(57)【要約】  プロセスチャンバ内の気体種の特性を検知することであって、第１の選択レイジング周波数を有するビームを選択的に射出しプロセスチャンバを通すこと含む。ビームは検出器に光学的に結合されて、気体種の特性によって選択レイジング周波数において生じた吸収ディップを有するプロセス透過スペクトルを検出する。ビームは、選択的に射出され光ファイバのコア内に形成されたファイバブラッググレーティングを通り、第１の選択レイジング周波数のビームの少なくとも一部は部分的に反射され、一方でビームの残部は通過する。ビームの残部は、関心の対象である気体種の特性によって生じる、選択レイジング周波数における又はその近傍における吸収ディップを模倣したＦＢＧ透過スペクトルを有する。ビームの残部は検出器に光学的に結合される。検出器の出力はモニタリングされ、ＦＢＧ透過スペクトルは、プロセスチャンバ内で生成されたいずれかのプロセス透過スペクトルと比較される。
2019513998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの入力に光学的に結合された、第１の選択レイジング周波数の出力ビームを生成する少なくとも１つのダイオードレーザと、
ビームスプリッタ又は光スイッチのうちの少なくとも１つを備えるピッチサイドビーム制御器であって、前記ビーム制御器は、前記光ファイバの出力に光学的に結合された少なくとも１つの入力、及び少なくとも２つの出力を有し、
前記少なくとも２つの出力のうちの少なくとも１つが、プロセスチャンバと動作可能に関連付けられ少なくとも１つの前記ダイオードレーザの前記出力ビームを射出し前記プロセスチャンバを通すように方向付けられている、ピッチ光学系に光学的に結合している、ピッチサイドビーム制御器と、
前記ピッチ光学系と光学的に連通した前記プロセスチャンバと動作可能に関連付けられ、射出され前記プロセスチャンバを通った、少なくとも１つの前記ダイオードレーザの前記出力ビームを受光するキャッチ光学系と、
前記キャッチ光学系に光学的に結合した入力サイド、及び出力サイドを有するキャッチサイド光ファイバと、
少なくとも２つの入力及び１つの出力を有する光スイッチを備えるキャッチサイドビーム制御器と、
前記ビーム制御器の出力に光学的に結合し、前記選択レイジング周波数に高い感度を有する検出器と、
入力及び出力を有するＦＢＧ光ファイバであって、前記ＦＢＧ光ファイバは、前記ＦＢＧ光ファイバのコア内に形成された少なくとも１つのファイバブラッググレーティングを備え、
前記ファイバブラッググレーティングの少なくとも１つは、前記第１の選択レイジング周波数のレーザビームを部分的に反射し、一方で前記レーザビームの少なくとも一部を、前記ＦＢＧ光ファイバの前記出力に通過させるように構成され、
前記ＦＢＧ光ファイバの前記入力は前記ピッチサイドビーム制御器の前記少なくとも２つの出力のうちの別の１つに光学的に結合し、
前記ＦＢＧ光ファイバの前記出力は前記キャッチサイドビーム制御器の入力に光学的に結合している、ＦＢＧ光ファイバと、
を備える、検知装置。
【請求項２】
前記ファイバブラッググレーティングの各々を選択温度範囲に維持するための、前記ＦＢＧ光ファイバの前記ファイバブラッググレーティングの各々と動作可能に関連付けられた温度制御ユニットを更に備え、前記選択温度範囲は前記ファイバブラッググレーティングの各々の光学特性の実質的な変動を防止する、請求項１に記載の検知装置。
【請求項３】
前記選択温度範囲は、摂氏でプラス又はマイナス１８度（華氏でマイナス０．５度）である、請求項２に記載の検知装置。
【請求項４】
複数のダイオードレーザであって、前記ダイオードレーザの各々は、別個の選択レイジング周波数の出力ビームを生成し、前記出力ビームの各々は別個の光ファイバの入力に結合している、ダイオードレーザと、
前記別個の光ファイバの出力の各々に光学的に結合して、前記複数のダイオードレーザの各々の前記出力ビームを合成して多重化されたビームとするように構成されたマルチプレクサと、
前記キャッチサイドビーム制御器の前記出力に光学的に結合して、前記出力ビームの各々を、前記出力ビームの別個のレイジング周波数によって分離するように構成されたデマルチプレクサと、
前記複数のダイオードレーザに対応する複数の検出器であって、前記検出器の各々は、対応する前記ダイオードレーザの前記選択レイジング周波数に高い感度を有する、検出器と、を更に備える、請求項１に記載の検知装置。
【請求項５】
複数のピッチ光学系であって、前記ピッチ光学系の各々は前記ピッチサイドビーム制御器の別個の出力と動作可能に関連付けられている、ピッチ光学系と、対応する複数のキャッチ光学系であって、前記キャッチ光学系の各々は前記キャッチサイドビーム制御器の別個の入力に光学的に結合している、キャッチ光学系と、を備える、請求項１に記載の検知装置。
【請求項６】
前記ＦＢＧ光ファイバは複数のファイバブラッググレーティングを直列で備え、前記ファイバブラッググレーティングの各々は、別個の選択レイジング周波数のレーザビームの一部を部分的に反射し、一方で前記レーザビームの少なくとも一部を前記ＦＢＧ光ファイバの前記出力に通過させるように構成されている、請求項４に記載の検知装置。
【請求項７】
プロセスチャンバ内の気体種の特性を検知する方法であって、前記方法は、
プロセスチャンバを提供することと、
第１の選択レイジング周波数のビームを選択的に射出し前記プロセスチャンバを通すことと、
射出され前記プロセスチャンバを通った前記ビームを前記選択レイジング周波数に高い感度を有する検出器に光学的に結合させて、関心の対象である気体種の特性によって生じる、前記選択レイジング周波数における又はその近傍における吸収ディップを検出することと、
前記第１の選択レイジング周波数の前記ビームを選択的に射出し、光ファイバのコア内に形成されたファイバブラッググレーティングを通すことであって、前記ファイバブラッググレーティングは、前記第１の選択レイジング周波数のビームを部分的に反射し、一方で前記ビームの残部を通過させるように構成されており、前記ビームの前記残部は、関心の対象である気体種の特性によって生じる、前記選択レイジング周波数における前記吸収ディップを模倣している、ことと、
前記ビームの少なくとも一部を前記検出器に光学的に結合させることと、
前記検出器の出力をモニタリングして、前記ＦＢＧの吸収ディップの透過パターンを、前記プロセスチャンバ内で生成された透過パターンと比較することと、を含む、方法。
【請求項８】
前記ファイバブラッググレーティングの各々を選択温度範囲に維持することを更に含み、前記選択温度範囲は前記ファイバブラッググレーティングの各々の光学特性の実質的な変動を防止する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記選択温度範囲は、摂氏でプラス又はマイナス１８度（華氏でマイナス０．５度）である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
多重化された複数ビームであって、前記複数ビームの各々が選択レイジング周波数を有する、多重化された複数ビームを、選択的に射出し前記プロセスチャンバを通すことと、
前記多重化されたビームのビームを選択的に射出し光ファイバのコア内に形成されたファイバブラッググレーティングを通すことであって、前記ファイバブラッググレーティングは、少なくとも第１の選択レイジング周波数のビームを部分的に反射し、一方で前記ビームの残部を通過させるように構成されており、前記ビームの前記残部は、関心の対象である気体種の特性によって生じる、選択レイジング周波数における吸収ディップを模倣している、ことと、
前記多重化されたビームを非多重化して、前記出力ビームの各々を、前記出力ビームの各々の別個のレイジング周波数によって分離することと、
前記非多重化されたビームの各々を、対応する前記非多重化された前記出力ビームの前記選択レイジング周波数に高い感度を有する検出器に光学的に結合することと、
前記検出器の出力をモニタリングして、前記ＦＢＧの前記吸収ディップの透過パターンを、同一の選択レイジング周波数において前記プロセスチャンバ内で生成された透過パターンと比較することと、を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
複数の直列のファイバブラッググレーティングであって、前記ファイバブラッググレーティングの各々は、別個の選択レイジング周波数のレーザビームの一部を部分的に反射し、一方で前記レーザビームの少なくとも一部を前記ＦＢＧ光ファイバの前記出力に通過させるように構成されている、ファイバブラッググレーティング、を提供することと、
前記検出器の出力をモニタリングして、前記ＦＢＧの前記吸収ディップの各々の前記透過パターンを、同一の前記別個のレイジング周波数において前記プロセスチャンバ内で生成される透過パターンと比較することと、を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プロセスチャンバ内の物理パラメータを検知するために、前記検出器の前記出力を処理することを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記検出器の処理された前記出力に基づいて前記プロセスチャンバ内の選択物理パラメータを制御するために、信号をフィードバックループを通して燃焼制御器に送信することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
著作権宣言文
本特許文献の開示の一部には著作権保護を受ける事柄が含まれる。著作権者は、特許商標局の特許ファイル又は記録中に現れるような本特許文献又は本特許開示の何人かによる複製にも異議はないが、それ以外の全ての一切の著作権の権利を留保する。
【０００２】
本開示は、波長可変ダイオードレーザ分光（ＴＤＬＡＳ）システムに関し、特にＴＤＬＡＳシステム動作の検証のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
波長可変ダイオードレーザ分光法（ＴＤＬＡＳ）は、温度又は濃度などの気体種の特性を測定しなければならない、実験室用途及び工業用途の両方において広く使用されている。ＴＤＬＡＳシステムは、１つ以上のダイオードレーザから構成され、その各々は入念に制御された波長において光を生成し、それがプロセスチャンバの中に射出され、特定の気相分子を測定する。各レーザの波長は、典型的には、ガウス型スペクトル包絡線の全体を包含する狭い波長間隔にわたって調整され、包絡線は選択波長（本明細書では一括して「選択波長」と称する）においてピークを有し、選択波長にわたる透過光の量が測定される。光の一部を吸収する気相種は、波長を走査するにつれて透過光にディップを生じさせ（「吸収ディップ」）、吸収ディップを定量化することにより、経路長、並びに、ある選択波長及び温度において吸収された光の量を記述する係数が分かれば、化学種の濃度を計算することが可能になる。分子の吸収ディップのスペクトル又はパターンは指紋と考えることができる。波長に対する吸収のパターンは、各分子の特徴であり、従ってＴＤＬＡＳは、他の分子が充満している環境において関心の対象である化学種を非常に選択的に検出することができる。
【０００４】
ＴＤＬＡＳシステムの重要な用途の１つに燃焼のモニタリング及び診断がある。燃焼は、発電から鋼鉄及びガラスの製造まで、多くの工業プロセスを促進させるために使用される。精油所及び石油化学プラントでは、燃焼を利用して反応を促進させ完了に至らせる。ＴＤＬＡＳシステムは、場合によっては極めて複雑となってきており、プロセスの効率、信頼性、及び安全が最重要な工業用途向けに適用されている。関心の対象である燃焼種はＯ2、ＣＯ、ＣＯ2、及びＨ2Ｏを含み、これら全てをＴＤＬＡＳを使用して測定することができる。加えて、当技術分野において既知のとおり、温度はライン比手法を用いて測定することができる。ＴＤＬＡＳデータを制御ループで使用して、燃料／空気混合比を変動させて燃焼プロセス効率を最適化し、一方で、同時に、安全動作状態が維持されることを保証することができる。燃焼最適化のために使用されるときの、ＴＤＬＡＳシステムの故障又は誤った結果は、破局的な結果をもたらし得る。ある程度は、この問題は高性能なプロセス制御設計を介して、緩和することができるが、危険は残る。その結果、ＴＤＬＡＳシステムが適切に機能し、生成されるデータが正確で信頼できることを確実にするために、システム較正及びシステム動作検証の方法が望まれる。
【０００５】
ＴＤＬＡＳシステムの既知の検証手段の１つが、測定が行われる環境を模倣した環境において測定するために、気相試料をシステムに提供することである。最も簡単な場合は、レーザビームが通過するための窓を有する、小型の密閉された分光用セル、並びにセル内の所望の温度、圧力及び濃度にある選択気体種を使用して、システムが適切に測定しているかを検証することができる。しかし、温度が上昇するにつれて圧力は上昇し、吸収スペクトルの詳細は圧力に高い感度を有するので、上昇した燃焼温度では密閉された分光用セルは機能しないであろう。密閉されたセルの代わりに、較正及び検証の標準として、流動セルを使用することができる。流動セルは、燃焼温度の近くまで加熱することができ、燃焼環境を近似するガス混合物を導入することができる。実際には、この種のシステムは、実験室テスト環境においては良好に動作しシステム検証に使用することができる。しかし、このようなシステムは最低で数万ドルの大きな投資となる。その上、可搬性がなく、又は特にユーザにとって使い勝手が良くない。最も重要なことに、このようなシステムを制御された実験室環境外で使用するために変更することは極めて高価になる。
【０００６】
ＴＤＬＡＳシステムが適切に稼働し、信頼できる結果を生成していることを検証するための、安価で、耐久性があり、現場に展開可能な方法が必要である。必要なＴＤＬＡＳシステム及び方法は、関心の対象である気体種の選択レイジング周波数における又はその近傍における吸収ディップを模倣した、基準吸収パターン又はスペクトルを生成しなければならない。基準透過スペクトルを、ターゲット化学種によって生成されるスペクトルと頻繁に比較することにより、どんな変化にも気づくことが可能になる。基準透過スペクトルが時間又は任意の他のパラメータの関数として変化しない限り、この比較によりユーザがシステムの健全性を判断することが可能になる。基準透過スペクトルは、小型、軽量、及び固体であり時間の経過と共に変化しないパッケージによって生成されなければならない。理論的には、そのような基準透過パターンを提供する一方法は、様々な屈折率と膜厚を有する多数の層の間の干渉を利用して、光を所与の帯域幅でフィルタする薄膜フィルタである。理論的には達成可能であるが、薄膜フィルタの概念を現実にするには、困難で高価な研究と開発が必要となるだろう。
【０００７】
本発明は、上述の問題のうちの１つ以上を克服することを目的とする。
【発明の概要】
【０００８】
光ファイバの入力に結合された、第１の選択レイジング周波数の出力ビームを生成する少なくとも１つのダイオードレーザを備える、検知装置が開示される。ビームスプリッタ又は光スイッチのうちの少なくとも１つを備えるピッチサイドビーム制御器は、光ファイバの出力に光学的に結合された少なくとも１つの入力、及び少なくとも２つの出力を有する。少なくとも２つの出力のうちの少なくとも１つは、プロセスチャンバと動作可能に関連付けられ、少なくとも１つのダイオードレーザの出力ビームを射出しプロセスチャンバを通すように方向付けられている、ピッチ光学系に光学的に結合している。キャッチは、ピッチ光学系と光学的に連通したプロセスチャンバと動作可能に関連付けられ、射出されプロセスチャンバを通った、少なくとも１つのダイオードレーザの出力ビームを受光する光学系である。キャッチサイド光ファイバは、キャッチ光学系の各々に光学的に結合した入力サイドと、出力サイドとを有して提供される。光スイッチを備えるキャッチサイドビーム制御器は、少なくとも２つの入力及び１つの出力を有する。キャッチサイド光ファイバの出力側は、入力のうちの１つに光学的に結合される。検出器はビーム制御器の出力に光学的に結合し、検出器は選択レイジング周波数に高い感度を有する。入力及び出力を有するＦＢＧ光ファイバは、ＦＢＧ光ファイバのコア内に形成された、少なくとも１つのファイバブラッググレーティングを備える。少なくとも１つのファイバブラッググレーティングは、第１の選択レイジング周波数のレーザビームを部分的に反射し、一方でレーザビームの少なくとも一部を通過させるように構成されている。レーザビームの残部は、関心の対象である気体種の特性によって生じる、選択レイジング周波数における又はその近傍における吸収ディップを模倣したＦＢＧ透過パターンを有する。ＦＢＧ光ファイバ入力は、ピッチサイドビーム制御器の少なくとも２つの出力のうちの別の１つに光学的に結合し、ＦＢＧ光ファイバ出力はキャッチサイドビーム制御器の入力に光学的に結合している。
【０００９】
本発明の別の態様は、プロセスチャンバ内の気体種の特性を検知する方法である。この方法は、プロセスチャンバを提供し、第１の選択レイジング周波数のビームを選択的に射出しプロセスチャンバを通すステップを含む。射出されプロセスチャンバを通ったビームは、選択レイジング周波数に高い感度を有する検出器に光学的に結合されて、関心の対象である気体種の特性によって、選択レイジング周波数において生じた吸収ディップを有するプロセス透過スペクトルを検出する。ビームはまた、選択的に射出され光ファイバのコア内に形成されたファイバブラッググレーティングを通り、ファイバブラッググレーティングは第１の選択レイジング周波数のレーザビームの少なくとも一部を部分的に反射し、一方でレーザビームの残部を通過させるように構成されている。レーザビームの残部は、関心の対象である気体種の特性によって生じる、選択レイジング周波数における又はその近傍における吸収ディップを模倣したＦＢＧ透過スペクトルを有する。レーザビームの残部は、検出器に光学的に結合される。検出器の出力はモニタリングされ、ＦＢＧ透過スペクトルは、プロセスチャンバ内で生成されたいずれかのプロセス透過スペクトルと比較される。
【００１０】
ファイバブラッググレーティングは、特定の波長において、制御可能なスペクトル幅を有する、特定の振幅の吸収ディップを、極めて単純で軽量のパッケージで生成する能力を提供する。このグレーティングは、典型的には、フォトリソグラフィ工程により作成されたマスクをエキシマレーザに曝露させることによって、シングルモードファイバのコアに書き込まれる。結果として得られる、コアへの周期的な損傷が、周期的な屈折率の変動を生み、グレーティングの周期、屈折率変動のスケール、及びグレーティング内のチャープの量（グレーティングにたわる周期の変動）に依存して、ある波長を反射し、他の波長は透過させるグレーティングとして機能する。ファイバブラッググレーティングは、他の用途の中でも、電気通信システムにおける分散補償、電気通信における波長フィルタリング（アドドロップフィルタ）、及びファイバレーザ用の波長選択を含む、様々な目的のために使用されている。大部分の波長選択／フィルタリング用途とは異なり、本開示は効率が１００％ではないファイバブラッググレーティングを用いる。ファイバブラッググレーティングは、関心の対象である分子の、関連する帯域幅外の光の１００％を透過させる。しかし、関連する帯域幅内では、ＦＢＧグレーティングは入射光の一部を反射し、関心の対象である気体種の特性によって生じる、選択レイジング周波数における又はその近傍における吸収ディップの複製を生成する。
【００１１】
特定の実施形態の性質及び利点の更なる理解は、本明細書の残りの部分及び図面を参照することによって実現することができ、同様の構成要素を指すために同じ参照番号が使用される。場合によっては、複数の同様の構成要素のうちの１つを示すために、参照番号にサブラベルが関連付けられている。既存のサブラベルに対する指定なしに参照番号が参照される場合、このような複数の類似の構成要素の全てを参照することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】光ファイバ内で選択周波数に調整されたファイバブラッググレーティングの、光ファイバを通して選択周波数において伝送されたレーザ光のビームに対する効果の概略図である。
【図２】波長に対する透過の概念的プロットであり、図１に示すようなファイバブラッググレーティングが、選択レイジング周波数範囲において又はその近傍においてターゲット分子の吸収ディップを模倣した透過スペクトルを生成している。
【図３】関心の対象である気体種の特性によって生じた、選択レイジング周波数における吸収ディップを模倣した、ファイバブラッググレーティングの透過パターンの再現性を示す。
【図４】本明細書で開示したような、適切な動作の検証のための方法及び装置を含む、ＴＤＬＡＳシステムの実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の記載では、説明のために、記載されている実施形態の完全な理解をもたらすために多くの具体的な詳細が記述される。しかし本発明の他の実施形態が、これらの具体的な詳細の一部がない状態で実施し得ることは当業者には明らかである。いくつかの実施形態が本明細書に記載され請求されており、様々な特徴が異なる実施形態に基づくが、これに加えて、一実施形態に関して記載されている特徴を他の実施形態と組み合わせてもよいことは当然であることを理解されたい。しかし同様の理由で、記載又は請求されている、いかなる実施形態の１つの特徴又は複数の特徴も本発明のどの実施形態にも必須であると見なすべきではなく、これは本発明の他の実施形態がこのような特徴を省略してもよいのと同様である。
【００１４】
特に指示がない限り、量、寸法などを表すために本明細書で使用される全ての数は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されるものとして理解されたい。本出願では、単数形の使用は、特に他の記載がない限り複数形を含み、「及び」及び「又は」という用語の使用は、特に指示がない限り「及び／又は」を意味する。加えて、「含んでいる」という用語、並びに「含む」及び「含まれる」などの他の形態の使用は非排他的であると見なすべきである。また、「要素」又は「構成要素」などの用語は、特に他の記載がない限り、１つのユニットを備える要素及び構成要素、並びに２つ以上のユニットを備える要素及び構成要素の両方を包含する。
【００１５】
図１はファイバブラッググレーティングの概略図であり、図２は波長に対する透過の概念的プロットであり、関心の対象である気体種によって生じた、選択レイジング周波数における又はその近傍における吸収ディップを模倣した、ファイバブラッググレーティングの透過パターンを示す。
【００１６】
図３は、ファイバブラッググレーティングによって形成された透過パターンを示し、吸収ディップの模倣には再現性があることを示す。左側と右側の走査は互いに鏡像であり、最初にレーザ波長を長波長に向けて増加させて、示した透過パターンを生成し、次いで長波長から短波長へプロットを逆転させたものである。上昇と下降の走査でスペクトルは同一であり、ピークは厳密に同一の波長で生じている。このようなグレーティングは、波長、振幅及びピークの幅が時間と共に変化しないので、システム検証標準として使用することができる。システム検証のために使用することに加えて、ファイバブラッググレーティングは、ＴＤＬＡＳシステムを較正するために使用することができる。
【００１７】
図４は、適切な動作の検証のための方法及び装置を含む、ＴＤＬＡＳシステムの一実施形態の概略図である。図示するように、ＴＤＬＡＳシステムは３つのダイオードレーザ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを備え、各々が別個の選択レイジング周波数の出力ビームを生成する。本明細書で使用する場合、「選択レイジング周波数」は、当技術分野で理解されるように、特定のレイジング周波数おいてピークを有する狭いガウス型スペクトル幅を有するビーム出力である。各ダイオードレーザ１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃは波長マルチプレクサ１４に光学的に結合され、波長マルチプレクサはビームを合成して単一の多重化された出力ビーム１６にする。多重化された出力ビーム１６は、多重化された光を複数のピッチヘッド２０Ａ〜２０Ｄに導くように構成された、ピッチサイドビーム制御器１８に光学的に結合している。一実施形態において、ピッチサイドビーム制御器は、ピッチヘッド２０Ａ〜２０Ｄの各々に対応する少なくとも出力を有する光スイッチであり、多重化されたビーム１６はピッチヘッド２０Ａ〜２０Ｄの各々に選択的に導かれる。別の実施形態において、ピッチサイドビーム制御器は、ビームの一部を、ピッチヘッド２０Ａ〜２０Ｄとの結合のために、出力の各々に導くビームスプリッタであり得る。ピッチヘッド２０Ａ〜２０Ｄは、ダイオードレーザ１２Ａ〜１２Ｃの出力ビームの少なくとも一部を、対応するキャッチヘッド２４Ａ〜２４Ｃに射出しプロセスチャンバ２２を通すように構成されている。キャッチヘッド２４Ａ〜２４Ｃの各々は次いで、光スイッチの形のキャッチサイドビーム制御器２６の入力と光学的に連通しており、様々なキャッチヘッド２４Ａ〜２４Ｄをビーム制御器の出力に選択的に連通させている。次いでビーム制御器２６はデマルチプレクサ２８に結合され、デマルチプレクサはビームを波長に応じて波長非多重化し、様々な選択レイジング周波数の一部を透過させ、それが次いで対応する検出器３０Ａ〜３０Ｃと光学的に結合する。各検出器３０Ａ〜３０Ｃはプロセッサ３２に結合される。各検出器３０Ａ〜３０Ｃからの電気信号は、典型的には、プロセッサ３２においてデジタル化され分析される。デジタル化され分析されたデータは、プロセスチャンバ内の様々な気体種の濃度及び燃焼温度を含むがこれらに限定されない、プロセスチャンバ内の物理パラメータを検知するために使用され得る。実施形態は、信号を、フィードバックループ３５を通して、プロセスチャンバと動作可能に関連付けられた燃焼制御器３６に送るために使用されるプロセッサ３２を含むことができ、それによりプロセスチャンバ２２内の選択プロセスパラメータを能動的に制御する。
【００１８】
検知装置１０には更に、ダイオードレーザ１２Ａ〜１２Ｃのうちの１つによって生成された選択レイジング周波数のレーザビームを部分的に反射するように構成されたファイバブラッググレーティングを備えたＦＢＧ光ファイバ３４が設けられている。レーザビームの残部は、プロセスチャンバ２２内で検出された関心の対象である気体種の特性によって生じる、選択レイジング周波数における又はその近傍における吸収ディップを模倣したＦＢＧ透過パターンを有する。ＦＢＧ光ファイバの実施形態は、複数のファイバブラッググレーティングを直列で含むことができ、各ファイバブラッググレーティングは、ダイオードレーザ１２Ａ〜１２Ｃのうちの２つ以上によって生成された、別個の選択レイジング周波数のレーザビームを、部分的に反射するように構成されている。レーザビームの残部は、プロセスチャンバ２２内で検出された関心の対象である気体種の特性によって生じる、選択レイジング周波数における又はその近傍における吸収ディップを模倣したＦＢＧ透過パターンを有する。全ての実施形態において、ＦＢＧ光ファイバ入力は、ピッチサイドビーム制御器１８の出力に光学的に結合され、ＦＢＧ光ファイバの出力はキャッチサイドビーム制御器２６の入力に結合される。このようにして、多重化されたビーム１６は、ピッチヘッド２０Ａ〜２０Ｄ、プロセスチャンバ２２及びキャッチヘッド２４Ａ〜２４Ｄを通過する多重化されたビーム１６と関連して、ＦＢＧ光ファイバを通過する。
【００１９】
図４に示す検知装置１０の例は、より多くの又はより少ないダイオードレーザ及び対応する検出器を有することができ、更に、より多くの又はより少ないピッチヘッド及びキャッチヘッドの対を有することができ、従って検知装置１０は様々な用途にスケーラブルである。最低限において、単一のダイオードレーザが提供され、これにより波長マルチプレクサ１４及びデマルチプレクサ２８の必要性がなくなり、そのような実施形態ではＦＢＧ光ファイバ３４は、単一のダイオードレーザの選択レイジング周波数において動作可能である単一のファイバブラッググレーティングのみを必要とする。
【００２０】
実施形態はまた、ＦＢＧ光ファイバ３４又はその中のファイバブラッググレーティングを選択温度範囲内に維持して、ＦＢＧ光ファイバ内の各ファイバブラッググレーティングの光学特性の実質的な変動を防止するための、温度制御ユニット３８を含むことができる。例えば、温度制御ユニットは、ファイバブラッググレーティングの温度を摂氏でプラス又はマイナス１８度（華氏でマイナス０．５度）に維持することができる。
【００２１】
実施形態は、燃焼制御器３６と通信状態にあるプロセッサ３２を含むことができ、モニタリングしている気相種濃度、又は温度などの燃焼特性が必要な規格から逸脱していることをプロセッサ３２が検出した場合に、燃料及び空気などの燃焼入力を制御する。このような実施形態はまた、プロセスチャンバからのレーザビームの、検出された透過パターンを、ファイバブラッググレーティングのＦＢＧ吸収ディップの透過パターンと比較するプロセッサを含むことができ、これらの間に許容し難い逸脱が生じた場合に、プロセッサは警報を生成し又は燃焼プロセスを遮断さえする。
【００２２】
述べられた実施形態に、様々な変更及び追加が、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。例えば、上述の実施形態は特定の特徴を示すが、本発明の範囲は、上述の特徴の全てを含むとは限らない、特徴及び実施形態の異なる組み合わせを有する実施形態をも含む。
【００２３】
特定の実施形態の様々な態様及び特徴を上で要約したが、以下の詳細な説明は、当業者がこのような実施形態を実施することを可能にするために、いくつかの実施形態を更に詳細に示している。記載した例は例示を目的として提供されており、本発明の範囲を限定することを意図していない。
【図１】
2019513998.tif 000003
【図２】
2019513998.tif 000004
【図３】
2019513998.tif 000005
【図４】
2019513998.tif 000006
【国際調査報告】
2019513998.tif 000007