(57)【要約】  本発明は、電磁波をキャビティ内に導くように配置された横方向キャビティを含むガイド（２００）を備えた高フィネスファブリペローキャビティ（１００）（ＴＨｚ範囲で使用するため）に関する。本発明はまた、そのようなファブリペローキャビティを含む装置を実施するための方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のリフレクタ（１１）および第２のリフレクタ（１２）と、
前記第１のリフレクタ（１１）によって形成される入口（Ｅ１）と、前記第１のリフレクタ（１１）または前記第２のリフレクタ（１２）によって形成される出口（Ｓ１）と、を含むファブリペローキャビティ（１００）であって、前記第１のリフレクタ（１１）および前記第２のリフレクタ（１２）で区切られた長さを有するファブリペローキャビティ（１００）と、
を含む装置であって、
前記装置はまた、
前記ファブリペローキャビティ（１００）の前記入口（Ｅ１）で、１００μｍを超え、および／または３ｍｍ未満の波長λの電磁波を放射するように配置されたエミッタ（１３）と、
前記ファブリペローキャビティ（１００）の前記入口（Ｅ１）から前記出口（Ｓ１）まで前記ファブリペローキャビティ（１００）内の前記電磁波を伝播するように配置されたガイド（２００）と、
前記ファブリペローキャビティ（１００）の前記出口（Ｓ１）を介して出る前記電磁波を検出するように配置されたセンサ（１４）と、を含み、
前記ガイド（２００）は、長手方向（Ｄ１）に延在する中空管を形成し、前記管の内側は、前記ファブリペローキャビティ（１００）内の前記電磁波を誘導するように配置された横方向キャビティ（２ａ、２ｂ、２ｃ）を含むことを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記横方向キャビティ（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、前記第１のリフレクタと前記第２のリフレクタ（１２）との間でピッチＰだけ離間している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各ピッチＰはλ／３±３０％に等しい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
各横方向キャビティ（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、λ／６±３０％に等しい、前記ガイド（２００）の前記長手方向（Ｄ１）に平行に規定される長さｗを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記長さｗは前記ピッチＰの半分以下である、請求項２または３に従属するとみなされる請求項４に記載の装置。
【請求項６】
各横方向キャビティ（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、λ／４±２０％に等しい、前記ガイド（２００）の前記長手方向（Ｄ１）に垂直に規定される厚さｄを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記管（２００）は１０λより大きい最小内径ａを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のリフレクタ（１１）および前記第２のリフレクタ（１２）は、それぞれ誘導性グリッドまたは容量性グリッドを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記ファブリペローキャビティ（１００）の前記長さを変化させるために、前記第１のリフレクタ（１１）および前記第２のリフレクタ（１２）の少なくとも一方の前記長手方向（Ｄ１）の並進運動を提供するように配置された少なくとも１つのアクチュエータ（３１、３２）をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記エミッタ（１３）は、前記波長λを変化させるように配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記エミッタ（１３）および前記少なくとも１つのアクチュエータ（３１、３２）を駆動するように配置および／またはプログラムされた制御手段（４０）をさらに含み、
前記エミッタ（１３）から放射される前記電磁波の前記波長λを変化させ、
前記波長λの変化中に前記センサ（１４）により受信された信号を受信し、
前記センサ（１４）により受信された前記信号の振幅または電力または強度を最大化するように、前記センサ（１４）により受信された前記信号の関数として前記ファブリペローキャビティ（１００）の前記長さを制御するようにする、請求項９に従属するとみなされる請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
いくつかの物質を参照するデータベースをさらに含み、前記センサ（１４）により受信された信号を前記データベースで処理する機能として、前記ファブリペローキャビティ（１００）に収容された少なくとも１つの物質に関するデータを提供するように配置および／またはプログラムされた処理手段を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記ファブリペローキャビティ（１００）内の圧力を測定および／または調整するための手段をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ファブリペローキャビティ（１００）への前記電磁波の進入前および／または前記ファブリペローキャビティ（１００）からの前記電磁波の放出後に前記電磁波のモードを変換するための変換手段をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記変換手段は、
前記エミッタ（１３）によって放射された、および／または前記センサ（１４）によって検出された前記電磁波の前記モードが、ＴＥＭ００モードであり、および／または、
前記ファブリペローキャビティ（１００）内の前記電磁波の前記モードはＨＥ１１モードであるように配置される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
装置で実施される方法であって、前記装置は、
第１のリフレクタ（１１）および第２のリフレクタ（１２）と、
前記第１のリフレクタ（１１）によって形成される入口（Ｅ１）と、前記第１のリフレクタ（１１）または前記第２のリフレクタ（１２）によって形成される出口（Ｓ１）と、を含むファブリペローキャビティ（１００）であって、前記第１のリフレクタ（１１）および前記第２のリフレクタ（１２）で区切られた長さを有するファブリペローキャビティ（１００）と、を含み、
前記方法は、
前記ファブリペローキャビティ（１００）の前記入口（Ｅ１）で１００μｍを超え、および／または３ｍｍ未満の波長λの電磁波を放射するステップであって、この放射は前記エミッタ（１３）によって実行される、ステップと、
前記ファブリペローキャビティ（１００）内の前記電磁波を、前記ファブリペローキャビティ（１００）の前記入口（Ｅ１）から前記出口（Ｓ１）まで伝播させるステップであって、この伝播は、ガイド（２００）によって実行され、前記ガイド（２００）は、長手方向（Ｄ１）に延在する中空管を形成し、前記管の内側は横方向キャビティ（２ａ、２ｂ、２ｃ）を含むステップと、
前記横方向キャビティ（２ａ、２ｂ、２ｃ）による前記ファブリペローキャビティ（１００）内の前記電磁波を誘導するステップと、
前記ファブリペローキャビティ（１００）の前記出口（Ｓ１）を介して出る前記電磁波を検出するステップであって、この検出は、好ましくはセンサ（１４）によって実行される、ステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記ガイド（２００）の損失および／または前記リフレクタ（１１、１２）の少なくとも一方もしくは各々の反射率の測定を含み、前記測定は、好ましくは、
前記同じリフレクタ（１１、１２）および前記同じタイプのガイド（２００）を使用するが、前記２つのリフレクタを分離する２つの異なる長さによる、本発明による１つまたは複数の装置のフィネスの２つの測定と、
これらの２つのフィネス測定から、前記ガイドの前記損失および／または前記リフレクタの少なくとも一方もしくは各々の反射率を、通常は２つの未知数を有する２つの方程式系の解によって計算することと、
による、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉分光法の分野に関し、より具体的には、ファブリペローキャビティ、ならびにそのための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁スペクトルの種々の領域を探索することを可能にするファブリペロー共振器は、先行技術の状態で公知である。
【０００３】
最近、科学界は、ファブリペロー共振器のフィネスを高めて、電磁波のテラヘルツ周波数（ＴＨｚ）の分野、すなわち、３ｍｍ〜０．１ｍｍを含む真空波長に対応する、典型的には１００〜３０００ＧＨｚの周波数スペクトルの分野を探索しようとしている。特に、次の文献では、１００〜３０００ＧＨｚのファブリペロー共振器のフィネスを改善する装置について記載している。
ＤｅＰｒｉｎｃｅ  ｅｔ  ａｌ．（２０１３）Ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ  ｈｉｇｈ−ｆｉｎｅｓｓｅ  ｃａｖｉｔｙ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｆａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ，Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｖｏｌ．８４（７）、
Ｂｒａａｋｍａｎ  ａｎｄ  Ｂｌａｋｅ（２０１１）Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  ｐｒｏｍｉｓｅ  ｏｆ  Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ  ａｔ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．１０９（６）。
【０００４】
しかしながら、先行技術の状態で公知のファブリペロー共振器は、１００〜３０００ＧＨｚで２５０を超えるフィネスに到達することを可能にしない。
【０００５】
本発明の目的は、特に、テラヘルツ波の分野におけるファブリペローキャビティのフィネスを改善することである。
【発明の開示】
【０００６】
この目的のために、本発明は装置を提案し、本装置は、
第１のリフレクタおよび第２のリフレクタと、
第１のリフレクタによって形成される入口と、第１のリフレクタまたは第２のリフレクタによって形成される出口と、を含むファブリペローキャビティであって、第１のリフレクタおよび第２のリフレクタで区切られた長さを有するファブリペローキャビティと、
ファブリペローキャビティの入口で１００μｍを超える、および／または３ｍｍ未満の波長λの電磁波を放射するように配置されたエミッタと、
ファブリペローキャビティの入口から出口までファブリペローキャビティ内の電磁波を伝播するように配置されたガイドと、
ファブリペローキャビティの出口を介して出る電磁波を取り込むように配置されたセンサと、を含み、
ガイドは、長手方向に延在する中空管を形成し、管の内側は、ファブリペローキャビティ内の電磁波を誘導するように配置された横方向キャビティを含む。
【０００７】
本文書全体を通して、実際にこの波が真空中を伝播しない場合であっても、波に関して考慮中の各波長λは「真空」波長であり、したがって、以下の関係に従う。
【数１】
2020525791.tif 000003
ここで、Ｃは真空中の光の速度であり、ｖはこの波の周波数である。
【０００８】
したがって、ガイドは、横方向キャビティ、特に長手方向に互いに続く横方向キャビティを備えた管を形成する。言い換えれば、本発明による装置は、ファブリペローキャビティの内側に位置する波状ガイドを含む。
【０００９】
本発明によるこのような装置は、従来技術の状態で公知の装置に対してフィネスを高めることを可能にする。
【００１０】
特に、本発明によるこのような装置は、ガイドの最小損失モードで電磁波を閉じ込めることができ、したがって、回折による放射損失を回避することを可能にする。
【００１１】
本発明によるこのような装置は、従来技術のファブリペロー共振器によってもたらされる位置合わせの困難を回避または制限することも可能にする。
【００１２】
さらに、本発明によるこのような装置は、１００〜３０００ＧＨｚの領域で動作する従来技術のファブリペロー共振器に対して比較的簡単な設計である。
【００１３】
好ましくは、ガイドおよび／または管の内側は、長手方向に平行な対称軸の周りに回転対称性を有することができる。
【００１４】
横方向キャビティはそれぞれ、管の内周全体にわたって管に作られた溝から構成することができる。
【００１５】
このようなガイドにより、電磁波を閉じ込め、回折による損失を回避することができる。
【００１６】
一実施形態では、そのようなガイドは、湾曲ミラーの代わりにリフレクタとして、ＴＨｚに理想的な高反射率グリッドを使用することを可能にする。湾曲ミラーは、実際、電磁波を閉じ込めて回折損失を減らすことができるが、ＴＨｚに対して十分な反射率では使用できない。
【００１７】
そのようなガイドは大気圧で使用することができるが、例えばガス検出を実行するために、閉じたキャビティ（好ましくは真空下）を有することも可能にする。
【００１８】
この周波数範囲で重大な回折損失を減らすことにより、アセンブリは、この周波数範囲でこれまでに実証されなかった著しいフィネスに到達することができる。したがって、そのようなガイドは、電磁波の伝播損失を低減することを可能にし、したがって、本発明による装置の良好な性能に直接寄与する。
【００１９】
好ましくは、エミッタは、ファブリペローキャビティの入口で、波長λが１００μｍより大きく、かつ／または９００μｍ未満、例えば５００μｍ±１０％に等しい電磁波を放射するように配置することができる。
【００２０】
横方向キャビティの寸法と配置は、好ましい波長λの関数として理想的に決定される。
【００２１】
好ましくは、横方向キャビティは、第１のリフレクタと第２のリフレクタとの間のピッチＰだけ離間させることができる。
【００２２】
言い換えれば、２つの隣接する横方向キャビティは、ピッチＰだけ離間させることができる。
【００２３】
すべてのキャビティについて、このピッチＰは、好ましくは一定であるか、平均値±３０％またはさらに好ましくは±１５％付近で実質的に一定である。
【００２４】
第１のリフレクタと第２のリフレクタとの間で、横方向キャビティは一定のピッチＰで規則的に離間させることができる。
【００２５】
本発明による装置が設計される際に、各ピッチＰまたはピッチＰの平均値は、実施することが望まれる波長λの関数として決定されることが好ましい。
【００２６】
各ピッチＰは、λ／５より大きく、かつ／またはλ／２より小さく、ならびに／あるいはλ／３±３０％（λ／３−３０％＜Ｐ＜λ／３＋３０％）またはさらに好ましくは±１５％（λ／３−１５％＜Ｐ＜λ／３＋１５％）に等しくすることができる。
【００２７】
したがって、一実施形態では、各ピッチＰは、１００μｍより大きく、かつ／または２５０μｍより小さく、好ましくは１１６μｍより大きくかつ／または２１６μｍより小さくすることができる。好ましくは、各ピッチＰは、１２０μｍ±２０％、またはさらに好ましくは±１０％に等しくすることができる。
【００２８】
各横方向キャビティは、好ましくは、ガイドの長手方向に平行に規定される長さｗを有することができる。異なるキャビティのすべての長さｗは、好ましくは互いに等しく、任意選択で±２０％、またはさらに好ましくは±１０％である。本発明による装置が設計される際に、長さｗは、実施することが望まれる波長λの関数として決定されることが好ましい。
【００２９】
各キャビティの長さｗは、λ／１０より大きく、かつ／またはλ／４より小さく、ならびに／あるいはλ／６±３０％またはさらに好ましくは±１５％に等しくすることができる。
【００３０】
各キャビティｗの長さは、λ／６以下にすることができる。
【００３１】
したがって、一実施形態の例では、各キャビティの長さｗは、５０μｍより大きく、かつ／または１２５μｍより小さく、好ましくは６０μｍ±２０％、もしくはさらに好ましくは±１０％に等しくすることができる。
【００３２】
各キャビティｗの長さは、好ましくは、この同じキャビティをその隣接するキャビティから分離する各ピッチＰの半分以下である。
【００３３】
各横方向キャビティは、好ましくは、ガイドの長手方向に垂直に規定される厚さｄを有することができる。
【００３４】
異なるキャビティのすべての厚さｄは、好ましくは互いに等しく、任意選択で±２０％、またはさらに好ましくは±１０％である。
【００３５】
本発明による装置が設計される際に、厚さｄは、実施することが望まれる波長λの関数として決定されることが好ましい。
【００３６】
各キャビティの厚さｄは、λ／８より大きく、かつ／またはλ／２より小さく、ならびに／あるいはλ／４±２０％、またはさらに好ましくは±１０％に等しくすることができる。
【００３７】
したがって、一実施形態では、各キャビティの厚さｄは、１００μｍより大きく、かつ／または２００μｍより小さく、好ましくは１２５μｍ±２０％、もしくはさらに好ましくは±１０％に等しくすることができる。
【００３８】
管に関して、これは１０λを超える最小内径ａを有することができ、この場合、それは特大のガイドとして公知である。
【００３９】
したがって、特にλ＝５００μｍの実施態様では、最小内径ａは１０ｍｍを超えることがある。
【００４０】
最小内径は、長手方向に垂直で、横方向キャビティを通過しない切断面内の管の内径として定義される。
【００４１】
管の内部断面は、様々な形をとることができる。「管の内部断面」という表現は、長手方向に垂直であり、横方向キャビティを通過しない前記切断面における管の内部断面を意味する。
【００４２】
好ましくは、管は円形の内部断面を有することができる。
【００４３】
円形の内部断面を有する管は、設計を簡素化し、および／またはコストを削減することを可能にする。
【００４４】
あるいは、管は、任意の内部断面（例えば、正方形または長方形）を有することができる。そのような場合、本明細書では、前記最小内径は、長手方向に垂直で横方向キャビティを通過しない前記切断面で考えられる最小の管の内側の寸法に対応する。例えば、正方形断面の管の場合、前記最小内径は正方形の片側の寸法に対応する。長方形断面の管の場合、前記最小内径は長方形の最小辺の寸法に対応する。
【００４５】
第１のリフレクタおよび第２のリフレクタはそれぞれ誘導性グリッドを含むことができる。
【００４６】
通常、このような誘導性グリッドは、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを含む。
【００４７】
例えば、誘導性グリッドは、銅から作られ、および／または１．６μｍの厚さ、セル間の１６．９μｍのピッチおよび／または８．４μｍのセル幅を有することができる。
【００４８】
このような誘導性グリッドにより、優れた反射率を有することができる。
【００４９】
このような誘導性グリッドは、電界の方向に依存しない透過係数を有することを可能にするが、張力のかかったワイヤを有するグリッドには当てはまらず、グリッドの方向を調整せずにファブリペローキャビティが機能するように、完全に制御された方向（１つの同じ平面の１対のすべてのワイヤ）が必要である。
【００５０】
このような誘導性グリッドは、張力をかけたワイヤよりも機械的堅牢性が高く、一般的にコストが低くなる。
【００５１】
あるいは、第１のリフレクタおよび／または第２のリフレクタは、容量性（好ましくは基板がない）または偏光グリッド、および／またはフォトニックミラーを含むことができる。
【００５２】
そのような容量性グリッドは、好ましくは、基板を欠いて、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを含む。
【００５３】
このような容量性（好ましくは基板がない）または誘導性グリッドには、このグリッドを介してファブリペローキャビティにガスが直接入ることができ、（個別のダクトを備えた特定の入口に関して）キャビティへのガスの進入を容易にするという技術的な利点があり、（中心から外れた、および／またはキャビティの長さへの管開口部によって形成されるガス入口に関して）その均一性およびキャビティ内のガスの拡散を改善する。
【００５４】
本発明による装置は、ファブリペローキャビティの長さを変化させるために、第１のリフレクタおよび第２のリフレクタの少なくとも一方、好ましくは両方の長手方向に並進運動を提供するように構成された少なくとも１つのアクチュエータを含むこともできる。
【００５５】
この実施形態の変形例では、本発明による装置は、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを含むことができ、第１のアクチュエータは、第１のリフレクタの長手方向の並進運動を提供するように配置され、第２のアクチュエータは、第２のリフレクタの長手方向の並進運動を提供するように配置される。
【００５６】
好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータは圧電性とすることができる。
【００５７】
本発明による装置のエミッタは、波長λを変化させるように構成されることが好ましい。
【００５８】
そのようなエミッタおよび少なくとも１つのアクチュエータを含む本発明による装置の実施形態では、本発明による装置はまた、エミッタおよび少なくとも１つのアクチュエータを駆動するように配置および／またはプログラムされた制御手段を含むことができ、
エミッタから放射される電磁波の波長λを変化させ、
波長λの変化中にセンサにより受信された信号を受信し、
センサにより受信された信号の振幅または電力または強度を最大化するように、センサにより受信された信号の関数としてファブリペローキャビティの長さを制御するようにする。
【００５９】
本発明による装置はまた、いくつかの物質を参照するデータベースを含むことができ、データベースを備えたセンサによって受信された信号の処理の関数として、ファブリペローキャビティに収容された少なくとも１つの物質に関するデータを提供するように配置および／またはプログラムされた処理手段を含むことができる。
【００６０】
本発明による装置はまた、ファブリペローキャビティ内部の圧力を測定および／または調整するための手段を含むことができる。
【００６１】
本発明による装置はまた、ファブリペローキャビティへの電磁波の進入前および／またはファブリペローキャビティからの電磁波の放出後に電磁波のモードを変換するための変換手段を含むことができる。
【００６２】
特に、変換手段は、
エミッタによって放射された、および／またはセンサによって検出された電磁波のモードはＴＥＭ００モードであり、および／または、
ファブリペローキャビティ内の電磁波のモードはＨＥ１１モードであるように配置することができる。
【００６３】
ＴＥＭ００およびＨＥ１１モードは、電磁波の伝播モードを示す。
【００６４】
別の態様によれば、本発明は、装置（好ましくは前述の本発明による装置）によって実施される方法を提案し、この装置は、
第１のリフレクタおよび第２のリフレクタと、
第１のリフレクタによって形成された入口と、第１または第２のリフレクタによって形成された出口と、を含むファブリペローキャビティであって、第１のリフレクタおよび第２のリフレクタで区切られた長さを有するファブリペローキャビティと、を含み、
本発明による方法は、
ファブリペローキャビティの入口で１００μｍを超える、および／または３ｍｍ未満（好ましくは９００μｍ未満）の波長λの電磁波を放射するステップであって、この放射は、好ましくは、前に開示した本発明による装置のエミッタによって実現されるステップと、
ファブリペローキャビティ内の電磁波を、ファブリペローキャビティの入口から出口まで伝播させるステップであって、この伝播はガイドによって行われ、ガイドは長手方向に延在する中空管を形成し、管の内側は横方向キャビティを含み、ガイドは、好ましくは、先に開示された本発明による装置のガイドである、ステップと、
横方向キャビティによるファブリペローキャビティ内の電磁波を誘導するステップと、
ファブリペローキャビティの出口を介して出る電磁波を検出するステップであって、この検出は、好ましくは、先に開示された本発明による装置のセンサによって実行される、ステップと、を含む。
【００６５】
好ましくは、横方向キャビティは、第１のリフレクタと第２のリフレクタとの間でピッチＰだけ離間させることができる。
【００６６】
言い換えれば、２つの隣接する横方向キャビティは、ピッチＰだけ離間させることができる。
【００６７】
すべてのキャビティについて、このピッチＰは、好ましくは平均値±３０％またはさらに好ましくは±１５％付近で一定または実質的に一定である。
【００６８】
横方向キャビティは、第１のリフレクタと第２のリフレクタとの間で一定のピッチＰで規則的に離間させることができる。
【００６９】
本発明による装置が設計される際に、各ピッチＰまたはピッチＰの平均値は、実施することが望まれる波長λの関数として決定されることが好ましい。
【００７０】
各ピッチＰは、λ／５より大きく、かつ／またはλ／２より小さく、ならびに／あるいはλ／３±３０％（λ／３−３０％＜Ｐ＜λ／３＋３０％）またはさらに好ましくは±１５％（λ／３−１５％＜Ｐ＜λ／３＋１５％）に等しくすることができる。
【００７１】
したがって、一実施形態では、各ピッチＰは、１００μｍより大きく、かつ／または２００μｍより小さく、好ましくは１１５μｍより大きくかつ／または１７０μｍより小さくすることができる。好ましくは、各ピッチＰは、１２０μｍ±２０％、またはさらに好ましくは±１０％に等しくすることができる。
【００７２】
各横方向キャビティは、好ましくは、ガイドの長手方向に平行に規定される長さｗを有することができる。
【００７３】
異なるキャビティのすべての長さｗは、好ましくは互いに等しく、任意選択で±２０％、またはさらに好ましくは±１０％である。
【００７４】
長さｗは、実施することが望ましい波長λの関数として決定することができる。
【００７５】
各キャビティの長さｗは、λ／１０より大きく、かつ／またはλ／４より小さく、ならびに／あるいはλ／６±３０％またはさらに好ましくは±１５％に等しくすることができる。
【００７６】
各キャビティｗの長さは、λ／６以下にすることができる。
【００７７】
したがって、一実施形態の例では、各キャビティの長さｗは、５０μｍより大きく、かつ／または１２５μｍより小さく、好ましくは６０μｍ±２０％、もしくはさらに好ましくは±１０％に等しくすることができる。
【００７８】
各キャビティｗの長さは、この同じキャビティをその周囲のキャビティから分離する各ピッチＰの半分以下とすることができる。
【００７９】
各横方向キャビティは、好ましくは、ガイドの長手方向に垂直に規定される厚さｄを有することができる。
【００８０】
異なるキャビティのすべての厚さｄは、好ましくは互いに等しく、任意選択で±２０％、またはさらに好ましくは±１０％である。
【００８１】
実施することが望ましい波長λの関数として厚さｄを決定することが可能である。
【００８２】
各キャビティの厚さｄは、λ／８より大きく、かつ／またはλ／２より小さく、ならびに／あるいはλ／４±２０％、またはさらに好ましくは±１０％に等しくすることができる。
【００８３】
したがって、一実施形態では、各キャビティの厚さｄは、１００μｍより大きく、かつ／または２００μｍより小さく、好ましくは１２５μｍ±２０％、もしくはさらに好ましくは±１０％に等しくすることができる。
【００８４】
管に関して、これは１０λより大きい最小内径ａを有することができる。
【００８５】
最小内径ａは１０ｍｍより大きくすることができる。
【００８６】
この最小内径は、本発明による装置について開示されているように規定されることが好ましい。
【００８７】
第１のリフレクタおよび第２のリフレクタはそれぞれ誘導性グリッドを含むことができる。
【００８８】
通常、このような誘導性グリッドは、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを含む。
【００８９】
例えば、誘導性グリッドは、銅から作られ、および／または１．６μｍの厚さ、セル間の１６．９μｍのピッチおよび８．４μｍのセル幅を有することができる。
【００９０】
あるいは、第１のリフレクタおよび／または第２のリフレクタは、容量性（好ましくは基板がない）または偏光グリッド、および／またはフォトニックミラーを含むことができる。
【００９１】
そのような容量性グリッドは、好ましくは、基板を欠いて、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを含む。
【００９２】
このような容量性（好ましくは基板がない）または誘導性グリッドには、このグリッドを介してファブリペローキャビティにガスが直接入ることができ、（個別のダクトを備えた特定の入口に関して）キャビティへのガスの進入を容易にするという技術的な利点があり、（中心から外れた、および／またはキャビティの長さへの管開口部によって形成されるガス入口に関して）その均一性およびキャビティ内のガスの拡散を改善する。
【００９３】
本発明による方法は、ファブリペローキャビティの長さを変化させるために、第１のリフレクタおよび第２のリフレクタの少なくとも一方、好ましくは両方の長手方向の並進運動を含むことができ、この並進運動は、好ましくは、上記で開示された本発明による装置の少なくとも１つのアクチュエータによって実行される。本発明による方法は、第１のリフレクタの第１のアクチュエータによる長手方向の並進運動と、第２のリフレクタの第２のアクチュエータによる長手方向の並進運動と、を含むことができる。
【００９４】
好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータは圧電性とすることができる。
【００９５】
好ましくは、本発明によるプロセスは、波長λの変動を含み、この変動は、好ましくは、上記で開示された本発明による装置のエミッタによって実行される。
【００９６】
本発明による方法は、（好ましくは、上記で開示された本発明による装置の制御手段によるエミッタおよび少なくとも１つのアクチュエータを）駆動するステップを含むことができ、
（好ましくはエミッタにより）放射された電磁波の波長λを変化させ、
波長λの変化中に（好ましくはセンサにより）受信された信号を受信し、
受信された信号の振幅または電力または強度を最大化するように、受信された信号の関数としてファブリペローキャビティの長さを制御する。
【００９７】
本発明による方法は、いくつかの物質を参照するデータベースでセンサによって受信された信号を処理し、この処理の関数としてファブリペローキャビティに収容された少なくとも１つの物質に関するデータを供給するステップを含むことができ、この処理およびこのデータの供給は、上記で開示された本発明による装置の処理手段によって実行されることが好ましい。
【００９８】
本発明による方法は、ファブリペローキャビティ内部の圧力を測定および／または調整するステップを含むことができ、好ましくは上記で開示した本発明による装置の測定および／または調整手段を使用する。
【００９９】
本発明による方法は、ファブリペローキャビティへの電磁波の進入前および／またはファブリペローキャビティからの電磁波の放出後の電磁波のモードの変換を含むことができ、この変換は、好ましくは、上記で開示された本発明による装置の変換手段によって実行される。
【０１００】
特に、
エミッタによる放射および／またはセンサによる検出は、ＴＥＭ００モードでの電磁波の放射および／または検出とすることができ、
伝播は、ＨＥ１１モードでのファブリペローキャビティ内の電磁波の伝播とすることができる。
【０１０１】
代替例として、本発明による方法は、ガイドの損失および／またはリフレクタの少なくとも一方もしくは各々の反射率の測定を含むことができ、測定は、好ましくは、
同じリフレクタおよび同じタイプのガイドを使用するが、２つのリフレクタを分離する２つの異なる長さによる、本発明による１つまたは複数の装置のフィネスの２つの測定と、
これらの２つのフィネス測定から、ガイドの損失および／またはリフレクタの少なくとも一方もしくは各々の反射率を、通常は２つの未知数を有する２つの方程式系の解によって（好ましくは少なくとも１つのコンピュータ、中央または計算ユニット、アナログ電子回路（好ましくは専用）、デジタル電子回路（好ましくは専用）、および／またはマイクロプロセッサ（好ましくは専用）および／またはソフトウェア手段を含む技術的手段である計算手段によって）計算することと、による。
【０１０２】
本発明の他の利点および特徴は、決して限定的ではない実施態様および実施形態の詳細な説明を読むことにより、および以下の添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
図１は、本発明による装置７００の優先的な実施形態を示す図である。
図２は、本発明による装置７００の波状ガイドを示す図である。
図３および図４は、本発明による装置７００によって送信される電力の測定結果を、装置７００のエミッタの周波数の関数としてグラフ形式で示す図である。
図５は、本発明による装置７００のレベルでの分子吸収に特徴的な測定の結果を、装置７００のエミッタの周波数の関数としてグラフ形式で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０４】
以下に記載される実施形態は決して限定的ではないので、（この選択がこれらの他の特性を含むフレーズ内で分離されている場合でも）、特性のこの選択が技術的利点を与えるか、最新技術に関して本発明を区別するのに十分である場合には、本発明の変形例は、特に、記載された他の特性から分離して、記載された特性の選択のみを含むと考えることができる。この選択は、構造的詳細なしで、または構造的詳細の一部のみが、技術的利点を付与するか、または先行技術の状態に関して本発明を区別するのに十分な場合には、この構造的詳細の一部のみを含む、少なくとも１つの、好ましくは機能的な特徴を含む。
【０１０５】
図１は、本発明による装置７００の実施形態の例を示す。
装置７００は、第１のリフレクタ１１および第２のリフレクタ１２を含む。この例では、リフレクタ１１、１２の各々は、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを備えた誘導性グリッド（図示せず）を含む。例えば、誘導性グリッドは銅から作られ、１．６μｍの厚さ、セル間の１６．９μｍのピッチ、８．４μｍのセル幅（図示せず）を有することができる。
【０１０６】
装置７００は、第１のリフレクタ１１によって形成される入口Ｅ１と、第２のリフレクタ１２によって形成される出口Ｓ１と、を含むファブリペローキャビティ１００を含む。
【０１０７】
ファブリペローキャビティ１００は、第１のリフレクタ１１と第２のリフレクタ１２との間に区切られた長さを有する。この長さは、長手方向Ｄ１で測定される。
【０１０８】
リフレクタ１１は平面であり、湾曲していない。
【０１０９】
リフレクタ１２は平面であり、湾曲していない。
【０１１０】
装置７００は、波長λの電磁波を放出するように構成されたエミッタ１３を含む。
【０１１１】
この例では、このエミッタ１３は、波長λを変化させるように配置されている。
【０１１２】
ファブリペローキャビティ１００の入口Ｅ１および／またはエミッタ１３の出口において、波長λはこの例では５００μｍ±１０％に等しい。しかしながら、本発明はそのような波長に限定されず、後者は特にファブリペローキャビティ１００への入口および／またはエミッタ１３からの出口で１００μｍより大きくおよび／または３ｍｍより小さく、さらには９００μｍであってもよい。
【０１１３】
装置７００は、ファブリペローキャビティ１００の出口Ｓ１を介して出る電磁波を検出するように配置されたセンサ１４を含む。
【０１１４】
装置７００の重要な要素は、この装置７００のガイド２００からなる。
【０１１５】
エミッタ１３は以下を含む。
−周波数シンセサイザ（ＶＤＩシンセサイザ（Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｄｉｏｄｅｓ、Ｉｎｃ．））によって駆動される周波数逓倍チェーン。
−導波路２００の最低損失モードで電磁波を良好に結合するための、逓倍チェーンと入口Ｅ１との間に位置するレンズ。
【０１１６】
逓倍チェーンは、
ＷＲ１０ＡＭＣアンプ／逓倍チェーン（Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｄｉｏｄｅｓ、Ｉｎｃ．）：７０−１１０ＧＨｚ、および／または
ＷＲ５．１ｘ２、ブロードバンドダブラー（Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｄｉｏｄｅｓ、Ｉｎｃ．）：１４０−２２０ＧＨｚ、および／または
ＷＲ１．５ｘ３、ブロードバンドトリプラー（Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｄｉｏｄｅｓ、Ｉｎｃ．）：５００−７５０ＧＨｚとすることができる。
【０１１７】
センサ１４は、
周囲温度で動作するショットキーダイオード（ＷＲ１．５ＺＢＤ（Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｄｉｏｄｅｓ、Ｉｎｃ．）と、
導波路２００で検出された電磁波の良好な結合のための、出口Ｓ１とショットキーダイオードとの間に位置するレンズと、を含む。
【０１１８】
以下に見られるように、このガイド２００は、特大の波状の非常に低損失の導波路である。
【０１１９】
長手方向Ｄ１に平行に、ガイド２００は、Ｐの平均値の３倍より大きい長さを有し、この場合、長さは１８０．８０ｍｍに等しい。
【０１２０】
ガイド２００は、通常、好ましくは金、銅、および／または銀で作られた金属（好ましくは、合金で作られた、または合金で作られていない良好な導電率を有する）から作られる。良好な電気伝導性を有する他の任意の材料から作られたガイドも想定されるか、または石英などの誘電材料から作られてもよい。
【０１２１】
ガイド２００は、ファブリペローキャビティ１００の入口Ｅ１からその出口Ｓ１まで、ファブリペローキャビティ１００内の電磁波を伝播するように配置されている。
【０１２２】
ガイド２００は、長手方向Ｄ１に延在する中空管を形成する。この方向Ｄ１は、一方では第１のリフレクタ１１を通過し、他方では第２のリフレクタ１２を通過するファブリペローキャビティ１００内に延在するため、長手方向と呼ばれる。
【０１２３】
ガイド２００および管の内側（すなわち、特にキャビティ）は、長手方向Ｄ１に平行な対称軸の周りに回転対称性を有し、この軸は図１および図２に点線で示されている。
【０１２４】
図２を参照すると、管の内側は、横方向キャビティ２ａ、２ｂ、２ｃ、またはファブリペローキャビティ１００内に電磁波を導くように配置された溝を含む。これらの横方向キャビティ２ａ〜２ｃまたは波形は、長手方向Ｄ１において互いに連続している。図２を明確にするために、そこには７つのキャビティのみが示されており、これらのキャビティのうち３つのみがそれぞれ符号２ａ、２ｂ、２ｃである。
【０１２５】
この例では、管２００は、最小内径ａによって規定される円形の内部断面を有する。
【０１２６】
一実施形態では、横方向キャビティ２ａ〜２ｃの寸法は、電磁波の波長λおよび／または最小内径ａに依存する。通常、
−最小内径ａは１０λより大きく、かつ１０ｍｍより大きい。
−第１のリフレクタ１１と第２のリフレクタ１２との間で、横方向キャビティ２ａ〜２ｃは、ピッチＰだけ規則的に離間しており、すべてのキャビティについて、このピッチＰは、平均値±３０％、好ましくは±１５％前後で一定またはほぼ一定であることが好ましい。各ピッチＰおよびピッチＰの平均値は、λ／５より大きくλ／２より小さく、λ／３±３０％、さらには±１５％に等しく、したがって、λ＝５００μｍでの動作の実施態様の文脈では、各ピッチＰは１００μｍより大きく、かつ２５０μｍ未満、さらには１１６μｍより大きく、かつ２１６μｍ未満であり、
−各横方向キャビティ２ａ〜２ｃは、ガイド２００の長手方向Ｄ１に平行に規定される長さｗを有し、Ｐ／２未満、すなわちλ／６未満である。ｗは、λ／１０より大きくかつλ／４未満で、λ／６±３０％、さらには±１５％に等しく、５０μｍより大きく、かつ／または１２５μｍ未満で、好ましくは６０μｍ±１０％に等しく、したがって、λ＝５００μｍで動作する実施態様の文脈では、長さｗは１０８μｍ未満で５８μｍより大きい必要があり、理想的には８３μｍ未満である。
−各横方向キャビティ２ａ〜２ｃは、ガイド２００の長手方向Ｄ１に垂直に画定され、λ／８より大きく、かつλ／２未満で、λ／４±２０％、さらには±１０％に等しく、１００μｍより大きくかつ／または２００μｍ未満、好ましくは１２５μｍ±１０％に等しい厚さｄを有する。したがって、λ＝５００μｍでの動作の実施態様の文脈では、厚さｄは１２５μｍ±２０％またはさらに好ましくは±１０％に等しくなければならず、したがって１００μｍより大きく１５０μｍ未満でなければならない。
【０１２７】
λの関数としてのこれらのａ、Ｐ、ｗ、およびｄの値は、以下で説明する本発明による方法の実施形態の実施中にλのすべての値に対して有効であり、λはその波長動作範囲で変化する。
【０１２８】
図２の実施形態では、長さｗはピッチＰの半分未満である。図示していない実施形態では、長さｗはピッチＰの半分に等しくすることができる。
【０１２９】
装置７００は、ファブリペローキャビティ１００の長さを変化させるために、第１のリフレクタ１１および第２のリフレクタ１２を長手方向Ｄ１に並進させるようにそれぞれ配置された第１のアクチュエータ３１および第２のアクチュエータ３２も含む。
【０１３０】
第１および第２のアクチュエータ３１、３２は、圧電性であることが好ましい。
【０１３１】
装置７００は、エミッタ１３とアクチュエータ３１、３２とを制御するように配置および／またはプログラムされた制御手段４０を含み、それによって、
エミッタ１３から放射される電磁波の波長λを変化させ、
波長λの変化中にセンサ１４により受信された信号を受信し、
センサ１４により受信された信号の振幅または電力または強度を最大化するように、センサ１４により受信された信号の関数としてファブリペローキャビティ１００の長さを制御する。
【０１３２】
手段４０は以下の手段を含む。
−同期検出（Ｓｉｇｎａｌ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙモデル７２３０）、
−データを取得し、ソース１３のシンセサイザを駆動するように配置および／またはプログラムされた（コンピュータ）手段、
−誘導性グリッド１１、１２が配置される２つの圧電アクチュエータ３１、３２に作用することにより（共振器共振で）伝送最大値にわたってキャビティ１００の長さを制御するように配置および／またはプログラムされる比例−積分−微分ループ（または「ＰＩＤ」、例えばアナログデジタル／デジタルアナログカードによってコンピュータによって提供される）。
【０１３３】
ＰＩＤループによって生成された補正信号は、圧電アクチュエータ３１、３２を使用するための高電圧電源（Ｅ−５０８．００（Ｐｈｙｓｉｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ））を駆動する。
【０１３４】
装置７００は、いくつかの物質を参照するデータベース（図示せず）および処理手段（図示せず）も含む。
【０１３５】
処理手段は、好ましくは少なくとも１つのコンピュータ、中央処理または計算ユニット、アナログ電子回路（好ましくは専用）、デジタル電子回路（好ましくは専用）、および／またはマイクロプロセッサ（好ましくは専用）および／またはソフトウェア手段を含む技術的手段である。
【０１３６】
これらの処理手段（図示せず）は、センサ１４によって受信された信号をデータベース（図示せず）で処理する機能として、ファブリペローキャビティ１００に収容された少なくとも１つの物質に関するデータを供給するように配置および／またはプログラムされる。
【０１３７】
装置７００は、ファブリペローキャビティ１００ターボラボ８０の一次および二次ポンプシステム（Ｏｅｒｌｉｋｏｎ）内の圧力を測定および／または調整する手段も含む。
【０１３８】
装置７００はまた、ファブリペローキャビティ１００への進入前および／またはファブリペローキャビティ１００からの退出後に電磁波のモードを変換する変換手段（図示せず）を含む。
【０１３９】
この例では、そのような変換手段（図示せず）は次のように配置される。
−エミッタ１３によって放射され、および／またはセンサ１４によって検出される電磁波のモードは、ＴＥＭ００横方向電子モードであり、これは基本横方向モードであり、ガウスビームと同じ形状を有する、および／または
−ファブリペローキャビティ１００内の電磁波のモードはＨＥ１１ガイドモードである。それは放射の偏光を保持し、損失も少ないハイブリッド伝播モードである。
−エミッタ１３によって生成されたＴＥＭ００モードは、ガイドのＨＥ１１モードに可能な限り効率的に結合される。
−ガイドによって送信された波は、可能な限り効率的にセンサ１４に結合される。
【０１４０】
ＴＥＭ００モードのＨＥ１１ガイドモードへの結合は、理想的には９８％である。ソース１３のレンズ（焦点距離２５ｍｍ）は、問題のモードでの効果的な結合のために、エミッタ１３によって放射される電磁波の空間的寸法を適合させることを可能にする。逆に、ＨＥ１１モードは、ガイド２００からの出口でほぼ完全にガウスモードに投影され、センサ１４のレンズは電磁波をセンサ１４のダイオードに集束させる。このＨＥ１１モードはまた、電磁波の偏光を保存し、センサ１４のショットキーダイオードは電磁波を検出することを可能にする。他の十分に敏感なＴＨｚ波検出器は、本発明と互換性がある（ボロメータ、圧電検出器など）。
【０１４１】
そのような装置７００は、特に以下を使用して、以下で説明する本発明による方法の実施形態で実施することができる。
−第１のリフレクタ１１および第２のリフレクタ１２、
−第１のリフレクタ１１によって形成された入口Ｅ１と、第１のリフレクタ１１または第２のリフレクタ１２によって形成された出口Ｓ１と、を含むファブリペローキャビティ１００であって、第１のリフレクタ１１と第２のリフレクタ１２によって区切られた長さを有するファブリペローキャビティ１００。
【０１４２】
本発明による方法のこの実施形態は、
ファブリペローキャビティ１００の入口Ｅ１で１００μｍを超える、および／または３ｍｍ未満の波長λの電磁波を放射するステップであって、この放射はエミッタ１３によって実行される、ステップと、
ファブリペローキャビティ１００内の電磁波を、ファブリペローキャビティ１００の入口Ｅ１から出口Ｓ１まで伝播させるステップであって、この伝播はガイド２００によって実行され、ガイドは横方向Ｄ１に延在する中空管を形成し、管２００の内側は横方向キャビティ２ａ〜２ｃを含む、ステップと、
横方向キャビティ２ａ〜２ｃによるファブリペローキャビティ１００内の電磁波を誘導するステップと、
ファブリペローキャビティ１００の出口Ｓ１を介して出る電磁波を検出するステップであって、この検出は、好ましくはセンサ１４によって実行される、ステップと、を含む。
【０１４３】
この例では、
−横方向キャビティ２ａ〜２ｃは、ピッチＰで第１のリフレクタ１１と第２のリフレクタ１２との間で規則的に離間されている、
−ピッチＰは、実施することが望ましい波長λまたは波長動作間隔λの関数として決定される、
−長さｗは、実施が望まれる波長λまたは波長動作間隔λの関数として決定される、
−厚さｄは、実施したい波長λまたは波長動作間隔λの関数として決定される、
−第１のリフレクタ１１と第２のリフレクタ１２の少なくとも一方、好ましくは両方の長手方向の並進運動のステップは、ファブリペローキャビティ１００の長さを変化させるために実行され、この並進運動は、少なくとも１つのアクチュエータ３１、３２によって実行される、好ましくは、並進運動のステップは、より具体的には、長手方向Ｄ１に第１のリフレクタ１１の第１のアクチュエータ３１によって実行され、並進運動のステップは、長手方向Ｄ１に第２のリフレクタ１２の第２のアクチュエータ３２によって実行される、
−波長λの変動のステップは、その作動間隔と呼ばれる間隔内で実行され、この変動はエミッタ１３によって実行される、
−エミッタ１３および少なくとも１つのアクチュエータ３１、３２の制御手段（図示せず）による駆動ステップが実行され、それによって、
・エミッタ１３が放射する電磁波の波長λを変化させ、
・波長λの変動中にセンサ１４が受信した信号を受信し、
・センサ１４が受信する信号の振幅または電力または強度を最大化するように、センサ１４が受信する信号の関数としてファブリペローキャビティ１００の長さを制御する、
−センサ１４が受信した信号をデータベース（図示せず）で処理するステップと、ファブリペローキャビティ１００に収容された少なくとも１つの物質に関するデータを供給するステップが、この処理ステップの関数として実行され、データを処理および供給するこれらのステップが処理手段（図示せず）によって実行され、例えば、信号を処理するステップは、定義されたスペクトル範囲で通常使用されるデータベースの助けを借りて、ターゲット種を識別するために実行される、
−ファブリペローキャビティ１００内の圧力を測定および／または調整するステップは、測定および／または調整手段（図示せず）を用いて実行され、圧力は、好ましくは１ミリバール未満の値に調整され、このような「真空」により、キャビティ１００のフィネスに悪影響を与える大気損失を回避することが可能になる、
−ファブリペローキャビティ１００に進入する前および／またはファブリペローキャビティ１００から出た後に電磁波のモードを変換するステップが実行され、この変換は変換手段（図示せず）によって実行され、通常は、
・エミッタ１３による放射および／またはセンサ１４による検出のステップは、ＴＥＭ００モードでの電磁波の放射および／または検出とすることができ、および／または
・伝播するステップは、損失が最も低いＨＥ１１モードでのファブリペローキャビティ１００内の電磁波の伝播とすることができる。
【０１４４】
装置７００から送信される電力
本発明の例示的な実施では、波長λが変化し、したがって、エミッタ１３によって放出される電磁波の周波数ｖ（ｆで表すこともできる）が変化する。したがって、共振ピークからなる一連の最大値を有する周波数ｖの関数として装置７００から送信される電力を取得することが可能である。
【０１４５】
このような共振ピークは、図３のグラフに示されており、Ｘ軸Ｘ１は、センサ１４によって測定される電磁波の周波数ｖであり、５８１ＧＨｚ〜５９０ＧＨｚで構成され、Ｙ軸Ｙ１は、送信される電力（任意単位）である。
【０１４６】
図３の結果を得るために、ファブリペローキャビティ１００内の圧力は、０．０１ミリバール未満の圧力に達するように調整手段（図示せず）によって調整された。そのような圧力により、水蒸気に本質的に関連する大気吸収を制限することにより、装置７００の動作を最適化することが可能になる。
【０１４７】
各最大値間の周波数間隔は「自由スペクトル間隔」（ＦＳＩ）と呼ばれ、この例では、次の式で計算される。
【数２】
2020525791.tif 000004
ここで、Ｃは真空中の光の速度に対応し、Ｌはガイドの物理的な長さに対応する。この例では、Ｌ＝１８０．８０ｍｍである。
【０１４８】
フィネス
特に微量ガスの分析および／または非常に低い強度の分子転移の研究である、想定される用途のための装置７００の定義および適切な特性の１つは、次の式によって定義されるフィネスである。
【数３】
2020525791.tif 000005
ここで、Δｖはハーフハイトでの共鳴ピークの全周波数幅に対応する。
【０１４９】
品質係数によって装置を特徴付けることもできる。
【数４】
2020525791.tif 000006
ｖ０は、共振周波数（伝送が最大になる周波数）。
【０１５０】
図４に示すように、共鳴ピークの高いスペクトル分解能で生成された記録を調整すると、Δｖの測定値を取得することができる。図４では、Ｘ軸Ｘ２はセンサ１４によって測定された５８０．６４０ＧＨｚ〜５８０．６６０ＧＨｚの電磁波の周波数ｖであり、Ｙ軸Ｙ２は検出された電力（任意単位）である。
【０１５１】
装置７００のフィネスおよびその品質係数Ｑは、従来技術の状態におけるすべての公知の値を超える。
【数５】
2020525791.tif 000007
【０１５２】
フィネスに関する装置７００の性能は、次の２つの要因によって制限される。一方で、誘導性グリッド１１、１２の不十分な反射係数であり、他方で、ガイド２００の伝送損失である。
【０１５３】
この段階で、発明者らによれば、上記の２つの要因のどちらが得られるフィネスを制限するかを特定することは困難であると思われる。
【０１５４】
フィネス、誘導性グリッド１１、１２の反射、およびガイド内の損失Ｇは、次の式でリンクされる。
【数６】
2020525791.tif 000008
ここで、Ｒは以下を備えた誘導性グリッドの電力反射係数である。
Ａ＋Ｔ＋Ｒ＝１
ここで、Ａは誘導性グリッドを１回通過することによる吸収を示し、Ｔは透過係数を示す。
【０１５５】
この例では、フィネスが８５０の場合、１−Ｒ＋Ｇ＝０．３６％の損失になる。
【０１５６】
ガス分析
発明者らは、装置７００を使用して、「マルチパスセル」に相当するものを生成し、通常１００〜３０００ＧＨｚに含まれる周波数範囲ではアクセスが困難な相互作用長に到達した。
【０１５７】
ファブリペロー共振器の等価光路Ｌｅｑは、装置７００のフィネスに比例することが実証されている。
【数７】
2020525791.tif 000009
ここで、Ｆはフィネス、Ｌはキャビティ１００の物理的な長さである。
【０１５８】
したがって、約１００ｍの長さの光路を持ち、バルクが制限された吸収セルを利用することができる。
【０１５９】
赤外線（波長１〜１０μｍ）の分光学的調査に関する重要な違いは、吸収線の幅に関連している。光線の幅は低圧での周波数ｖに比例するため、光線はＴＨｚ領域で赤外線よりもはるかに小さくなる。結果として、キャビティ１００の長さを調整して、分子遷移の周波数と装置７００の共振を一致させ、エミッタ１３の周波数ｖを掃引することによりこの一致を維持することが困難である。
【０１６０】
この目的のために、上記の実施形態によれば、発明者らは、２つの圧電アクチュエータ３１、３２と、周波数変調エミッタ１３と、を使用した。
【０１６１】
したがって、装置７００の共振を通過する際に、同期検出により、センサ１４によって受信される信号の高調波１および２を分離することが可能になり、これらの高調波はそれぞれ共振ピークの一次および二次導関数を表す。一次導関数は誤差信号を生成し、ＰＩＤを介してアクチュエータ３１、３２を駆動して、ファブリペローキャビティ１００の長さを最大伝送に制御する。二次導関数は、装置７００の電力伝達の特性、したがって分子共鳴の特性である。
【０１６２】
本発明者らは、そのような装置７００を用いてガスを識別し、その感度を評価する能力をテストした。このテストは、分光計の較正によく使用される基準ガス、この場合は０．１８８％２の天然存在比を有する少数の硫化カルボニル同位体（１８Ｏ１２Ｃ３２Ｓ）を使用して実行された。このようなガスには、非常に広いスペクトル範囲にわたって多くの分子遷移がある。約５９２．６６７８９ＧＨｚ（Ｊ＝５２←５１）をターゲットとする光線の強度Ｓ（周囲温度における）は次のとおりである。
Ｓ＝２．４６７＊１０−２４ｃｍ−１／（分子．ｃｍ−２）Ｊ＝５２←５１
【０１６３】
この強度は、様々なデータベース（図示せず）で利用可能である。このユニットは、分光法で一般的に使用され、ＨＩＴＲＡＮを含む様々なデータベースで採用されている。この強度により、Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則を使用してガスの吸収を計算できる。
Ｉ（ｖ）＝Ｉ０ｅ−α（ｖ）ｌ
ここで、α（ｖ）は吸収（ｃｍ−１）を示し、ｌは相互作用の長さ（ｃｍ）を示し、Ｉ０はエミッタ１３の強度を示し、Ｉ（ｖ）は透過強度を示す。
α（ｖ）＝ＮＳｇＤ
ここで、Ｎはターゲット分子の濃度（分子／ｃｍ−３）、Ｓはターゲット遷移の強度（ｃｍ−１／（分子．ｃｍ−２））、ｇＤは圧力に依存する１で標準化された光線形状を示す。低圧力では、ドップラー拡幅化の下で、ｇＤはガウス分布である。
【数８】
2020525791.tif 000010
ここで、ｖ０は分子遷移の中心周波数、ΔｖＤは波数（σ＝１／λ）（ｃｍ−１）で表した問題の遷移の高さの半分のドップラー半値幅、Ｔは温度（ここでは３００Ｋ）、Ｍは分子のモル質量（ターゲット同位体では６２）である。
【０１６４】
したがって、５５μｂａｒの圧力では、Ｎ＝１．３３＊１０＋１５分子／ｃｍ−３およびα（ｖ＝ｖ０）＝１．００３＊１０−４ｃｍ−１である。
【０１６５】
低強度遷移の研究であれ低濃度分子の研究であれ、可能な限り最大の相互作用経路を有することには大きな利点がある。
【０１６６】
したがって、Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則を使用すると、
−１ｍの相互作用経路は０．９９８％の吸収に対応する、
−１０ｍの相互作用経路は、９．９８％の吸収に対応する。
【０１６７】
上記の実験プロトコルにより、分子吸収に特徴的な信号を取得することができ、この例では、ターゲット分子遷移の吸収性に比例する。
【数９】
2020525791.tif 000011
このような信号は、図５のグラフに示されており、Ｘ軸Ｘ３は周波数ｖ（ＧＨｚ）に対応し、Ｙ軸Ｙ３は分子吸収（任意単位）に対応する。
【０１６８】
これらの結果は、本発明が、約６００ＧＨｚで約１分の測定時間で、強度が１０−２６ｃｍ−１／（分子．ｃｍ−２）未満の遷移を記録できることを示している。
【０１６９】
本発明は、ファブリペロー共振器を容易に実施することを可能にし、したがって、ＴＨｚ領域で動作する利点から利益を得ながら、他のスペクトル領域で公知のすべての用途へのアクセスを提供する。
【０１７０】
特に、キャビティリングダウン分光法および／またはキャビティ増強吸収分光法（ＣＥＡＳ）タイプの技術を利用した微量のガスを検出および定量化するシステムは、装置７００のフィネスから、今後構想することができる。
【０１７１】
ＴＨｚドメインの優れた選択性により、優れた検出限界で複数種の検出が可能である。
【０１７２】
大気または産業プロセスの監視もこの進歩の恩恵を受けるはずである。
【０１７３】
呼気の超高感度ＴＨｚ分析は、医療診断に役立つことができる。
【０１７４】
食品の鮮度の監視もこの進歩の恩恵を受ける可能性がある。
【０１７５】
多くの場合、ターゲット分子専用の赤外線用のシステムは、干渉物質によって制限される。実際、遷移幅はＴＨｚ領域よりもはるかに重要であることが示されており、したがって選択性が低下している。
【０１７６】
もちろん、本発明は今説明した例に限定されるものではなく、本発明の範囲を超えることなくこれらの例に多くの修正を加えることができる。さらに、本発明の様々な特徴、形態、変形、および実施形態は、それらが非互換または相互排他的でない限り、様々な組み合わせで一緒に組み合わせることができる。
【０１７７】
示していない実施形態では、
−入口Ｅ１と出口Ｓ１は、第１のリフレクタ１１によって区切られている。次に、エミッタ１３とセンサ１４は両方とも第１のリフレクタ１１の横方向に配置され、例えば、偏光効果に基づいて、分離ブレードまたはキャビティに入る波とキャビティを出る波との間の任意の他の分離手段によって分離され、および／または
−リフレクタ１１、１２の誘導性グリッドは、ＴＨｚ領域で良好な反射係数と最小の伝送損失を有する任意の手段で置き換えることができ、および／または
−エミッタ１３は、エミッタアセンブリに置き換えることができ、および／または
−センサ１４は、センサアセンブリに置き換えることができ、および／または
−リフレクタ１１および／または１２は湾曲可能であり、
−各リフレクタ１１、１２は、それぞれ誘導性または容量性グリッドを含むことが好ましく、代替例として、装置７００はしたがって、以下も含む。
＊ファブリペローキャビティ１００の外部にガスを注入するように配置された注入手段（例えば、ノズル、ダクト、および／またはポンプなどを含む）、このガスが注入手段からキャビティ１００の外側からリフレクタ１１または１２のグリッド（容量性（好ましくは基板がない）または誘導性）を介してキャビティ１００の内側に通過できるように配置された装置７００、
＊ファブリペローキャビティ１００の外部からガスを排出するために配置された排出手段（例えば、ノズル、ダクト、および／またはポンプなどを含む）、装置７００は、このガスがキャビティ１００の内部からリフレクタ１１および／または１２のグリッド（誘導性または容量性）を介してキャビティ１００の外部から排気手段の方向に通過できるように配置されている。
【０１７８】
通常、容量性グリッドは、基板上のスタッドで形成される。しかしながら、本発明による装置の文脈において、基板を含まない、または基板が容量性グリッドのメッシュ間で貫通される「多孔性」容量性グリッドを使用することが可能であることが好ましい。
【０１７９】
加えて、本発明による方法の代替例は、ガイド２００の損失および／またはガイド２００のリフレクタ１１、１２の反射係数の測定を含むことができる。
【０１８０】
実際、本発明は、本発明のフィネスを調整する２つの重要なパラメータ（リフレクタ１１、１２の反射係数およびガイド２００の損失）を決定することも可能にする。実際、最新技術によれば、１に近い反射係数を測定し、本発明で使用される波状ガイドのような非常に低損失のガイドの損失を評価することは難しい。
【０１８１】
測定されたフィネスＦ（現在の実証では８５０）は、次のように表される。
【数１０】
2020525791.tif 000012
Ｒ：実施される各リフレクタ１１、１２の反射率を示す（ここでは同一と仮定）。
ｚ：ガイド２００の損失を示す。
Ｌ：（本発明の）干渉計の物理的な長さ、すなわち２つのリフレクタ１１、１２を分離する距離を示す。
【０１８２】
したがって、「Ｒ」および「ｚ」を決定する方法は、同一の対のリフレクタ１１、１２、および同一タイプ（すなわち、同じ材料、同じピッチＰ、キャビティの長さｗ、最小内径ａ、キャビティの厚さｄの特性）であるが、２つのリフレクタ１１、１２を分離する２つの異なる長さＬ（および好ましくは２つの異なる総ガイド長さ２００）を有するガイド２００を使用して、本発明による２つの装置（２つの異なるキャビティ長に従って設定された本発明による同じ装置、または２つの異なるキャビティ長を有する本発明による２つの別個の装置）のフィネスを測定することからなる。したがって、（測定により）以下が提供される。
２つのリフレクタ１１、１２を分離する長さＬ１を使用する本発明による装置のフィネス：
【数１１】
2020525791.tif 000013
【０１８３】
次に、２つのリフレクタ１１、１２を分離する長さＬ２を使用する本発明による装置のフィネス：
【数１２】
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【０１８４】
ガイド２００の全長は、キャビティの長さプラスまたはマイナス数十または数百マイクロメートルに等しい。
【０１８５】
これらの２つの関係は、２つの未知数を有する２つの方程式を構成し、そこから「Ｒ」と「ｚ」が計算され、取得される。この計算は技術的手段である計算手段によって実行され、それは、好ましくは少なくとも１つのコンピュータ、中央処理または計算ユニット、アナログ電子回路（好ましくは専用）、デジタル電子回路（好ましくは専用）、および／またはマイクロプロセッサ（好ましくは専用）および／またはソフトウェア手段を含む。
【０１８６】
例えば：
Ｌ１＝Ｌ２／２が使用される。
損失ｚは、長さの単位あたりのデータ項目である、すなわち、ガイド２００の長さとは独立である。
【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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【国際調査報告】
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