JPS608735A - プラズマモニタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はプラズマモニタ１ノング装置に係り、特にプラ
ズマ利用装置内のプラズマ中のある化学種を測定するプ
ラズマモニタリング装置に関する。

〔発明の背景〕

従来より、微量の原子、二原子分子等を亮感度に検出す
る方法として、レーザ励起螢光法が知られている。例え
ば、この方法によって、プラズマ利用装置内のプラズマ
中に存在する原子。

二原子分子等の化学種を検出するためには、長時間にわ
たって精度良く測定てろ必要かある。

また、測定対象となるプラズマ中の化学種は、鋭〜・吸
収スペクトルを有するので、励起用のレーザ光としては
、線幅が狭く、波長安定１Ｌ４：の良いものを用いるこ
とが必要である。

然るに、一般のレーザ光は発振波長に多少の変動がある
ため、レーザ励起螢光法によってｉ＋時間にわたり測定
を行なうと精度が悪くなる。

この点について、第１図を参照して若干説明する。この
図において、Ａは測定対象となるある化学種の吸収曲線
であり、Ｂ　、　Ｂ’、　Ｂ”は励起用レーザ光はスペ
クトルである。まず、測定開始時の調整によって、励起
用レーザ光の波長は、ｔｉｌｌ定対象となるある化学種
の吸収波長に合ｉつされる。その場合のレーザ光スペク
トルはＢのようになり、測定対象の化学種のレーザ光に
よる励起効率は最大となる。

然し乍ら、長時間にわたってレーザ光を照射或いは起動
していると周囲温度の影響等によってレーザ光の波長に
ずれが生じ、そのスペクトルはＢ′又はＢｒｒの様にな
る。この様な状態になると、測定対象となる化学種の励
起効率は低下し、同一濃度であっても測定される螢光量
は低下するので、測定棺度上問題と′ｆ、「ろ。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した様なレーザ励起螢光法による
測定の問題点を解決し、高感度でかつ長時間にわたって
精度良く測定することができるプラズマモニタリング装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、唄１１定対象の特定化学種を入れたセルｆレ
ーザ光の一部を導き、このセルから発生した音圧信号と
、セルへの入射前のレーザ光の光量との関係から測定化
学種によるレーザ光の吸収率な算出する。而して、こσ
）舅、出された吸収率、即ちセルにおけろレーザ光の波
長の変化に基いて、励起源におけろレーザ励起による螢
光の測定量を補正する様にしたものである。この様に、
レーザ光の波長の変化によって測定化学種の励起効率の
変化を補正することができるので、長時間にわたって高
精度の測定を行なうことができる。

〔発明の実施例〕

以下−１図面を参照して本発明の一実施例について説明
する。

第２図は、本発明の一実施例によるプラズマモニタリン
グ装置の構成を示す図である。この図において、レーザ
１は、測定対象となるある化学種の吸収波長に合せた波
長のレーザ光２を発振する。ビームスプリンタろは、レ
ーザ１より発射されたレーザ光２を二方向、即ち破線で
示した補圧右方向と下方向に分割−する。

プラズマ利用装置４は、その中のプラズマ中に測定対象
となる化学種を含む。このプラズマ利用装置４は、光学
窓５　、　５’、５″を備え、ビームスプリッタ６で分
割された一部のレーザ光２は、光学窓５よりプラズマ利
用装置４内に入り、その中の化学種を励起して光学窓５
″より出て行く。測定対象の化学種が励起されたことに
よって発する螢光６は、光学窓５′より送出される。

そして、この螢光６は集光のために設けられた光学系７
を介して螢光検出装置８に集められる。

螢光検出装置８は、集光された螢光のみを検出し、その
螢光強反に比例した電気信号に変換する。変換後の電気
信号は後述する演算器１５に馬えられる。

さて、前述したビームスプリンタ３で分割されたも５１
方のレーザ光２は、ノ・−フミラー９に傅かれる。この
ノーーフミラー９はビームスプリッタ３からのレーザ光
をほぼ均等に分割する。

なお、その途中にはテ目ツバ１２が設けられており、こ
れによってレーザ光はチョッピングされろ。

ハーフミラ−９で反射された一部分のレーザ光は、光電
変換器１０に送られ、またそれを透過した他の部分のレ
ーザ光はセル１１に送られる。ここで、光電変換器１０
は、到来したレーザ光の強度に応じてそれを電気信号に
変換する。

セル１１は、測定対象となる特定の化学種を収納すると
共に、ノ・−フミラー９を透過したレーザを導入及び導
出するための光学面を有する。

また、圧電変換器１６は、セル１１内の化学種がチョッ
ピングされたレーザ光を吸収することにより発生する音
圧を電気信号に変換する。吸収率演算器１４は、光電変
換器１０及び圧電変換器１６から送られる電気信号によ
り吸収率に比例した電気信号を出力する。

螢光発生率演算器１５は、吸収率演算器１４及び螢光検
出装置８から送られる電気イぎ号に従って、螢光発生率
に比例した電気信号を出力する。この電気信号は表示装
置１６に表示される。

次に、この様に構成された装置の作用について説１明す
る。

通常、プラズマ利用装置４内の測定対象となる化学種の
吸収線幅は０．００３跋程度である。また、励起源に使
うレーザ光の線幅は、吸収？ｆｌＡ　幅の半分程度まで
狭めろことができ、それを長時間維持できる。しかし、
その発振波長の安定性は、主にレーザ光年系の温度に」
二って決才り、０１°Ｃ程度の温度変化でも問題となる
。

上述（−た構成によるモニタリング装置によれば、この
影響を除去できる。即ち、レーザ１より発射されたレー
ザ光２はビームスプリンタ３で分割される。この分割さ
れたレーザ光の一部は、チョッパ１２によってチョッピ
ングされ、ハーフミラ−９に達する。このハーフミラ−
９を透過したレーザ光はセル１１を通過する。セル１１
には測定対象の特定の化学種が入っており、レーザ光は
この化学種に吸収されろ。このレーザ光がセル１１中の
一定濃度の化学種に吸収される割合は、チョッピングし
たレーザ光を吸収する際に発生する音圧かもめられる。

レーザ光を吸収した特定の化学種の一部は螢光を発せず
、周囲にレーザ光エネルギーを放出する。

所で、レーザ光はチョッピングされているので、この放
出熱量は時り刻々と変化し、これがセル１１中に疎密波
即ち音波を発生させる。この音圧、皿ち音波の圧力は、
吸収元搦に比例するので、圧電変換器１りは音圧っまり
吸収先月に比例した電気信号に変換してその信号を出力
する。

一方、ハーフミラ−９で放射されたレーザ光は、光電変
換器１０で電気（ｇ号に変換される。

而して、光電変換器１ｏ及び圧？ｌｆ変換器１３からの
電気信号は、吸収率演算器１４に寿えら汽ここで、２つ
の電気信号の大小がらレーザ光がセル１１中で吸収され
た比率かめられろ。

この方法によれば、螢光吸収率の比較的低い測定化学種
について高感度で吸収比率が測定できる。この吸収率は
、モニタ対象となろプラズマ利用装置４内の測定対象と
なる化学種でも同一である。即ち、プラズマ利用装置４
内の化学種から発生される螢光乙の光量は、吸収光量に
比例するので、セル１１側の吸収率演算器１４でめられ
た吸収比率に応じて螢光検出装Ｆｔ８の出力を補正する
ことができる。つまり、螢光発生率演算器１５からは、
吸収率演算器１４及び螢光検出装置Ｒ８からの電気信号
にｇｌって螢光発生率に比例した信号が出力されろ。こ
の様にして、レーザ光の微妙な波長のずれによる影響を
除去することかできる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、レーザ励起螢光法
による化学種の測定に際し、レーザ内の温度変化等で生
ずるレーザの発振波長の微妙な変化に起因する測定化学
種の励起効率の変化を補正できるようにしたので、長時
間にわたって精度良＜　（ＩＩＩ定することができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定化学種の吸収曲線と励起用レーザ光のスペ
クトルの関係を示した図、第２図は本発明の一実施例に
よるプラスマモニタリング装置の構成を示す図である。 １　レーザ、　５　レーザスプリッタ ４・グリズマ利用装置、８・螢光検出装置９・ハーフミ
ラ−１１１セル １７１　吸収率演算器、 １５・螢光発年率演算器、 、１　ノ　［７＋ 液長 オ　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ある波長のレーザ光を発生するレーザと、測定対象とな
   る化学種を含むプラズマを収納するプラズマ利用装置と
   、該レーザ光によって励起される上記化学種の螢光を検
   出し、電気信号を出力する検出手段を有するプラズマモ
   ニタリング装置において、測定対象となる特定の化学種
   を収納すると共に前記レーザ光の一部が導かれるセルと
   、該セルに導かれろ前のレーザ光の光量と該レーザ光に
   よってセル内で発生した音圧に従って該特定の化学種に
   よろレーザ光の吸収率を算出する第１の演算手段と、前
   記検出手段及び該第１の演算手段からの信号に基いて螢
   光発生率に比例した信号を出力する第２の演算手段を有
   することを特徴とするプラズマモニタリング装置。