(57)【要約】      （修正有）【課題】被測定物の特性評価をより簡便かつ正確に行うことができる波長変調分光システムを提供する。【解決手段】波長変調分光システム１は、波長可変レーザ１０１と、波長可変レーザから出射されるレーザ光の波長を変調周波数ｆで変調し、変調中心波長を掃引する波長可変レーザ駆動装置１２０とを有し、波長可変レーザ駆動装置は、発振器１０２と、電圧掃引電源１０３と、電圧加算回路１０４と、電圧−電流変換回路１０５とを有し、波長可変レーザ１０１への注入電流を生成する。波長変調分光システムは、波長可変レーザから出射され、被測定物１０６を透過したレーザ光に含まれる変調周波数の２倍の周波数成分を検出する２ｆ成分検出器１０８と、変調中心周波数に対する２倍の周波数成分の大きさを表す波長スペクトルを測定するスペクトル測定装置１１１と、スペクトル測定装置により測定された波長スペクトルの誤差情報を記憶する記憶装置１１３とを有する。【選択図】図１
2019020213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変レーザと、
この波長可変レーザを駆動するとともに、前記波長可変レーザから出射されるレーザ光の波長を所定の変調周波数で変調し、変調中心波長を掃引する波長可変レーザ駆動装置と、
前記波長可変レーザから出射され、被測定物を透過したレーザ光のうち前記変調周波数の２倍の周波数成分を検出する２倍周波数成分検出器と、
前記変調中心波長に対する前記２倍の周波数成分の大きさを表す波長スペクトルを測定するスペクトル測定装置と、
前記スペクトル測定装置により測定された測定波長スペクトルに関する誤差情報を記憶する記憶装置と、
前記記憶装置に記憶されている前記誤差情報に基づいて、前記測定波長スペクトルを補正した補正波長スペクトルを求める補正装置と、
を備えることを特徴とする波長変調分光システム。
【請求項２】
前記誤差情報は、波長に対する前記測定波長スペクトルの大きさと、理論値波長スペクトルの大きさとの比を表す情報であり、
前記補正装置は、前記測定波長スペクトルから、前記比に基づいて前記補正波長スペクトルを求めることを特徴とする請求項１に記載の波長変調分光システム。
【請求項３】
前記誤差情報は、波長に対する前記測定波長スペクトルのピーク位置と、理論値波長スペクトルのピーク位置との誤差を含み、
前記補正装置は、前記測定波長スペクトルから、前記測定波長スペクトルのピーク位置の誤差に基づいて前記補正波長スペクトルを求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長変調分光システム。
【請求項４】
波長可変レーザと、
この波長可変レーザを駆動するとともに、前記波長可変レーザから出射されるレーザ光の波長を所定の変調周波数で変調し、変調中心波長を掃引する波長可変レーザ駆動装置と、
前記波長可変レーザから出射され、波長フィルタを透過したレーザ光のうち前記変調周波数の２倍の周波数成分を検出する２倍周波数成分検出器と、
前記変調中心波長に対する前記２倍の周波数成分の大きさを表す波長スペクトルを測定するスペクトル測定装置と、
前記スペクトル測定装置により測定された測定波長スペクトルに周期的に現れるピークどうしを内挿した曲線データを、前記測定波長スペクトルに関する誤差情報として算出する誤差情報算出装置と、
前記誤差情報算出装置により算出された前記誤差情報を記憶する記憶装置と、
を備え、
前記波長フィルタは、所定の波長間隔で前記波長可変レーザから出射されるレーザ光を選択的に透過させることを特徴とする誤差情報生成システム。
【請求項５】
前記誤差情報算出装置は、前記誤差情報を含む前記曲線データと、理論値波長スペクトルに周期的に現れるピークどうしを内挿した理論値曲線データとの比を算出することを特徴とする請求項４に記載の誤差情報生成システム。
【請求項６】
前記誤差情報算出装置は、波長に対する前記測定波長スペクトルのピーク位置と、前記理論値波長スペクトルのピーク位置との誤差を算出することを特徴とする請求項５に記載の誤差情報生成システム。
【請求項７】
前記波長フィルタは、エタロンフィルタまたはマッハ・ツェンダ干渉計フィルタであることを特徴とする請求項４から６のうちのいずれか１項に記載の誤差情報生成システム。
【請求項８】
波長可変レーザから出射されるレーザ光の波長を所定の変調周波数で変調し、変調中心波長を掃引する波長可変レーザ駆動ステップと、
前記波長可変レーザを駆動するとともに、前記波長可変レーザから出射され、被測定物を透過したレーザ光のうち前記変調周波数の２倍の周波数成分を検出する２倍周波数成分検出ステップと、
前記変調中心波長に対する前記２倍の周波数成分の大きさを表す波長スペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
記憶装置に記憶されている、前記スペクトル測定ステップで測定された測定波長スペクトルに関する誤差情報に基づいて、前記測定波長スペクトルを補正した補正波長スペクトルを求める補正ステップと、
を備えることを特徴とする波長変調分光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変調分光システム、誤差情報生成システム、および波長変調分光方法
に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ光の波長を時間的に掃引して被測定物に入力し、被測定物から出力される光の強度の波長に対する依存性を観測するレーザ分光法が知られており、被測定物の同定や濃度の測定において有効な方法として利用されている。
【０００３】
従来のレーザ分光法のなかでも、被測定物の測定感度のより高い方法として、２倍周波数（２ｆ）検波波長変調分光法が知られている。従来の２ｆ検波波長変調分光法では、レーザ光の波長を、特定の周波数を用いてごくわずかな振幅で変調するとともに、その変調中心波長を掃引している。そして、被測定物を透過したレーザ光の光強度から、レーザ光の周波数の２倍の高調波成分の強度を検出する。
【０００４】
図５は、従来の２ｆ検波波長変調分光システム５００の構成例を示すブロック図である。２ｆ検波波長変調分光システム５００は、発振器５０２と、電圧掃引電源５０３と、発振器５０２と電圧掃引電源５０３から出力される電圧を加算する電圧加算回路５０４と、電圧−電流変換回路５０５と、波長可変レーザ５０１と、被測定物５０６と、光強度測定器５０７と、２ｆ成分検出器５０８と、電圧−波長変換器５０９と、波長に対する２ｆ成分検出器５０８の出力値をスペクトルとして表示するスペクトル表示装置５１０とを有する。
【０００５】
発振器５０２は、周波数ｆ[Ｈｚ]の微小な正弦波電圧を、電圧−電流変換回路５０５に出力する。電圧−電流変換回路５０５から出力される電流には正弦波状の微小電流が重畳されて、波長可変レーザ５０１に注入電流として入力される。波長可変レーザ５０１には周波数ｆでの微小な変調がかけられた電流が注入されるので、波長可変レーザ５０１の出力光の波長は常に周波数ｆで微小に変化する（以下、この「周波数ｆ」を「変調周波数」ということがある。）。
【０００６】
被測定物５０６が、ある特定の波長付近で極値的な応答を示す場合、その波長を中心として、被測定物５０６を透過したレーザ光の波長を周波数ｆで微小に変調すると、被測定物５０６からの応答は、周波数ｆの第二高調波である２ｆ[Ｈｚ]の周波数成分（以下、「２ｆ成分」という。）を含む。
【０００７】
そのため、２ｆ成分検出器５０８で検出される２ｆ成分の信号強度を測定することで、被測定物５０６固有の特性が得られる。また、従来の２ｆ検波波長変調分光システム５００は、波長可変レーザ５０１の出力光に対する応答成分のみを選択的に検出することができるという利点もあり、波長可変レーザ５０１の出力光以外の雑音光など、周波数ｆで変調されていない光は除外することができる。
【０００８】
電圧−電流変換回路５０５から出力される電流は、電圧掃引電源５０３によって周波数ｆよりも遅い周期で変化するため、波長可変レーザ５０１の出力光は、微小な変調を伴いながら変調中心波長が掃引される。そして、掃引する波長範囲にわたって変調中心波長に対する２ｆ成分の大きさを表す波長変調分光スペクトル（以下、「２ｆ波長変調分光スペクトル」という。）が得られる。
【０００９】
例えば、非特許文献１には、従来の２ｆ検波波長変調分光法によりメタンガスの２ｆ波長変調分光スペクトルを測定する技術が開示されている。より詳細には、非特許文献１では、周波数ｆ[Ｈｚ]で微弱な変調をかけながら、波長可変レーザの出力光の変調中心波長を時間的に掃引し、メタンガスを透過して光検出器で測定された信号強度から、２ｆ[Ｈｚ]成分を抽出してメタンガスの２ｆ波長変調分光スペクトルを測定している。
【００１０】
従来の２ｆ検波波長分光システムでは、波長可変レーザに注入する電流の変化に対して、波長可変レーザから出射されるレーザ光の波長の変化が、レーザの光学的特性や電気的特性によって一定とならないことがあった。そのため、従来の２ｆ検波波長分光システムでは、被測定物を透過したレーザ光の２ｆ波長変調分光スペクトルに誤差が含まれてしまい、被測定物の同定における精度が劣化してしまう場合があった。
【００１１】
ここで、図６に従来の波長可変レーザとして一般的な分布反射型レーザにおける、注入電流と出力光の波長との関係を示す。図６に示すように、分布反射型レーザの出力光の長波長帯では、注入電流の変化に対する出力光の波長の変化が小さく、短波長帯になるにつれて波長の変化が大きくなる。このように、波長可変レーザの注入電流の変化に対する出力光の波長変化は一定ではなく、非線形特性を有する。
【００１２】
ここで、被測定物が本来有する波長λにおける２ｆ成分をＰ2f(λ)とすると、実際に測定される２ｆ成分の値はＡ(λ)Ｐ2f(λ)となる。なお、Ａ(λ)は誤差係数（以下、「２ｆ誤差係数」という。）である。また、実際に測定される２ｆ成分Ａ(λ)Ｐ2f(λ)から得られる２ｆ波長変調分光スペクトルには、２ｆ誤差係数Ａ(λ)分だけの誤差が重畳されている。
【００１３】
このように、従来の２ｆ検波波長分光システムでは、実際に測定される２ｆ波長変調分光スペクトルのピーク位置やピーク幅に、波長可変レーザに注入される電流の変化に対する出力光の波長の変化が示す非線形特性に起因した誤差を含む。したがって、従来の２ｆ検波波長変調分光法を用いた波長変調分光システムでは、被測定物の種類の同定や濃度の推定の精度が劣化してしまう問題があった。
【００１４】
この問題を解決するために、半導体接合による指数関数回路を用いて２ｆ成分に含まれる誤差を補償して、波長可変レーザの、注入電流の変化に対する出力光の波長変化が有する非線形特性を除去する技術が報告されている。例えば、非特許文献２は、トランジスタを用いて構成した指数関数回路により、ほぼ線形な出力光の波長を生成する技術を開示している。
【００１５】
しかし、従来の、指数関数回路を用いて２ｆ成分に含まれる誤差を補償する手法では、回路の構成が複雑となるばかりか、個々の回路の特性および個々の波長可変レーザの特性に合わせて、回路ごとに複雑な調整が必要となる問題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】加納慎平ほか、「メタンガス遠隔吸収センサーの超高感度化」、３１回レーザセンシングシンポジウム、Ｅ−３、２０１３年９月２１日
【非特許文献２】郷原誠鷹ほか、「非線形電流掃引回路によるＤＢＲレーザの波長掃引線形性の向上」、電子情報通信学会２０１７年総合大会、Ｃ−４−３、２０１７年３月２２日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、被測定物の特性評価をより簡便かつ正確に行うことができる波長変調分光システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、本発明に係る波長変調分光システムは、波長可変レーザと、この波長可変レーザを駆動するとともに、前記波長可変レーザから出射されるレーザ光の波長を所定の変調周波数で変調し、変調中心波長を掃引する波長可変レーザ駆動装置と、前記波長可変レーザから出射され、被測定物を透過したレーザ光のうち前記変調周波数の２倍の周波数成分を検出する２倍周波数成分検出器と、前記変調中心波長に対する前記２倍の周波数成分の大きさを表す波長スペクトルを測定するスペクトル測定装置と、前記スペクトル測定装置により測定された測定波長スペクトルに関する誤差情報を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶されている前記誤差情報に基づいて、前記測定波長スペクトルを補正した補正波長スペクトルを求める補正装置と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る波長変調分光システムにおいて、前記誤差情報は、波長に対する前記測定波長スペクトルの大きさと、理論値波長スペクトルの大きさとの比を表す情報であり、前記補正装置は、前記測定波長スペクトルから、前記比に基づいて前記補正波長スペクトルを求めてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る波長変調分光システムにおいて、前記誤差情報は、波長に対する前記測定波長スペクトルのピーク位置と、理論値波長スペクトルのピーク位置との誤差を含み、前記補正装置は、前記測定波長スペクトルから、前記測定波長スペクトルのピーク位置の誤差に基づいて前記補正波長スペクトルを求めてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る誤差情報生成システムは、波長可変レーザと、この波長可変レーザを駆動するとともに、前記波長可変レーザから出射されるレーザ光の波長を所定の変調周波数で変調し、変調中心波長を掃引する波長可変レーザ駆動装置と、前記波長可変レーザから出射され、波長フィルタを透過したレーザ光のうち前記変調周波数の２倍の周波数成分を検出する２倍周波数成分検出器と、前記変調中心波長に対する前記２倍の周波数成分の大きさを表す波長スペクトルを測定するスペクトル測定装置と、前記スペクトル測定装置により測定された測定波長スペクトルに周期的に現れるピークどうしを内挿した曲線データを、前記測定波長スペクトルに関する誤差情報として算出する誤差情報算出装置と、前記誤差情報算出装置により算出された前記誤差情報を記憶する記憶装置と、を備え、前記波長フィルタは、所定の波長間隔で前記波長可変レーザから出射されるレーザ光を選択的に透過させることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る誤差情報生成システムにおいて、前記誤差情報算出装置は、前記誤差情報を含む前記曲線データと、理論値波長スペクトルに周期的に現れるピークどうしを内挿した理論値曲線データとの比を備えていてもよい。
【００２３】
また、本発明に係る誤差情報生成システムにおいて、前記誤差情報算出装置は、波長に対する前記測定波長スペクトルのピーク位置と、前記理論値波長スペクトルのピーク位置との誤差を算出してもよい。
【００２４】
また、本発明に係る誤差情報生成システムにおいて、前記波長フィルタは、エタロンフィルタまたはマッハ・ツェンダ干渉計フィルタであってもよい。
【００２５】
また、本発明に係る波長変調分光方法は、波長可変レーザから出射されるレーザ光の波長を所定の変調周波数で変調し、変調中心波長を掃引する波長可変レーザ駆動ステップと、前記波長可変レーザを駆動するとともに、前記波長可変レーザから出射され、被測定物を透過したレーザ光のうち前記変調周波数の２倍の周波数成分を検出する２倍周波数成分検出ステップと、前記変調中心波長に対する前記２倍の周波数成分の大きさを表す波長スペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、記憶装置に記憶されている、前記スペクトル測定ステップで測定された測定波長スペクトルに関する誤差情報に基づいて、前記測定波長スペクトルを補正した補正波長スペクトルを求める補正ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、予め記憶装置に記憶されている、波長可変レーザの注入電流の変化に対する出力光の波長の変化が示す非線形特性に起因する誤差情報を用いて、２ｆ波長変調分光スペクトルの観測値を補正するため、被測定物の特性評価をより簡便かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る波長変調分光システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施の形態に係る波長変調分光システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る波長変調分光システムにおける動作を説明するフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る波長変調分光システムにおいて測定される波長フィルタを透過する波長に対する光透過率を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る波長変調分光システムにおいて測定される、波長フィルタを透過したレーザ光の２ｆ波長変調分光スペクトルを示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ｂに示す２ｆ波長変調分光スペクトルのピークどうしを内挿して結んだ測定値の曲線と、対応する理論値の曲線を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ｃに示す、２ｆ波長変調分光スペクトルの理論値に対する測定値の比を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、図４Ｃに示す、２ｆ波長変調分光スペクトルの理論値に対する測定値におけるピーク位置のずれを示す図である。
【図５】図５は、従来の波長変調分光システムの構成を示す図である。
【図６】図６は、従来の波長変調分光システムにおいて用いる波長可変レーザの注入電流と出射光との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図４Ｅを参照して詳細に説明する。各図について共通する構成要素には、同一の符号が付されている。
【００２９】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る波長変調分光システム１は、波長可変レーザ１０１と、波長可変レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長を所定の変調周波数ｆで変調し、変調中心波長を掃引する波長可変レーザ駆動装置１２０とを有する。波長可変レーザ駆動装置１２０は、発振器１０２と、電圧掃引電源１０３と、電圧加算回路１０４と、電圧−電流変換回路１０５とを有し、波長可変レーザ１０１に入力する注入電流を生成する。また、波長変調分光システム１は、波長可変レーザ１０１から出射され、被測定物１０６を透過したレーザ光に含まれる変調周波数の２倍の周波数（２ｆ）成分を検出する２ｆ成分検出器１０８と、変調中心周波数に対する２倍の周波数成分の大きさを表す波長スペクトルを測定するスペクトル測定装置１１１と、スペクトル測定装置１１１により測定された波長スペクトルに関する誤差情報を記憶する記憶装置１１３とを有する。
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る波長変調分光システム１の構成例を示すブロック図である。波長変調分光システム１は、波長可変レーザ１０１と、波長可変レーザ駆動装置１２０と、被測定物１０６と、光強度測定器１０７と、２ｆ成分検出器１０８と、電圧−波長変換器１０９と、スペクトル測定装置１１１と補正装置１１２とを含むスペクトル処理装置１１０と、記憶装置１１３と、表示装置１１４とを備える。
【００３１】
波長可変レーザ１０１は、被測定物の吸収波長帯で発振してレーザ光を出力する波長可変半導体レーザからなる。波長可変レーザ１０１として、分布反射型レーザなどを用いることができる。波長可変レーザ１０１は、電圧−電流変換回路１０５からの電流の注入により発振して、レーザ光を出射する。波長可変レーザ１０１は、入力される注入電流を制御することにより波長可変光源として使用することができる。
【００３２】
波長可変レーザ駆動装置１２０は、発振器１０２と、電圧掃引電源１０３と、電圧加算回路１０４と、電圧−電流変換回路１０５とを有する。波長可変レーザ駆動装置１２０は、波長可変レーザ１０１を駆動するとともに、波長可変レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長を所定の変調周波数で変調し、変調中心波長を掃引する。
【００３３】
発振器１０２は、周波数ｆ［Ｈｚ］の正弦波による電圧を電圧加算回路１０４に出力する。発振器１０２が出力する正弦波電圧は微小な電圧である。
【００３４】
電圧掃引電源１０３は、被測定物１０６の吸収スペクトル付近の所定の波長帯を掃引するための電圧信号を発生し、電圧加算回路１０４に出力する。所定の周波数帯は、被測定物１０６の吸収スペクトル付近の波長帯とする。
【００３５】
電圧加算回路１０４は、発振器１０２が出力する微小な正弦波電圧と電圧掃引電源１０３が出力する電圧とを加算する。電圧加算回路１０４は、微小な正弦波電圧が重畳された電圧信号を電圧−電流変換回路１０５に出力する。
【００３６】
電圧−電流変換回路１０５は、微小な正弦波電圧が重畳された電圧信号を電流信号に変換する。電圧−電流変換回路１０５は、変換して生成した微小な正弦波電流を注入電流として波長可変レーザ１０１に入力して、波長可変レーザ１０１を駆動する。これにより、波長可変レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長が変調周波数ｆ［Ｈｚ］で微小に変調されるとともに、変調中心波長が所定の波長帯で掃引される。
【００３７】
被測定物１０６は、波長変調分光システム１による特性評価の対象である物質である。被測定物１０６は、波長可変レーザ１０１から出射されるレーザ光を透過して、光強度測定器１０７で受光される。
【００３８】
光強度測定器１０７は、フォトダイオード（ＰＤ）などの光電変換素子や増幅器などを有し、被測定物１０６を透過したレーザ光を受光して、レーザ光の光強度を示す電気信号に変換し、２ｆ成分検出器１０８に出力する。
【００３９】
２ｆ成分検出器１０８は、被測定物１０６を透過したレーザ光の光強度を示す電気信号から、波長可変レーザ１０１の変調周波数ｆの２倍の周波数成分（２ｆ成分）を抽出し、スペクトル測定装置１１１に出力する。
【００４０】
電圧−波長変換器１０９は、電圧掃引電源１０３の電圧を入力として、電圧掃引電源１０３から電圧加算回路１０４に入力される電圧と、波長可変レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長との対応関係から、電圧掃引時のレーザ光の波長（変調中心波長）を求めてスペクトル測定装置１１１に出力する。
【００４１】
スペクトル処理装置１１０は、スペクトル測定装置１１１と、補正装置１１２とを有する。
【００４２】
スペクトル測定装置１１１は、２ｆ成分検出器１０８で検出された透過レーザ光の２ｆ成分の信号と電圧−波長変換器１０９からの電圧掃引時のレーザ光の波長（変調中心波長）とから、２ｆ成分の波長スペクトル（２ｆ波長変調分光スペクトル）を測定する。また、スペクトル測定装置１１１は、測定した２ｆ波長変調分光スペクトルを補正装置１１２に出力する。
【００４３】
補正装置１１２は、記憶装置１１３に事前に格納されている、２ｆ波長変調分光スペクトルに含まれる誤差情報を読み出して、２ｆ波長変調分光スペクトルから誤差を取り除いたスペクトルを求める。さらに、補正装置１１２は、補正後の２ｆ波長変調分光スペクトルを表示装置１１４に出力する。
【００４４】
記憶装置１１３は、予め求められた２ｆ波長変調分光スペクトルの誤差情報を記憶する。誤差情報は、２ｆ誤差係数Ａ（λ）と、２ｆ波長変調分光スペクトルのピーク位置の誤差に関する情報を含む。
【００４５】
表示装置１１４は、補正装置１１２により補正された２ｆ波長変調分光スペクトルを表示する。また、表示装置１１４は、２ｆ波長変調分光スペクトルの解析による被測定物１０６の同定結果などを表示することができる。
【００４６】
次に、補正装置１１２による２ｆ波長変調分光スペクトルの補正処理について説明する。前述したように、電圧−電流変換回路１０５が波長可変レーザ１０１に入力する注入電流の変化に対する波長可変レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長の変化は非線形特性を有する。そのため、被測定物１０６を透過したレーザ光から得られる２ｆ波長変調分光スペクトルの測定値におけるピーク幅やピーク位置に、この非線形特性に起因した誤差を有する。
【００４７】
ここで、スペクトル測定装置１１１の出力値はＡ（λ）Ｐ2f(λ)と表される。Ｐ2f(λ)は、被測定物１０６が本来有する波長λにおける２ｆ成分であり、Ａ（λ）は、２ｆ誤差係数である。
【００４８】
補正装置１１２は、記憶装置１１３から２ｆ誤差係数Ａ（λ）を読み出して、スペクトル測定装置１１１の出力値Ａ（λ）Ｐ2f(λ)から２ｆ誤差係数を除した補正値を算出する。さらに、補正装置１１２は、記憶装置１１３からピーク位置の誤差情報を読み出して、２ｆ波長変調分光スペクトルの測定値の、ピーク位置のずれ量を補正する。
【００４９】
また、補正装置１１２は、２ｆ波長変調分光スペクトルの測定値についてのピーク幅（ピークの大きさ）やピーク位置の誤差を補正したスペクトルを表示装置１１４に出力する。
【００５０】
このように、本実施の形態における波長変調分光システム１は、補正装置１１２が、記憶装置１１３に予め格納されている誤差情報に基づいて、測定された２ｆ波長変調分光スペクトルを補正する。波長変調分光システム１は、誤差が取り除かれた２ｆ波長変調分光スペクトルを解析することで、被測定物１０６の特性評価をより簡便かつ正確に行うことができる。
【００５１】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は、第２の実施の形態に係る波長変調分光システム１ａ（誤差情報生成システム）の構成例を示すブロック図である。なお、以下の説明では、上述した第１の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
第１の実施の形態では、補正装置１１２が、記憶装置１１３に予め格納されている誤差情報に基づいて、被測定物１０６を透過したレーザ光の２ｆ波長変調分光スペクトルを補正する場合について説明した。これに対し、第２の実施の形態では、誤差情報算出装置１１５が、波長フィルタ１１６を透過したレーザ光の２ｆ成分に含まれる誤差情報を測定し、記憶装置１１３に格納する。
【００５３】
誤差情報算出装置１１５は、波長フィルタ１１６を透過したレーザ光より測定される２ｆ波長変調分光スペクトルに基づいて、２ｆ誤差係数Ａ（λ）と２ｆ波長変調分光スペクトルのピーク位置の誤差に関する情報とを含む、誤差情報を算出する。また、誤差情報算出装置１１５は、算出した誤差情報を記憶装置１１３に格納する。
【００５４】
波長フィルタ１１６は、波長可変レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長変化に対して、周期的に光の透過率が変化するフィルタであり、例えば、エタロンフィルタやマッハ・ツェンダ干渉計などを用いてもよい。波長フィルタ１１６は、例えば、メタンなどの既知の物質に固有の波長を透過するものを用いることができる。
【００５５】
次に、波長変調分光システム１ａによる動作を説明する。図３は、第２の実施の形態に係る波長変調分光システム１ａにおける動作を説明するフローチャートである。
【００５６】
まず、波長可変レーザ１０１に周波数ｆの微小な正弦波電流が入力され、波長可変レーザ１０１からは、この電流により変調したレーザ光が出射される。レーザ光は波長フィルタ１１６を透過して、光強度測定器１０７において受光され、光強度測定器１０７は、受光したレーザ光の信号強度である光透過率を測定する（ステップＳ１１）。
【００５７】
図４Ａは、光強度測定器１０７が測定した、波長フィルタ１１６を透過したレーザ光の波長に対する光透過率を示す図である。図４Ａに示すように、波長フィルタ１１６を透過したレーザ光の光透過率は、レーザ光の波長の変化に対して周期的に変化している。また、光強度測定器１１７が測定した光透過率のデータは記憶装置１１３に格納される。
【００５８】
次に、２ｆ成分検出器１０８は、光強度測定器１０７により測定された、波長フィルタ１１６を透過したレーザ光の光透過率から２ｆ成分を抽出して、スペクトル測定装置１１１に出力する。スペクトル測定装置１１１は、２ｆ成分の信号と、電圧−波長変換器１０９から取得する、電圧掃引時に波長可変レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長情報とから、２ｆ波長変調分光スペクトルを求める（ステップＳ１２）。
【００５９】
なお、電圧掃引時のレーザ光の波長（変調中心波長）は、電圧−波長変換器１０９が事前に測定した電圧掃引電源１０３の電圧と波長可変レーザの波長との対応関係を用いて求めた情報である。
【００６０】
図４Ｂは、スペクトル測定装置１１１で測定される波長フィルタ１１６を透過したレーザ光の２ｆ波長変調分光スペクトルを示す図である。図４Ｂにおいて、点線で示す曲線は、波長フィルタ１１６を透過したレーザ光の光透過率から抽出された２ｆ成分である。また、実線で示す曲線は、２ｆ成分（点線）に基づいて測定された２ｆ波長変調分光スペクトルである。
【００６１】
スペクトル測定装置１１１が求めた、波長フィルタ１１６を透過したレーザ光の２ｆ波長変調分光スペクトルは、記憶装置１１３に格納される。また、スペクトル測定装置１１１は、２ｆ波長変調分光スペクトルのデータを誤差情報算出装置１１５に出力する。
【００６２】
次に、誤差情報算出装置１１５は、スペクトル測定装置１１１によって測定された２ｆ波長変調分光スペクトルと、２ｆ波長変調分光スペクトルの理論値とに基づいて、誤差係数Ａ（λ）を算出する（ステップＳ１３）。
【００６３】
より詳細には、誤差情報算出装置１１５は、記憶装置１１３から、ステップＳ１１で光強度測定器１０７が測定した波長フィルタ１１６を透過したレーザ光の光透過率（図４Ａ）のデータを読み出す。誤差情報算出装置１１５は、この光透過率のデータから波長フィルタ１１６の特性を求めて、２ｆ波長変調スペクトルの理論値を算出する。２ｆ波長変調スペクトルの理論値は、波長可変レーザ１０１に注入される電流の変化に対する出力光の波長の変化が線形であると仮定した場合に得られる理想的な値である。
【００６４】
図４Ｃは、図４Ｂに示す２ｆ波長変調分光スペクトルのピークどうしを内挿して結んだ２ｆ波長変調分光スペクトルの測定値の曲線と、対応する理論値の曲線を示す図である。実線で示す曲線は、２ｆ波長変調分光スペクトルの理論値のピークどうしを内挿して結んだ曲線である。また、破線で示す曲線は、ステップＳ１２でスペクトル測定装置１１１が求めた２ｆ波長変調分光スペクトル（点線で示す曲線）における、測定値のピークどうしを内挿した曲線である。
【００６５】
図４Ｃに示すように、２ｆ波長変調分光スペクトルの理論値（実線）と測定値（破線）とは一致していない。これは、前述したとおり、波長可変レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長変化が、電圧−電流変換回路１０５への入力電圧に比例していないことによる。
【００６６】
誤差情報算出装置１１５は、２ｆ波長変調分光スペクトルの理論値（実線）に対する測定値（破線）の比、即ち、２ｆ誤差係数Ａ（λ）を求める。図４Ｄは、図４Ｃに示す２ｆ波長変調分光スペクトルの理論値に対する測定値の比を示す図であり、図４Ｄに示す曲線が２ｆ誤差係数Ａ（λ）である。
【００６７】
次に、誤差情報算出装置１１５は、図４Ｃに示す、２ｆ波長変調分光スペクトルの理論値（実線）に対する測定値（破線）におけるピーク位置の誤差を算出する（ステップＳ１４）。図４Ｅは、図４Ｃに示す２ｆ波長変調分光スペクトルの理論値に対する測定値におけるピーク位置のずれ量を示す図である。
【００６８】
そして、誤差情報算出装置１１５は、ステップＳ１３で求めた２ｆ誤差係数Ａ（λ）とステップＳ１４で求めたピーク位置の誤差の情報を、誤差情報として記憶装置１１３に格納する。
【００６９】
波長変調分光システム１ａは、このようにして作成された誤差情報のデータベースを用いて、２ｆ波長変調分光スペクトルの測定値を補正する。
【００７０】
より詳細には、波長フィルタ１１６に代えて被測定物１０６を設置し、被測定物１０６を透過したレーザ光の２ｆ波長変調分光スペクトルを測定する。補正装置１１２は、誤差情報算出装置１１５が算出して記憶装置１１３に格納した誤差情報を読み出して、２ｆ波長変調分光スペクトルを補正する。
【００７１】
以上説明したように、第２の実施の形態における波長変調分光システム１ａによれば、波長可変レーザ１０１に入力される注入電流の変化に対する波長可変レーザ１０１の出射光の波長変化が有する非線形特性が原因で生ずる２ｆ誤差係数Ａ（λ）を予め算出する。また、波長変調分光システム１ａは、２ｆ波長変調分光スペクトルにおけるピーク位置の誤差についても予め算出し、２ｆ誤差係数Ａ（λ）と２ｆ波長変調分光スペクトルのピーク位置の誤差とを含む誤差情報を記憶装置１１３に格納する。
【００７２】
また、本実施の形態における波長変調分光システム１ａでは、予め記憶装置１１３に格納されている誤差情報を用いて、被測定物１０６を透過したレーザ光の２ｆ波長変調分光スペクトルを補正する。また、波長変調分光システム１ａは、レーザ光の２ｆ成分に含まれる誤差を取り除いた、被測定物１０６本来の２ｆ波長変調分光スペクトルを求め、これを特性評価の対象とするため、被測定物１０６の特性評価をより簡便かつ正確に行うことができる。
【００７３】
以上、本発明の波長変調分光システムにおける実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１、１ａ…波長変調分光システム、１０１…波長可変レーザ、１０２…発振器、１０３…電圧掃引電源、１０４…電圧加算回路、１０５…電圧−電流変換回路、１０６…被測定物、１０７…光強度測定器、１０８…２ｆ成分検出器、１０９…電圧−波長変換器、１１０…スペクトル処理装置、１１１…スペクトル測定装置、１１２…補正装置、１１３…記憶装置、１１４…表示装置、１１５…誤差情報算出装置、１１６…波長フィルタ、１２０…波長可変レーザ駆動装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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