(57)【要約】【課題】本発明は、１台の中赤外レーザ光発生装置で、波長間隔が広く離れ、出力強度差が小さい２つの中赤外変換光を同時に得ることを目的とする。【解決手段】本発明は、２つの励起光と信号光を周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路を有する波長変換モジュール４０４に入力して２つの中赤外変換光を生成し、同一光軸上に２つの中赤外変換光を出力するように中赤外レーザ光発生装置を構成し、２つの励起光と中赤外変換光の群屈折率が同一の条件となるように２つの励起光及び信号光の波長を設定した。【選択図】図４
2015176072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の励起光を発生する第１の半導体レーザダイオードと、
前記第１の半導体レーザダイオードの電流値を駆動して、前記第１の励起光の波長を制御する第１のレーザ制御部と、
第２の励起光を発生する第２の半導体レーザダイオードと、
前記第２の半導体レーザダイオードの電流値を駆動して、前記第２の励起光の波長を制御する第２のレーザ制御部と、
前記第１の励起光と前記第２の励起光を合波して合波励起光を生成する第１の合波器と、
信号光を発生する第３の半導体レーザダイオードと、
前記第３の半導体レーザダイオードの電流値を駆動して、前記信号光の波長を制御する第３のレーザ制御部と、
前記合波励起光と前記信号光を合波する第２の合波器と、
前記第２の合波器の出力光を周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路に通過させ、前記第１の励起光及び前記信号光を中赤外光に変換した第１の中赤外変換光を発生しかつ前記第２の励起光及び前記信号光を中赤外光に変換した第２の中赤外変換光を発生する差周波発生部と、
を備え、
前記差周波発生部は、前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を同一光軸上に出力することを特徴とする中赤外レーザ光発生装置。
【請求項２】
前記差周波発生部は、
前記第１の励起光の群屈折率と前記第１の中赤外変換光の群屈折率とが略等しく、
前記第２の励起光の群屈折率と前記第２の中赤外変換光の群屈折率とが略等しいことを特徴とする請求項１に記載の中赤外レーザ光発生装置。
【請求項３】
前記第１の励起光及び前記第２の励起光の波長が１．０２μｍ以上１．０８μｍ以下であり、
前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光の波長が３．２３μｍ以上３．４４μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の中赤外レーザ光発生装置。
【請求項４】
前記第１のレーザ制御部、前記第２のレーザ制御部及び前記第３のレーザ制御部は、前記第１の中赤外変換光及び第２の中赤外変換光が時間的に交互に発生するようにそれぞれ前記第１の半導体レーザダイオードの電流値、前記第２の半導体レーザダイオードの電流値及び前記第３の半導体レーザダイオードの電流値を駆動することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の中赤外レーザ光発生装置。
【請求項５】
前記第１のレーザ制御部、前記第２のレーザ制御部及び前記第３のレーザ制御部は、前記第１の中赤外変換光及び第２の中赤外変換光が同時に発生するようにそれぞれ前記第１の半導体レーザダイオードの電流値、前記第２の半導体レーザダイオードの電流値及び前記第３の半導体レーザダイオードの電流値を駆動することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の中赤外レーザ光発生装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の中赤外レーザ光発生装置と、
前記差周波発生部の出力光から前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を透過し、前記第１の励起光、前記第２の励起光及び前記信号光を遮断するフィルタと、
任意のガスが充填され、前記フィルタの透過光を前記ガスに通過させるガスセルと、
前記ガスセルを通過した出力光の光強度を検出する光検出器と、
を備えるガス検出装置。
【請求項７】
請求項１、２、３又は５に記載の中赤外レーザ光発生装置と、
前記差周波発生部の出力光から前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を透過し、前記第１の励起光、前記第２の励起光及び前記信号光を遮断するフィルタと、
任意のガスが充填され、前記フィルタの透過光を前記ガスに通過させるガスセルと、
前記ガスセルを通過した出力光から前記第１の中赤外変換光及び第２の中赤外変換光を分離する分散素子と、
前記分散素子の分離した前記第１の中赤外変換光及び第２の中赤外変換光の光強度をそれぞれ検出する２つの光検出器と、
を備えるガス検出装置。
【請求項８】
第１のレーザ制御部が第１の半導体レーザダイオードを駆動して第１の励起光を発生するとともに第２のレーザ制御部が第２の半導体レーザダイオードを駆動して第２の励起光を発生して前記第１の励起光及び前記第２の励起光を合波して合波励起光を生成し、第３のレーザ制御部が第３の半導体レーザダイオードを駆動して信号光を発生して前記合波励起光及び前記信号光を合波する光合波手順と、
前記合波励起光及び前記信号光の合波光を周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路に通過させ、前記第１の励起光及び前記信号光を中赤外光に変換した第１の中赤外変換光を発生しかつ前記第２の励起光及び前記信号光を中赤外光に変換した第２の中赤外変換光を発生する差周波光発生手順と、
前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を同一光軸上に出力する光出力手順と、
を順に有する中赤外レーザ光発生方法。
【請求項９】
請求項８に記載の光合波手順、差周波光発生手順及び光出力手順と、
前記周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路の通過光から前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を透過し、前記第１の励起光、前記第２の励起光及び前記信号光を遮断する光フィルタリング手順と、
前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を、任意のガスが充填されたガスセル内に通過させるガスセル内通過手順と、
前記ガスセルを通過後の前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光の光強度を検出する光強度検出手順と、
を順に有するガス検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差周波発生を利用した中赤外レーザ光発生装置及びガス検出装置並びに中赤外レーザ光発生方法及びガス検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中赤外光（波長がおよそ２．５〜４μｍの光源）を発生する光源として、二次非線形現象の一種である差周波発生を利用する波長変換光源が知られている。差周波発生を使った中赤外光源については、周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路（ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬｉＮｂＯ３）導波路）を用いた高効率波長変換技術が進展し、小型、低出力の励起レーザ、たとえば半導体レーザ（光出力１００ｍＷ程度）を励起光源とする小型の中赤外光源を作製することが可能となった（特許文献１）。これは、非線形結晶に周期分極反転構造を人工的に作製し、疑似位相整合条件を満足させる技術、ならびに、導波路構造を用いてパワー密度を高め、かつ、三つの光の相互作用長を長くすることが可能となったことによる。
【０００３】
図１は、差周波発生を利用する従来の波長変換光源１００の構成を示す図である。図１において、励起光源１０１から出力される波長λ１の光と、信号光源１０２から出力される波長λ２の光とが、合波器１０３において同一光軸光線に合波される。合波された光は、非線形結晶１０４に入力される。非線形結晶１０４内部では二次非線形効果である差周波発生によって、波長λ３の中赤外光が発生する。
【０００４】
このとき、励起光波長λ１と、信号光波長λ２と、差周波光波長λ３とは、以下の関係式１を満足することが知られている。
１／λ３＝１／λ１−１／λ２    （式１）
【０００５】
仮に励起光波長λ１を１．０６４μｍ、信号光波長λ２を１．５６μｍとした場合には、λ３＝３．３μｍの中赤外光を発生させることが可能である（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
図２は、励起光源と信号光源に半導体レーザを用い、導波路型波長変換素子を用いた中赤外光源の構成を示す図である。実線矢印は光信号、破線矢印は電気信号を示す。さらに、中赤外光源の出力側に任意ガスが充填されているガスセル２０８を配置し、ガスセルを透過した光を光検出器２０９によって検波して任意ガスの中赤外領域における吸収スペクトルを計測するシステムを図示している。
【０００７】
励起光コントローラ２０５からの電気信号により励起光を発生する半導体レーザ（以下、励起光ＬＤとする）２０１から出力される励起光と、信号光コントローラ２０６からの電気信号により信号光を発生する半導体レーザ（以下、信号光ＬＤとする）２０２から出力される信号光は、励起光ＬＤおよび信号光ＬＤに光学的に接続されている光ファイバを導波して、合波器２０３に導かれる。合波器２０３の内部で合波された励起光と信号光は、合波器２０３に光学的に接続されている光ファイバ２０７を導波して波長変換モジュール（ＤＦＧ（Ｄｉｆｆｅｒｅｃｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）モジュール）２０４に導かれる。合波された光は、波長変換モジュール２０４の内部において、２枚のレンズを介してＰＰＬＮ光導波路に入射し、中赤外光に波長変換される。波長変換モジュール２０４から出力される中赤外光は、任意ガスが充填されているガスセル２０８を透過する。その後、ガスセル２０８を透過した中赤外光は、光検出器２０９によって、透過光強度が計測される。
【０００８】
このとき、信号光ＬＤとしてＤＦＢ−ＬＤ（分布帰還型レーザダイオード）を用いると、その発振周波数（発振波長）が駆動電流によって変化するので、図３に示すように鋸歯状波的に駆動電流を掃引し、ガスセル２０８を透過した光強度を光検出器２０９で測定すると、オシロスコープ２１０の画面上にガスの吸収スペクトルを表示させることが可能となる。
【０００９】
ガスセル２０８を透過した光が固定波長のまま変化しない場合は、光検出器２０９によって受光される受光量の電圧値は、一定の値を示したままである。しかし、中赤外光の波長が変化して吸収線の波長に一致すると、ガスの光吸収を受けるために透過光量が減少するので表示電圧値が減少する。したがって、ＤＦＢ−ＬＤに周期的な変調信号を印加して発振波長を周期的に掃引すると、オシロスコープ画面上には、吸収を伴うディップをもった電圧波形、すなわち、ガス吸収スペクトルを表示させることが可能となる。この方法は、近赤外波長域（波長１μｍから２μｍ）においては、ＴＤＬＳ（Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法として知られている方法である。
【００１０】
中赤外光源を利用して、ガスを検知する例として、中赤外光領域（３μｍ帯）での１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の光吸収スペクトルを測定し、メタンガスの同位体１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の組成比を分析する方法が提案されている（非特許文献２参照）。１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の光吸収スペクトルは、波数２９００ｃｍ−１〜３１００ｃｍ−１に相当する波長３．２２３μｍ〜３．４４８μｍの中赤外光領域に複数存在する。この中赤外光領域に含まれる１３ＣＨ４の光吸収スペクトル及び１２ＣＨ４の光吸収スペクトルをそれぞれ観測することで、１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の組成比を分析することができる。
【００１１】
天然ガス中の炭素同位体組成の情報には、ガスの成因、熟成度、移動・微生物分解・混合などの起源に関する情報が含まれており、メタンガスの同位体の組成を分析することは石油の探鉱・開発作業において有用である。また、天然ガス中の炭素同位体組成の情報は、ガス田の寿命推定、あるいは、ガスの産地特定などの根拠データとして利用されており、産業上の利用価値が高い。たとえば、ガスパイプラインの事業者は、地表漏洩ガスの炭素同位体組成を分析することによって、天然由来のガスであるか、あるいはパイプラインからのガス漏洩であるかの推定が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４４６３８４２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｏ．  Ｔａｄａｎａｇａ，  Ｔ．  Ｙａｎａｇａｗａ，  Ｙ．  Ｎｉｓｈｉｄａ，  Ｈ．  Ｍｉｙａｚａｗａ，  Ｋ．  Ｍａｇａｒｉ，Ｍ．Ａｓｏｂｅ  ａｎｄ  Ｈ．  Ｓｕｚｕｋｉ：  “Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ３−μｍ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｄｉｒｅｃｔ−ｂｏｎｄｅｄ  ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ−ｍａｔｃｈｅｄ  ＬｉＮｂＯ３  ｒｉｄｇｅ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  ８８，  Ｐ．  ０６１１０１（２００６）
【非特許文献２】Ｐ．  Ｂｅｒｇａｍａｓｃｈｉ，  ｅｔ．  ａｌ．，  Ｈｉｇｈ−ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｄｉｒｅｃｔ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  １３ＣＨ４／１２ＣＨ４  ａｎｄ  １２ＣＨ３Ｄ／１２ＣＨ４  ｒａｔｉｏｓ  ｉｎ  ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｍｅｔｈａｎｅ  ｓｏｕｒｃｅｓ  ｂｙ  ｍｅａｎｓ  ｏｆ  ａ  ｌｏｎｇ−ｐａｔｈ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｄｉｏｄｅ  ｌａｓｅｒ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，  １９９４年１１月２０日，  Ｖｏｌ．３３，  Ｎｏ．３３，  ｐ．７７０４−７７１６
【非特許文献３】Ｔ．Ｙａｎａｇａｗａら，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８６，ｐ．１６１１０６（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記した半導体レーザＬＤを用いた中赤外レーザ光発生装置１台では広い波長域で一定の光強度を得ることが難しいため、波長間隔が広く離れたメタンガスの同位体である１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の光吸収スペクトルの測定によりメタンガスの同位体の組成分析をするためには２台の中赤外レーザ光発生装置を用いる必要があった。しかし、２台の中赤外レーザ光発生装置を用いる場合、装置が大型化する上に、同一光軸上に２つの中赤外レーザ光を導波する際の光軸調整が困難であるという問題があった。
【００１５】
本発明は、１台の中赤外レーザ光発生装置で、波長間隔が広く離れ、出力強度差が小さい２つの中赤外変換光を同時に得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、２つの励起光と信号光を周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路を有する差周波発生部に入力して２つの中赤外変換光を生成し、同一光軸上に２つの中赤外変換光を出力するように中赤外レーザ光発生装置を構成し、２つの励起光と中赤外変換光の群屈折率が同一の条件となるように２つの励起光及び信号光の波長を設定した。
【００１７】
具体的には、本発明に係る中赤外レーザ光発生装置は、
第１の励起光を発生する第１の半導体レーザダイオードと、
前記第１の半導体レーザダイオードの電流値を駆動して、前記第１の励起光の波長を制御する第１のレーザ制御部と、
第２の励起光を発生する第２の半導体レーザダイオードと、
前記第２の半導体レーザダイオードの電流値を駆動して、前記第２の励起光の波長を制御する第２のレーザ制御部と、
前記第１の励起光と前記第２の励起光を合波して合波励起光を生成する第１の合波器と、
信号光を発生する第３の半導体レーザダイオードと、
前記第３の半導体レーザダイオードの電流値を駆動して、前記信号光の波長を制御する第３のレーザ制御部と、
前記合波励起光と前記信号光を合波する第２の合波器と、
前記第２の合波器の出力光を周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路に通過させ、前記第１の励起光及び前記信号光を中赤外光に変換した第１の中赤外変換光を発生しかつ前記第２の励起光及び前記信号光を中赤外光に変換した第２の中赤外変換光を発生する差周波発生部と、
を備え、
前記差周波発生部は、前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を同一光軸上に出力する。
【００１８】
本発明に係る中赤外レーザ光発生装置では、前記差周波発生部は、前記第１の励起光の群屈折率と前記第１の中赤外変換光の群屈折率とが略等しく、前記第２の励起光の群屈折率と前記第２の中赤外変換光の群屈折率とが略等しいことが好ましい。
【００１９】
本発明に係る中赤外レーザ光発生装置では、前記第１の励起光及び前記第２の励起光の波長が１．０２μｍ以上１．０８μｍ以下であり、前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光の波長が３．２３μｍ以上３．４４μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る中赤外レーザ光発生装置では、前記第１のレーザ制御部、前記第２のレーザ制御部及び前記第３のレーザ制御部は、前記第１の中赤外変換光及び第２の中赤外変換光が時間的に交互に発生するようにそれぞれ前記第１の半導体レーザダイオードの電流値、前記第２の半導体レーザダイオードの電流値及び前記第３の半導体レーザダイオードの電流値を駆動する形態を採用しうる。
【００２１】
本発明に係る中赤外レーザ光発生装置では、前記第１のレーザ制御部、前記第２のレーザ制御部及び前記第３のレーザ制御部は、前記第１の中赤外変換光及び第２の中赤外変換光が同時に発生するようにそれぞれ前記第１の半導体レーザダイオードの電流値、前記第２の半導体レーザダイオードの電流値及び前記第３の半導体レーザダイオードの電流値を駆動する形態を採用しうる。
【００２２】
具体的には、本発明に係るガス検出装置は、
本発明に係る中赤外レーザ光発生装置と、
前記差周波発生部の出力光から前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を透過し、前記第１の励起光、前記第２の励起光及び前記信号光を遮断するフィルタと、
任意のガスが充填され、前記フィルタの透過光を前記ガスに通過させるガスセルと、
前記ガスセルを通過した出力光の光強度を検出する光検出器と、
を備える。
【００２３】
具体的には、本発明に係るガス検出装置は、
本発明に係る中赤外レーザ光発生装置と、
前記差周波発生部の出力光から前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を透過し、前記第１の励起光、前記第２の励起光及び前記信号光を遮断するフィルタと、
任意のガスが充填され、前記フィルタの透過光を前記ガスに通過させるガスセルと、
前記ガスセルを通過した出力光から前記第１の中赤外変換光及び第２の中赤外変換光を分離する分散素子と、
前記分散素子の分離した前記第１の中赤外変換光及び第２の中赤外変換光の光強度をそれぞれ検出する２つの光検出器と、
を備える。
【００２４】
具体的には、本発明に係る中赤外レーザ光発生方法は、
第１のレーザ制御部が第１の半導体レーザダイオードを駆動して第１の励起光を発生するとともに第２のレーザ制御部が第２の半導体レーザダイオードを駆動して第２の励起光を発生して前記第１の励起光及び前記第２の励起光を合波して合波励起光を生成し、第３のレーザ制御部が第３の半導体レーザダイオードを駆動して信号光を発生して前記合波励起光及び前記信号光を合波する光合波手順と、
前記合波励起光及び前記信号光の合波光を周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路に通過させ、前記第１の励起光及び前記信号光を中赤外光に変換した第１の中赤外変換光を発生しかつ前記第２の励起光及び前記信号光を中赤外光に変換した第２の中赤外変換光を発生する差周波光発生手順と、
前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を同一光軸上に出力する光出力手順と、
を順に有する。
【００２５】
具体的には、本発明に係るガス検出方法は、
本発明に係る中赤外レーザ光発生方法における光合波手順、差周波光発生手順及び光出力手順と、
前記周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路の通過光から前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を透過し、前記第１の励起光、前記第２の励起光及び前記信号光を遮断する光フィルタリング手順と、
前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光を、任意のガスが充填されたガスセル内に通過させるガスセル内通過手順と、
前記ガスセルを通過後の前記第１の中赤外変換光及び前記第２の中赤外変換光の光強度を検出する光強度検出手順と、
を順に有する。
【００２６】
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、１台の中赤外レーザ光発生装置で、波長間隔が広く離れ、出力強度差が小さい２つの中赤外変換光を同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】差周波発生を利用する波長変換光源の構成の一例を示す。
【図２】関連する中赤外レーザ光発生装置の一例を示す。
【図３】鋸歯状波の外部変調信号の一例を示す。
【図４】本発明の実施形態１の中赤外レーザ光発生装置の一例を示す。
【図５】位相不整合量に対する変換効率の変化の一例を示す。
【図６】ニオブ酸リチウム結晶の群屈折率の波長依存性の一例を示す。
【図７】本発明の実施形態２のガス検出装置の一例を示す。
【図８】本発明の実施形態２のＬＤ駆動電流の変調信号パターンの一例であり、（ａ）は信号光を示し、（ｂ）は第１の励起光を示し、（ｃ）は第２の励起光を示す。
【図９】本発明の実施形態３のガス検出装置の一例を示す。
【図１０】本発明の実施形態３のＬＤ駆動電流の変調信号パターンの一例であり、（ｂ）は第１の励起光を示し、（ｃ）は第２の励起光を示す。
【図１１】本発明の実施形態４のガス検出装置の一例を示す。
【図１２】本発明の実施形態５のガス検出装置の一例を示す。
【図１３】本発明の実施形態５のＬＤ駆動電流の変調信号パターンの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００３０】
（実施形態１）
図４に、本実施形態に係る中赤外レーザ光発生装置４００の構成の一例を示す。中赤外レーザ光発生装置４００は、励起光ＬＤ４０１Ａ，４０１Ｂ、信号光ＬＤ４０２、ドライバ４１１，４１２，４１３、合波器４１０，４０３、波長変換モジュール４０４、温度コントローラ４１４を備える。
【００３１】
励起光ＬＤ４０１Ａ，４０１Ｂ及び信号光ＬＤ４０２は、それぞれ、第１の半導体レーザダイオード、第２の半導体レーザダイオード及び第３の半導体レーザダイオードとして機能する。ドライバ４１１，４１２及び４１３は、それぞれ、励起光ＬＤ４０１Ａ，４０１Ｂ及び信号光ＬＤ４０２の駆動電流（ＡＣＣ）を制御するＬＤドライバであり、第１のレーザ制御部、第２のレーザ制御部及び第３のレーザ制御部として機能する。合波器４１０，４０３は、それぞれ、第１の合波器及び第２の合波器として機能する。波長変換モジュール４０４は、差周波発生部として機能する。
【００３２】
本実施形態に係る中赤外レーザ光発生方法は、光合波手順と、差周波光発生手順と、光出力手順と、を順に有する。
【００３３】
光合波手順では、励起光ＬＤ４０１Ａ及び励起光ＬＤ４０１Ｂからの励起光と、信号光ＬＤ４０２からの信号光を合波して波長変換モジュール（ＤＦＧ（Ｄｉｆｆｅｒｅｃｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）モジュール）４０４に入力する。このとき、ドライバ４１１，４１２及び４１３が励起光ＬＤ４０１Ａ，４０１Ｂ及び信号光ＬＤ４０２の駆動電流を制御することで、励起光ＬＤ４０１Ａ，４０１Ｂ及び信号光ＬＤ４０２の出力波長を変化させる。励起光ＬＤ４０１Ａ及び励起光ＬＤ４０１Ｂは異なる波長の励起光を出力する。これにより、中赤外レーザ光発生装置４００は、中赤外光領域における広い波長域の２つの変換光を得ることができる。
【００３４】
具体的には、ドライバ４１１が励起光ＬＤ４０１Ａを駆動して波長λ１Ａの第１の励起光を発生するとともにドライバ４１２が励起光ＬＤ４０１Ｂを駆動して波長λ１Ｂの第２の励起光を発生する。励起光ＬＤ４０１Ａ及び４０１Ｂから出力される励起光は、励起光ＬＤ４０１Ａ及び４０１Ｂに光学的に接続されている光ファイバを導波して、合波器４１０に入力される。そして、合波器４１０は、第１の励起光及び第２の励起光を合波して合波励起光を生成する。ここで、合波器４１０としては、たとえば、３ｄＢ光ファイバカプラを用いることができる。
【００３５】
ドライバ４１３が信号光ＬＤ４０２を駆動して波長λ２の信号光を発生する。合波器４１０で合波された２波長の合波励起光と、信号光ＬＤ４０２から出力される信号光は、接続される光ファイバ中を導波して合波器４０３に導かれる。合波器４０３は、合波励起光及び信号光を合波する。ここで、合波器４０３としては、ＷＤＭ光ファイバカプラを用いることもできるし、誘電体多層膜フィルタを実装したＷＤＭフィルタを用いることもできる。
【００３６】
合波器４０３の内部で合波された励起光と信号光は、光ファイバを導波して波長変換モジュール４０４に入力される。差周波光発生手順では、合波励起光及び信号光の合波光を波長変換モジュール４０４に通過させ、第１の変換光及び第２の変換光を発生させる。第１の変換光は、第１の励起光及び信号光の差周波発生によって中赤外光に変換した波長λ３Ａの光である。第２の変換光は、第２の励起光及び信号光の差周波発生によって中赤外光に変換した波長λ３Ｂの光である。
【００３７】
ここで、波長変換モジュール４０４の構造を簡単に説明する。波長変換モジュール４０４の内部では、ＰＰＬＮ導波路とサーミスタが金属キャリアの上面に固定されおり、さらに、金属キャリアは温度コントロールのためのペルチェデバイスに保持されている。ペルチェデバイスとサーミスタの電極リードはパッケージに埋め込まれている絶縁電極端子に接続されて、外部温度コントローラ４１４に接続される。サーミスタの抵抗値をモニタしてペルチェ電流制御を行うことによって、ＰＰＬＮ導波路の温度一定制御がおこなわれる。波長変換モジュールに入力された励起光と信号光は、図示していないレンズによって、ＰＰＬＮ導波路に入力される。
【００３８】
光出力手順では、波長変換モジュール４０４に入力された励起光及び信号光はＰＰＬＮ導波路内部で、差周波発生によって２つの中赤外光に変換されて導波路出射端の同一光軸上に出力され、モジュール外部に入力される。
【００３９】
次に図４の構成において、同一光軸上に２つの変換光を発生する中赤外レーザ光発生装置の構成条件について述べる。
励起光波長λ１における屈折率をｎ１、信号光波長λ２における屈折率をｎ２、変換光波長λ３における屈折率をｎ３、周期分極反転の周期をΛ０とすると、式１より、次式で与えられる位相不整合量Δβに対して変換効率ηは式３で表される。
【数２】
2015176072.tif 000003
【数３】
2015176072.tif 000004
但しＬは非線形材料の長さ、ηｍａｘは定数を表す。
【００４０】
式３から変換効率は、位相不整合量Δβが２π／Λ０に等しい時に最大となる。これを、疑似位相整合条件という。励起光波長λ１を固定して考えると、位相不整合量Δβ＝２π／Λ０となる擬似位相整合条件を満たす信号光波長、励起波長は、非線形材料の屈折率の波長分散に依存し、分極反転周期Λ０を決定すると、式２より使用する変換光波長λ３を決めれば信号光波長λ２が実質的に一意に決定されることになる。励起光波長、あるいは信号光波長を擬似位相整合波長から変化させると式２および式３に従って変換効率が減少する。このことを図示したものが図５である。図５は、位相不整合量に対する変換効率の変化を規格化して示している。横軸は位相不整合量Δβと擬似位相整合量２π／Λ０の差を非線形媒質の長さＬで規格化した値である。例えば励起光波長を固定して、信号光波長を変化させた場合、変換効率が最大値の半分となる位相不整合量に相当する波長帯域は、長さ５０ｍｍのＰＰＬＮ導波路を用いた場合、３．３５μｍ帯の変換波長に換算すると約９．３ｎｍ程度と狭い。
【００４１】
一方、広い波長範囲においても位相整合がとれる特殊な例として、１．５５μｍと０．９４μｍを入射して２．３９μｍを発生する場合がある（非特許文献３参照。）。この場合は、１．５５μｍ帯の信号光と２．３９μｍの変換光の間で群速度が一致するため広い信号光範囲で信号光波長を掃引して広い波長範囲で変換光を発生することができる。
【００４２】
次に、３μｍ帯において広帯域の疑似位相整合を実現するための信号光λ２を固定した場合の励起光λ１と変換光λ３の群屈折率の条件について、以下詳細に説明する。
ここで、前記した疑似位相整合条件を式４に示す。
（数４）
Δβ＝２π／Λ０    （式４）
【００４３】
信号光波長λ２を固定し、励起光波長λ１を変化させて変換光波長λ３を変化させる場合、式１においてλ２が一定という条件から励起光と変換光の変化分は次式を満たす必要がある。
（数５）
Δ（１／λ１）＝Δ（１／λ３）    （式５）
【００４４】
式２及び式４からそれぞれの波長における位相速度の変化分は次式を満たす必要がある。
（数６）
Δ（ｎ１／λ１）＝Δ（ｎ３／λ３）    （式６）
【００４５】
式５及び式６から次式を満たす必要があることが分かる。
（数７）
ｎｇ（λ１）＝ｎｇ（λ３）    （式７）
【００４６】
ここでｎｇは次式で与えられる群屈折率である。
【数８】
2015176072.tif 000005
なお、群屈折率ｎｇは群速度ｖｇと以下の関係がある。
（数９）
ｎｇ＝ｃ／ｖｇ    （式９）
ここで、ｃは真空中の光速である。
【００４７】
従って、式４の疑似位相整合条件の場合、式７、式８から励起光と変換光波長における群屈折率または群速度が同じであり、波長の変化に伴う伝播定数の変化が相殺され、式２の位相不整合量の変化が緩やかになるため、広い波長域に渡って位相整合がとれる。
【００４８】
次に、非線形光学媒質として用いるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：以下ＬＮと省略する）の励起光波長と変換光波長における群屈折率について述べる。図６はＬＮの群屈折率の波長依存性を示す図である。横軸は波長を、縦軸は群屈折率を表す。図中の実線はバルクのＬＮを用いた場合、点線は導波路構造を持つＬＮを用いた場合の結果である。励起光源の波長として、１．０２μｍ〜１．０８μｍ程度（中心波長は１．０５μｍ）に注目すると、バルクのＬＮを用いた場合には３．３９μｍ〜３．６μｍ（中心波長は３．５μｍ程度）の範囲で励起光と変換光の群屈折率が一致する。従って励起波長を１．０５μｍ程度にすることで、群速度整合を利用して３．５μｍを中心とする広帯域な位相整合を実現することができる。
【００４９】
一方、ＰＰＬＮ導波路を用いて１．０５μｍ帯及び１．５５μｍ帯の差周波発生により３μｍの変換光を得る場合は、相互作用する３つの波長帯のうち最も長波長の３μｍにおいてほぼシングルモード条件を満たすように導波路のコアの大きさ等を設定する。すると１．０５μｍ帯及び１．５５μｍ帯では導波路がマルチモードとなるが、波長変換に利用する基底モードは光導波路内に強く閉じ込められて、導波路の形状によって生じる構造分散の影響をほとんど受けない。従ってＬＮ導波路の群屈折率は１．０５μｍ帯及び１．５５μｍ帯ではバルクの場合に比較してほとんど変化しない。一方、３μｍ帯では導波モードの等価屈折率が構造分散の影響を受けて群屈折率が大きくなる。このため図６の点線に見られるように、３μｍ帯では、群速度の一致が得られる変換光の波長帯が短波長側へシフトすることになる。図６の例では、１．０２μｍ〜１．０８μｍの励起光波長に対して３．２３μｍ〜３．４４μｍ（中心波長は３．３４μｍ程度）の範囲で励起光と変換光の群屈折率が一致する。このため、波長３．２３μｍ〜３．４４μｍの中赤外光を生成する際に波長１．０２μｍ〜１．０８μｍの励起光を用いることで、中赤外光の光強度を略一定にすることができる。
【００５０】
このように、３．３４μｍ帯の中赤外光を１台のＬＮモジュールで中赤外光の変換効率を劣化させずに出力するためには１．０μ帯の励起光と、１．５μ帯の信号光と、差周波発生部であるＰＰＬＮ導波路を用いることが必須の条件となる。図６の例では、３．２３μｍ以上３．４４μｍ以下の波長を有する変換光を出力するに際し、励起光ＬＤ４０１Ａ及び励起光ＬＤ４０１Ｂの波長を１．０２μｍ以上１．０８μｍ以下に含まれる任意の波長に設定し、信号光ＬＤ４０２の波長を１．５５μｍ帯に設定することで、中赤外光のうち波長間隔が広く離れた２つの波長の中赤外光を同時に発生することができる。
【００５１】
以上述べたように、上記群速度整合の条件のより、図４に示した構成から、中赤外光のうち波長間隔が広く離れた２つの波長の中赤外光を同時に発生することができる。このため、中赤外光の広い波長帯域の中からメタンガスの同位体１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の光吸収スペクトルに相当する波長の中赤外光を発生することができる。なお、図６の例では励起光１．０２μｍ〜１．０８μｍに限定して説明したが、図６の特性を利用すれば、励起光１．０２μｍ〜１．０８μｍよりもより広い範囲で波長を選択することが可能である。
【００５２】
（実施形態２）
図７に、中赤外レーザ光発生装置７００を用いてガスの吸収スペクトルを測定するガス検出装置の実施形態を示す。本実施形態に係るガス検出装置は、中赤外レーザ光発生装置７００と、波長フィルタ７２１と、マルチパスセル７２４と、光検出器７３０と、を備える。マルチパスセル７２４はガスセルとして機能する。中赤外レーザ光発生装置７００は、実施形態１の中赤外レーザ光発生装置４００に加え、さらに、信号光を掃引するための外部変調信号発振器７１５（ａ）と、第１の励起光及び第２の励起光を交互に出力するための外部変調信号発振器７１５（ｂ）及び７１５（ｃ）を備える。
【００５３】
本実施形態に係るガス検出方法は、実施形態１で説明した光合波手順、差周波光発生手順及び光出力手順と、光フィルタリング手順と、ガスセル内通過手順と、光強度検出手順と、を順に有する。
【００５４】
光合波手順では、以下の動作を実行する。励起光ＬＤ７０１Ａ及び７０１Ｂから出力される励起光は、波長掃引信号発振器７１５（ｂ）、７１５（ｃ）からの信号により掃引され、励起光ＬＤ７０１Ａ及び７０１Ｂに光学的に接続されている光ファイバを導波して、合波器７１０に入力される。ここで、合波器７１０としては、たとえば、３ｄＢ光ファイバカプラを用いることができる。
【００５５】
合波器７１０で合波された２波長の励起光と、信号光ＬＤ７０２から出力される信号光は、接続される光ファイバ中を導波して合波器７０３に導かれる。ここで、合波器７０３としては、ＷＤＭ光ファイバカプラを用いることもできるし、誘電体多層膜フィルタを実装したＷＤＭフィルタを用いることもできる。
【００５６】
合波器７０３の内部で合波された励起光と信号光は、光ファイバを導波して波長変換モジュール（ＤＦＧ（Ｄｉｆｆｅｒｅｃｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）モジュール）７０４に入力される。そして差周波光発生手順を実行する。ここで、ＤＦＧモジュールの構造を簡単に説明する。ＤＦＧモジュール７０４の内部では、ＰＰＬＮ導波路とサーミスタが金属キャリアの上面に固定されおり、さらに、金属キャリアは温度コントロールのためのペルチェデバイスに保持されている。ペルチェデバイスとサーミスタの電極リードはパッケージに埋め込まれている絶縁電極端子に接続されて、外部温度コントローラ７１４に接続される。サーミスタの抵抗値をモニタしてペルチェ電流制御をおこなうことによって、ＰＰＬＮ導波路の温度一定制御が行われる。
【００５７】
ＤＦＧモジュールに入力された励起光と信号光は、図示していないレンズによって、ＰＰＬＮ導波路に入力される。光出力手順では、波長変換モジュール７０４に入力された励起光及び信号光はＰＰＬＮ導波路内部で差周波発生によって２つの中赤外光に変換され、導波路出射端の同一光軸上に出力される。
【００５８】
光フィルタリング手順では、波長変換モジュール７０４の通過光から第１の変換光及び第２の変換光を透過し、第１の励起光、第２の励起光及び信号光を遮断する。具体的には、導波路出射端には、中赤外光を平行光線にするコリメータレンズ７２０を配置する。つづいて、波長フィルタ７２１を通過させて中赤外光と同時に出力される、励起光と信号光をカットする。波長フィルタ７２１は、例えば、ゲルマニウムフィルタ又は３μｍ帯透過フィルタを用いる。その後、金ミラー７２２、７２３によって光軸を調整して、マルチパスセル７２４に２波の中赤外光を入力する。
【００５９】
ガスセル内通過手順では、第１の変換光及び第２の変換光を、任意のガスが充填されたマルチパスセル７２４に通過させる。マルチパスセル７２４には、ガス吸気口７２５と排気口７２６が用意されており、試料ガスの注入、排気が可能な構造となっている。排気口７２６は、図示していない真空ゲージと真空ポンプに接続されて、セル内部の圧力を調整しながら真空排気を行う。また、吸気口７２５には図示されていないマスフローコントローラあるいはニードルバルブが接続されており、ガス流量を調整しながら、測定ガスを注入する。これにより、測定気体圧力を１０Ｔｏｒｒにした。
【００６０】
光強度検出手順では、光検出器７３０が、マルチパスセル７２４を通過後の第１の変換光及び第２の変換光の光強度を検出する。具体的には、マルチパスセル７２４に入力された中赤外光は、セル両端に配置された凹面鏡７２７、７２８によって、光路が複数回折り返されてセル内部を通過したのち、集光レンズ７２９を介して光検出器７３０に入力される。
【００６１】
本実施形態のマルチパスセル７２４においてはステンレス製のパイプの両端に凹面鏡と光学窓を配置した、長さ１５ｃｍのマルチパスセルを用意した。光路の折り返しは３回とし光路長は６０ｃｍである。これは、従来の、波長１．６５μｍを使ったＣＲＤＳ（Ｃａｖｉｔｙ  Ｒｉｎｇ−Ｄｏｗｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）の光路長がｋｍオーダであるのに比べ１／１０００に短縮されていることになる。このため光軸合わせが容易である利点と、振動などの外部擾乱に対しても光軸がずれない安定性を有する。
【００６２】
また、図７の実施態様においては、半導体レーザを駆動するＬＤドライバ７１１，７１２，７１３は外部変調信号発振器７１５（ｂ）、７１５（ｃ）、７１５（ａ）が接続されている。ここで、図２、図３で説明したように、ガスの吸収スペクトルを観察するＴＤＬＳの方法においては、ＤＦＢ−ＬＤに鋸歯状波の電流を印加し、ＤＦＢ−ＬＤの発振波長を掃引することが必要である。
【００６３】
本実施形態の外部変調信号発振器７１５（ａ）、７１５（ｂ）、７１５（ｃ）の信号パターンを図８に示す。図８の縦軸はＬＤ駆動電流（ＡＣＣ電流）を示し、横軸は時間を示している。また、図８（ａ）は信号光ＬＤ７０２を駆動する外部変調信号の信号パターンを示し、図８（ｂ）は励起光ＬＤ７０１Ａを駆動する外部変調信号の信号パターン、図８（ｃ）は励起光ＬＤ７０１Ｂを駆動する外部変調信号の信号パターンを示している。
【００６４】
外部変調信号発振器７１５（ａ）の信号パターンは図８（ａ）のように鋸歯状波の信号である。このことによって、信号光波長は波長掃引されている。一方、外部変調信号発振器７１５（ｂ）及び７１５（ｃ）の信号パターンは図８（ｂ）及び図８（ｃ）のように矩形波の信号であり、それぞれ固定周期で交互に発振している。このように、ドライバ７１１及び７１２が励起光ＬＤ７０１Ａ及び７０１Ｂを時間的に交互に駆動することによって、第１の励起光波長と第２の励起光波長はそれぞれ固定波長で交互に出力される。
【００６５】
本実施形態においては、周波数１００Ｈｚの鋸歯状波を有する外部変調信号発振器７１５（ａ）の信号パターンに同期して、５０Ｈｚの矩形波を有する外部変調信号発振器７１５（ｂ）及び７１５（ｃ）の信号パターンの位相を１８０°ずらして与えている。このような、パルスパターンを励起光ＬＤ７０１Ａ及び７０１Ｂに印加することによって、中赤外レーザ光発生装置７００から２つの中赤外光を時間的に交互に発生することができる。この中赤外レーザ光発生装置７００を用いて、２つの中赤外光での光吸収スペクトルを時間的に交互に測定することができ、メタンガス等の同位体１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の分析が可能となる。
【００６６】
（実施形態３）
図９に中赤外レーザ光発生装置９００を用いてガスの吸収スペクトルを測定するガス検出装置の実施形態を示す。本実施形態に係るガス検出装置は、中赤外レーザ光発生装置９００と、波長フィルタ９２１と、マルチパスセル９２４と、光検出器９３０と、を備える。マルチパスセル９２４はガスセルとして機能する。中赤外レーザ光発生装置９００は、実施形態１の中赤外レーザ光発生装置４００に加え、さらに、波長掃引した第１の励起光及び第２の励起光を交互に出力するための外部変調信号発振器９１５（ｂ）及び９１５（ｃ）を備える。図７の実施形態とは、鋸歯状波の外部変調信号を励起光９１１，９１２にのみ印加している点が異なり、他は同じである。
【００６７】
信号光ＬＤ９０２のドライバ９１３は一定電流（ＡＣＣ）駆動とし、９１５（ｂ）と９１５（ｃ）の鋸歯状波の外部変調信号は図１０に示すように時間的に交互に与えている。外部変調信号の周波数を１０Ｈｚとして外部変調信号発振器９１５（ｂ）及び９１５（ｃ）の鋸歯状波の信号パターンを５０ミリ秒ずらして変調を行うことにより、実施形態２と同様に、中赤外レーザ光発生装置９００から２つの中赤外光を時間的に交互に発生することができる。この中赤外レーザ光発生装置９００を用いて、２つの中赤外光での光吸収スペクトルを時間的に交互に測定することができ、メタンガス等の同位体１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の分析が可能となる。
【００６８】
（実施形態４）
図１１に中赤外レーザ光発生装置１１００を用いてガスの吸収スペクトルを測定するガス検出装置の実施形態を示す。本実施形態においては、実施形態３で用いた信号光の波長を安定化する機能を付加した。中赤外レーザ光発生装置１１００は、中赤外レーザ光発生装置９００に、さらに、信号光波長を一定にするための分波器１１３１、アセチレンガスセル１１３２及びＰＤ１１３３を備える。
【００６９】
信号光ＬＤ１１０２のドライバ１１１３に、図示していない変調信号ｆを印加し、ＰＤ１１３３で検出される透過信号を微分検波して信号光ＬＤ１１０２のＬＤ駆動電流にフィードバックすることによって信号光の波長安定化を実行している。励起光ＬＤ１１０１Ａ，１１０１Ｂに対しては実施形態３と同様な鋸歯状波信号を与えることにより、実施形態２と同様に、中赤外レーザ光発生装置１１００から２つの中赤外光を時間的に交互に発生することができる。この中赤外レーザ光発生装置１１００を用いて、２つの中赤外光での光吸収スペクトルを時間的に交互に測定することができ、メタンガス等の同位体１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の分析が可能となる。
【００７０】
実施形態２から実施形態４では、第１の半導体レーザダイオード及び第２の半導体レーザダイオードを時間的に交互に駆動することで第１の変換光及び第２の変換光を時間的に交互に発生させているが、本発明はこれに限定されない。本発明は、第１の変換光及び第２の変換光を時間的に交互に発生させることの可能な、第１の半導体レーザダイオード、第２の半導体レーザダイオード及び第３の半導体レーザダイオードの任意の信号パターンを採用しうる。
【００７１】
（実施形態５）
図１２に、本実施形態に係るガス検出装置の一例を示す。本実施形態に係るガス検出装置は、中赤外レーザ光発生装置１２００を用いてガスの吸収スペクトルを測定する。本実施形態に係るガス検出装置は、中赤外レーザ光発生装置１２００と、波長フィルタ１２２１と、マルチパスセル１２２４と、光検出器１２４４及び１２４５と、を備える。マルチパスセル１２２４はガスセルとして機能する。中赤外レーザ光発生装置１２００は、実施形態１の中赤外レーザ光発生装置４００に加え、さらに、波長掃引した信号光を出力するための外部変調信号発振器１２１５（ａ）を備える。本実施形態に係るガス検出装置は、図７の実施形態と、鋸歯状波の外部変調信号を信号光１２０２にのみ印加している点と、マルチパスセル１２２４の出力光検出する測定系と、が異なり、他は同じである。
【００７２】
励起光ＬＤ１２０１Ａ及び１２０１Ｂは一定電流（ＡＣＣ）駆動とし、ドライバ１２１３の鋸歯状波信号は図１３に示すように連続して与えている。したがって、中赤外レーザ光発生装置１２００から２つの中赤外光を同一光軸上に同時に発生することができる。本実施形態の場合、マルチパスセル１２２４を透過した２波長の変換光は分散素子１２４１を透過し、分離される。この分離された光を２つのレンズ１２４２及び１２４３を介して２つの光検出器１２４４及び１２４５で受光することにより、２つの吸収スペクトルを同時に測定することができる。
【００７３】
変換光を分離する分散素子は回折格子、プリズムなどがある。また、図１２では透過型の分散素子を使っているが、反射型回折格子を使って変換光を分離し、２つの検出器で検出してもよい。
【００７４】
このように本実施形態の中赤外レーザ光発生装置１２００を用いれば、２つの中赤外光での光吸収スペクトルを同時に測定することができ、メタンガス等の同位体１３ＣＨ４と１２ＣＨ４の分析が可能となる。
【００７５】
実施形態５では、第１の半導体レーザダイオード及び第２の半導体レーザダイオードを一定電流で駆動し、第３の半導体レーザダイオードを鋸歯状波の電流で駆動することで第１の変換光及び第２の変換光を時間的に同時に発生させているが、本発明はこれに限定されない。本発明は、第１の変換光及び第２の変換光を時間的に同時に発生させることの可能な、第１の半導体レーザダイオード、第２の半導体レーザダイオード及び第３の半導体レーザダイオードの任意の信号パターンを採用しうる。
【００７６】
以上説明したように、本発明によれば、１つの中赤外レーザ光発生装置から広い波長範囲の２つの中赤外レーザ光を同一光軸上に略同一光強度レベルで発生することができるので、従来に比べてより小型の中赤外レーザ光発生装置及びガス検出装置が得られる。また、本発明は同一光軸上に２つの中赤外レーザ光を発生することができるので、光軸調整が不要となる利点を有する。更に、本発明の中赤外レーザ光発生装置を用いることにより広い波長範囲でのガスの光吸収スペクトルを測定できるので、メタンガス等の同位体の組成分析に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は環境ガスを精度よく検出する装置に適用することができる。また、天然ガスの同位体の組成分析が可能となり、石油、天然ガス等のエネルギー産業に適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００：波長変換光源
１０１：励起光減
１０２：信号光源
１０３、２０３、４０３、４１０、７０３、７１０、９０３、９１０、１１０３、１１１０、１２０３、１２１０：合波器
１０４：非線形結晶
２０１、４０１Ａ、４０１Ｂ、７０１Ａ、７０１Ｂ、９０１Ａ、９０１Ｂ、１１０１Ａ、１１０１Ｂ、１２０１Ａ、１２０１Ｂ：励起光ＬＤ
２０２、４０２、７０２、９０２、１１０２、１２０２：信号光ＬＤ
２０５、２０６：コントローラ
２０４：ＤＦＧモジュール
２０７：光ファイバ
２０８：ガスセル
２０９、７３０、９３０、１１３０、１２４４、１２４５：光検出器
２１０：オシロスコープ
４００、７００、９００、１１００、１２００：中赤外レーザ光発生装置
４１１、４１２、４１３、７１１、７１２、７１３、９１１、９１２、９１３、１１１１、１１１２、１１１３、１２１１、１２１２、１２１３：ドライバ
４０４、７０４、９０４、１１０４、１２０４：波長変換モジュール
４１４、７１４、９１４、１１１４、１２１４：温度コントローラ
７１５（ａ）、７１５（ｂ）、７１５（ｃ）、９１５（ｂ）、９１５（ｃ）、１１１５（ｂ）、１１１５（ｃ）、１２１５（ａ）：外部変調信号発振器
７２０、９２０、１１２０、１２２０：コリメータレンズ
７２１、９２１、１１２１、１２２１：波長フィルタ
７２２、７２３、９２２、９２３、１１２２、１１２３、１２２２、１２２３：金ミラー
７２４、９２４、１１２４、１２２４：マルチパスセル
７２５、９２５、１１２５、１２２５：ガス吸気口
７２６、９２６、１１２６、１２２６：排気口
７２７、７２８、９２７、９２８、１１２７、１１２８、１２２７、１２２８：凹面鏡
７２９、９２９、１１２９、１２４２、１２４３：集光レンズ
１２４１：分散素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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