(57)【要約】  固体レーザが本願において開示される。本願において開示される例示のレーザは、第１の端及び第２の端を備えた一体形本体を有する。一体形本体は、第１の端に設けられた第１のレフレクタ、第２の端に設けられた第２のレフレクタ並びに第１のレフレクタと第２のレフレクタとの間に設けられた固体利得媒質及びＱスイッチを有する。例示のレーザは、固体利得媒質中に反転分布を生じさせて一体形本体がレーザパルスを出力するようにするために励起源を更に有する。固体レーザの種々の用途も又、本願において開示される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
第１の端及び第２の端を備えた一体形本体を有し、前記一体形本体は、前記第１の端に設けられた第１のレフレクタ、前記第２の端に設けられた第２のレフレクタ並びに前記第１のレフレクタと前記第２のレフレクタとの間に設けられた固体利得媒質及びＱスイッチを有し、
前記一体形本体がレーザパルスを出力するようにするために前記固体利得媒質中に反転分布を生じさせる励起源を有する、装置。
【請求項２】
前記励起源は、フラッシュランプから成る、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記励起源は、前記固体利得媒質の吸収バンドとオーバーラップする出力スペクトルを有する発光ダイオードから成る、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記励起源から放出された光を前記固体利得媒質に当てるための光ファイバケーブルを更に有する、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記レーザパルスのパルスエネルギーは、前記装置がほぼ室温と約２００℃との間の温度にさらされている場合、実質的に一定である、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記一体形本体は、非線形結晶を含む、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記レーザパルスは、サンプルに当てられることになっており、前記装置は、前記サンプルと相互作用する光に基づいて前記サンプルの特性を定めるための検出器を更に有する、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記サンプルと相互作用する前記光は、前記サンプルの１つ又は２つ以上の成分のラマンバンドによって散乱された光子である、請求項７記載の装置。
【請求項９】
ダウンホールツールを更に有し、前記一体形本体及び前記励起源は、前記ダウンホールツール内に設けられている、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、ダウンホールツール内に設けられるようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
方法であって、
温度が１００℃よりも高い環境中にレーザを配置するステップを含み、前記レーザは、第１のレフレクタ、第２のレフレクタ及び前記第１のレフレクタと前記第２のレフレクタとの間に設けられた固体利得媒質を有する一体形本体を有し、
励起源を付勢して前記固体利得媒質中に反転分布を生じさせ、それにより前記レーザがレーザパルスを出力するようにするステップを含む、方法。
【請求項１２】
前記レーザパルスをサンプルに当てるステップを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記サンプルと相互作用する光を検出器に当てるステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記温度が１００℃を超える環境中に前記レーザを配置する前記ステップは、前記レーザをダウンホールツール内に配置するステップ及び前記ダウンホールツールを掘削孔内に配置するステップから成る、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記励起源を付勢する前記ステップは、フラッシュランプを付勢するステップから成る、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記励起源を付勢して前記固体利得媒質中に前記反転分布を生じさせる前記ステップは、前記励起源によって放出された光を光ファイバケーブルに当てるステップから成る、請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記励起源を付勢する前記ステップは、前記固体利得媒質の吸収バンドとオーバーラップする出力スペクトルを有する発光ダイオードを付勢するステップから成る、請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
装置であって、
第１の端及び第２の端を備えた固体利得媒質と、
前記固体利得媒質の前記第１の端に隣接して設けられた再帰レフレクタと、
前記固体利得媒質の前記第２の端に隣接して設けられたレフレクタと、
前記固体利得媒質中に反転分布を生じさせるよう構成された励起源とを有し、前記固体利得媒質は、ほぼ室温と約２００℃との間の温度とは実質的に無関係なパルスエネルギーを有するレーザパルスを前記レフレクタに通して出力する、装置。
【請求項１９】
前記再帰レフレクタは、再帰反射プリズムである、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記レーザパルスは、サンプルに当てられることになっており、前記装置は、前記サンプルと相互作用する光に基づいて前記サンプルの特性を定めるための検出器を更に有する、請求項１８記載の装置。
【請求項２１】
前記サンプルと相互作用する前記光は、前記サンプルの１つ又は２つ以上の成分のラマンバンドによって散乱された光子である、請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
前記固体利得媒質と前記レフレクタとの間に設けられたＱスイッチを更に有し、前記装置は、前記Ｑスイッチを介して前記レーザパルスを出力するよう構成されている、請求項１８記載の装置。
【請求項２３】
前記レーザパルスの波長を同調させるよう前記レーザパルスの経路に沿って設けられたフィルタを更に有する、請求項１８記載の装置。
【請求項２４】
前記固体利得媒質を実質的に包囲した反射空胴を更に有する、請求項１８記載の装置。
【請求項２５】
前記レーザパルスの経路に沿って設けられた非線形結晶を更に有する、請求項１８記載の装置。
【請求項２６】
前記励起源は、フラッシュランプから成る、請求項１８記載の装置。
【請求項２７】
前記励起源は、前記固体利得媒質の吸収バンドとオーバーラップする出力スペクトルを有する発光ダイオードから成る、請求項１８記載の装置。
【請求項２８】
前記励起源から放出された光を前記固体利得媒質に当てるための光ファイバケーブルを更に有する、請求項１８記載の装置。
【請求項２９】
サンプルを光学的に分析するシステムであって、前記システムは、
光のビームを出力するよう構成されたパルスレーザと、
前記レーザと前記サンプルとの間に設けられた窓と、
前記光のビームを前記窓に通して前記サンプル上に集束させるよう構成された少なくとも１つのマイクロレンズアレイと、
前記サンプルと相互作用した光を検出するよう構成されている検出器とを含み、前記サンプルと相互作用した前記光は、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材によって前記検出器に当てられる、システム。
【請求項３０】
前記窓は、サファイアから成る、請求項２９記載のシステム。
【請求項３１】
前記サンプルと相互作用する前記光は、前記サンプルの前記１つ又は２つ以上の成分のラマンバンドによって散乱された光子である、請求項２９記載のシステム。
【請求項３２】
前記窓は、前記サンプルから或る距離を置いたところに位置し、該距離は、前記サンプルによって散乱されるべき光の波長での前記サンプルの吸収係数の逆数の３倍未満である、請求項２９記載のシステム。
【請求項３３】
前記レーザは、固体レーザから成る、請求項２９記載のシステム。
【請求項３４】
前記システムは、ラマン分光計である、請求項２９記載のシステム。
【請求項３５】
サンプルを光学的に分析するシステムであって、前記システムは、
光のビームを出力するよう構成されたパルスレーザと、
前記レーザと前記サンプルとの間に設けられた窓と、
前記レーザによって出力された前記光のビームを視準して前記光のビームを前記窓に通して前記サンプルに当てるよう構成された第１の光学部材及び第２の光学部材と、
前記サンプルと相互作用した光を検出するよう構成された検出器とを含み、前記サンプルと相互作用した前記光は、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材によって前記検出器に当てられる、システム。
【請求項３６】
前記窓は、サファイアから成る、請求項３５記載のシステム。
【請求項３７】
前記サンプルと相互作用する前記光は、前記サンプルの１つ又は２つ以上の成分のラマンバンドによって散乱された光子である、請求項３５記載のシステム。
【請求項３８】
前記窓は、前記サンプルを距離を置いたところに位置し、該距離は、前記サンプルによって散乱されるべき光の波長での前記サンプルの吸収係数の逆数の３倍未満である、請求項３５記載のシステム。
【請求項３９】
前記レーザは、固体レーザから成る、請求項３５記載のシステム。
【請求項４０】
前記システムは、ラマン分光計である、請求項３５記載のシステム。
【請求項４１】
地層流体を分析するためのダウンホール産出ロッギングツールであって、
窓を備えたツールハウジングと、
光モジュールとを有し、前記光モジュールは、
光を出力するよう構成された光源と、
前記光を前記窓に通して前記ツールハウジングの外部に位置する前記地層流体中に差し向けるよう構成された少なくとも１つの光学部材と、
前記地層流体と相互作用して前記窓を通って戻った光を検出するよう構成されている検出器とを含む、ダウンホール産出ロッギングツール。
【請求項４２】
前記光源は、パルスレーザから成る、請求項４１記載のダウンホール産出ロッギングツール。
【請求項４３】
前記パルスレーザは、固体レーザから成る、請求項４２記載のダウンホール産出ロッギングツール。
【請求項４４】
前記光モジュールは、ラマン分光計である、請求項４１記載のダウンホール産出ロッギングツール。
【請求項４５】
前記地層流体と相互作用して前記窓を通って戻った前記光は、前記少なくとも１つの光学部材によって前記検出器に当てられる、請求項４１記載のダウンホール産出ロッギングツール。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの光学部材は、
前記光を前記窓に通して前記地層流体中に差し向けると共に集束させるよう構成された少なくとも１つのマイクロレンズアレイと、
前記地層流体と相互作用して前記窓を通過した前記光を前記検出器に当てるよう構成された第２の光学部材とから成る、請求項４５記載のダウンホール産出ロッギングツール。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの光学部材は、
（ｉ）前記光源によって出力された前記光を視準して前記光を前記窓に通して前記地層流体中に差し向けると共に（ｉｉ）前記地層流体と相互作用して前記窓を通過した前記光を前記検出器に当てるよう構成された第１の光学部材及び第２の光学部材とから成る、請求項４５記載のダウンホール産出ロッギングツール。
【請求項４８】
前記窓は、サファイアから成る、請求項４１記載のダウンホール産出ロッギングツール。
【請求項４９】
前記地層流体は、ガスから成る、請求項４１記載のダウンホール産出ロッギングツール。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
〔関連出願の説明〕
本願は、２０１１年１２月１４日に出願された米国特許仮出願第６１／５７０，５５０号の権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【０００２】
一般に、レーザは、利得（ゲイン）媒質（例えば、気体、液体、固体又はプラズマ）及びエネルギー供給源を含む。利得媒質は、エネルギー供給源からエネルギー（例えば、光放射線、電流、運動エネルギー、熱エネルギー等）を吸収する場合が多い。エネルギーは、利得媒質中の原子を励起する場合があり、ついには、反転分布が生じる（即ち、励起状態の電子の数が比較的低いエネルギー状態の電子の数を上回る）。反転分布が生じた場合、利得媒質は、一般に、利得媒質が吸収する光子よりも多くの光子を放出する。電磁波（例えば、可視光）が反転分布中、利得媒質と相互作用した場合、利得媒質は、電磁波を増幅することができ、そしてレーザは、レーザパルスを出力することができる。
【発明の概要】
【０００３】
この発明の概要の項目は、詳細な説明において以下に更に説明する一揃いの概念を導入するために設けられている。この発明の概要の項は、特許請求の範囲に記載された発明の重要な又は本質的な特徴を特定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲の規定を助ける手段として用いられるものでもない。
【０００４】
本発明の例示の実施形態は、レーザに関する。このレーザは、第１の端及び第２の端を備えた一体形本体を有する。一体形本体は、第１の端に設けられた第１のレフレクタ、第２の端に設けられた第２のレフレクタ並びに第１のレフレクタと第２のレフレクタとの間に設けられた固体利得媒質及びＱスイッチを有する。例示のレーザは、一体形本体がレーザパルスを出力するようにするために固体利得媒質中に反転分布を生じさせる励起源を更に有する。
【０００５】
本発明の例示の実施形態は又、レーザの使用方法に関する。この方法は、温度が１００℃よりも高い環境中にレーザを配置するステップを含む。レーザは、第１のレフレクタ、第２のレフレクタ及び第１のレフレクタと第２のレフレクタとの間に設けられた固体利得媒質を有する。例示の方法は、励起源を付勢して固体利得媒質中に反転分布を生じさせ、それによりレーザがレーザパルスを出力するようにするステップを更に含む。
【０００６】
別の実施形態では、本明細書において説明するように、例示のレーザが第１の端及び第２の端を備えた固体利得媒質を有する。例示のレーザは、固体利得媒質の第１の端に隣接して設けられた再帰レフレクタと、固体利得媒質の第２の端に隣接して設けられたレフレクタとを更に有する。例示のレーザは更に、固体利得媒質中に反転分布を生じさせるよう構成された励起源を有する。固体利得媒質は、レーザパルスをレフレクタに通して出力する。レーザパルスは、ほぼ室温と約２００℃との間の温度とは実質的に無関係のパルスエネルギーを有する。
【０００７】
本発明の別の例示の実施形態は、サンプルを光学的に分析するシステムに関する。このシステムは、光のビームを出力するよう構成されたパルスレーザを含む。窓がレーザとサンプルとの間に設けられる。１つのマイクロレンズアレイ（又は複数のマイクロレンズアレイ）が光のビームを窓に通して光のビームをサンプル上に集束させる。検出器がサンプルと相互作用した光を検出する。サンプルと相互作用した光は、第１の光学部材及び第２の光学部材によって検出器に当てられる。
【０００８】
さらに別の実施形態では、サンプルを光学的に分析するシステムが提供される。このシステムは、光のビームを出力するパルスレーザを含む。窓がレーザとサンプルとの間に設けられる。例示のシステムは、レーザによって出力された光のビームを視準して光のビームを窓に通してサンプルに当てるよう構成された第１の光学部材及び第２の光学部材を更に含む。例示のシステムは更に、サンプルと相互作用した光に基づいてサンプルの特性を突き止める検出器を含む。サンプルと相互作用した光は、第１の光学部材及び第２の光学部材によって検出器に当てられる。
【０００９】
本発明の別の例示の実施形態は、更に、地層流体を分析するためのダウンホール産出ロッギングツールに関する。このツールは、窓を備えたツールハウジングを有する。ツールは、地層流体を分析する光モジュール（例えば、分光計）を更に有する。光モジュールは、光を出力する光源と、光を窓に通してツールハウジングの外部に位置する地層流体中に差し向ける１つの光学部材（又は複数個の光学部材）を含む。光モジュールは、地層流体と相互作用して窓を通って戻った光を検出する検出器を更に含む。
【００１０】
以下の図を参照して例示の実施形態について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる産出ロッギング（物理検層）ツールを示す図である。
【図２】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができるワイヤラインツールを示す図である。
【図３】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図４】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる別の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図５】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる別の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図６】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる図５の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図７】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる図５の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図８】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる図５の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図９】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる図５の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図１０】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる図５の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図１１】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる図５の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図１２】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる図５の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図１３】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる図５の例示の装置の種々のコンポーネントを示す図である。
【図１４】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる別の例示のシステムを示す図である。
【図１５】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる別の例示のシステムを示す図である。
【図１６】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる別の例示のシステムを示す図である。
【図１７】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる別の例示のシステムを示す図である。
【図１８】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる更に別の例示のシステムを示す図である。
【図１９】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる別の例示のシステムを示す図である。
【図２０】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる別の例示のシステムを示す図である。
【図２１】例示の固体レーザの実施形態を具体化することができる別の例示のシステムを示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態としての円筒形レンズレットのアレイを示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態としてのハエの目形集光レンズ（コンデンサ）アレイを示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態としての球面レンズレットのアレイを示す図である。
【図２５】本発明の一実施形態としての例示の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の開示内容は、種々の実施形態の種々の特徴を具体化するための多種多様な実施形態又は実施例を提供していると理解されるべきである。以下において、本発明の開示を単純化するためにコンポーネント及び構成の特定の実施例につき説明する。これらは、当然のことながら、例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。加うるに、この開示は、種々の実施例において参照番号及び／又は文字を繰り返し用いる場合がある。この繰り返しは、説明を簡単にすると共に分かりやすくするためであるが、それ自体、説明する種々の実施形態及び／又は形態相互間の関係を示すものではない。さらに、以下の説明中、第１の特徴の第２の特徴を覆った状態における又はこの上への形成は、第１の特徴と第２の特徴が互いに直接的な接触関係をなして形成される実施形態を含む場合があり、更に、追加の特徴が第１の特徴と第２の特徴との間に介在して形成される場合があり、その結果、第１の特徴と第２の特徴が互いに直接的な接触関係をなしていない場合のある実施形態をも含む場合がある。
【００１３】
本発明の１つ又は２つ以上の観点は、固体レーザに関する。本明細書において開示する例示のレーザは、第１の端及び第２の端を備えた一体形本体を有する。一体形本体は、第１の端に設けられた第１のレフレクタ及び第２の端に設けられた第２のレフレクタを有する。一体形本体は、固体利得媒質を更に有する。固体利得媒質は、第１のレフレクタと第２のレフレクタとの間に設けられるのが良い。固体利得媒質は、固体状態の材料であるのが良く、例えば、クロムをドープした酸化アルミニウムベリリウム結晶（Ｃｒ3+：ＢｅＡｌ2Ｏ4）（「アレキサンドライト」）、ネオジミウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット結晶（Ｎｄ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）（“Ｎｄ：ＹＡＧ”）又は任意他の適当な材料である。幾つかの実施形態では、一体形本体は、Ｑスイッチを有する。
【００１４】
例示のレーザは、励起源（例えば、フラッシュランプ、アークランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ダイオードレーザ等）を更に有する。幾つかの実施例では、レーザは、一体形本体及び励起源を実質的に包囲した反射空胴を有するのが良い。動作中、励起源は、光を放出する。励起源から放出された光は、固体利得媒質中に反転分布（例えば、励磁状態の電子の数が比較的低いエネルギー状態の電子の数よりも多い）を生じさせることができ、例示のレーザは、レーザパルスを第２のレフレクタに通して出力することができる。例示のレーザは、有利には、レーザが衝撃（例えば、５００ｇの衝撃）及び／又は振動（例えば、０．５ｇ＾２／√（Ｈｚ）振動）を受けた場合であってもレーザパルスを出力することができる。幾つかの実施例では、レーザパルスのパルスエネルギーは、レーザがほぼ室温と約２００℃との間の温度にさらされた場合、実質的に一定であるのが良い。
【００１５】
本発明の例示の実施形態は、油田・ガス田掘削孔用途に関する。図１は、本明細書において説明するレーザの実施形態を含むダウンホールツール１００の一例を示している。この場合、ダウンホールツール１００は、地層１０４を横切る掘削孔１０２内に配置される産出ロッギング（物理検層）ツールである。掘削孔１０２は、ケーシング１０６を有し、産出ロッギングツール１００は、ワイヤラインケーブルを介してケーシング１０６中に下降されそして１組のセントラライザ１０８を用いてケーシング内に心出しされる。産出ロッギング中、地層流体（例えば、地層液体及び／地層気体（ガス））が地層１０４の互いに異なるペイゾーンから抽出される。地層流体は、地表まで流れ、産出ロッギングツール１００は、流体の特性（例えば、組成）をモニタするために使用されるのが良い。図１に示されているように、産出ロッギングツール１００は、複数個のモジュールを収容したハウジング１１０を有する。ハウジング１１０は、一端に、地層流体１１４のサンプルに対して分光学的測定（例えば、ラマン分光法及びレーザ誘起放電分光法）を行うための光モジュール１１２を有している。光モジュール１１２は、光学系、少なくとも１つの検出器及び光源、例えばレーザを含み、これらは、本明細書において説明する実施形態に対応している。レーザは、光を発生させ、この光は、地層流体１１０のサンプルを分析するために用いられる。サンプルから散乱して戻った光は、検出器によって検出される。光学系は、光をサンプル１１４に伝送したりサンプル１４から伝送したりするために用いられる。光モジュール１１２は、窓１１８を介して掘削孔流体と光学的連絡状態にある。このように、窓１１８に隣接して位置する地層流体１１４のサンプルは、光モジュール１１２によって分析される。この場合、窓１１８は、ツールの下端部のところに配置される。追加の又は別の実施形態では、窓は、ハウジング１１０の側壁に設けられる。さらに別の実施形態では、１つの窓がハウジング１１０の端部のところに設けられ、第２の窓がハウジング１１０の側部に設けられる。産出ロッギングツール１００は、光モジュール１１２を支持する幾つかの他のモジュールを更に有する。例えば、産出ロッギングツール１００は、電力をレーザ及び検出器に供給する電力モジュールを有する。また、産出ロッギングツール１００は、光モジュールから出力された電気信号を増幅する増幅モジュール１２２を有するのが良い。この電気信号は、サンプルから散乱して戻されて検出器によって検出される光を表している。さらに、産出ロッギングツールは、産出ロッギングツールと坑外エレクトロニクス及び処理システム１２６との通信を可能にする遠隔計測システム１２４を有するのが良い。一例では、遠隔計測システム１２４は、光モジュール１１２からの電気信号を地表に伝える。
【００１６】
特定の一用途では、産出ロッギングツール１００は、ガスコンデンセート井で用いられる。ガスコンデンセート井で見受けられる圧力、温度及び流体密度は、ガス及び液体が地表まで流れているときに相分離により多相流れを生じさせる。相分離は、ガスフラクションがケーシングの中間で流れ、流体フラクションがケーシングの側部に当たって流れる環状フローパターンを生じさせる。図１に示されているセントラライザ１０８により、ガスフラクションを別々にサンプル採取することができ、それにより流体フラクションからの干渉が回避される。本明細書において説明する光モジュール１１２は、種々の互いに異なる種類のガスを分析することができる。例示のガスとしては、メタン、エタン、プロパン、二酸化炭素、硫化水素及び窒素が挙げられるが、これらには限定されない。特定の一実施形態では、ラマン分光技術がガスコンデンセート井内のガスフラクションの組成を突き止めるために用いられる。特に、ラマン分光技術は、レーザ光信号を用いてガスフラクション中の応答を検出し、これは、ガスフラクションの密度中で線形である。
【００１７】
このツールの一実施形態では、後方散乱幾何学的形状が用いられ、この後方散乱幾何学的形状では、励起ビームの軸線は、検出光の軸線と同一直線上に位置する。この後方散乱幾何学的形状は、産出ロッギングにとって有利である。と言うのは、流体又はガスフラクションをフローライン中に通さなくても流体フラクションの組成を突き止めることができるからである。ツールの例示の実施形態は、後方散乱幾何学的形状には限定されない。他の実施形態では、励起ビームの軸線は、検出光の軸線からずらされる（例えば、空間的に且つ／或いは角度的に）。
【００１８】
図２は、レーザの実施形態を有する別のダウンホールツール２００の一例を示している。この特定の実施形態では、ダウンホールツール２００は、ワイヤラインツールである。ワイヤラインツール２００は、地層２０４を横断している掘削孔２０２内に吊り下げられている。ツール２００は、地表のところに設置された巻上機に巻かれている多心ケーブルを用いて掘削孔内に吊り下げられている。地層流体サンプルがダウンホールツール１００の外部で分析される図１の実施形態とは対照的に、この実施形態では、ワイヤラインツール２００は、流体サンプル（例えば、地層流体又は掘削孔流体）をツール内に引き込んでこのサンプルをツール内で分析する。特定の実施形態では、流体サンプルは、ガスである。この目的のため、ワイヤラインツール２００は、選択的に伸長可能なプローブ組立体を有するフォーメーションテスタ２０６を有する。伸長可能なプローブ組立体は、隣接の地層２０４に流体結合して流体サンプルを地層から引き出すよう構成されている。プローブ組立体を通って流体サンプル２１０をツール２００内のフローライン２１２内に通すためにポンプ２０８が用いられる。
【００１９】
ワイヤラインツール２００は、フローライン２１２内の流体サンプル２１０について分光学的測定（例えば、ラマン分光法、吸収分光法及びレーザ誘起放電分光法）を実施するための光モジュール２１４を更に有している。光モジュール２１４は、本明細書において説明する実施形態に対応したレーザ、光学系及び少なくとも１つの検出器を含む。光モジュール２１４は、窓２１６を介してフローライン２１２内の流体サンプル２１０と光学的連絡状態にある。このようにして、フローライン２１２内の流体サンプル２１０は、光モジュール２１４によって分析される。流体サンプル２１０をいったん分析すると、サンプルをポート（図示せず）から排出するのが良く又サンプルを１つ又は２つ以上の流体収集チャンバ２１８に送るのが良い。
【００２０】
本発明の種々の実施形態は、図１及び図２に示されている産出ロッギングツール１００及びワイヤラインツール２００には限定されない。例えば、別の実施形態では、ワイヤラインツールは、窓及び掘削孔内に位置すると共に図１の産出ロッギングツール１００と同様な仕方でツールの外部に位置した流体サンプルを分析する光モジュールを有しても良い。本発明の例示の実施形態も又、掘削用途、例えば、ＬＷＤ（logging-while-drilling：掘削しながらロッギングを行う）システム又はＭＷＤ（measuring-while-drilling：掘削しながら測定を行う）システムにも利用できる。特定の一実施形態では、ＬＷＤシステムは、掘削しながらサンプル採取を行う（sampling-while-drilling ）システム（例えば、掘削しながらサンプル採取を行うシステムは、ＬＷＤツール組物の一部である）。かかる掘削しながらサンプル採取を行うシステムでは、流体サンプルは、地層からシステム内に引き込まれ、そして図２のワイヤラインツール２００と同様な仕方でツール内で分析される。掘削しながらサンプル採取を行うシステムのそれ以上の詳細については、米国特許第７，１１４，５６２号明細書（発明の名称：Apparatus and Method for Acquiring Information while Drilling）に提供されている。
【００２１】
図３は、本明細書において開示するレーザ３００の断面図である。図３の例示のレーザ３００は、種々の分光法（例えば、ラマン分光法、吸収分光法、レーザ誘起放電分光法等）のための光源となるよう採用可能である。レーザ３００は、第１の端３０４及び第２の端３０６を備えた一体形本体３０２を有する。第１の端３０４及び第２の端３０６は、研磨されているのが良い。幾つかの実施例では、一体形本体３０２は、ロッド状である。一体形本体３０２は、第２の端３１０及び第３の端３１２を備えた固体利得媒質３０８を有する。固体利得媒質３０８は、固体状態の材料であるのが良く、例えば、クロムをドープした酸化アルミニウムベリリウム結晶（Ｃｒ3+：ＢｅＡｌ2Ｏ4）（「アレキサンドライト」）、ネオジミウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット結晶（Ｎｄ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）（“Ｎｄ：ＹＡＧ”）又は任意他の適当な材料である。幾つかの例示としての固体利得媒質としては、例えば、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｉ、Ｔｍのようなドーパント元素及び／又は任意他の適当なドーパント元素が挙げられる。以下に詳細に説明するように、固体利得媒質３０８は、励起源３１４が固体利得媒質３０８内に反転分布を生じさせたときに光子利得をもたらす。
【００２２】
第１のレフレクタ３１６及び第２のレフレクタ３１８がそれぞれ、一体形本体３０２の第１の端３０４及び第２の端３０６に設けられている。かくして、例示の固体利得媒質３０８は、第１のレフレクタ３１６と第２のレフレクタ３１８との間に配置されている。第１のレフレクタ３１６及び第２のレフレクタ３１８は、光共振器を提供する（即ち、光を閉鎖経路内で反射する）。図示の実施例では、第１のレフレクタ３１６は、固体利得媒質３０８の第１の端３１０に設けられている。幾つかの実施例では、第１及び第２のレフレクタ３１６，３１８は、それぞれ、一体形本体３０２を形成するよう第１及び第２の端３０４，３０６に拡散結合されている。幾つかの実施例では、第１及び第２のレフレクタ３１６，３１８は、フィルムコーティングである。例示の第１のレフレクタ３１６は、固体利得媒質３０８から放出された光を反射するよう約１００パーセント（例えば、９５％、９８％、９９％、９９．９％等）の反射率を有する。例示の第２のレフレクタ３１８は、レーザパルスが第２のレフレクタ３１８を通過することができるようにするよう１００パーセント未満（例えば、８０％、９０％等）の反射率を有する。幾つかの実施例では、第１のレフレクタ３１６の反射面と第２のレフレクタ３１８の反射面は、互いに実質的に平行である。他の実施例では、第１のレフレクタ３１６及び第２のレフレクタ３１８は、湾曲している。幾つかのかかる実施例では、第１のレフレクタ３１６及び第２のレフレクタ３１８は、第１のレフレクタ３１６と第２のレフレクタ３１８が実質的に共焦点形（コンフォーカル）であり（即ち、第１のレフレクタ３１６及び第２のレフレクタ３１８の曲率半径が第１のレフレクタ３１６と第２のレフレクタ３１８との間の距離に等しい）又は実質的に同心である（即ち、第１のレフレクタ３１６及び第２のレフレクタ３１８の曲率半径が第１のレフレクタ３１６と第２のレフレクタ３１８との間の距離の半分に等しい）ように湾曲している。
【００２３】
レーザ３００の一体形本体３０２は、Ｑスイッチ３２０を有する。幾つかの実施例では、例えば、図３に示されている実施例では、Ｑスイッチ３２０は、受動型Ｑスイッチ、例えば、飽和性吸収器である。Ｑスイッチ３２０の熱膨張率は、固体利得媒質３０８の熱膨張率に実質的に等しいのが良い。幾つかの実施例では、Ｑスイッチ３２０は、Ｃｒ：ＹＡＧ結晶を用いて具体化される。Ｑスイッチ３２０の一端３２２は、固体利得媒質３０８の第２の端３１２に非接着状態で結合（例えば、拡散結合、光接触結合等）されるのが良い。幾つかのかかる実施例では、第２のレフレクタ３１８は、Ｑスイッチ３２０の反対側の端に設けられている。レーザの幾つかの実施形態は、Ｑスイッチ３２０を含まない。かかる実施例では、第２のレフレクタ３１８は、固体利得媒質３０８の第２の端３１２に設けられる。以下に詳細に説明するように、Ｑスイッチ３２０は、固体利得媒質３０８中の反転分布が所定のレベル（例えば、ピークレベル）に達するまでレーザがレーザパルスを出力するのを阻止する。
【００２４】
図示の実施例では、励起源３１４は、ランプ励起源、例えば、フラッシュランプ及び／又はアークランプである。他の実施例では、励起源３１４は、発光ダイオード、ダイオードレーザ及び／又は任意他の適当な励起源である。図３の例示の励起源は、一体形本体３０２に隣接して位置している。幾つかの実施例では、励起源３１４の長手方向軸線と固体利得媒質３０８の長手方向軸線は、互いに実質的に平行である。図示の実施例では、励起源３１４は、ガス（例えば、キセノン、クリプトン等）で満たされた実質的に透明な管３２６（例えば、ガラス、石英等）を有する。励起源３１４は、電力源（例えば、キャパシタ）（図示せず）に結合されている。動作中、電流が電力源を介してガスに送られてガスがイオン化すると共にアークがガス中に生じる。幾つかの実施例では、励起源３１４は、約５０ｍｍのアーク長を有する。上述の寸法は、単なる一例であり、かくして、本発明の範囲から逸脱することなく他の寸法を採用することができる。アークは、光のフラッシュ、例えば、光の１００μｓフラッシュを放出する。他の実施例では、アークは、光を連続的に放出する。幾つかの実施例では、アークの温度は、約１０，０００℃である。
【００２５】
図示の実施例では、反射空胴３２８が一体形本体３０２及び励起源３１４を実質的に包囲している。例示の反射空胴３２８は、少なくとも部分的に拡散レフレクタ３３２、例えば、硫酸バリウム、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））及び／又は任意他の適当な拡散レフレクタによって少なくとも部分的に覆われた実質的に透明な（例えば、ガラスの）筒体３３０によって構成されている。幾つかの実施例では、反射空胴３２８は、楕円形ミラーである。例示の反射空胴３２８の第１の端３３４は、一体形本体３０２の第１の端３０４に隣接して位置する孔（図示せず）を有する。マウント３３６が一体形本体３０２を反射空胴３２８内に保持すると共に／或いは実質的に位置合わせするよう孔を貫通して延びている。幾つかの実施例では、マウント３３６は、一体形本体３０２の第１の端３０４を保持している。幾つかの実施例では、別のマウントが反射空胴３２８の別の孔を貫通して延び、そして一体形本体３０２をＱスイッチ３２０に沿って保持する。
【００２６】
反射空胴３２８の第２の端３３８は、少なくとも部分的に透明であると共に／或いはレーザ３００が反射空胴３２８の第２の端３３８を通ってレーザパルスを出力することができるよう孔を有している。図示の実施例では、反射空胴３２８及びマウント３３６は、ハウジング３４０内に納められている。例示のマウント３３６は、ハウジング３４０に結合されている。ハウジング３４０は、ダウンホールツール、例えば、図１のダウンホールツール、図２の例示のツール又は任意他の適当なダウンホールツール内に設けられるのが良い。幾つかの実施例では、レーザ３００は、地表のところ又はその近くで採用される（例えば、実験室内で）。
【００２７】
動作中、励起源３１４は、光を放出することによってエネルギーを固体利得媒質３０８に供給する。励起源３１４によって放出された光は、反射空胴３２８の拡散レフレクタ３３２によって反射される。この光は、固体利得媒質３０８内の原子を励起し、ついには、反転分布が固体利得媒質３０８内で生じる（即ち、励起状態の電子の数がこれよりも低いエネルギー状態の電子の数を上回る）。反転分布が起こると、固体利得媒質３０８は、固体利得媒質３０８が吸収する光子よりも多くの光子を放出する。その結果、固体利得媒質３０８により放出される光子は、反射空胴３２８並びに第１及び第２のレフレクタ３１６，３１８によって増幅され、それにより、第２のレフレクタ３１８を通ってレーザパルスを送出させる。
【００２８】
動作中、Ｑスイッチ３２０は、固体利得媒質３０８内の反転分布が所定のレベル（例えば、ピークレベル）に達するまでレーザ３００がレーザパルスを出力し又は送出させるのを阻止する。例えば、Ｑスイッチ３２０、飽和性吸収器は、反転分布が所定のレベルに達するまで実質的に非透明である。反転分布が所定のレベルにいったん達すると、Ｑスイッチ３２０は、少なくとも部分的に透明になり、レーザパルスは、Ｑスイッチ３２０及び第２のレフレクタ３１８を通過する。
【００２９】
レーザ３００がほぼ室温と約２００℃との間の温度にさらされると、レーザ３００は、温度とは実質的に無関係のパルスエネルギー（例えば、８ｍＪ、１４ｍＪ、２２ｍＪ等）を有するレーザパルスを出力する。例えば、ほぼ室温から約２００℃まで、レーザ３００は、約１０％以内の標準偏差を持つパルスエネルギーを有するレーザパルスを出力する。偏差は、ほぼ室温と約２００℃との間の温度とは無関係に、動作中に生じるランダムな変動、例えば、励起源３１４内のアークの発生、アークを介して光を生じさせる再結合及び連続発光イベント及びかかるイベントからの放出光子方向に実質的に由来する。かくして、レーザ３００は、ほぼ室温と約２００℃との間の温度にさらされると、実質的に一定のパルスエネルギーを有するレーザパルスを出力する。また、レーザ３００は、有利には、衝撃（例えば、５００ｇの衝撃）及び／又は振動（例えば、０．５ｇ＾２／√（Ｈｚ）振動）を受けた場合であってもレーザパルスを出力することができる。
【００３０】
図４は、本明細書において開示する別のレーザ４００の断面図である。動作中、レーザ４００は、レーザ４００がほぼ室温と約２００℃との間の温度にさらされると、実質的に一定のパルスエネルギーを有するレーザパルスを出力し、かくして、パルスエネルギーは、温度とは実質的に無関係である。また、レーザ４００は、有利には、衝撃（例えば、５００ｇの衝撃）及び／又は振動（例えば、０．５ｇ＾２／√（Ｈｚ）振動）を受けた場合であってもレーザパルスを出力することができる。幾つかの実施例では、図４のレーザ４００は、種々の分光法（例えば、ラマン分光法、吸収分光法、レーザ誘起放電分光法等）のための光源を提供するよう採用される。
【００３１】
レーザ４００は、第１の端４０４及び第２の端４０６を備えた固体利得媒質４０２を有する。幾つかの実施例では、固体利得媒質４０２は、ロッド状である。幾つかの実施例では、固体利得媒質４０２は、アレキサンドライト、Ｎｄ：ＹＡＧ又は任意他の適当な材料である。固体利得媒質４０２は、固体利得媒質４０２の第１及び第２の端４０４，４０６の各々のところがマウント４０８，４１０によって保持されている。幾つかの実施例では、マウント４０８，４１０は、孔（図示せず）を有すると共に／或いは固体利得媒質４０２は、マウント４０８，４１０が動作中、レーザパルスの経路内に位置しないようマウント４０８，４１０に取り付けられている。
【００３２】
図示の実施例では、励起源４１２、例えば、フラッシュランプ又はアークランプが固体利得媒質４０２に隣接して位置している。幾つかの実施例では、励起源４１２は、ガス（例えば、キセノン、クリプトン等）で満たされた実質的に透明な管４１４（例えば、ガラス、石英等）を有する。他の実施例では、励起源は、ＬＥＤ、ダイオードレーザ及び／又は任意他の適当な励起源である。励起源４１２は、電力源（例えば、キャパシタ）（図示せず）に結合されている。励起源４１２も又、励起源４１２の長手方向軸線と固体利得媒質４０２の長手方向軸線が実質的に平行であるようマウント４０８，４１０に結合されている。
【００３３】
反射空胴４１６が固体利得媒質４０２及び励起源４１２を実質的に包囲するようマウント４０８，４１０に結合されている。図４に示されている例示の反射空胴４１６は、拡散レフレクタ４２０、例えば、硫酸バリウム、テフロン（登録商標）及び／又は任意他の適当な拡散レフレクタによって少なくとも部分的に覆われた実質的に透明な（例えば、ガラスの）筒体４１８を有する。他の実施例では、反射空胴４１６は、楕円形ミラーである。反射空胴４１６の第１の端４２２及び第２の端４２４は、少なくとも部分的に透明であると共に／或いは光が反射空胴４１６から出て反射プリズム４２６及びレフレクタ４２８に向かって進むことができるよう孔を有する。
【００３４】
図示の実施例では、反射プリズム４２６は、固体利得媒質４０２の第２の端４０４に隣接して位置している。幾つかの実施例では、反射プリズム４２６は、再帰性である。図４の例示の反射プリズム４２６は、マウント４３０、例えば、撓みマウントに結合されている。レフレクタ４２８は、固体利得媒質４０２の第２の端４０６に隣接して位置している。例示のレフレクタ４２８の少なくとも一部分は、レーザパルスが動作中、レフレクタ４２８を通過することができるよう反射率が１００パーセント未満である。幾つかの実施例では、レフレクタ４２８の反射率は、約８０パーセント〜約９０パーセントである。図示の実施例では、レフレクタ４２８は、マウント４３２、例えば、撓みマウントに結合されている。幾つかの実施例では、レフレクタ４２８は、湾曲している。反射プリズム４２６とレフレクタ４２８は、動作中、反射プリズム４２６及びレフレクタ４２８が光共振器となるよう実質的に位置合わせされている。
【００３５】
幾つかの実施例では、レーザ４００は、反射プリズム４２６を含まない。幾つかのかかる実施例では、レフレクタ、例えば、湾曲ミラーが固体利得媒質４０２の第１の端４０４に隣接して位置する。幾つかの実施例では、レフレクタ４２８は、反射プリズムである。幾つかのかかる実施例では、レーザ４００は、レーザパルスの経路に沿って設けられた別のレフレクタ（図示せず）を有する。
【００３６】
図４のレーザ４００は、レフレクタ４２８に組み込まれた光フィルタ４３３を有する。他の実施例では、光フィルタ４３３は、レーザパルスの経路に沿って設けられた状態で別のマウント（図示せず）、例えば、撓みマウントに結合される。かかる実施例では、光フィルタ４３３は、反射プリズム４２６と固体利得媒質４０２の第１の端４０４との間、固体利得媒質４０２の第２の端４０６とレフレクタ４２８との間又はレーザパルスの経路に沿う任意他の適当な位置に配置される。光フィルタ４３３は、レーザ４００によって出力されたレーザパルスの出力波長を制御するための複屈折チューナ、リオフィルタ、エタロンフィルタ及び／又は任意他の適当なフィルタであるのが良い。例えば、光ファイバ４３３は、アレキサンドライト固体利得媒質４０２を有するレーザ４００から出力されたレーザパルスの波長を約７００ｎｍと約８２０ｎｍの間で同調させることができる。
【００３７】
図４に示されているレーザ４００は、Ｑスイッチ４３４を有する。図示の実施例では、Ｑスイッチ４３４は、受動型Ｑスイッチ、例えば、飽和性吸収器である。幾つかの実施例では、Ｑスイッチ４３４は、能動型Ｑスイッチ、例えば、回転可能なレフレクタ又は電気光学変調器である。図４の例示のＱスイッチ４３４は、固体利得媒質４０２の第２の端４０６とレフレクタ４２８との間でレーザパルスの経路に沿って設けられている。幾つかの実施例では、Ｑスイッチは、固体利得媒質４０２に結合（例えば、拡散結合、光接触結合等）されている。
【００３８】
マウント４０８，４１０，４２８，４３２は、ブレース４３６，４３８に結合されている。幾つかの実施例では、レーザ４００は、ダウンホールツール、例えば、図１のダウンホールツール、図２のダウンホールツール又は任意他の適当なダウンホールツール内に設けられたハウジング（図示せず）内に納められている。幾つかの実施例では、レーザ４００は、地表のところ又はその近くで採用される（例えば、実験室内で）。
【００３９】
図５は、本明細書において開示する別のレーザ５００の側面図である。図５のレーザ５００は、一体形本体５０２を有する。例示の一体形本体５０２は、固体利得媒質５０４及びＱスイッチ５０６を有する。幾つかの実施例では、一体形本体５０２は、非線形結晶から成る。
【００４０】
図示の実施例では、固体利得媒質５０４は、固体利得媒質５０４内に反転分布を生じさせるよう一体形本体５０２を包囲した複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）５０８によって側面励起される。幾つかの実施例では、ＬＥＤ５０８は、固体利得媒質５０４の吸収ピークに対応した光を放出する。図示の実施例では、複数個の視準及び／又は集束光学系５１０が固体利得媒質５０４中への結合を促進するようＬＥＤ５０８と一体形本体５０２との間に配置されている。他の実施例では、ＬＥＤ５０８及び光学系５１０は、固体利得媒質５０４の長さに沿って光を放出し、かくして固体利得媒質５０４を端面励起するよう固体利得媒質５０４の端のところに配置されている。
【００４１】
図６は、図５のレーザ５００の背面図である。図示の実施例では、ＬＥＤ５０８及び光学系５１０は、図１２の向きで見て例示の一体形本体５０２の頂部、底部、左側部及び右側部に隣接して配置されている。他の実施例では、ＬＥＤ５０８及び光学系５１０は、他の位置に配置される。
【００４２】
図７は、本明細書において開示する別のレーザ７００を示している。図示の実施例では、ダウンホール７０２（例えば、図１の例示のダウンホールツール、図２の例示のダウンホールツール及び／又は任意他の適当なダウンホールツール）が掘削孔７０４内に配置され、ダイオードレーザ７０６が地表のところ又はその近くに配置されている。例示のダイオードレーザ７０６は、第１の光学系７１０（例えば、レンズ）を介して光を光ファイバ７０８中に放出する。図示の実施例では、光ファイバ７０８は、地表からダウンホールツール７０２内に延びている。例示の光ファイバ７０８は、何ワットかの光をダウンホールツール７０２に中に差し向けることができる。
【００４３】
図示の実施例では、ダイオードレーザ７０６を介して放出された光は、光ファイバ７０８中を通って進み、そして第２の光学系７１２に向かってダウンホールツール７０２中に放出される。例示の第２の光学系７１２は、光を例示の一体形本体７１６の端７１４に当てる。図示の実施例では、一体形本体７１６は、固体利得媒質７１８（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ）及びＱスイッチ７２０を有する。幾つかの実施例では、第２の光学系７１２は、光のモードを固体利得媒質７１８のレイジングモードに一致させる。幾つかの実施例では、一体形本体７１６は、非線形結晶から成る。図示の実施例では、第２の光学系７１２に隣接して一体形本体７１６の端７１４のところに設けられたレフレクタ７２２が光ファイバ７０８から放出された光に対して実質的に透明であり、他方、固体利得媒質７１８のレイジング波長（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧについては１０６４ｎｍ）では光に対して約１００パーセント（例えば、９５％、９８％、９９％、９９．９％等）の反射率を有する。その結果、ダイオードレーザ７０６から放出された光は、レフレクタ７２２を通って進んで固体利得媒質７１８中に反転分布を生じさせることができる。図示の実施例では、一体形本体７１６は、Ｑスイッチ７２０を介してレーザパルスを出力する。幾つかの実施例では、レーザパルスは、１回又は２回以上の分光法を実施するよう流体サンプル（例えば、ダウンホールツール７０２のフローライン内、屈折孔内等の）に当てられる。
【００４４】
図８〜図１３は、本明細書において開示する例示のレーザ８００，９００，１０００の略図であり、これらレーザは、非線形波長発生、例えば、光パラメトリック発振、第二高調波発生、第三高調波発生又は第四高調波発生等を利用する種々の分光法のための光をもたらすよう採用可能である。幾つかの実施例では、レーザ８００，９００，１０００は、スーパーコンティニュウム光を発生させるために使用可能である。
【００４５】
図８のレーザ８００は、励起源８０２、例えば、フラッシュバック、アークランプ、ＬＥＤ、レーザダイオード及び／又は任意他の適当な励起源を有する。例示の励起源８０２は、一体形本体８０４の固体利得媒質８０６を横方向に励起するよう一体形本体８０４に隣接して位置している。図示の実施例では、反射空胴８０８が一体形本体８０４及び励起源８０２を実質的に包囲している。幾つかの実施例では、反射空胴８０８は、拡散レフレクタ、例えば、硫酸バリウム、テフロン（登録商標）及び／又は任意他の適当な拡散レフレクタによって少なくとも部分的に覆われた実質的に透明な（例えば、ガラスの）筒体を有する。他の実施例では、反射空胴は、楕円形ミラーである。
【００４６】
図８の例示の一体形本体８０４は、第１のレフレクタ８１０、非線形結晶８１２、Ｑスイッチ８１４、固体利得媒質８０６及び第２のレフレクタ８１６を有する。図示の実施例では、Ｑスイッチ８１４の第１の端８１８は、非線形結晶８１２に結合され、Ｑスイッチ８１４の第２の端８２０は、固体利得媒質８０６に結合されている。図示の実施例では、第１のレフレクタ８１０は、一体形本体８０４の第１の端８２２に設けられ、第２のレフレクタ８１６は、一体形本体８０４の第２の端８２４に設けられている。例示の第１のレフレクタ８１０は、非線形結晶８１２に結合され、例示の第２のレフレクタ８１６は、固体利得媒質８０６に結合されている。幾つかの実施例では、第１のレフレクタ８１０及び／又は第２のレフレクタ８１６は、フィルムコーティングである。
【００４７】
図示の実施例では、第１のレフレクタ８１０及び第２のレフレクタ８１６は、光共振器となる（即ち、光を閉鎖経路内で反射させる）。幾つかの実施例では、第１のレフレクタ８１０の反射面と第２のレフレクタ８１６の反射面は、互いに実質的に平行である。他の実施例では、第１のレフレクタ８１０及び第２のレフレクタ８１６は、湾曲している。幾つかのかかる実施例では、第１のレフレクタ８１０及び第２のレフレクタ８１６は、第１のレフレクタ８１０と第２のレフレクタ８１６が実質的に共焦点形であり又は実質的に同心であるよう湾曲している。
【００４８】
固体利得媒質８０６は、固体状態の材料であるのが良く、例えば、クロムをドープした酸化アルミニウムベリリウム結晶（Ｃｒ3+：ＢｅＡｌ2Ｏ4）（「アレキサンドライト」）、ネオジミウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット結晶（Ｎｄ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）（“Ｎｄ：ＹＡＧ”）又は任意他の適当な材料である。幾つかの実施例では、固体利得媒質８０６としては、例えば、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｉ、Ｔｍのようなドーパント元素及び／又は任意他の適当なドーパント元素が挙げられる。
【００４９】
非線形結晶８１２は、硫酸リチウム（ＬＢＯ）、リン酸チタニウムカリウム（ＫＴＰ）、ベータ硼酸バリウム（ＢＢＯ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）及び／又は任意他の適当な材料で構成されるのが良い。幾つかの実施例では、非線形結晶８１２は、周期的分極反転材料、例えば、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）である。
【００５０】
レーザ８００の動作中、励起源８０２は、固体利得媒質８０６中に反転分布を生じさせ、非線形結晶８１２は、固体利得媒質８０６により生じた光を固体利得媒質８０６により生じた光とは異なる波長を有する光に変換する。例えば、固体利得媒質８０６がＮｄ：ＹＡＧである場合、固体利得媒質８０６は、１０６４ｎｍの波長を有する光を生じさせ、非線形結晶８１２は、この光を波長が例えば、５３２ｎｍ、３５４ｎｍ又は２６６ｎｍの光に変換する。
【００５１】
例示の実施例では、第１のレフレクタ８１０又は第２のレフレクタ８１６のうちの一方は、異方性である。例示の第１のレフレクタ８１０及び例示の第２のレフレクタ８１６は、固体利得媒質８０６により放出された光（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧについて８６４ｎｍ）に対して反射率が約１００パーセント（例えば、９５％、９８％、９９％、９９．９％等）である。しかしながら、例示の第２のレフレクタ８１６は、非線形結晶８１２により生じた光に対して反射率が約１００パーセント（例えば、９５％、９８％、９９％、９９．９％等）であり、他方、例示の第１のレフレクタ８１０は、非線形結晶８１２により生じた光に対して反射率が１００パーセント未満（例えば、８０％、９０％等）である。かくして、固体利得媒質８０６により生じた光は、第１のレフレクタ８１０と第２のレフレクタ８１６との間で実施的に反射され（即ち、光共振器内に閉じ込められ）、他方、非線形結晶８１２により生じた光（即ち、波長シフト光）は、第１のレフレクタ８１０を介して出力される。その結果、レーザ８００は、非線形結晶８１２により生じた光の波長を有するレーザパルス８２６を出力する。
【００５２】
図９のレーザ９００は、非線形結晶９０２、Ｑスイッチ９０４及び固体利得媒質９０６を有する。例示の実施例では、非線形結晶９０２、Ｑスイッチ９０４及び固体利得媒質９０６は、構造的に別個独立である。図示の例では、励起源９０８（例えば、フラッシュランプ、アークランプ、ＬＥＤ、レーザダイオード及び／又は任意他の適当な励起源）が固体利得媒質９０６を横方向に励起するよう固体利得媒質９０６に隣接して配置されている。
【００５３】
図示の実施例では、反射空胴９１０が非線形結晶９０２、Ｑスイッチ９０４、固体利得媒質９０６及び励起源９０８を実質的に包囲している。幾つかの実施例では、反射空胴９１０は、拡散レフレクタ、例えば、硫酸バリウム、テフロン（登録商標）及び／又は任意他の適当な拡散レフレクタによって少なくとも部分的に覆われた実質的に透明な（例えば、ガラスの）筒体によって構成されるのが良い。他の実施例では、反射空胴は、楕円形ミラーである。
【００５４】
図示の実施例では、第１のレフレクタ９１２が反射空胴９１０の第１の端９１４に隣接して設けられ、第２のレフレクタ９１６が反射空胴９１０の第２の端９１８に隣接して配置されている。第１のレフレクタ９１２及び第２のレフレクタ９１６は、光共振器となる（即ち、光を閉鎖経路内で反射させる）。幾つかの実施例では、第１のレフレクタ９１２の反射面と第２のレフレクタ９１６の反射面は、互いに実質的に平行である。他の実施例では、第１のレフレクタ９１２及び第２のレフレクタ９１６は、湾曲している。幾つかのかかる実施例では、第１のレフレクタ９１２及び第２のレフレクタ９１６は、第１のレフレクタ９１２と第２のレフレクタ９１６が実質的に共焦点形であり又は実質的に同心であるよう湾曲している。幾つかの実施例では、第１のレフレクタ９１２及び／又は第２のレフレクタ９１６は、反射プリズム（例えば、再帰性プリズム）である。
【００５５】
例示の固体利得媒質９０６は、固体状態の材料であるのが良く、例えば、クロムをドープした酸化アルミニウムベリリウム結晶（Ｃｒ3+：ＢｅＡｌ2Ｏ4）（「アレキサンドライト」）、ネオジミウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット結晶（Ｎｄ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）（“Ｎｄ：ＹＡＧ”）又は任意他の適当な材料である。幾つかの実施例では、固体利得媒質８０６としては、例えば、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｉ、Ｔｍのようなドーパント元素及び／又は任意他の適当なドーパント元素が挙げられる。図示の実施例では、固体利得媒質９０６の第１の端９２０及び第２の端９２２は、ブルースター角をなして差し向けられている。
【００５６】
非線形結晶９０２は、硫酸リチウム（ＬＢＯ）、リン酸チタニウムカリウム（ＫＴＰ）、ベータ硼酸バリウム（ＢＢＯ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）及び／又は任意他の適当な材料で構成されるのが良い。幾つかの実施例では、非線形結晶９０２は、周期的分極反転材料、例えば、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）である。
【００５７】
レーザ９００の動作中、励起源９０８は、固体利得媒質９０６中に反転分布を生じさせ、非線形結晶９０２は、固体利得媒質９０６により生じた光を固体利得媒質９０６により生じた光とは異なる波長を有する光に変換する。例えば、固体利得媒質９０６がＮｄ：ＹＡＧである場合、固体利得媒質９０６は、１０６４ｎｍの波長を有する光を生じさせ、非線形結晶９０２は、この光を波長が例えば、５３２ｎｍ、３５４ｎｍ又は２６６ｎｍの光に変換する。
【００５８】
例示の実施例では、第１のレフレクタ９１２又は第２のレフレクタ９１６のうちの一方は、異方性である。例示の第１のレフレクタ９１２及び例示の第２のレフレクタ９１６は、固体利得媒質９０６により放出された光（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧについて８６４ｎｍ）に対して反射率が約１００パーセント（例えば、９５％、９８％、９９％、９９．９％等）である。しかしながら、例示の第２のレフレクタ９１６は、非線形結晶９０２により生じた光に対して反射率が約１００パーセント（例えば、９５％、９８％、９９％、９９．９％等）であり、他方、例示の第１のレフレクタ９１２は、非線形結晶９０２により生じた光に対して反射率が１００パーセント未満（例えば、８０％、９０％等）である。かくして、固体利得媒質９０６により生じた光は、第１のレフレクタ９１２と第２のレフレクタ９１６との間で実施的に反射され（即ち、光共振器内に閉じ込められ）、他方、非線形結晶９０２により生じた光（即ち、波長シフト光）は、第１のレフレクタ９１２を介して出力される。その結果、レーザ９００は、非線形結晶９０２により生じた光の波長を有するレーザパルス９２４を出力する。
【００５９】
図１０は、非線形波長発生を利用した分光法を実施するために使用できるレーザ１０００の略図である。図１０のレーザ１０００は、励起源１００２、例えば、フラッシュランプ、アークランプ、ＬＥＤ、レーザダイオード及び／又は任意他の励起源を有する。例示の励起源１００２は、一体形本体１００４の固体利得媒質１００６を横方向に励起するよう一体形本体１００４に隣接して位置している。図示の実施例では、反射空胴１００８は、一体形本体１００４及び励起源１００２を実質的に包囲している。幾つかの実施例では、反射空胴１００８は、拡散レフレクタ、例えば、硫酸バリウム、テフロン（登録商標）及び／又は任意他の適当な拡散レフレクタによって少なくとも部分的に覆われた実質的に透明な（例えば、ガラスの）筒体を有する。他の実施例では、反射空胴１００８は、楕円形ミラーである。以下に詳細に説明するように、例示の一体形本体１００４は、第１のレーザパルス１０１０を反射空胴１００８の外側に配置された非線形結晶１０１２に向かって出力する。
【００６０】
図１０の例示の一体形本体１００４は、第１のレフレクタ１０１４、Ｑスイッチ１０１６、固体利得媒質１００６及び第２のレフレクタ１０１８を有している。図示の実施例では、Ｑスイッチ１０１６は、固体利得媒質１００６に結合（例えば、拡散結合、光接触結合等）されている。図示の実施例では、第１のレフレクタ１０１４は、一体形本体１００４の第１の端１０２０に設けられ、第２のレフレクタ１０１８は、一体形本体１００４の第２の端１０２２に設けられている（例えば、例示の第１のレフレクタ１０１４は、Ｑスイッチ１０１６に結合され、例示の第２のレフレクタ１０１８は、固体利得媒質１００６に結合されている。幾つかの実施例では、第１のレフレクタ１０１４及び／又は第２のレフレクタ１０１８は、フィルムコーティングである。
【００６１】
固体利得媒質１００６は、固体状態の材料であるのが良く、例えば、クロムをドープした酸化アルミニウムベリリウム結晶（Ｃｒ3+：ＢｅＡｌ2Ｏ4）（「アレキサンドライト」）、ネオジミウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット結晶（Ｎｄ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）（“Ｎｄ：ＹＡＧ”）又は任意他の適当な材料である。幾つかの実施例では、固体利得媒質１００６としては、例えば、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｉ、Ｔｍのようなドーパント元素及び／又は任意他の適当なドーパント元素が挙げられる。
【００６２】
第１のレフレクタ１０１４及び第２のレフレクタ１０１８は、光共振器となる（即ち、光を閉鎖経路内で反射させる）。幾つかの実施例では、第１のレフレクタ１０１４の反射面と第２のレフレクタ１０１８の反射面は、互いに実質的に平行である。他の実施例では、第１のレフレクタ１０１４及び第２のレフレクタ１０１８は、湾曲している。かかる実施例では、第１のレフレクタ１０１４及び第２のレフレクタ１０１８は、第１のレフレクタ１０１４と第２のレフレクタ１０１８が実質的に共焦点形であり又は実質的に同心であるよう湾曲している。
【００６３】
例示の第２のレフレクタ１０１８は、固体利得媒質１００６によって放出された光（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧについては１０６４ｎｍに対して反射率が約１００パーセント（例えば、９５％、９８％、９９％、９９．９％等）である。幾つかのかかる実施例では、第１のレフレクタ１０１４は、一体形本体１００４が第１のレーザパルス１０１０（例えば、光）を第１のレフレクタ１０１４経由で非線形結晶１０１２に向かって出力することができるよう固体利得媒質１００６により生じた光に対して反射率が１００パーセント未満（例えば、８０％、９０％等）である。
【００６４】
図示の実施例では、非線形結晶１０１２は、反射空胴１００８の外側に配置されている。非線形結晶１０１２は、硫酸リチウム（ＬＢＯ）、リン酸チタニウムカリウム（ＫＴＰ）、ベータ硼酸バリウム（ＢＢＯ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）及び／又は任意他の適当な材料で構成されるのが良い。幾つかの実施例では、非線形結晶１０１２は、周期的分極反転材料、例えば、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）である。
【００６５】
レーザ１０００の動作中、励起源１００２は、固体利得媒質１００６中に反転分布を生じさせ、一体形本体は、第１のレーザパルス１０１０を非線形結晶１０１２に向かって出力する。第１のレーザパルス１０１０が非線形結晶１０１２を通過した後、非線形結晶１０１２は、第１のレーザパルス１０１０を第１のレーザパルス１０１０とは異なる波長を有する第２のレーザパルス１０２４に変換する。例えば、固体利得媒質１００６がＮｄ：ＹＡＧである場合、固体利得媒質１００６は、１０６４ｎｍの波長を有する第１のレーザパルス１０１０を生じさせ、非線形結晶１０１２は、この第１のレーザパルスを波長が例えば、５３２ｎｍ、３５４ｎｍ又は２６６ｎｍの第２のレーザパルス１０２４に変換する。
【００６６】
図１１は、非線形結晶１０１２が第３のレフレクタ１１００と第４のレフレクタ１１０２との間に設けられたレーザ１０００の略図である。例示の実施例では、第３のレフレクタ１１００、非線形結晶１０１２及び第４のレフレクタ１１０２は、第１のレーザパルス１０１０の経路に沿って反射空胴１００８の外側に設けられている。
【００６７】
図示の実施例では、第３のレフレクタ１１００及び第４のレフレクタ１１０２は、第１のレーザパルス１０１０の基本波長を反射する。その結果、第１のレーザパルス１０１０は、第４のレフレクタ１１０２を通過し、非線形結晶１０１２は、第１のレーザパルス１０１０を波長が第１のレーザパルス１０１０とは異なる光に変換する。図示の実施例では、第３のレフレクタ１１００及び第４のレフレクタ１１０２は、非線形結晶１０１２により生じた光のための光共振器となり、レーザ１０００は、第３のレフレクタ１１００を介して第２のレーザパルス１０２４を出力する。かくして、非線形結晶１０１２により生じた光の波長を有する第２のレーザパルス１０２４が第３のレフレクタ１１００を介して出力される。
【００６８】
図１２は、ノンクリティカル位相整合を達成するために非線形結晶１０１２の温度を制御するようヒートポンプ１２００（例えば、ペルチェ熱電素子）及びヒートシンク１２０２に結合された図１１のレーザ１０００を示している。例えば、ノンクリティカル位相整合は、硼酸リチウム（ＬＢＯ）結晶の温度を１４８℃に調整することによって波長が１０６４ｎｍの光の第二高調波発生を可能にするために生じるのが良い。
【００６９】
図１３は、非線形結晶１０１２の長手方向軸線が励起源１００２の光軸に対して平行ではない図１１のレーザ１０００を示している。図示の実施例では、非線形結晶１０１２は、ノンクリティカル位相整合を達成することができるよう差し向けられている。
【００７０】
図１４は、例えば、流体の元素濃度を求めると共に／或いは流体の成分分子を識別するためにレーザ誘起放電分光法（ＬＩＢＳ）を実施するために使用できる例示のシステム１４００の略図である。
【００７１】
例示のシステム１４００は、固体レーザ１４０２を含む。固体レーザ１４０２は、例えば、図３のレーザ３００、図４のレーザ４００、図５及び図６のレーザ５００、図７の例示のレーザ７００及び／又は図８〜図１３の例示のレーザ８００，９００，１０００又は１１００のうちの１つを用いて具体化されるのが良い。例示の実施例では、固体レーザ１４０２により出力されたレーザパルス１４０４は、集束光学系１４０６により流体サンプル１４０８（例えば、ダウンホールツールのフローライン内の液体及び／又は気体、掘削孔内の流体等）上に集束される。その結果、流体サンプル１４０８の一部分がイオン化され、その結果、イオンコア（芯）を含むプラズマ１４１０及び自由電子が形成される。
【００７２】
図示の実施例では、プラズマ１４１０から放出された光１４１２は、集光光学系１４１４により集光されて光ファイバ束１４２０を介して第１の検出器１４１６及び第２の検出器１４１８に方向付けられる。他の実施例としては、別の数（例えば、１個、３個、４個、５個等）の検出器が挙げられる。図示の実施例では、第１の検出器１４１６は、第１の対をなす視準光学系１４２２と集束光学系１４２４及び第１の帯域通過光フィルタ１４２６を有する。例示の第２の検出器１４１８は、第２の対をなす視準光学系１４２８と集束光学系１４３０及び第２の帯域通過光フィルタ１４３２を有する。幾つかの実施例では、第１の検出器１４１６及び／又は第２の検出器１４１８は、複数個の波長チャネル（例えば、エシェル格子利用分光計）を含む分光計（例えば、エシェル格子利用分光計）及び／又はモノクロメータである。プラズマ１４１０から放出された光１４１２に基づき、第１の検出器１４１６及び／又は第２の検出器１４１８は、流体サンプル１４０８の特性（例えば、元素濃度、微量元素の濃度等）を求める。
【００７３】
図１５は、吸収分光法を実施するために使用できる例示のシステム１５００の略図である。吸収分光法は、流体の成分分子（例えば、飽和化合物、例えば、メタン又はエタン）の濃度を求めるために実施可能である。
【００７４】
例示のシステム１５００は、例えば、図８〜図１３の例示のレーザ８００，９００，１０００のうちの１つを用いて具体化できる固体レーザ１５０２を含む。図示の実施例では、例示の固体レーザ１５０２によって放出された光１５０４は、流体サンプル１５０６（例えば、フローラインを通って流れている流体、掘削孔内に存在する流体等）に当てられる。流体サンプルによって放出された光１５０８（即ち、流体サンプルを通過した光）は、集光光学系１５１０により集光され、そして光ファイバ束１５１６を介して第１の検出器１５１２及び第２の検出器１５１４に方向付けられる。
【００７５】
図示の実施例では、第１の検出器１５１２は、第１の対をなす視準光学系１５１８と集束光学系１５２０及び第１の帯域通過光フィルタ１５２２を有する。例示の第２の検出器１５１４は、第２の対をなす視準光学系１５２４と集束光学系１５２６及び第２の帯域通過光フィルタ１５２８を有する。幾つかの実施例では、第１の検出器１５１２及び／又は第２の検出器１５１４は、複数個の波長チャネルを含む分光計（例えば、エシェル格子利用分光計）である。流体サンプル１５０６によって放出された（即ち、これを通過した）ひかり１５０８に基づき、流体サンプル１５０６の特性を第１の検出器１５１２及び／又は第２の検出器１５１４により求めることができる。
【００７６】
図１６、図１７、図１８及び図１９は、サンプル組成分析のためのラマン分光法を実施する（例えば、ラマン分光計を用いる）ために使用できる例示の分光法システム１６００，１７００，１８００，１９００を示しており、かかるラマン分光法としては、例えば、２００６年１１月１０日に出願された米国特許出願公開第２００８／０１１１０６４号明細書（発明の名称：Downhole Measurement of Substances in Earth Formations）に記載されたラマン分光法が挙げられる。
【００７７】
図示の実施形態では、分光法システムは、視準された状態の励起光をサンプルに提供し、そしてサンプルからの散乱光を集める。かかる分光法システムは、サンプル内且つ光学系に隣接した高強度励起光を回避するために視準状態の励起光を用いており、それにより、隣接の光学系の損傷、サンプルのイオン化及び／又は励起光とサンプルとの他の非線形相互作用が阻止される。図１６の例示のシステム１６００は、光の第１のビーム１６０４を放出する固体レーザ１６０２を含む。図１６の例示の固体レーザ１６０２は、レーザ３００，４００，５００，６００，７００及び／又は任意他の適当な固体レーザを用いて具体化できる。図示の実施例では、固体レーザ１６０２は、高電圧又はパルス生成ネットワーク１６０８によりコントローラ１６０６（例えば、マイクロプロセッサ）に結合されている。図１６の例示の実施例では、第１のビーム１６０４（例えば、励起光）は、ミラー１６１０及び第１のフィルタ１６１２（例えば、ダイクロイックフィルタ）により窓１６１４（例えば、サファイア窓）を通ってサンプル１６１６（例えば、固体、液体及び／又は気体）に当てられる。図示の実施例では、第１のビーム１６０４は、ミラー１６１０と第１のフィルタ１６１２との間に設けられた第２のフィルタ１６１８を通過する。第１のフィルタ１６１２と窓１６１４との間に設けられた第１のレンズ１６２０及び第２のレンズ１６２２が第１のビーム１６０４を視準し、この第１のビーム１６０４をサンプル１６１６に当てる。上述したように、第１のビーム１６０４は、視準されたビームとしてサンプル１６１６に当たり、そして、このようにして、サンプル内の高強度励起光の発生を阻止する。本発明の幾つかの実施形態では、図１６の問い合わせ型サンプルボリューム１６１６が窓１６１４から特定の距離を置いたところに配置されている。窓からのサンプルボリュームの距離は、図１６のレンズ素子１６２２の選択によって調節される。理解されるように、本発明は、上述のレンズ素子の種々の組み合わせに起因して生じる距離の任意特定の選択には限定されない。特定の例示の実施例では、窓１６１４は、サンプル１６１６からサンプル１６１６により散乱されるべき光の波長でのサンプル１６１６の吸収係数の逆数に実質的に等しい距離のところに位置する。他の実施例では、窓１６１４は、サンプル１６１６から別の距離（例えば、吸収係数の逆数の３倍未満）のところに位置する。
【００７８】
図示の実施例では、第１のビーム１６０４は、サンプル１６１６と相互作用する（例えば、ラマン散乱、吸収及び／又はサンプル１６１６の一部分の放電によって生じるプラズマからの発光等）。サンプル１６１６から放出された光（例えば、発散するラマン散乱光）の第２のビーム１６２４が窓１６１４を通過し、そして第１のレンズ１６２０及び第２のレンズ１６２２を介して光ファイバ束１６２６上に集束される。図示の実施例では、第２のビーム１６２４も又、第１のフィルタ１６１２を通って差し向けられる。第２のビーム１６２４は、光ファイバ束１６２６を経て複数個の検出器１６２８，１６３０，１６３２，１６３４（例えば、分光計、フォトダイオード等）に差し向けられる。図示の実施例では、複数個の検出器１６２８，１６３０，１６３２，１６３４の各々は、コントローラ１６０６に結合されている。第２のビーム１６２４に基づき（例えば、ＣＣV及びＣＨVチャネルの強度）、サンプル１６１６の特性（例えば、ガスコンデンセートの組成）を求めることができる。幾つかの実施例では、集められたラマン散乱光子の減少（例えば、サンプル１６１６の１つ又は２つ以上の成分からの吸収に起因する）が１つ又は２つ以上の成分の濃度を測定することによって求められると共に／或いは補正される。幾つかの実施例では、１つ又は２つ以上の成分の濃度は、かかる１つ又は２つ以上の成分のラマンバンドによって散乱された光子を算定することによって測定される。
【００７９】
図１７の例示のシステム１７００は、光の第１のビーム１７０４を放出する固体レーザ１７０２を含む。図１７の例示の固体レーザ１７０２は、レーザ３００，４００，５００，６００，７００及び／又は任意他の適当な固体レーザを用いて具体化できる。図示の実施例では、固体レーザ１７０２は、コントローラ１７０６（例えば、マイクロプロセッサ）に結合されている。図１７の例示のシステム１７００では、第１のビーム１７０４は、第１のフィルタ１７０８（例えば、ダイクロイックフィルタ）により窓７１０４（例えば、サファイア窓）を通ってサンプル１７１２（例えば、固体、液体及び／又は気体）に当てられる。図示の実施例では、第１のビーム１７０４（例えば、励起光）は、固体レーザ１７０２と第１のフィルタ１７０８との間に設けられた第２のフィルタ１７１４を通過する。例示のシステム１７００は、複数個の光学部材を更に含む。この場合、第１のフィルタ１７１２と窓１７１０との間に設けられた第１のレンズ１７１６及び第２のレンズ１７１８が第１のビーム１７０４を視準し、この第１のビーム１７０４をサンプル１７１２に当てる。上述したように、第１のビーム１７０４は、視準されたビームとしてサンプル１７１６に当たり、そして、このようにして、サンプル内の高強度励起光の発生を阻止する。
【００８０】
図示の実施例では、第１のビーム１７０４は、サンプル１７１２と相互作用する（例えば、ラマン散乱、吸収及び／又はサンプル１７１２の一部分の放電によって生じるプラズマからの発光等）。サンプル１７１２から放出された光（例えば、発散するラマン散乱光）の第２のビーム１７２０が窓１７１０を通過し、そして第１のレンズ１７１６及び第２のレンズ１７１８を介して光ファイバ束１７２２上に集束される。図示の実施例では、第２のビーム１７２０も又、第１のフィルタ１７０８を通って差し向けられる。第２のビーム１７２０は、光ファイバ束１７２２を経て複数個の検出器１７２４，１７２６，１７２８，１７３０（例えば、分光計、フォトダイオード等）に差し向けられる。第２のビーム１７２０に基づき（例えば、ＣＣV及びＣＨVチャネルの強度）、サンプル１７１２の特性（例えば、ガスコンデンセートの組成）を求めることができる。幾つかの実施例では、集められたラマン散乱光子の減少（例えば、サンプル１７１２の１つ又は２つ以上の成分からの吸収に起因する）が１つ又は２つ以上の成分の濃度を測定することによって求められると共に／或いは補正される。幾つかの実施例では、１つ又は２つ以上の成分の濃度は、かかる１つ又は２つ以上の成分のラマンバンドによって散乱された光子を算定することによって測定される。
【００８１】
第１のレンズ１７１６及び第２のレンズ１７１８は、視準された励起光をサンプルに提供するよう多種多様な焦点距離、直径及び形態を有するのが良い。本発明は、図１６及び図１７に示されている形態には限定されない。
【００８２】
別の実施例では、図１８のシステム１８００に示されているように、第１のレンズ１７１６と第２のレンズ１７１８との間の内部ビームウエストが光ファイバ１７２２とダイクロイックビームスプリッタ１７０８との間に第１のレンズ１８１６を位置決めすると共に第３のレンズ素子１８１７を第２のレンズ１７１８と窓１７１０との間に挿入することによってなくなる。この形態では、ダイクロイックビームスプリッタ１７０８を通過した光が視準される。
【００８３】
さらに別の実施例では、図１９のシステム１９００に示されているように、レンズ光学系がレーザ１７０２によって放出された励起ビーム直径を加減する（例えば、拡大し又は縮小する）ために設けられている。図１９の特定の実施形態では、第１のレンズ１９１３及び第２のレンズ１９１５がダイクロイックビームスプリッタ１７０８とレーザ１７０２との間に挿入されている。かかるレンズ光学系は、図１６のシステム１６００、図１７のシステム１７００又は図１８のシステム１８００にも組み込み可能である。
【００８４】
さらに別の実施例では、このシステムは、ビームホモジェナイザを用いることによって窓及び／又はサンプルのところのビーム強度を減少させる。このようにして、システムの種々の実施形態は、サンプル及び隣接の光学系内の高強度励起光を一段と減少させ、それにより、隣接の光学系の損傷、サンプルのイオン化及び／又は励起光とサンプルとの他の非線形相互作用が阻止される。一実施形態では、図２０のシステムに示されているよう、システム２０００は、非画像化ビームホモジェナイザを含む。非画像化ビームホモジェナイザは、レーザ１７０２とフィルタ１７１４との間に挿入されたマイクロレンズアレイ２０１５を有する。幾つかの実施形態では、マイクロレンズアレイ２０１５は、図２４に示されているようなアレイ状の球面レンズレット２４００又は図２２に示されているような１対の交差アレイ状の円筒形レンズレット２２００を含む。レンズレットアレイは、入力ビームプロフィールを複数個のスライスに分割する。球面レンズ１７１８が個別的なビームをサンプル焦点面１７１２にマップしてより一様な強度プロフィールを生じさせる。
【００８５】
さらに別の実施例では、図２１のシステムに示されているように、画像化ビームホモジェナイザを用意することによって窓１７１０のところのビーム強度を減少させ、この画像化ビームホモジェナイザは、レーザ１７０２とフィルタ１７１４との間に挿入された１対のマイクロレンズアレイ２１１３，２１１５を有する。幾つかの実施形態では、マイクロレンズアレイは、図２４に示されているようなアレイ状の球面レンズレット２４００又は図２２に示されているような１対の交差アレイ状の円筒形レンズレット２２００を含む。レンズレットアレイは、入力ビームプロフィールを複数個のスライスに分割する。球面レンズ１７１８が個別的なビームをサンプル焦点面１７１２に再画像化してより一様な強度プロフィールを生じさせる。
【００８６】
本発明は、図２０及び図２１に示された形態には限定されない。例えば、幾つかの実施形態では、図２１のシステム２１００のマイクロレンズアレイ２１１３，２１１５を組み合わせると、図２３に示されているようなハエの目形コンデンサアレイ２３００を形成することができる。別の実施形態では、マイクロレンズアレイ２１１３，２１１５は、交差型ハエの目形コンデンサアレイであっても良い。
【００８７】
図２５は、例えば、コンピュータ可読命令を用いて具体化できるプロセスを表す例示の流れ図である。図２０の例示のプロセスは、プロセッサ、コントローラ及び／又は任意他の適当な処理装置を用いて実施できる。例えば、図２５の例示のプロセスは、タンジブルコンピュータ可読媒体、例えば、フラッシュメモリ、読み取り専用記憶装置（ＲＯＭ）及び／又は読み取り書き込み記憶装置（ＲＡＭ）に記憶されたコード化命令（例えば、コンピュータ可読命令）を用いて実施できる。本明細書において用いる「タンジブルコンピュータ可読媒体」という用語は、明示的に、任意形式のコンピュータ可読記憶装置を含み、信号の伝搬を排除するものとする定義される。図２５の例示のプロセスは、非一過性コンピュータ可読媒体、例えば、フラッシュメモリ、読み取り専用記憶装置（ＲＯＭ）、読み取り書き込み記憶装置（ＲＡＭ）、キャッシュ又は情報が任意の持続時間にわたり（例えば、長期間にわたり、永続的に、短時間、一時的バッファリングのため且つ／或いは情報のキャッシュのため）記憶される任意他の記憶媒体に記憶されたコード化命令（例えば、コンピュータ可読命令）を用いて実施できる。本明細書で用いられる「非一過性コンピュータ可読媒体」という用語は、明示的に、任意形式のコンピュータ可読媒体を含み、信号の伝搬を排除するものとして定義される。
【００８８】
図２５の例示のプロセスは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、フィールドプログラム可能論理回路（ＦＰＬＤ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ディスクリートロジック、ハードウェア、ファームウェア等の任意の組み合わせを用いて実施できる。また、図２０に示されている１つ又は２つ以上の操作は、手動で又は上述の技術のうちの任意のものの任意の組み合わせ、例えば、ファームウェア、ソフトウェア、ディスクリートロジック及び／又はハードウェアの任意の組み合わせとして実施できる。幾つかの実施例では、図２０の例示のプロセスは、図１Ａのロッギング及び制御ユニット、エレクトロニクス及び処理システム１６６、アップホール（ｕｐｈｏｌｅ）プロセッサ及び／又はダウンホール制御システムを用いて実施できる。さらに、図２５に示されている１つ又は２つ以上の操作は、地表のところ及び／又はダウンホールのところで実施できる。
【００８９】
さらに、図２５の流れ図を参照して図２５の例示のプロセスを説明したが、図２５のプロセスを実施する他の方法を採用することができる。例えば、ブロックの実施順序を変更しても良く且つ／或いは説明するブロックのうちの幾つかを変更し、省き、細分し又は組み合わせることができる。加うるに、例えば別個の処理スレッド、プロセッサ、装置、ディスクリートロジック、回路等によって図２５に示されている操作のうちの１つ又は２つ以上を順次且つ／或いは並行して実施することができる。
【００９０】
図２５は、本明細書において開示する例示のプロセス２５００を示している。例示のプロセス２５００は、温度が１００℃を超える環境内にレーザ（例えば、例示のレーザ３００，４００，５００，７００，８００，９００，１０００、例示の一体形本体７１６、固体レーザ１４０２、固体レーザ１５０２等）を配置することによって始まる（ブロック２５０２）。幾つかの実施例では、レーザは、第１のレフレクタ、第２のレフレクタ及び第１のレフレクタと第２のレフレクタとの間に設けられた固体利得媒質を有する一体形本体を有する。幾つかの実施例では、環境は、ダウンホールである。幾つかのこの実施例では、レーザは、ダウンホールツール（例えば、産出ロッギング１００、ワイヤラインツール２００等）内に設けられ、ダウンホールツールを掘削孔内に下降させる。
【００９１】
ブロック２５０４では、励起源（例えば、例示の励起源３１４，４１２，８０２，９０８，１００２、図５のＬＥＤ５０８、図７のダイオードレーザ７０６等のうちの１つ又は２つ以上）を付勢してレーザの固体利得媒質中に反転分布を生じさせ、それによりレーザがレーザパルスを出力するようにする。幾つかの実施例では、フラッシュランプ、複数個のＬＥＤ及び／又は１つ又は２つ以上のダイオードレーザを付勢して固体利得媒質中に反転分布を生じさせる。幾つかの実施例では、励起源からの光を光ファイバケーブルに当て、この光ファイバケーブルは、この光を固体利得媒質に当てる。
【００９２】
ブロック２５０６では、レーザパルスをサンプルに当てる。幾つかの実施例では、レーザパルスを視準光学系（例えば、図１６の光学系１６２０，１６２２、図１７の光学系１７１６，１７１８、図１８の光学系１７１６，１７１８，１８１７、図１９の光学系１９１３，１９１５）によりサンプルに当てる。ブロック２５０８では、サンプルと相互作用した光を検出器に当てる（例えば、図１６の光学系１６２０，１６２２、図１７の光学系１７１６，１７１８等、図１８の光学系１８１６，１８１８，１８１７等、図１９の光学系１９１３，１９１５等により集光して集束させる）。幾つかのかかる実施例では、検出器は、サンプルと相互作用した光（例えば、サンプルの成分によって散乱された光）に基づいてサンプルの１つ又は２つ以上の特性を求める。
【００９３】
ほんの幾つかの実施例を上記において詳細に説明したが、当業者であれば容易に理解されるように、固体レーザから実質的に逸脱しないで実施例の多くの改造が可能である。したがって、かかる全ての改造例は、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるものである。特許請求の範囲においては、ミーンズ・プラス・ファンクション表現は、記載された機能を実行するものとして本明細書において説明した構造体並びに構造的均等例だけでなく均等な構造体を含むものである。かくして、釘とねじは、釘が木製部品を互いに固定するための円筒形の表面を採用し、ねじが木製部品を締結する環境において螺旋形の表面を採用している点で構造的に均等物ではないかもしれないが、釘とねじは、均等な構造体であると言える。特許請求の範囲の請求項のうちの任意のもの限定又は特徴に関する３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２パラグラフ６を行使することはないということが本出願人の明示の意思であり、但し、請求項が関連の機能と一緒に「〜のための手段」という用語を明示的に用いる場合を除く。
【００９４】
本明細書の最後の要約書は、読者が技術的開示内容の性質を迅速に確認することができるようにするために３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）にこれを遵守するために提供されている。要約書は、特許請求の範囲の範囲又は意味を解釈し又は限定するために用いられることはないということを条件として提出されている。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図１】
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【図２】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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