TW480332B - Contaminant identification and concentration determination by monitoring the wavelength, or intensity at a specific wavelength, of the output of an intracavity laser - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 ^^ ----B7______ 五、發明說明（i ) 本申請案係與第09/165884號有關於之申請案，其與 本案為同一曰提申。該申請案有·關在不使用任何波長選擇 單元下，以ILS雷射偵測一氣體樣品中以一特定濃度存在 的氣體物質，其中該總輸出強度用以、決定氣體物質的濃度 。本申請案係直接有關於利用一具有波長選擇單元的ILS 雷射以測量雷射之光譜輸出變化。 本發明大體上有關於偵測氣體中的污染物，更明確的 說’係藉由一般稱為共振腔内雷射光學進行高靈敏度之氣 體分子、原子、自由基及/或離子偵測。 一雷射在其最簡單的形式下可大略說明為一介於兩鏡 面間的增益媒質。在雷射共振腔中的光線往返反射於鏡面 間，每一次通過增益媒質便造成光能獲取。第一面鏡子的 鏡鍍面可以是完全反射性的，而第二面鏡子的鏡鍍面則為 部份反射性的，因此允許一些光線自雷射共振腔逸出。在 鏡子的反射面之間的特殊區域定義為雷射共振器或共振腔 ，而在本發明的内容中則關於所謂的「共振腔内區域」。 雷射輸出的強度為增益媒質運作時波長區域及共振器 元件反射率的函數。通常此輸出具廣泛而非清晰特殊的光 譜特性。 氣體物質藉由雷射光譜的鑑定例如原子，分子，自由 基，或離子，必須雷射輸出在一該物質可以吸收的波長區 域内。在傳統上運用雷射測定氣體物質，雷射的發射被用 於激發-氣體樣本，其相對於雷射為「外部的」，以產生 -次級訊號例如離子化或螢光。或者是在傳統吸收光 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱]----- ----Μ---；-------------訂---.------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 480332 A7 B7 吸 五、發明說明（2 田射光通過一氣體樣本其位於雷射之「外」，而其隨波 長而變之衰弱可以被監測到。 約20年前，另一測定方法，及共振腔内雷射光譜（ILS) 首次被發現，例如見艾金生等人（G Atkins〇n et al)之「藉 由共振腔内染料雷射技術測定自由基」，化學物理期刊， 第59卷，350〜354頁（1973年7月1日）。在ILS，一雷射其本 身用作一測定器。待測之氣體樣本注入一多重模式且均勻 加見雷射的光學共振腔裡。艾金生等人（Atkins〇n et al), 顯示藉由放置氣體分子，原子，自由基，和/或離子，不 論在其基態或激態於光學共振腔「内」，該雷射輸出可被 改變，特別是該共振腔内物質之吸收光譜顯示於雷射的輸 出光譜。 輸出光譜内之特殊吸收特性緣於吸收中氣體物質所造 成的共振腔内損失。（如同此處所使用，一吸收特性對應 於一系列連續波長其光強度達到在一光強度對波長圖表中 光強度單一區域之最小值）。在一多重模式雷射中，共振 腔内吸收損失在一般模式動力學下與雷射獲得相競爭，因 此在較強之共振腔内吸收特性有效地與雷射獲得相競爭時 的波長下，雷射輸出強度之衰弱可以被觀測到。 藉由吸收氣體物質於雷射共振器内，ILS可以提供一 測定靈敏度其為傳統光譜技術的加強。該ILS技術之加強 測定靈敏度來自於（1)雷射增益媒質所造成之獲得及（2)吸 收物損失間的非線性競爭。因此，ILS可用於測定微弱 收及/或極微小吸收物之濃度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· i線. 480332 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（3 ) 光學共振腔之每個氣體物種可單獨藉由其各別的吸收 光譜或譜相鑑別出來。此外，特定之吸收特性或光譜譜相 中的特性可用作測定氣體物質的濃度只要感應器做適當的 調校。（如在此所使用的，該「光譜譜相」一詞呼應波長 相對吸收強度或吸收度，因而單一鑑別出氣體物質。） 氣體物質的特別譜相可以由分散與波長相關之ILS雷 射輸出獲得。兩種偵測方法傳統上應用於分散ILS雷射輸 出，並獲得氣體物質的光譜譜相。ILS雷射的輸出可在一 固定波長下，通過分散光譜儀，而由光譜儀所解析出的特 定光譜區域可以由多頻道的偵測器所記錄，見艾金生等人 (G.H. Atkinson et al)於1998年5月5日所提出美國專利第 5747807號，名為「藉’由共振腔内雷射光學（ILS)進行超靈 敏氣體偵測的二極體雷射泵驅雷射系統二極體1^561·-Pumped Laser System for Ultra-sensitive Gas Detection via Intracavity Laser Spectroscopy (ILS)’’」。相對的，一可用 波長掃瞄之分光器可用於選擇性分析以單一頻道偵測器所 記錄之不同光譜區域，超頻（supra)。 早先的ILS偵測系統技術應用ILS雷射具有一光譜帶寬 ，其相對於待測共振腔内物質的吸收光譜内吸收特性之帶 寬極為寬大，見艾金生等人（G.H· Atkinson et al )於1997 年11月18日所提出美國專利第5689334號，名為「用於污染 物之高靈敏偵測之共振腔内雷射光學（Intracavity Laser Spectroscopy for High Sensitivity Detection of Contaminants)」。特別是該雷射系統具有一運作波長帶寬 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） J ；-------------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 匚

、發明說明（ 其最少為所所監測之氣體物質之吸收特性的三倍寬。 然而早先應用ILS方式的技術雖然成功地顯示於實驗 室，但對於商業應用卻太大並且複雜，特別是分散雷射光 譜輸出所需要的光譜儀，以及分析吸收特性所需的電腦， 都增加了偵測系統的體積及複雜度。相反的，商業現實的 要求決定了一個氣體偵測器須為體積輕便，且相對的不昂 貴並且可靠。 因此’所需要的解決方法為顯著地減少（1)ILs測量之 複雜度（2)ILS儀器的體積，例如藉由減低光譜儀及電腦的 需求。 發明概要 依本發明，一方法;以測定一氣體樣本内氣體物質所存 在的特定濃度，該方法包括： (a) 決定氣體物質具有至少一為連續波長之單一波帶 並且決定氣體物質的濃度在一校正範圍内； (b) 提供一 ILS雷射其包括 (i)一雷射共振腔，以及 (Π)—增益媒質， 其中該ILS雷射設定成只在完全包括於該至少一為連 續波長之單一波帶内的波長下運作，此波長為該氣體物 會吸收且該氣體物質所引起的吸收為夠大以改變雷射於 校正範圍内之總輸出強度； (c) 安置該增益媒質，以使來自該增益媒質之一輸 光束於離開該雷射共振腔之前導向通過該置於該雷射共 質 出 振 裳--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度朝中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公£

五、發明說明（5 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 腔的氣體樣本； (d) 安置一偵測器以偵測離開該ILS雷射之輸出強度， 以對絕對波長或相對於選定之波長標準（經過濾波或固定 之分散波長光學部份）加以定量；及 (e) 於ILS雷射外及ILS雷射與偵測器間設置一波長 選擇光學元件，以便使該離開ILS雷射之輸出光在到達谓 測器前先通過波長選擇光學元件，該波長選擇元件僅讓具 有ILS雷射輸出波長部份内的波長之光線通過。 此外’提供一氣體偵測系統以在校正範圍内偵測在氣 體樣本中一特定之氣體物質濃度，其中氣體物質吸收於至 少一為連續波長之單一波帶的光，並因此以一定量改變輸 出自ILS雷射離開之輪出波長，該偵測系統包含： (a) — ILS雷射包括： (1) 一雷射共振腔，及 (2) —增益媒質； 其中該ILS雷射設成只在完全包含於連續波長之波帶 内的波長下，此時氣體物質正在吸收並且由該氣體物種所 引起的吸收夠大以改變雷射的輸出強度於一可測量的範圍 内； (b) —容器以容納氣體樣品於雷射共振腔，該容器容 許一輸出光束自增益媒質發出以在離開雷射共振腔之前通 過氣體樣品； (c) 一偵測器以在特定波長下量化絕對雷射輸出能 量；及 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ； . -------I ---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 480332 Λ7 ___ B7 五、發明說明（6 ) (句一設置於ILS雷射外及ILS雷射與偵測器間之波 長選擇光學元件，以便使該離開ILS雷射之輸出光在到達 偵測器前先通過波長選擇光學元件，該波長選擇元件僅讓 ’具有ILS雷射輸出波長部份内的波長之光線通過。 _ 依本發明，本發明者已設計出一商業上可行之污染感 應系統，其較小，簡易，並且在建置上較先前技術所發表 _ 的任何ILS雷射系統便宜。 本發明之其他的物件，特點，及優點在參考以丁詳細 的敘述及附加之草圖將更顯清楚，而參考號碼則表示所有 圖中的特點。 圖式簡要說明 非特別標示，此敘述所提及之圖式應被視為非依照比 - 率所繪製除。 第1 a圖為一橫切面顯示一先前技術中的氣體偵測系 統包括一 ILS雷射，一分光器總成，一光學債測器，一電 > 腦以分析電子輸出自該光學偵測器。 第lb圖為一以強度及波長為座標之習知ILS雷射光 譜解析輸出圖，其說明在當⑴吸收光之氣體物質置於雷 射共振腔内及（ii)吸收光之氣體物質中不在雷射共振腔内 時的情況。 第2a圖為說明本發明之氣體偵測器之橫切面圖，其 包括了一 ILS雷射及一光學偵測器。 第2b圖為本發明之ILS雷射在兩種不同操作情況下 ILS雷射總輸出能量之圖表，以強度及波長為座標。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵Q χ 297公爱 1 ' --------- -9 - ----^----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 疆 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A7 B7 五、發明說明（ 第3圖為本發明之ILS雷射裝置之另一實施例；及 第4圖為說明在波長為1450到1455奈米高濃度水蒸 氣之吸收光譜’其以雷射強度/水吸收（各別單位）及波長（奈 米）為座標之圖。 以下將以本發明之特定實施例為參考詳細說明，其說 明發明者目前所構思之最佳模式以實踐本發明。選擇性的 裝置亦簡易敘述為可行。 本發明設定為使用ILS感應器之極高敏感度氣體物質 情測器。在此用的「氣體物質」一詞指的是分子，原子， 游離基，及/或離子物質，其可能出現在例如用於矽膜編 織之氣體物質中。因此，本發明之JLS氣體偵測系統可用 於偵測氣體物質（例如氮氣）中污染物（例如水）的存在。相 對的，ILS偵測器可用於確定氣體管線（例如氮氣管線）是 否已完全充塞氣體物質（例如氮氣）。 第la及第2b圖圖示使用ils偵測器先前之技術方 法。特別是在第la圖，橫切面圖顯示ILS氣體偵測系統 1 〇包括一 ILS雷射12，一分光器總成丨4，一光學偵測器 16，以及一電腦18以分析光學偵測器之電子輸出。 第1a圖中顯示的ILS雷射12包括了一增益媒質20 及一個氣體樣品盒22 ,其位於界在反射鏡及28間全 部光學路徑長度之光學共振器24之内，較佳情況為ILS 由射12而要一額外栗驅來源（未顯示），例如一光學泵驅 源其輸送光學輻射到增益媒質2〇以驅動ILS雷射12。 第la圖顯示產生於增益媒質2〇之雷射光導入氣體樣 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------—.------

本紙張尺度適用 x 297公釐 10 480332 A7 B7 五、發明說明（8 ) 品盒22並且在通過其中的氣體樣本。如同上述，光學共 振器或雷射共振腔24及特別是在氣體樣品盒22中的氣體 物質，如果吸收特性位於ILS雷射運作的波長區段内則可 ，能造成吸收損失。因此，ILS雷射12〜的輸出光束32可藉 • 由確認自ILS雷射射出之輸出光束含有的吸收特性是否與 氣體物質的光譜特性相同，進行分析並鑑定雷射共振腔24 中吸收性氣體物質的存在。需注意到光譜的特徵包括強度 P 與波長的資訊。 在此所指的，一吸收特性對應一吸收曲線，換言之， 在一光強度對波長的圖中可見到一連續波長的區段其包含 並圍繞一單一最低量的光強度，（換言之，即吸收達到一 ' 最大值）。每種吸收曲竦具有一有限的帶寬以及一吸收達 ， 到最大的點（或輸出強度達最低）。依本發明，吸收特性為 重要的因為所有的波長產生的吸收特性為氣體物質吸收時 的波長。 • 此外，在此所用的「吸收波帶」之詞定義為吸收發生 於每個波長之吸收光譜中一單一未間斷之波長區段。另 外，如果一吸收光譜包含兩吸收曲線Al及A2，為b所分 離，其該區段未觀察到吸收，則八2兩個吸收曲線對 應分開的吸收波帶。但是如果A!及A2兩個吸收曲線僅由 一局部吸收最小值（或局部強度最大值）所分離，則Ai及 A]兩個吸收曲線對應單一吸收波帶。例如，吸收曲線在 第一濃度時為分離且個別的，在第二及較高的濃度時會結 和在一起並且合併形成一單一吸收波帶。要了解的是溫 本纸張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480332 A7 B7 五、發明說明（9 ) 度、生成時間，及泵驅抽力也會影響輸出光譜及測量的吸 收光譜。因此，測量的吸收光譜中的吸收波帶數量會隨溫 度、生成時間，及泵驅力而改變。 為了要分析ILS雷射12的光譜斡出，來自ILS雷射 的ILS輸出光束送至分光器總成14，其依波長分散輸出 光束。在第la圖，繞射光柵38及40用於分散ILS雷射 12的輸出光束32。透鏡34及36在繞射光栅38及40作 用之前放大輸出光束32，透鏡42將分光器總成14之輸 出焦聚於光學偵測器16上。 在先前的技術方法中，（1)分光器總成14包含一分 散性光學元件，其可以依波長行掃瞄，且（2)光學偵測器16 包含一單一頻道偵測1，第1 a圖說明此掃瞄分散性光學 元件為繞射光柵3 8。 在雷射共振腔24中的氣體物質之光譜特性可由掃瞄 分散性光學元件（繞射光栅38)其光傳送通過分光器總成14 並穿過一位在（單一頻道）光學偵測器之前的適當的孔徑46 來獲得。（孔徑46可簡單地包含一切口）。當繞射光柵38 被掃猫時傳送過分光器總成14的光強度可由光學偵測器 16所測量。光學偵測器16輸出一電子訊號以顯示此強度。 (例如，電子訊號與ILS雷射強度成比例）。此外，分光器 發出一電子訊號到電腦18以顯示分別的波長。在此情況 下’電腦1 8將光學偵測器16所決定的強度與分光器總成 14所決定的波長相關連。因此，分光器總成1 &及光學偵 測器16與電腦1 8結合運作以助使由il S雷射發出的輸出 本纸張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -----—--------------訂—------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12 480332 A7 B7 並 在 位 五、發明說明（1〇) 光束3 2之光譜分佈可以被量測。 第lb圖圖示由先前ILs偵測法所得到的資料物質。 曲線48代表一典型分光且分散之ILS雷射輸出光譜（或吸 收光譜），其由掃瞎波長及測量傳送蟫分光器總成14之光 強度所獲得。在吸收特性所在的波長，ILS雷射12的強 度減弱’箭頭49顯示六個此類吸收特性。（曲線5〇顯示ILS 雷射12缺乏任何吸收性氣體物質的光譜分怖）。 電腦18可用顯示在曲線48的吸收光譜來鑑別氣體 物貝。尤其該吸收光譜包含了數個吸收特徵於ILS雷射的 輸出光譜内，可被測量並與已知的氣體物質光譜特性做比 較以行監測。氣體物質之特定吸收特點的位置與相對強度 可用做單一鑑定要偵測的氣體物質。在雷射共振腔24中 的共振腔内氣體物質其濃度或量可由吸收光譜中發現的吸 收特徵強度來確定，而該強度事先以已知的濃度測得。 在另一習知方法，（1)自ILS雷射12所發出的輸出光 束32通過一分光器其具有一固定的分散性光學元件， 且（2)光學偵測器16包含了 一個多頻道的偵測器陣列。 ILS雷射運作之上的分光區域是由分光器總成14所產生 並且特別地經由光學偵測器16(多頻道陣列）顯示出來。 於光學偵測器16之前的孔徑46(任何一個）足夠大以容許 偵測器陣列中的眾偵測器發光以使多重波長能同時被偵測 器陣列中的眾多偵測器所追蹤。 因此’由分光器總成14所解析的特定分光區域同時 地由光學偵測器16(多頻道陣列）所測量。電腦1 8運作該 111111 11111 -III — —--^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480332 A7 ___ B7 五、發明說明（11 ) 光學偵測器16(多頻道陣列）並且讀取由多偵測器所測量的 強度。此外’分光器總成14送出一電子訊號到電腦18以 顯示由分光器總成14所解析的波長。電腦18設計成將由 光學偵測器16(多頻道陣列）及分光器總成14來的電子訊 息分別轉換成強度及波長，以此方式，電腦將光學彳貞測器 16所決定的強度與分光器總成14所決定的波長相關連。 如此，分光器總成14及光學偵測器16(多頻道陣列） 與電腦18結合運作以測量並記錄由ils雷射發出的輸出 光束32其光譜分佈。一類似第lb圖所顯示的吸收特徵可 能產生。 如上所述，分光特點用以鑑定雷射共振腔24中的氣 體物質，電腦記錄了所測量的吸收波帶其包含了多數吸收 特點或線段於ILS雷射12的輸出光If内並且將其與待測 氣體物質的分光特性做比較。在共振腔内物質其濃度可由 分光特性中所發現的強度大小得知，只要該大小利用已知 濃度測量。 然而，應了解的是先前的技術方法必須要電腦18有 效地藉由測量並記錄多個波長以產生一強度對波長之圖， 其包括對應於吸收特徵的波長以及圍繞吸收特徵吸收為最 小之波長區段。

相對的，本發明之方法在觀念上遠較先前之技術方法 簡單。並非監測眾波長強度之分布，本發明僅關於決定有 多少輸出強度由ILS雷射12運作時產生，也就是在總輸 出帶寬之部份中產生之光。本發明之方式基本上利用ILS 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ---------------訂 *—.------^*· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 14 480332 A7 ____B7 ___ 五、發明說明（12) 雷射運作時全部波長區段在吸收上之整體改變。如此，先 前藉由分散雷射輸出以測得吸收特徵之技術方法用於本發 明之方式以影響ILS雷射12之總輸出強度。測量及記錄 ' ILS雷射12光譜之多重吸收特徵並并必要。 • 在另一方面，本發明之方法在觀念上與先前ILS氣體 偵測之技術方法不同，例如，本發明所用的ILS雷射12 • 最佳具有一帶寬與相關吸收特徵的帶寬相符，先前ILS氣 體4貞測之技術方法使用一 ILS雷射12其具有一分光帶寬 其相當大於與待測共振腔内物質有關之單一吸收特徵之帶 寬。特別的是，在先前技術中ILS雷射12最佳具有一運 作波長帶寬其最少為待測氣體物質的吸收特徵之三倍大。 若干理由傾向有利於使用ILS雷射12，其相對於氣 體物質所產生的吸收特爭性具有極寬的帶寬。如同以上所 述，分光特點上的各種吸收特性有助電腦18鑑別待測之 特定氣體物質，因此，先前用以鑑定吸收性氣體物質的技 φ 術方法是依賴ILS雷射12 ,其具有一夠大足以包含超過 一個吸收特點的分光帶寬。此外，ILS雷射12具有多重 長度模式為最有利之處，因為增強ILS偵測靈敏度的技術 ^ ' 主要來自非直線性增加及相對地多模式雷射競爭力的減 [ 少。因此，先前的技術方法使用ILS雷射12其具有一光 f 譜帶寬其足夠大以包括多重長度模式。 Y 然而，本發明ILS雷射12之第一實施例最好能具有 | 一可用帶寬，其等於或較小於與共振腔内待測氣體物質相 關之吸收波帶之帶寬。此外，要成功地應用本發明之方、去， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） — — — — — — — — — — — — — · 111. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ιδ]· ' n n n - 15 ^0332 ^0332

ILS雷射12可能的或可用帶寬依增益媒質 20能作用的波長區段定義，反射鏡26及28的分光特性 以及在光學共振腔24中每個光學元件傳輸中的波長。特 別的是△vlaserS義為增益媒質2〇和反射鏡26及28之帶 寬’或是任何其他分開之共振腔内光學元件例如在雷射共 振腔24中的薄膜或雙折射媒質其帶寬之綜合。 ILS雷射12之可用帶寬對吸收波帶重疊部份之帶寬 之比例（例如包括一吸收特點或一群連續之吸收特點）最佳 為一比一。更佳為ILS雷射可用帶寬為（丨）足夠寬以保持 多重模式運作但是（2)足夠窄以重疊感興趣之氣體物質相 關之吸收波帶。吸收波帶重疊之部分在此及之後以Wa^ 表示，而其帶寬為。 如上所述，利用一具夠寬帶寬之ILS雷射12以容許 多重模式之運作，保留ILS可達到之增進偵測靈敏度。然 而，因為ILS雷射12的帶寬夠窄以重疊待測氣體物質相 關之吸收波帶，因此雷射所輸出之光強度可以量化地隨氣 體物質之濃度變化而改變。 當吸收性氣體物質帶寬及重疊的部分與ILS雷 射12的可見△ Vlaser為相同時（也就是Wabs完全重疊 Wlaser)，則自共振腔内氣體物質的吸收可以限制雷射所產 生之光的篁，ILS雷射12無法有效地運作於發現有吸收 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 x 297公釐了 ? . --------訂 *—------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16 480332 A7 B7 五、發明說明（14 損失之波長區域内，如果吸收性氣體物質存在，則ILS雷 -------------裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 射12可以運作之唯一區域被吸收波帶所佔據，其阻礙雷 射之運作。 氣體物·質的濃度較高時，吸收損失會較高並且在增益 媒質20中產生足以克服損失的光變得更難。因此，當共 振腔内氣體物質濃度增加時，由ILS雷射12輸出之光波 長會改變’將一特定波長下之光輸出強度做為共振腔内吸 收體、濃度的函數可用作校準ILS感應器。此觀念可延用在 當吸收光之氣體物質濃度相當高的特殊情況下，ILS雷射 12然法達到門檻而無法操作。ILS在任何波長下都無法產 生光輸出。 因此’使用本發明之ILS方法時只需監測ILS雷射12 輸出之強度以定量決定吸收性氣體物質的濃度。 i線·

第2a及2b圖圖示本發明之方法及裝置其設置成偵測 氣體樣本中的氣體物質。第2a圖特別顯示一依本發明所 建置的ILS氣體偵測系統10之橫切面圖，而第2b圖為ILS 雷射在三種不同運作情況下ILS雷射總輸出強度之以強度 及)辰度為作標之圖表。 本發明之氣體偵測系統10僅包含一 ILS雷射12、一 波長選擇器及一光學偵測器16以量化絕對雷射輸出波長 或於一特定波長下之雷射輸出強度相對變化。 ILS雷射12,如同本發明於第2a圖中所示之實施例， 包括一增益媒質20，一氣體樣品盒22及一波長可選擇之 光學元件52，全部位於一光學共振器24形成於反射鏡26 17 480332 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 Α7 Β7 五、發明說明（15) 及28之間。 雖然在第2a圖中所顯示的雷射共振腔24為一直線共 振腔，應了解的是其他種共振腔設計可施用於本發明。此 可選式之共振腔設計為可接受的只要、ILS雷射12之可能 性（可用性）波長帶寬△Vker與待測氣體物質相關之吸收波 帶其重疊部分之帶寬△ vabs為相同，也就是一對一相符， 或是對合進去。 在第2a圖中顯示之波長選擇之光學元件52包括一金 屬化膜層其作用為一高度反射性Fabry-Perot校準具，其 提供所需之窄波帶調節❶金屬化增加校準具的適合性並且 縮減帶寬因而產生一窄波帶通頻濾鏡。調節ILS雷射12 至正確的波長可藉由旋;轉校準具到一角度以通過一所需的 波長來達成。其他波長選擇光學元件52其可適用於本發 明的例子包括光學通頻濾鏡，繞射光栅，菱鏡，光電通頻 濾鏡，單一及多重平盤雙折射媒質濾鏡，及其綜合。 應了解的是ILS雷射12可能的（或可用的）波長波帶 wuser及帶寬△ vlaser視增益媒質20及任何形成於位在雷射 共振腔24内光學元件上的光學鍍膜或任何形成於反射鏡 26及28上的光學鍍膜而定。因此，增益媒質及ILS雷射 12所用任何光學元件上的鍍膜，也就是反射鏡及28 或氣體樣品盒22或晶體20上的鍍膜，並非使用一波長選 擇光學7L件β於雷射共振腔24中，而可設計成縮減並調 即1LS雷射12可能的（或可用的）帶寬，WUser，以僅重疊 與以上述方式測量之氣體物質相關之吸收波帶。 本纸張尺度適用中國國家標準t^s)A4規格⑵Q χ 297公爱---- -18 . J Ί I--------------.------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（16) 第2a圖所描述的ILS雷射12，ILS雷射12可能的（或 可用的）的波長波帶WUser，由增益媒質20能運作之波長 波帶集合，反射鏡26及28反射的波長波帶，反射鏡28 一 傳輸之波長波帶，以及任何其他在雷射共振腔24内之共 • 振腔内光學元件（如波長選擇光學元件）傳輸的波長波帶所 定義。 _ 應進一步了解的是ILS雷射12需要一泵驅源（未顯 示）以驅動IL S雷射於或稍高於其門檀，例如，一光學栗 驅源可應用於傳送光學輻射到增益媒質2〇。 第2a圖顯示在增益媒質20内所產生的雷射光導入氣 體樣品盒22並通過其内的氣體樣本。如上所述，雷射共 振腔24内以及尤其在氣體樣品盒22内的氣體物質可能造 成吸收損失。然而依本發明，ILS雷射12之可能性帶寬 △ viaser與待測氣體物質相關之吸收波帶w…之重疊部份 可l △ vabs相同。因此，共振腔内氣體物質的吸收會改變 _ ILS雷射12的輸出波長，故為了要決定氣體物質的濃度， iLS田射12必須在適當定義之操作情況下校正。由雷射 所發出之輸出光束32可在通過波長選擇元件52後直接由 一光學偵測器16偵測。 在最簡單的模式下，光學偵測器1 ό包含一單一頻道 偵測器，例如一光電二極體，一光導體，一光倍增管。其 他偵測器可適用於本發明，光學偵測器16唯一的要求是 偵測器必須能感應ILS雷射光束32並產生一結果性電子 fl號因此，一由光學偵測器16延伸之電子輸出終端機

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本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 480332 A7 _ B7 _ 五、發明說明（17) 54顯示於第2a圖。 本發明之氣體偵測系統1〇與先前顯示於第la圖之技 術系統不同處在於其未應用電腦18。第2a圖中亦不需要 一多頻道偵測器陣列。 另外，在先前技術中所顯示的氣體偵測系統丨〇並不 包括一波長選擇光學元件52,於雷射共振腔24内，其縮 減並調節ILS雷射12操作上的帶寬使其僅相符於與待測 氣體物質相關之吸收波帶。 可了解到，由於ILS較習知方法提供更好的靈敏度， 之前無法測得之微弱轉變可在本發明之氣體偵測系統中第 一次被偵測出。要將ILS雷射12調至何處之知識需從欲 測之氣體物質的光譜分析獲得，其會顯示各種吸收特性的 光譜位置。同時亦需了解如何以光學控制ILS雷射之波長 與操作帶寬以將雷射光譜輸出與吸收特性（或特性）相吻 合。 此外，為了減少分光干擾可能造成的錯誤正讀取值發 生率，對已知氣體樣本中可能存在之任何額外氣體物質必 須做分光解讀。如果此氣體物質未被偵測到，ILS雷射12 的光譜輸出必須調離這其它氣體物質所產生之任何吸收特 點。由其它氣體物質所造成的吸收特點之可能貢獻不會在 雷射發光的波帶區域中出現，因此ILS雷射12的作用波 長必須選擇為（1)與待測氣體物質有關之吸收特點相符且 (2)避免來自非所要氣體物質之分光干擾。如果前面的條 件滿足的話，則雷射輸出之分光做用對待測氣體物質之吸 X 297公釐 J ·-------------—,------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 20 五、發明說明（18) 收將可被追蹤。因此，雷射的輸出強度被校準時將準確地 測量出待測氣體物質的濃度。 氣體物質的身份為已知，因為所選之雷射運作的分光 區域只與待測氣體物質有關之吸收波帶相符。 · 藉由在一對應於波長選擇光學元件52之帶通量的特 定波長下校正輸出波長或強度可知氣體物質之濃度。此濃 度依一組特定之操作參數，包括溫度、壓力、雷射獲取量、 產生時間（tg) ’也就是共振腔内模式之競爭被容許發生之 時段，以及任何其它改變ILS雷射12輸出強度之參數而 變。應了解的是，這些操作參數必須維持恆定以確保氣體 偵測系統維持校準。相對的改變這些操作參數將改變氣體 債測系統已权正之靈敏度’如此有助於不同完整定義之操 作情況下多重校準以增加氣體偵測系統的動態範圍。此 外，必須了解影響ILS雷射12輸出強度之特定操作參數 以設計一在各種用途上能維持校正之氣體偵測系統1〇。 現參考第2b ®，顯τ ILS雷射12之輸出強度對兩種 不同操作條件下的波長。㈣56對應於_特定濃度下操 作之ILS雷射12的特定雷射輸出波長。曲線“對應於在 不同污㈣度下操作之ILS雷射12的不同雷射輸出波長。 現在參見第3圖，顯示了本發明之一分離實體。依本 ^月，第3圖描緣之ILS雷射12之可能（或運作）波長帶 寬（ZXvw)足夠窄以完全符合於待測氣體物質相關之一吸 收波帶或區域(Wabs)。因此，無波帶為選擇性之光學組成 雷射份52注入雷射共振腔24。 480332 A7 B7 五、發明說明（19 如上所討論，吸收波帶一詞定義為吸收發生於每一波 長之吸收光譜中一單一未間斷之波長區段，因此，如果一 吸收光譜包括兩個吸收曲線Αι及A:，其為無吸收被觀測 之區段B所分離，則Al及八2兩吸收曲線對應於一分離 之吸收波帶。然而，如果A!及八2兩吸收曲線僅被一局部 吸收最小值所分隔（或局部強度最大值）則AlA2兩吸收曲 線對應於一單一吸收波帶。 依本發明，在第3圖中所描繪之氣體偵測系統1〇包 括一 ILS雷射12 、一波長選擇光學元件52及一光勢偵 測裔16 ^ ILS雷射12包括一增益媒質20,其位於介在反 射鏡26及28之間的雷射共振腔24内。雷射共振腔24為 一直線共振腔且增益嫌質20包括一離子嵌入晶體。第一 個反射鏡26藉由鍍一層反射鍍膜於離子嵌入晶體之一端 60形成。第一個反射鏡28包括一弯曲反射器。如第2a 圖，一波長選擇性光學52’亦可包括於雷射共振腔24中。 雖然顯不於第3圖之雷射共振腔24為一直線共振腔， 應了解的是其他共振腔設計可適用於本發明。如此，其他 共振腔設計為可接受的，只要ILS雷射12之運作波帶△ vlaser相同於也就是一對一吻合或對應到待測氣體物質相 關吸收波帶之重疊區段帶寬。 在本發明之第二個實施例中，增益媒質2〇使用之離 子嵌入晶體為一 Tm'Tb>:YLF晶體。然而應了解的是， 其他離子喪入晶體只要其適於預期之特定用途亦可被使 用。因此，本發明之離子嵌入晶體並不僅限於本文所揭示 -----β---.----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂；--------線· 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 22 480332 A7 B7 i η

JL 五、發明說明（20) 者，包括以下所列述之離子嵌入晶體。 經取樣可適用到本發明之方法及設備之離子嵌入晶體 包括了 Cr:Tm:Ho:YAG， Cr4+:YSO， Cr4+:YAG， Cr4+:YSAG? Er3+:GSGG? Er3+:YSGG, Er3+:YLF， Er3+: Yb3+:glass， Ho3+:YSGG， Ho3+: Tm3+:LUAG， Tm3+: Ho3+:YLF， Tm3+: Ho3+:YAG， Tm3+: Ca Y SOAP， Tm3+:YLF，Tm3+:glass，Tm3+: Ca La SOAP，Tm3+: YOS， Tm3+: YSGG， Tm3+: YAG， Tm3+: YV04， Tb3+: YAG，

Cr:Forsterite， Er:Yb:Glass， C02:MgF2，Cr2+:ZnSe 及 Cr2+:ZnS/ZnSe/ZnTe。其他物質，不論氣體，液體或固體 亦可用作增益媒質20。 第3圖另外顯示一位在雷射共振腔24中之氣體樣品 盒22。該氣體樣品盒22隔絕氣體樣本與雷射元件。應了 解的是氣體樣品盒22對非侵蝕性氣體樣本為非必須的， 在此情況下，氣體樣本可包含於全部雷射共振腔24之内。 氣體樣品盒22配備有一輸入導管62及一輸出導管 64。窗口 66及68分別裝置在氣體樣品盒22的遠端，並 且容許光束70通過氣體樣本以做分析。窗口 66及68亦 封住氣體樣品盒22。 在氣體樣品盒22出現於包含ILS雷射12腔72内之 情況下，待測氣體物質必須自偵測室移出或移除。藉由自 腔72移除氣體物質，利用氣體偵測系統10所獲得的系統 反應正確地指示出氣尊樣品盒22内所包含之氣體物質之 存在及含量。在清洗或撤出氣體物質的腔72後，氣體樣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格ΟΠΟ X 297公釐） -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 23 480332

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五、發明說明（21 ) 本餵入氣体樣品盒22通過輸入管線62及輸出管線64(例 如，當氣體樣本包括腐蝕性氣體）。然而，在此種情況下， 氣體物質並不與雷射組成物產生化學反應，該氣體樣本可 通進入腔72。 如上所討論，ILS雷射12需要一驅動來源74，以激 發增益媒質20。離子嵌入晶體增益媒質20之光學激發由 驅動來源74提供。其包括一半導體二極體雷射76。 應了解的是，驅動來源74可包括任何適合之光學驅 動來源’不論是3 3相干性或非相干性，連續或波動的， 其將驅使ILS雷射12。例如，驅動來源74可能相對地包 括一固態晶體雷射（例如Nd: YAG)，一氣體雷射，一或多 個閃光燈，或任何其他·驅動來源其適合驅動ILS雷射12。 第3圖顯示半導體二極體雷射76由一電力供應器78 提供電力，並且由一溫度電子冷卻器8〇冷卻。該半導體 雷射二極體76及溫度電子冷卻器8〇裝置在熱槽82，其 供作發散半導體二極體雷射所產生的熱能。 利用半導體二極體雷射76做為一驅動來源74，然而， 基本上，需要利用光束.調整透鏡84以助益半導體雷射 76及ILS雷射12間的光學配合。光束調整透鏡的例子包 括散射透鏡’反射透鏡，梯度指數透鏡其反射指數為乂轴 改變’梯度指數透鏡之其反射指數為y軸改變，微透鏡及 以上之綜合。帛3圖顯示光束調整透鏡84包括巨觀透鏡 其包括-料向倍率改變菱鏡86及_對透鏡I此外， -延伸位在半導體二極體雷# 76數個微計量器内之望眼 . ,---------------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公玄 24 4^〇332 A7 五、 t 發明說明（22 ) 鏡或微透鏡光束的光束可被應用。 -------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第3圖更顯示一初步調整器9〇插置於光束調整透鏡 84及增益媒質20之間。初步調整器90由調整調整驅動 器92所驅動及控制。初步調整器90相對地減弱並傳輸自 半導體二極體雷射76所發出之驅動光束96並因此週期性 地阻止由驅動獲取媒介勿20而來的驅動光束。如此，初 步調整器90使得驅動光束96再生性地驅動增益媒質2〇， 則ILS雷射12將被開啟或關閉。 一第二調整器94插置於出自ILS雷射12之輸出光束 32之路徑中。第二調整器94相對地減弱並且傳輸出自雷 射共振腔24之輸出光束32並且因此藉由傳遞輸出至光學 偵測器16而週期性地取樣出自ILS雷射12的輸出光束。 -線- 第二調整器94同步於初步調整器90以至於初步調整 器90週期性地準許驅動光束96的總強度達到增益媒質2〇 而第二調整器94則週期性地准許輸出光束32的總強度達 到光學偵測器16。使用兩個調整器90及94，提供對增益 媒質20之獲得與氣體物質所造成的吸收損失競爭時間長 度的控制。特別的是，tg值，即產生的時間，可藉由應用 兩個調整器90及94加以調整。在此，產生時間定義為在 ILS雷射12内於測量前所發生的模式競爭期間。（或者該 產生時間’tg可在不使用第一調整器90及/或第二調整器 94下，藉由施加脈衝至泵驅源74之輸出訊號來加以改變， 因而使打入光束96在低強度與高強度值間改變，而使增 益媒質高於或低於或位於門檻。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐 -25 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480332 A7 ___ B7 五、發明說明（23 ) 如此可了解中斷泵驅可藉由利用多種方法達成，·包括 但不限於使用一機械操作載波器.、一電子光學或音波光學 調節器及一阻斷器。或者，可改變供應至泵驅源74(如半 導體二極體雷射76)之電子電源，如此造成該半導體二極 體雷射的輸出在尚強度及低強度間產生波動，而週期性地 將增益媒質20依雷射操作所需帶往高於或低於門檻。 可進一步了解雖然第二調節器94包括一音波_光學調 節器，其他裝置如機械操作截波器或阻波器亦適用於本發 明之方法與裝置中。或者，不使用第二調節器94,而可 使光學偵測器16開與關以週期性地對ILS雷射12之輸出 取樣。 第3圖說明來自]雷射12之輸出光束32經引導至 光學偵測器16。可了解到來自ILS雷射12的光輸出亦可 ^由光纖連結點（也就是一光纖或光光纖束）傳輸到光學 偵測器16所在之一遠端。 如上所討論，本發明之可能的（或運作上的）波長波帶 WUser較好是夠窄以完全與待測氣體物質之一單一吸收波 帶或區段相符。對第3圖所顯示之ILS雷射12，其增益 媒質20包括Tm3+: Tb3+:YLF，該波長帶寬直接重疊於水 蒸氣吸收光譜之單一吸收波帶。 水蒸氣之吸收數值利用類似地三圖所描繪顯示之ILS 雷射12所獲得，除了初步調節器90並未被應用。然而， 到半導體二極體雷射76之電力相反地被調整。此外，一 分光儀裝備14類似第一 a圖所顯示必須發送ILS雷射12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ； · --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 26 480332 A7 B7 五、發明說明（24) --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之輸出以產生第4圖中所描述之圖表。然而，ILS雷射12 包括一由Tm3+: Tb3+:YLF製成之灕子嵌入晶體其由半導 體二極體雷射76光學激發。 - 第4圖顯示一氮氣體中高濃厚度、水蒸氣正常化雷射強

• 度/水吸收對波長之圖表。第4圖說明在波長1450到1455 奈米範圍間的水蒸氣光譜特徵。水吸收曲線於1452.5及 1452.1奈米分別以箭頭98及100所顯示。此兩個吸收曲 線被視為吸收特點由一局部吸收最小值所分隔。這兩個吸 收曲線已合併並因此形成一單一吸收波帶或區段其相符於 二極體驅動之Tm3+: Tb3+:YLF波長内。第4圖描述二極 體驅動之Tm3+: Tb3、YLF ILS雷射之帶寬大致相符於（實 際較大於）由兩吸收曲線產生之水份吸收波帶。在足夠的 濃度下，吸收波帶或區段包括此兩線段將全部重疊並包覆 (也就是至少同大）ILS雷射12之作用帶寬。因此，自ILS 線- 雷射12之輸出波長會改變或ILS雷射將於特定波長下改 變輸出。 當ILS雷射12可能的或運作帶寬相同於共振 腔内待測氣體物質對應吸收波帶中重疊部份之帶寬△ vabs，本發明之方法及設備可用於鑑定並且測量氣體物質 之濃度。 利用本發明之方法將造成一 ILS氣體偵測系統10其 丨貝貝上更小’更簡易，較不責，並且較先前技術中ILS感 應范依Λ繪製ILS雷射12輸出之波長分佈更容易操作。 因為其較小的尺寸，較低之花費及操作上之簡易性，本發 27 480332

明之氣體卩測线1G T導向為-氣艘偵測之完全個別之 設備組。 因此，本發明已揭露一種用以偵測以一預定濃度存在 之氣體物質的方式及設備《對熟悉於、本技術者其顯而易見 的是各種在不偏離本發明之如申請專利範圍所表達之範圍 下，對本發明之設计與安排所進行的修改均屬本發明之範 圍。此外，氣體偵測系統1〇之應用，以及ILS氣體偵測 器之位置，也就是一半導體裝置設備，可隨所需而改變， 例如位在ILS控制至72内及氣體積測系統1 〇本身之各種 元件之特別配置可被調整只要其構造及配置恰當地助使 ILS雷射12之光學激發於一漸進再生模式。這些及其他 由本發明依目前已知或日後由熟於此技藝者所進行之設 計、安置及應用上的修改均包括於本發明之申請專利範圍 内0 ^—.------------^------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 28 480332 A7 B7 五、發明說明（26 ) 元件標號對照 齊Γρ I !才 ί 土 10…系統 56,58···曲線 12-.ILS 雷射 62…輸入導管 14…分光器總成 64…輸出導管 16…光學偵測器 66,68…窗口 18…電腦 70…光束 20…增益媒質 72…腔 22…樣品盒 7 4…驅動來源 24…光學共振腔 76···半導體二極體雷射 26,28···反射鏡 8 0…冷卻器 32…輸出光束 82…熱槽 38,40···繞射光柵 84…透鏡 34,36…透鏡 86…菱鏡 46···孔徑 88…透鏡 4 8…曲線 90…初步調整器 49…箭頭 94···第二調整器 5 0…曲線 96…驅動光束 52…光學元件 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 29

Claims (1)

1. A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 /、、申請旱利範圍 1 · 一種氣體偵測系統，其用以在校正範圍内偵測在氣體 樣本中一特定之氣體物質濃度，該氣體物質吸收於至 少一為連續波長之單一波帶的光，該系統包括： (a) — ILS雷射包括： ⑴一雷射共振腔，及 (Π) —包括一離子嵌入晶體的增益媒質； 該ILS雷射設成只在完全包含於連續波長之波帶 内的波長下，其中該氣體物質吸收並且由該氣體物種 所引起的吸收夠大以改變雷射的輸出強度於一可校正 的範圍内； (b) —容器以容納氣體樣品於雷射共振腔，該容器 容許一輸出光束自增益媒質發出以在離開雷射共振腔 之前通過氣體樣品； (0—偵測器以在特定波長下量化絕對雷射輸出能 量；及 (d) —設置於該ILS雷射外及該ILS雷射與該偵 測器間之波長選擇光學元件，以便使該離開該ILS雷 射之輸出光在到達偵測器前先通過該波長選擇光學元 件’該波長選擇元件僅讓具有該ILS雷射輸出波長部 份内的波長之光線通過。 2.如申請專利範圍第1項之氣體偵測系統，其中該ILS 雷射設定為只在單一之連續波長區段内運作。 3·如申請專利範圍第1項之氣體偵測系統，其中該ILS 雷射包括防止該ILS雷射於該氣體物質吸收之波帶外 本紙張尺/艾;中國國家標準（CNS)A4規格⑽χ 297公餐）-— -30 - ----；—-------------訂·.--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480332 A8 B8 C8

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   六、申請專利範圍 的波長下運作之部件。 4·如申請專利範圍第3項之氣體偵測系統，其中一具波 長選擇之光學元件係置於該雷射共振腔内，該具波長 選擇之光學元件係避免該ILS電射於該氣體物質之吸 收波帶外的波長下運作。 5·如申請專利範圍第3項之氣體偵測系統，其中該增益 媒質具有一帶寬，其足夠窄以防止該ILS雷射於該氣 體物質吸收之波帶外的波長下運作，或具有一光學鍍 膜於其上以防止該ILS雷射於該氣體物質吸收之波帶 外的波長下運作。 6·如申請專利範圍第3項之氣體偵測系統，其中該之容 器包括一位於該雷·射共振腔内之氣體樣品盒，該氣体 樣品盒具有窗口，以使來自該增益媒質之輸出光束通 過該氣體樣本，至少一該窗口具有一光學鍍膜於其上， 其防止該ILS雷射於該氣體物質吸收之波帶外的波長 下運作。 7·如申請專利範圍第3項之氣體偵測系統，其中該雷射 共振腔由至少兩鏡面形成，並且至少一該鏡面具有一 光學錢膜於其上而防止該ILS雷射於該氣體物質吸收 之波帶外的波長下運作。 8.如申請專利範圍第1項之氣體偵測系統，其中一光學 泵驅源傳輸光學輻射到該增益媒質，以進而驅動該ILS 雷射。 9·如申請專利範圍第1項之氣體偵測系統，其中該氣體 β本纸張尺度_ +關家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） --II---— — — — — — ---— II--^------I--^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 31 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 ^ 物質吸收之波帶包括⑷單一吸收特徵且該ILS雷射具 有一操作帶寬，其寬度夠寬足以維持多重模式之運作， 且夠窄以僅與該單一吸收特徵内之波長重疊，或（{3)數 個吸收特徵且該ILS雷射具有一操作帶寬，其寬度夠 寬足以維持多重模式之運作，且夠窄以僅與該單一吸 收特徵内之波長重疊。 1〇· 一種氣體偵測方法，其使用如申請專利範圍第丨項之 氣體偵測系統在一校正範圍内偵測一氣體樣本中一特 疋氣體物質之〉農度，該方法包括： a)當氣體樣品中有氣體物質以校正範圍内之定量 出現時，決定該氣體物質吸收一至少為連續波長之單 一波帶的光； (b)提供該如申請專利範圍第1項之ILS雷射 (0安置該增益媒質，以使來自該增益媒質之一輸 出光束於離開該雷射共振腔之前導向通過該置於該雷 射共振腔的氣體樣本； (d) 安置該偵測器以偵測離開該ILS雷射之輸出強 度，以對於選定之波長下之輸出強度加以定量；及 (e) 於該ILS雷射外及呆ILS雷射與呆偵測器間設置 一波長選擇光學元件，以便使該離開ILS雷射之輸出光 在到達該偵測器前先通過該波長選擇光學元件，該波 長選擇元件僅讓具有該ILS雷射輸出波長部份内的波長 之光線通過。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

   ·11111111 I — — — — — — ! I ft — —— — — II — — ! — . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·· 32