WO2016047168A1 - ガス分析装置及びガス処理装置 - Google Patents

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WO2016047168A1
WO2016047168A1 PCT/JP2015/057697 JP2015057697W WO2016047168A1 WO 2016047168 A1 WO2016047168 A1 WO 2016047168A1 JP 2015057697 W JP2015057697 W JP 2015057697W WO 2016047168 A1 WO2016047168 A1 WO 2016047168A1
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light
wavelength
unit
substance
gas analyzer
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PCT/JP2015/057697
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English (en)
French (fr)
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茂行 高木
努 角野
長谷川　裕
康友 塩見
陽 前川
美幸 草場
Original Assignee
株式会社 東芝
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
    • 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
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • 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
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to a gas analyzer and a gas processing apparatus.
  • Gas analyzers are used for various purposes. It is important to obtain highly accurate analysis results stably.
  • Embodiments of the present invention provide a highly accurate gas analyzer and gas processing apparatus.
  • the gas analyzer includes a cell unit, a light source unit, a detection unit, and a control unit.
  • the cell part includes a cell.
  • the cell includes a space into which a sample gas containing a target substance including fluoride is introduced.
  • the light source unit causes measurement light having a variable wavelength to enter the sample gas introduced into the space.
  • the detection unit detects the measurement light emitted from the cell unit.
  • the control unit measures the concentration of the target substance contained in the sample gas based on the detection result of the measurement light detected by the detection unit.
  • the light source unit includes a laser element unit that emits the measurement light, a first adjustment unit that coarsely adjusts the wavelength, and a second adjustment unit that finely adjusts the wavelength.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are schematic views illustrating a part of the gas analyzer according to the embodiment.
  • FIG. 11A to FIG. 11C are schematic views illustrating a part of the gas analyzer according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating a gas analyzer according to the first embodiment.
  • the gas analyzer 110 according to the present embodiment includes a cell unit 20, a light source unit 30, a detection unit 40, and a control unit 45.
  • a housing 10w is further provided, and the cell unit 20, the light source unit 30, and the detection unit 40 are stored in the housing 10w.
  • the sample gas 50 is introduced into the cell unit 20.
  • the cell unit 20 is provided with a cell 23, and a space 23 s is partitioned by the cell 23.
  • the sample gas 50 is introduced into the space 23s.
  • the sample gas 50 includes, for example, industrial exhaust gas.
  • a gas used for a process (for example, an etching process) in a manufacturing process of a semiconductor device is an exhaust gas.
  • the exhaust gas after the hazardous substance is excluded by the abatement apparatus is included in the sample gas 50.
  • the sample gas 50 includes a target substance 50a.
  • the target substance 50a contains fluoride.
  • the target substance 50a may include a plurality of substances (such as the first substance 51 and the second substance 52). Examples of the target substance will be described later.
  • the cell unit 20 includes a first reflection unit 21 and a second reflection unit 22.
  • the first reflection unit 21 and the second reflection unit 22 are reflective to the measurement light 30L.
  • At least a part of the space 23 s is disposed between the first reflecting part 21 and the second reflecting part 22.
  • the sample gas 50 is introduced into a space 23 s between the first reflecting part 21 and the second reflecting part 22.
  • the light source unit 30 emits measurement light 30L.
  • the measuring light 30L is incident on the sample gas 50 introduced into the space 23s.
  • the wavelength of the measurement light 30L is variable.
  • the measurement light 30L includes a first light L1 having a first wavelength and a second light L2 having a second wavelength.
  • the second wavelength is different from the first wavelength.
  • the measurement light 30L (the first light L1 and the second light L2) is reflected by the first reflecting part 21 and the second reflecting part 22, and is between the first reflecting part 21 and the second reflecting part 22 (space 23s). ) Multiple round trips.
  • a part of the measurement light 30 ⁇ / b> L is absorbed by the target substance 50 a included in the sample gas 50.
  • a component having a wavelength peculiar to the substance is absorbed. The degree of absorption depends on the type and concentration of the target substance 50a.
  • the detection unit 40 detects the intensity of the measurement light 30L (for example, the first light L1 and the second light L2) that has passed through the space 23s into which the sample gas 50 is introduced. That is, the measurement light 30L emitted from the cell unit 20 is detected by the detection unit.
  • the measurement light 30L for example, the first light L1 and the second light L2
  • thermopile for example, a thermopile or a semiconductor element (for example, MCT (HgCdTe)) is used.
  • MCT HgCdTe
  • the detection unit 40 is optional.
  • the control unit 45 measures the concentration of the target substance 50a in the sample gas 50 based on the detection result of the measurement light 30L detected by the detection unit 40. An example of the operation of the control unit 45 will be described later.
  • the light source unit 30 includes a laser element unit 30a, a first adjustment unit 61, and a second adjustment unit 62.
  • the laser element unit 30a emits measurement light 30L.
  • As the laser element unit 30a for example, an external resonator (EC) type quantum cascade laser (QCL) is used. An example of the laser element unit 30a will be described later.
  • EC external resonator
  • QCL quantum cascade laser
  • 1st adjustment part 61 adjusts the wavelength of laser element part 30a roughly.
  • the second adjustment unit 62 finely adjusts the wavelength of the laser element unit 30a.
  • the center wavelength of the measurement light 30L is adjusted in a range of, for example, plus or minus 0.5 micrometers ( ⁇ m).
  • the wavelength of the measurement light 30L is adjusted in a range of, for example, plus or minus 10 nanometers (nm) with respect to the center wavelength. Examples of these adjustment units will be described later.
  • FIG. 2 is a schematic view illustrating the gas analyzer according to the first embodiment.
  • the gas analyzer 110 is attached to an exhaust treatment device 320 (for example, an abatement device).
  • the exhaust treatment device 320 treats (for example, removes) the gas discharged from the industrial treatment device.
  • Industrial processing apparatuses are, for example, etching apparatuses 411 and 412.
  • the gas analyzer 110 and the exhaust treatment device 320 are included in the gas treatment device 310.
  • the exhaust gas discharged from the etching apparatuses 411 and 412 is supplied to the exhaust processing apparatus 320.
  • the exhaust treatment device 320 for example, processing such as exclusion of dangerous substances is performed.
  • the exhaust gas processed by the exhaust processing device 320 is supplied to the gas analyzer 110.
  • the target substance 50a contained in the gas is detected over a long period of time during the movable time.
  • the amount of gas discharged from the exhaust treatment device 320 and the type of gas vary.
  • the industrial gas analyzer has a special problem of continuously measuring the target substance 50a over a long period of time. And it is required to detect stably and with high accuracy.
  • the wavelength of the measurement light 30L is also required to be set with high accuracy.
  • the gas analyzer 110 is provided with a first adjustment unit 61 that roughly adjusts the wavelength. Thereby, the wavelength of the measurement light 30L can be quickly adjusted to the target absorption wavelength. Further, a second adjustment unit 62 that finely adjusts the wavelength is provided. Thereby, the wavelength of the measurement light 30L can be adjusted with high accuracy.
  • the concentration of the target substance 50a in the sample gas 50 can be measured continuously, stably and with high accuracy. Even when the concentration of the target substance 50a varies greatly, stable and highly accurate detection is possible.
  • the concentration of a plurality of substances can be quickly analyzed by adjustment by the first adjustment unit 61. Thereby, continuous highly accurate detection becomes possible.
  • the concentration of the substance can be analyzed with high accuracy by adjustment by the second adjustment unit 62.
  • the target substance 50a contained in the sample gas 50 is, for example, fluoride.
  • the target substance 50a includes, for example, at least one of CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , cC 4 F 8 , CHF 3 , NF 3, and SF 6 .
  • Such a substance is a greenhouse gas. It is particularly desirable to continuously and stably measure such gas emissions. It is effective to apply the embodiment to such applications.
  • the concentration of the target substance 50a in the sample gas 50 is, for example, 500 ppm or less.
  • the concentration of the target substance 50a is detected with an accuracy of 10 ppm or less, for example. Thereby, management of global warming gas can be carried out effectively. Management of harmful gas emissions can be carried out effectively.
  • the harmful gas is, for example, CF + , CF2 + or CF3 + .
  • FIG. 3 is a schematic view illustrating a part of the gas analyzer according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic view illustrating a part of the light source unit 30.
  • a diffraction grating 65 is used as the first adjustment unit 61.
  • the light emitted from the laser element unit 30a is incident on the diffraction grating 65 (first adjusting unit 61).
  • the diffraction grating 65 forms a resonator together with the laser element unit 30a. According to the angle of the diffraction grating 65, the resonance length of the resonator changes. Thereby, the wavelength of the measurement light 30L can be adjusted roughly.
  • a temperature control unit 62a and a power source 62b are used as the second adjustment unit 62.
  • the temperature control unit 62a adjusts the temperature of the laser element unit 30a.
  • the wavelength of the light emitted from the laser element unit 30a depends on the temperature.
  • the power source 62b supplies a current to the laser element unit 30a.
  • the wavelength of the light emitted from the laser element unit 30a depends on the current. The wavelength can be adjusted with high accuracy by adjusting the current.
  • the laser driving unit 62r that adjusts the temperature of the laser element unit 30a and the current flowing through the laser element unit can be used.
  • FIG. 4 is a schematic view illustrating a part of the gas analyzer according to the second embodiment.
  • the laser element unit 30a is provided with a first laser element Ls1, a second laser element Ls2, and a third laser element Ls3.
  • the first laser element Ls1 emits the first light L1 having the first wavelength.
  • the second laser element Ls2 emits the second light L2 having the second wavelength.
  • the third laser element Ls3 emits the third light L3 having the third wavelength. These lights are included in the measurement light 30L.
  • the first wavelength is, for example, about 7.9 ⁇ m (7.9 ⁇ m plus or minus 5%, etc.).
  • the second wavelength is, for example, about 8.5 ⁇ m (such as 8.5 ⁇ m plus or minus 5%).
  • the third wavelength is, for example, about 10.8 ⁇ m (10.8 ⁇ m plus or minus 5%, etc.). In embodiments, these wavelengths are arbitrary. It is determined appropriately according to the target target substance 50a.
  • a switching unit 66 is used as the first adjustment unit 61.
  • the switching unit 66 switches whether the first light L1 is incident on or not incident on the space 23s.
  • the switching unit 66 switches whether the second light L2 is incident on or not incident on the space 23s.
  • the switching unit 66 switches whether the third light L3 is incident or not incident on the space 23s.
  • the switching unit 66 selectively emits light from each laser element. The light may be continuously emitted from the laser element, and the light blocking or transmission may be controlled by the switching unit 66.
  • An optical switch or the like may be used as the switching unit 66.
  • a galvanometer mirror or the like may be used as the switching unit 66.
  • the wavelength of the measurement light 30L is roughly adjusted to any one of the first wavelength, the second wavelength, and the third wavelength by the first adjustment unit 61.
  • a laser drive unit 62r is used as the second adjustment unit 62.
  • the laser driver 62r adjusts at least one of the temperature of the first laser element Ls1 and the current flowing through the first laser element Ls1.
  • the laser driver 62r adjusts at least one of the temperature of the second laser element Ls2 and the current flowing through the second laser element Ls2.
  • the laser driver 62r adjusts at least one of the temperature of the third laser element Ls3 and the current flowing through the third laser element Ls3. Thereby, the wavelength of the measurement light 30L is finely adjusted.
  • each of the plurality of laser elements is provided in each of the plurality of laser elements.
  • one laser driving unit may be connected to a plurality of laser elements.
  • a switch for example, a power transistor
  • the laser element that supplies current is switched.
  • an optical element is provided to cause the first light L1 to the third light L3 to enter the cell portion 20 (space 23s).
  • a first optical element M1 and a second optical element M2 are provided.
  • the second optical element M2 reflects the first light L1, reflects the second light L2, and transmits the third light L3. Thereby, these lights can be incident on the space 23s through the same optical path.
  • a third optical element M3 may be provided instead of the second optical element M2.
  • the third optical element M3 transmits the first light L1, transmits the second light L2, and reflects the third light L3. At this time, the arrangement of the first laser element Ls1 to the third laser element Ls3 is changed in accordance with the third optical element M3.
  • Such second optical element M2 and third optical element M3 are effective when, for example, the first wavelength is relatively close to the second wavelength and the difference between these wavelengths and the third wavelength is large. That is, in this example, the absolute value of the difference between the third wavelength and the first wavelength is larger than the absolute value of the difference between the first wavelength and the second wavelength. The absolute value of the difference between the third wavelength and the second wavelength is larger than the absolute value of the difference between the first wavelength and the second wavelength.
  • transmission and non-transmission of the first light L1 and the second light L2 may be controlled using polarized light.
  • the polarization direction of the first light L1 is different from the polarization direction of the second light L2.
  • the first optical element M1 transmits one of the first light L1 and the second light L2, and reflects the other of the first light L1 and the second light L2. That is, transmission and non-transmission change according to the polarization.
  • the first light L1 is p-polarized light and the second light L2 is s-polarized light.
  • the first optical element M1 transmits p-polarized light and reflects s-polarized light.
  • the first light L2 and the second light L2 can be incident on the space 23s through substantially the same optical path.
  • the first light L1 is s-polarized light
  • the second light L2 is p-polarized light
  • the first optical element M1 transmits s-polarized light and reflects p-polarized light.
  • the first light L2 and the second light L2 can be incident on the space 23s through substantially the same optical path. High-precision measurement is possible.
  • the first light L1 to the third light L3 may be sequentially incident on the space 23s.
  • the first light L1 enters the space 23s in the first period.
  • the second light L2 enters the space 23s.
  • the third light L3 enters the space 23s.
  • the relationship between the lengths of these wavelengths at this time is arbitrary. In this way, the light may be switched in a time division manner.
  • the order of incidence on the space 23s may be switched from light having a low transmittance to light having a high transmittance according to the target substance 50a, for example. Thereby, the saturation in the detection part 40 can be suppressed.
  • the transmittance of the target substance 50a for the first wavelength is lower than the transmittance of the target substance 50a for the second wavelength
  • the transmittance of the target substance 50a for the second wavelength is the transmittance of the target substance 50a for the third wavelength.
  • the first light L1, the second light L2, and the third light L3 are sequentially incident on the space 23s. Thereby, the saturation in the detection part 40 can be suppressed. Thereby, high accuracy is obtained in detection.
  • a predetermined waiting time may be inserted therebetween. Thereby, the saturation in the detection part 40 can be suppressed.
  • two or more of the first light L1 to the third light L3 may be incident on the space 23s within the same period.
  • FIG. 5 is a schematic view illustrating a part of the gas analyzer according to the second embodiment.
  • the light source unit 30 is provided with a laser element unit 30 a, a first adjustment unit 61, and a second adjustment unit 62.
  • the laser element unit 30a includes a first laser element Ls1, a second laser element Ls2, and a third laser element Ls3.
  • the first wavelength of the first light L1 emitted from the first laser element Ls1 is, for example, about 7.9 ⁇ m.
  • the second wavelength of the second light L2 emitted from the second laser element Ls2 is, for example, about 8.5 ⁇ m.
  • the third wavelength of the third light L3 emitted from the third laser element Ls3 is, for example, about 10.8 ⁇ m. In embodiments, these wavelengths are arbitrary. It is determined appropriately according to the target target substance 50a.
  • a switching unit 66 is provided as the first adjustment unit 61.
  • a mirror having a variable angle is used as the switching unit 66.
  • the change in the angle of the mirror controls the incidence of light into the space 23s.
  • the first light L1 enters the space 23s when the angle of the mirror is in the first state.
  • the second light L2 enters the space 23s.
  • the third light L3 enters the space 23s.
  • This figure illustrates the second state.
  • the wavelength of the measurement light 30L is roughly adjusted to the first wavelength, the second wavelength, the third wavelength, and the like by the operation of the mirror.
  • a laser drive unit 62r is provided as the second adjustment unit 62.
  • the laser driver 62r controls at least one of the temperature and current of each of these laser elements. Thereby, the wavelength of the measurement light 30L is finely adjusted.
  • FIG. 6 is a schematic view illustrating a part of the gas analyzer according to the fourth embodiment.
  • the light source unit 30 is provided with a laser element unit 30 a, a first adjustment unit 61, and a second adjustment unit 62.
  • the laser element unit 30a includes a first laser element Ls1 and a second laser element Ls2.
  • a third laser element Ls3 may be further provided.
  • the switching unit 66 is used as the first adjustment unit 61
  • the laser driving unit 62 r is used as the second adjustment unit 62.
  • the angle at which the first light L1 emitted from the first laser element Ls1 enters the cell part 20 (space 23s) is the same as the angle at which the second light L2 emitted from the second laser element Ls2 is the cell part 20 (space 23s). It is different from the incident angle. Thereby, different optical path lengths are provided in the measurement light 30L.
  • the measurement light 30 ⁇ / b> L (the first light L ⁇ b> 1 and the second light L ⁇ b> 2, etc.) is reflected by the first reflection unit 21 and the second reflection unit 22 provided in the cell unit 20 and reaches the detection unit 40.
  • the angle of incidence on the cell unit 20 (space 23s) is different between the first light L1 and the second light L2, these lights are emitted to the outside of the cell unit 20 at different times and are detected by the detection unit. 40 is reached.
  • the first light path length from when the first light L1 is reflected by the first reflecting portion 21 and the second reflecting portion 22 to reach the detecting portion 40 is equal to the second light L2 being the first reflecting portion 21 and the second reflecting length. This is different from the second optical path length that is reflected by the reflection unit 22 and reaches the detection unit 40.
  • the optical path length is changed according to the light.
  • the absorption coefficient varies depending on the type of the target substance 50a, and the amount of absorption in the space 23s varies.
  • the amount of absorption varies depending on the concentration of the target substance 50a.
  • the light intensity (amount of absorption) of light incident on the detection unit 40 is set to an appropriate range. Thereby, the detection accuracy in the detection unit 40 can be maintained high.
  • the amount of light absorption is adjusted by changing the optical path length according to the state of the sample gas 50, and the measurement light 30L having an appropriate intensity is incident on the detection unit 40. Thereby, highly accurate detection becomes possible.
  • the optical path length when the absorption coefficient is high is made shorter than the optical path length when the absorption coefficient is low.
  • the optical path length when the concentration of the target substance 50a in the sample gas 50 is high is made shorter than the optical path length when the concentration is low.
  • the target substance 50a includes a first substance 51 and a second substance 52 different from the first substance 51
  • the first wavelength of the first light L1 is the peak wavelength of the rescue rate (first absorption rate) of the first substance 51.
  • the second wavelength of the second light L2 is assumed to be the peak wavelength of the absorption rate (second absorption rate) of the second substance 52.
  • the first absorption rate is assumed to be higher than the second absorption rate.
  • the first optical path length is made shorter than the second optical path length.
  • the incident angle of the first light L1 is made larger than the incident angle of the second light L2.
  • the first wavelength is the peak wavelength of the first absorption rate of the first substance 51 and the second wavelength is the peak wavelength of the second absorption rate of the second substance.
  • the concentration of the first substance 51 in the sample gas 50 is higher than the concentration of the second substance 52 in the sample gas 50.
  • the first optical path length is made shorter than the second optical path length.
  • the optical path length is set so that appropriate detection sensitivity can be obtained according to the type or concentration of the substance. Thereby, it is possible to obtain the concentration with high accuracy for each of the plurality of substances.
  • FIG. 7 is a schematic view illustrating a gas analyzer according to the fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a graph illustrating characteristics of the gas analyzer according to this embodiment.
  • the horizontal axis is the wavelength ⁇
  • the vertical axis is the intensity Int of the measurement light 30L detected by the detector 40.
  • the first substance 51 is CF 4 and the second substance 52 is C 2 F 6 .
  • a wavelength in the range of about 8.7 ⁇ m to 9.0 ⁇ m is illustrated.
  • the wavelength ⁇ becomes longer, the light intensity Int in the first material 51 increases.
  • the wavelength ⁇ becomes shorter in this wavelength range, the light intensity Int in the second substance 52 decreases.
  • the slope of the change of the light intensity Int in the first substance 51 with respect to the wavelength ⁇ is positive.
  • the gradient of the change of the light intensity Int with respect to the wavelength ⁇ in the second substance 52 is negative.
  • a wavelength at which the gradient of the change has a reverse polarity is used as the wavelength of the measurement light 30L.
  • the absorption characteristics of a plurality of substances having different changing directions with respect to the wavelength change intersect.
  • the center wavelength of the measurement light 30L is set to such a wavelength.
  • the present embodiment relates to a gas processing apparatus.
  • the gas processing device 310 includes a gas analysis device 110 and an exhaust processing device 320.
  • the exhaust treatment device 320 supplies the sample gas 50 to the gas analyzer 110.
  • any gas analyzer according to the above embodiment and a modified gas analyzer may be used.
  • the gas processing apparatus 310 according to the present embodiment can perform highly accurate analysis and can perform highly accurate gas processing. Stable gas treatment can be carried out continuously.
  • FIG. 8 is a schematic view illustrating a part of the gas analyzer according to the embodiment.
  • the light source unit 30 (laser element unit 30a) includes a semiconductor light emitting element 30aL and a wavelength control unit 30aC.
  • the semiconductor light emitting element 30aL emits emitted light by energy relaxation of electrons in subbands of a plurality of quantum wells, for example.
  • the wavelength control unit 30aC adjusts the wavelength of the emitted light to generate the first light L1 and the second light L2.
  • the wavelength control unit 30aC includes a first adjustment mechanism.
  • the first adjustment mechanism shifts the wavelength of the infrared laser light emitted from the semiconductor light emitting element 30aL into the absorption spectrum of one kind of gas among the plurality of gases included in the sample gas 50.
  • the wavelength control unit 30aC may further include a second adjustment mechanism.
  • the second adjustment mechanism adjusts the wavelength by shifting the wavelength in the absorption spectrum of one kind of gas.
  • the first adjustment mechanism includes a diffraction grating 71.
  • the diffraction grating 71 is provided so as to intersect with the optical axis 31Lx of the semiconductor light emitting element 30aL.
  • the diffraction grating 71 forms an external resonator.
  • the incident angle of the infrared laser light to the diffraction grating 71 is changed according to the absorption spectra of the plurality of substances contained in the sample gas 50.
  • the incident angle is changed to, for example, angles ⁇ 1 to ⁇ 4. Thereby, the wavelength of infrared laser light is changed.
  • a stepping motor 99 and a drive control unit 98 are provided.
  • the drive control unit 98 controls (drives) the stepping motor 99.
  • the diffraction grating 71 is rotationally controlled by the stepping motor 99 and the drive control unit 98 around an axis that intersects the optical axis 31Lx.
  • an antireflection coating film AR on the end face of the semiconductor light emitting element 30aL on the diffraction grating 71 side.
  • a partially reflective coating film PR Perfect Reflection
  • the semiconductor light emitting element 30aL is disposed between the partial reflection coating film PR and the antireflection coating film AR.
  • An external resonator is formed between the partially reflective coating film PR and the diffraction grating 71.
  • the wavelength may be further accurately adjusted by the second adjustment mechanism.
  • the drive part 30b (refer FIG. 1) can be used as a 2nd adjustment mechanism.
  • the drive unit 30b changes at least one of the operating current value and the duty of the semiconductor light emitting element 30aL.
  • the second control unit 90 may be used as the second adjustment mechanism.
  • the second control unit 90 changes the temperature of the semiconductor light emitting element 30aL.
  • a Peltier element or the like is used as the second control unit 90.
  • a stress generating element may be used as the second adjustment mechanism.
  • the stress generating element changes the external resonator length.
  • a piezo element or the like can be used.
  • FIG. 9 is a schematic view illustrating a part of the gas analyzer according to the embodiment.
  • FIG. 9 shows another example of the laser element unit 30a.
  • a diffraction grating 71a is used as the first adjustment mechanism.
  • the diffraction grating 71a moves in an XY plane that intersects the optical axis 31Lx of the semiconductor light emitting element 30aL at a predetermined incident angle ⁇ .
  • the diffraction grating 71 a is moved by, for example, the stepping motor 99 and the drive control unit 98.
  • An external resonator (EC) is formed by the diffraction grating 71a and the partially reflective coating film PR of the semiconductor light emitting element 30aL.
  • the measurement light 30 ⁇ / b> L emitted from the partial reflection coating film PR enters the cell unit 20.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are schematic views illustrating a part of the gas analyzer according to the embodiment. These drawings are schematic plan views showing examples of the diffraction grating 71a. As illustrated in FIGS. 10A and 10B, the diffraction grating 71 has a plurality of regions. In a plurality of regions, the pitch of the grating is different.
  • the pitch of the lattice is different along the X direction.
  • a plurality of regions having different pitches are provided.
  • the resonance wavelength is region rg2> region rg1> region rg3.
  • the wavelength can be adjusted by moving in the X direction.
  • the resonance wavelengths are region rg5> region rg6> region rg7> region rg4.
  • the diffraction grating 71a is moved along the arrow direction SD illustrated in FIG. Thereby, a wavelength can be adjusted.
  • the cross-sectional shape of the diffraction grating 71a may be asymmetric.
  • FIG. 11A to FIG. 11C are schematic views illustrating a part of the gas analyzer according to the embodiment.
  • FIG. 11A is a schematic perspective view.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG.
  • FIG. 11C is a schematic view illustrating the operation of the light source unit 30.
  • a semiconductor light emitting element 30 aL is used as the light source unit 30.
  • a laser is used as the semiconductor light emitting element 30aL.
  • a quantum cascade laser is used.
  • the semiconductor light emitting element 30aL includes a substrate 35, a stacked body 31, a first electrode 34a, a second electrode 34b, a dielectric layer 32 (first dielectric layer), and And an insulating layer 33 (second dielectric layer).
  • a substrate 35 is provided between the first electrode 34a and the second electrode 34b.
  • the substrate 35 includes a first portion 35a, a second portion 35b, and a third portion 35c. These parts are arranged in one plane. This plane intersects (for example, parallel) with respect to the direction from the first electrode 34a to the second electrode 34b.
  • a third portion 35c is disposed between the first portion 35a and the second portion 35b.
  • the laminate 31 is provided between the third portion 35c and the first electrode 34a.
  • the dielectric layer 32 is provided between the first portion 35a and the first electrode 34a and between the second portion 35b and the first electrode 34a.
  • An insulating layer 33 is provided between the dielectric layer 32 and the first electrode 34a.
  • the laminated body 31 has a stripe shape.
  • the stacked body 31 functions as a ridge waveguide RG.
  • the two end surfaces of the ridge waveguide RG become mirror surfaces.
  • the light 31L emitted from the stacked body 31 is emitted from the end face (light emission surface).
  • the light 31L is an infrared laser beam.
  • the optical axis 31Lx of the light 31L is along the extending direction of the ridge waveguide RG.
  • the stacked body 31 includes, for example, a first cladding layer 31a, a first guide layer 31b, an active layer 31c, a second guide layer 31d, and a second cladding layer 31e. ,including. These layers are arranged in this order along the direction from the substrate 35 toward the first electrode 34a.
  • Each of the refractive index of the first cladding layer 31a and the refractive index of the second cladding layer 31e is based on the refractive index of the first guide layer 31b, the refractive index of the active layer 31c, and the refractive index of the second guide layer 31d. Is also low.
  • the light 31L generated in the active layer 31c is confined in the stacked body 31.
  • the first guide layer 31b and the first cladding layer 31a may be collectively referred to as a cladding layer.
  • the second guide layer 31d and the second cladding layer 31e may be collectively referred to as a cladding layer.
  • the stacked body 31 has a first side surface 31sa and a second side surface 31sb perpendicular to the optical axis 31Lx.
  • a distance 31w (width) between the first side surface 31sa and the second side surface 31sb is, for example, not less than 5 ⁇ m and not more than 20 ⁇ m. Thereby, for example, the control in the horizontal / horizontal mode is facilitated, and the output is easily improved. If the distance 31w is excessively long, a high-order mode is likely to occur in the horizontal and transverse mode, and the output is difficult to increase.
  • the refractive index of the dielectric layer 32 is lower than the refractive index of the active layer 31c. Thereby, the ridge waveguide RG is formed by the dielectric layer 32 along the optical axis 31Lx.
  • the active layer 31c has, for example, a cascade structure.
  • first regions r1 and second regions r2 are alternately stacked.
  • the unit structure r3 includes a first region r1 and a second region r2.
  • a plurality of unit structures r3 are provided.
  • a first barrier layer BL1 and a first quantum well layer WL1 are provided in the first region r1.
  • a second barrier layer BL2 is provided in the second region r2.
  • the third barrier layer BL3 and the second quantum well layer WL2 are provided in another first region r1a.
  • the fourth barrier layer BL4 is provided in another second region r2a.
  • an intersubband optical transition of the first quantum well layer WL1 occurs in the first region r1. Thereby, for example, light 31La having a wavelength of 3 ⁇ m or more and 18 ⁇ m or less is emitted.
  • the energy of the carrier c1 (for example, electrons) injected from the first region r1 can be relaxed.
  • the well width WLt is, for example, 5 nm or less.
  • the energy levels are discrete, and for example, the first subband WLa (high level Lu) and the second subband WLb (low level Ll) are generated.
  • Carriers c1 injected from the first barrier layer BL1 are effectively confined in the first quantum well layer WL1.
  • light 31Lb is emitted from the second quantum well layer WL2 in another first region r1a.
  • the quantum well layer may include a plurality of wells with overlapping wave functions.
  • the high levels Lu of the plurality of quantum well layers may be the same.
  • the low levels Ll of the plurality of quantum well layers may be the same as each other.
  • the intersubband optical transition occurs in either the conduction band or the valence band.
  • recombination of holes and electrons by a pn junction is not necessary.
  • an optical transition is caused by either the hole or electron carrier c1, and light is emitted.
  • the voltage applied between the first electrode 34a and the second electrode 34b causes the carrier c1 (for example, electrons) to be quantum via the barrier layer (for example, the first barrier layer BL1). Implanted into the well layer (for example, the first quantum well layer WL1). This causes an intersubband optical transition.
  • the carrier c1 for example, electrons
  • the barrier layer for example, the first barrier layer BL1
  • the well layer for example, the first quantum well layer WL1
  • the second region r2 has, for example, a plurality of subbands.
  • the subband is, for example, a miniband.
  • the energy difference in the subband is small.
  • the subband is preferably close to a continuous energy band. As a result, the energy of the carrier c1 (electrons) is relaxed.
  • the second region r2 for example, light (for example, infrared rays having a wavelength of 3 ⁇ m or more and 18 ⁇ m or less) is not substantially emitted.
  • the carriers c1 (electrons) of the low level L1 in the first region r1 pass through the second barrier layer BL2 and are injected into the second region r2 and relaxed.
  • the carrier c1 is injected into another first region r1a that is cascade-connected. An optical transition occurs in the first region r1a.
  • the light source unit 30 includes the semiconductor light emitting element 30aL.
  • the semiconductor light emitting device 30aL emits the measurement light 30L by energy relaxation of electrons in subbands of a plurality of quantum wells (for example, the first quantum well layer WL1 and the second quantum well layer WL2).
  • GaAs is used for the quantum well layers (for example, the first quantum well layer WL1 and the second quantum well layer WL2).
  • Al x Ga 1-x As (0 ⁇ x ⁇ 1) is used for the barrier layer (for example, the first to fourth barrier layers BL1 to BL4).
  • the barrier layer for example, the first to fourth barrier layers BL1 to BL4.
  • the first cladding layer 31a and the second cladding layer 31e include, for example, Si as an n-type impurity.
  • the impurity concentration in these layers is, for example, 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less (for example, about 6 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 ).
  • the thickness of each of these layers is, for example, not less than 0.5 ⁇ m and not more than 2 ⁇ m (for example, about 1 ⁇ m).
  • the first guide layer 31b and the second guide layer 31d include, for example, Si as an n-type impurity.
  • the impurity concentration in these layers is, for example, 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less (for example, about 4 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 ).
  • the thickness of each of these layers is, for example, 2 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less (for example, 3.5 ⁇ m).
  • the distance 31w (the width of the stacked body 31, that is, the width of the active layer 31c) is, for example, 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less (for example, about 14 ⁇ m).
  • the length of the ridge waveguide RG is, for example, 1 mm or more and 5 mm or less (for example, about 3 mm).
  • the semiconductor light emitting element 30aL operates at an operating voltage of 10 V or less, for example.
  • the current consumption is lower than that of a carbon dioxide laser device or the like. Thereby, operation with low power consumption is possible.
  • a highly accurate gas analyzer and gas processing apparatus can be provided.
  • vertical and parallel include not only strictly vertical and strictly parallel, but also include, for example, variations in the manufacturing process, and may be substantially vertical and substantially parallel. It ’s fine.
  • a cell unit a light source unit, a detection unit, a control unit, a laser element unit, a laser element, a first adjustment unit, a second adjustment unit, a laser drive unit, a switching unit, an optical element and a mirror included in the gas analyzer
  • a cell unit a light source unit, a detection unit, a control unit, a laser element unit, a laser element, a first adjustment unit, a second adjustment unit, a laser drive unit, a switching unit, an optical element and a mirror included in the gas analyzer
  • the specific configuration of each element such as the exhaust treatment device included in the gas treatment device
  • those skilled in the art can implement the present invention in the same manner by selecting appropriately from a known range, and the same effect can be obtained.
  • what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

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Abstract

　実施形態によれば、ガス分析装置は、セル部と、光源部と、検出部と、制御部と、を含む。前記セル部は、セルを含む。前記セルは、フッ化物を含む対象物質を含む試料気体が導入される空間を含む。前記光源部は、前記空間に導入された前記試料気体に波長が可変の測定光を入射させる。前記検出部は、前記セル部から出射した前記測定光を検出する。前記制御部は、前記検出部で検出された前記測定光の検出結果に基づいて前記試料気体中に含まれる前記対象物質の濃度を測定する。前記光源部は、前記測定光を出射するレーザ素子部と、前記波長を粗く調整する第１調整部と、前記波長を細かく調整する第２調整部と、を含む。

Description

ガス分析装置及びガス処理装置
　本発明の実施形態は、ガス分析装置及びガス処理装置に関する。
　ガス分析装置が、種々の用途に用いられる。高精度の分析結果を安定して得ることが重要である。
特開２００９－８５８７２
　本発明の実施形態は、高精度のガス分析装置及びガス処理装置を提供する。
　本発明の実施形態によれば、ガス分析装置は、セル部と、光源部と、検出部と、制御部と、を含む。前記セル部は、セルを含む。前記セルは、フッ化物を含む対象物質を含む試料気体が導入される空間を含む。前記光源部は、前記空間に導入された前記試料気体に波長が可変の測定光を入射させる。前記検出部は、前記セル部から出射した前記測定光を検出する。前記制御部は、前記検出部で検出された前記測定光の検出結果に基づいて前記試料気体中に含まれる前記対象物質の濃度を測定する。前記光源部は、前記測定光を出射するレーザ素子部と、前記波長を粗く調整する第１調整部と、前記波長を細かく調整する第２調整部と、を含む。
第１の実施形態に係るガス分析装置を例示する模式図である。 第１の実施形態に係るガス分析装置を例示する模式図である。 第１の実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。 第２の実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。 第２の実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。 第４の実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。 第５の実施形態に係るガス分析装置を例示する模式図である。 実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。 実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。 図１１（ａ）～図１１（ｃ）は、実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。
　以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。　
　なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に相当し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。　
　また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
　（第１の実施形態）　
　図１は、第１の実施形態に係るガス分析装置を例示する模式図である。　
　図１に表したように、本実施形態に係るガス分析装置１１０は、セル部２０と、光源部３０と、検出部４０と、制御部４５と、を含む。この例では、筐体１０ｗがさらに設けられており、筐体１０ｗ中に、セル部２０、光源部３０及び検出部４０が格納されている。
　セル部２０には、試料気体５０が導入される。例えば、セル部２０は、セル２３が設けられ、セル２３により空間２３ｓが区画される。この空間２３ｓに、試料気体５０が導入される。試料気体５０は、例えば、産業用の排気ガスを含む。例えば、半導体装置の製造工程の処理（例えばエッチング処理）などに用いられるガスが排気ガスとなる。このような排気ガスから危険物質を除外する除害装置（ガス処理部）がある。除害装置で危険物質が除外された後の排気ガスが、試料気体５０に含まれる。
　試料気体５０は、対象物質５０ａを含む。対象物質５０ａは、フッ化物を含む。対象物質５０ａは、複数の物質（第１物質５１及び第２物質５２など）を含んでも良い。対象物質の例については、後述する。
　この例では、セル部２０は、第１反射部２１と、第２反射部２２と、を含む。第１反射部２１及び第２反射部２２は、測定光３０Ｌに対して反射性である。第１反射部２１と第２反射部２２との間に空間２３ｓの少なくとも一部が配置される。試料気体５０は、第１反射部２１と第２反射部２２との間の空間２３ｓに導入される。
　光源部３０は、測定光３０Ｌを出射する。測定光３０Ｌは、空間２３ｓに導入した試料気体５０に入射する。測定光３０Ｌの波長は、可変である。例えば、測定光３０Ｌは、第１波長の第１光Ｌ１と、第２波長の第２光Ｌ２と、を含む。第２波長は、第１波長とは異なる。これらの光が、試料気体５０に入射する。
　測定光３０Ｌ（第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２）は、第１反射部２１と第２反射部２２とで反射して、第１反射部２１と第２反射部２２との間（空間２３ｓ）を複数回往復する。測定光３０Ｌの一部が、試料気体５０に含まれる対象物質５０ａにより吸収される。測定光３０Ｌのうちの、物質に特有の波長の成分が吸収される。吸収の程度は、対象物質５０ａの種類及び濃度などに依存する。
　検出部４０は、試料気体５０が導入されている空間２３ｓを通過した測定光３０Ｌ（例えば第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２など）の強度を検出する。すなわち、セル部２０から出射した測定光３０Ｌが検出部により検出される。
　検出部４０には、赤外領域に感度を有する素子が用いられる。検出部４０には、例えばサーモパイルまたは半導体素子（例えばＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ））などが用いられる。実施形態において、検出部４０は任意である。
　制御部４５は、検出部４０で検出された測定光３０Ｌの検出結果に基づいて、試料気体５０中の対象物質５０ａの濃度を測定する。制御部４５の動作の例については、後述する。
　光源部３０は、レーザ素子部３０ａと、第１調整部６１と、第２調整部６２と、を含む。レーザ素子部３０ａは、測定光３０Ｌを出射する。レーザ素子部３０ａとして、例えば、外部共振器（ＥＣ）型量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）が用いられる。レーザ素子部３０ａの例については、後述する。
　第１調整部６１は、レーザ素子部３０ａの波長を粗く調整する。第２調整部６２は、レーザ素子部３０ａの波長を細かく調整する。例えば、第１調整部６１による波長の調整により、測定光３０Ｌの中心波長は、例えば、プラスマイナス０．５マイクロメートル（μｍ）の範囲で調整される。一方、第２調整部６２による調整により、測定光３０Ｌの波長は、その中心波長に対して、例えば、プラスマイナス１０ナノメートル（ｎｍ）の範囲で調整される。これらの調整部の例については、後述する。
　以下、実施形態に係るガス分析装置１１０の使用例について説明する。　
　図２は、第１の実施形態に係るガス分析装置を例示する模式図である。　
　図２に示すように、ガス分析装置１１０は、排気処理装置３２０（例えば除害装置）に取り付けられている。排気処理装置３２０は、産業処理装置から排出されるガスを処理（例えば除害）する。産業処理装置は、例えば、エッチング装置４１１及び４１２などである。ガス分析装置１１０と排気処理装置３２０とが、ガス処理装置３１０に含まれる。
　エッチング装置４１１及び４１２から排出される排気ガスが排気処理装置３２０に供給される。排気処理装置３２０で、例えば、危険物質の除外などの処理が行われる。排気処理装置３２０で処理された後の排気ガスが、ガス分析装置１１０に供給される。
　産業用装置は長い時間可動している。この可動時間中の長い時間にわたって、ガスに含まれる対象物質５０ａが検知される。排気処理装置３２０から排出されるガスの量及びガスの種類は変動する。産業用のガス分析装置には、長い時間にわたって連続して対象物質５０ａを測定するという特別な課題がある。そして、安定して、高い精度で検出することが要求される。
　試料気体５０に含まれる複数の物質の濃度を連続的に分析するためには、それぞれの物質の吸収波長に、測定光３０Ｌの波長を迅速に合わせることが求められる。そして測定光３０Ｌの波長は、高い精度で設定されることも求められる。
　これに対して、本実施形態に係るガス分析装置１１０には、波長を粗く調整する第１調整部６１が設けられる。これにより、目的とする吸収波長に、測定光３０Ｌの波長を迅速に合わせることができる。さらに、波長を細かく調整する第２調整部６２が設けられる。これにより、測定光３０Ｌの波長を高精度に調整できる。
　これにより、試料気体５０中の対象物質５０ａの濃度を、連続的に、安定して、高精度で測定できる。そして、対象物質５０ａの濃度が大きく変動した場合においても、安定して、高い精度の検出が可能になる。
　例えば、第１調整部６１による調整により、複数の物質の濃度を迅速に分析することができる。これにより、連続的な高精度の検出が可能になる。そして、第２調整部６２により調整により、物質の濃度を高精度に分析することができる。
　試料気体５０に含まれる対象物質５０ａは、例えば、フッ化物である。対象物質５０ａは、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ｃ－Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＮＦ３及びＳＦ６の少なくともいずれかを含む。このような物質は、温暖化ガスである。このようなガスの排出量を連続的に安定して測定することが特に望まれる。このような用途に、実施形態を適用することが効果的である。
　試料気体５０中における対象物質５０ａの濃度は、例えば、５００ｐｐｍ以下である。実施形態においては、このような対象物質５０ａの濃度を、例えば、１０ｐｐｍ以下の精度で検出する。これにより、地球温暖化ガスの管理が効果的に実施できる。有害ガスの排気の管理が効果的に実施できる。有害ガスは、例えば、ＣＦ＋、ＣＦ２＋またはＣＦ３＋などである。
　図３は、第１の実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。　
　図３は、光源部３０の一部を例示する模式図である。　
　図３に示すように、この例では、第１調整部６１として、回折格子６５が用いられる。回折格子６５（第１調整部６１）には、レーザ素子部３０ａから出射した光が入射する。回折格子６５は、レーザ素子部３０ａと共に、共振器を形成する。回折格子６５の角度に応じて、共振器の共振長が変化する。これにより、測定光３０Ｌの波長が、粗く調整できる。
　この例では、第２調整部６２として、温度制御部６２ａ及び電源６２ｂが用いられている。温度制御部６２ａは、レーザ素子部３０ａの温度を調整する。レーザ素子部３０ａから出射する光の波長は、温度に依存する。レーザ素子部３０ａの温度を調整することで、波長を高精度に調整できる。一方、電源６２ｂは、レーザ素子部３０ａに電流を供給する。レーザ素子部３０ａから出射する光の波長は、電流に依存する。電流を調整することで、波長を高精度に調整できる。このように、第２調整部６２として、レーザ素子部３０ａの温度及びレーザ素子部に流れる電流を調整するレーザ駆動部６２ｒを用いることができる。
　（第２の実施形態）　
　図４は、第２の実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。　
　図４に示すように、ガス分析装置１２０においては、レーザ素子部３０ａには、第１レーザ素子Ｌｓ１、第２レーザ素子Ｌｓ２及び第３レーザ素子Ｌｓ３が設けられる。第１レーザ素子Ｌｓ１は、第１波長の第１光Ｌ１を出射する。第２レーザ素子Ｌｓ２は、第２波長の第２光Ｌ２を出射する。第３レーザ素子Ｌｓ３は、第３波長の第３光Ｌ３を出射する。これらの光は、測定光３０Ｌに含まれる。
　第１波長は、例えば、約７．９μｍ（７．９μｍプラスマイナス５％など）である。第２波長は、例えば、約８．５μｍ（８．５μｍプラスマイナス５％など）である。第３波長は、例えば、約１０．８μｍ（１０．８μｍプラスマイナス５％など）である。実施形態において、これらの波長は任意である。目的とする対象物質５０ａに応じて適宜定められる。
　この例では、第１調整部６１として、切り替え部６６が用いられる。切り替え部６６は、第１光Ｌ１の空間２３ｓへの入射及び非入射を切り替える。切り替え部６６は、第２光Ｌ２の空間２３ｓへの入射及び非入射を切り替える。切り替え部６６は、第３光Ｌ３の空間２３ｓへの入射及び非入射を切り替える。切り替え部６６は、例えば、それぞれのレーザ素子から選択的に光を出射させる。レーザ素子から光が連続的に出射されており、切り替え部６６により、光の遮断または透過が制御されても良い。切り替え部６６として、光スイッチなどを用いても良い。切り替え部６６としてガルバノミラーなどを用いても良い。
　第１調整部６１により測定光３０Ｌの波長が、第１波長、第２波長及び第３波長のいずれかに、粗く調整される。
　第２調整部６２として、レーザ駆動部６２ｒが用いられる。レーザ駆動部６２ｒは、第１レーザ素子Ｌｓ１の温度及び第１レーザ素子Ｌｓ１に流れる電流の少なくともいずれかを調整する。レーザ駆動部６２ｒは、第２レーザ素子Ｌｓ２の温度及び第２レーザ素子Ｌｓ２に流れる電流の少なくともいずれかを調整する。レーザ駆動部６２ｒは、第３レーザ素子Ｌｓ３の温度及び第３レーザ素子Ｌｓ３に流れる電流の少なくともいずれかを調整する。これにより、測定光３０Ｌの波長が、細かく調整される。
　この例においては、複数のレーザ素子のそれぞれに、複数のレーザ駆動部のそれぞれが設けられている。実施形態において、１つのレーザ駆動部が複数のレーザ素子に接続されても良い。この場合、例えば、１つのレーザ駆動部にスイッチ（例えばパワートランジスタなど）が設けられ、電流を供給するレーザ素子を切り替える。
　この例において、第１光Ｌ１～第３光Ｌ３をセル部２０（空間２３ｓ）に入射させるために、光学素子が設けられている。この例では、第１光学素子Ｍ１及び第２光学素子Ｍ２が設けられている。
　第２光学素子Ｍ２は、第１光Ｌ１を反射し、第２光Ｌ２を反射し、第３光Ｌ３を透過する。これにより、これらの光を同じ光路で、空間２３ｓに入射させることができる。第２光学素子Ｍ２の変わりに第３光学素子Ｍ３を設けても良い。この第３光学素子Ｍ３は、第１光Ｌ１を透過し、第２光Ｌ２を透過し、第３光Ｌ３を反射する。このときには、第３光学素子Ｍ３に合わせて、第１レーザ素子Ｌｓ１～第３レーザ素子Ｌｓ３の配置を変更する。
　このような第２光学素子Ｍ２及び第３光学素子Ｍ３は、例えば、第１波長は第２波長と比較的近く、これらの波長と第３波長との差が大きい場合に、有効である。すなわち、この例では、第３波長と第１波長との間の差の絶対値は、第１波長と第２波長との間の差の絶対値よりも大きい。そして、記第３波長と第２波長との間の差の絶対値は、第１波長と第２波長との間の差の絶対値よりも大きい。
　さらに、このような波長の関係のときに、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２との透過と非透過を、偏光を用いて制御しても良い。例えば、第１光Ｌ１の偏光方向は、第２光Ｌ２の偏光方向とは異なる。このとき、第１光学素子Ｍ１は、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２のいずれか一方を透過し、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２のいずれか他方を反射する。すなわち、偏光に応じて透過と非透過とが変化する。
　例えば、第１光Ｌ１はｐ偏光であり、第２光Ｌ２はｓ偏光である。このとき、第１光学素子Ｍ１は、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射する。これにより、第１光Ｌ２及び第２光Ｌ２は、実質的に同じ光路で、空間２３ｓに入射できる。
　第１光Ｌ１はｓ偏光であり、第２光Ｌ２がｐ偏光である。このとき、第１光学素子Ｍ１は、ｓ偏光を透過し、ｐ偏光を反射する。これにより、第１光Ｌ２及び第２光Ｌ２は、実質的に同じ光路で、空間２３ｓに入射できる。高精度の測定が可能になる。
　例えば、第１光Ｌ１～第３光Ｌ３を順番に空間２３ｓに入射させても良い。例えば、第１期間に第１光Ｌ１が空間２３ｓに入射する。第１期間の後の第２期間に第２光Ｌ２が空間２３ｓに入射する。第２期間の後の第３期間に第３光Ｌ３が空間２３ｓに入射する。このときのこれらの波長の長短の関係は任意である。このように、時分割で光を切り替えても良い。
　さらに、空間２３ｓに入射させる順番は、例えば、対象物質５０ａに応じて、透過率が低い光から透過率が高い光になるように切り替えても良い。これにより、検出部４０における飽和を抑制できる。
　例えば、対象物質５０ａの第１波長に対する透過率が、対象物質５０ａの第２波長に対する透過率よりも低く、対象物質５０ａの第２波長に対する透過率が、対象物質５０ａの第３波長に対する透過率よりも低いとする。このとき、第１光Ｌ１、第２光Ｌ２及び第３光Ｌ３の順番に空間２３ｓに入射させる。これにより、検出部４０における飽和が抑制できる。これにより、検出において、高い精度が得られる。
　さらに、透過率が高い光を空間２３ｓに入射させた後に、透過率が低い空間２３ｓに入射させる場合には、その間に所定の待ち時間を挿入しても良い。これにより、検出部４０における飽和が抑制できる。
　実施形態において、第１光Ｌ１～第３光Ｌ３のうちの２つ以上を、同じ期間内に、空間２３ｓに入射させても良い。
　（第３の実施形態）
　図５は、第２の実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。　
　図５に示すように、本実施形態に係るガス分析装置１３０においても、光源部３０にレーザ素子部３０ａ、第１調整部６１及び第２調整部６２が設けられている。レーザ素子部３０ａは、第１レーザ素子Ｌｓ１、第２レーザ素子Ｌｓ２及び第３レーザ素子Ｌｓ３を含む。第１レーザ素子Ｌｓ１から出射する第１光Ｌ１の第１波長は、例えば、約７．９μｍである。第２レーザ素子Ｌｓ２から出射する第２光Ｌ２の第２波長は、例えば約８．５μｍである。第３レーザ素子Ｌｓ３から出射する第３光Ｌ３の第３波長は、例えば、約１０．８μｍである。実施形態において、これらの波長は任意である。目的とする対象物質５０ａに応じて適宜定められる。
　この例では、第１調整部６１として、切り替え部６６が設けられている。この切り替え部６６として、角度が可変のミラーが用いられている。このミラーの角度の変化により、空間２３ｓへの光の入射が制御される。例えば、このミラーの角度が第１状態のときに第１光Ｌ１が空間２３ｓに入射する。このミラーの角度が第２状態のときに第２光Ｌ２が空間２３ｓに入射する。このミラーの角度が第３状態のときに第３光Ｌ３が空間２３ｓに入射する。この図は、第２状態を例示している。このように、ミラーの動作により、測定光３０Ｌの波長が、第１波長、第２波長及び第３波長などに粗く調整される。
　第２調整部６２として、レーザ駆動部６２ｒが設けられている。レーザ駆動部６２ｒにより、これらのレーザ素子のそれぞれの温度及び電流の少なくともいずれかが制御される。これにより、測定光３０Ｌの波長が細かく調整される。
　（第４の実施形態）　
　図６は、第４の実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。　
　図６に示すように、本実施形態に係るガス分析装置１４０においても、光源部３０にレーザ素子部３０ａ、第１調整部６１及び第２調整部６２が設けられている。この例では、レーザ素子部３０ａは、第１レーザ素子Ｌｓ１及び第２レーザ素子Ｌｓ２を含む。第３レーザ素子Ｌｓ３がさらに設けられても良い。この例でも、第１調整部６１として切り替え部６６が用いられ、第２調整部６２としてレーザ駆動部６２ｒが用いられている。
　この例では、第１レーザ素子Ｌｓ１から出射する第１光Ｌ１がセル部２０（空間２３ｓ）に入射する角度は、第２レーザ素子Ｌｓ２から出射する第２光Ｌ２がセル部２０（空間２３ｓ）に入射する角度とは異なる。これにより、測定光３０Ｌにおいて、異なる光路長が設けられる。
　すなわち、測定光３０Ｌ（第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２など）は、セル部２０に設けられる第１反射部２１と第２反射部２２で反射して、検出部４０に到達する。
　このとき、セル部２０（空間２３ｓ）に入射する角度が、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで異なるため、これらの光は、互いに異なる回数で、セル部２０の外部に出射し検出部４０に到達する。例えば、第１光Ｌ１が第１反射部２１と第２反射部２２とで反射して検出部４０に到達するまでの第１光路長は、第２光Ｌ２が第１反射部２１と第２反射部２２とで反射して検出部４０に到達するまでの第２光路長とは異なる。このように、光に応じて、光路長を変更する。
　例えば、対象物質５０ａの種類によって吸収係数が異なり、空間２３ｓでの吸収の量が異なる。対象物質５０ａの濃度によっても吸収の量が異なる。一方、検出部４０における光強度の検出のダイナミックレンジには所定の範囲がある。検出部４０に入射する光の光強度（吸収の量）を適切な範囲に設定する。これにより、検出部４０における検出の精度を高く維持できる。
　本実施形態においては、試料気体５０の状態に応じて、光路長を変更することで、光の吸収の量を調整し、適切な強度の測定光３０Ｌを検出部４０に入射させる。これにより、高精度の検出が可能になる。
　例えば、吸収係数が高い場合の光路長を、吸収係数が低い場合の光路長よりも短くする。例えば、対象物質５０ａの試料気体５０中における濃度が高い場合の光路長を、濃度が低い場合の光路長よりも短くする。
　例えば、吸収率に差がある場合には、以下とする。対象物質５０ａが、第１物質５１と、第１物質５１とは異なる第２物質５２と、を含む場合の例について説明する。第１光Ｌ１の第１波長が、第１物質５１の救出率（第１吸収率）のピーク波長であるとする。そして、第２光Ｌ２の第２波長が、第２物質５２の吸収率（第２吸収率）のピーク波長であるとする。そして、第１吸収率が、第２吸収率よりも高いとする。このときに、第１光路長を、第２光路長よりも短くする。例えば、第１光Ｌ１の入射角を第２光Ｌ２の入射角よりも大きくする。
　例えば、濃度に差がある場合には、以下とする。このときも、第１波長が、第１物質５１の第１吸収率のピーク波長であり、第２波長が、第２物質の第２吸収率のピーク波長であるとする。そして、第１物質５１の試料気体５０中における濃度が、第２物質５２の試料気体５０中における濃度よりも高いとする。このときは、第１光路長を、第２光路長よりも短くする。
　このように、物質の種類または濃度に応じて、適正な検出感度が得られるように、光路長を設定する。これにより、複数の物質のそれぞれについて、高精度で濃度を求めることができる。
　（第５の実施形態）　
　図７は、第５の実施形態に係るガス分析装置を例示する模式図である。　
　図７は、本実施形態に係るがガス分析装置における特性を例示するグラフ図である。横軸は波長λであり、縦軸は、検出部４０で検出される測定光３０Ｌの強度Ｉｎｔである。この例では、第１物質５１がＣＦ４であり、第２物質５２がＣ２Ｆ６である。この例では、約８．７μｍ～９．０μｍの範囲の波長について例示している。
　この波長範囲において、波長λが長くなると、第１物質５１における光の強度Ｉｎｔは、上昇する。一方、この波長範囲において、波長λがながくなると、第２物質５２における光の強度Ｉｎｔは、低下する。第１物質５１における光の強度Ｉｎｔの、波長λに対する変化の傾きは、正である。第２物質５２における光の強度Ｉｎｔの、波長λに対する変化の傾きは、負である。変化の傾きが逆極性となるような波長を、測定光３０Ｌの波長として用いる。
　すなわち、測定光３０Ｌの波長を増大したときに、第１物質５１の吸収率は減少し、第２物質５２の吸収率は上昇する。
　このように、特定の波長（この例では約８．２μｍ）において、波長変化に対して変化方向の異なる複数の物質の吸収特性が交わる。このような波長に、測定光３０Ｌの中心波長を設定する。これにより、測定光３０Ｌの波長を変化させて吸収の程度を検出することで、複数の物質の濃度を高精度で検出することができる。
　（第６の実施形態）　
　本実施形態は、ガス処理装置に係る。図２に例示したように、ガス処理装置３１０は、ガス分析装置１１０と排気処理装置３２０とを含む。排気処理装置３２０は、試料気体５０をガス分析装置１１０に供給する。ガス分析装置として、上記の実施形態に係る任意のガス分析装置及びその変形のガス分析装置を用いても良い。本実施形態に係るガス処理装置３１０は、高精度の分析が可能であり、高精度のガス処理を実施できる。安定したガス処理を連続的に実施できる。
　以下、実施形態に適用できる光源部３０の例について説明する。　
　図８は、実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。　
　図８に表したように、光源部３０（レーザ素子部３０ａ）は、半導体発光素子３０ａＬと、波長制御部３０ａＣと、を有する。後述するように、半導体発光素子３０ａＬは、例えば、複数の量子井戸のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により発光光を放射する。波長制御部３０ａＣは、例えば、発光光の波長を調整して第１光Ｌ１と、第２光Ｌ２と、を生成する。
　例えば、波長制御部３０ａＣは、第１調整機構を含む。第１調整機構は、半導体発光素子３０ａＬから出射する赤外線レーザ光の波長を、試料気体５０に含まれる複数のガスのうちの一種類のガスの吸収スペクトル内にシフトする。波長制御部３０ａＣは、第２調整機構をさらに含んでも良い。第２調整機構は、例えば、一種類のガスの吸収スペクトル内において波長をシフトさせて波長を調整する。
　例えば、第１調整機構は、回折格子７１を含む。回折格子７１は、半導体発光素子３０ａＬの光軸３１Ｌｘと交差するように設けられる。回折格子７１は、外部共振器を形成する。試料気体５０に含まれる複数の物質のそれぞれの吸収スペクトルに応じて、赤外線レーザ光の回折格子７１への入射角を変化させる。入射角は、例えば、角度β１～β４などに変更される。これにより、赤外線レーザ光の波長を変化させる。
　例えば、ステッピングモータ９９と、駆動制御部９８と、が設けられる。駆動制御部９８は、ステッピングモータ９９を制御（駆動）する。ステッピングモータ９９及び駆動制御部９８により、回折格子７１は、光軸３１Ｌｘと交差する軸を中心に回転制御される。
　半導体発光素子３０ａＬの回折格子７１の側の端面には、反射防止コート膜ＡＲを設けることが好ましい。部分反射コート膜ＰＲ(Ｐｅｒｔｉａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉoｎ）を設けても良い。部分反射コート膜ＰＲと反射防止コート膜ＡＲとの間に半導体発光素子３０ａＬが配置される。部分反射コート膜ＰＲと回折格子７１との間において、外部共振器が形成される。
　実施形態において、第２調整機構によってさらに波長を精度良く調整してもよい。例えば、第２調整機構として、駆動部３０ｂ（図１参照）を用いることができる。駆動部３０ｂは、半導体発光素子３０ａＬの動作電流値及びデューティの少なくともいずれかを変更する。第２調整機構として、第２制御部９０を用いても良い。第２制御部９０は、例えば、半導体発光素子３０ａＬの温度を変更する。第２制御部９０として、例えば、ペルチェ素子などが用いられる。第２調整機構として、例えば、応力生成素子などを用いても良い。応力生成素子は、外部共振器長を変化させる。応力生成素子として、例えば、ピエゾ素子などを用いることができる。
　図９は、実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。　
　図９は、レーザ素子部３０ａの別の例を示している。　
　この例においては、第１調整機構として、回折格子７１ａが用いられる。回折格子７１ａは、半導体発光素子３０ａＬの光軸３１Ｌｘに対して所定の入射角γで交差するＸＹ面内で移動する。回折格子７１ａは、例えば、ステッピングモータ９９及び駆動制御部９８により、移動する。回折格子７１ａと、半導体発光素子３０ａＬの部分反射コート膜ＰＲと、により、外部共振器（ＥＣ）が形成される。部分反射コート膜ＰＲから放出された測定光３０Ｌは、セル部２０に入射する。
　図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。　
　これらの図は、回折格子７１ａの例を示す模式的平面図である。　
　図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に例示したように、回折格子７１は、複数の領域を有する。複数の領域において、格子のピッチが異なる。
　図１０（ａ）に示した例においては、格子のピッチが、Ｘ方向に沿って異なる。異なるピッチを有する複数の領域が設けられる。共振波長は、領域ｒｇ２＞領域ｒｇ１＞領域ｒｇ３である。例えば、Ｘ方向に移動することにより、波長を調整できる。
　図１０（ｂ）に示した例において、共振波長は、領域ｒｇ５＞領域ｒｇ６＞領域ｒｇ７＞領域ｒｇ４である。例えば、図１０（ｂ）に例示された矢印方向ＳＤに沿って回折格子７１ａを移動させる。これにより、波長を調整できる。回折格子７１ａの断面形状は、非対称でもよい。
　図１１（ａ）～図１１（ｃ）は、実施形態に係るガス分析装置の一部を例示する模式図である。　
　図１１（ａ）は、模式的斜視図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ１－Ａ２線断面図である。図１１（ｃ）は、光源部３０の動作を例示する模式図である。　
　この例では、光源部３０として、半導体発光素子３０ａＬが用いられる。半導体発光素子３０ａＬとして、レーザが用いられる。この例では、量子カスケードレーザが用いられる。
　図１１（ａ）に表したように、半導体発光素子３０ａＬは、基板３５と、積層体３１と、第１電極３４ａと、第２電極３４ｂと、誘電体層３２（第１誘電体層）と、絶縁層３３（第２誘電体層）と、を含む。
　第１電極３４ａと、第２電極３４ｂと、の間に基板３５が設けられる。基板３５は、第１部分３５ａと、第２部分３５ｂと、第３部分３５ｃと、を含む。これらの部分は、１つの面内に配置される。この面は、第１電極３４ａから第２電極３４ｂに向かう方向に対して交差する（例えば平行）である。第１部分３５ａと第２部分３５ｂとの間に、第３部分３５ｃが配置される。
　第３部分３５ｃと第１電極３４ａとの間に積層体３１が設けられる。第１部分３５ａと第１電極３４ａとの間、及び、第２部分３５ｂと第１電極３４ａとの間に、誘電体層３２が設けられる。誘電体層３２と第１電極３４ａとの間に絶縁層３３が設けられる。
　積層体３１は、ストライプの形状を有している。積層体３１は、リッジ導波路ＲＧとして機能する。リッジ導波路ＲＧの２つの端面がミラー面となる。積層体３１において放出された光３１Ｌは、端面（光出射面）から出射する。光３１Ｌは、赤外線レーザ光である。光３１Ｌの光軸３１Ｌｘは、リッジ導波路ＲＧの延在方向に沿う。
　図１１（ｂ）に表したように、積層体３１は、例えば、第１クラッド層３１ａと、第１ガイド層３１ｂと、活性層３１ｃと、第２ガイド層３１ｄと、第２クラッド層３１ｅと、を含む。これらの層は、基板３５から第１電極３４ａに向かう方向に沿って、この順で並ぶ。第１クラッド層３１ａの屈折率及び第２クラッド層３１ｅの屈折率のそれぞれは、第１ガイド層３１ｂの屈折率、活性層３１ｃの屈折率、及び、第２ガイド層３１ｄの屈折率のそれぞれよりも低い。活性層３１ｃで生じた光３１Ｌは、積層体３１内に閉じ込められる。第１ガイド層３１ｂと第１クラッド層３１ａとを合わせて、クラッド層と呼ぶ場合がある。第２ガイド層３１ｄと第２クラッド層３１ｅとを合わせて、クラッド層と呼ぶ場合がある。
　積層体３１は、光軸３１Ｌｘに対して垂直な第１側面３１ｓａ及び第２側面３１ｓｂを有する。第１側面３１ｓａと第２側面３１ｓｂとの間の距離３１ｗ（幅）は、例えば５μｍ以上２０μｍ以下である。これにより、例えば、水平横方向モードの制御が容易となり、出力の向上が容易になる。距離３１ｗが過度に長いと、水平横方向モードにおいて高次モードを生じ易くなり、出力を高めにくい。
　誘電体層３２の屈折率は、活性層３１ｃの屈折率よりも低い。これにより、誘電体層３２により、光軸３１Ｌｘに沿ってリッジ導波路ＲＧが形成される。
　図１１（ｃ）に表したように、活性層３１ｃは、例えば、カスケード構造を有する、カスケード構造においては、例えば、第１領域ｒ１と、第２領域ｒ２と、が交互に積層される。単位構造ｒ３は、第１領域ｒ１及び第２領域ｒ２を含む。複数の単位構造ｒ３が設けられる。
　例えば、第１領域ｒ１には、第１障壁層ＢＬ１と、第１量子井戸層ＷＬ１と、が設けられる。第２領域ｒ２には、第２障壁層ＢＬ２が設けられる。例えば、別の第１領域ｒ１ａには、第３障壁層ＢＬ３と、第２量子井戸層ＷＬ２と、が設けられる。別の第２領域ｒ２ａに、第４障壁層ＢＬ４が設けられる。
　第１領域ｒ１においては、第１量子井戸層ＷＬ１のサブバンド間光学遷移が生じる。これにより、例えば、３μｍ以上１８μｍ以下の波長の光３１Ｌａが放出される。
　第２領域ｒ２においては、第１領域ｒ１から注入されたキャリアｃ１（例えば電子）のエネルギーは、緩和可能である。
　量子井戸層（例えば第１量子井戸層ＷＬ１）において、井戸幅ＷＬｔは、例えば、５ｎｍ以下である。井戸幅ＷＬｔがこのように狭いとき、エネルギー準位が離散して、例えば、第１サブバンドＷＬａ（高準位Ｌｕ）及び第２サブバンドＷＬｂ（低準位Ｌｌ）などを生じる。第１障壁層ＢＬ１から注入されたキャリアｃ１は、第１量子井戸層ＷＬ１に効果的に閉じ込められる。
　高準位Ｌｕから低準位Ｌｌへキャリアｃ１が遷移するときに、エネルギー差（高準位Ｌｕと低準位Ｌｌとの差）に対応する光３１Ｌａが放出される。すなわち、光学遷移が生じる。
　同様に、別の第１領域ｒ１ａの第２量子井戸層ＷＬ２において、光３１Ｌｂが放出される。
　実施形態において量子井戸層は、波動関数が重なり合う複数の井戸を含んでも良い。複数の量子井戸層のそれぞれの高準位Ｌｕが、互いに同じでも良い。複数の量子井戸層のそれぞれの低準位Ｌｌが、互いに同じでも良い。
　例えば、サブバンド間光学遷移は、伝導帯及び価電子帯のいずれかにおいて生じる。例えば、ｐｎ接合によるホールと電子との再結合は必要ではない。例えば、ホール及び電子のいずれかのキャリアｃ１により光学遷移が生じて、光が放出される。
　活性層３１ｃにおいて、例えば、第１電極３４ａと、第２電極３４ｂと、の間に印加される電圧により、障壁層（例えば第１障壁層ＢＬ１）を介して、キャリアｃ１（例えば電子）が量子井戸層（例えば第１量子井戸層ＷＬ１）へ注入される。これにより、サブバンド間光学遷移を生じる。
　第２領域ｒ２は、例えば、複数のサブバンドを有する。サブバンドは、例えば、ミニバンドである。サブバンドにおけるエネルギー差は、小さい。サブバンドにおいて、連続エネルギーバンドに近いことが好ましい。この結果、キャリアｃ１（電子）のエネルギーが緩和される。
　第２領域ｒ２では、例えば、光（例えば３μｍ以上１８μｍ以下の波長の赤外線）は、実質的に放出されない。第１領域ｒ１の低準位Ｌｌのキャリアｃ１（電子）は、第２障壁層ＢＬ２を通過して、第２領域ｒ２へ注入され、緩和される。キャリアｃ１は、カスケード接続された別の第１領域ｒ１ａへ注入される。この第１領域ｒ１ａにおいて、光学遷移が生じる。
　カスケード構造では、複数の単位構造ｒ３のそれぞれにおいて光学遷移が生じる。これにより、活性層３１ｃの全体において、高い光出力を得ることが容易になる。
　このように、光源部３０は、半導体発光素子３０ａＬを含む。半導体発光素子３０ａＬは、複数の量子井戸（例えば、第１量子井戸層ＷＬ１及び第２量子井戸層ＷＬ２など）のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により、測定光３０Ｌを放射する。
　量子井戸層（例えば第１量子井戸層ＷＬ１及び第２量子井戸層ＷＬ２など）には、例えば、ＧａＡｓが用いられる。例えば、障壁層（例えば、第１～第４障壁層ＢＬ１～ＢＬ４など）には、例えば、ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）が用いられる。このとき、例えば、基板３５としてＧａＡｓを用いると、量子井戸層及び障壁層において、良好な格子整合が得られる。
　第１クラッド層３１ａ及び第２クラッド層３１ｅは、例えば、ｎ形不純物として、Ｓｉを含む。これらの層における不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下（例えば、約６×１０１８ｃｍ－３）である。これらの層のそれぞれの厚さは、例えば、０．５μｍ以上２μｍ以下（例えば約１μｍ）である。
　第１ガイド層３１ｂ及び第２ガイド層３１ｄは、例えば、ｎ形不純物として、Ｓｉを含む。これらの層における不純物濃度は、例えば１×１０１６ｃｍ－３以上１×１０１７ｃｍ－３以下（例えば、約４×１０１６ｃｍ－３）である。これらの層のそれぞれの厚さは、例えば２μｍ以上５μｍ以下（例えば、３．５μｍ）である。
　距離３１ｗ（積層体３１の幅、すなわち、活性層３１ｃの幅）は、例えば、５μｍ以上２０μｍ以下（例えば、約１４μｍ）である。
　リッジ導波路ＲＧの長さは、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下（例えば約３ｍｍ）である。半導体発光素子３０ａＬは、例えば、１０Ｖ以下の動作電圧で動作する。消費電流は、炭酸ガスレーザ装置などに比べて低い。これにより、低消費電力の動作が可能である。
　実施形態によれば、高精度のガス分析装置及びガス処理装置が提供できる。
　なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
　以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、ガス分析装置に含まれるセル部、光源部、検出部、制御部、レーザ素子部、レーザ素子、第１調整部、第２調整部、レーザ駆動部、切り替え部、光学素子及びミラー、並びに、ガス処理装置に含まれる排気処理装置などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。　
　また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
　本発明の実施の形態として上述したガス分析装置及びガス処理装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのガス分析装置及びガス処理装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
　本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
　例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
　また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (19)

  1. 　フッ化物を含む対象物質を含む試料気体が導入される空間を含むセルを含むセル部と、
    　前記空間に導入された前記試料気体に波長が可変の測定光を入射する光源部と、
    　前記セル部から出射した前記測定光を検出する検出部と、
    　前記検出部で検出された前記測定光の検出結果に基づいて前記試料気体中に含まれる前記対象物質の濃度を測定する制御部と、
    　を備え、
    　前記光源部は、
    　　前記測定光を出射するレーザ素子部と、
    　　前記波長を粗く調整する第１調整部と、
    　　前記波長を細かく調整する第２調整部と、
    　を含むガス分析装置。
  2. 　前記第１調整部は、前記レーザ素子部から出射した光が入射し前記レーザ素子部と共に共振器を形成する回折格子を含み、
    　前記第２調整部は、前記レーザ素子部の温度及びレーザ素子部に流れる電流を調整するレーザ駆動部を含む、請求項１記載のガス分析装置。
  3. 　前記レーザ素子部は、
    　　前記測定光に含まれる第１波長の第１光を出射する第１レーザ素子と、
    　　前記測定光に含まれる第２波長の第２光を出射する第２レーザ素子と、
    　を含み、
    　前記第１調整部は、前記第１光の前記空間への入射及び非入射と、前記第２光の前記空間への入射及び非入射と、を切り替える切り替え部を含み、
    　前記第２調整部は、前記第１レーザ素子の温度及び前記第１レーザ素子に流れる電流の少なくともいずれかを調整し、前記第２レーザ素子の温度及び前記第２レーザ素子に流れる電流の少なくともいずれかを調整するレーザ駆動部を含む、請求項１記載のガス分析装置。
  4. 　前記レーザ素子部は、第３波長の第３光を出射する第３レーザ素子をさらに含み、
    　前記切り替え部は、前記第３光の前記空間への入射及び非入射をさらに切り替え、
    　前記レーザ駆動部は、前記第３レーザ素子の温度及び前記第３レーザ素子に流れる電流の少なくともいずれかをさらに調整する請求項３記載のガス分析装置。
  5. 　前記第１光の偏光方向は、前記第２光の偏光方向とは異なり、
    　前記光源部は、前記第１光及び前記第２光のいずれか一方を透過し、前記第１光及び前記第２光のいずれか他方を反射する第１光学素子をさらに含む請求項４記載のガス分析装置。
  6. 　前記第３波長と前記第１波長との間の差の絶対値は、前記第１波長と前記第２波長との間の差の絶対値よりも大きく、
    　前記第３波長と前記第２波長との間の差の絶対値は、前記第１波長と前記第２波長との間の前記差の前記絶対値よりも大きく、
    　前記光源部は、前記第１光を反射し前記第２光を反射し前記第３光を透過する第２光学素子、及び、前記第１光を透過し前記第２光を透過し前記第３光を反射する第３光学素子のいずれかを含む請求項４記載のガス分析装置。
  7. 　第１期間に前記第１光が前記空間に入射し、
    　前記第１期間の後の第２期間に前記第２光が前記空間に入射し、
    　前記第２期間の後の第３期間に前記第３光が前記空間に入射する請求項４記載のガス分析装置。
  8. 　前記対象物質の前記第１波長に対する透過率は、前記対象物質の前記第２波長に対する透過率よりも低く、
    　前記対象物質の前記第２波長に対する前記透過率は、前記対象物質の前記第３波長に対する透過率よりも低い、請求項７記載のガス分析装置。
  9. 　前記切り替え部は、角度が可変のミラーを含み、
    　前記ミラーの前記角度が第１状態のときに前記第１光が前記空間に入射し、
    　前記ミラーの前記角度が第２状態のときに前記第２光が前記空間に入射する請求項３記載のガス分析装置。
  10. 　前記セル部は、第１反射部と、第２反射部と、を含み、
    　前記空間は、前記第１反射部と前記第２反射部との間に配置され、
    　前記測定光は、前記第１反射部と前記第２反射部との間で反射して前記検出部に到達し、
    　前記第１光が前記空間に入射する角度は、前記第２光が前記空間に入射する角度とは異なる請求項３記載のガス分析装置。
  11. 　前記第１光が前記第１反射部と前記第２反射部とで反射して前記検出部に到達するまでの第１光路長は、前記第２光が前記第１反射部と前記第２反射部とで反射して前記検出部に到達するまでの第２光路長とは異なる請求項１０記載のガス分析装置。
  12. 　前記対象物質は、第１物質と、前記第１物質とは異なる第２物質と、を含み、
    　前記第１波長は、前記第１物質の第１吸収率のピーク波長であり、
    　前記第２波長は、前記第２物質の第２吸収率のピーク波長であり、
    　前記第１吸収率は、前記第２吸収率よりも高く、
    　前記第１光路長は、前記第２光路長よりも短い請求項１１記載のガス分析装置。
  13. 　前記対象物質は、第１物質と、前記第１物質とは異なる第２物質と、を含み、
    　前記第１波長は、前記第１物質の第１吸収率のピーク波長であり、
    　前記第２波長は、前記第２物質の第２吸収率のピーク波長であり、
    　前記第１物質の前記試料気体中における濃度は、前記第２物質の前記試料気体中における濃度よりも高く、
    　前記第１光路長は、前記第２光路長よりも短い請求項１１記載のガス分析装置。
  14. 　前記対象物質は、第１物質と、前記第１物質とは異なる第２物質と、を含み、
    　前記測定光の前記波長を増大したときに、前記第１物質の吸収率は減少し、前記第２物質の吸収率は上昇する請求項１記載のガス分析装置。
  15. 　前記対象物質は、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ｃ－Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＮＦ３及びＳＦ６の少なくともいずれかを含む請求項１記載のガス分析装置。
  16. 　前記第３波長は、１０．８マイクロメートルプラスマイナス５パーセントである請求項４記載のガス分析装置。
  17. 　前記第１波長は、７．９マイクロメートルプラスマイナス５パーセントであり、
    　前記第２波長は、８．５マイクロメートルプラスマイナス５パーセントである請求項３記載のガス分析装置。
  18. 　前記試料気体中における前記対象物質の濃度は、５００ｐｐｍ以下である請求項１記載のガス分析装置。
  19. 　請求項１記載のガス分析装置と、
    　前記試料気体を前記ガス分析装置に供給する排気処理装置と、
    　を備えたガス処理装置。
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