JPS6281550A - 光音響分光装置 - Google Patents
光音響分光装置Info
- Publication number
- JPS6281550A JPS6281550A JP60222216A JP22221685A JPS6281550A JP S6281550 A JPS6281550 A JP S6281550A JP 60222216 A JP60222216 A JP 60222216A JP 22221685 A JP22221685 A JP 22221685A JP S6281550 A JPS6281550 A JP S6281550A
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- JP
- Japan
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- sound
- light
- measured
- sound receiving
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1702—Systems 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
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、物質の深さ、表面状態を測定する光音響分光
装置に関するものである。
装置に関するものである。
従来の技術
近年、光音響分光装置は、薄膜の膜厚測定や物質の断面
１表面状態を分析するのに多く用いられている。
１表面状態を分析するのに多く用いられている。
従来の技術としては、例えば、沢田嗣部「光音響分光法
とその応用−ＰＡＳＪ学会出版センターに示されている
ような光音響分光装置がある。
とその応用−ＰＡＳＪ学会出版センターに示されている
ような光音響分光装置がある。
以下図面をβＨしながら、上述した従来の光音響分光装
置の一例について説明する。第２図は従来の光音響分光
装置の構成を示すものである。
置の一例について説明する。第２図は従来の光音響分光
装置の構成を示すものである。
第２図において、１はレーザ、２と４はレンズで、レー
ザ１の光を平行光にするものである。３はチョッパで、
レーザ１の光を周波数変調するものである。Ａはチョッ
パ３で周波数変調されたレーザ１からの出射光で、Ｂは
人と同様にチョッパ３で周波数変調されたレーザ１から
の参照光である。６はセルとよばれる密閉容器で、この
セル６内に被測定試料６とマイクロホン７が設置されて
いる。８はマイクロホン７の音響信号を増幅するアンプ
である。９は参照光Ｂを電気に変換する受光器である。
ザ１の光を平行光にするものである。３はチョッパで、
レーザ１の光を周波数変調するものである。Ａはチョッ
パ３で周波数変調されたレーザ１からの出射光で、Ｂは
人と同様にチョッパ３で周波数変調されたレーザ１から
の参照光である。６はセルとよばれる密閉容器で、この
セル６内に被測定試料６とマイクロホン７が設置されて
いる。８はマイクロホン７の音響信号を増幅するアンプ
である。９は参照光Ｂを電気に変換する受光器である。
１０はロックインアンプでマイクロホン７の微少な音響
信号を検出するものである。
信号を検出するものである。
１１は記録計で、結果を記録するものである。
以上のように構成された光音響分光装置について、以下
その動作について説明する。
その動作について説明する。
まず、レーザ１からの光はレンズ２で平行光になりチョ
ッパ３に導かれ、ここで出射先人と参照光Ｂとに分けら
れる。チョッパ３はレーザ１からの光の変調周波数を変
化させるもので、これによって物質のスベク）／し分析
ができる。変調周波数は１０１１ｚ〜１ＫＩＩｚの機械
式回転チョッパ、あるいは１０ＫＨｚまで可能なレーザ
１の光を直接輝度変調する電源変調方式チョッパを用い
る。
ッパ３に導かれ、ここで出射先人と参照光Ｂとに分けら
れる。チョッパ３はレーザ１からの光の変調周波数を変
化させるもので、これによって物質のスベク）／し分析
ができる。変調周波数は１０１１ｚ〜１ＫＩＩｚの機械
式回転チョッパ、あるいは１０ＫＨｚまで可能なレーザ
１の光を直接輝度変調する電源変調方式チョッパを用い
る。
出射先人はレンズ４で再び平光性となりセ／Ｌ／６内に
設けた被測定試料６に照射すると、セル６の内部に音波
が発生する。この現象を光音響効果という。つまり、光
音響分光装置はこの光音響効果を用いたもので、物質に
よる光吸収の結果、生じる熱を音響信号としてとらまえ
るものである。上記発生した音波はコンデンサ、あるい
は圧電マイクロホン７で収音し、アンプ８で増幅されロ
ックインアンプ１０に導かれる。
設けた被測定試料６に照射すると、セル６の内部に音波
が発生する。この現象を光音響効果という。つまり、光
音響分光装置はこの光音響効果を用いたもので、物質に
よる光吸収の結果、生じる熱を音響信号としてとらまえ
るものである。上記発生した音波はコンデンサ、あるい
は圧電マイクロホン７で収音し、アンプ８で増幅されロ
ックインアンプ１０に導かれる。
一方、上記参照光Ｂは受光器９で電気に変換され同様に
ロックインアンプ１ｏに導かれる。このロックインアン
プ１０で参照光Ｂとマイクロホン７の音響信号を比較処
理し、信号対雑音比の低い状態におけるマイクロホン７
の微少な音響信号成分のみを検出する。得られた音響成
分は記録計１１で記録される。
ロックインアンプ１ｏに導かれる。このロックインアン
プ１０で参照光Ｂとマイクロホン７の音響信号を比較処
理し、信号対雑音比の低い状態におけるマイクロホン７
の微少な音響信号成分のみを検出する。得られた音響成
分は記録計１１で記録される。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、上記のような構成では発光源のレーザと
収音するマイクロホンが必要である。したがって、マイ
クロホンの音響信号は外部からの誘導雑５音に弱いため
不安定であるという問題点を有しておシ、安定性の高い
光音響分光装置の開発が望まれている。
収音するマイクロホンが必要である。したがって、マイ
クロホンの音響信号は外部からの誘導雑５音に弱いため
不安定であるという問題点を有しておシ、安定性の高い
光音響分光装置の開発が望まれている。
本発明は上記問題点に鑑み、耐電磁誘導性に優れた光音
響分光装置を提供するものである。
響分光装置を提供するものである。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するため本発明の光音響分光装置は、
密閉箱内にレンズと受音振動膜とが近接且つ対向する多
光束干渉系と被測定試料とを対向するように配置し、チ
ョッパにて周波数変調されたレーザ光を上記束多光束干
渉系と被測定試料に照射し、上記被測定試料に照射して
得られた音響信号を上記多光束干渉糸で検出する構成で
ある。
密閉箱内にレンズと受音振動膜とが近接且つ対向する多
光束干渉系と被測定試料とを対向するように配置し、チ
ョッパにて周波数変調されたレーザ光を上記束多光束干
渉系と被測定試料に照射し、上記被測定試料に照射して
得られた音響信号を上記多光束干渉糸で検出する構成で
ある。
作用
本発明は上記した構成によって、収音した音響信号が光
ファイバで伝送できるため耐電磁誘導性に優れた性能が
得られることになる。
ファイバで伝送できるため耐電磁誘導性に優れた性能が
得られることになる。
実施例
以下本発明の一実施例の光音響分光装置について、図面
を参照しながら説明する。第１図は本発明の一実施例に
おける光音響分光装置の構成を示すものである。
を参照しながら説明する。第１図は本発明の一実施例に
おける光音響分光装置の構成を示すものである。
第１図において、１２は光アイソレータでレーザ１への
帰還光を防止するものである。１４は半透明鏡の受音微
動膜、１６はレンズで受音振動膜側は半透明鏡になって
いる。人はレーザ１の出射光、Ｂは参照光、Ｃは受音振
動膜１４を透過した透過光、Ｄは受音振動膜１４とレン
ズ１６から成る多光束干渉系の干渉光、Ｂは多光束干渉
糸から得られた光の音響信号（以下、単に光信号という
）。
帰還光を防止するものである。１４は半透明鏡の受音微
動膜、１６はレンズで受音振動膜側は半透明鏡になって
いる。人はレーザ１の出射光、Ｂは参照光、Ｃは受音振
動膜１４を透過した透過光、Ｄは受音振動膜１４とレン
ズ１６から成る多光束干渉系の干渉光、Ｂは多光束干渉
糸から得られた光の音響信号（以下、単に光信号という
）。
１３は光信号Ｅを取り出すためのビームスプリッなお、
１はレーザ、３はチョッパ、５はセル。
１はレーザ、３はチョッパ、５はセル。
６は被測定試料、９ａ 、 ９ｂは受光器、１０はロッ
クインアンプ、１１は記録計で、これらは従来の構成と
同じものである。
クインアンプ、１１は記録計で、これらは従来の構成と
同じものである。
以上のように構成された光音響分光装置について、以下
第１図を用いて説明する。筐ず、レーザ１からの出射先
人はチョッパ３で周波数変調され一方は参照光Ｂとして
、もう一方は光アイソレータ１２を介して光ファイバ１
６１Ｌに結合され、さらにビームスプリッタ１３、光フ
ァイバ１６ｂを介してセル６内に固定されたレンズ１５
に導かれる。レンズ′１６の光軸上に受音振動膜１４と
被測定試料６がセ／Ｌ’Ｓ内に配置してあり、レンズ１
５と受音振動膜１４とは近接すると同時に対向する位置
関係にある。受音振動膜１４は厚さが１２．６μｍのポ
リイミドフィルムのレンズ１５側にＡｕを蒸着して、反
射率を６０％にしている。レンズ１６の受音振動膜１４
側にＡｕを蒸着して、同様に反射率を６０％にしている
。この場合、Ａｕの蒸１６に入射した光は、レンズ１６
の５０％反射面と受音振動膜１４０５０％反射面とで多
光束干渉系を形成し、干渉光りが得られると同時に受音
振動膜１４を透過する透過光Ｃが得られる。この透過光
Ｃを被測定試料６に照射すると被測定試料らから音波が
発生する。この現象は従来例と同じである。発生した音
波によって受音振動膜１４は変位し、多光束干渉系であ
る受音振動膜１４とレンズ１６との間隔が変化する。し
次がって光信号Ｅも変化する。この原理を説明する。い
１、レンズ１６の６０％反射面からの光の強度を工ｉ、
レンズ１５の６０％反射面からの光が受音振動膜１４の
５０％反射面で反射されて再びレンズ１６０５０％反射
面に戻ってくる光の強度をＩｒとすると、光信号Ｅはエ
エとＩｒとの比、すなわち強度反射係数で決定され、次
式で表すことができる。
第１図を用いて説明する。筐ず、レーザ１からの出射先
人はチョッパ３で周波数変調され一方は参照光Ｂとして
、もう一方は光アイソレータ１２を介して光ファイバ１
６１Ｌに結合され、さらにビームスプリッタ１３、光フ
ァイバ１６ｂを介してセル６内に固定されたレンズ１５
に導かれる。レンズ′１６の光軸上に受音振動膜１４と
被測定試料６がセ／Ｌ’Ｓ内に配置してあり、レンズ１
５と受音振動膜１４とは近接すると同時に対向する位置
関係にある。受音振動膜１４は厚さが１２．６μｍのポ
リイミドフィルムのレンズ１５側にＡｕを蒸着して、反
射率を６０％にしている。レンズ１６の受音振動膜１４
側にＡｕを蒸着して、同様に反射率を６０％にしている
。この場合、Ａｕの蒸１６に入射した光は、レンズ１６
の５０％反射面と受音振動膜１４０５０％反射面とで多
光束干渉系を形成し、干渉光りが得られると同時に受音
振動膜１４を透過する透過光Ｃが得られる。この透過光
Ｃを被測定試料６に照射すると被測定試料らから音波が
発生する。この現象は従来例と同じである。発生した音
波によって受音振動膜１４は変位し、多光束干渉系であ
る受音振動膜１４とレンズ１６との間隔が変化する。し
次がって光信号Ｅも変化する。この原理を説明する。い
１、レンズ１６の６０％反射面からの光の強度を工ｉ、
レンズ１５の６０％反射面からの光が受音振動膜１４の
５０％反射面で反射されて再びレンズ１６０５０％反射
面に戻ってくる光の強度をＩｒとすると、光信号Ｅはエ
エとＩｒとの比、すなわち強度反射係数で決定され、次
式で表すことができる。
ここで、
δ ＝＝ａπ・ｎｏ−ｄ−ｃｏｓ（ｘ）／λａ＝ａＯ＋
Δｄ ｒ＝ｒ１ ＝ｒ２ ｒ ：レンズ端、受音振動膜の振幅反射係数ｎｏ：空気
の屈折率 ｄｏ：レンズ端と受音振動膜との間隔 Δｄ：受音振動膜の変位 Ｘ ：レンズ端から空気への屈折角 λ ：レーザの波長 である。
Δｄ ｒ＝ｒ１ ＝ｒ２ ｒ ：レンズ端、受音振動膜の振幅反射係数ｎｏ：空気
の屈折率 ｄｏ：レンズ端と受音振動膜との間隔 Δｄ：受音振動膜の変位 Ｘ ：レンズ端から空気への屈折角 λ ：レーザの波長 である。
いま、λを８３０ｎｍとし、ｄｏを最適に設定すると、
第（１）式から強度反射係数がｄの値によって変化する
。つまり、受音振動膜の変位Δｄによって変化すること
がわかる。得られた光信号と参照光Ｂとは、共に受光器
９＆ 、９ｂで電気に変換され、従来例と同様にロック
インアンプ１０で比較処理し、信号対雑音比の低い秋ａ
Ｋおける光信号Ｅの微少な音響信号成分のみを検出する
。得られた音響信号成分は記録計で記録される。第１図
において、レンズ１６からビームスプリッタ１３までを
光ファイバ１６ｂで結合すれば、伝送系は全て光信号に
なり外部からの電磁誘導雑音の影響を受けない。したが
って、安定性の高い音響信号が得られる。
第（１）式から強度反射係数がｄの値によって変化する
。つまり、受音振動膜の変位Δｄによって変化すること
がわかる。得られた光信号と参照光Ｂとは、共に受光器
９＆ 、９ｂで電気に変換され、従来例と同様にロック
インアンプ１０で比較処理し、信号対雑音比の低い秋ａ
Ｋおける光信号Ｅの微少な音響信号成分のみを検出する
。得られた音響信号成分は記録計で記録される。第１図
において、レンズ１６からビームスプリッタ１３までを
光ファイバ１６ｂで結合すれば、伝送系は全て光信号に
なり外部からの電磁誘導雑音の影響を受けない。したが
って、安定性の高い音響信号が得られる。
以上のように本実施例によれば、音響信号を直接光信号
に変換する多光束干渉系を用いた音響−光変換器方式に
よって、耐電磁誘導性に優れた性能が得られる。
に変換する多光束干渉系を用いた音響−光変換器方式に
よって、耐電磁誘導性に優れた性能が得られる。
発明の効果
以上のように本発明は、音響信号を直接光信号に変換す
る多光束干渉系を用いた音響−光変換器方式によって、
光フアイバ伝送可能となり、耐電磁誘導性に優れた音響
信号が得られる。さらに、測定部に電気を使用していな
いため、スパークによる爆発の危険性がなく、防爆性を
必要とするガス、有機溶剤等の測是にも１史用できる。
る多光束干渉系を用いた音響−光変換器方式によって、
光フアイバ伝送可能となり、耐電磁誘導性に優れた音響
信号が得られる。さらに、測定部に電気を使用していな
いため、スパークによる爆発の危険性がなく、防爆性を
必要とするガス、有機溶剤等の測是にも１史用できる。
第１図は本発明の一実施例における光音響分光装置の構
成図、第２図は従来の光音響分光装置の１・・・・・・
レーザ、３・・・・・・チョッパ、５・・・・・・セル
、６・・・・・・被測定試料、１４・・・・・・受音振
動膜、１６・・・・・・レンズ 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名１３
−一化一ムスフ１ソッグ
成図、第２図は従来の光音響分光装置の１・・・・・・
レーザ、３・・・・・・チョッパ、５・・・・・・セル
、６・・・・・・被測定試料、１４・・・・・・受音振
動膜、１６・・・・・・レンズ 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名１３
−一化一ムスフ１ソッグ
Claims (1)
- 密閉箱内にレンズと受音振動膜とが近接且つ対向する多
光束干渉系を有し、上記多光束干渉系と被測定試料とを
対向するように配置しチョッパにて周波数変調されたレ
ーザ光を上記多光束干渉系と上記被測定試料に照射し、
上記被測定試料に照射して得られた音響信号を検出する
よう構成したことを特徴とする光音響分光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60222216A JPS6281550A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 光音響分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60222216A JPS6281550A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 光音響分光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6281550A true JPS6281550A (ja) | 1987-04-15 |
Family
ID=16778945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60222216A Pending JPS6281550A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 光音響分光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6281550A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH022921A (ja) * | 1987-11-27 | 1990-01-08 | Cogent Ltd | 超音波でサンプルを調査する装置 |
| CN103411904A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-11-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于聚偏氟乙烯压电薄膜的光声气体传感装置 |
| US20180266876A1 (en) * | 2014-12-27 | 2018-09-20 | National University Corporattion Gunma University | System and method for detecting surface vibrations |
| CN111912908A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-10 | 北京航空航天大学 | 一种基于光致超声和激光干涉的全光学超声探测装置 |
-
1985
- 1985-10-04 JP JP60222216A patent/JPS6281550A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH022921A (ja) * | 1987-11-27 | 1990-01-08 | Cogent Ltd | 超音波でサンプルを調査する装置 |
| CN103411904A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-11-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于聚偏氟乙烯压电薄膜的光声气体传感装置 |
| CN103411904B (zh) * | 2013-07-30 | 2015-10-14 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于聚偏氟乙烯压电薄膜的光声气体传感装置 |
| US20180266876A1 (en) * | 2014-12-27 | 2018-09-20 | National University Corporattion Gunma University | System and method for detecting surface vibrations |
| US10345137B2 (en) | 2014-12-27 | 2019-07-09 | Guardian Optical Technologies Ltd. | System and method for detecting surface vibrations |
| US10352762B2 (en) * | 2014-12-27 | 2019-07-16 | Guardian Optical Technologies Ltd. | System and method for detecting surface vibrations |
| US11262233B2 (en) | 2014-12-27 | 2022-03-01 | Guardian Optical Technologies, Ltd. | System and method for detecting surface vibrations |
| CN111912908A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-10 | 北京航空航天大学 | 一种基于光致超声和激光干涉的全光学超声探测装置 |
| CN111912908B (zh) * | 2020-08-07 | 2021-08-17 | 北京航空航天大学 | 一种基于光致超声和激光干涉的全光学超声探测装置 |
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