では第２レ
ーザー光Ｌ２の光学路自体を第２光学路手段と呼ぶ。こ
の様に本明細書においては光学路手段とはレーザー光源
と計測領域Ｒの間に存在し、レーザー光源より発せられ
るレーザー光が前記計測領域Ｒに案内される空間と、案
内するための装置があればこの装置を示す。第１波長と
第２波長は、これらの波長の差が特定された化学種であ
るＮ₂分子に共鳴散乱をおこすことができる波長である
ように選択される。すなわち、第１波長と第２波長の差
がＮ₂分子の回転線の一つである第１回転線に対応する
波長となるように選択されるのである。このように第１
レーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２が角度的に重なっ
た状態で計測領域Ｒに到達させる装置はコリニアー型と
呼ばれている。第１レーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ
２は計測領域ＲにおいてＮ₂分子をその相互作用により
励起する。この結果Ｎ₂分子が共鳴散乱し、第１レーザ
ー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２と重複した状態で、第１
信号光Ｓ１がフィルタ１４を通過し検知器１５に到達す
る。フィルタ１４は第１レーザー光と第２レーザー光の
通過を規制し、第１信号光Ｓ１の波長のみを通過させる
ためのフィルタである。

【００１２】この様にして、Ｎ₂分子よりの、回転線の
一つである第１回転線と対応する第１信号光Ｓ１が検知
器１５により受光され、その強度が測定されるのであ
る。第１レーザー光Ｌ１や第２レザー光Ｌ２の強度が変
化すると、検知器１５で測定される第１信号光Ｓ１の強
度もそれに対応して変化してしまう。この変化に対して
計測温度を補正することができるようにハーフミラー７
とビームサンプラー８により第１レーザー光Ｌ１の強度
を測定し、後に説明されるとおり計測温度の演算の段階
でこの第１レーザー光Ｌ１の強度の変化に対応して計測
温度に補正を加えている。ＹＡＧレーザー１より発せら
れる第１波長を有するレーザー光の一部はハーフミラー
４と２０に反射され第２レーザー光源３に到達する。ま
たハーフミラー２０を通過するレーザー光は全反射ミラ
ー２１により９０度反射され、全反射ミラー２２により
更に反射され、ハーフミラー２３に反射された後、全反
射ミラー２６により計測領域Ｒへ導かれる。図中２９は
フォーカス用のレンズである。この様に、ハーフミラー
４に反射され、ハーフミラー２０を通過し、全反射ミラ
ー２１と２２により反射されるレーザー光を第３レーザ
光Ｌ３と呼ぶ。すなわち、第３レーザー光Ｌ３は、第１
レーザー光Ｌ１と同様に、ＹＡＧレーザー１よりのレー
ザー光の波長を変化させずにそのまま計測領域に導かれ
るレーザー光である。従って、第３レーザー光Ｌ３の波
長である第３波長は本実施形態では第１波長と等しい。
第３レーザー光Ｌ３を計測領域Ｒに導くハーフミラー４
と全反射ミラー２１、２２、２６、ハーフミラー２３、
更にこの第３レーザー光Ｌ３がたどる光学路を第３光学
路手段と呼ぶ。

【００１３】第２レーザー光源３から発せられる第４波
長を有する第４レーザー光Ｌ４はハーフミラー２４と２
３を通過し、全反射ミラー２６により反射され、更にレ
ンズ２９を通過し、第３レーザー光Ｌ３と重複した状態
で計測領域Ｒに導かれる。本実施形態では第４レーザー
光Ｌ４の光学路自体を第４光学路手段と呼ぶ。第３波長
と第４波長は、これらの波長の差がＮ₂分子の回転線の
一つであり前記第１回転線とは異なる第２回転線に対応
する波長となるように選択されている。本実施形態では
このうち第３波長は第１波長と同じである。このように
構成することによりＹＡＧレーザー１が第１レーザー光
源２と第２レーザー光源３を励起するのみでなく、第１
レーザー光Ｌ１と第３レーザー光Ｌ３を発生させること
により経済的に無駄の無い構造を提供できるのである。

【００１４】尚、前記第１、第２、第３、第４レーザー
光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４はパルスレーザー光であり、
各々のパルス幅は約１０ｎｓである。前記第３レーザー
光Ｌ３と第４レーザー光Ｌ４を、前記第１レーザー光Ｌ
１と第２レーザー光Ｌ２とは少なくともこのパルス幅分
時間的にずらして前記被計測体に照射するために、第３
レーザー光Ｌ３と第４レーザー光Ｌ４の光学路を第１レ
ーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２の光学路より約６ｍ
長くしてある。これはハーフミラー４とハーフミラー２
０の距離を約３ｍにすることで行われる。これにより第
１レーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２のパルスが計測
領域Ｒを通過した後に、 第３レーザー光Ｌ３と第４レ
ーザー光Ｌ４のパルスが計測領域Ｒを通過することにな
る。第３レーザー光Ｌ３と第４レーザー光Ｌ４は計測領
域ＲにおいてＮ₂分子をその相互作用により励起する。
この結果Ｎ₂分子が共鳴散乱を生じ、第３レーザー光Ｌ
３と第４レーザー光Ｌ４と重複した状態で、第２信号光
Ｓ２がフィルタ２７を通過し検知器２８に到達する。フ
ィルタ２７は第３レーザー光Ｌ３と第４レーザー光Ｌ４
の通過を規制し、第２信号光Ｓ２の波長のみを通過させ
るためのフィルタである。

【００１５】この様にして、Ｎ₂分子よりの、回転線の
一つであり第１回転線とは異なる第２回転線に対応する
第２信号光Ｓ２が検知器２８により受光され、その強度
が測定されるのである。第１と第２レーザー光Ｌ１，Ｌ
２と同様にハーフミラー３０とビームサンプラー３１に
より第３レーザー光Ｌ３の強度を測定し、ハーフミラー
２４とビームサンプラー２５により第４レーザー光Ｌ４
の強度を測定している。計測温度の演算の段階で、第３
と第４レーザー光Ｌ３とＬ４の強度の変化に対応して計
測温度に補正を加えている。次に、特定化学種Ｎ２より
の第１信号光Ｓ１と第２信号光Ｓ２の計測データに基づ
き温度を算出する方法を説明する。図２は、Ｎ₂分子の
Ｑ枝の回転線をＣＡＲＳ法を用いた従来の方法、すなわ
ち、２つのレーザー光の一方を一波長に固定し、もう一
方の波長を掃引するする方法により得られたデータを示
す図である。縦軸が信号強度を示し、横軸が掃引する側
のレーザー光を示している。ここでは一方のＹＡＧレー
ザーよりの波長は５３２ｎｍであり、もう一方の色素レ
ーザーよりの波長は６０５．６から６０７．４ｎｍまで
掃引されている。

【００１６】この図２では幾つかの回転線に対応するＪ
の値が記されているが、本発明を実施するにあたり、第
１レーザー光Ｌ１と第３レーザー光Ｌ３の波長をＹＡＧ
レーザー１の波長５３２ｎｍとし、これに対し、例えば
Ｊ＝６に対応する回転線を第１回転線として選択するな
らば、第１レーザー光源２より発せられる第１レーザー
光Ｌ１の第１波長を６０７．２７３ｎｍにするとよいこ
とがグラフの横軸より明らかである。第２回転線とし
て、例えばＪ＝１０に対応する回転線を選択すると第４
波長は６０７．２３２ｎｍでなければならないことが分
かる。以下の計算では、第１回転線に対応する回転量子
数をＪ₁とし、第２回転線と対応する回転量子数をＪ₂と
している。第１信号光Ｓ１の強度Ｉ_S1はＮ₂分子のＪ₁回
転順位の分子密度Ｎ₁の２乗に比例する。すなわち、

【００１７】

【数１】Ｉ_S1＝ＣＩ₁ ²Ｉ₂Ｎ₁ ² …………… 式（１） という関係が成り立つ。ここでＣはＩ_S1とＩ₁ ²Ｉ₂Ｎ₁ ²
の比例定数でありここでは未知数として扱われる。
Ｉ₁、Ｉ₂はそれぞれ第１、第２レーザー光Ｌ１、Ｌ２の
強度であり、ビームサンプラー８と１１により計測され
るＩ１とＩ２の値を代入する。第２信号光Ｓ２の強度Ｉ
_S2は式（１）と同様の式で与えられ、Ｊ₂回転順位の分
子密度Ｎ₂の２乗に比例する。すなわち、

【００１８】

【数２】Ｉ_S2＝ＣＩ₃ ²Ｉ₄Ｎ₂ ² …………… 式（２） という関係が成り立つ。ここでＩ₃、Ｉ₄はそれぞれ第
３、第４レーザー光Ｌ３、Ｌ４の強度であり、ビームサ
ンプラー３１により計測されるＩ₃と、ビームサンプラ
ー２５により計測されるＩ₄の値を代入する。一方、一
般的なＪの値と対応する分子密度Ｎは

【００１９】

【数３】 Ｎ＝Ｆ（２Ｊ＋１）ｅｘｐ（−ＢＪ（Ｊ＋１）／ｋＴ）……… 式（３） により絶対温度Ｔと関係している。ここで、ｋはボルツ
マン定数、Ｂは分子回転常数、Ｆは未知数として扱われ
る定数である。式（２）のＪの値としてＪ₁とＪ₂を代入
すると、それぞれに対応する分子密度Ｎ₁とＮ₂が得られ
る。これらを、式（１）と（２）にそれぞれ代入する
と、未知定数ＣとＦ²の積と絶対温度Ｔの２つを未知数
とする２つの式を得ることができる。これらの式をＴに
ついて解くことにより、Ｔを算出することができる。こ
の２つの回転線ピークを選択する際に、これらの回転線
ピークに対応する波長の差が大きいほど誤差を少なくす
る、このため高温であるほど、対応する波長の差が大き
いピークを選択することが望ましい。例えば、Ｔが５０
０Ｋ付近の温度を測定する際にはＪ＝６とＪ＝１６に対
応する２つのピークを選択し、Ｔが１０００Ｋ付近の温
度を測定する際にはＪ＝６とＪ＝２４に対応する２つの
ピークを選択し、Ｔが２０００Ｋ付近の温度を測定する
際にはＪ＝１０とＪ＝３６に対応する２つのピークを選
択するなどすることが望ましい。上記の演算は第１検出
器１５と第２検出器２８と、ビームサンプラー８と１１
と２５と連結され信号を受ける演算部（図示されず）に
より行われる。

【００２０】上記のとおり、本発明によるコヒーレント
反ストークスラマン分光法を用いたレーザー温度測定方
法では、従来の方法とは異なり、前記回転線のうち２つ
に対応する前記信号光の強度ピークを瞬時に計測するこ
とが可能となり、前記被計測体の温度を計測することが
可能となるのである。

【００２１】〔別実施形態〕 （１）上記実施形態では第１レーザー光Ｌ１を第２レー
ザー光Ｌ２と同軸方向から計測領域Ｒに進入させるコリ
ニアー型の装置を利用したが、第１レーザー光Ｌ１と第
２レーザー光Ｌ２は同軸方向から進入させる必要は無
く、これらを異なる方向から計測領域Ｒに進入させても
よい。第３レーザー光Ｌ３と第４レーザー光Ｌ４も同様
に、異なる方向から進入させても良い。 （２）上記実施形態では第１レーザー光源２と第２レー
ザー光源３の励起用レーザーとして共通のレーザー光源
１を利用したが、第１と第２レーザー光源に個別の励起
用レーザーを備えても良い。この場合、２つの励起用レ
ーザーをトリガージェネレーターと呼ばれる装置を使
い、発生されるレーザーパルスの同期化を行う。

【００２２】（３）上記実施形態では、ビームサンプラ
８、１１、２５、３１を利用し、第１〜第４レーザー光
の強度を測定し、式（１）と式（２）に代入する事によ
り、各々のレーザー光の強度の変化を考慮して温度計測
を行っていたが、例えば、ビームサンプラ３１を利用し
て第３レーザー光の強度を計測する代わりに、ビームサ
ンプラ３１を使わずに、ビームサンプラ８による第１レ
ーザー光Ｌ１の強度の計測結果に基づいて第３レーザー
光Ｌ３の強度を推測し、式（２）に代入するようにする
ことができる。この方法では第１レーザー光Ｌ１の強度
の変化に対応してどの様に第３レーザー光Ｌ３の強度が
変化するかを予め計測し、対応表を演算部に記憶させて
おくことにより実現することができる。また、これは第
３レーザー光Ｌ３に限定されず、例えば第１レーザー光
Ｌ１の強度に基づき第２や第４レーザー光Ｌ２，Ｌ４の
強度を推測するようにしても良い。 （４）図３では本発明によるコヒーレント反ストークス
ラマン分光法を用いたレーザー温度測定方法を実施する
装置の別実施形態を示している。この別実施形態の考え
方は上記の実施形態の第１レーザー光と第３レーザー光
を一つにまとめて光学路を簡略化しようとするものであ
る。第１レーザー光源１０２と第２レーザー光源１０３
として上記実施形態と同様に色素レーザーを利用してい
る。レーザー光源１０１はＹＡＧレーザーであり、上記
実施形態と同様に、第１と第１レーザー光源１０２と１
０３の励起用レーザーとして利用され、更に、第１レー
ザー光Ｂ１の光源としても利用される。レーザー光の光
学路は図３より明確なので詳しくは説明しないが、この
図で１０４、１０５、１０７、１１０、１１３はハーフ
ミラーであり、１０６、１０９、１１１、１１２は全反
射ミラーである。１０８は第１レーザー光Ｂ１の強度を
計測するビームサンプラーである。

【００２３】第１レーザー光源１０２よりの第２レーザ
ー光Ｂ２の波長と第１レーザー光Ｂ１の差は特定化学種
の一例であるＮ₂の回転線の一つである第１回転線に対
応する波長となるよう設定されている。第２レーザー光
源１０３より発せられるレーザー光は第４レーザー光Ｂ
４と呼ぶ。これはこのレーザー光Ｂ４が上記実施形態で
は第４レーザー光Ｌ４と対応しているためである。この
第４レーザー光Ｂ４の波長は第１レーザー光Ｂ１との波
長の差がＮ₂の回転線で前記第１回転線とは異なる第２
回転線に対応する波長であるように設定されている。こ
の様に、この別実施形態では第１レーザー光Ｂ１が上記
実施形態での第１レーザー光Ｌ１と第３レーザー光Ｌ３
の両方の役割を持っている。

【００２４】尚、図示されていないが、第２レーザーＢ
３と第４レーザー光Ｂ４の強度を測定するビームサンプ
ラを第１レーザー光源１０２と第２レーザー光源１０３
の光学路に備えることが好ましい。第１、第２、第４レ
ーザー光Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４はそれぞれハーフミラー１１
０から共通の光学路をたどり、レンズ１１４、計測領域
Ｒを通過し検出器１１５に到達する。この別実施形態に
おける検出器１１５には前記第１回転線と第２回転線と
それぞれ対応する第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２に加え、
第１、第２、第４レーザー光Ｂ１、Ｂ１、Ｂ４が到達す
る。温度計測に必要な第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２の強
度を測定するために、この検出器１１５は分光器とＣＣ
Ｄを備えているスペクトルアナライザーであり、波長毎
の強度を測定を行えるようになっている。この検出器１
１５より得られた第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２は上記実
施形態で説明された方法により処理され、温度が算出さ
れるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるコヒーレント反ストークスラマン
分光法を用いたレーザー温度測定方法を実施する装置の
説明図

【図２】従来のコヒーレント反ストークスラマン分光法
を用いたレーザー温度測定方法により得られた回転線を
示す図

【図３】本発明によるコヒーレント反ストークスラマン
分光法を用いたレーザー温度測定方法を実施する装置の
別実施形態の説明図

【符号の説明】

Ｒ 計測領域 １ ＹＡＧレーザー ２ 第２レーザー光源 ３ 第３レーザー光源 ４ ハーフミラー ６ 全反射ミラー ８ ビームサンプラー １３ レンズ １４ フィルター １５ 第１検出器 ２７ フィルター ２８ 第２検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 秀樹 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 横尾 雅一 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１波長を有する狭帯域レーザー光で
   ある第１レーザー光と、第１レーザー光源より発せら
   れ、前記第１波長との波長の差が、特定化学種の回転線
   より選択された第１回転線と対応するような第２波長を
   有する狭帯域レーザー光である第２レーザー光を少なく
   とも前記特定化学種を含む被計測体が存在する計測領域
   の一部において前記第１レーザー光と重複するよう照射
   し、前記第１レーザー光と第２レーザー光の相互作用に
   より前記特定化学種より発生した前記第１回転線と対応
   する第１信号光を受光し、 第３波長を有する狭帯域レーザー光である第３レーザー
   光と、前記第１レーザー光源とは異なる第２レーザー光
   源より発せられ、前記第３波長との波長の差が前記特定
   化学種の回転線のうち前記第１回転線とは異なる第２回
   転線と対応する第４波長を有する狭帯域レーザー光であ
   る第４レーザー光を少なくとも前記計測領域の一部にお
   いて前記第３レーザー光と重複するよう照射し、前記第
   ３レーザー光と第４レーザー光の相互作用により発生し
   た第２信号光を受光し、前記第１信号光と第２信号光の
   強度値に基づき前記被計測体の温度を計測するコヒーレ
   ント反ストークスラマン分光法を用いたレーザー温度計
   測方法。
2. 【請求項２】 少なくとも前記第１と第２レーザー光の
   一方の強度を計測することにより前記強度の変化に対応
   して前記被計測体の計測された温度を補正する請求項１
   によるコヒーレント反ストークスラマン分光法を用いた
   レーザー温度計測方法。
3. 【請求項３】 前記第１、第２、第３、第４レーザー光
   を設定パルス幅を有するパルスレーザー光とし、前記第
   ３と第４レーザー光を、前記第１と第２レーザー光とは
   少なくとも前記設定パルス幅分時間的にずらして前記被
   計測体に照射する請求項１によるコヒーレント反ストー
   クスラマン分光法を用いたレーザー温度計測方法。
4. 【請求項４】 第１波長を有する狭帯域レーザー光であ
   る第１レーザー光を特定化学種を含む被計測体が存在す
   る計測領域に導く第１光学路手段と、 前記第１波長との波長の差が、特定化学種の回転線より
   選択された第１回転線と対応するような第２波長を有す
   る狭帯域レーザー光である第２レーザー光を発する第１
   レーザー光源と、 少なくとも前記計測領域の一部において前記第１レーザ
   ー光と重複するよう前記第２レーザー光を導く第２光学
   路手段と、 第３波長を有する狭帯域レーザー光である第３レーザー
   光を前記計測領域に導く第３光学路手段と、 前記第３波長との波長の差が、特定化学種の回転線より
   選択された前記第１回転線とは異なる第２回転線と対応
   するような第４波長を有する狭帯域レーザー光である第
   ４レーザー光を発する、前記第１レーザー光源とは異な
   る第２レーザー光源と、 少なくとも前記計測領域の一部において前記第３レーザ
   ー光と重複するよう前記第４レーザー光を導く第４レー
   ザー光学路手段と、 前記第１レーザー光と第２レーザー光の相互作用により
   発生した第１信号光と前記第３レーザー光と第４レーザ
   ー光の相互作用により発生した第２信号光を受光する検
   出手段と、 前記第１と第２信号光の強度値に基づき前記被計測体の
   温度を計測する演算部とを備えることを特徴とするコヒ
   ーレント反ストークスラマン分光法を用いたレーザー温
   度計測装置。
5. 【請求項５】 前記第１と第２レーザー光源はそれぞれ
   別個の色素レーザーを備え、それぞれの色素レーザーは
   共通の励起用レーザーにより励起される請求項４による
   コヒーレント反ストークスラマン分光法を用いたレーザ
   ー温度計測装置。
6. 【請求項６】 前記第１と第２レーザー光源はそれぞれ
   別個のＯＰＯレーザーを備え、それぞれのＯＰＯレーザ
   ーは共通の励起用レーザーにより励起される請求項４に
   よるコヒーレント反ストークスラマン分光法を用いたレ
   ーザー温度計測装置。
7. 【請求項７】 前記第２波長と前記第４波長は等しく、
   前記励起用レーザーは前記第２レーザー光と前記第４レ
   ーザー光を発生させる請求項５または６によるコヒーレ
   ント反ストークスラマン分光法を用いたレーザー温度計
   測装置。