JPS62261037A - Cars optical apparatus - Google Patents

Cars optical apparatus

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JPS62261037A
JPS62261037A JP10313486A JP10313486A JPS62261037A JP S62261037 A JPS62261037 A JP S62261037A JP 10313486 A JP10313486 A JP 10313486A JP 10313486 A JP10313486 A JP 10313486A JP S62261037 A JPS62261037 A JP S62261037A
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JP
Japan
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light
stokes
dichroic mirror
excitation light
curse
Prior art date
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Pending
Application number
JP10313486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Soma
憲一 相馬
Shigeru Azuhata
茂 小豆畑
Kiyoshi Narato
清 楢戸
Toru Inada
徹 稲田
Yoshinobu Kobayashi
啓信 小林
Norio Arashi
紀夫 嵐
Hiroshi Miyadera
博 宮寺
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
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Publication of JPS62261037A publication Critical patent/JPS62261037A/en
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Abstract

PURPOSE:To facilitate the adjustment of optical axis while enhancing the intensity of a signal with a higher spatial resolution, by making an excitation light and a Stokes' light as transmitted through and reflected with a dichroic mirror respectively incident into a condenser lens being kept tight in the interface between the two lights. CONSTITUTION:An excitation light 2 generated from an excitation light source 1 is transmitted through a dichroic mirror 10 while a Stokes' light 5 generated from a Stokes' light source 4 is reflected therewith 10 to be incident into a condenser lens 7. A knife edge 11 as a device for shielding excitation lights and a knife edge 12 as device for shielding Stokes' lights are positioned and adjusted to be vertical to optical paths of the excitation light 2 and the Stokes' light 5 and both the luminous fluxes are made parallel each other to be incident into the condenser lens 7 being kept tight in the interface therebetween so that a crossing angle will be very limited between the excitation light 2 and the Stokes' light 5 at the measuring point 8. This generates a kerr's light with a relatively large intensity of signal and with a high spatial resolution.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ラマン分光法の一種であるカースを実施する
ための光学装置、すなわち、カース光学装置に係わり、
特に測定領域の空間分解能を簡便に高めるに好適なカー
ス光学装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical device for performing cursing, which is a type of Raman spectroscopy, that is, a cursing optical device.
In particular, the present invention relates to a Curse optical device suitable for easily increasing the spatial resolution of a measurement region.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光学的な分析装置として、最近急速に開発研究が進んで
きたものに、カース光学装置がある。
One type of optical analysis device that has recently been rapidly developed and researched is the Kaas optical device.

カース光学装置とは、カース(CAR3)を実施するた
めの光学装置である。
The curse optical device is an optical device for performing curse (CAR3).

以下に、前記カース及びそれを実施するためのカース光
学装置の基本的原理について、説明する。
The basic principle of the curse and the curse optical device for implementing the curse will be explained below.

カース(CAR3)とは、コヒーレント アンチストー
クス ラマン スペクトロスコピー(C。
CAR3 is coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (C.

herent Anti−3tokes Raman 
5pectroscopy)の略称であり、ラマン分光
法の一種である。そしてラマン分光法とは、ラマン効果
を利用した分光分析手法であり、前記ラマン効果とは、
物質に光を照射すると、その波長とは違った波長の光が
その物質から散乱してくる効果である。その散乱光は、
物質の分子振動に基づく光であって、照射光(励起光)
より長波長側の散乱光をストークスラマン散乱光、短波
長側のそれをアンチストークスラマン散乱光という。通
常のラマン分光法では、ストークスラマン散乱光を観察
するのであるが、計測対象によっては、ストークスラマ
ン散乱光の観察が困難な場合がある。たとえば、石炭燃
焼炉内等の燃焼火炎構造の測定を行う場合、火炎中には
、ラジカルと言われる不安定な化学種が存在し、それら
は、強い光の照射を受けると、励起され、基底状態に戻
る際に発光を伴う。これは螢光と言われ、照射光より長
波長側に観察される。したがって、通常のラマン分光法
を火炎計測に用いると、励起光により螢光が発生し、ス
トークスラマン散乱光が良好に観察されない。
herent Anti-3tokes Raman
5 pectroscopy), which is a type of Raman spectroscopy. Raman spectroscopy is a spectroscopic analysis method that uses the Raman effect, and the Raman effect is
This is the effect that when a substance is irradiated with light, light with a different wavelength from that wavelength is scattered from the substance. The scattered light is
Irradiation light (excitation light) is light based on the molecular vibrations of substances.
Scattered light on the longer wavelength side is called Stokes Raman scattered light, and that on the shorter wavelength side is called anti-Stokes Raman scattered light. In normal Raman spectroscopy, Stokes Raman scattered light is observed, but depending on the measurement target, it may be difficult to observe Stokes Raman scattered light. For example, when measuring the structure of a combustion flame in a coal combustion furnace, etc., unstable chemical species called radicals exist in the flame, and when they are irradiated with strong light, they are excited and It accompanies luminescence when returning to the state. This is called fluorescence, and is observed at longer wavelengths than the irradiated light. Therefore, when ordinary Raman spectroscopy is used for flame measurement, excitation light generates fluorescence and Stokes Raman scattered light cannot be observed well.

そこで、火炎計測においては、螢光の影響を受けないア
ンチストークスラマン散乱光を観察して、その計測を行
うことが必要となるが、通常のラマン分光法では、アン
チストークスラマン散乱光はストークスラマン散乱光の
1/10”程度の強度しか持たず、非常に弱いので、計
測対象である火炎自身の光がバックグランド光となって
検出が非常に難しい。
Therefore, in flame measurement, it is necessary to observe and measure anti-Stokes Raman scattered light that is not affected by fluorescence, but in normal Raman spectroscopy, anti-Stokes Raman scattered light is It has an intensity of only about 1/10" of the scattered light and is very weak, so the light from the flame itself, which is the measurement target, becomes background light and is very difficult to detect.

これに対し、カースは上記火炎のような計測対象に対す
る有力な計測方法となるものである。
On the other hand, the curse is an effective measurement method for measuring objects such as the above-mentioned flame.

以下、カースについて更に具体的に説明する。The curse will be explained in more detail below.

物質(固有振動数=Ω)に励起光(振動数=ω1、波長
=λI)とその物質のストークスラマン散乱光と等波長
の光すなわちストークス光(振動数=ω2、波長=λ2
)とを重ね合わせて絞り込むように照射すると、そこか
らコヒーレントな(空間的、時間的に位相がそろってい
る)アンチストークスラマン散乱光(振動数=ω1、波
長−λ、)が発生してくる。この光を用いる分光分析法
を、カース(CAR5)と言い、この光をカース光(あ
るいはカース信号)と言うのである。
A substance (natural frequency = Ω) receives excitation light (frequency = ω1, wavelength = λI) and light with the same wavelength as the Stokes Raman scattered light of the material, that is, Stokes light (frequency = ω2, wavelength = λ2)
), coherent (spatially and temporally aligned) anti-Stokes Raman scattered light (frequency = ω1, wavelength - λ) is generated. . The spectroscopic analysis method using this light is called CARSE (CAR5), and this light is called CARSE light (or CARSE signal).

なお、前記振動数Ω、ω1.ω2.ω、に関しては次の
関係式が成り立つ。
Note that the vibration frequencies Ω, ω1. ω2. Regarding ω, the following relational expression holds true.

ω2=ω、−Ω ω3=ω、+Ω !、 ω2+ω3=2ω宜 この式から、前記波長λ1.λ2およびλ、に関しては
次の関係式が成り立つ。
ω2=ω, -Ω ω3=ω, +Ω! , ω2+ω3=2ω From this equation, the wavelength λ1. Regarding λ2 and λ, the following relational expression holds true.

λ、=λ、λt/(2λ2−λ、)・−・−・<11そ
して、前記カース光は、アンチストークスラマン散乱光
なので、螢光の影響を受けず、また、コヒーレントな光
なので効率良く集光できる。更に、カース光は、通常の
ラマン分光法で得られるストークスラマン散乱光より、
10”〜10’倍の強度があるので、計測対象物(火炎
等)が発する前記螢光等の影響等も少ない。
λ,=λ,λt/(2λ2−λ,)・−・−・<11The curse light is anti-Stokes Raman scattered light, so it is not affected by fluorescence, and since it is coherent light, it can be efficiently Can focus light. Furthermore, the curse light is different from the Stokes Raman scattered light obtained by ordinary Raman spectroscopy.
Since the intensity is 10" to 10' times higher, the influence of the fluorescent light emitted by the object to be measured (flame, etc.) is also small.

上記のように、カース光を用いるカース光学装置は、特
に火炎のような計測対象に対して有効な計測手段の1つ
であり、カース光について分光分析し、そのスペクトル
波形からその計測対象中の物質の濃度、温度または圧力
等の情報を容易に得ることができる。
As mentioned above, the curse optical device that uses cursed light is one of the effective measurement methods, especially for measurement targets such as flames, and spectrally analyzes the cursed light and uses its spectral waveform to detect Information such as the concentration, temperature, or pressure of a substance can be easily obtained.

このような、カース光学装置は、たとえば、セブンティ
ーンス アエロスペース サイエンシイズ ミイーティ
ング 79−0083 (1797)第2〜4頁(17
th AHROSPACB SCI[!NCII:S 
MEETING 79−0083(1979) pp2
〜4)に記載されている。このセブンティーンス アエ
ロスペース サイエンシイズミイーティングには、ゼネ
ラルカース(GeneraI CARS)光学系、コリ
ニアカース(Colinear  CARS)光学系お
よびボックスカース(Box CARS)光学系に関す
る記載がみられる。
Such a Curse optical device is described, for example, in Seventeenth Aerospace Sciences Meeting, 79-0083 (1797), pp. 2-4 (17
th AHROSPACB SCI [! NCII:S
MEETING 79-0083 (1979) pp2
-4). In this Seventeenth Aerospace Science Meating, there are descriptions regarding the General CARS optical system, the Colinear CARS optical system, and the Box CARS optical system.

また、アメリカン ケミカル ソサイアティーシンポジ
ウム シリーズ レーザ プローブスフオー コンパス
チョン アプリケーションズ(1980)第24頁、第
2図(Am、Chem、Soc、Sy+++p、Set
Also, American Chemical Society Symposium Series Laser Probes Compassion Applications (1980) page 24, Figure 2 (Am, Chem, Soc, Sy+++p, Set
.

La5er Prorbes for combust
hion applications(1980) p
p24 Fig、2)には、前記コリニアカース光学系
の実用的光学装置が示されている。
La5er Probes for combust
hion applications (1980) p.
Fig. 2) on page 24 shows a practical optical device of the collinear curse optical system.

そしてまた、プロシーディング ソサイアティフォト 
インスルメンツ エンジニアリング(1978)第15
8巻、第69頁、第2図(Proc、Soc、Ph。
And also, Proceedings Society Photo
Instruments Engineering (1978) No. 15
Volume 8, page 69, Figure 2 (Proc, Soc, Ph.

t、Opt、Instrum、Eng、  (1978
) Vol、158、pp69、Fig、2)には、前
記ボックスカース光学系の実用的光学装置が示されてい
る。
t, Opt, Instrum, Eng, (1978
) Vol. 158, pp. 69, Fig. 2) shows a practical optical device of the box curse optical system.

前記ゼネラルカース光学系は、一般にカース光学系の説
明に用いられる光学系であり、後述する理由により、実
用化はされていない。
The General Curse optical system is an optical system that is generally used to explain Curse optical systems, but has not been put into practical use for reasons described later.

次に、このゼネラルカース光学系を例にとって、カース
光学系の測定原理を説明する。
Next, the measurement principle of the Curse optical system will be explained by taking this General Curse optical system as an example.

ゼネラルカース光学系は、第2図に例示したような光学
系であって、励起光源1から出た励起光2の光路上にハ
ーフミラ−3,3を置き、励起光2の一部分を用いてス
トークス光源4をポンピングしてストークス光5を得る
。通常、励起光源には、ヤグ(YAG)レーザのような
高出力レーザを用いる。特に、2倍高調波である532
ナノメートルの波長の可視光を用いることが多い。そし
て、ストークス光源には、波長可変の色素レーザを用い
る。
The General Curse optical system is an optical system as illustrated in FIG. Stokes light 5 is obtained by pumping the light source 4. Usually, a high-power laser such as a YAG laser is used as the excitation light source. In particular, the second harmonic, 532
Visible light with a wavelength of nanometers is often used. A wavelength-tunable dye laser is used as the Stokes light source.

たとえば、窒素分子のカース光を発生させる場合、スト
ークス光源に、窒素分子のストークスラマン散乱光に対
応する波長の光を用いることになり、607.3ナノメ
ートルに発振中心波長を持つように色素レーザを調整し
て用いる。
For example, when generating curse light from nitrogen molecules, the Stokes light source must use light with a wavelength corresponding to the Stokes Raman scattered light of nitrogen molecules, and the dye laser has an oscillation center wavelength of 607.3 nanometers. Adjust and use.

そして、前記励起光2およびストークス光5をプリズム
6.6等の適当な光学部材によって集光レンズ7に入射
させる。この集光レンズ7によって前記励起光2および
ストークス光5を集光レンズ7の焦点すなわち測定点8
に絞り込むと、そこからカース光9が位相整合条件(後
述)を満たす強度及び方向に発生してくる。前記の例の
ように、窒素分子に対して波長532ナノメートルの励
起光2と波長607.3ナノメートルのストークス光5
とを用いた場合には、発生するカース光の波長は、前記
(13式により、波長473.3ナノメートルの窒素分
子のカース光となる。そして、このカース光を観察して
計測対象(火炎または容器内の気体等)中の測定点に在
る窒素の濃度、温度等の計測を行うのである。
Then, the excitation light 2 and the Stokes light 5 are made to enter the condenser lens 7 through a suitable optical member such as a prism 6.6. This condenser lens 7 directs the excitation light 2 and Stokes light 5 to the focal point of the condenser lens 7, that is, to the measurement point 8.
When narrowed down to , a cursed light 9 is generated with an intensity and direction that satisfies a phase matching condition (described later). As in the above example, excitation light 2 with a wavelength of 532 nm and Stokes light 5 with a wavelength of 607.3 nm are applied to nitrogen molecules.
In the case of It measures the concentration of nitrogen, temperature, etc. at a measurement point in a gas (or gas in a container, etc.).

次に、前記位相整合条件について説明すると、位相整合
条件は、全てのカース光学系について成立する次のベク
トル式によって表される。
Next, the phase matching condition will be explained. The phase matching condition is expressed by the following vector equation that holds true for all Curse optical systems.

2 Y= I) + C−−−−−−・−・−・・・−
−−−一−・・−・−−−−(2)ここで、Yは励起光
の波数ベクトル、Dはストークス光の波数ベクトル、C
はカース光の波数ベクトルである。
2 Y= I) + C−−−−−−・−・−・・・−
−−−1−・−・−−−−(2) Here, Y is the wave number vector of the excitation light, D is the wave number vector of the Stokes light, and C
is the wave number vector of the curse light.

前記(2)式の意味するところは、励起光とストークス
光の2つのレーザ光が重なり合った所から発生してくる
カース光の方向は、前記(2)式を満たすものになると
いうことである。
What the above equation (2) means is that the direction of the curse light generated from the overlap of the two laser beams, the excitation light and the Stokes light, satisfies the above equation (2). .

そして、カース光の信号強度は、励起光及びカース光の
強度が一定の場合、励起光軸とストークス光軸との交差
角によって変化し、その交差角が小さい程増大し、通常
5度以下の交差角とならなければカース光は発生しない
と言われている。
When the intensity of the excitation light and the curse light are constant, the signal intensity of the cursed light changes depending on the intersection angle between the excitation optical axis and the Stokes optical axis, and increases as the intersection angle becomes smaller. It is said that curse light will not occur unless there is an intersecting angle.

また、カース光の信号強度を可及的に増大させるために
は、前記交差角を限り無く零に近づけ、すなわち、2つ
の光軸を限り無く近づけ両者を重ねてしまうことが望ま
しい。しかし、このように励起光とストークス光とが測
定点以外の領域でも重なり合うこととなると、これら両
方の光が重なり合った全領域からカース光が発生するの
で、測定点の空間分解能が低下することになる。
Furthermore, in order to increase the signal strength of the cursed light as much as possible, it is desirable to bring the intersection angle as close to zero as possible, that is, to bring the two optical axes as close as possible so that they overlap. However, if the excitation light and Stokes light overlap in areas other than the measurement point, curse light will be generated from the entire area where both of these lights overlap, resulting in a decrease in the spatial resolution of the measurement point. Become.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記のように、カース光学装置において、その信号強度
が大きく、しかも、分解能も高いものとするためには、
一方において、信号強度増大のために、励起光軸および
ストークス光軸を限りなく零に近づけて、最も望ましく
は重なるようにし、他方において、分解能を高めるため
に、励起光およびストークス光を測定点以外では出来る
だけ離すようにするという、2つの一見、相互に矛盾す
る要件を同時に満たすことが要求される。
As mentioned above, in order to obtain high signal strength and high resolution in the Curse optical device,
On the one hand, in order to increase the signal strength, the excitation and Stokes optical axes should be brought as close to zero as possible, preferably overlapping, and on the other hand, in order to increase the resolution, the excitation and Stokes beams should be moved away from the measurement point. Therefore, it is required to simultaneously satisfy two seemingly mutually contradictory requirements: to keep the distance as far as possible.

ところで、前記ゼネラルカース光学系の位相整合条件は
、第5図のようにベクトル表示される。
By the way, the phase matching condition of the General Curse optical system is expressed as a vector as shown in FIG.

第5図において、θは、測定点での励起光2とストーク
ス光5との交差角である。カース光10の発生する方向
は、位相整合条件を満たす方向すなわち第5図のベクト
ルCの方向であるが、この方向を検出するのは非常に難
しい。また、測定点で励起光2とストークス光5とを重
ね合わせることも非常に難しい。
In FIG. 5, θ is the intersection angle between the excitation light 2 and the Stokes light 5 at the measurement point. The direction in which the curse light 10 is generated is the direction that satisfies the phase matching condition, that is, the direction of the vector C in FIG. 5, but it is very difficult to detect this direction. It is also very difficult to superimpose the excitation light 2 and the Stokes light 5 at the measurement point.

したがって、前記ゼネラルカース光学系は、カース光学
系の概念を非常に良く説明するものであるが、位相整合
条件を満たすことが難しく現在まで実用化されていない
Therefore, although the General Curse optical system explains the concept of the Curse optical system very well, it has not been put to practical use until now because it is difficult to satisfy the phase matching condition.

また、前記コリニアカース光学系は、第3図に例示した
ような光学系であって、励起光源lから出た励起光2の
光路上にハーフミラ−3,3を置き、励起光2の一部分
を用いてストークス光源4をボンピングしてストークス
光5を得る。そして、前記励起光2はプリズム6および
二色鏡lOを経由させて集光レンズ7に入射させる。ま
た、ストークス光5は前記二色焼10で前記励起光2と
重ね合わせた状態で集光レンズ7に入射させる。そして
、集光レンズ7によって前記励起光2およびストークス
光5を集光レンズ7の焦点すなわち測定点8に絞り込む
と、そこからカース光9が位相整合条件を満たす方向に
発生してくる。このコリニアカース光学系の特徴は、励
起光2とストークス光5の2本の光が二色鏡10により
1本の光束となっていることである。したがって、コリ
ニアカース光学系の位相整合条件は、第6図のようにベ
クトル表示される。すなわち、第5図の交差角θが零の
状態であり、カース光9の発生していく方向と、励起光
2およびストークス光5の方向が同一ということになり
、カース光9の検出が容易となる。しかも、コリニアカ
ース光学系は、1本となった光束についてのみ光軸調整
を行えばよいので光学系の調整が容易であり、また、励
起光2とストークス光5とが重なり合っている領域が大
きいのでカース光9の信号強度が大きい。しかしながら
、カース光9が発生する領域が大きくなるため、空間分
解能が低くなるという問題点がある。
In addition, the collinear curse optical system is an optical system as illustrated in FIG. The Stokes light source 4 is bombed by using the 3D light source 4 to obtain the Stokes light 5. Then, the excitation light 2 is made to enter the condenser lens 7 via the prism 6 and the dichroic mirror IO. Further, the Stokes light 5 is made to enter the condenser lens 7 in a state where it is superimposed on the excitation light 2 by the dichroic lens 10. When the excitation light 2 and the Stokes light 5 are condensed by the condenser lens 7 to the focal point of the condenser lens 7, that is, to the measurement point 8, curse light 9 is generated from there in a direction that satisfies the phase matching condition. A feature of this collinear curse optical system is that two beams of excitation light 2 and Stokes beam 5 are combined into one beam by a dichroic mirror 10. Therefore, the phase matching condition of the collinear curse optical system is expressed as a vector as shown in FIG. That is, the intersection angle θ in FIG. 5 is zero, and the direction in which the curse light 9 is generated is the same as the direction of the excitation light 2 and the Stokes light 5, making it easy to detect the curse light 9. becomes. In addition, the collinear curse optical system is easy to adjust the optical system because it is only necessary to adjust the optical axis of one light beam, and the area where the excitation light 2 and the Stokes light 5 overlap is large. Therefore, the signal strength of the curse light 9 is high. However, since the area where the curse light 9 is generated becomes larger, there is a problem that the spatial resolution becomes lower.

さらに、前記ボックスカース光学系は、第4図に例示し
たような光学系であって、励起光源lから出た励起光2
の光路上にハーフミラ−3,3を置き、励起光2の一部
分を用いてストークス光源4をボンピングしてストーク
ス光5を得る。そして、前記ストークス光5は、二色鏡
10で反射されて集光レンズ7に入射する。また、前記
ストークス光源4の励起に使用されなかった残りの励起
光2は、その約1/2がハーフミラ−3によって反射さ
れ、前記二色鏡10を透過して前記ストークス光5に重
ね合わされた光束(以下[重合光束2.5」という。)
となって集光レンズ7に入射する。一方、前記励起光2
の他の約1/2は、前記ハーフミラ−3を透過してから
プリズム6を経由し、前記重合光束2.5と平行に前記
集光レンズ7に入射する。そして、集光レンズ7によっ
て前記励起光2および重合光束2.5を集光レンズ7の
焦点すなわち測定点8に絞り込むと、測定点8では励起
光2が1/2+1/2=1となる。そしてこの測定点8
から、カース光9が位相整合条件を満たす方向に発生し
てくる。ボックスカース光学系の位相整合条件は、第7
図のようにベクトル表示される。すなわち、カース光9
は、前記ストークス光5と重ね合わされなかった励起光
2側に乗ってくることになり、カース光9の検出は難し
くない。なお、ボックスカース光学系では、前記測定点
だけでなく、前記重合光束2,5内でも励起光2の半分
(1/2)とストークス光5とが重ね合わされているの
で、カース光が発生する。
Furthermore, the boxcurse optical system is an optical system as illustrated in FIG.
Half mirrors 3, 3 are placed on the optical path of the pump, and a part of the excitation light 2 is used to pump the Stokes light source 4 to obtain Stokes light 5. The Stokes light 5 is reflected by the dichroic mirror 10 and enters the condenser lens 7. Moreover, about 1/2 of the remaining excitation light 2 that was not used for excitation of the Stokes light source 4 is reflected by the half mirror 3, transmitted through the dichroic mirror 10, and superimposed on the Stokes light 5. Luminous flux (hereinafter referred to as [polymerized luminous flux 2.5])
and enters the condenser lens 7. On the other hand, the excitation light 2
The other half of the light passes through the half mirror 3, passes through the prism 6, and enters the condenser lens 7 in parallel with the superposed light beam 2.5. When the excitation light 2 and the superimposed light beam 2.5 are condensed by the condenser lens 7 to the focal point of the condenser lens 7, that is, to the measurement point 8, the excitation light 2 at the measurement point 8 becomes 1/2+1/2=1. And this measurement point 8
, the curse light 9 is generated in a direction that satisfies the phase matching condition. The phase matching condition of the boxcurse optical system is the seventh
The vector is displayed as shown in the figure. That is, curse light 9
will be on the side of the excitation light 2 that is not superimposed with the Stokes light 5, so it is not difficult to detect the curse light 9. Note that in the box curse optical system, half (1/2) of the excitation light 2 and the Stokes light 5 are superimposed not only at the measurement point but also within the superposed light beams 2 and 5, so that curse light is generated. .

しかしながら、このカース光の出てくる方向は、重合光
束2,5の方向に一敗するので、前記測定点で発生する
カース光9の出てくる方向とは異なる。したがって、カ
ース光9の計測に影舌はない。
However, the direction in which this cursed light comes out is different from the direction in which the cursed light 9 generated at the measurement point comes out, since it is partially lost in the direction of the superposed light beams 2 and 5. Therefore, there is no problem in measuring the cursed light 9.

このボックスカース光学系では、励起光2と前記重合光
束2.5とが重なり合う集光レンズ7の焦点が測定点と
なるので、空間分解能は高い。しかしながら、信号強度
は、コリニアカース光学系の1/5程度と弱く、また光
軸調整も非常に難しいという問題点がある。
In this boxcurse optical system, the measurement point is the focal point of the condenser lens 7 where the excitation light 2 and the superposed light beam 2.5 overlap, so the spatial resolution is high. However, there are problems in that the signal strength is weak, about 1/5 of that of a collinear curse optical system, and it is also very difficult to adjust the optical axis.

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたもので、実用的カース光学装置である上記コリニア
カース光学系とボックスカース光学系の各々の欠点を補
い、しかも各々の利点を併せ有するカース光学装置を提
供すること、さらに具体的には、空間分解能は高(、信
号強度はコリニアカース光学系の信号強度とボックスカ
ース光学系の信号強度の中間程度で比較的強く、しかも
光軸調整はカース光学装置の中で最も簡単なコリニアカ
ース光学系を基礎として而単に行えるようなカース光学
装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and compensates for the drawbacks of the collinear curse optical system and the box curse optical system, which are practical curse optical devices, and also takes advantage of the respective advantages. More specifically, it is an object of the present invention to provide a curse optical device that has a high spatial resolution (with a relatively strong signal strength between the signal strength of a collinear curse optical system and that of a box curse optical system, and a relatively strong optical The object of the present invention is to provide a Curse optical device in which axis adjustment can be easily performed based on a collinear Curse optical system, which is the simplest among Curse optical devices.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

前記問題点を解決するための手段を、実施例に対応する
第1図を用いて以下に説明する。
Means for solving the above problems will be explained below using FIG. 1 corresponding to the embodiment.

本発明のカース光学装置は、励起光2を発生する励起光
源lと、ストークス光5を発生するストークス光源4と
、前記励起光2とストークス光5との交差部に配設され
、前記励起光2またはストークス光5のいずれか一方を
透過させるとともに他方を反射させて前記透過した一方
の光束と前記反射した他方の光束とを平行にする二色鏡
10と、前記二色鏡10と測定点8との間に配設され、
前記二色鏡IOを経由した励起光2・およびストークス
光5の光束を測定点8に絞り込む集光レンズ7と、を備
えたカース光学装置において、前記励起光源1と前記二
色鏡10との間に前記励起光2の前記二色鏡10への入
射領域を調節する励起光用遮蔽器11を設けるとともに
、前記ストークス光源4と前記二色鏡10との間に前記
ストークス光5の前記二色鏡10への入射領域を調節す
るストークス光用遮蔽器12を設けることにより、前記
二色鏡10により平行にされる前記二つの光束11.1
2を密着して隣接させ得るように構成したたことを特徴
とするものである。
The Kerse optical device of the present invention includes an excitation light source 1 that generates excitation light 2, a Stokes light source 4 that generates Stokes light 5, and is disposed at the intersection of the excitation light 2 and Stokes light 5, and the excitation light a dichroic mirror 10 that transmits either Stokes light 5 or Stokes light 5 and makes the transmitted one luminous flux parallel to the other reflected luminous flux, and the dichroic mirror 10 and the measurement point. 8,
In the Curse optical device, the excitation light source 1 and the dichroic mirror 10 are combined with a condensing lens 7 that narrows the luminous flux of the excitation light 2 and the Stokes light 5 that have passed through the dichroic mirror IO to a measurement point 8. An excitation light shield 11 is provided between the Stokes light source 4 and the dichroic mirror 10 to adjust the area of incidence of the excitation light 2 on the dichroic mirror 10. By providing a Stokes light shield 12 that adjusts the incident area on the color mirror 10, the two light beams 11.1 are made parallel by the dichroic mirror 10.
2 can be placed closely adjacent to each other.

〔作 用〕[For production]

前述の特徴を備えた本発明によるカース光学装置では、
第1図に示すように、励起光art1で発生した励起光
2およびストークス光源4で発生したストークス光5の
いずれか一方の光束は、二色鏡10の裏面側から二色鏡
に入射して二色鏡を透過し、他方の光束は、二色鏡の表
面側から入射して二色鏡の表面で反射される。そして、
二色鏡10は、二色鏡を透過した光束および二色鏡で反
射された光束が、それらの光軸が平行となって集光レン
ズ7に入射するように配設されている。したがって、前
記励起光用遮蔽器11およびストークス光用遮蔽器12
によって励起光2およびストークス光5の二色鏡10へ
の入射領域を調節する際、二色鏡表面において、二色鏡
を透過する光束の透過領域と、二色鏡で反射される光束
の反射領域とが隙間なく隣接(密着)するように、前記
励起光用遮蔽器11およびストークス光用遮蔽器12を
調節すれば、励起光2およびストークス光5のそれぞれ
の光束は、互いに平行でそれらの境界面を密着させなが
ら集光レンズ8に入射することになる。したがって、励
起光2とストークス光5とは、集光レンズ7の焦点すな
わち測定点8まで重なり合うことがなく、しかも測定点
8における励起光2とストークス光5との交差角は極め
て小さくなる。
In the curse optical device according to the invention with the above-mentioned characteristics:
As shown in FIG. 1, either the excitation light 2 generated by the excitation light art 1 or the Stokes light 5 generated by the Stokes light source 4 enters the dichroic mirror from the back side of the dichroic mirror 10. The other beam passes through the dichroic mirror, and the other beam enters from the surface side of the dichroic mirror and is reflected by the surface of the dichroic mirror. and,
The dichroic mirror 10 is arranged so that the light beam transmitted through the dichroic mirror and the light beam reflected by the dichroic mirror enter the condenser lens 7 with their optical axes parallel to each other. Therefore, the excitation light shield 11 and the Stokes light shield 12
When adjusting the area of incidence of the excitation light 2 and Stokes light 5 on the dichroic mirror 10 by If the excitation light shield 11 and the Stokes light shield 12 are adjusted so that the regions are adjacent (in close contact) with each other without any gaps, the respective luminous fluxes of the excitation light 2 and the Stokes light 5 will be parallel to each other and their The light enters the condenser lens 8 while keeping the boundary surfaces in close contact with each other. Therefore, the excitation light 2 and the Stokes light 5 do not overlap up to the focal point of the condenser lens 7, that is, the measurement point 8, and the intersection angle between the excitation light 2 and the Stokes light 5 at the measurement point 8 is extremely small.

これによって、発生するカース光は信号強度が比較的大
きく、しかも空間分解能の高いものとなる。
As a result, the generated curse light has a relatively large signal intensity and a high spatial resolution.

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、図面により本発明によるカース光学装置の実施例
について説明する。なお、第2〜4図に示した前記従来
の各カース光学系と同一の要素には、同一の符号を用い
て説明する。
Embodiments of the curse optical device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same elements as in each of the conventional curse optical systems shown in FIGS. 2 to 4 will be described using the same reference numerals.

第1図は、本発明によるカース光学装置の第一実施例を
示す図であって、励起光源1は、波長λ、 =532ナ
ノメートルのレーザ光を励起光2として発生するもので
ある。そして、この励起光2は、横断面円形の光束から
形成されている。励起光源1から出た励起光2の光路上
にハーフミラ−3゜3が置かれている。このハーフミラ
−3,3によって反射された励起光2の一部分を用いて
ストークス光源4をポンピングし、横断面円形の光束か
らなるストークス光5を得るようになっている。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the Kurth optical device according to the present invention, in which an excitation light source 1 generates a laser beam having a wavelength λ = 532 nanometers as excitation light 2. The excitation light 2 is formed from a light beam having a circular cross section. A half mirror 3°3 is placed on the optical path of excitation light 2 emitted from an excitation light source 1. A portion of the excitation light 2 reflected by the half mirrors 3, 3 is used to pump the Stokes light source 4, thereby obtaining Stokes light 5 consisting of a light beam having a circular cross section.

今、計測対象が窒素分子であると仮定すれば、ストーク
ス光5の波長λ2は、λ2=607.3ナノメートルに
調節される。そして、前記ストークス光5のポンピング
に使用された励起光2の残りの部分はプリズム6で方向
を変えられて二色鏡10の裏面側に入射するようになっ
ている。この二色鏡10は、後述のように励起光2とス
トークス光5とが垂直に交差する部分において、前記励
起光2およびストークス光5の光路に対して45度傾斜
して配設されており、波長532ナノメートルの励起光
2はその大半を透過し、波長607.3ナノメートルの
ストークス光はその大半を反射する働きをするものであ
る。したがって、この二色鏡10を経由した前記励起光
2およびストークス光5の光束は平行となって集光レン
ズ7の方向に進行することとなる。そして、前記プリズ
ム6と前記二色鏡10との間には、励起光用遮蔽器とし
てのナイフェツジ11が励起光2の光路に垂直方向に位
置調整可能に設けられており、このナイフェツジ11の
位置を調整することにより、励起光2の二色鏡10への
入射領域を調整できるようになっている。この二色鏡1
0へ入射された励起光2は、二色鏡10を透過して集光
レンズ7に入射し、この集光レンズ7の焦点すなわち測
定点8に集光されるようになっている。一方、前記スト
ークス光源4で発生したストークス光5は前記励起光2
に垂直な方向から前記二色鏡10の表面側に入射するよ
うになっている。前記ストークス光源4と前記二色鏡1
0との間には、ストークス光用遮蔽器としてのナイフェ
ツジ12がストークス光5の光路に垂直方向に位置調整
可能に設けられており、このナイフェツジ12の位置を
調整することにより、ストークス光5の二色鏡10への
入射領域を調整できるようになっている。この二色鏡1
0へ入射されたストークス光5は、二色鏡10の表面で
反射して集光レンズ7に入射し、この集光レンズ7の焦
点すなわち測定点8に集光されるようになっている。
Now, assuming that the measurement target is nitrogen molecules, the wavelength λ2 of the Stokes light 5 is adjusted to λ2=607.3 nanometers. The remaining part of the excitation light 2 used for pumping the Stokes light 5 is changed in direction by the prism 6 and is made to enter the back side of the dichroic mirror 10. This dichroic mirror 10 is arranged at a 45 degree inclination with respect to the optical path of the excitation light 2 and the Stokes light 5 at a portion where the excitation light 2 and the Stokes light 5 intersect perpendicularly, as will be described later. , most of the excitation light 2 with a wavelength of 532 nm is transmitted, and most of the Stokes light with a wavelength of 607.3 nm is reflected. Therefore, the luminous fluxes of the excitation light 2 and the Stokes light 5 that have passed through the dichroic mirror 10 become parallel and proceed in the direction of the condenser lens 7. A knife 11 as an excitation light shield is provided between the prism 6 and the dichroic mirror 10 so that its position can be adjusted in a direction perpendicular to the optical path of the excitation light 2. By adjusting , the area of incidence of the excitation light 2 onto the dichroic mirror 10 can be adjusted. This dichroic mirror 1
The excitation light 2 incident on the dichroic mirror 10 passes through the dichroic mirror 10, enters the condenser lens 7, and is condensed at the focal point of the condenser lens 7, that is, at the measurement point 8. On the other hand, the Stokes light 5 generated by the Stokes light source 4 is transferred to the excitation light 2.
The light is made to enter the surface side of the dichroic mirror 10 from a direction perpendicular to . The Stokes light source 4 and the dichroic mirror 1
0, a knife 12 serving as a blocker for Stokes light is provided so that its position can be adjusted in a direction perpendicular to the optical path of the Stokes light 5. By adjusting the position of this knife 12, the Stokes light 5 can be The area of incidence on the dichroic mirror 10 can be adjusted. This dichroic mirror 1
The Stokes light 5 incident on the dichroic mirror 10 is reflected on the surface of the dichroic mirror 10, enters the condenser lens 7, and is condensed at the focal point of the condenser lens 7, that is, at the measurement point 8.

前記励起光2とストークス光5とは、前記集光レンズ7
によって測定点8で重ね合わされ、この測定点8におい
て、計測対象である窒素分子のカース光9が発生する。
The excitation light 2 and the Stokes light 5 are transmitted through the condenser lens 7.
are superimposed at a measurement point 8, and at this measurement point 8, curse light 9 of nitrogen molecules to be measured is generated.

この窒素分子のカース光9の波長は、473.3ナノメ
ートルである。このカース光9は前記励起光2およびス
トークス光5とともに、受光レンズ13に入射するよう
になっている。前記受光レンズ13を透過した前記励起
光2およびストークス光5は、二色鏡14によって側方
に反射され、この二色鏡14を透過したカース光9は、
分光器15に入射して分析される。
The wavelength of this nitrogen molecule curse light 9 is 473.3 nanometers. This curse light 9 is made to enter the light receiving lens 13 together with the excitation light 2 and the Stokes light 5. The excitation light 2 and Stokes light 5 that have passed through the light receiving lens 13 are reflected laterally by the dichroic mirror 14, and the curse light 9 that has passed through the dichroic mirror 14 is
The light enters the spectrometer 15 and is analyzed.

ところで、前記励起光2を透過させるとともに前記スト
ークス光5を反射させる前記二色vt10は、既述のよ
うに励起光2を100%透過させるわけではなく、また
ストークス光5の100%を反射させるわけではない。
By the way, the dichroic VT10 that transmits the excitation light 2 and reflects the Stokes light 5 does not transmit 100% of the excitation light 2 as described above, and also reflects 100% of the Stokes light 5. Do not mean.

すなわち、二色焼10に入射した励起光2の一部は反射
して反射漏れ光2aとなり、また、二色鏡10に入射し
たストークス光5の一部は透過して透過漏れ光5aとな
る。
That is, a part of the excitation light 2 that has entered the dichroic mirror 10 is reflected and becomes reflected leakage light 2a, and a part of the Stokes light 5 that has entered the dichroic mirror 10 is transmitted and becomes transmitted leakage light 5a. .

そして、本実施例においては、これらの反射漏れ光2a
および透過漏れ光5aを両者の光軸に直行するように配
置した半透明のスクリーン16に投影するようにして、
二色焼10を経由した励起光2及びストークス光5の重
なり具合を容易に観察できるように構成しである。
In this embodiment, these reflected leakage lights 2a
And the transmitted leakage light 5a is projected onto a semi-transparent screen 16 arranged perpendicular to the optical axis of both,
The structure is such that the overlapping state of the excitation light 2 and the Stokes light 5 that have passed through the dichroic ray 10 can be easily observed.

前述の構成を備えた本発明によるカース光学装置の実施
例においては、最初に、ナイフェツジ11および12を
、それらが励起光2およびス)−ラス光5の光路内に突
出しない後退位置1)ll ptに配置した状態で、前
述コリニアカース光学系と同様にして容易に光軸調整を
行うことができる。そして、この状態で励起光2とスト
ークス光5とを集光レンズ7により測定点8に絞り込む
と、測定点8で発生するカース光9は、前記コリニアカ
ース光学系と同様に集光レンズ7の光軸l上に現れるこ
ととなる。このとき、励起光2およびストークス光5の
それぞれの光束の中心軸も前記光軸l上にある。すなわ
ち、このときの位相整合条件は、前記第6図のコリニア
カース光学系のベクトル表示図に示すものと同様になっ
ている。また、このとき、前記反射漏れ光2aおよび透
過漏れ光5aの前記スクリーン16上での投影形状は、
相互に全く重なり合っている。次に、前記光軸上に現れ
たカース光9を前記分光器15で観察しながら、前記ナ
イフェツジ11および12を、前記後退位置p++ p
tから突出位置ρ3.ρ4に向けて、励起光2およびス
トークス光5の光路内に徐々に突出させて行くと、その
突出量に応じて、励起光2およびストークス光5のそれ
ぞれの光束の中心線の位置とカース光9の発生する方向
とが徐々に集光レンズ7の光軸から離れていき、カース
光9の発生する方向は励起光2の方向に次第に偏ってい
く。一方、前記ナイフェツジ11および12が前記後退
位tp+、 pzから突出位置!’31 paの方に突
出していくと、前記スクリーン16上で重なり合ってい
た前記反射漏れ光2aおよび透過漏れ光5aの投影形状
は、重なり合う領域が次第に縮小していく。
In an embodiment of the Kurth optical device according to the invention with the above-mentioned configuration, the knives 11 and 12 are first placed in a retracted position 1) in which they do not protrude into the optical path of the excitation light 2 and the beam light 5. pt, the optical axis can be easily adjusted in the same manner as the collinear curse optical system described above. In this state, when the excitation light 2 and the Stokes light 5 are condensed to the measurement point 8 by the condenser lens 7, the curse light 9 generated at the measurement point 8 is absorbed by the condenser lens 7 as in the collinear curse optical system. It will appear on the optical axis l. At this time, the central axes of the respective luminous fluxes of the excitation light 2 and the Stokes light 5 are also on the optical axis l. That is, the phase matching conditions at this time are similar to those shown in the vector diagram of the collinear curse optical system in FIG. 6. Further, at this time, the projected shape of the reflected leakage light 2a and the transmitted leakage light 5a on the screen 16 is as follows:
They completely overlap each other. Next, while observing the cursed light 9 appearing on the optical axis with the spectroscope 15, the knives 11 and 12 are moved to the retreated position p++p.
Protruding position ρ3 from t. When the excitation light 2 and the Stokes light 5 are gradually projected into the optical paths toward ρ4, the positions of the center lines of the respective luminous fluxes of the excitation light 2 and the Stokes light 5 and the curse light change depending on the amount of projection. The direction in which the curse light 9 is generated gradually moves away from the optical axis of the condenser lens 7, and the direction in which the curse light 9 is generated gradually shifts toward the direction of the excitation light 2. On the other hand, the knife blades 11 and 12 are in a protruding position from the retracted position tp+, pz! '31 pa, the projected shape of the reflected leakage light 2a and the transmitted leakage light 5a that overlapped on the screen 16 gradually reduces the overlapping area.

この様子は、矢印A−A’方向から半透明のスクリーン
16を観察することにより容易に確かめることができる
。そして第8図に示すように、前記反射漏れ光2aと透
過漏れ光5aとの投影形状がそれぞれ略半円となって両
者の重なり合う領域がOになった状態が観察されたとき
、すなわち、前記ナイフェツジ11および12が所要の
突出位置J)z+ 94にまで到達したことが確認され
たとき両者の突出を停止させる。このとき、前記二色鏡
10の表面においても、前記励起光2の通過領域と前記
ストークス光5の反射領域とがそれらの境界線上で相接
していることになる。この際、集光レンズ7に入射する
励起光2の光束とストークス光5の光束とは、その断面
積はいずれも当初の光束の約172となっており、それ
らの境界面が隙間なく隣接することになる。この状態で
は、励起光2とストークス光5とは、前記のように隣接
しているにもかかわらず、測定点8に到るまでは互いに
重なり合うことがない。
This situation can be easily confirmed by observing the translucent screen 16 from the direction of arrow AA'. As shown in FIG. 8, when a state is observed in which the projected shapes of the reflected leakage light 2a and the transmitted leakage light 5a are approximately semicircular, and the overlapping area of the two is O, that is, the When it is confirmed that the knives 11 and 12 have reached the required protrusion position J)z+94, the protrusion of both is stopped. At this time, also on the surface of the dichroic mirror 10, the passage area of the excitation light 2 and the reflection area of the Stokes light 5 are in contact with each other on their boundary line. At this time, the cross-sectional area of the excitation light 2 light flux and the Stokes light 5 light flux that enter the condenser lens 7 is approximately 172 times the original light flux, and their boundary surfaces are adjacent to each other without any gap. It turns out. In this state, the excitation light 2 and the Stokes light 5 do not overlap each other until they reach the measurement point 8, although they are adjacent to each other as described above.

そして、上記の状態で発注するカース光9の強度及び方
向について、これをベクトル表示図で表せば、前記第5
図にゼネラルカース光学系の位相整合条件のベクトル表
示図においてその交差角θを極めて小としたものとなる
(図示せず)。そこで、前記位相整合条件にしたがって
算出したカース光9の発生方向の所定位置に分光器15
を置いて観測することにより、前記カース光9を計測す
ることができるものである。
Regarding the intensity and direction of the curse light 9 ordered in the above state, if this is expressed in a vector diagram, the fifth
In the figure, the intersection angle θ is extremely small in the vector representation of the phase matching conditions of the General Curse optical system (not shown). Therefore, a spectroscope 15 is placed at a predetermined position in the generation direction of the cursed light 9 calculated according to the phase matching condition.
By placing and observing the cursed light 9, the cursed light 9 can be measured.

次に、前記実施例のカース光学装置と、とのカース光学
装置のナイフェツジ11および12を省略したコリニア
カース光学装置と、これらと同様の励起光源、ストーク
ス光源および集光レンズ等を用いて構成したボックスカ
ース光学装置とを用いて比較実験した実験結果を第9図
により説明する。
Next, a collinear Curse optical device was constructed using the Curse optical device of the above embodiment, a collinear Curse optical device in which the knives 11 and 12 of the Curse optical device were omitted, and an excitation light source, a Stokes light source, a condensing lens, etc. similar to these. The results of a comparative experiment using the boxcurse optical device will be explained with reference to FIG.

測定点の所に、空気中では濃度の低い二酸化炭素をキャ
ピラリーから噴出させ、光軸上に沿って測定点の前後で
キャピラリーを移動させ、測定点(すなわち集光レンズ
の焦点)の所でのカース光の強度を基準としたときの距
離と相対強度の関係は第9図のようになった。
Carbon dioxide, which has a low concentration in the air, is ejected from a capillary at the measurement point, and the capillary is moved before and after the measurement point along the optical axis. The relationship between distance and relative intensity is as shown in FIG. 9 when the intensity of the cursed light is used as a reference.

第9図において、横軸りは、焦点よりの距離であり、0
が焦点、プラス側が焦点より下流側、マイナス側が焦点
より上流側、縦軸がカース光の相対強度である。グラフ
Cは、前記コリニアカース光学装置による実験結果を示
す。すなわちL=0の点での強度を1.0とし、L=±
3mm付近迄カー付近全カース光いる曲線となっている
。したがって、カース光を検出する領域としては、6m
mで、空間分解能は5mmということになる。グラフB
は、前記ボックスカース光学装置による実験結果を示す
。グラフCに比べると、相対強度は1/7に下がってい
るが、空間分解能としては、約0.5mmと12倍にな
っていることが分かる。したがって、ボックスカース光
学装置では、測定対象の濃度が高く、しかも空間分解能
が議論の対象となる場合には適するが、濃度が低い場合
には、検出が不可能になることが分かる。
In Figure 9, the horizontal axis is the distance from the focal point, 0
is the focus, the plus side is downstream from the focus, the minus side is upstream from the focus, and the vertical axis is the relative intensity of the curse light. Graph C shows experimental results using the collinear curse optical device. In other words, the intensity at the point L=0 is 1.0, and L=±
It is a curve in which all the curses near the car shine until around 3mm. Therefore, the area for detecting curse light is 6 m.
m, the spatial resolution is 5 mm. Graph B
shows experimental results using the boxcurse optical device. It can be seen that although the relative intensity has decreased to 1/7 compared to graph C, the spatial resolution has increased 12 times to about 0.5 mm. Therefore, it can be seen that the boxcurse optical device is suitable when the concentration of the object to be measured is high and the spatial resolution is a consideration, but it becomes impossible to detect when the concentration is low.

グラフには、前記本発明のカース光学装置の実施例によ
る実験結果を示す。グラフKによると、空間分解能は2
mmと前記コリニアカース光学装置と比べると約3倍に
改善されている。そして、グラフには、L=0の点にお
ける相対強度をコリニアカース光学装置のグラフCと比
較すると約4割減衰しただけであり、ボックスカース光
学装置のグラフBと比較すると信号強度が改善されてい
ることが分かる。
The graph shows experimental results based on the embodiment of the Curse optical device of the present invention. According to graph K, the spatial resolution is 2
mm, which is an improvement of about three times compared to the collinear curse optical device. The graph shows that the relative intensity at the point L=0 has been attenuated by only about 40% when compared with graph C for the collinear curse optical device, and that the signal strength has been improved when compared with graph B for the box curse optical device. I know that there is.

以上本発明によるカース光学装置の実施例を詳説したが
、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特
許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく、
種々の設計変更を行うことが可能である。たとえば、励
起光の光路とストークス光の光路との交差部に配設した
二色鏡は、励起光を透過させてストークス光を反射させ
るものを使用する代わりに、励起光を反射させてストー
クス光を透過させるものを使用することも可能であり、
また、励起光とストークス光との交差部に配設した二色
鏡表面での励起光およびストークス光の通過領域が接し
ているかどうかは、二色鏡を直接観察することによって
確かめることも可能である。
Although the embodiments of the curse optical device according to the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and without departing from the scope of the present invention described in the claims.
Various design changes are possible. For example, instead of using a dichroic mirror placed at the intersection of the excitation light optical path and the Stokes light optical path, which transmits the excitation light and reflects the Stokes light, it reflects the excitation light and produces the Stokes light. It is also possible to use something that transmits
It is also possible to check whether the passage areas of the excitation light and Stokes light on the surface of the dichroic mirror placed at the intersection of the excitation light and Stokes light are in contact by directly observing the dichroic mirror. be.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明によれば、コリニアカース光学系
とボックスカース光学系の各々の欠点を補い、しかも各
々の利点を併せ有するカース光学装置、具体的には、コ
リニアカース光学系に比べて空間分解能は高く、信号強
度はコリニアカース光学系の信号強度とボックスカース
光学系の信号強度の中間程度で比較的強く、しかも光軸
調整はカース光学装置の中で最も簡単なコリニアカース
光学系と同様に簡単に行えるカース光学装置が得られる
ものである。
As described above, according to the present invention, a curse optical device compensates for the drawbacks of each of the collinear curse optical system and the box curse optical system, and also has the advantages of each, specifically, compared to the collinear curse optical system. The spatial resolution is high, and the signal strength is relatively strong, between the signal strength of a collinear curse optical system and that of a box curse optical system, and the optical axis adjustment is the simplest among the curse optical devices. A similarly simple curse optical device is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明によるカース光学装置の一実施例の説
明図、 第2〜4図は、従来のカース光学系の説明図であって、
第2図はゼネラルカース光学系、第3図はコリニアカー
ス光学系、第4図はボックスカース光学系を示す。 第5図は、前記ゼネラルカース光学系の位相整合条件の
ベクトル表示図、 第6図は、前記コリニアカース光学系の位相整合条件の
ベクトル表示図、 第7図は、前記ボックスカース光学系の位相整合条件の
ベクトル表示図、 第8図は、第1図のA−A ’線矢視図、第9図は、本
発明のカース光学装置と、従来のコリニアカース光学装
置およびボックスカース光学装置を用いてカース光の測
定を行った測定結果の比較説明図、である。 1・・・励起光源、      2・・・励起光、2a
・・・反射漏れ光、    4・・・ストークス光源、
5・・・ストークス光、   5a・・・透過漏れ光、
7・・・集光レンズ、    8・・・測定点(焦点)
、9・・・カース光、      lO・・・二色鏡、
11・・・ナイフェツジ(励起光用遮蔽器)、12・・
・ナイフェツジ(ストークス光用遮蔽器)、16・・・
スクリーン、 代理人 弁理士 平 木 祐 輔 3:ハーフミラ− 2:励起元 viJ3  図(コリニアカース光学系)第 ll(ボ
ックスカース光学系) 四 2,5 上流      焦      下流 点
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a curse optical device according to the present invention, and FIGS. 2 to 4 are explanatory diagrams of a conventional curse optical system,
FIG. 2 shows a general curse optical system, FIG. 3 shows a collinear curse optical system, and FIG. 4 shows a box curse optical system. FIG. 5 is a vector representation diagram of the phase matching conditions of the general curse optical system, FIG. 6 is a vector representation diagram of the phase matching conditions of the collinear curse optical system, and FIG. 7 is a vector representation diagram of the phase matching conditions of the box curse optical system. A vector representation diagram of matching conditions. FIG. 8 is a view taken along the line A-A' in FIG. FIG. 4 is a comparative explanatory diagram of measurement results obtained by measuring curse light using the method. 1... Excitation light source, 2... Excitation light, 2a
...Reflected leakage light, 4...Stokes light source,
5...Stokes light, 5a...Transmitted leak light,
7... Condenser lens, 8... Measurement point (focal point)
, 9...curse light, lO... dichroic mirror,
11... Naifetsuji (excitation light shield), 12...
・Naifetsuji (Stokes light shield), 16...
Screen, Agent Patent Attorney Yusuke Hiraki 3: Half mirror 2: Excitation source viJ3 Figure (Collinear Curse Optical System) No. 11 (Box Curse Optical System) 4 2, 5 Upstream Focus Downstream Point

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、励起光を発生する励起光源と、 ストークス光を発生するストークス光源と、前記励起光
とストークス光との交差部に配設され、前記励起光また
はストークス光のいずれか一方を透過させるとともに他
方を反射させて前記透過した一方の光束と前記反射した
他方の光束とを平行にする二色鏡と、 前記二色鏡と測定点との間に配設され、前記二色鏡を経
由した励起光およびストークス光の光束を測定点に絞り
込む集光レンズと、 を備えたカース光学装置において、 前記励起光源と前記二色鏡との間に前記励起光の前記二
色鏡への入射領域を調節する励起光用遮蔽器を設けると
ともに、前記ストークス光源と前記二色鏡との間に前記
ストークス光の前記二色鏡への入射領域を調節するスト
ークス光用遮蔽器を設けることにより、前記二色鏡によ
り平行にされる前記二つの光束を密着して隣接させ得る
ように構成したことを特徴とするカース光学装置。 2、前記励起光用遮蔽器およびストークス光用遮蔽器は
、いずれもナイフエッジ状に形成されるとともに、それ
ぞれ前記励起光およびストークス光の進行方向に対して
垂直方向に移動して位置調節されることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載のカース光学装置。 3、前記励起光源には、ヤグレーザ、エキシマレーザま
たは窒素レーザのいずれかを用い、前記ストークス光源
には、波長可変のレーザを用いたことを特徴とする特許
請求の範囲第1項または第2項に記載のカース光学装置
。 4、励起光を発生する励起光源と、 ストークス光を発生するストークス光源と、前記励起光
とストークス光との交差点に配設され、前記励起光を透
過させるとともに前記ストークス光を反射させて前記透
過した励起光の光束と前記反射したストークス光の光束
とを平行にする二色鏡と、 前記二色鏡と測定点との間に配設され、前記二色鏡を経
由した励起光およびストークス光の光束を測定点に絞り
込む集光レンズと、 を備えたカース光学装置において、 前記励起光源と前記二色鏡との間に前記励起光の前記二
色鏡への入射領域を調節する励起光用遮蔽器を設けると
ともに、前記ストークス光源と前記二色鏡との間に前記
ストークス光の前記二色鏡への入射領域を調節するスト
ークス光用遮蔽器を設けることにより、前記二色鏡によ
り平行にされる前記二つの光束を密着して隣接させ得る
ように構成するとともに、さらに、前記二色鏡からの前
記励起光の反射漏れ光および前記二色鏡からの前記スト
ークス光の透過漏れ光を投影するための半透明のスクリ
ーンとを設けたことを特徴とするカース光学装置。
[Scope of Claims] 1. An excitation light source that generates excitation light; a Stokes light source that generates Stokes light; and a source that is disposed at the intersection of the excitation light and Stokes light, and that emits either the excitation light or the Stokes light. a dichroic mirror that transmits one beam and reflects the other to make the transmitted one luminous flux and the reflected other luminous flux parallel; and a dichroic mirror disposed between the dichroic mirror and the measurement point, a condensing lens that narrows a luminous flux of excitation light and Stokes light via a colored mirror to a measurement point; in a Kerse optical device, the dichroic mirror of the excitation light is located between the excitation light source and the dichroic mirror; An excitation light shield is provided to adjust an area of incidence of the Stokes light to the dichroic mirror, and a Stokes light shield is provided between the Stokes light source and the dichroic mirror to adjust an area of incidence of the Stokes light to the dichroic mirror. A curse optical device characterized in that the two light beams made parallel by the dichroic mirror can be brought into close contact and adjacent to each other. 2. The excitation light shield and the Stokes light shield are both formed in a knife-edge shape, and their positions are adjusted by moving in a direction perpendicular to the traveling direction of the excitation light and Stokes light, respectively. A curse optical device according to claim 1, characterized in that: 3. The excitation light source is a Yag laser, an excimer laser, or a nitrogen laser, and the Stokes light source is a wavelength-tunable laser. Curse optical device described in. 4. An excitation light source that generates excitation light, a Stokes light source that generates Stokes light, and is disposed at the intersection of the excitation light and Stokes light, and transmits the excitation light and reflects the Stokes light to transmit the transmitted light. a dichroic mirror that parallelizes the luminous flux of the excitation light and the reflected Stokes light; and a dichroic mirror disposed between the dichroic mirror and the measurement point, the excitation light and the Stokes light passing through the dichroic mirror. a condensing lens that narrows down a luminous flux to a measurement point, and an excitation light beam between the excitation light source and the dichroic mirror that adjusts an incident area of the excitation light to the dichroic mirror. By providing a shielding device and a Stokes light shielding device between the Stokes light source and the dichroic mirror to adjust the incident area of the Stokes light to the dichroic mirror, the dichroic mirror allows the Stokes light to the two light beams are closely adjacent to each other, and furthermore, the reflected leakage light of the excitation light from the dichroic mirror and the transmitted leakage light of the Stokes light from the dichroic mirror are projected. A curse optical device characterized in that it is provided with a translucent screen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009515079A (en) * 2005-11-04 2009-04-09 ゾロ テクノロジーズ,インコーポレイティド Method and apparatus for spectroscopic measurements in a combustor of a gas turbine engine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009515079A (en) * 2005-11-04 2009-04-09 ゾロ テクノロジーズ,インコーポレイティド Method and apparatus for spectroscopic measurements in a combustor of a gas turbine engine

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