(57)【要約】【課題】レーザ吸収分光計のレーザデバイスのレーザの動作値を最適化する。【解決手段】レーザデバイスにより放出される光の波長は、第１又は第２のレーザパラメータによって調節される。レーザ吸収分光計は、レーザデバイスからのレーザ光強度を測定する光強度検出器を備える。第１のレーザパラメータの複数の値のそれぞれについて、光強度検出器により、第２のレーザパラメータ値の範囲全体で得られる光強度が測定され、光強度測定値における極値及び極値のピーク位置が特定される。第１のレーザパラメータ値の範囲が、第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク位置の変化に連続傾向がある第１のレーザパラメータの値内で、特定される。第１のレーザパラメータ動作値が、特定された範囲内に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ吸収分光計のレーザデバイスの第１のレーザパラメータの動作値を最適化するための方法であって、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光の波長は、前記レーザデバイスの前記第１のレーザパラメータ及び第２のレーザパラメータのいずれかを調節することによって変更可能であり、前記レーザ吸収分光計は、前記レーザデバイスから受けたレーザ光の強度を測定するように構成されている光強度検出器を備え、前記方法は、
前記第１のレーザパラメータの複数の値のそれぞれに関して、
前記第２のレーザパラメータの値の範囲にわたって前記光強度検出器で受けた光強度の測定値を得る段階と、
前記光強度の測定値の極値を特定する段階と、
前記極値のピーク位置を特定する段階と、を含み、
前記第１のレーザパラメータの変化に伴い特定された前記ピーク位置の変化に連続傾向がある、前記第１のレーザパラメータの前記複数の値の中の前記第１のレーザパラメータの値の範囲を特定する段階と、
前記第１のレーザパラメータの前記動作値を、前記第１のレーザパラメータの特定された前記値の範囲内となるように設定する段階と、を含む方法。
【請求項２】
前記第１のレーザパラメータの特定された前記値の範囲が、前記第１のレーザパラメータの変化に伴い特定された前記ピーク位置を定義する関数が連続関数である、前記第１のレーザパラメータの前記複数の値の中の前記第１のレーザパラメータの値の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記連続傾向が、線形連続傾向である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
特定された前記ピーク位置が、特定された前記極値に対応する前記第２のレーザパラメータの値に少なくとも部分的に基づく、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
特定された前記ピーク位置が、特定された前記極値に対応する前記第２のレーザパラメータの前記値である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のレーザパラメータの変化に伴い特定された前記ピーク位置の変化に連続傾向があり、特定された前記極値のそれぞれのピーク強度が、閾値許容範囲内と同じである、前記第１のレーザパラメータの前記複数の値の中の前記第１のレーザパラメータの値の範囲を特定する段階をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ピーク強度が、ピーク高さ及び／又はピーク面積のうちの少なくとも１つに部分的に基づく、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のレーザパラメータの変化に伴い特定された前記ピーク位置の変化に連続傾向があり、前記第１のレーザパラメータの前記複数の値のそれぞれで特定された極値数が、予測される極値数と一致する、前記第１のレーザパラメータの前記複数の値の中の前記第１のレーザパラメータの値の範囲を特定する段階をさらに含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記極値が、ピーク検出アルゴリズムを用いて特定される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のレーザパラメータの値の２つ以上の範囲が、前記第１のレーザパラメータのさらなる複数の値の範囲内で特定され、
前記第１のレーザパラメータの前記動作値を、前記第１のレーザパラメータの特定された前記２つ以上の範囲の最も大きいものに含まれるように設定する段階をさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のレーザパラメータの前記動作値が、前記第１のレーザパラメータの特定された前記値の範囲のいずれかの極限値よりも、前記第１のレーザパラメータの特定された前記値の範囲の中心に近い値に設定される、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のレーザパラメータの前記動作値が、前記第１のレーザパラメータの特定された前記値の範囲の中心の許容閾値内に設定される、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザデバイスは、レーザダイオードを備え、
前記第１のレーザパラメータが前記レーザダイオードの温度であり、前記第２のレーザパラメータが前記レーザダイオードの注入電流であるか、又は、
前記第１のレーザパラメータが前記レーザダイオードの注入電流であり、前記第２のレーザパラメータが前記レーザダイオードの温度である、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記レーザデバイスが、前記レーザデバイスから放出される前記レーザ光を生成するために一緒に構成される、第１のレーザダイオードと第２のレーザダイオードとを備え、
前記第１のレーザパラメータが前記第１のレーザダイオードのパラメータであり、前記第２のレーザパラメータが前記第２のレーザダイオードのパラメータである、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のレーザパラメータが前記第１のレーザダイオードの注入電流であり、前記第２のレーザパラメータが前記第２のレーザダイオードへの注入電流である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のレーザパラメータが前記第１のレーザダイオードの温度であり、前記第２のレーザパラメータが前記第２のレーザダイオードへの注入電流である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のレーザダイオードが波長安定化レーザダイオードであり、前記第２のレーザダイオードが分布帰還型レーザダイオードである、請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記光強度検出器で受ける光強度の前記測定値が、前記光強度検出器によって受ける光パワーと前記レーザデバイスから放出される光パワーとの比を示す、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザ吸収分光計が、試料ガスを格納するための吸収セルをさらに備え、前記レーザ吸収分光計は、使用時に、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光が吸収セルを通過して前記光強度検出器に達するように構成されている、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
使用時に、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光が、試料ガスを格納する前記吸収セルを通過して前記光強度検出器に達し、特定された前記極値が、前記試料ガスの吸収ピークに対応する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記レーザ吸収分光計が、エタロンと試料ガスを格納するための吸収セルとをさらに備え、前記吸収分光計は、使用時に、前記レーザデバイスから放出されたレーザ光が前記エタロンを通過するか、又は前記吸収セルを通過して、前記光強度検出器に達するように構成されている、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のレーザパラメータの前記複数の値のそれぞれについて、
光強度の前記測定値で複数の極値を特定する段階と、
前記複数の極値のそれぞれについて、それぞれのピーク位置を特定する段階と、をさらに含み、
前記第１のレーザパラメータの特定された前記値の範囲が、前記第１のレーザパラメータの変化に伴い特定された前記複数のピーク位置の各ピーク位置の変化に連続傾向がある、前記第１のレーザパラメータの前記複数の値の中の前記第１のレーザパラメータの値の範囲である、請求項１〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれかに記載の方法を行うように構成される、電子デバイス。
【請求項２４】
プロセッサと、ソフトウェアプログラムを記憶するメモリと、を備えた電子デバイスであって、
前記ソフトウェアプログラムは、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、請求項１〜２２のいずれかに記載の方法を行わせる、電子デバイス。
【請求項２５】
レーザ吸収分光計であって、
レーザ光を放出するためのレーザデバイスであって、前記レーザ光の波長が、第１のレーザパラメータ及び第２のレーザパラメータのいずれかを調節することによって変更可能である、レーザデバイスと、
前記レーザデバイスから受けるレーザ光の強度を測定するように構成された光強度検出器と、
請求項２３又は２４に記載の前記電子デバイスと、を備える、レーザ吸収分光計。
【請求項２６】
試料ガスを格納するための吸収セルをさらに備え、
前記レーザ吸収分光計が、使用時に、前記レーザデバイスから放出されたレーザ光が前記吸収セルを通過して前記光強度検出器に達するように構成されている、請求項２５に記載のレーザ吸収分光計。
【請求項２７】
エタロンと、
試料ガスを格納するための吸収セルと、をさらに備え、
前記レーザ吸収分光計は、使用時に、前記レーザデバイスから放出されたレーザ光が、前記エタロン、又は前記吸収セルを通過して、前記光強度検出器に達するように設定されるように構成されている、請求項２５に記載のレーザ吸収分光計。
【請求項２８】
電子デバイスのプロセッサで実行されると、請求項１〜２２のいずれかに記載の方法を行うように構成される、ソフトウェアプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ吸収分光計のレーザデバイスの第１のレーザパラメータの動作値を最適化するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ吸収分光計（ＬＡＳ）は、吸収分光法により、気相中の種の濃度及び量を評価するために使用することができる。気相中の様々な原子及び分子の量の定量的評価に加え、ＬＡＳはまた、同じ分子の同位体分子による吸収に基づく同位体比測定にも使用することができる。ＬＡＳのそのような用途は、同位体比光学分光法（ＩＲＯＳ）と称される。例えば、ＣＯ2ガスである試料中の13Ｃ：12Ｃ及び18Ｏ：16Ｏ同位体比を評価することができる。
【０００３】
ＬＡＳでは、レーザ源から放出された光は、分析されるガスを通過して検出器に達し、検出器により受容したレーザ光の強度が測定される。レーザ光の波長は、ガス中の原子種または分子種の吸収ピーク全体にわたって走査される。１つの種の吸収ピークは、光がその種によって吸収される波長（ピーク位置）で生じる。特徴的なピーク位置（すなわち、特徴的な波長）における測定されたシグナル強度の低減は、特定の種の存在及び／または濃度を示し得る。ＩＲＯＳの場合、その種のそれぞれの同位体分子は、少なくとも１つの特徴的なピーク位置を有する。特徴的なピーク位置における測定されたシグナル強度の低減は、特定の同位体分子の存在を示し得、低減の程度は、その同位体分子の濃度及び／またはその種の同位体比を判定するために使用され得る。例えば、ＣＯ2の同位体分子である12Ｃ16Ｏ16Ｏ、13Ｃ16Ｏ16Ｏ、及び12Ｃ18Ｏ16Ｏは、それぞれ、量子力学的回転−振動状態に起因して、特定の波長で異なる吸収ピークを有する（すなわち、各同位体分子は、異なる波長で吸収する）。２つ以上の同位体分子の異なる吸収ピークの測定は、ＣＯ2中の13Ｃ：12Ｃまたは18Ｏ：16Ｏといった同位体比を判定するために使用することができる。
【０００４】
ＬＡＳで使用されるレーザ源は、少なくとも１つのレーザダイオードを備え得る。レーザダイオードから放出される光の波長は、少なくとも１つのレーザパラメータを変更することによって、変化させるか、または調整することができる。レーザダイオードから放出される光の波長は、したがって、少なくとも１つのレーザパラメータを変更することによって、波長範囲全体にわたり走査することができる。レーザパラメータには、レーザダイオード温度及び／またはレーザダイオードへの注入電流（駆動電流とも呼ばれる）が含まれ得る。
【０００５】
レーザが調整される各波長については、種の吸収ピーク全体が走査されているときには、レーザは単一の光学周波数で動作することが好ましい（すなわち、あらゆる時点において、レーザは単一の光学周波数で動作する）。さらに、レーザ光の波長が吸収ピーク全体にわたって走査されるときに、波長が連続的かつ予測可能に調整される（すなわち、増減される）ことも望ましい。実際には、ｈｔｔｐ：／／ａｓｓｅｔｓ．ｎｅｗｐｏｒｔ．ｃｏｍ／ｗｅｂＤｏｃｕｍｅｎｔｓ−ＥＮ／ｉｍａｇｅｓ／ＡＮ０８＿Ｍｏｄｅ＿Ｈｏｐｐｉｎｇ＿Ｌａｓｅｒ＿Ｄｉｏｄｅ＿ＩＸ．ＰＤＦで入手可能な文書ＩＬＸ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ，  Ｍｏｄｅ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｉｎ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏｔｅ  ＃８（２００５）で説明されているように、モードホッピング及び／または多重モード化のため、これは可能でない場合がある。多重モード化は、レーザダイオードが、異なる共振器モードに関連する複数の光学周波数を出力するものである。モードホッピングは、レーザダイオードが、異なる共振器モードに関連する波長の突然の予測できないジャンプを示すものである。
【０００６】
単一周波数動作及び連続的で予測可能な波長の調整を達成するためには、多重モード動作及び異なる共振器モード間での切り替えによって生じる波長の不連続の両方を回避する必要がある。レーザ吸収分光計の初期較正の際、レーザパラメータによって定義されるレーザダイオードの動作点は、これを考慮して設定され得る。
【０００７】
典型的には、レーザ光の波長を測定し、レーザダイオードが単一の光学周波数で動作しているかどうかを判断するためには、光学スペクトル分析器が使用される。レーザパラメータを変更し、パラメータの各組み合わせにおけるレーザ光の波長を測定し、パラメータの各組み合わせにおいてレーザダイオードが単一の光学周波数で動作しているかどうかを判断することによって、レーザパラメータマップが生成される。次いで、レーザパラメータマップの安定な領域が特定され得、レーザダイオードの動作点（すなわち、その付近でレーザが動作する、具体的なレーザパラメータ値）が、レーザパラメータマップの安定な領域の中心付近になるように選択される。
【０００８】
しかしながら、安定な領域は、レーザが古くなるにつれて、変化する場合がある。結果として、時間が経つと、レーザパラメータマップの安定な領域が移動し得、結果としてレーザダイオードの動作点が安定な領域の中心ではなくなり、不連続及び／または多重モード化の領域へと近づくことになり得る。これが起こると、レーザ吸収分光計の動作中に、レーザ光の波長が種の吸収ピーク全体にわたって変動するため、時には、レーザ光が単一の光学周波数で動作しない、及び／または波長が連続的かつ予測可能に調整できない場合がある。これは、レーザ吸収分光計からの測定値に誤差及び不正確さをもたらし得る。
【０００９】
結果として、レーザ吸収分光計に搭載されているレーザの動作点を安定性に関して再度最適化するための効率的な手順を有することが望ましい。
【発明の概要】
【００１０】
本開示は、レーザ吸収分光計のレーザデバイスの第１のレーザパラメータの動作値を最適化するための方法を提供し、ここで、レーザデバイスから放出されるレーザ光の波長は、レーザデバイスの第１のレーザパラメータ及び第２のレーザパラメータのいずれかを調節することによって変化させることができ、このレーザ吸収分光計は、レーザデバイスから受容したレーザ光の強度を測定するように構成される光強度検出器を備え、本方法は、第１のレーザパラメータの複数の値のそれぞれについて、光強度検出器で受容した光強度の測定値を第２のレーザパラメータの値の範囲（連続範囲または隣接範囲であり得る）にわたって得ること；光強度の測定値における極値（例えば、極大値または極小値）を特定すること；ならびに；極値のピーク位置を特定すること；第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク位置の変化に連続傾向がある、第１のレーザパラメータの複数の値に含まれる第１のレーザパラメータの値の範囲を特定すること；ならびに第１のレーザパラメータの動作値を第１のレーザパラメータの特定された範囲内に設定することを含む。
【００１１】
したがって、レーザデバイスの動作点は、レーザ吸収分光計の寿命の間、どの時点においても、安定性に関して最適化することができる。したがって、レーザデバイスが古くなったときに、それが安定な単一周波数の領域内にとどまることを確実にするようにその最適な動作点を調節し、それによってレーザ吸収分光計からの測定値の正確さを長期にわたり維持することができる。
【００１２】
本方法は、定期的にレーザ吸収分光計に実行することができ、その定期性は、ユーザによって選択することができる。例えば、プロセスは、１ヶ月に１回、またはそれよりも多いかもしくは少ない頻度で自動的に実行されるように手配することができる。このようにすることで、レーザデバイスの動作点は、レーザデバイスが古くなっていく際にも、最適となるかまたは最適に近くなるように自動で維持することができる。
【００１３】
好ましくは、特定された第１のレーザパラメータの範囲は、特定されたピーク位置を第１のレーザパラメータに対する変化によって定義する関数が、連続関数である、第１のレーザパラメータの複数の値に含まれる第１のレーザパラメータの値の範囲である。連続関数は、関数に対する入力（この事例では第１のレーザパラメータ）におけるわずかな変化が、関数に対する出力（この事例では特定されるピーク位置）におけるわずかな変化をもたらす、関数である。
【００１４】
連続傾向は、線形、または非線形、すなわち、実質的に線形（例えば、許容値範囲内に対して線形）の連続傾向であってもよい。
【００１５】
好ましくは、特定されたピーク位置は、特定された極値に対応する第２のレーザパラメータの値に少なくとも部分的に基づく。この事例では、ピーク位置は、極値が特定された第２のレーザパラメータの値である。このようにピーク位置を特定することにより、レーザデバイスが多重モード化しているかどうかに関係なく、吸収ピーク位置が決定される。
【００１６】
あるいは、ピーク位置は、相対波長を示してもよく、ここで、相対波長は、第２のレーザパラメータの値の範囲によってレーザ光が全体に走査される、波長の範囲内の基準波長に対する、特定された極値のレーザ光の波長である。基準波長は、波長範囲の極大値または極小値であり得る。
【００１７】
好ましくは、本方法は、第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク位置の変化に連続傾向がある、特定された極値のそれぞれのピーク強度が、閾値許容範囲内までは同じである、第１のレーザパラメータの複数の値に含まれる第１のレーザパラメータの値の範囲を特定することを含む。さらに、ピーク強度を考慮することにより、エタロンを要することもレーザ吸収分光計のスペクトル枠のサイズ及び位置に関して全く知ることもなく、多重モード化を特定することができ、これは、特定されたピーク位置と、試料ガスの理論上のスペクトルでの対応するピーク強度との比較を要し得る。このようにすることで、多重モード化の領域が、より直接的に特定され得る。
【００１８】
ピーク強度は、ピーク高さ及び／またはピーク面積のうちの少なくとも１つに部分的に基づき得る。例えば、それは、ピーク高さ、またはピーク面積、またはピーク高さ及び／もしくはピーク面積のうちの少なくとも１つから少なくとも部分的に導出された値であり得る。
【００１９】
本方法は、第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク位置の変化に連続傾向があり、第１のレーザパラメータの複数の値のそれぞれにおいて特定された極値数が、予測された極値数に対応する、第１のレーザパラメータの複数の値に含まれる第１のレーザパラメータの値の範囲を特定することをさらに含み得る。予測される極値数は、例えば、特定されたピーク位置と試料ガスの理論上のスペクトルでの対応するピーク強度との比較から、またはエタロンを用いて、受容したレーザ光の極値を生成することによって、判定することができる。
【００２０】
好ましくは、極値は、ピーク発見アルゴリズムを用いて特定される。ピーク発見アルゴリズムは、光強度検出器で受容した光強度の測定値の一次導関数を取ることによって、ピークを見出すことができる。
【００２１】
第１のレーザパラメータの２つ以上の範囲が、第１のレーザパラメータのさらなる複数の値内に特定されてもよく、本方法は、第１のレーザパラメータの動作値を、第１のレーザパラメータの値の２つ以上の特定された範囲のうちの大きい方の範囲内に設定することをさらに含み得る。第１のレーザパラメータは、第１のレーザパラメータの特定された値の範囲のいずれかの極限値よりも、第１のレーザパラメータの特定された値の範囲の中点に近い値に設定され得る。追加または代替として、第１のレーザパラメータの動作値は、第１のレーザパラメータの特定された値の範囲の中点の許容閾値範囲内に設定され得る。このようにして動作値を設定することにより、動作値は、レーザデバイスの安定な動作領域内にとどまり得、それによって、レーザ吸収分光計から取得されるより長期間の測定値の信頼性が可能となる。
【００２２】
レーザデバイスは、レーザダイオードを備え、ここで、第１のレーザパラメータがレーザダイオードの温度であり、第２のレーザパラメータがレーザダイオードの注入電流であるか、または第１のレーザパラメータがレーザダイオードの注入電流であり、第２のレーザパラメータがレーザダイオードの温度である。
【００２３】
レーザデバイスは、レーザデバイスから放出されるレーザ光を一緒に発生させる（例えば、差周波数発生または和周波数発生を用いて）ように構成される、第１のレーザダイオードと第２のレーザダイオードとを備え、第１のレーザパラメータは、第１のレーザダイオードのパラメータであり、第２のレーザパラメータは第２のレーザダイオードのパラメータである。第１のレーザパラメータが第１のレーザダイオードへの注入電流であってもよく、第２のレーザパラメータが第２のレーザダイオードへの注入電流であってもよい。あるいは、第１のレーザパラメータが第１のレーザダイオードの温度であり、第２のレーザパラメータが第２のレーザダイオードへの注入電流であってもよい。あるいは、第１のレーザパラメータが第１のレーザダイオードへの注入電流であり、第２のレーザパラメータが第２のレーザダイオードの温度であってもよい。あるいは、第１のレーザパラメータが第１のレーザダイオードの温度あり、第２のレーザパラメータが第２のレーザダイオードの温度であってもよい。第１のレーザダイオードが波長安定化レーザダイオードであってもよく、第２のレーザダイオードが分布帰還型レーザダイオードであってもよい。
【００２４】
光強度検出器で受容される光強度の測定値は、光強度検出器で受容される光の強度を示す測定値である。それは、光強度検出器によって受容される光の光パワーと、レーザデバイスから放出される光の光パワーとの比を示すものであってもよい。例えば、それは、光強度検出器によって受容される光の光パワーとレーザデバイスから放出される光の光パワーとの比であってもよく、または光強度検出器によって受容される光の強度とレーザデバイスから放出される光の強度との比であってもよく、または光の透過百分率、または光の吸収百分率等であってもよい。
【００２５】
あるいは、受容された光強度の測定値は、検出器で受容したシグナルの強度、例えば、検出器から出力されたシグナルの電圧等を示してもよい。
【００２６】
レーザ吸収分光計は、試料ガスを格納するのに好適な吸収セルをさらに備えてもよく、レーザ吸収分光計は、使用時に、レーザデバイスから放出されたレーザ光が吸収セルを通過して光強度検出器に達するように構成されている。使用時に、レーザデバイスから放出されたレーザ光は、試料ガスを格納する吸収セルを通過して光強度検出器に至り得、特定された極値は、試料ガスの吸収ピークに対応し得る。
【００２７】
あるいは、レーザ吸収分光計は、エタロン及び試料ガスを格納するのに好適な吸収セルをさらに備えてもよく、レーザ吸収分光計は、使用時に、レーザデバイスから放出されたレーザ光がエタロンを通過して、または吸収セルを通過して、光強度検出器に達するように構成されている。結果として、上述の方法は、光を、エタロンまたは試料ガスのいずれかを通過させることによって行われ得る。
【００２８】
本方法は、第１のレーザパラメータの複数の値のそれぞれについて、光強度の測定値で複数の極値を特定すること、及び複数の極値のそれぞれに関してそれぞれのピーク位置を特定することをさらに含み、第１のレーザパラメータの特定された値の範囲は、第１のレーザパラメータの変化に伴う特定された複数のピーク位置の各ピーク位置の変化に連続傾向がある、第１のレーザパラメータの複数の値に含まれる第１のレーザパラメータの値の範囲である。
【００２９】
本開示はまた、上記に開示される方法を行うように構成される電子デバイスも提供する。
【００３０】
本開示はまた、プロセッサと、ソフトウェアプログラムを記憶するメモリとを備える電子デバイスを提供し、ここで、ソフトウェアプログラムは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、上記に開示される方法を行わせる。
【００３１】
電子デバイスは、光強度の測定値を受容すること、または測定値を（例えば、データストアから）取り出すこと、または測定を行うことのいずれかによって、第２のレーザパラメータの値の範囲全体にわたり、光強度検出器で受容された光強度の測定値を取得することができる。電子デバイスは、第１のレーザパラメータの値をレーザデバイスに適用すること、または操作者がそれをレーザデバイスに適用することができるように、（例えば、視覚的に、スクリーンを用いて、もしくは聴覚で、スピーカーを用いて等）操作者にそれを伝えること、コントローラがそれをレーザデバイスに適用することができるように、（例えば、無線もしくは有線データ転送により）レーザ吸収分光計のコントローラにそれを伝えることのいずれかによって、第１のレーザパラメータの値の特定された範囲内となるように、第１のレーザパラメータの動作値を設定することができる。
【００３２】
本開示はまた、レーザ光を放出するためのレーザデバイスであって、レーザ光の波長が、第１のレーザパラメータ及び第２のレーザパラメータのいずれかを調節することにより変更可能である、レーザデバイスと、レーザデバイスから受容したレーザ光の強度を測定するように構成される、光強度検出器と、上記に開示される電子デバイスのいずれかと、を備える、レーザ吸収分光計も提供する。
【００３３】
レーザ吸収分光計は、試料ガスを格納するのに好適な吸収セルをさらに備えてもよく、ここで、レーザ吸収分光計は、使用時に、レーザデバイスから放出されたレーザ光が吸収セルを通過して光強度検出器に達するように構成される。
【００３４】
レーザ吸収分光計は、エタロンと試料ガスを格納するのに好適な吸収セルとをさらに備えてもよく、ここで、レーザ吸収分光計は、使用時に、レーザデバイスから放出されたレーザ光が、エタロンを通過して、または吸収セルを通過して、光強度検出器に達するように設定されるように構成される。
【００３５】
本開示はまた、電子デバイスのプロセッサで実行されると、上記に開示される方法を行うように構成される、ソフトウェアプログラムも提供する。
【００３６】
上述のいずれの特徴も、本開示の任意の特定の態様とともに使用され得ることに留意されたい。
【００３７】
本開示の態様は、単なる例として、添付の図面を参照して記載されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】レーザ吸収分光計１００の高度に概略的な図を示す。
【図２】図１のレーザ吸収分光計１００のレーザデバイス１１０の高度に概略的な図を示す。
【図３】図２のレーザデバイス１１０から放出された光の波長の例示的なプロットを示す。
【図４】図１のレーザ吸収分光計１００によって取得された例示的なガスのスペクトルを示す。
【図５】図２のレーザデバイスのレーザパラメータの動作値を最適化するための方法のステップを表すフローチャートを示す。
【図６】図５の方法中に図１のレーザ吸収分光計の光強度検出器で受容された光強度の測定値の表示を示す。
【図７】図５の方法中に第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク位置の変化の図的表示を示す。
【図８】図５の方法中に第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク位置の変化及び第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク強度の変化の図的表示を示す。
【図９】図５の方法中に第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク位置の変化の例示の実験的プロット及び第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク強度の変化の実験的プロットを示す。
【図１０】図５の方法中に第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク位置の変化のさらなる例示の実験的プロット及び第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク強度の変化の実験的プロットを示す。
【図１１】図５方法中にレーザデバイス１１０から放出された光の波長の例示的なプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図面が、簡潔さの目的で示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。同様の特徴は、同じ参照番号で提供される。
【００４０】
光の波長は、光の光学周波数に反比例することが理解される。したがって、以下において、「波長」及び「光学周波数」は、互換可能である。同様に、「波長の増加」（またはその趣旨の言葉）は、「光学周波数の減少」と交換可能であり、「波長の減少」（またはその趣旨の言葉）は、「光学周波数の増加」と交換可能である。
【００４１】
図１は、本開示のある態様によるレーザ吸収分光計１００の高度に概略的な図を示す。レーザ吸収分光計１００は、第１のレーザパラメータ１１２及び第２のレーザパラメータ１１４の一方または両方を調節することによって変更可能である波長のレーザ光１１６を放出するように構成される、レーザデバイス１１０を備える。レーザ吸収分光計１００はまた、光強度検出器１２０（光強度検出器１２０で受容した光強度の測定値１２２を出力するように構成される）、試料ガスを格納するのに好適な吸収セル１３０、マルチパスミラー１４０、ミラー１５０、試料ガス入力ポート１６２、及び試料ガス出力ポート１６４も備える。レーザ吸収分光計１００はまた、レーザデバイス１１０と光強度検出器１２０とに連結され、光強度の測定値１２２を取得し、第１のレーザパラメータ１１２及び第２のレーザパラメータ１１４の値を制御するように構成される、コントローラ１７０も備える。
【００４２】
レーザ吸収分光計１００は、試料ガスが試料ガス入力ポート１６２を介して吸収セル１３０へと供給され得るように構成される。試料ガスは、ガス入力ポート１６２を介して、例えば、一定の流量（８０ｓｃｃｍ等）で制限毛細管を通じて、吸収セル１３０へと供給され得る。場合によっては、基準ガスもまた、ガス入力ポート１６２を介して、またはさらなるガス入力ポート（示されない）を介してのいずれかで、吸収セル１３０へと供給され得る。吸収セル１３０を通過した後、試料ガスは、例えば、小型ダイヤフラムポンプによってガス出力ポート１６４から排出され、排気され得る。
【００４３】
レーザ光１１６は、吸収セル１３０中のガスを通過し、レーザ光１１６が試料ガスを通って光強度検出器１２０に達する経路の長さを増加させるために、マルチパスミラー１４０間を複数回往復する。光強度検出器１２０は、光強度検出器１２０で受容した光強度の測定値１２２を出力し、これを用いて、試料ガス内の同位体比及び／または濃度を特定することができる（後述）。
【００４４】
図２は、本開示のある態様によるレーザデバイス１１０の高度に概略的な図を示す。レーザデバイス１１０は、２つの遠隔通信レーザダイオード間の差周波数発生（ＤＦＧ）を利用し、Ｄ．Ｒｉｃｈｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｈｉｇｈ−ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ＣＯ２  ｉｓｏｔｏｐｏｌｏｇｕｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｌａｓｅｒ  ｓｏｕｒｃｅ，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．３４，１７２−１７４（２００９）に記載される種類のものであり得る。レーザデバイス１１０は、第１のレーザダイオード２１０及び第２のレーザダイオード２２０を備え、第１のレーザダイオード２１０の波長は、第２のレーザダイオード２２０の波長よりも小さい（すなわち、第１のレーザダイオード２１０の光学周波数は、第２のレーザダイオード２２０の光学周波数よりも大きい）。この例では、第１のレーザダイオード２１０は、波長安定化（ＷＳ）レーザダイオードであり、第２のレーザダイオード２２０は、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザダイオードである。第１のレーザダイオード２１０は、第１のレーザダイオード２１０のパッケージに組み込まれた体積ホログラフィック回折格子（ＶＨＧ）によって安定化された波長であり得る（例えば、Ｓ．  Ｌ．  Ｒｕｄｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｈｙｂｒｉｄ  ＥＣＬ／ＤＢＲ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ＆ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ｌａｓｅｒｓ  ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ  ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ＆ｎａｒｒｏｗ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ６１０１，６１０１ｏＩ（２００６）に記載されている）。第１のレーザダイオード２１０及び第２のレーザダイオード２２０からのレーザ光の出力が、波長分割多重化装置（ＷＤＭ）２３０によって単一の光ファイバに合わせられる。合わさったレーザ光は、ファイバフォーカス装置２４０を通過して、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）結晶２５０（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｐ−ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ．ｃｏｍ／ｐｅｒｉｏｄｉｃ＿ｐｏｌｉｎｇ．ｈｔｍｌに記載される種類のもの）に達し、ここで、第１のレーザダイオード２１０のレーザ光の光学周波数と第２のレーザダイオード２２０のものとの間の差である差周波数の光が発生する。
【００４５】
一例では、第１のレーザダイオード２１０は１１６８ｎｍの波長でレーザ光を発生させ、第２のレーザダイオード２２０は１５９９ｎｍの波長でレーザ光を発生させる。ＰＰＬＮ結晶２５０は、４．３μｍの波長に対応する差周波数のレーザ光を出力するように構成され得る。出力されたレーザ光は、次いで、ゲルマニウムフィルタ２６０を通過して１５９９ｎｍ及び１１６８ｎｍの光を排除した後、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）レンズ２７０を通過する。
【００４６】
レーザデバイス１１０が、代替として、任意の好適な手段により任意の所望される波長のレーザ光１１６を発生させるように構成されてもよいことが理解されるであろう。例えば、第１のレーザダイオード２１０及び第２のレーザダイオード２２０は、任意の所望される波長のレーザ光１１６を発生させるために、任意の好適な波長のレーザ光を発生させるように構成されてもよい。追加または代替として、非線形結晶２５０は、例えば、差周波数発生（ＤＦＧ）または和周波数発生（ＳＦＧ）によって、任意の所望される波長のレーザ光１１６を発生させるように構成されてもよく、結果として、レーザデバイス１１０は、ＤＦＧレーザ源またはＳＦＧレーザ源となり得る。この目的のため、非線形結晶は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、またはチタンリン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ4）等の任意の好適な材料のものであり得る（例えば、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｒｐ−ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ．ｃｏｍ／ｎｏｎｌｉｎｅａｒ＿ｃｒｙｓｔａｌ＿ｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｈｔｍｌに記載されている）。加えて、非線形結晶は、擬似位相整合を達成するために、周期分極反転（ＰＰ）であってもよく、またはそうでなくてもよい。さらに、非線形結晶は、変換効率を高めるために、一体型導波構造を有してもよく、または有さなくてもよい（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌａｓｅｒｆｏｃｕｓｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ｐｒｉｎｔ／ｖｏｌｕｍｅ−５１／ｉｓｓｕｅ−０５／ｆｅａｔｕｒｅｓ／ｎｏｎｌｉｎｅａｒ−ｏｐｔｉｃｓ−ｐｐｌｎ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ−ｐｅｒｆｏｒｍ−ｑｕａｎｔｕｍ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．ｈｔｍｌに記載されている）。さらに、レーザデバイス１１０は、場合によっては、必要に応じて、ＷＤＭ２３０、ファイバフォーカス装置２４０、Ｇｅフィルタ２６０、及び／またはＣａＦ2、レンズ２７０のうちのいずれか１つ以上を含まなくてもよい。この特定の例では、レーザ光１１６の波長として、中赤外波長である４．３μｍが選択されており、これは、ＣＯ2の吸収ピークが、この波長付近である中赤外範囲で特に強いため、ＣＯ2を分析する際に特に有用である。この範囲では吸収ピークがより強いため、吸収セル１３０におけるレーザ経路の長さは、より短くてもよい（典型的には約５ｍ）。
【００４７】
レーザ光１１６の波長は、第１のレーザパラメータ１１２及び第２のレーザパラメータ１１４の一方または両方を変更することによって、変化させることができる。図２に示される配設では、第１のレーザパラメータ１１２は、第１のレーザダイオード２１０への注入電流または第１のレーザダイオード２１０の温度であり得、第２のレーザパラメータ１１４は、第２のレーザダイオード２２０への注入電流または第２のレーザダイオード２２０の温度であり得る。注入電流及び／または温度のうちの少なくとも１つを変更することによって、レーザダイオードから出力される光の波長が変化することになる。
【００４８】
したがって、第１のレーザパラメータ１１２の値が変更されると、第１のレーザダイオード２１０から出力されるレーザ光の波長が変化し、レーザ光１１６の波長が、それに応じて変化することになる。同様に、第２のレーザパラメータ１１４の値が変更されると、第２のレーザダイオード２２０から出力されるレーザ光の波長が変化し、レーザ光１１６の波長が、それに応じて変化することになる。
【００４９】
レーザ吸収分光法（ＬＡＳ）を行う際、レーザ光１１６の波長は、試料ガス中の種（または同位体分子）の吸収ピーク全体にわたって走査される。典型的に、示される実施形態では、第２のレーザダイオード２２０から放出されるレーザ光の波長を変化させ、一方で第１のレーザダイオード２１０から放出されるレーザ光の波長を一定に保つことによって、これが達成される。他の配設では、一定の波長に保たれるレーザダイオードと、変化させるレーザダイオードとを入れ替えてもよい。なおもさらなる配設において、両方のレーザダイオードから放出される光の波長を、変化させてもよい。
【００５０】
図３は、第１のレーザダイオード２１０から放出される光の波長、第２のレーザダイオード２２０から放出される光の波長、及びレーザ光１１６の波長の例示的なプロットを示す。プロット３１０は、第２のレーザダイオード２２０から放出される光の波長を表す。勾配のある注入電流（この例では、上向きの電流勾配でギザギザの波形）が、第２のレーザパラメータ１１４として第２のレーザダイオード２２０に適用され、一方で第２のレーザダイオード２２０の温度は、一定に保たれている。勾配のある注入電流は、下限値Ｌから上限値Ｕまでの範囲にわたって連続的に走査される。これにより、第２のレーザダイオード２２０から放出される、対応する勾配がついた波長のレーザ光が発生し、結果として、第２のレーザダイオード２２０から放出されるレーザ光の波長は、光学波長範囲にわたって連続的に走査されるようになる。代替法では、第２のレーザダイオード２２０から放出される、勾配のついた波長のレーザ光を発生させるために、第２のレーザダイオード２２０への注入電流が一定に保たれた状態で、勾配のあるレーザダイオード温度が第２のレーザパラメータ１１４として適用されてもよい。
【００５１】
この例では、第２のレーザダイオード２２０から放出されるレーザ光の波長は、１５９９ｎｍに中点を有し、光学波長範囲は、３０ＧＨｚの光学周波数範囲に対応するが、レーザ光が、任意の好適な光学周波数範囲で任意の好適な波長に中点を有してもよいことが理解されるであろう。この例での走査反復速度は５００Ｈｚ（２ミリ秒の期間）であるが、走査反復速度は、任意の好適な速度であり得ることが理解されるであろう。
【００５２】
図３のプロット３２０は、第１のレーザダイオード２１０から放出される光の波長を表す。第１のレーザダイオード２１０は、一定の温度かつ一定の注入電流に保たれており、そのため、一定の波長のレーザ光を放出する。この例では、第１のレーザダイオード２１０から放出されるレーザ光の波長は、１１６８ｎｍであるが、レーザ光が、任意の好適な波長であってもよいことが理解されるであろう。
【００５３】
図３のプロット３３０は、レーザ光１１６の波長を表す。第２のレーザダイオード２２０から勾配のついた波長のレーザ光が放出される結果として、レーザ光１１６の波長もまた、勾配がついている。しかしながら、このレーザデバイス１１０はＤＦＧレーザであり、第２のレーザダイオード２２０から放出されるレーザ光の周波数が、第１のレーザダイオード２１０から放出されるレーザ光の周波数から差し引かれるため、第２のレーザダイオード２２０から放出されるレーザ光の波長が上昇すると、レーザ光１１６の波長は、逆方向に勾配がつくことになる。これは、以下の式から容易に理解することができ、式中、νは、レーザ光１１６の光学周波数であり、ν1は、第１のレーザダイオード２１０から放出されるレーザ光の光学周波数であり、ν2は、第２のレーザダイオード２２０から放出されるレーザ光の光学周波数であり、λは、レーザ光１１６の波長であり、λ1は、第１のレーザダイオード２１０から放出されるレーザ光の波長であり、λ2は、第２のレーザダイオード２２０から放出されるレーザ光の波長である。
【００５４】
ν＝ν1−ν2
【００５５】
λ＝１／（（１／λ1）−（１／λ2））
【００５６】
したがって、レーザ光１１６の波長は、波長上限λUから波長下限λLの波長範囲にわたって連続的に走査される。レーザ光１１６の波長は、４．３μｍに中点を有し、波長範囲は３０ＧＨｚの光学周波数範囲に対応している。走査反復速度は、５００Ｈｚである。レーザ光１１６の波長範囲及び／または反復速度の変更は、第２のレーザダイオード２２０からのレーザ光の波長の波形を変化させることによって、実行することができる。
【００５７】
図４は、吸収セル１３０におけるＣＯ2試料からの３つのＣＯ2同位体分子の吸収ピークの例示的なプロットを示す。吸収セル１３０におけるガスの圧力及び温度は、それぞれ、１００ｍｂａｒ及び３７．５℃に制御し、一定に保つことができる。レーザ光１１６の波長は、第２のレーザパラメータ値を下限値Ｌから上限値Ｕまで勾配をつけることによって、波長上限λUから波長下限λLまでの波長範囲にわたって走査される。光強度の測定値１２２（この事例では、検出器１２０から出力される検出器電圧）が、λUからλLまでの波長範囲にわたって取得される。図４に示されている波長に対する測定した光強度１２２（検出器電圧）のプロットは、特定の波長における測定された光強度１２２の低減を示す。これらの低減は、吸収ピークと称されることが多く、特定のＣＯ2同位体分子が、量子力学的回転−振動状態に起因して、これらの特定の波長でレーザ光１１６を吸収することによって生じる。
【００５８】
測定された光強度１２２におけるこれらの低減のそれぞれは、ピーク発見アルゴリズム（測定された光強度１２２の一次微分を取得して、測定された光強度プロットにおける極値（極小値または極大値）を特定する）を用いてスペクトルにおける極値として特定することができる。他のピーク発見アルゴリズムを使用してもよい。この例では、スペクトルの極値は、光透過の極小値であるが、これらは、代替として、光吸収の極大値で表すこともできる。ピーク発見アルゴリズムは、ピーク位置（及び場合によってはピーク面積も）の最初の推定を提供することができ、これは、次いで、測定された光強度プロットに数学関数（いくつかのフォークト（Voigt）プロファイルに基づき得る）を当て嵌めるピーク当て嵌めアルゴリズムの開始点として機能し得る。レーザ光の波長を走査し、ピーク発見アルゴリズム及びピーク当て嵌めアルゴリズムを実行するプロセスは、コントローラ１７０によって行われ得る。
【００５９】
図４に示されるプロット例では、第１の吸収ピーク４１０は、波長λ1で生じたとして特定することができ、これは、第１の吸収ピーク４１０が、同位体分子12Ｃ18Ｏ16Ｏによって生じていることを示す。第２の吸収ピーク４２０は、波長λ2で生じたとして特定することができ、これは、第２の吸収ピーク４２０が、同位体分子13Ｃ16Ｏ16Ｏによって生じていることを示す。第３の吸収ピーク４３０は、波長λ3で生じたとして特定することができ、これは、第３の吸収ピーク４３０が、（主要な）同位体分子12Ｃ16Ｏ16Ｏによって生じていることを示す。第４の吸収ピーク４４０は、波長λ4で生じたとして特定することができ、これは、第４の吸収ピーク４４０が、（主要な）同位体分子12Ｃ16Ｏ16Ｏによって生じていることを示す。
【００６０】
吸収ピークのそれぞれについてのピーク強度もまた、特定することができる。ピーク強度は、ピーク面積であり得、これは、図４に表されるプロットに示されている吸収ピーク４１０、４２０、４３０、及び４４０のそれぞれの斜線領域の面積である。ピーク強度の判定の一部として、ピーク当て嵌めアルゴリズムはまた、ベースラインを判定することも可能であり、このベースラインは、試料ガスからの吸収が存在しない場合の検出器電圧である。ベースラインの値は、図４では、吸収ピーク間で検出器電圧ラインの傾向が連続し、ピーク面積を閉じる、破線によって表される。特定された同位体分子のそれぞれについての比及び／または濃度を、各同位体分子と関連するピーク強度から決定することができる。この目的で、ピーク当て嵌めアルゴリズムを使用して、数学関数（いくつかのフォークトプロファイルに基づき得る）を測定された光強度１２２に当て嵌めることができる。これにより、ピーク強度は、同位体比測定に必要とされる十分な正確さで判定され得る。あるいは、各吸収ピークのピーク強度は、ピーク高さであってもよく、これは、各吸収ピーク４１０、４２０、４３０、及び４４０の特定されたピーク位置での吸収率（後述）である。あるいは、各吸収ピークのピーク強度は、ピーク面積及び／またはピーク高さのうちの少なくとも１つから導出された値であってもよい。結果として、３つの主要なＣＯ2同位体分子の濃度、ならびに結果として得られる13Ｃ：12Ｃ及び18Ｏ：16Ｏの同位体比を、ピーク強度から計算することができ、これらは、ピーク当て嵌めアルゴリズムを用いることによって得ることができる。ベースラインは、ピーク発見またはピーク当て嵌めアルゴリズムの出力の一部分であり得る。
【００６１】
「背景技術」の節に記載されるように、上述のプロセスを使用して同位体分子のそれぞれを正確に特定するためには、レーザ光１１６が、波長範囲全体に走査されているときに、いずれの特定の時点においても単一の周波数のものであることが好ましい。さらに、レーザ光１１６の波長が、吸収ピーク全体にわたって変化するときに、波長が連続的かつ予測可能に調整される（すなわち、増減される）ことも望ましい。
【００６２】
ＤＦＢ型のレーザダイオードについては、これらの要件は、通常、問題ではない。したがって、これらの要件を満たすことは、通常、第２のレーザダイオード２２０には問題とならないはずである。しかしながら、ＷＳ型レーザダイオードに関しては、これらの要件は、レーザの温度及び／または電流が正しく設定されていない場合、多重モード化及び／またはモードホッピングを起こしやすいため、困難な場合がある。多重モードは、測定された光強度１２２のスペクトルを歪曲及び分裂させ、それによって、同位体比及び濃度測定の結果が損なわれ得る。モードホッピングは、レーザ光１１６の波長の突然のジャンプを引き起こし、吸収ピークが突如としてシフトすることを引き起こし、それによって同位体比及び濃度測定の結果が損なわれ得る。
【００６３】
レーザ吸収分光計１００の一次構成の際、「背景技術」の節に説明されるように、光学スペクトル分析装置を使用して、第１のレーザダイオード２１０に安定な動作点が設定され得る。例示的な動作点は、第１のレーザダイオード２１０の動作温度が２５℃で、第１のレーザパラメータの動作値が４００ｍＡであることがわかる。第１のレーザパラメータ１１２の動作値４００ｍＡにより、少なくとも４０ｍＡ幅である安定な動作領域の中心に第１のレーザダイオード２１０がおかれ得る（すなわち、第１のレーザパラメータ１１２が最大２０ｍＡで増減された場合、レーザ光１１６は、依然として、モードホッピングすることなく単一周波数のものとなるはずだが、それを上回って増減された場合、第１のレーザ２１０から放出される光、ひいてはレーザ光１１６は、多重モード化及び／またはモードホッピングが生じ得る）。この例で使用されるＷＳレーザダイオードについては、４０ｍＡの幅が、ほとんどのレーザダイオードにとって適しており、レーザダイオードの安定な動作が確保されることが証明されている。安定な動作領域の最小限の大きさは、任意の好適な値、例えば、少なくとも２０ｍＡ、少なくとも３０ｍＡ、少なくとも５５ｍＡ等に設定され得ることが理解されるであろう。しかしながら、「背景技術」の節にも説明されているように、安定な領域の中点及び幅は、第１のレーザダイオード２１０が古くなるにつれ変化し得、これにより、第１のレーザダイオード２１０の以前の安定な動作点が、不安定な領域内へと動くことをもたらし得る。
【００６４】
本開示は、上述のピーク発見アルゴリズムを利用する、第１のレーザパラメータ１１２（第１のレーザダイオード２１０の注入電流または温度のいずれかであり得る）の動作値を再最適化するための技法を提供する。
【００６５】
図５は、本開示のある態様によるレーザデバイス１１０の第１のレーザパラメータ１１２の動作値を最適化するための方法の工程を表すフローチャートを示す。プロセス工程は、コントローラ１７０によって実行することができる。コントローラ１７０は、プロセッサとソフトウェアプログラムを記憶するメモリとを含む、コンピュータまたは電子デバイスを備え得、このソフトウェアプログラムは、プロセッサによって実行されると、記載の方法をプロセッサ及びコントローラ１７０に行わせる。
【００６６】
工程Ｓ５１０において、第１のレーザパラメータ１１２が初期値に設定される。この例では、第１のレーザパラメータは、第１のレーザダイオード２１０への注入電流である。例示的な初期値は、３４０ｍＡであり、これは、一次構成の際に第１のレーザパラメータ１１２の動作値が４００ｍＡに設定されていることを考慮して設定され得る。初期値は、任意の好適な電流値、例えば、１０ｍＡ、または５０ｍＡ、または１００ｍＡ、または２００ｍＡ、または３８０ｍＡ、または５００ｍＡ、または８００ｍＡ、または１．２Ａ等々であってもよいことが理解されるであろう。
【００６７】
工程Ｓ５２０において、光強度の測定値１１６が、第２のレーザパラメータ１１４の値の範囲にわたって取得される。光強度は、図３及び図４に関して上述のプロセスを行うことによって測定される。具体的には、勾配のある注入電流が第２のレーザパラメータ１１４として第２のレーザダイオード２２０に適用され、結果として、レーザ光１１６の波長が、波長上限λUから波長下限λLまでの連続した波長範囲にわたって減少するようになる。波長下限λLから波長上限λUの波長範囲は、レーザ吸収分光計１００のスペクトル枠（窓）と見なすことができる。
【００６８】
図６は、再最適化プロセス中の光強度の測定値１２２の表示を示す。プロット６１０は、第１のレーザパラメータ１１２が初期値に設定されているときの光強度の測定値１２２を表す。この例では、光強度の測定値１２２は透過百分率であり、これは、光強度検出器１２０で受容された光の光パワー（光強度）とレーザデバイス１１０から伝送された光の光パワー（光強度）との比を示す。具体的には、これは、検出器１２０におけるシグナルと、上述のようにピーク発見アルゴリズムによって判定されたベースラインとを使用して、計算することができる。具体的には、透過百分率は、次のように計算することができる。
透過率＝検出器シグナル／ベースライン
透過百分率＝（検出器シグナル／ベースライン）×１００
【００６９】
したがって、試料ガスによる吸収がない場合、透過百分率は、１００％に（または１００％に非常に近く）なるはずであり、同じもので完全な吸収がある場合、透過百分率は０％に（または０％に非常に近く）なるはずである。
【００７０】
代替法では、光強度の測定値１２２は、吸収百分率であり得、これは、次のように計算することができる。
吸収百分率＝（１−透過率）×１００
【００７１】
スペクトル枠は、プロット６１０において、第２のレーザパラメータ１１４の波長下限λL及び波長上限λU、ならびに対応する上限値Ｕ及び下限値Ｌによって表されている。プロット６１０にはスペクトル枠外のスペクトルの部分が含まれているが、これは、単に、試料ガスの全スペクトルが視覚化され得るようにするためである。第２のレーザパラメータ１１４の値の範囲全体（すなわち、第２のレーザダイオード２２０への注入電流の勾配全体）の光強度の測定値１２２は、スペクトル枠内のスペクトルの部分となる。
【００７２】
工程Ｓ５３０において、光強度の測定値１２２（透過百分率）に、少なくとも１つの極値が見出される。例示的なプロット６１０では、１つのみの極値６９０（極小値）が特定されており、これは、前述のピーク発見アルゴリズムを使用して見出すことができる。極値が１つだけ特定される場合があるが、これは、例えば、スペクトル枠の光強度の測定値１２２に極値が１つしか存在しないためであるか、または工程が極値を１つだけ（例えば、スペクトル枠内の第１の極値またはスペクトル内の最大の極値等）見出すように設定されているためであることが理解されるであろう。あるいは、スペクトル枠内に２つ以上の極値が特定されてもよい。例示的なプロット６１０では、明確さのため、１つの特定された極値６９０だけが示されている。
【００７３】
工程Ｓ５４０において、特定された極値６９０のピーク位置が特定される。この例では、特定された極値６９０のピーク位置は、特定された極値６９０における第２のレーザパラメータ１１４の値Ｐである。具体的には、これは、下限値Ｌから上限値Ｕまで走査されている第２のレーザパラメータ１１４の値であり、特定された極値６９０は、この値において特定されたものである。特定された極値６９０のピーク位置は、追加または代替として、レーザ光１１６が第２のレーザパラメータ１１４の値の範囲（すなわち、λLからλUまでのレーザ光１１６のスペクトル枠）により走査される波長の範囲における基準波長（例えば、波長上限λU）に対する、特定された極値６９０におけるレーザ光１１６の相対波長であってもよい。
【００７４】
工程Ｓ５５０において、第１のレーザパラメータ１１２の値が、所定の量で増加する。この例では、０．３ｍＡ増加しているが、任意の好適な量、例えば、０．１ｍＡ、０．２５ｍＡ、０．４ｍＡ、１ｍＡ、１．８ｍＡ、３ｍＡ等々で増加してもよいことが理解されるであろう。以下の説明から理解されるように、増分がより小さく、測定値の精度がより高くなるほど、再最適化プロセスは長くなる。
【００７５】
図１１は、第１のレーザダイオード２１０から放出される光の波長、第２のレーザダイオード２２０から放出される光の波長、及びレーザ光１１６の波長の例示的なプロットを示す。このプロットは、第１のパラメータ１１２の値を増加させることによってもたらされる、レーザ光１１６の波長への影響を示す。プロット１１１０は、第２のレーザダイオード２２０から放出される光の波長を表し、これは、図３のプロット３１０と非常に類似している。勾配のある注入電流が、下限値Ｌから上限値Ｕまでの範囲にわたって連続的に走査される。
【００７６】
図１１のプロット１１２０は、第１のレーザダイオード２１０から放出される光の波長を表す。これは、図３のプロット３２０に類似しているが、時間ｔ1において、第１のレーザパラメータ１１２の値が（前述のように、工程Ｓ５５０で）増加する。時間ｔ2において、第１のレーザパラメータ１１２の値は（前述及び後述のように、工程が再度工程Ｓ５５０に戻ると）さらに増加する。
【００７７】
図１１のプロット１１３０は、レーザ光１１６の波長を表す。これは、図３のプロット３３０に類似しているが、時間ｔ1において、波長上限λU及び波長下限λLはいずれも、第１のレーザダイオード２１０から放出される光の波長の増加の結果として、増加していることを示す（レーザデバイス１１０がＤＦＧ型レーザであるため（第２のレーザダイオード２２０から放出されるレーザ光の周波数が、第１のレーザダイオード２１０から放出されるレーザ光の周波数から差し引かれる））。時間ｔ2において、波長上限λU及び波長下限λLは、ここでも、第１のレーザダイオード２１０から放出される光の波長の増加の結果として、いずれもがさらに増加している。
【００７８】
図１１は第２のレーザパラメータ値が下限値Ｌから上限値Ｕの範囲にわたって、第１のレーザパラメータ１１２の各値について、２回の勾配がついていることを示すが、第２のレーザパラメータ値が、下限値Ｌから上限値Ｕまでの範囲にわたって、第１のレーザパラメータ１１２の各値について、任意の回数の勾配がついていてもよいことが理解されるであろう。例えば、下限値Ｌから上限値Ｕまでの範囲にわたって、第１のレーザパラメータ１１２の各値について１回だけ、または複数回、例えば、２０回、または１００回、または５００回、または１０００回等の勾配がついていてもよい。例えば、第１のレーザパラメータ１１２の各値について、第２のレーザパラメータ値は、下限値Ｌから上限値Ｕまでの範囲にわたって、１０〜１０００回、または１００〜１０００回、または３００〜８００回の勾配がついていてもよい。好ましい構成において、第２のレーザパラメータ値は、下限値Ｌから上限値Ｕまでの範囲にわたって、第１のレーザパラメータ１１２の各値について、およそ５００回（例えば、４９０〜５１０回）の勾配がついている。各勾配についてスペクトルが得られ、これらのスペクトルの平均をとって、第１のレーザパラメータの各値の良好なシグナル対ノイズ比を有する単一のスペクトルが作られる。第１のレーザパラメータの各値の平均スペクトルは、図６のプロット６１０、６２０、及び６３０のそれぞれに示される。
【００７９】
工程Ｓ５６０において、第１のレーザパラメータ１１２の上限に達したかどうかが判定される。この例では、第１のレーザパラメータ１１２の上限は、４６０ｍＡに設定されているが、これは、再最適化プロセスが、第１のレーザパラメータ１１２の値の好適な範囲にわたって行われるように、任意の好適な値に設定され得る。第１のレーザパラメータ１１２の値が、上限以下であると判定された場合、プロセスは、工程Ｓ５２０に戻る。第１のレーザパラメータ１１２の値が上限を超えた場合、プロセスは、Ｓ５７０（以下により詳細に記載される）へと進む。
【００８０】
工程Ｓ５２０に戻った後、工程Ｓ５２０、Ｓ５３０、及びＳ５４０のそれぞれが、再度繰り返される。図６のプロット６２０は、光強度の測定値１２２及び第１のレーザパラメータ１１２の増分値の特定された極値のピーク位置Ｐを表すものを示す。見られるように、試料ガスの吸収スペクトルは、プロット６１０と同じであり、プロット６１０と同じレーザ光１１６の波長で同じ極値が生じている。これは、試料ガスが変化していないためであり、そのため、一貫して同じレーザ光の波長でレーザ光１１６を吸収する。下限値Ｌから上限値Ｕまでの第２のレーザパラメータ１１４の値の範囲は、前にプロット６１０に関して使用した値の範囲と同じであるが、第１のレーザパラメータ１１２の値が増加したため、スペクトル枠がシフトしている（すなわち、レーザ光１１６の波長は、第１のレーザパラメータ１１２の値の増加に起因して、第２のレーザパラメータ１１４の各値に関しても増加している）。これは、プロット６２０のλLがプロット６１０のλLよりも高い波長であること、及びプロット６２０のλUがプロット６１０のλUよりも高い波長であることから理解できる。特定された極値６９０の光の絶対波長が同じままであるため、プロット６２０の特定された極値６９０のピーク位置Ｐは、プロット６１０よりも高い（すなわち、極値６９０が特定された第２のレーザパラメータ１１４の値は、プロット６２０ではプロット６１０よりも大きい）。
【００８１】
工程Ｓ５４０において極値６９０のピーク位置Ｐが特定されているため、プロセスは、再度、工程Ｓ５５０へと進み、ここで第１のレーザパラメータ１１２の値がさらに増加する。工程Ｓ５６０で第１のレーザパラメータ１１２の値が依然として上限以下であると判定された場合、プロセスは、再度工程Ｓ５２０へと戻ることになる。
【００８２】
図６のプロット６３０は、光強度の測定値１２２及び第１のレーザパラメータ１１２のさらなる増分値の特定された極値６９０のピーク位置Ｐを表すものを示す。ここでも、スペクトル枠がシフトしており、特定された極値６９０のピーク位置Ｐがさらに増加していることが理解できる。
【００８３】
このプロセスは、ステップＳ５６０で第１のレーザパラメータ１１２の値が上限を超えたと判定されるまで繰り返され、この時点で、プロセスは、Ｓ５７０へと進む。これまでに、第１のレーザパラメータ１１２の複数の値のそれぞれについて、特定された極値のピーク位置が特定されていることになる。したがって、第１のレーザパラメータ１１２の複数の値と、第１のレーザパラメータ１１２の値のそれぞれについて特定された極値６９０の対応するピーク位置Ｐとを含むデータセットが存在することになる。
【００８４】
工程Ｓ５７０において、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う特定されたピーク位置Ｐの変化に連続した傾向がある、第１のレーザパラメータ１１２の複数の値に含まれる第１のレーザパラメータ１１２の値の範囲が、特定される。
【００８５】
図７は、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う、特定されたピーク位置の変化の図的表示を示す。図７のプロット７１０は、第１のレーザパラメータ値１１２に対して特定されたピーク位置のプロットを示し、ここでは第２のレーザパラメータ１１４の対応する値によって表されている。第１のレーザパラメータ１１２が設定されている各値について、各特定された極値の対応するピーク位置がプロットされている。第１のレーザパラメータ１１２の値が増加するにつれ、各特定される極値のピーク位置が、通常、増加することを理解することができる。プロットの４つの領域、領域ａ、ｂ、ｃ、及びｄがマークされている。
【００８６】
プロット７２０は、波長下限λL及び波長上限λUによって定義されるスペクトル枠内の光強度１２２の測定されたものの例示的なスペクトルを示す。第１のレーザパラメータ１１２は特定の値であり（すなわち、第１のレーザダイオード２１０への注入電流はＩaであり）、ピーク発見アルゴリズムによって６つの極値が特定されており、これらの極値は、それぞれ、このプロットの第２のレーザパラメータ値の軸上に点で表されている。対応する６つの点のセットは、プロット７１０の領域「ａ」内に特定されている。
【００８７】
プロット７３０は、波長下限λL及び波長上限λUによって定義されるスペクトル枠内にある、光強度１２２の測定されたもの別の例示的なスペクトルを示す。第１のレーザパラメータ１１２は、プロット７２０のものとは異なる値であり（すなわち、第１のレーザダイオード２１０への注入電流はＩbであり、ＩbはＩaよりも大きい）、ピーク発見アルゴリズムにより３つの極値が特定されており、これらの極値は、それぞれ、このプロットの第２のレーザパラメータ値の軸上に点で表されている。対応する３つの点のセットは、プロット７１０の領域「ｂ」内に特定されている。
【００８８】
プロット７４０は、波長下限λL及び波長上限λUによって定義されるスペクトル枠内にある、光強度１２２の測定されたものの別の例示的なスペクトルを示す。第１のレーザパラメータ１１２は、プロット７２０及び７３０のものとは異なる値であり（すなわち、第１のレーザダイオード２１０への注入電流はＩdであり、ＩdはＩbよりも大きい）、ピーク発見アルゴリズムにより１つの極値が特定されており、この極値は、このプロットの第２のレーザパラメータ値の軸上に点で表されている。対応する点は、プロット７１０の領域「ｄ」内に特定されている。
【００８９】
プロット７１０の領域「ｂ」内及び領域「ｃ」内には、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う特定されたピーク位置の変化に、連続した傾向がある。連続した傾向は、連続関数（例えば、入力（第１のレーザパラメータ１１２）における小さな変化が、出力（ピーク位置）における小さな変化をもたらす、関数）によって定義することができるものであり得る。この例では、これは、連続線形傾向または近似線形傾向であるが、傾向は、必ずしも線形でなければならないわけではない。
【００９０】
連続した傾向は、第１のレーザダイオード２１０からの光の波長（及びしたがってレーザ光１１６の波長）が、連続的かつ予測可能に変化していることを示す。領域「ｂ」と「ｃ」との間の境界には、ピーク位置の突然の低下（垂直方向のオフセット）により理解できるように、ピーク位置に不連続が存在する。これは、レーザダイオード２１０のモードホッピングを示し、これにより、光の波長がもはや連続的かつ予測可能に変化しないようになる。換言すると、領域「ｂ」の中心から領域「ｃ」の中心まで取得された第１のレーザパラメータの値の範囲については、ピーク位置の不連続に起因して、特定されたピーク位置の変化には連続傾向が存在しない。
【００９１】
したがって、工程Ｓ５７０において、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う特定されたピーク位置の変化に連続傾向がある第１のレーザパラメータ１１２の値の範囲を特定することによって、第１のレーザダイオード２１０の安定な動作領域が特定される（例えば、領域「ｂ」または領域「ｃ」）ことが理解できる。
【００９２】
工程Ｓ５８０において、第１のレーザパラメータ１１２の動作値は、第１のレーザパラメータ１１２の値の特定された範囲内に設定される。好ましくは、動作値は、この範囲の中点、またはこの範囲の中点の閾値許容範囲内（例えば、±１％以内、±２％以内、±５％以内、±１０％以内、±０．０１ｍＡ以内、±０．０３ｍＡ以内、±０．１ｍＡ以内、±０．５ｍＡ以内等々）に設定される。動作値は、代替として、特定された範囲のいずれかの側に寄った特定された範囲の中央に近い任意の値に設定されてもよい。
【００９３】
第１のレーザパラメータ１１２の動作値を、特定された範囲の中点またはその付近に設定することにより、第１のレーザダイオード２１０は、安定して動作することになり、その結果、第１のレーザダイオード２１０から出力されるレーザ光にはモードホッピングが存在しなくなる。結果として、今後、試料ガスを分析するためにレーザ吸収分光計１００が使用されているときに、レーザ光１１６の波長は、試料ガスの吸収ピーク全体を連続的かつ予測可能に走査するはずであり、これは、第１のレーザダイオード２１０がモードホッピングを全く伴わずに安定なレーザ光を出力するはずであるためである。
【００９４】
本実施例では、領域「ｂ」及び「ｃ」はいずれも、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う特定されたピーク位置の変化に連続傾向が存在する領域として特定され得る。この事例では、工程Ｓ５８０において、動作値は、特定された範囲のうち最も大きいものに含まれる値に設定され得る（最も大きい範囲は、範囲内の最大値と範囲内の最小値との間の差が最も大きい範囲である）。第１のレーザパラメータ１１２の動作値をこのように設定することにより、レーザダイオード２１０は、最も安定な領域で動作し、それによって、今後不安定に動作し始めることになる可能性が最小化され得る。
【００９５】
第１のレーザダイオード２１０のモードホッピングを考慮に入れ、第１のレーザパラメータ１１２の動作値を上述のように設定することによって回避されたが、第１のレーザダイオード２１０の多重モード化は対処されていない。第１のレーザパラメータ１１２の動作値を、モードホッピング及び多重モード化の両方が回避される領域に設定することを確実にするために、上述のプロセスの工程の少なくともいくつかの一部として、さらなる分析を行うことができる。
【００９６】
第１の態様では、工程Ｓ５７０において、特定された極値の数が、吸収セル１３０内の試料ガスの予測される極値数に対応するかどうかを判定することもできる。例えば、試料ガスはＣＯ2であってもよく、これは、例えば、特定のスペクトル枠内に、３つの極値のみを特定する必要があると予測することができる。この事例では、領域「ａ」において、レーザダイオード２１０は多重モード化しており、これが、スペクトルにおけるピークの分裂を引き起こしている（３つの（実際の）ピークではなく、６つの（人為的）ピークが特定されている）。したがって、領域「ａ」内のスペクトルに存在する極値が多すぎる。同様に、領域「ｄ」でも、レーザダイオード２１０が多重モード化しており、これが、スペクトル形状の重度の歪曲をもたらし、結果として、ピーク発見アルゴリズムによって極値が１つだけ特定されている。
【００９７】
したがって、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う特定されるピーク位置の変化に連続傾向が存在し、第１のレーザパラメータ１１２の複数の値のそれぞれにおいて特定された極値の数が予測される極値数に対応している、第１のパラメータ１１２の値の範囲を判定することによって、モードホッピング及び多重モード化の両方を回避することができる。本実施例では、領域「ｂ」及び「ｃ」のみが、第１のパラメータ１１２の値の安定な領域として特定され、第１のパラメータ１１２の動作値は、領域「ｂ」及び「ｃ」のうちの大きい方に含まれる値に設定され得る。代替的な実施例では、単一の好適な範囲のみが特定されてもよく、その場合、第１のレーザパラメータ１１２の動作値は、その単一の範囲内の値に設定されてもよく、または３つ以上の好適な範囲が特定されてもよく、その場合、第１のレーザパラメータ１１２の動作値は、特定された範囲のうちの最も大きいものに含まれる値に設定されてもよい。
【００９８】
上述の技法は、多重モード化する領域を回避することを助けるが、これは、試料ガスについていくつの極値を特定する必要があるかという知識を要する。これは、予測される極値数を決定するための波長軸上のスペクトル枠の大きさ及び位置に関する正確な知識を要し得る。しかしながら、一部の状況では、これは不都合であり得ることが理解されるであろう。代替法では、試料ガスの特定された極値の数が正確であるかどうかを判定するために、上述のプロセス中に取得された吸収スペクトルの少なくとも一部分と、試料ガスの理論上のスペクトルとの間で、比較が行われてもよい（好ましくは、第１のレーザパラメータ１１２の各値について、多重モード化の正確な判定が第１のレーザパラメータ１１２の各値になされることを確実にするために）。
【００９９】
さらなる代替法において、多重モード化の領域を特定するために、特定された極値のそれぞれについて、レーザ光の吸収強度の測定を考慮してもよい。レーザ光の吸収強度の一例は、各特定された極値のピーク強度である。前述のように、ピーク強度は、スペクトルプロットにおける極値の吸収の面積によって得ることができる（図４に示されるように）。光強度の測定値１２２が、第２のレーザパラメータ値（この事例では注入電流）に対してプロットした透過率である場合、ピーク面積の単位は、ｍＡとなる（割合に単位がないため）。しかしながら、ピーク面積の単位は、任意の他の好適な単位、例えば、光強度の測定値１２２が光強度検出器１２０から出力される電圧である場合にはＶ．ｍＡであってもよいことが理解されるであろう。
【０１００】
工程Ｓ５３０において、光強度の測定値１２２で少なくとも１つの極値を特定することに加えて、特定された極値のそれぞれのピーク強度もまた、特定することができる。あるいは、特定された極値のそれぞれのピーク強度は、各特定された極値のピーク位置（第２のレーザパラメータ１１４の対応する値によって得られる）を特定することに加えて、工程Ｓ５４０において特定することができる。
【０１０１】
工程Ｓ５７０において、特定されたピーク位置が第１のレーザパラメータ１１２の値の変化に伴ってどのように変化するかを考慮することに加えて、特定されたピーク強度が第１のレーザパラメータ１１２の値の変化に伴ってどのように変化するかもまた、考慮される。
【０１０２】
図８は、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う特定されたピーク位置の変化の図的表示及び第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う特定されたピーク強度の変化の図的表示を示す。図８は、図７と同じであるが、さらなるプロット８１０を含む。プロット８１０は、第１のレーザパラメータ１１２の値に対する各特定された極値のピーク強度のプロットである。図からわかるように、領域「ａ」及び「ｄ」には、第１のレーザパラメータ１１２の値の変化に伴い、特定された極値のそれぞれのピーク強度に強力な変動がある。これは、第１のレーザダイオード２１０が、第１のレーザパラメータ１１２の値が増加していくときに、複数の共振器モード間での光パワーの分布が不安定かつ変化していることの結果として、多重モード化していることを示す。しかしながら、領域「ｂ」及び「ｃ」では、特定された極値のそれぞれのピーク強度は、第１のレーザパラメータ１１２の全ての値にわたって同じままである。これは、ピーク強度が、ＣＯ2の量子力学的回転−振動状態遷移ならびにＣＯ2の同位体分子濃度に特有であるが、特定される極値のピーク位置には依存しないためである。これは、第１のレーザダイオード２１０が単一の周波数で動作していることを示す。
【０１０３】
結果として、領域「ｂ」及び「ｃ」は、第１のレーザダイオード２１０が多重モード化またはモードホッピングしていない第１のレーザパラメータ１１２の値の範囲として特定される。その結果、第１のレーザパラメータ１１２の動作値を、これらの領域のいずれかに含まれる値に設定することができる（前述の通り）。
【０１０４】
典型的には、検出されたレーザ光のスペクトルに２つ、または３つ、または４つ、またはそれ以上の極値が特定され、それらのピーク位置及び場合によってはピーク強度が、上述のプロセスを行う目的で判定される。
【０１０５】
したがって、多重モード化の領域は、測定されたスペクトルにおいて特定された極値数と比較するための予測される極値数を判定するために試料ガスの測定スペクトルと理論スペクトルとの間で比較を行う必要なしに、ピーク強度を考慮することによって特定できることがわかる。これは、上述のように比較を行うことに時間がかかりすぎる場合がある一部の状況において、有利であり得る。
【０１０６】
図９は、上記に開示されたプロセスを行うことにより取得した、第１のレーザパラメータ値の変化に対するピーク位置の変化及び第１のレーザパラメータ値の変化に対するピーク強度の変化の実験的プロットを示す。これらの実験的プロットは、ＣＯ2試料ガスに関して取得したものである。プロット内のピーク位置及びピーク強度の単位は、任意単位（ａ．ｕ．）である。
【０１０７】
ピーク位置のプロット及び多重モード化の領域の傾向線における不連続が確認でき、プロットを異なる領域に分割している。第１のレーザパラメータが変化したときのピーク強度の変化により、ピーク強度のプロットに多重モード化領域を容易に確認することができる。
【０１０８】
第１のレーザパラメータ値の第１の範囲が３４０ｍＡ〜３６９ｍＡに、第１のレーザパラメータ値の第２の範囲が３９１ｍＡ〜４４０ｍＡにあり、これら範囲のそれぞれには、第１のレーザパラメータ値の変化に伴うピーク位置の変化に連続傾向があり、ピーク強度が、閾値許容範囲以内（例えば、±１％以内、または±２％以内、または±５％以内、または±１０％以内、または±２０％以内等々）で同じままである。閾値許容範囲は、パーセンテージとなるように設定するか、または特定のピーク強度値に設定することができ（例えば、それは、０．１ｍＡ、または０．４ｍＡ、または１ｍＡ、または１．５ｍＡに設定することができる）、閾値の大きさは、例えば、実験精度を考慮して設定され得る。これらの範囲の２つ目のものが最大であるため、第１のレーザパラメータ１１２の動作値は、その範囲内の値に設定することができる。
【０１０９】
新しい傾向線が３５７ｍＡ及び４１４ｍＡの電流で現れることが、ピーク位置のプロットでわかる。これは、第１のレーザパラメータ値が増加するにつれて、スペクトル枠が移動することの結果として、新たなピーク吸収がスペクトル枠に入ることにより生じる（図６に関して上述の通り）。同様に、傾向線は４３１ｍＡの電流で消失し、これは、第１のレーザパラメータ値が増加するにつれてスペクトル枠が移動することの結果として、ピーク吸収がスペクトル枠を出ることにより生じる。ピーク位置のプロットには不連続がないため、これらが、第１のレーザパラメータ１１２の値の変化に伴う特定されたピーク位置の不連続を表すものではないことが理解される。同様に、対応するピーク強度の出現または消失は、図９においてピーク強度のプロットで見ることができ、このピーク強度の出現または消失は、ピーク強度の変化として扱われるものではないため、閾値許容範囲を上回る量で変化したピーク強度値を表すものではない。
【０１１０】
図１０は、上記に開示されたプロセスを行うことにより取得した、第１のレーザパラメータ値の変化に対するピーク位置の変化及び第１のレーザパラメータ値の変化に対するピーク強度の変化のさらなる実験的プロットを示す。これらの実験的プロットは、ここでも、ＣＯ2試料ガスに関して取得したものであるが、図１０のプロットを得るために使用したレーザデバイスは、図９のプロットを得るために使用したレーザデバイス１１０とは異なる（レーザデバイスは、同じ種類のものであってもよいが、その場合ですら、それぞれの異なるレーザデバイスは、異なる特徴を呈し得、それにより、異なるピーク位置及びピーク強度のプロットをもたらされる）。プロット内のピーク位置及びピーク強度の単位は、任意単位（ａ．ｕ．）である。
【０１１１】
ピーク位置のプロットの傾向線における不連続が容易に確認でき、プロットを異なる領域に分割している。
【０１１２】
第１のレーザパラメータ値の第１の範囲が３４０ｍＡ〜３９８ｍＡに、第１のレーザパラメータ値の第２の範囲が３９８ｍＡ〜４５０ｍＡにあり、これら範囲のそれぞれには、第１のレーザパラメータ値の変化に伴うピーク位置の変化に連続傾向があり、ピーク強度が、閾値許容範囲以内（例えば、±１％以内、または±２％以内、または±５％以内、または±１０％以内、または±２０％以内等々）で同じままである。閾値許容範囲は、パーセンテージとなるように設定するか、または特定のピーク強度値に設定することができ（例えば、それは、０．１ｍＡ、または０．４ｍＡ、または１ｍＡ、または１．５ｍＡに設定することができる）、閾値の大きさは、例えば、実験精度を考慮して設定され得る。これらの範囲の最初のものが最大であるため、第１のレーザパラメータ１１２の動作値は、その範囲内の値に設定され得る。第１のレーザパラメータ値が３９８ｍＡ及び４５０ｍＡのときに、第１のレーザダイオード２１０の波長がモードホッピングしている。
【０１１３】
ここでも、ピーク位置のプロットに、新たな傾向線が時折出現し、これは、第１のレーザパラメータ値が増加するにつれてスペクトル枠が移動することの結果として、新たなピーク吸収がスペクトル枠に入ることにより生じること（図６に関して上述の通り）を見てとることができる。同様に、時折、傾向線が消失し、これは、第１のレーザパラメータ値が増加するにつれてスペクトル枠が移動することの結果として、ピーク吸収がスペクトル枠を出ることにより生じる。ここでも、ピーク位置のプロットには不連続がないため、これらが、第１のレーザパラメータ１１２の値の変化に伴う特定されたピーク位置の不連続を表すものではないことが理解される。同様に、対応するピーク強度の出現または消失は、図１０においてピーク強度のプロットで見ることができ、このピーク強度の出現または消失は、ピーク強度の変化として扱われるものではないため、閾値許容範囲を上回る量で変化したピーク強度値を表すものではない。
【０１１４】
図９で使用されたレーザデバイス１１０については、不安定さは、主に、レーザ光１１６における多重モード化によって生じている。図１０で使用されたレーザデバイス１１０については、不安定さは、主に、レーザ光１１６におけるモードホッピングによって生じている。しかしながら、一部のレーザデバイスについては、モードホッピング及び多重モード化の両方により不安定さが生じる場合があることが理解されるであろう。
【０１１５】
図９及び図１０の両方のピーク強度プロットにおいて、高いピーク強度（ピーク強度１７付近）でいくらかの分散が見られる。この分散は、ピーク発見アルゴリズムの不完全さによって生じる場合があり、これらは、より大きなピーク強度を有する吸収ピークで見られる。安定な領域では、この分散は、第１のレーザパラメータ値が増加する際も比較的一定のままであり、多重モード化の領域では、第１のレーザパラメータ値が増加すると非常に急速に変化することが理解されるであろう。したがって、上述のプロセスは、そのような分散が生じる場合ですら、依然として正しく機能する。一部のレーザデバイス１１０、及び／または一部のスペクトル枠、及び／または一部のピーク発見アルゴリズムについては、そのような分散作用は生じない場合がある。
【０１１６】
場合によっては、上述のプロセスを行った後に、それを繰り返してもよいが、工程Ｓ５５０及びＳ５６０で第１のレーザパラメータの値を（例えば、３４０から４６０ｍＡに）増加させるのではなく、（例えば、４６０から３４０ｍＡに）減少する。初見では、ピーク位置及びピーク強度のプロットは、第１のレーザパラメータ１１２を増加させたときと同じに見えることが予測され得る。
【０１１７】
しかしながら、ほとんどの場合、波長が安定化されたレーザダイオード（この実施例では第１のレーザダイオード２１０がそうである）は、ヒステリシス電流調整特性を有する傾向にある。結果として、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う特定されたピーク位置の変化に連続傾向がある（ならびに、場合によっては、特定された極値のそれぞれのピーク強度が閾値許容範囲内と同じものである、及び／または特定された極値数が予測される極値数に対応する）、第１のレーザパラメータ１１２の特定された値の範囲は、第１のレーザパラメータ１１２の値を増加させた場合とは異なる場合がある。
【０１１８】
この事例では、第１のレーザパラメータ１１２を増加させた場合、工程Ｓ５７０により、第１のレーザパラメータの変化に伴う特定されたピーク位置の変化に連続傾向がある（ならびに、場合によっては、特定された極値のそれぞれのピーク強度が閾値許容範囲内と同じものである、及び／または特定された極値数が予測される極値数に対応する）、第１のレーザパラメータ１１２の第１の値の範囲を特定することができる。第１のレーザパラメータ１１２を減少させた場合には、工程Ｓ５７０により、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴う特定されたピーク位置の変化に連続傾向がある（ならびに、場合によっては、特定された極値のそれぞれのピーク強度が閾値許容範囲以内である、及び／または特定された極値数が予測される極値数に対応する）、第１のレーザパラメータ１１２の第２の値の範囲を特定することができる。第１の範囲及び第２の範囲は、ヒステリシスに起因して異なる上限及び下限を有し得るが、ほとんどの部分が重複する傾向にある。したがって、第１のレーザパラメータ１１２の最終的な値の範囲が特定され、この最終的な値の範囲には、第１の値の範囲及び第２の値の範囲の両方に現れる第１のレーザパラメータ１１２の値の全てが含まれる。あるいは、第１のレーザパラメータ１１２の最終的な値の範囲が特定され、この最終的な値の範囲は、第１の値の範囲または第２の値の範囲のいずれかに現れる第１のレーザパラメータ１１２の値の全てが含まれる。工程Ｓ５８０において、第１のレーザパラメータ１１２の動作値が、特定された第１のレーザパラメータ１１２の最終的な値の範囲内に設定され得る。
【０１１９】
代替法では、プロセス工程Ｓ５１０〜Ｓ５６０は、第１のレーザパラメータ１１２の値を増加させることにより行うことができ、次いで、これらは、第１のレーザパラメータ１１２の値を減少させることにより繰り返されてもよい。いずれの結果も、次いで、単一のピーク位置プロットを作成し（第１のレーザパラメータ１１２の各値が、一方が第１のレーザパラメータ値を増加させた場合の特定された極値からのものであり、他方が第１のレーザパラメータ値を減少させた場合の特定された極値からのものである、少なくとも２つの対応する特定されたピーク位置を有する）、単一のピーク強度プロットを作成する（第１のレーザパラメータ１１２の各値が、一方が第１のレーザパラメータ値を増加させた場合の特定された極値からのものであり、他方が第１のレーザパラメータ値を減少させた場合の特定された極値からのものである、少なくとも２つの対応する特定されたピーク強度を有する）ことができるように、工程Ｓ５７０で合わされ得る。したがって、モードホッピング及び／または多重モード化が存在する第１のレーザパラメータ１１２のいずれの値も、モードホッピング及び／または多重モード化が第１のレーザパラメータ１１２の値の増加の際または第１のレーザパラメータ１１２の値の減少の際に検出されたかに関係なく、特定された範囲から除外される。
【０１２０】
第１のレーザパラメータ１１２の値を増加させ、その後に第１のレーザパラメータ１１２の値を減少させるのではなく、このプロセスは、代替として、第１のレーザパラメータ１１２の値を減少させ、その後に第１のレーザパラメータ１１２の値を増加させることによって行われてもよいことが理解される。さらなる代替法では、第１のレーザパラメータ１１２の値は、第１のレーザパラメータ１１２の値を増加させる後続プロセスなしに、減少させることもできる（例えば、ヒステリシスが問題でない場合）。
【０１２１】
上述の本発明の態様に対する種々の代替手段を、当業者であれば理解することができる。
【０１２２】
例えば、第１のレーザパラメータ１１２が第１のレーザダイオード２１０への注入電流であり、第２のレーザパラメータ１１４が第２のレーザダイオード２２０への注入電流である以外にも、多数の代替法が可能である。例えば、以下の代替法を実行することができる。
【０１２３】
2017049253.tif 000003
【０１２４】
この例では、第１のレーザダイオード２１０の動作温度は、上述のプロセスによって最適化されるであろう。第１のレーザダイオード２１０の注入電流は、任意の好適な値、例えば、４００ｍＡに設定することができる。
【０１２５】
さらなる代替法では、上述のプロセスは、第１のレーザパラメータ１１２が第１のレーザダイオード２１０の注入電流であり、第２のレーザパラメータ１１４が第２のレーザダイオード２２０の注入電流または温度であり、第１のレーザ温度が第１の値に設定されて、実行されてもよい。第１のレーザ温度は、次いで、増減させてもよく、上述のプロセスが繰り返される。第１のレーザダイオード２１０の注入電流及び温度の両方の動作値を最適化するために、特定されたピーク位置（及び場合によっては対応するピーク強度の測定値）の二次元マップを構築できるように、すなわち、特定されたピーク位置（及び場合によっては対応するピーク強度の測定値）が第１のレーザダイオード２１０の注入電流及び温度の両方に対してマッピングされるように、これを数回繰り返してもよい。あるいは、特定されたピーク位置（及び場合によっては対応するピーク強度の測定値）の二次元マップは、第１のレーザダイオード２１０の温度を第１のレーザパラメータ１１２として選択し、上述のプロセスの各繰り返しの後に第１のレーザ注入電流を増減させることによって、構築することができる。
【０１２６】
さらなる代替法では、以下が実行されてもよい。
【０１２７】
2017049253.tif 000004
【０１２８】
さらなる代替法では、以下が実行されてもよい。
【０１２９】
2017049253.tif 000005
【０１３０】
上述の例では第１のレーザダイオード２１０は、ＷＳレーザダイオードであり、第２のレーザダイオード２２０はＤＦＢレーザダイオードである。しかしながら、第１のレーザダイオード２１０がレーザダイオードの任意の形態であってもよく、第２のレーザダイオード２２０がレーザダイオードの任意の形態であってもよいことが理解される。第１のレーザダイオード２１０及び第２のレーザダイオード２２０は、両方が同じ種類のものであってもよく、あるいは異なる種類のものであってもよい。
【０１３１】
さらに、上述の例では、最適化されているレーザダイオード（第１のレーザダイオード２１０）から放出される光の波長は、スペクトルを取得するように連続的に走査されているレーザダイオード（第２のレーザダイオード２２０）から放出される光の波長よりも低い。しかしながら、代替法では、いずれかのレーザダイオードを最適化され得るが、他方のレーザダイオードはスペクトルを取得するように連続的に走査されること、ならびに最適化されているレーザダイオードから放出される光の波長が、スペクトルを取得するように連続的に走査されているレーザダイオードから放出される光の波長よりも高いかまたは低くなり得ることが、理解されるであろう。
【０１３２】
さらなる代替法では、第１のレーザパラメータ１１２及び第２のレーザパラメータ１１４の両方が、第１のレーザダイオード２１０に適用されてもよい。例えば、以下のようになる。
【０１３３】
2017049253.tif 000006
【０１３４】
あるいは
【０１３５】
2017049253.tif 000007
【０１３６】
これらの事例では、第２のレーザダイオード２２０は、一定の注入電流及び温度に保たれ得る。
【０１３７】
さらなる代替法では、第１のレーザパラメータ１１２及び第２のレーザパラメータ１１４の両方が、第２のレーザダイオード２２０に適用されてもよい。例えば、以下のようになる。
【０１３８】
2017049253.tif 000008
【０１３９】
あるいは
【０１４０】
2017049253.tif 000009
【０１４１】
これらの事例では、第１のレーザダイオード２１０は、一定の注入電流及び温度に保たれ得る。
【０１４２】
上述の例では、レーザデバイス１１０は、第１のレーザダイオード２１０と第２のレーザダイオード２２０とを備える。しかしながら、代替法では、１つのレーザダイオードのみを備えてもよく、上述のプロセスを用いて、レーザダイオードの動作点を最適化することができる。例えば、単一のレーザダイオードを、キャビティリングダウン分光計または軸外統合キャビティ出力分光計に使用してもよい。この事例では、試料ガスを分析している場合のレーザ吸収分光計１００の通常の動作下において、試料ガスの吸収ピークにわたってレーザ光１１６を走査するために、第１のレーザパラメータ１１２は固定されたままであり、第２のレーザパラメータ１１４は変動する（例えば、上向きまたは下向きの勾配）。第１のレーザパラメータ１１２は、レーザダイオードのダイオード温度であり得、第２のレーザパラメータ１１４は、レーザダイオードの注入電流であり得る。勾配のついた電流（増加勾配または減少勾配のいずれか）が、次いで、第２のレーザパラメータ１１４に適用され得、第１のレーザパラメータ１１２の温度値は、上述のように段階的に増加（または減少）され得る。第１のレーザパラメータ１１２（レーザダイオードの温度）の最適な動作値が、そのようにして特定され得る。さらなる代替法では、第１のレーザパラメータ１１２は、レーザダイオードへの注入電流であり得、第２のレーザパラメータ１１４は、レーザダイオードの温度であり得る。さらに、上述のように、レーザダイオードの注入電流及び温度の両方の動作値を最適化するために、特定されたピーク位置（及び場合によっては対応するピーク強度の測定値）の二次元マップを構築することができる。
【０１４３】
場合によっては、レーザ吸収分光計１００は、上述のプロセスの一部として使用することができるエタロンをさらに備えてもよい。この事例では、レーザ吸収分光計１００は、レーザ光１１６の経路がマルチパスミラー１４０から、エタロンを通って光強度検出器１２０に入るように、分割（または分岐）される。試料ガスは、吸収セル１３０内に格納されるように要求されないであろう。エタロンは、分光計のスペクトル枠内に複数の透過（または反射）極大値（または極小値）を有するように構成される。したがって、光強度検出器１２０で受容されたレーザ光は、予測可能なスペクトルを有するはずであり、強度は、規定の波長間隔（これは、典型的にはエタロンのフリースペクトル範囲（ＦＳＲ）と称される）で分離した波長で、極大値（または極小値）を有する。そのため、レーザ光１１６がモードホッピング及び／または多重モード化を受けると、これが、上述のものに類似の方式でエタロンから透過される（または反射される）レーザ光における極値のピーク位置及び極値の数に影響を及ぼすことになる。したがって、第１のレーザパラメータ１１２の変化に伴うピーク位置の変化の不連続性を特定することにより、エタロンを使用してモードホッピングを特定することができる。特定する必要のある極値の数はエタロンに関して良好に定義されることになるため、多重モード化もまた特定することができ、そのため、特定された極値数が予測数と異なる場合、多重モード化が特定され得る。したがって、各特定された極値のピーク強度の測定値を取得する必要なしに、また試料ガスまたは波長軸上のスペクトル枠の正確な位置に関する情報を全く必要とすることなしに、安定な領域を特定することができる。
【０１４４】
上記では、光強度の測定値１２２は、一般に、レーザ光の透過率として記載されている。しかしながら、それは、光強度検出器１２０によって受容された光の光パワーと、レーザデバイス１１０から放出された光の光パワーとの比を示す任意の測定値であってもよい。例えば、これは、光強度検出器１２０によって受容される光の光パワーと、レーザデバイス１１０から放出される光の光パワーとの比、または光強度検出器１２０によって受容される光の強度と、レーザデバイス１１０から放出される光の強度との比、またはレーザデバイス１１０から放出され、次いで光強度検出器１２０で受容される光の光パワーまたは強度の割合等々であってもよい。
【０１４５】
さらに、上記では、ピーク強度は、通常、極値のピーク面積であるとして記載されている。しかしながら、任意の好適なピーク強度の測定値が使用されてもよいことが理解されるであろう。例えば、それは、ピーク面積から導出された値であってもよい。あるいは、それは、吸収ピークのピーク高さであってもよく、これは、吸収ピークの最大吸収率、または吸収ピークの最小透過率、または吸収ピークの極小もしくは極大受容シグナル強度、または受容光強度、または検出器電圧、または受容光パワー等であってもよい。あるいは、ピーク強度は、吸収ピークのピーク高さから導出された値であってもよい。あるいは、ピーク強度は、ピーク高さ及びピーク面積から導出された値であってもよい。
【０１４６】
上記では、ピーク位置は、特定された吸収ピークに対応する第２のレーザパラメータ値である。代替法では、それは、スペクトル枠内のある点、例えば、波長下限λLまたは波長上限λUに対する、特定された極値の波長であり得る。それが波長下限λLに対する波長である場合、第１のレーザパラメータ１１２の値が増加するため、ピーク位置は減少することになり、結果として、第１のレーザパラメータ値に対するピーク位置のプロット（図７及び図８のプロット７１０を参照されたい）に負の勾配を有する傾向線が生じる。
【０１４７】
相対波長によるピーク位置の特定は、第１のレーザダイオード２１０がモードホッピングのみを受け、多重モード化は起こらない場合に有用であり得る。これは、多重モード化している場合、第１のレーザダイオード２１０は、複数の光学周波数で光を放出し得、これにより相対波長の判定値が不正確となるためである。
【０１４８】
第２のレーザパラメータ値によるピーク位置の特定は、第１のレーザダイオード２１０がモードホッピング及び多重モード化の両方を受ける場合に有用であり得る。これは、同じ第２のレーザパラメータ１１４の値の範囲が、第１のレーザパラメータ１１２の各値に適用され、第２のレーザパラメータ１１４の値を使用してピーク位置を特定することが、絶対であることを意味するためである。したがって、第２のレーザパラメータ値によるピーク位置の特定が、第１のレーザダイオード２１０が受け得る不安定性の種類に関係なく、ピーク位置の正確な表示を提供することになるため、好ましい場合がある。さらに、これは、レーザ光１１６の正確な波長または波長上限λUもしくは波長下限λLに対するレーザ光１１６との差に関して、いかなる知識または推定も必要としない。
【０１４９】
レーザ吸収分光計１００は、任意の種類のレーザ吸収分光計であってもよく、これは、任意の種類の試料ガス、例えば、Ｈ2Ｏ、ＣＨ4、及びＮ2Ｏを分析するように構成され得る。これらの主要な温室効果ガスの同位体比及び濃度の測定値は、それらの供給源及びシンクに関する貴重な情報を提供し得る。Ｈ2Ｏ同位体比の分析はまた、全地球水循環の理解を助け得、ＣＨ４同位体比の分析は、水圧破砕現場での掘削を監視するために使用することができる。光吸収分光計１００はまた、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）または塩化水素（ＨＣｌ）等の有害なガスの濃度を測定するために、工業プロセスの監視に使用することもできる。光吸収分光計１００はまた、ホルムアルデヒド等の有害なガスの検出に使用することもできる。
【０１５０】
上記では、レーザデバイス１１０は、中赤外スペクトル内の波長でレーザ光１１６を放出する。しかしながら、上述のプロセスは、任意の波長でレーザ光１１６を放出する任意の種類のレーザデバイス１１０に適用されてもよい。例えば、レーザデバイス１１０は、１〜２．５μｍの近赤外領域内の波長でレーザ光１１６を放出してもよく、あるいは紫外（ＵＶ）波長（例えば、ホルムアルデヒドの検出については）等でレーザ光１１６を放出してもよい。
【０１５１】
上記では、特定される極値は、常に、光強度の測定値１２２の極限値である。しかしながら、これは、代替として、光強度の測定値１２２の極大値であってもよい（例えば、光強度の測定値１２２が吸収率である場合）。さらに、第１のレーザパラメータ１１２の各値に複数の極値が特定される場合、特定される極値のそれぞれは、極大値または極小値であり得る。
【０１５２】
上記では、注入電流の連続的な勾配が、第２のレーザパラメータ１１４に適用される。したがって、第２のレーザパラメータ１１４の値の範囲は、連続した範囲となる。しかしながら、第２のレーザパラメータ１１４の値の範囲が別個の値のセット（例えば、連続する範囲）となるように、注入電流の別個の変化が第２のレーザパラメータ１１４に適用され得ることが理解されるであろう。
【０１５３】
図７、図８、図９、及び図１０において、第１のレーザパラメータ値のわずかな増加に伴いピーク位置に急激な減少がある場合に、不連続が生じる。しかしながら、不連続は、第１のレーザパラメータ値のわずかな増加に伴いピーク位置に急激な上昇がある場合にも生じ得る。そのような不連続も、第１のレーザダイオード２１０におけるモードホッピングを示す。
【０１５４】
上記では、第２のレーザパラメータ１１４の値が増加している（上向きの勾配）。しかしながら、代替として、減少してもよい（例えば、下方向の勾配、または第２のレーザパラメータ１１４の値の繰り返される別個の低減）ことが理解されるであろう。この事例では、第２のレーザパラメータ１１４の値の減少は、結果として、レーザ光１１６の波長の増加をもたらすことになる。いずれにせよ、レーザ光１１６のスペクトル枠は同じままであり、第２のレーザダイオード２２０から放出される光の波長の下方向の勾配に起因して、レーザ光の波長が波長下限λLから波長上限λUへと増加することだけが異なる。
【０１５５】
上記の説明において、レーザデバイス１１０はＤＦＧ型レーザであり、レーザ光１１６の光学周波数は、第１のレーザダイオード２１０の光学周波数と第２のレーザダイオード２２０の光学周波数との差である（第２のレーザダイオード２２０から放出されるレーザ光の周波数を、第１のレーザダイオード２１０から放出されるレーザ光の周波数から差し引く）。上述の一例では、第１のレーザパラメータ１１２は、第１のレーザダイオード２１０の温度であり、第２のレーザパラメータ１１４は、（第２のレーザダイオード２２０の注入電流ではなく）同じレーザダイオード２１０の注入電流である。この場合において、第１のレーザダイオードの波長が増加すると（第２のレーザパラメータ１１４の値の上方向の勾配により）、レーザ光１１６の波長も同様に増加することになる。したがって、図３のプロット３３０における勾配は、正の勾配を有し、第２のレーザパラメータが下限値Ｌから上限値Ｕへと増加すると、レーザ光１１６の波長が波長下限λLから波長上限λUへと増加する。同様に、第１のレーザパラメータ１１２の値（第１のレーザダイオードの温度）が増加すると、レーザ光１１６の波長もまた増加する。したがって、図６に示されるプロットにあるように、第１のレーザパラメータ１１２が増加すると、スペクトル枠は右にシフトすることになる。しかしながら、図６に示されるプロットとは異なり、第２のレーザパラメータ値のＬからＵへの増加の方向は、第２のレーザパラメータの値の増加がレーザ光１１６の波長の増加をもたらす結果として、左から右に進むことになる。特定される極値６９０は、したがって、第１のレーザパラメータ値が増加すると、第２のレーザパラメータ１１４の下限値に生じることになる。結果として、第１のレーザパラメータ値に対するピーク位置のプロットは、傾向線がプロット７１０に示される正の勾配ではなく負の勾配を有することになる以外は、図７及び８のプロット７１０のものに非常によく類似したものとなる。いずれにせよ、多重モード化及び／またはモードホッピングは、依然として、上述のように特定可能であり、結果として、ＤＦＧ型レーザデバイスにおける、第１及び第２のレーザパラメータそれぞれ１１２及び１１４の具体的な選択に関係なく、レーザデバイス１１０の動作値を最適化する上述のプロセスが効果的に機能する。
【０１５６】
したがって、第１のレーザパラメータ値に対するピーク位置のプロットにおける傾向線が、レーザデバイスの種類、レーザデバイスのどのレーザダイオードが第１のレーザダイオードであり、どれが第２のレーザダイオードであるか（レーザデバイスが２つのレーザダイオードを備える場合）、ならびに／または第１及び第２のレーザパラメータが何であるかに応じて、正の勾配または負の勾配を有し得ることが理解されるであろう。いずれにせよ、多重モード化及び／またはモードホッピングは、依然として、上述のように特定可能であり、結果として、レーザデバイス１１０の動作値を最適化する上述のプロセスが効果的に機能する。
【０１５７】
さらに、レーザデバイス１１０は、代替として、レーザ光１１６の光学周波数が、第１のレーザダイオード２１０と第２のレーザダイオード２２０の光学周波数の合計である、和周波数発生（ＳＦＧ）型レーザであってもよい。この場合において、第２のレーザダイオードの波長が増加すると（第２のレーザパラメータ１１４の値の上方向の勾配により）、レーザ光１１６の波長も同様に増加することになる。したがって、図３のプロット３３０における勾配は、正の勾配を有し、レーザ光１１６の波長は、時間とともに、波長下限λLから波長上限λUへと増加する。同様に、第１のレーザパラメータ１１２の値が増加すると、レーザ光１１６の波長もまた増加することになる。したがって、図６に示されるプロットでは、第１のレーザパラメータ１１２が増加すると、スペクトル枠は右にシフトすることになる（図６に示されるように）。しかしながら、第２のレーザパラメータ値のＬからＵへの増加の方向は、第２のレーザパラメータの値の増加がレーザ光１１６の波長の増加をもたらす結果として、（図６に示される右から左ではなく）左から右に進むことになる。結果として、第１のレーザパラメータ値に対するピーク位置のプロットは、傾向線がプロット７１０に示される正の勾配ではなく負の勾配を有することになる以外は、図７及び図８のプロット７１０のものに非常によく類似したものとなる。いずれにせよ、多重モード化及び／またはモードホッピングは、依然として、上述のように特定可能であり、結果として、レーザデバイス１１０がＳＦＧまたはＤＦＧ型のものであるかに関わらず、レーザデバイス１１０の動作値を最適化する上述のプロセスが効果的に機能する。
【０１５８】
さらに、レーザデバイス１１０は、単一のレーザダイオードを備え、第１のレーザパラメータ値及び第２のレーザパラメータ値のいずれかにおける増加が、レーザ光１１６の波長の増加をもたらす。この状況は、ＳＦＧ型レーザに関しても同じであり、ＳＦＧ型レーザに関する上述の説明は、単一のレーザダイオードを備えるレーザデバイス１１０に同等に適用される。
【０１５９】
上記に開示される態様では、レーザデバイス１１０は、第１のレーザダイオード２１０と第２のレーザダイオード２２０とを備える。しかしながら、レーザデバイス１１０は、任意の種類の１つ以上のレーザ、例えば、ガスレーザ、ソリッドステートレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ等の任意の種類であってもよく、上記に開示されたプロセスは、これらのレーザのいずれか１つ以上の動作値を最適化するために使用される。
【０１６０】
上記では、コントローラ１７０が、光強度の測定値１２２を受容し、第１のレーザパラメータ１１２及び第２のレーザパラメータ１１４の値を調節し、第１のレーザパラメータ１１２の最適な値を特定し、それをレーザデバイス１１０に適用させる。しかしながら、このプロセスは、レーザ吸収分光計１００の一部であってもそうでなくてもよい。任意の電子デバイスによって行われてもよい。例えば、第１のレーザパラメータ１１２の複数の値のそれぞれに関して、第２のレーザパラメータ１１４の値の範囲にわたって、光強度検出器１２０で受容された光強度の測定値１２２を取得するように構成される、デスクトップコンピュータ、またはラップトップコンピュータ、またはタブレットコンピュータ、またはスマートフォン等の携帯デバイスで行われ得る。これは、コントローラ１７０との有線または無線接続を介して取得され得る。電子デバイスは、プロセスの一部として第１及び／または第２のレーザパラメータの値を調節するように構成され得るか、あるいは第１及び／または第２のレーザパラメータの値の調節は、コントローラ１７０によって行われてもよい（例えば、コントローラ１７０は、上述のように第１及び／または第２のレーザパラメータの調節を行い、次いで、単純に、第１のレーザパラメータ１１２の最適な値を決定するために、電子デバイスが上述の分析を行うことができるように、電子デバイスに光強度の測定値１２２のデータを提供するように構成され得る）第１のレーザパラメータ１１２の動作値を設定する際、電子デバイスは、動作値をレーザデバイス１１０に適用し、かつ／または設定した動作値がレーザ吸収分光計の操作者によりレーザデバイス１１０に適用され得るように、それを表示し、かつ／または設定した動作値がコントローラ１７０によりレーザデバイス１１０に適用され得るように、それをコントローラ１７０に受け渡すように構成され得る。
【０１６１】
電子デバイスは、プロセッサとソフトウェアプログラムを記憶するメモリとを含み得、このソフトウェアプログラムは、プロセッサによって実行されると、プロセッサ、及びしたがって電子デバイスに、上記に開示される方法を行わせる。あるいは、電子デバイスは、上記に開示される方法を他の手段によって行うように構成されてもよく、例えば、それは、上記に開示される方法を行うように構成されるプログラム可能な論理を含んでもよい。
【０１６２】
本開示はまた、電子デバイスのプロセッサで実行されると、本開示の上記に開示される方法を行うように構成される、ソフトウェアプログラム（またはコンピュータプログラム）を提供する。コンピュータプログラムを保持する記憶媒体及び伝送媒体は、本発明の態様を形成することが理解される。コンピュータプログラムは、コンピュータによって実行されると上記に開示される本発明の態様を行う、１つ以上のプログラム命令、またはプログラムコードを有し得る。本明細書に使用される「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は、コンピュータシステムで実行するように設計される命令シーケンスであり得、これには、サブルーチン、関数、プロシージャ、モジュール、オブジェクトメソッド、オブジェクト実装、実行可能なアプリケーション、アプレット、サーブレット、ソースコード、オブジェクトコード、共有ライブラリ、ダイナミックリンクライブラリ、及び／またはコンピュータシステムで実行するように設計される他の命令シーケンスが含まれ得る。記憶媒体は、磁気ディスク（ハードドライブもしくはフロッピーディスク等）、光学ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、もしくはＢｌｕＲａｙディスク等）、またはメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、Ｆｌａｓｈメモリ、もしくはポータブル／リムーバブルメモリデバイス等）等であり得る。伝送媒体は、通信シグナル、データ放送、２つ以上のコンピュータ間の通信リンク等であり得る。
【０１６３】
したがって、本開示は、レーザデバイス１１０の動作点を、レーザ吸収分光計１００の寿命の間、どの時点においても、安定性に関して最適化するための技法を提供することがわかる。したがって、レーザデバイス１１０が古くなったときに、それが安定な単一周波数の領域内にとどまることを確実にするようにその最適な動作点を特定し、それによってレーザ吸収分光計１００からの測定値の正確さを長期にわたり維持することができる。
【０１６４】
本開示に提供される技法は、追加のハードウェアを必要せず、かつ特定の分子吸収ピークを有する特定の較正用ガスの使用に依存しない（すなわち、分光計のスペクトル枠内に少なくとも１つの吸収ピークを有する任意のガスを使用することができ、そのガスの分子吸収ピークに関して、それ以外に事前にわかっている必要はない）。このプロセスは、ピーク発見アルゴリズム、及び場合によってはピーク当て嵌めアルゴリズムを利用し得、これは、コントローラ１７０及び／または電子デバイスが、試料ガスの分析の目的で既に有している可能性が高く、そのため既存のソフトウェアモジュールを再利用することができる。
【０１６５】
有利なことに、第１のレーザパラメータ１１２の動作値を最適化する上述のプロセスは、短期間、例えば、１０分未満で行うことができる。このプロセスは、定期的にレーザ吸収分光計１００で実行されるように手配することができ、その定期性は、ユーザによって選択することができる。例えば、プロセスは、１ヶ月に１回、またはそれよりも多いかもしくは少ない頻度で自動的に実行されるように手配することができる。このようにすることで、レーザデバイス１１０の動作点は、レーザデバイス１１０が古くなっていく際にも、最適となるかまたは最適に近くなるように自動で維持することができる。
【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】
2017049253.tif 000017
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
2017049253000001.pdf