(57)【要約】【課題】高い放射線がある環境でも、媒体中分光分析を行うことができる媒体中分光分析装置。【解決手段】ポンプ光を水媒体７中の物体８まで伝送する光ファイバ５ａと、近赤外線で且つ放射線による光ファイバの劣化の小さい８０８ｎｍ（第１波長帯）のポンプ光を光ファイバに出力するポンプ光源２ａと、光ファイバの先端で且つ物体の近傍に配置され、光ファイバからのポンプ光により水媒体の吸収率が第１波長帯の水媒体の吸収率よりも小さい５３２ｎｍ（第２波長帯）のレーザ光を発生して物体に出射するマイクロチップレーザ９と、物体から発生する光に基づき物体の質量分析を行う分光器４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ光を媒体中の物体まで伝送する光ファイバと、
近赤外線で且つ放射線による前記光ファイバの劣化の小さい第１波長帯の前記ポンプ光を前記光ファイバに出力するポンプ光源と、
前記光ファイバの先端で且つ前記物体の近傍に配置され、前記光ファイバからのポンプ光により前記媒体の吸収率が前記第１波長帯の前記媒体の吸収率よりも小さい第２波長帯のレーザ光を発生して前記物体に出射するマイクロチップレーザと、
前記物体から発生する光に基づき前記物体の質量分析を行う分光器と、
を備えることを特徴とする媒体中分光分析装置。
【請求項２】
前記媒体は、水媒体であり、
前記マイクロチップレーザは、
光共振器を構成する一対の反射ミラー間に配置され且つ前記ポンプ光源からのポンプ光により励起させて前記レーザ光を放出するレーザ媒質と、可飽和吸収体のＱスイッチと、
前記光共振器外に配置され、前記光共振器内で発生する基本波を高調波に変換するための波長変換素子と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の媒体中分光分析装置。
【請求項３】
前記媒体は、空気であり、
前記マイクロチップレーザは、
光共振器を構成する一対の反射ミラー間に配置され且つ前記ポンプ光源からのポンプ光により励起させて前記レーザ光を放出するレーザ媒質と可飽和吸収体のＱスイッチとを備えることを特徴とする請求項１記載の媒体中分光分析装置。
【請求項４】
前記ポンプ光源のポンプ光は、波長が８０８ｎｍであり、前記レーザ媒質のレーザ光は、波長が１０６４ｎｍであり、前記波長変換素子の高調波の波長は、５３２ｎｍであることを特徴とする請求項２記載の媒体中分光分析装置。
【請求項５】
前記ポンプ光源のポンプ光は、波長が８０８ｎｍであり、前記レーザ媒質のレーザ光は、波長が１０６４ｎｍであることを特徴とする請求項３記載の媒体中分光分析装置。
【請求項６】
前記レーザ媒質は、Ｎｄ：ＹＡＧからなることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載の媒体中分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水媒体等の媒体中に存在する物体の質量等を分光分析する媒体中分光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水媒体中の分光分析の要求が増えており、原子力発電所の格納容器にある物質、又は水媒体に沈んでいる遺跡の質量を分析する要求がある。
【０００３】
図４は、従来のこの種の媒体中分光分析装置の一例を示す。図４に示すように、地上に、電源１、ポンプレーザダイオード（以下、ポンプＬＤ）２、レーザ３、分光器４が設けられている。電源１は、ポンプＬＤ２、レーザ３、分光器４に電力を供給する。
【０００４】
ポンプＬＤ２は、励起光（ポンプ光）を出力し、レーザ３は、ポンプＬＤ２からの励起光によりレーザ光を光ファイバ５ａに出射する。光ファイバ５ａは、レーザ３からのレーザ光を水媒体７中の物体８まで伝送する。
【０００５】
光ファイバ５ａの先端は、物体８に近接して設けられ、光ファイバ５ａの先端には、レーザを集光して物体８に伝送するための集光レンズ等の集光部６ａが配置されている。ファイバ５ｂの先端は、物体８に近接して設けられ、ファイバ５ｂの先端には、物体８から発生したプラズマの光を集光するための集光部６ｂが配置されている。
【０００６】
集光部６ｂで集光されたプラズマの光信号は、ファイバ５ｂで伝送されて分光器４に送られる。分光器４は、光信号に基づき物体８の質量分析を行う。
【０００７】
ところで、レーザ光の水媒体７による吸収率は、波長が３００ｎｍ〜６００ｎｍにおいて低いため、この波長帯のレーザを使用することが望ましい。
【０００８】
しかし、放射線の強い環境では、レーザ光が３００ｎｍ〜６００ｎｍ波長帯においては、光ファイバが劣化するため、レーザ光の透過率が低下する。このため、光ファイバの劣化の低い波長１μｍのレーザ光が使用されている（非特許文献１、非特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Hironori Ohba, Morihisa Saeki, Ikuo Wakaida, Tetsuo Sakka and Blair Thorton,”Remote analysis technique under severe environments using LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy),”LIC 2016.Yokohama,Japan.
【非特許文献２】Chikara Ito, Hiroyuki Naito, Akihiko Nishimura, Hironori Ohba, Ikuo Wakaida, Akira Sugiyama and Keiji Chatani, "Development of radiation-resistant optical fiber for application to observation and laser spectroscopy under high radiation dose," Journal of Nuclear Science and Technology 51(7-8):944-950,May 2014.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、１μｍのレーザにおいては、水媒体７の吸収率は、３００ｎｍ〜６００ｎｍ波長帯に比較してかなり大きい。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを利用した場合、基本波長１．０６４μｍでの水媒体７の吸収率は、２倍波の波長５３２ｎｍの吸収率の約２７０倍である。
【００１１】
水媒体７にある集光部６ａ，６ｂと物体８との間には、数センチの距離があるため、物体８に入射する光量が低下する。その結果、レーザ誘起ブレイクダウン分光法（Laser-Induced Break-down Spectroscopy:ＬＩＢＳ）に必要な光量が得られないため、媒体中分光分析を行うことができなかった。
【００１２】
本発明の課題は、高い放射線がある環境でも、媒体中分光分析を行うことができる媒体中分光分析装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る媒体中分光分析装置は、上記課題を解決するために、ポンプ光を媒体中の物体まで伝送する光ファイバと、近赤外線で且つ放射線による前記光ファイバの劣化の小さい第１波長帯の前記ポンプ光を前記光ファイバに出力するポンプ光源と、前記光ファイバの先端で且つ前記物体の近傍に配置され、前記光ファイバからのポンプ光により前記媒体の吸収率が前記第１波長帯の前記媒体の吸収率よりも小さい第２波長帯のレーザ光を発生して前記物体に出射するマイクロチップレーザと、前記物体から発生する光に基づき前記物体の質量分析を行う分光器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、近赤外線で且つ放射線による光ファイバの劣化の小さい第１波長帯のポンプ光を光ファイバで伝送するので、光ファイバの劣化が起こらない。このため、高い放射線のある環境でも、レーザの構成が有効に使用できる。
【００１５】
また、水媒体中で光を伝送する場合には、マイクロチップレーザは、ポンプ光により媒体の吸収率が第１波長帯の媒体の吸収率よりも小さい第２波長帯のレーザ光を発生して物体に出射するので、物体に入射する光量が低下しなくなる。
【００１６】
従って、原子力発電所にある格納容器のような高い放射線がある環境でも水媒体中分光分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１の媒体中分光分析装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１の媒体中分光分析装置のマイクロチップレーザの詳細な構成図である。
【図３】本発明の実施例２の媒体中分光分析装置の構成図である。
【図４】従来の媒体中分光分析装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の媒体中分光分析装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る媒体中分光分析装置を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施例１の媒体中分光分析装置の構成図である。図１に示す実施例１の媒体中分光分析装置は、電源１、ポンプＬＤ２ａ、分光器４光ファイバ５ａ，５ｂ、マイクロチップレーザ９、集光部６ｂを備えている。
【００２０】
水媒体７中には、物体８、光ファイバ５ａ，５ｂの一部、マイクロチップレーザ９、集光部６ｂが配置されている。マイクロチップレーザ９及び集光部６ｂは、物体８に近接して配置されている。電源１、ポンプＬＤ２ａ、分光器４は、地上に配置され、電源１は、ポンプＬＤ２ａ、分光器４に電力を供給する。
【００２１】
ポンプＬＤ２ａは、本発明のポンプ光源に対応し、励起用のレーザダイオードを有する。ポンプＬＤ２ａは、近赤外線で且つ放射線による光ファイバ５ａの劣化の小さい８０８ｎｍ（第１波長帯に対応、Ｎｄ；ＹＡＧレーザの場合）のポンプ光を光ファイバ５ａに出力する。
【００２２】
光ファイバ５ａは、ポンプＬＤ２ａからのポンプ光を水媒体７中の物体８まで伝送する。
【００２３】
マイクロチップレーザ９は、光ファイバ５ａの先端で且つ物体８の近傍に配置され、光ファイバ５ａからのポンプ光により水媒体７の吸収率が８０８ｎｍの水媒体の吸収率よりも小さい５３２ｎｍ（第２波長帯）のレーザ光を発生して物体８に出射する。
【００２４】
マイクロチップレーザ９は、図２に示すように、レーザ媒質１０と、Ｑ−ＳＷ媒質１３と、ミラー１１ａ，１１ｂと、波長変換素子１２、集光レンズ１４とを備える。レーザ媒質１０は、光共振器を構成する一対のミラー１１ａ，１１ｂ間に配置され、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を有する。Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は、ポンプＬＤ２ａからのポンプ光（波長８０８ｎｍ）により励起され、上準位から下準位への遷移の際に波長１０６４ｎｍのレーザ光を放出する。
【００２５】
レーザ媒質１０の一端には、ミラー１１ａが取り付けられ、ミラー１１ａは、波長８０８ｎｍの光を透過するとともに、波長１０６４ｎｍの光を高反射率で反射する。ミラー１１ｂは、波長１０６４ｎｍの光の一部を透過するとともに、残りを反射させる。
【００２６】
Ｑ−ＳＷ媒質１３は、レーザ媒質１０とミラー１１ｂとの間に配置され、レーザの吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体である。可飽和吸収体１３は、励起準位の電子密度が飽和すると、透明化し、光共振器のＱ値が急激に高まりレーザ発振が発生してパルス光が発生するＱスイッチである。可飽和吸収体１３は、例えば、Ｃｒ：ＹＡＧからなる。
【００２７】
波長変換素子１２は、光共振器外に配置され、光共振器内で発生する基本波を高調波に変換する。ここでは、波長変換素子１２は、波長１０６４ｎｍの光を波長５３２ｎｍの光に変換して集光レンズ１４と水媒体７を介して物体８に出力する。
【００２８】
ファイバ５ｂの先端は、物体８に近接して設けられ、ファイバ５ｂの先端には、物体８から発生したプラズマの光を集光するための集光部６ｂが配置されている。
【００２９】
集光部６ｂで集光されたプラズマの光信号は、ファイバ５ｂで伝送されて分光器４に送られる。分光器４は、物体８から発生する光に基づき質量分析を行う。
【００３０】
このように構成された実施例１の媒体中分光分析装置によれば、ポンプＬＤ２ａは、近赤外線で且つ放射線による光ファイバ５ａの劣化の小さい８０８ｎｍのポンプ光を光ファイバ５ａに出力し、光ファイバ５ａは、ポンプ光を伝送するので、放射線による光ファイバ５ａの波長８０８ｎｍに対して劣化が起こらない。このため、高い放射線のある環境でも、レーザの構成が有効に使用できる。
【００３１】
また、水媒体中で光を伝送する場合には、マイクロチップレーザ９は、光ファイバ５ａからのポンプ光により、水媒体７の吸収率が８０８ｎｍの水媒体７の吸収率よりも小さい５３２ｎｍのレーザ光を発生する。５３２ｎｍのレーザ光は、水媒体７を介して物体８に伝送される。
【００３２】
即ち、５３２ｎｍのレーザ光は、水媒体７の吸収率が小さいので、物体８に入射する光量が低下しなくなる。従って、原子力発電所にある格納容器のような高い放射線がある環境でも水媒体中分光分析を行うことができる。
【実施例２】
【００３３】
図３は本発明の実施例２の媒体中分光分析装置の構成図である。図３に示す本発明の実施例２の媒体中分光分析装置は、アクセスの悪い場所に存在する物体の分光分析を行うことを特徴とする。この場合、媒体は、空気である。
【００３４】
図３に示すように、障害物２１には溝部２２が形成され、溝部２２内に物体８ａが存在している。この場合には、マイクロチップレーザ９ａ及び集光部６ｂを溝部２２に挿入し、マイクロチップレーザ９ａ及び集光部６ｂを物体８ａに近接させて配置する。
【００３５】
マイクロチップレーザ９ａは、図２に示すレーザ媒質１０と、ミラー１１ａ，１１ｂとを備えるが、波長変換素子１２を備えていない。実施例２の媒体中分光分析装置では、媒体が空気であり、レーザ光の水媒体７による吸収率がない。このため、波長変換素子１２により、レーザ媒質１０から出力される１０６４ｎｍ波長を５３２ｎｍ波長に変換する必要はない。
【００３６】
このように構成された実施例２の媒体中分光分析装置によれば、ポンプＬＤ２ａは、近赤外線で且つ放射線による光ファイバ５ａの劣化の小さい８０８ｎｍのポンプ光を光ファイバ５ａに出力し、光ファイバ５ａは、ポンプ光を伝送するので、放射線による光ファイバ５ａの波長８０８ｎｍに対して劣化が起こらない。このため、高い放射線のある環境でも、レーザの構成が有効に使用できる。
【００３７】
また、マイクロチップレーザ９ａは、光ファイバ５ａからの８０８ｎｍのポンプ光により、１０６４ｎｍのレーザ光を発生し、レーザ光を媒体である空気を介して物体８に伝送する。このため、物体８ａに入射する光量が低下しなくなる。
【００３８】
従って、アクセスの悪い場所に存在する物体８ａの、リモートレーザ誘起ブレイクダウン分光法（ＬＩＢＳ）を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、レーザ誘起ブレイクダウン分光法に適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  電源
２，２ａ  ポンプＬＤ
４  分光器
５ａ，５ｂ  光ファイバ
６ａ，６ｂ  集光部
７  水媒体
８，８ａ  物体
９，９ａ  マイクロチップレーザ
１０  レーザ媒質
１１ａ，１１ｂ  ミラー
１２  波長変換素子
１３  Ｑ−ＳＷ媒質
１４  集光レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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