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JP2024155050A - Optical resonator and external cavity laser devices - Google Patents

Optical resonator and external cavity laser devices Download PDF

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JP2024155050A
JP2024155050A JP2023069430A JP2023069430A JP2024155050A JP 2024155050 A JP2024155050 A JP 2024155050A JP 2023069430 A JP2023069430 A JP 2023069430A JP 2023069430 A JP2023069430 A JP 2023069430A JP 2024155050 A JP2024155050 A JP 2024155050A
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Japan
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reflector
movable member
optical resonator
gas
tilt
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JP2023069430A
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祐嗣 市川
Yuji Ichikawa
一平 朝日
Ippei Asahi
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Shikoku Research Institute Inc
Original Assignee
Shikoku Research Institute Inc
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Abstract

To provide an optical resonator and an external resonator type laser device capable of easily adjusting an angle of a reflector while maintaining airtightness of detection target gas.SOLUTION: The optical resonator comprises: a first reflector 230 receiving a laser beam emitted from a laser element 11; a second reflector 260 provided opposite the first reflector 230 and feeding back the reflected beam to the laser element 11; a cylindrical body 21 on both ends of which the first reflector 230 and the second reflector 260 are arranged; a gas introduction port 220 for introducing gas to the cylindrical body 21 and a gas discharge port 250 for discharging the gas from the cylindrical body 21; a first movable member 23 to which the first reflector 230 is attached; a second movable member 26 to which the second reflector 260 is attached; and alignment mechanisms 241-243, 271-273 adjusting the inclination of the first and second movable members 23, 26. The cylindrical body 21 is hermetically held by the first and second movable members 23, 26 via a pair of elastic members 28, 29.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光共振器および外部共振器型レーザー装置に関し、特に、特定のガスを検出するための光共振器および外部共振器型レーザー装置に関する。 The present invention relates to an optical resonator and an external cavity type laser device, and in particular to an optical resonator and an external cavity type laser device for detecting a specific gas.

従来、光共振器を利用したレーザー装置が知られている。たとえば、特許文献1では、レーザー素子から出力されたレーザー光が、レーザー素子の端面と第1の反射器との間で反射を繰り返す第1の共振部と、第1の反射器を通過したレーザー光が、第1の反射器と第2の反射器との間で反射を繰り返す第2の共振部とを有し、第2の共振部に分析サンプルを導入し、分析サンプルに共振したレーザー光を当て、生じた光相互作用を検出することで、分析サンプルを分析する外部共振器型レーザー装置が開示されている。 Conventionally, laser devices using optical resonators are known. For example, Patent Document 1 discloses an external resonator type laser device that has a first resonator in which the laser light output from the laser element is repeatedly reflected between the end face of the laser element and a first reflector, and a second resonator in which the laser light that has passed through the first reflector is repeatedly reflected between the first reflector and a second reflector, and that analyzes the analytical sample by introducing an analytical sample into the second resonator, applying the resonated laser light to the analytical sample, and detecting the optical interaction that occurs.

特許第3878257号公報Patent No. 3878257

近年、水素ステーションでの水素ガスの品質管理用途などのため、小型で微量のガス成分も検出可能なガス検出装置が希求されている。このようなガス検出装置において、外部共振器を用いることで、レーザー光を、検出対象ガスが導入される2つの反射器の間の空間内で反射により往復させることができ、実効光路長が実際の光路長よりも長くすることができるため、小型でありながらも微量のガスを検出することが可能となる。しかしながら、このようなガス検出装置は、設置時に微妙な調整が必要であり、また長期間にわたり使用すると、外部共振器を構成する両端の反射器の角度などがずれてしまい、その結果、レーザー光の共振が適切に行えず、検出対象ガスを適切に検出できなくなるおそれがある。 In recent years, there has been a demand for small gas detection devices capable of detecting even trace amounts of gas components, for applications such as quality control of hydrogen gas at hydrogen stations. In such gas detection devices, by using an external resonator, the laser light can be reflected back and forth in the space between two reflectors into which the gas to be detected is introduced, and the effective optical path length can be made longer than the actual optical path length, making it possible to detect trace amounts of gas despite the small size. However, such gas detection devices require delicate adjustments when installed, and if used for a long period of time, the angles of the reflectors at both ends that make up the external resonator may shift, resulting in inappropriate resonance of the laser light and the inability to properly detect the gas to be detected.

本発明は、検出対象ガスの気密性を維持しながらも、反射器の角度を含む位置を簡易に調整することが可能な光共振器および外部共振器型レーザー装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an optical resonator and an external resonator type laser device that can easily adjust the position, including the angle, of the reflector while maintaining the airtightness of the gas to be detected.

本発明に係る光共振器は、レーザー素子から発せられたレーザー光が入射される第1の反射器と、前記第1の反射器と対向して設けられ、前記レーザー素子へ反射光をフィードバックする第2の反射器と、両端部に前記第1の反射器および前記第2の反射器が配置される筒体と、前記筒体にガスを導入するガス導入口および前記筒体内のガスを排出するガス排出口と、前記第1の反射器が取り付けられた第1の可動部材と、前記第2の反射器が取り付けられた第2の可動部材と、前記第1および第2の可動部材の傾きを調整するアライメント機構と、を備え、前記筒体が、一対の弾性部材を介して前記第1および第2の可動部材により気密に挟持される。
上記光共振器において、前記アライメント機構が、前記第1の可動部材の傾きを調整する第1の傾き調整機構と、前記第2の可動部材の傾きを調整する第2の傾き調整機構と、を有し、前記第1の可動部材よりも端側に、前記第1の傾き調整機構を有する第1の端部部材を有し、前記第2の可動部材よりも端側に、前記第2の傾き調整機構を有する第2の端部部材を有する構成とすることができる。
上記光共振器において、前記第1の傾き調整機構が、前記第1の可動部材を前記レーザー光の光軸に沿う方向に押圧することで、前記第1の反射器の傾きを調整する複数の第1の押圧部材を備え、前記第2の傾き調整機構が、前記第2の可動部材を前記レーザー光の光軸に沿う方向に押圧することで、前記第2の反射器の傾きを調整する複数の第2の押圧部材を備える構成とすることができる。
上記光共振器において、前記第1の可動部材の前記複数の第1の押圧部材により押圧される面に、前記第1の押圧部材よりも高硬度の第1の保護部材が配置されており、前記第2の可動部材の前記複数の第2の押圧部材により押圧される面に、前記第2の押圧部材よりも高硬度の第2の保護部材が配置されている構成とすることができる。
上記光共振器において、前記第1の傾き調整機構が、前記複数の第1の押圧部材の挿入位置を調整する複数の第1の調整部材と、前記複数の第1の調整部材の挿入位置を固定する第1ロック機構を備え、前記第2の傾き調整機構が、前記複数の第2の押圧部材の挿入位置を調整する複数の第2の調整部材と、前記複数の第2の調整部材の挿入位置を固定する第2ロック機構を備える構成とすることができる。
上記光共振器において、前記アライメント機構が、前記第1の可動部材の、光軸と直交する方向における位置を調整する第1の位置調整機構と、前記第2の可動部材の、光軸と直交する方向における位置を調整する第2の位置調整機構と、とを有し、前記第1の位置調整機構が、前記第1の可動部材を前記光軸と直交する方向に押圧することで、前記第1の反射器の、光軸と直交する方向における位置を調整する第3の押圧部材を備え、前記第2の位置調整機構が、前記第2の可動部材を前記光軸と直交する方向に押圧することで、前記第2の反射器の、光軸と直交する方向における位置を調整する第4の押圧部材を備える構成とすることができる。
本発明の第1の観点に係る外部共振器型レーザー装置は、上記光共振器と、前記光共振器に入射するレーザー光を発するレーザー素子と、前記光共振器に導入されたガスと、レーザー光とが作用して発生した特定波長の光を検出する検出装置と、を有する、外部共振器型レーザー装置であって、前記光共振器と前記検出装置との間に、前記筒体を透過した前記特定波長の光を収束して前記検出装置に入射させる光学系を有する。
本発明の第2の観点に係る外部共振器型レーザー装置は、上記光共振器と、一方の端面に無反射層が形成され、他方の端面に全反射層が形成されたレーザー素子と、前記レーザー素子と前記光共振器との間に設けられた波長選択フィルタと、を備える。
The optical resonator of the present invention comprises a first reflector onto which laser light emitted from a laser element is incident, a second reflector disposed opposite the first reflector and feeding back reflected light to the laser element, a cylindrical body having the first reflector and the second reflector disposed at both ends, a gas inlet for introducing gas into the cylindrical body and a gas outlet for discharging gas within the cylindrical body, a first movable member to which the first reflector is attached, a second movable member to which the second reflector is attached, and an alignment mechanism for adjusting the inclination of the first and second movable members, and the cylindrical body is airtightly clamped by the first and second movable members via a pair of elastic members.
In the above optical resonator, the alignment mechanism can be configured to have a first tilt adjustment mechanism that adjusts the tilt of the first movable member and a second tilt adjustment mechanism that adjusts the tilt of the second movable member, a first end member having the first tilt adjustment mechanism on the end side of the first movable member, and a second end member having the second tilt adjustment mechanism on the end side of the second movable member.
In the above optical resonator, the first tilt adjustment mechanism can be configured to include a plurality of first pressing members that adjust the tilt of the first reflector by pressing the first movable member in a direction along the optical axis of the laser light, and the second tilt adjustment mechanism can be configured to include a plurality of second pressing members that adjust the tilt of the second reflector by pressing the second movable member in a direction along the optical axis of the laser light.
In the above optical resonator, a first protective member having a harderness than the first pressing members is arranged on a surface of the first movable member that is pressed by the plurality of first pressing members, and a second protective member having a harderness than the second pressing members is arranged on a surface of the second movable member that is pressed by the plurality of second pressing members.
In the above optical resonator, the first tilt adjustment mechanism can be configured to include a plurality of first adjustment members that adjust the insertion positions of the plurality of first pressing members, and a first locking mechanism that fixes the insertion positions of the plurality of first adjustment members, and the second tilt adjustment mechanism can be configured to include a plurality of second adjustment members that adjust the insertion positions of the plurality of second pressing members, and a second locking mechanism that fixes the insertion positions of the plurality of second adjustment members.
In the above optical resonator, the alignment mechanism can be configured to have a first position adjustment mechanism that adjusts the position of the first movable member in a direction perpendicular to the optical axis, and a second position adjustment mechanism that adjusts the position of the second movable member in a direction perpendicular to the optical axis, the first position adjustment mechanism comprising a third pressing member that adjusts the position of the first reflector in the direction perpendicular to the optical axis by pressing the first movable member in the direction perpendicular to the optical axis, and the second position adjustment mechanism comprising a fourth pressing member that adjusts the position of the second reflector in the direction perpendicular to the optical axis by pressing the second movable member in the direction perpendicular to the optical axis.
The external resonator type laser device according to a first aspect of the present invention is an external resonator type laser device having the above-mentioned optical resonator, a laser element that emits laser light that is incident on the optical resonator, and a detection device that detects light of a specific wavelength generated by the action of gas introduced into the optical resonator and the laser light, and has an optical system between the optical resonator and the detection device that focuses the light of the specific wavelength that has passed through the cylindrical body and makes it incident on the detection device.
An external cavity type laser device according to a second aspect of the present invention comprises the above-mentioned optical resonator, a laser element having an anti-reflection layer formed on one end face and a total reflection layer formed on the other end face, and a wavelength-selective filter provided between the laser element and the optical resonator.

本発明によれば、検出対象ガスの気密性を維持しながらも、反射器の角度を簡易に調整することが可能な光共振器および外部共振器型レーザー装置を提供することができる。 The present invention provides an optical resonator and an external resonator type laser device that can easily adjust the angle of the reflector while maintaining the airtightness of the gas to be detected.

第1実施形態に係る外部共振器型レーザー装置を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing an external cavity laser device according to a first embodiment. 第1実施形態に係る光共振器の側面断面図である。1 is a side cross-sectional view of an optical resonator according to a first embodiment. 第1実施形態に係る光共振器の側面断面の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional side view of the optical resonator according to the first embodiment. (A)は、第1実施形態に係る光共振器の正面図であり、(B)は、第1実施形態に係る光共振器の背面図である。FIG. 2A is a front view of the optical resonator according to the first embodiment, and FIG. 2B is a rear view of the optical resonator according to the first embodiment. 図2のV-V線に沿う正面断面図である。3 is a front cross-sectional view taken along line VV in FIG. 2. 第1実施形態に係る外部共振器型レーザー装置で、空気成分を検出した結果を示すグラフである。4 is a graph showing the results of detecting an air component in the external cavity laser device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る外部共振器型レーザー装置で、水素ガスに混入した酸素ガス、および、アルゴンガスに混入したアンモニアガスを検出した結果を示すグラフである。5 is a graph showing the results of detecting oxygen gas mixed into hydrogen gas and ammonia gas mixed into argon gas in the external cavity laser device according to the first embodiment. 第2実施形態に係る外部共振器型レーザー装置を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing an external cavity laser device according to a second embodiment. 第3実施形態に係る外部共振器型レーザー装置の平面断面図である。FIG. 11 is a plan cross-sectional view of an external cavity laser device according to a third embodiment. 第3実施形態に係る外部共振器型レーザー装置の側面断面図である。FIG. 11 is a side cross-sectional view of an external cavity laser device according to a third embodiment. 第3実施形態に係る光共振器の平面断面図である。FIG. 13 is a plan cross-sectional view of an optical resonator according to a third embodiment. (A)は、第3実施形態に係る光共振器の正面図であり、(B)は、第3実施形態に係る光共振器の背面図である。FIG. 13A is a front view of the optical resonator according to the third embodiment, and FIG. 13B is a rear view of the optical resonator according to the third embodiment.

以下に、図に基づいて、本発明に係る光共振器および外部共振器型レーザー装置の実施形態を説明する。 Below, we will explain the embodiments of the optical resonator and external cavity type laser device according to the present invention with reference to the drawings.

《第1実施形態》
図1は、第1実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1を示す構成図である。図1に示すように、本実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1は、主な構成として、半導体レーザー素子11と、光共振器20と、複数の検出装置30とを有している。外部共振器型レーザー装置1は、半導体レーザー素子11からレーザー光を射出し、射出したレーザー光を光共振器20内に導入した後、光共振器20でレーザー光を共振させながら、光共振器20内の測定対象空間Sに導入したガスに共振したレーザー光を照射することで、レーザー光がガスと衝突して生じた特定の波長の光(本実施形態ではラマン散乱光)を、検出装置30で検出する構成となっている。
First Embodiment
1 is a configuration diagram showing an external resonator type laser device 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the external resonator type laser device 1 according to the present embodiment mainly comprises a semiconductor laser element 11, an optical resonator 20, and a plurality of detection devices 30. The external resonator type laser device 1 emits laser light from the semiconductor laser element 11, introduces the emitted laser light into the optical resonator 20, and then irradiates the resonated laser light onto a gas introduced into a measurement target space S in the optical resonator 20 while resonating the laser light in the optical resonator 20. The detection device 30 detects light of a specific wavelength (Raman scattered light in this embodiment) generated by collision of the laser light with the gas.

なお、本実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1では、たとえばSO,CO,O,CO,N,HS,CH,NH,Hなどを含むガスを導入し、レーザー光を照射することができる。また、本発明は、導入したガスにレーザー光を照射するだけではなく、導入したガスにレーザー光を照射して生じる特定の波長の光を検出することで特定のガスを検出するガス検出装置、検出した特定の波長の光の強度に基づいてガスの濃度を測定するガス測定装置、測定対象空間に存在するガスの種類を特定するガス特定装置、測定対象空間において検出対象とするガスが存在するかを監視する監視装置にも適用することができる。以下に、第1実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1の各構成について説明する。 In addition, in the external cavity laser device 1 according to the present embodiment, gases including, for example, SO 2 , CO 2 , O 2 , CO, N 2 , H 2 S, CH 4 , NH 3 , and H 2 can be introduced and irradiated with laser light. In addition, the present invention can be applied not only to irradiating the introduced gas with laser light, but also to a gas detection device that detects a specific gas by detecting light of a specific wavelength generated by irradiating the introduced gas with laser light, a gas measurement device that measures the concentration of a gas based on the intensity of the detected light of a specific wavelength, a gas identification device that identifies the type of gas present in the measurement target space, and a monitoring device that monitors whether the gas to be detected exists in the measurement target space. Each component of the external cavity laser device 1 according to the first embodiment will be described below.

半導体レーザー素子11は、青紫波長域(たとえば416nm付近)のレーザー光を光共振器20に向けて射出する。このような、青紫波長域の半導体レーザー素子11として、たとえば、市販されているGaN系の半導体レーザーやGaInN系の半導体レーザーを用いることができる。また、本実施形態に係る半導体レーザー素子11は、レーザー光の射出側(光共振器20側)と反対側に位置する端面111にレーザー光を反射するための反射コーティングが施されており、一方、レーザー光の射出側(光共振器20側)に位置する端面112にレーザー光の反射を防止するためのコーティングが施されている。半導体レーザー素子11から出力されたレーザー光は、コリメートレンズ12で平行化あるいは収束された後に、バンドパスフィルタ13を経由して、光共振器20内へと導入される。なお、バンドパスフィルタ13は、所望する青紫波長域のレーザー光を透過し、その他の波長のレーザー光を遮断する機能を有する。 The semiconductor laser element 11 emits laser light in the blue-violet wavelength range (for example, around 416 nm) toward the optical resonator 20. For example, commercially available GaN-based semiconductor lasers or GaInN-based semiconductor lasers can be used as the semiconductor laser element 11 in the blue-violet wavelength range. In addition, the semiconductor laser element 11 according to this embodiment has a reflective coating applied to the end face 111 located on the opposite side to the laser light emission side (optical resonator 20 side) to reflect the laser light, while the end face 112 located on the laser light emission side (optical resonator 20 side) has a coating applied to prevent reflection of the laser light. The laser light output from the semiconductor laser element 11 is collimated or converged by the collimating lens 12, and then introduced into the optical resonator 20 via the bandpass filter 13. The bandpass filter 13 has the function of transmitting laser light in the desired blue-violet wavelength range and blocking laser light of other wavelengths.

図2は、第1実施形態に係る光共振器20の側面断面図であり、図3は、光共振器20の側面断面の部分拡大図である。なお、図2および図3は、図1のII-II線に沿う側面断面図である。また、図4(A)は、第1実施形態に係る光共振器20の正面図であり、図4(B)は、第1実施形態に係る光共振器20の背面図である。さらに、図5は、図2のV-V線に沿う正面断面図である。 Figure 2 is a side cross-sectional view of the optical resonator 20 according to the first embodiment, and Figure 3 is a partially enlarged view of the side cross-section of the optical resonator 20. Note that Figures 2 and 3 are side cross-sectional views taken along line II-II in Figure 1. Also, Figure 4(A) is a front view of the optical resonator 20 according to the first embodiment, and Figure 4(B) is a rear view of the optical resonator 20 according to the first embodiment. Furthermore, Figure 5 is a front cross-sectional view taken along line V-V in Figure 2.

図2に示すように、本実施形態に係る光共振器20は、大きく分けて7つの部品から構成されている。具体的に、光共振器20は、筒体21と、第1の環状部材22と、第1の可動部材23と、第1の端部部材24と、第2の環状部材25と、第2の可動部材26と、第2の端部部材27とを有する。また、本実施形態において、光共振器20は、4つのOリング28,29,210,211を有している。 As shown in FIG. 2, the optical resonator 20 according to this embodiment is broadly composed of seven parts. Specifically, the optical resonator 20 has a cylindrical body 21, a first annular member 22, a first movable member 23, a first end member 24, a second annular member 25, a second movable member 26, and a second end member 27. In this embodiment, the optical resonator 20 also has four O-rings 28, 29, 210, and 211.

ここで、図1および図2に示すように、半導体レーザー素子11から射出されたレーザー光は、第1の端部部材24および第1の可動部材23に設けられた貫通孔240,231を通過して、第1の反射器230まで到達する。第1の反射器230まで到達したレーザー光の大部分は第1の反射器230により反射されて、第1の反射器230と半導体レーザー素子11の端面111との間で往復し共振する。そのため、図1に示すように、本実施形態において、第1の反射器230と半導体レーザー素子11の端面111との間の空間が第1の共振部として機能することとなる。また、半導体レーザー素子11から第1の反射器230へと到達したレーザー光の一部は、第1の反射器230を通過して、筒体21内部の内部空間Sを進み、第2の反射器260まで到達した後に、第2の反射器260により大部分が反射され、第1の反射器230と第2の反射器260との間で往復することで共振する。そのため、図1に示すように、本実施形態において、第1の反射器230と第2の反射器260との間の空間が第2の共振部として機能することとなる。特に、本実施形態では、第1および第2の共振部においてレーザー光を増強することで、第2の共振部においては、レーザー光の強度が、半導体レーザー素子11から射出した際のレーザー光の強度に対して2000倍以上(たとえば100Wを超える)の強度まで増強することができる。なお、第2の反射器260へと到達したレーザー光の一部は、第2の反射器260を通過し、第2の可動部材26および第2の端部部材27に設けられた貫通孔261,270を通過した後に、ビームディフューザー40により吸収される。以下において、光共振器20を構成する各部材について説明する。 1 and 2, the laser light emitted from the semiconductor laser element 11 passes through the through holes 240, 231 provided in the first end member 24 and the first movable member 23, and reaches the first reflector 230. Most of the laser light that reaches the first reflector 230 is reflected by the first reflector 230, and travels back and forth between the first reflector 230 and the end face 111 of the semiconductor laser element 11, resonating. Therefore, as shown in FIG. 1, in this embodiment, the space between the first reflector 230 and the end face 111 of the semiconductor laser element 11 functions as a first resonator. In addition, a part of the laser light that has reached the first reflector 230 from the semiconductor laser element 11 passes through the first reflector 230, travels through the internal space S inside the cylinder 21, and after reaching the second reflector 260, most of the laser light is reflected by the second reflector 260 and resonates by traveling back and forth between the first reflector 230 and the second reflector 260. Therefore, as shown in FIG. 1, in this embodiment, the space between the first reflector 230 and the second reflector 260 functions as a second resonator. In particular, in this embodiment, by strengthening the laser light in the first and second resonators, the intensity of the laser light in the second resonator can be strengthened to an intensity of 2000 times or more (for example, exceeding 100 W) compared to the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser element 11. A portion of the laser light that reaches the second reflector 260 passes through the second reflector 260 and through the through holes 261 and 270 provided in the second movable member 26 and the second end member 27, and is then absorbed by the beam diffuser 40. Each of the components that make up the optical resonator 20 will be described below.

筒体21は、第1の反射器230と、第2の反射器260との間に配置される筒状の部材であり、中空の内部はガスセルを構成する。筒体21の内部空間Sにおいては、第1の反射器230および第2の反射器260でレーザー光が繰り返し反射され、レーザー光の共振が行われる。また、図2に示すように、筒体21の内部空間Sは、第1の環状部材22のガス導入口220と連通しており、ガス導入口220から導入された検出対象ガスが流通可能となっている。特に、筒体21では、筒体21の長手方向において、レーザー光が往復するとともに、検出対象ガスが流通するため、レーザー光と検出対象ガスとが衝突する機会が増え、レーザー光が検出対象ガスと衝突することで生じるラマン散乱光を検出しやすくなっている。また、筒体21は、主にガラスによって構成されており、レーザー光が検出対象ガスと衝突することで生じるラマン散乱光を、筒体21の側面側に配置された検出装置30で検出可能となっている。なお、筒体21は、内部側面または外部側面にローパスフィルタを設ける構成とすることもできる。また、筒体21は、弾性部材であるOリング210,211を介して、第1の環状部材22および第2の環状部材25に隙間なく挟持されるため、筒体21と、第1の環状部材22および第2の環状部材25との間から検出対象ガスが漏出してしまうことを防止し、気密性を担保することができる。 The cylinder 21 is a cylindrical member disposed between the first reflector 230 and the second reflector 260, and the hollow interior constitutes a gas cell. In the internal space S of the cylinder 21, the laser light is repeatedly reflected by the first reflector 230 and the second reflector 260, and the laser light resonates. As shown in FIG. 2, the internal space S of the cylinder 21 is connected to the gas inlet 220 of the first annular member 22, and the detection target gas introduced from the gas inlet 220 can flow. In particular, in the cylinder 21, the laser light reciprocates in the longitudinal direction of the cylinder 21, and the detection target gas flows, so that the laser light and the detection target gas have more opportunities to collide, making it easier to detect Raman scattered light generated by the collision of the laser light with the detection target gas. In addition, the cylinder 21 is mainly made of glass, and the Raman scattered light generated by the collision of the laser light with the detection target gas can be detected by the detection device 30 disposed on the side of the cylinder 21. The cylindrical body 21 can also be configured to have a low-pass filter on the inner or outer side. The cylindrical body 21 is tightly sandwiched between the first annular member 22 and the second annular member 25 via the elastic O-rings 210 and 211, preventing the detection target gas from leaking out from between the cylindrical body 21 and the first annular member 22 and the second annular member 25, ensuring airtightness.

第1の環状部材22は、内部に第1の可動部材23が収容できるように、環状に形成された金属部材である。第1の環状部材22は、図3に示すように、環の内径が筒体21の外径よりも大きい第1環状部221と、環の内径が第1環状部221よりも小さく、かつ、筒体21の外径よりも小さい第2環状部222とを有している。さらに、第1の環状部材22は、ガス導入口220を有しており、ガス導入口220から検出対象ガスを含むガスを筒体21内に導入することが可能となっている。また、第1の環状部材22と同様に、第2の環状部材25は、内部に第2の可動部材26が収容できるように、環状に形成された金属部材である。第2の環状部材25も、図3に示すように、環の内径が筒体21の外径よりも大きい第1環状部251と、環の内径が第1環状部251よりも小さく、かつ、筒体21の外径よりも小さい第2環状部252とを有している。さらに、第2の環状部材25は、ガス排出口250を有しており、筒体21内のガスをガス排出口250から排出することが可能となっている。本実施形態においては、ガス導入口220およびガス排出口250は共に筒体21と連通しており、第1の環状部材22のガス導入口220から導入されたガスは、筒体21を流通し、第2の環状部材25のガス排出口250から排出されることとなる。 The first annular member 22 is a metal member formed in an annular shape so that the first movable member 23 can be accommodated therein. As shown in FIG. 3, the first annular member 22 has a first annular portion 221 whose inner diameter is larger than the outer diameter of the cylindrical body 21, and a second annular portion 222 whose inner diameter is smaller than the first annular portion 221 and smaller than the outer diameter of the cylindrical body 21. Furthermore, the first annular member 22 has a gas inlet 220, and it is possible to introduce a gas containing the detection target gas from the gas inlet 220 into the cylindrical body 21. Similarly to the first annular member 22, the second annular member 25 is a metal member formed in an annular shape so that the second movable member 26 can be accommodated therein. As shown in FIG. 3, the second annular member 25 also has a first annular portion 251 whose inner diameter is larger than the outer diameter of the cylindrical body 21, and a second annular portion 252 whose inner diameter is smaller than the first annular portion 251 and smaller than the outer diameter of the cylindrical body 21. Furthermore, the second annular member 25 has a gas exhaust port 250, and gas in the cylindrical body 21 can be exhausted from the gas exhaust port 250. In this embodiment, both the gas inlet 220 and the gas exhaust port 250 are connected to the cylindrical body 21, and the gas introduced from the gas inlet 220 of the first annular member 22 flows through the cylindrical body 21 and is exhausted from the gas exhaust port 250 of the second annular member 25.

第1の可動部材23は、本体部232と、フランジ部233とを有し、第1の可動部材23を、本体部232側から第1の環状部材22の環内に挿入することで、第1の可動部材23と第1の環状部材22とを嵌め合わせることができる。具体的には、図3に示すように、第1の環状部材22の第1環状部221の内径が、第1の可動部材23のフランジ部233の外径よりも大きく構成されており、また、第1の環状部材22の第2環状部222の内径が、第1の可動部材23の本体部232の外径よりも大きく構成されている。そのため、第1の可動部材23は、フランジ部233と第1環状部221との間、および、本体部232と第2環状部222との間に一定の隙間ができた状態で、第1の環状部材22内で保持されることとなる。特に、本実施形態では、第1の可動部材23のフランジ部233の外径が本体部232の外径よりも大きく、フランジ部233と本体部232との間に段差面234が形成されているとともに、第1の環状部材22の第1環状部221の外径が第2環状部222の外径よりも大きく、第1環状部221と第2環状部222の外径との間にも段差面223が形成されている。そして、第1の可動部材23の段差面234と、第1の環状部材22の段差面223とが対向しており、対向する段差面234と段差面223との間に弾性部材であるOリング28が配置される。また、本実施形態では、後述するアライメント調節機構により、第1の可動部材23がOリング28を押圧するため、Oリング28が第1の可動部材23の段差面234と第1の環状部材22の段差面223とで圧迫された状態で挟持され、光共振器20の内部空間Sの気密性を担保する。同様に、第2の可動部材26も、本体部262と、フランジ部263とを有し、本体部262側から第2の環状部材25の環内に挿入することで、第2の可動部材26と第2の環状部材25とを嵌め合わせることができる。また、第2の可動部材26も、フランジ部263と第2の環状部材25の第1環状部251との間、および、本体部262と第2の環状部材25の第2環状部252との間に一定の隙間ができた状態で、第2の環状部材25内で保持される。さらに、第2の可動部材26の段差面264と第2の環状部材25の段差面253との間にOリング29が配置されるとともに、弾性部材であるOリング29が段差面264と段差面253とに圧迫された状態で挟持されることで、光共振器20の気密性が担保される。 The first movable member 23 has a main body portion 232 and a flange portion 233, and the first movable member 23 can be fitted to the first annular member 22 by inserting the first movable member 23 into the ring of the first annular member 22 from the main body portion 232 side. Specifically, as shown in FIG. 3, the inner diameter of the first annular portion 221 of the first annular member 22 is configured to be larger than the outer diameter of the flange portion 233 of the first movable member 23, and the inner diameter of the second annular portion 222 of the first annular member 22 is configured to be larger than the outer diameter of the main body portion 232 of the first movable member 23. Therefore, the first movable member 23 is held in the first annular member 22 with a certain gap between the flange portion 233 and the first annular portion 221 and between the main body portion 232 and the second annular portion 222. Particularly, in this embodiment, the outer diameter of the flange portion 233 of the first movable member 23 is larger than the outer diameter of the main body portion 232, and a step surface 234 is formed between the flange portion 233 and the main body portion 232, and the outer diameter of the first annular portion 221 of the first annular member 22 is larger than the outer diameter of the second annular portion 222, and a step surface 223 is also formed between the outer diameters of the first annular portion 221 and the second annular portion 222. The step surface 234 of the first movable member 23 and the step surface 223 of the first annular member 22 face each other, and an O-ring 28, which is an elastic member, is disposed between the facing step surface 234 and step surface 223. In this embodiment, the first movable member 23 presses the O-ring 28 by an alignment adjustment mechanism described later, so that the O-ring 28 is sandwiched in a compressed state between the step surface 234 of the first movable member 23 and the step surface 223 of the first annular member 22, thereby ensuring the airtightness of the internal space S of the optical resonator 20. Similarly, the second movable member 26 also has a main body portion 262 and a flange portion 263, and can be fitted to the second annular member 25 by inserting the second movable member 26 into the ring of the second annular member 25 from the main body portion 262 side. The second movable member 26 is also held in the second annular member 25 with a certain gap between the flange portion 263 and the first annular portion 251 of the second annular member 25 and between the main body portion 262 and the second annular portion 252 of the second annular member 25. Furthermore, an O-ring 29 is disposed between the step surface 264 of the second movable member 26 and the step surface 253 of the second annular member 25, and the O-ring 29, which is an elastic member, is clamped in a compressed state between the step surface 264 and the step surface 253, thereby ensuring the airtightness of the optical resonator 20.

また、第1の可動部材23では、第1の反射器230が本体部232に取り付けられている。具体的には、第1の可動部材23の本体部232は凹部235を有しており、凹部235の中に第1の反射器230が嵌め込まれている。本実施形態では、凹部235内において、第1の反射器230を両面から挟むように、第1の反射器230の両面側に、第1の反射器230の外周縁に沿って一対のOリングが設置されている。第1の可動部材23では、凹部235と連通する貫通孔231が形成されているが、一対のOリングが、第1の反射器230を挟持しながら隙間なく配置されることで、当該Oリングと第1の反射器230とで、光共振器20内の気密を保っている。同様に、第2の可動部材26では、第2の反射器260が本体部262の凹部265の中に嵌め込まれている。また、第2の可動部材26でも、凹部265内において、第2の反射器260を両面から挟むように、第2の反射器260の両面側に、第2の反射器260の外周縁に沿って一対のOリングが設置されており、これにより、第2の反射器260が固定されるとともに、光共振器20の気密が保たれている。 In the first movable member 23, the first reflector 230 is attached to the main body 232. Specifically, the main body 232 of the first movable member 23 has a recess 235, and the first reflector 230 is fitted into the recess 235. In this embodiment, a pair of O-rings are installed along the outer periphery of the first reflector 230 on both sides of the first reflector 230 so as to sandwich the first reflector 230 from both sides in the recess 235. In the first movable member 23, a through hole 231 communicating with the recess 235 is formed, and the pair of O-rings are arranged without gaps while sandwiching the first reflector 230, so that the O-ring and the first reflector 230 maintain airtightness in the optical resonator 20. Similarly, in the second movable member 26, the second reflector 260 is fitted into the recess 265 of the main body 262. In addition, in the second movable member 26, a pair of O-rings are installed along the outer periphery of the second reflector 260 on both sides of the second reflector 260 in the recess 265 so as to sandwich the second reflector 260 from both sides, thereby fixing the second reflector 260 and maintaining the airtightness of the optical resonator 20.

また、本実施形態において、第1の反射器230および第2の反射器260は、反射ミラーであるが、ミラーに限定されずに、たとえば、光学フィルタ、ガラス基板などの光学研磨された部材を用いることができる。ただし、第1の反射器230は、第2の反射器260よりも反射率の少ない部材とされる。たとえば、本実施形態では、第1の反射器230として、反射率が99.99%の反射ミラーを用いることができ、第2の反射器260として、反射率が99.999%の反射ミラーを用いることができる。なお、第1の反射器230および第2の反射器260は、反射率が100%でないため、一部のレーザー光を反射させずに透過させる性質を有している。また、本実施形態では、第1の反射器230の反射率が、第2の反射器260の反射率よりも小さいため、第1の反射器230を透過するレーザー光の割合が高く、その結果、図1に示す第2の共振部においてレーザー光を増強することが可能となっている。 In this embodiment, the first reflector 230 and the second reflector 260 are reflective mirrors, but are not limited to mirrors and may be optically polished members such as optical filters and glass substrates. However, the first reflector 230 is a member having a lower reflectance than the second reflector 260. For example, in this embodiment, a reflective mirror having a reflectance of 99.99% may be used as the first reflector 230, and a reflective mirror having a reflectance of 99.999% may be used as the second reflector 260. Note that the first reflector 230 and the second reflector 260 have a property of transmitting some laser light without reflecting it, since their reflectance is not 100%. In this embodiment, the reflectance of the first reflector 230 is smaller than that of the second reflector 260, so that the proportion of laser light that transmits through the first reflector 230 is high, and as a result, it is possible to enhance the laser light in the second resonator shown in FIG. 1.

第1の端部部材24は、第1の環状部材22に脱着可能となっており、図2に示すように、第1の環状部材22とともに、第1の可動部材23を保持することができる。第1の端部部材24は、図3および図4に示すように、半導体レーザー素子11から射出されたレーザー光を通過させるための貫通孔240に加えて、傾き調節ネジ(押圧部材)241~243を有する。傾き調節ネジ241~243は、第1の端部部材24の本体を貫通し、第1の可動部材23の押圧面236に当接可能となっている。また、傾き調節ネジ241~243は、挿入位置(挿入の深さ)が調整可能となっており、傾き調節ネジ241~243を押圧面236側に挿入するほど、傾き調節ネジ241~243が押圧面236を押圧する圧力が高くなり、Oリング28の変形量を大きくさせることができる。これにより、たとえば、図4において上部に位置する傾き調節ネジ241のみを押圧面236側に深く挿入させた場合には、傾き調節ネジ241の先端と当接する位置において、第1の可動部材23がOリング28を押し潰し、第1の反射器230を下方向に傾けることが可能となる。また、本実施形態では、図4および図5に示すように、第1の可動部材23の左下側および右下側にも、傾き調節ネジ242,243がそれぞれ設けられているため、3本の傾き調節ネジ241~243により、第1の反射器230の傾きを、上下左右において調整することができる。このように、本実施形態では、傾き調節ネジ241~243が、第1の反射器230の傾きを調整するためのアライメント調整機構として機能する。 The first end member 24 is detachable from the first annular member 22, and can hold the first movable member 23 together with the first annular member 22, as shown in FIG. 2. The first end member 24 has a through hole 240 for passing the laser light emitted from the semiconductor laser element 11, as well as tilt adjustment screws (pressing members) 241-243, as shown in FIGS. 3 and 4. The tilt adjustment screws 241-243 penetrate the main body of the first end member 24 and can abut against the pressing surface 236 of the first movable member 23. The insertion position (insertion depth) of the tilt adjustment screws 241-243 is adjustable, and the more the tilt adjustment screws 241-243 are inserted toward the pressing surface 236, the higher the pressure with which the tilt adjustment screws 241-243 press the pressing surface 236, and the greater the deformation of the O-ring 28. As a result, for example, when only the tilt adjustment screw 241 located at the top in FIG. 4 is inserted deeply into the pressing surface 236, the first movable member 23 crushes the O-ring 28 at the position where it abuts against the tip of the tilt adjustment screw 241, making it possible to tilt the first reflector 230 downward. In this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, tilt adjustment screws 242, 243 are also provided on the lower left and lower right sides of the first movable member 23, respectively, so that the tilt of the first reflector 230 can be adjusted up, down, left, and right by the three tilt adjustment screws 241-243. In this way, in this embodiment, the tilt adjustment screws 241-243 function as an alignment adjustment mechanism for adjusting the tilt of the first reflector 230.

また、本実施形態では、図5に示すように、第1の環状部材22にも、アライメント機構として、位置調節ネジ224,225および付勢部材226が設けられている。位置調節ネジ224,225は、第1の可動部材23の側面237を押圧することで、第1の可動部材23に保持される第1の反射器230の位置を調整することができる。また、付勢部材226は、コイルばねや板ばねなどの弾性部材であり、第1の環状部材22と第1の可動部材23との間に配置される。本実施形態では、第1の可動部材23を介して、位置調節ネジ224,225と対向する位置に、付勢部材226が配置されるため、第1の可動部材23を位置調節ネジ224,225が配置された方向に付勢する。これにより、位置調節ネジ224,225の挿入位置(挿入の深さ)に応じて、第1の可動部材23の位置を上下方向(Z軸方向)および左右方向(X軸方向)に調整することが可能となっている。さらに、本実施形態では、第1の環状部材22と第2の環状部材25とを金属ロッドなどで連結する構成とすることで、光共振器20の堅牢性を高めることができる。 5, the first annular member 22 is also provided with position adjustment screws 224, 225 and a biasing member 226 as an alignment mechanism. The position adjustment screws 224, 225 can adjust the position of the first reflector 230 held by the first movable member 23 by pressing the side surface 237 of the first movable member 23. The biasing member 226 is an elastic member such as a coil spring or a leaf spring, and is disposed between the first annular member 22 and the first movable member 23. In this embodiment, the biasing member 226 is disposed at a position opposite the position adjustment screws 224, 225 via the first movable member 23, and therefore biases the first movable member 23 in the direction in which the position adjustment screws 224, 225 are disposed. This makes it possible to adjust the position of the first movable member 23 in the vertical direction (Z-axis direction) and the horizontal direction (X-axis direction) according to the insertion position (insertion depth) of the position adjustment screws 224, 225. Furthermore, in this embodiment, the robustness of the optical resonator 20 can be improved by configuring the first annular member 22 and the second annular member 25 to be connected by a metal rod or the like.

なお、本実施形態では、傾き調節ネジ241~243または位置調節ネジ224,225に押圧される第1の可動部材23の押圧面236または側面237の保護を目的として、押圧面236および/または側面237に、傾き調節ネジ241~243および位置調節ネジ224,225よりも高硬度の保護部材を配置する構成とすることができる。このような保護部材としては、たとえば、サファイア製のコンタクトパットを用いることができる。 In this embodiment, in order to protect the pressing surface 236 or side surface 237 of the first movable member 23 that is pressed by the tilt adjustment screws 241-243 or the position adjustment screws 224, 225, a protective member having a higher hardness than the tilt adjustment screws 241-243 and the position adjustment screws 224, 225 can be arranged on the pressing surface 236 and/or side surface 237. As such a protective member, for example, a contact pad made of sapphire can be used.

次に、検出装置30について説明する。図1に示すように、第1実施形態では、光共振器20(筒体21)の側面に、4つの検出装置30が配置されている。検出装置30は、筒体21内の内部空間Sにおいて、レーザー光がガスと衝突して生じた特定波長の光を検出する装置である。このような装置として、光電子増倍管を用いた検出装置が例示される。また、本実施形態において、検出装置30は、レーザー光がガスと衝突して生じたラマン散乱光を検出する構成としている。ここで、レーザー光の波長が同じ場合でも、レーザー光と衝突するガスの種類に応じてラマン散乱光の波長は変化する。そのため、本実施形態では、4つの検出装置30を用いて、それぞれ異なる波長のラマン散乱光を検出することで、4種類のガスを同時に検出する構成となっている。具体的には、本実施形態では、検出装置30の前にそれぞれ異なる特定の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ31a~31dを設けている。たとえば、バンドパスフィルタ31aが、レーザー光がSOガスと衝突することで生じるラマン散乱光を透過する性質を有し、バンドパスフィルタ31bが、レーザー光がCOガスと衝突することで生じるラマン散乱光を透過する性質を有し、バンドパスフィルタ31cが、レーザー光がHSガスと衝突することで生じるラマン散乱光を透過する性質を有し、バンドパスフィルタ31dが、レーザー光がCHガスと衝突することで生じるラマン散乱光を透過する性質を有する場合、外部共振器型レーザー装置1は、複数の検出装置30により、SO,CO,CH,HSに由来する光を一度に同時に検出することができる。 Next, the detection device 30 will be described. As shown in FIG. 1, in the first embodiment, four detection devices 30 are arranged on the side of the optical resonator 20 (cylinder 21). The detection device 30 is a device that detects light of a specific wavelength generated when a laser light collides with a gas in the internal space S inside the cylinder 21. An example of such a device is a detection device using a photomultiplier tube. In addition, in this embodiment, the detection device 30 is configured to detect Raman scattered light generated when a laser light collides with a gas. Here, even if the wavelength of the laser light is the same, the wavelength of the Raman scattered light changes depending on the type of gas that collides with the laser light. Therefore, in this embodiment, four detection devices 30 are used to detect Raman scattered light of different wavelengths, thereby simultaneously detecting four types of gas. Specifically, in this embodiment, bandpass filters 31a to 31d that transmit only light of different specific wavelengths are provided in front of the detection devices 30. For example, if the bandpass filter 31a has the property of transmitting Raman scattered light generated when the laser light collides with SO2 gas, the bandpass filter 31b has the property of transmitting Raman scattered light generated when the laser light collides with CO gas, the bandpass filter 31c has the property of transmitting Raman scattered light generated when the laser light collides with H2S gas, and the bandpass filter 31d has the property of transmitting Raman scattered light generated when the laser light collides with CH4 gas, the external cavity laser device 1 can simultaneously detect light originating from SO2 , CO, CH4 , and H2S at once using the multiple detection devices 30.

また、光共振器20において導入したガスの濃度が高いほど、光共振器20で発生するラマン散乱光の強度は高くなる。そのため、検出装置30は、SO,CO,CH,HSの有無を検出するだけではなく、SO,CO,CH,HSに由来するラマン散乱光の強度に基づいて、SO,CO,CH,HSの濃度を検出することができる。 Furthermore, the higher the concentration of the gas introduced into the optical resonator 20, the higher the intensity of the Raman scattered light generated in the optical resonator 20. Therefore, the detection device 30 can not only detect the presence or absence of SO2 , CO, CH4 , and H2S , but also detect the concentrations of SO2 , CO, CH4 , and H2S based on the intensity of the Raman scattered light originating from SO2 , CO, CH4 , and H2S .

次いで、本実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1の実施例について説明する。本実施例では、第1の反射器230として反射率が99.97%の反射ミラーを用い、第2の反射器260として反射率が99.999%の反射ミラーを用いた。また、本実施例では、レーザー光の波長が416nm、強度が5~50mWの範囲となるように、半導体レーザー素子11を調整することで、光共振器2の内部で増幅されたレーザー光の光強度が5~100Wの範囲となるように調整した。そして、このように調整した外部共振器型レーザー装置1を用いて、空気中の酸素、窒素、二酸化炭素および水蒸気の検出と、水素ガス中の酸素(10ppm)の検出と、アルゴンガス中のアンモニア(1ppm)の検出とを行った。 Next, an example of the external resonator type laser device 1 according to this embodiment will be described. In this example, a reflecting mirror with a reflectance of 99.97% was used as the first reflector 230, and a reflecting mirror with a reflectance of 99.999% was used as the second reflector 260. In this example, the semiconductor laser element 11 was adjusted so that the wavelength of the laser light was 416 nm and the intensity was in the range of 5 to 50 mW, and the optical intensity of the laser light amplified inside the optical resonator 2 was adjusted to be in the range of 5 to 100 W. Then, using the external resonator type laser device 1 adjusted in this way, detection of oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and water vapor in air, detection of oxygen (10 ppm) in hydrogen gas, and detection of ammonia (1 ppm) in argon gas were performed.

図6は、空気中の酸素、窒素、二酸化炭素および水蒸気を検出した結果を示すグラフである。具体的には、図6(A)は、酸素および窒素の検出結果を示すグラフであり、図6(B)は、二酸化炭素の検出結果を示すグラフであり、図6(C)は、水蒸気の検出結果を示すグラフである。図6(A)~(C)に示すように、本実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1を用いることで、空気中の酸素、窒素、二酸化炭素、水蒸気を検出できることが確認できた。 Figure 6 is a graph showing the results of detecting oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and water vapor in the air. Specifically, Figure 6(A) is a graph showing the results of detecting oxygen and nitrogen, Figure 6(B) is a graph showing the results of detecting carbon dioxide, and Figure 6(C) is a graph showing the results of detecting water vapor. As shown in Figures 6(A) to (C), it was confirmed that oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and water vapor in the air can be detected by using the external cavity laser device 1 according to this embodiment.

また、図7(A)は、水素ガス中に10ppmの酸素ガスを混入した場合の、酸素ガスの検出結果を示すグラフである。酸素ガスが10ppmである場合も、酸素ガスを検出することができることが分かった。なお、図7(A)に示すグラフでは、水素ガスだけの場合の検出結果も重畳している。 Figure 7 (A) is a graph showing the detection results of oxygen gas when 10 ppm of oxygen gas is mixed into hydrogen gas. It was found that oxygen gas can be detected even when the oxygen gas is 10 ppm. Note that the graph shown in Figure 7 (A) also includes the detection results for hydrogen gas only.

さらに、図7(B)は、アルゴンガス中に1ppmのアンモニアガスを混入した場合の、アンモニアガスの検出結果を示すグラフである。また、図7(B)に示すグラフでは、アルゴンガスだけの場合の検出結果も重畳している。このように、アンモニアガスが含まれる場合に、アンモニアガスが含まれない場合の検出結果と比較することで、アンモニアガスでは1ppmという微量である場合も、アンモニアガスの存在を検知することが可能となる。 Furthermore, FIG. 7(B) is a graph showing the detection results of ammonia gas when 1 ppm of ammonia gas is mixed into argon gas. The graph shown in FIG. 7(B) also superimposes the detection results for argon gas alone. In this way, by comparing the detection results when ammonia gas is included with the detection results when ammonia gas is not included, it is possible to detect the presence of ammonia gas even when the amount of ammonia gas is as small as 1 ppm.

以上のように、第1実施形態に係る光共振器20では、アライメント機構として、第1の反射器230が取り付けられた第1の可動部材23を押圧する傾き調節ネジ241~243および位置調節ネジ224,225を有しており、これらネジの挿入位置(挿入の深さ)を調整することで、第1の可動部材23(あるいは第1の反射器230)の傾きおよび位置を調整することが可能となっている。同様に、第1実施形態に係る光共振器20では、アライメント機構として、第2の反射器260が取り付けられた第2の可動部材26を押圧する傾き調節ネジ271~273および位置調節ネジ254,255を有しており、これらネジの挿入位置(挿入の深さ)を調整することで、第2の可動部材26(あるいは第2の反射器260)の傾きおよび位置を調整することが可能となっている。さらに、本実施形態では、傾き調節ネジ241~243,271~273および位置調節ネジ224,225,254,255は、ユーザやメンテナンス担当者が外部から操作することが可能となっており、光共振器20を分解しなくても、第1および第2の反射器230,260の傾きを含む位置を簡易に調節することができる。また、本実施形態において、半導体レーザー素子11を用いることで、装置全体として小型化することができ、装置の持ち運びが可能となるが、その分、持ち運びによる振動や外部からの衝撃を受けやすくなり、光共振器20における反射器230,260の傾きや位置が変化しやくなるところ、ユーザやメンテナンス担当者が簡易に反射器230,260の傾きや位置を調整することが可能とすることで、より持ち運びに適した装置を提供することが可能となる。 As described above, the optical resonator 20 according to the first embodiment has, as an alignment mechanism, the tilt adjustment screws 241-243 and the position adjustment screws 224, 225 that press the first movable member 23 to which the first reflector 230 is attached, and it is possible to adjust the tilt and position of the first movable member 23 (or the first reflector 230) by adjusting the insertion position (insertion depth) of these screws. Similarly, the optical resonator 20 according to the first embodiment has, as an alignment mechanism, the tilt adjustment screws 271-273 and the position adjustment screws 254, 255 that press the second movable member 26 to which the second reflector 260 is attached, and it is possible to adjust the tilt and position of the second movable member 26 (or the second reflector 260) by adjusting the insertion position (insertion depth) of these screws. Furthermore, in this embodiment, the tilt adjustment screws 241-243, 271-273 and the position adjustment screws 224, 225, 254, 255 can be operated from the outside by a user or a maintenance person, and the position including the tilt of the first and second reflectors 230, 260 can be easily adjusted without disassembling the optical resonator 20. In addition, in this embodiment, by using the semiconductor laser element 11, the device as a whole can be made small and the device can be carried around, but it is more susceptible to vibrations caused by carrying it around and external shocks, and the tilt and position of the reflectors 230, 260 in the optical resonator 20 are easily changed. However, by allowing the user or a maintenance person to easily adjust the tilt and position of the reflectors 230, 260, it is possible to provide a device that is more suitable for carrying it around.

《第2実施形態》
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図8は、第2実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1aを示す構成図である。第2実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1aは、単一の検出装置30を備え、当該検出装置30が、半導体レーザー素子11および光共振器20と一直線となる位置に配置される。より具体的には、半導体レーザー素子11、光共振器20および検出装置30がともに、半導体レーザー素子11から発せられるレーザー光の光軸上に配置される。また、第2実施形態では、光共振器20においてレーザー光が検出対象ガスと衝突して生じたラマン散乱光が、光共振器20の第2の端部部材27から外部へと放射された後に、検出装置30に入射し、検出装置30により検出される構成となっている。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a configuration diagram showing an external resonator type laser device 1a according to the second embodiment. The external resonator type laser device 1a according to the second embodiment includes a single detection device 30, and the detection device 30 is arranged in a position that is aligned with the semiconductor laser element 11 and the optical resonator 20. More specifically, the semiconductor laser element 11, the optical resonator 20, and the detection device 30 are all arranged on the optical axis of the laser light emitted from the semiconductor laser element 11. In addition, in the second embodiment, the Raman scattered light generated by the collision of the laser light with the gas to be detected in the optical resonator 20 is emitted to the outside from the second end member 27 of the optical resonator 20, and then enters the detection device 30 and is detected by the detection device 30.

また、第2実施形態では、検出装置30において、ラマン散乱光を効率的に検出するため、筒体21の内面は、たとえば蒸着などの手法により、ラマン散乱光を高反射するための光学コーティングや、アルミニウムなどの金属の反射膜を形成しておくことが好ましい。これにより、筒体21の側面(レーザー光の光軸と交差する方向)からラマン散乱光が外部へと透過することを防止し、レーザー光の光軸上に位置する検出装置30に、ラマン散乱光を効率的に入射させることができる。 In addition, in the second embodiment, in order to efficiently detect the Raman scattered light in the detection device 30, it is preferable to form an optical coating for highly reflecting the Raman scattered light or a reflective film of a metal such as aluminum on the inner surface of the cylinder 21, for example by a method such as deposition. This prevents the Raman scattered light from being transmitted to the outside from the side of the cylinder 21 (in a direction intersecting the optical axis of the laser light), and allows the Raman scattered light to be efficiently incident on the detection device 30 located on the optical axis of the laser light.

また、第2実施形態に係る検出装置30は、バンドパスフィルタ31の切り替え機構を有しており、バンドパスフィルタ31を自在に切り替え可能となっている。そのため、バンドパスフィルタ31を検出したいガスの種類に応じて切り替えることで、所望するガスを検出することが可能となっている。 The detection device 30 according to the second embodiment also has a switching mechanism for the bandpass filter 31, allowing the bandpass filter 31 to be freely switched. Therefore, by switching the bandpass filter 31 according to the type of gas to be detected, it is possible to detect the desired gas.

以上のように、第2実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1aも、光共振器20に、第1の反射器230および第2の反射器260の傾きや位置を調整可能なアライメント機構を有しており、第1の反射器230および第2の反射器260の傾きを含む位置を容易に調節することが可能となっている。また、第2実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1aでは、単一の検出装置30を有する構成であるとともに、半導体レーザー素子11、光共振器20、検出装置30が一直線に配置されるため、装置全体をより小型化することが可能となる。なお、第2実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1aでは、レーザー光の光軸Lに沿ってラマン散乱光を検出することで、第1実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1と同等以上の感度で、検出対象ガスを検出することが確認された。 As described above, the external resonator type laser device 1a according to the second embodiment also has an alignment mechanism in the optical resonator 20 that can adjust the tilt and position of the first reflector 230 and the second reflector 260, making it possible to easily adjust the positions including the tilt of the first reflector 230 and the second reflector 260. In addition, the external resonator type laser device 1a according to the second embodiment has a configuration with a single detection device 30, and the semiconductor laser element 11, the optical resonator 20, and the detection device 30 are arranged in a straight line, making it possible to make the entire device more compact. It has been confirmed that the external resonator type laser device 1a according to the second embodiment detects the target gas with a sensitivity equal to or higher than that of the external resonator type laser device 1 according to the first embodiment by detecting Raman scattered light along the optical axis L of the laser light.

《第3実施形態》
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図9は、第3実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1bの平面断面図であり、図10は、第3実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1bの側面断面図である。なお、図9は、図10に示すIX-IX線に沿う断面図であり、図10は、図9に示すX-Xに沿う断面図である。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Fig. 9 is a plan sectional view of an external cavity laser device 1b according to the third embodiment, and Fig. 10 is a side sectional view of the external cavity laser device 1b according to the third embodiment. Fig. 9 is a sectional view taken along line IX-IX shown in Fig. 10, and Fig. 10 is a sectional view taken along line X-X shown in Fig. 9.

図9に示すように、第3実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1bは、半導体レーザー素子11と、光共振器50と、ビームディフューザー40と、検出装置30と、フィルタ切り替え装置33とを有する。 As shown in FIG. 9, the external cavity laser device 1b according to the third embodiment has a semiconductor laser element 11, an optical resonator 50, a beam diffuser 40, a detection device 30, and a filter switching device 33.

図11は、第3実施形態に係る光共振器50の平面断面図であり、図9と同様に、図10のIX-IX線に沿う光共振器50の断面図である。また、図12(A)は、第3実施形態に係る光共振器50の正面図であり、図12(B)は、第3実施形態に係る光共振器50の背面図である。図11に示すように、第3実施形態に係る光共振器50は、導光部材51と、第1の可動部材52と、第1の端部部材53と、第2の可動部材54と、第2の端部部材55とを有する。 Figure 11 is a plan cross-sectional view of the optical resonator 50 according to the third embodiment, which, like Figure 9, is a cross-sectional view of the optical resonator 50 taken along line IX-IX in Figure 10. Also, Figure 12(A) is a front view of the optical resonator 50 according to the third embodiment, and Figure 12(B) is a rear view of the optical resonator 50 according to the third embodiment. As shown in Figure 11, the optical resonator 50 according to the third embodiment has a light-guiding member 51, a first movable member 52, a first end member 53, a second movable member 54, and a second end member 55.

図12に示すように、第1の端部部材53は、半導体レーザー素子11から射出されたレーザー光が通過する貫通孔530と、第1の可動部材52の傾きを含む位置を調整するアライメント機構として機能する3本の傾き調節ネジ531~533を有する。傾き調節ネジ531~533の先端部は、第1の可動部材52の第1の面521と当接し、さらに、傾き調節ネジ531~533を深い位置まで挿入することで第1の面521を押圧することが可能である。なお、第3実施形態でも、3本の傾き調節ネジ531~533の挿入位置を調整することで、第1の可動部材52の傾き(第1の反射器520の傾き)を上下左右に調整することが可能となっている。 As shown in FIG. 12, the first end member 53 has a through hole 530 through which the laser light emitted from the semiconductor laser element 11 passes, and three tilt adjustment screws 531-533 that function as an alignment mechanism for adjusting the position, including the tilt, of the first movable member 52. The tips of the tilt adjustment screws 531-533 come into contact with the first surface 521 of the first movable member 52, and the first surface 521 can be pressed by inserting the tilt adjustment screws 531-533 to a deep position. Note that in the third embodiment as well, the tilt of the first movable member 52 (the tilt of the first reflector 520) can be adjusted up, down, left, and right by adjusting the insertion positions of the three tilt adjustment screws 531-533.

第1の可動部材52には、第1の反射器520が取り付けられている。また、第1の可動部材52は、第1の端部部材53側の第1の面521において、傾き調節ネジ531~533と当接するとともに、第1の面521と反対側の第2の面522において、Oリング56と当接している。具体的には、第2の面522において、Oリング56の形状に合わせて、Oリング56を係合するための溝が形成されており、この溝にOリング56が嵌め込まれている。また、第1の反射器520は、導光部材51の第1の凹部513内に収容されるが、第1の反射器520と第1の凹部513との間には、第1の反射器520の傾きや位置を変えても、第1の反射器520が第1の凹部513に接しない程度の隙間を有する。そのため、傾き調節ネジ531~533により第1の面521が押圧されると、押圧された位置を中心として、第2の面522がOリング56を押圧し、Oリング56を変形させることで、第1の反射器520の傾きを変更することが可能となっている。また、本実施形態では、第1の面521のうち、傾き調節ネジ531~533と当接する部分に板状の保護部材523が取り付けられている。保護部材523は、傾き調節ネジ531~533の押圧により第1の面521が変形してしまうことを防止するための部材であり、たとえば、サファイア製のコンタクトパッドを用いることができる。なお、第3実施形態に係る光共振器50では、第1の反射器520の位置を調整するための位置調節ネジを設けていないが、位置調節ネジを設けて第1の反射器520の位置を調整する構成としてもよい。 A first reflector 520 is attached to the first movable member 52. The first movable member 52 abuts against the tilt adjustment screws 531-533 on the first surface 521 on the first end member 53 side, and abuts against the O-ring 56 on the second surface 522 opposite the first surface 521. Specifically, a groove for engaging the O-ring 56 is formed on the second surface 522 in accordance with the shape of the O-ring 56, and the O-ring 56 is fitted into this groove. The first reflector 520 is housed in the first recess 513 of the light-guiding member 51, but there is a gap between the first reflector 520 and the first recess 513 such that the first reflector 520 does not come into contact with the first recess 513 even if the tilt or position of the first reflector 520 is changed. Therefore, when the first surface 521 is pressed by the tilt adjustment screws 531 to 533, the second surface 522 presses the O-ring 56 around the pressed position, and the O-ring 56 is deformed, thereby making it possible to change the tilt of the first reflector 520. In this embodiment, a plate-shaped protective member 523 is attached to the portion of the first surface 521 that abuts against the tilt adjustment screws 531 to 533. The protective member 523 is a member for preventing the first surface 521 from being deformed by the pressure of the tilt adjustment screws 531 to 533, and may be, for example, a contact pad made of sapphire. In the optical resonator 50 according to the third embodiment, no position adjustment screw is provided for adjusting the position of the first reflector 520, but a configuration in which a position adjustment screw is provided to adjust the position of the first reflector 520 may be used.

第2の可動部材54および第2の端部部材55も、第1の可動部材52および第1の端部部材53と同様の構成を有しており、図12に示すように、第2の端部部材55には、第2の可動部材54の傾きを変えるためのアライメント機構として、傾き調節ネジ551~553が設けられている。 The second movable member 54 and the second end member 55 have the same configuration as the first movable member 52 and the first end member 53, and as shown in FIG. 12, the second end member 55 is provided with tilt adjustment screws 551-553 as an alignment mechanism for changing the tilt of the second movable member 54.

また、第3実施形態では、図9および図10に示すように、傾き調節ネジ531~533,551~553の挿入位置(挿入の深さ)を調整するためのピエゾコントローラー58およびアクチュエーター59,59を、アライメント調節機構として有している。たとえば、ユーザは、ピエゾコントローラー58を操作し、傾き調節ネジ531~533,551~553の挿入位置(挿入の深さ)を決定することで、ピエゾコントローラー58がアクチュエーター59,59の駆動を制御し、アクチュエーター59,59に傾き調節ネジ531~533,551~553の挿入位置を調節させることができる。また、アクチュエーター59,59は、傾き調節ネジ531~533,551~553の挿入位置(挿入の深さ)を固定するためのロック機構としても機能する。 9 and 10, the third embodiment has a piezo controller 58 and actuators 59 1 and 59 2 as an alignment adjustment mechanism for adjusting the insertion positions (insertion depth) of the tilt adjustment screws 531 to 533 and 551 to 553. For example, a user can operate the piezo controller 58 to determine the insertion positions (insertion depth) of the tilt adjustment screws 531 to 533 and 551 to 553, so that the piezo controller 58 controls the driving of the actuators 59 1 and 59 2 , causing the actuators 59 1 and 59 2 to adjust the insertion positions of the tilt adjustment screws 531 to 533 and 551 to 553. The actuators 59 1 and 59 2 also function as a lock mechanism for fixing the insertion positions (insertion depth) of the tilt adjustment screws 531 to 533 and 551 to 553.

第3実施形態に係る導光部材51は、中空の部材であり、内部に内部空間Sが形成されている。また、導光部材51は、ガス導入口511、ガス排出口512、凹部513、514、細径貫通孔515,516、シリンドリカルミラー517、シリンドリカルレンズ518、光学フィルタ519を有する。第1実施形態に係る筒体21と同様に、検出対象ガスは、ガス導入口511から内部空間S内へと導入され、内部空間Sを通過した後に、ガス排出口512から排出される。また、本実施形態では、導光部材51は、レーザー光の光軸L上に、凹部513,514および細径貫通孔515,516を有しており、半導体レーザー素子11から射出されたレーザー光は、凹部513および細径貫通孔515を通過し、一部が第1の反射器520を通過して、内部空間S内に照射される。また、内部空間S内において、レーザー光は、第1の反射器520と第2の反射器540とで繰り返し反射される間に、内部空間Sに導入されたガスと衝突し、ガスに応じたラマン散乱光が発生する。本実施形態では、内部空間Sの側面側(レーザー光の反射方向と直交する側)であって、検出装置30が存在しない側にシリンドリカルミラー517が設けられており、レーザー光とガスとの衝突により生じたラマン散乱光のうち、シリンドリカルミラー517側に放射された光は、シリンドリカルミラー517により、シリンドリカルレンズ518側へと反射される。一方、内部空間Sの側面側(レーザー光の反射方向と直交する側)であって、検出装置30が存在する側にはシリンドリカルレンズ518が設けられており、シリンドリカルレンズ518側に放射されたラマン散乱光は、シリンドリカルレンズ518を通過しながら、直線状(一次元状)に変換された後、光学フィルタ519を通過し、フォーカスレンズ32で集光された後に、検出装置30で検出される。なお、第3実施形態では、フィルタ切り替え装置33は、異なる波長のラマン散乱光を透過するバンドパスフィルタ31a,31bを有し、検出装置30で検出する所定波長のラマン散乱光に応じて、バンドパスフィルタ31a,31bを切り替え可能となっている。 The light-guiding member 51 according to the third embodiment is a hollow member, and an internal space S is formed inside. The light-guiding member 51 also has a gas inlet 511, a gas outlet 512, recesses 513 and 514, small diameter through holes 515 and 516, a cylindrical mirror 517, a cylindrical lens 518, and an optical filter 519. As with the cylinder 21 according to the first embodiment, the gas to be detected is introduced into the internal space S from the gas inlet 511, and after passing through the internal space S, is discharged from the gas outlet 512. In this embodiment, the light-guiding member 51 has recesses 513 and 514 and small diameter through holes 515 and 516 on the optical axis L of the laser light, and the laser light emitted from the semiconductor laser element 11 passes through the recess 513 and the small diameter through hole 515, and a part of the laser light passes through the first reflector 520 to be irradiated into the internal space S. In addition, in the internal space S, the laser light collides with the gas introduced into the internal space S while being repeatedly reflected by the first reflector 520 and the second reflector 540, and Raman scattered light corresponding to the gas is generated. In this embodiment, a cylindrical mirror 517 is provided on the side of the internal space S (the side perpendicular to the reflection direction of the laser light) on which the detection device 30 is not present, and the light radiated toward the cylindrical mirror 517 side out of the Raman scattered light generated by the collision between the laser light and the gas is reflected by the cylindrical mirror 517 toward the cylindrical lens 518 side. On the other hand, a cylindrical lens 518 is provided on the side of the internal space S (the side perpendicular to the reflection direction of the laser light) where the detection device 30 is located, and the Raman scattered light emitted toward the cylindrical lens 518 is converted into a linear (one-dimensional) shape while passing through the cylindrical lens 518, then passes through an optical filter 519, is collected by a focus lens 32, and is detected by the detection device 30. In the third embodiment, the filter switching device 33 has bandpass filters 31a and 31b that transmit Raman scattered light of different wavelengths, and can switch between the bandpass filters 31a and 31b depending on the Raman scattered light of a predetermined wavelength detected by the detection device 30.

以上のように、第3実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1bでは、導光部材51が、第1実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1の筒体21、第1の環状部材22および第2の環状部材25に相当し、導光部材51と第1の端部部材53との間に第1の可動部材52を収容し、導光部材51と第2の端部部材55との間に第2の可動部材54を収容することで、アライメント機構(傾き調節ネジ531~533,551~553)により、第1の可動部材52および第2の可動部材54の傾きを調節することができる。また、外部共振器型レーザー装置1bでは、第1実施形態に係る外部共振器型レーザー装置1と比べて、部品数が少なく、小型化することができる。 As described above, in the external resonator type laser device 1b according to the third embodiment, the light-guiding member 51 corresponds to the cylinder 21, the first annular member 22, and the second annular member 25 of the external resonator type laser device 1 according to the first embodiment, and the first movable member 52 is accommodated between the light-guiding member 51 and the first end member 53, and the second movable member 54 is accommodated between the light-guiding member 51 and the second end member 55, so that the inclination of the first movable member 52 and the second movable member 54 can be adjusted by the alignment mechanism (tilt adjustment screws 531-533, 551-553). Furthermore, in the external resonator type laser device 1b, the number of parts is reduced and it can be made smaller than the external resonator type laser device 1 according to the first embodiment.

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。 The above describes preferred embodiments of the present invention, but the technical scope of the present invention is not limited to the above description of the embodiments. Various modifications and improvements can be made to the above embodiments, and such modifications or improvements are also included in the technical scope of the present invention.

たとえば、第2実施形態では、単一の検出装置30を、半導体レーザー素子11および光共振器20と一直線となる位置(レーザー光の光軸上となる位置)に配置する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、半導体レーザー素子11および光共振器20と一直線となる位置(レーザー光の光軸上となる位置)に加えて、第1実施形態のように、筒体21の側面(レーザー光の光軸と直交する方向)にも、複数の検出装置30を配置し、半導体レーザー素子11および光共振器20と一直線となる位置および筒体21の側面でラマン散乱光を検出する構成とすることができる。たとえば、第1実施形態に係る検出装置30の配置構成と、第2実施形態に係る検出装置30の検出構成とを組み合わせることで、5個の検出装置30でラマン散乱光を検出することができるため、同時に5種類のガスを検出することが可能となる。 For example, in the second embodiment, a single detection device 30 is arranged in a position aligned with the semiconductor laser element 11 and the optical resonator 20 (on the optical axis of the laser light), but this is not limited to this configuration. For example, in addition to the position aligned with the semiconductor laser element 11 and the optical resonator 20 (on the optical axis of the laser light), multiple detection devices 30 can be arranged on the side of the cylinder 21 (in a direction perpendicular to the optical axis of the laser light) as in the first embodiment, and Raman scattered light can be detected at the position aligned with the semiconductor laser element 11 and the optical resonator 20 and on the side of the cylinder 21. For example, by combining the arrangement configuration of the detection device 30 according to the first embodiment and the detection configuration of the detection device 30 according to the second embodiment, Raman scattered light can be detected by five detection devices 30, making it possible to detect five types of gases simultaneously.

1,1a,1b…外部共振器型レーザー装置
11…半導体レーザー素子
111,112…端面
12…コリメートレンズ
13…バンドパスフィルタ
20…光共振器
21…筒体
22…第1の環状部材
220…ガス導入口
221…第1環状部
222…第2環状部
223…段差面
224,225…位置調節ネジ
226…付勢部材
23…第1の可動部材
230…第1の反射器
231…貫通孔
232…本体部
233…フランジ部
234…段差面
235…凹部
236…押圧面
237…側面
24…第1の端部部材
240…貫通孔
241~243…傾き調節ネジ
25…第2の環状部材
250…ガス排出口
251…第1環状部
252…第2環状部
253…段差面
254,255…位置調節ネジ
26…第2の可動部材
260…第2の反射器
261…貫通孔
262…本体部
263…フランジ部
264…段差面
265…凹部
266…押圧面
267…側面
27…第2の端部部材
270…貫通孔
271~273…傾き調節ネジ
28~211…Oリング
30…検出装置
31,31a~31d…バンドパスフィルタ
32…フォーカスレンズ
33…フィルタ切り替え装置
40…ビームディフューザー
50…光共振器
51…導光部材
511…ガス導入口
512…ガス排出口
513,514…凹部
515,516…細径貫通孔
517…シリンドリカルミラー
518…シリンドリカルレンズ
519…光学フィルタ
52…第1の可動部材
520…第1の反射器
521…第1の面
522…第2の面
523…保護部材
53…第1の端部部材
530…貫通孔
531~533…調節ネジ
54…第2の可動部材
540…第2の反射器
541…第1の面
542…第2の面
543…保護部材
55…第2の端部部材
550…貫通孔
551~553…調節ネジ
56,57…Oリング
58…ピエゾコントローラー
59,59…アクチュエーター
Reference Signs List 1, 1a, 1b...External cavity type laser device 11...Semiconductor laser element 111, 112...End surface 12...Collimating lens 13...Bandpass filter 20...Optical resonator 21...Cylinder 22...First annular member 220...Gas inlet 221...First annular portion 222...Second annular portion 223...Step surface 224, 225...Position adjustment screw 226...Pressing member 23...First movable member 230...First reflector 231...Through hole 232...Main body 233...Flange portion 234...Step surface 235...Recess 236...Pressing surface 237...Side surface 24...First end member 240...Through hole 241-243...Tilt adjustment screw 25...Second annular member 250...Gas exhaust port Description of the reference numerals 251...first annular portion 252...second annular portion 253...step surface 254, 255...position adjustment screws 26...second movable member 260...second reflector 261...through hole 262...main body portion 263...flange portion 264...step surface 265...recess 266...pressing surface 267...side surface 27...second end member 270...through hole 271-273...tilt adjustment screws 28-211...O-ring 30...detection device 31, 31a-31d...bandpass filter 32...focus lens 33...filter switching device 40...beam diffuser 50...optical resonator 51...light guiding member 511...gas inlet 512...gas outlet 513, 514...recess 515, 516...thin through hole 517: Cylindrical mirror 518: Cylindrical lens 519: Optical filter 52: First movable member 520: First reflector 521: First surface 522: Second surface 523: Protective member 53: First end member 530: Through hole 531-533: Adjusting screw 54: Second movable member 540: Second reflector 541: First surface 542: Second surface 543: Protective member 55: Second end member 550: Through hole 551-553: Adjusting screw 56, 57: O-ring 58: Piezo controller 59 1 , 59 2 : Actuator

Claims (8)

レーザー素子から発せられたレーザー光が入射される第1の反射器と、
前記第1の反射器と対向して設けられ、前記レーザー素子へ反射光をフィードバックする第2の反射器と、
両端部に前記第1の反射器および前記第2の反射器が配置される筒体と、
前記筒体にガスを導入するガス導入口および前記筒体内のガスを排出するガス排出口と、
前記第1の反射器が取り付けられた第1の可動部材と、
前記第2の反射器が取り付けられた第2の可動部材と、
前記第1および第2の可動部材の傾きを調整するアライメント機構と、を備え、
前記筒体が、一対の弾性部材を介して前記第1および第2の可動部材により気密に挟持される、光共振器。
a first reflector onto which the laser light emitted from the laser element is incident;
a second reflector provided opposite to the first reflector and feeding back reflected light to the laser element;
a cylinder having the first reflector and the second reflector disposed at both ends;
a gas inlet for introducing gas into the cylindrical body and a gas outlet for discharging gas from within the cylindrical body;
a first movable member to which the first reflector is attached;
a second movable member to which the second reflector is attached; and
an alignment mechanism that adjusts the inclination of the first and second movable members;
The optical resonator comprises a pair of elastic members, and the cylindrical body is hermetically sandwiched between the first and second movable members.
前記アライメント機構が、前記第1の可動部材の傾きを調整する第1の傾き調整機構と、前記第2の可動部材の傾きを調整する第2の傾き調整機構と、とを有し、
前記第1の可動部材よりも端側に、前記第1の傾き調整機構を有する第1の端部部材を有し、
前記第2の可動部材よりも端側に、前記第2の傾き調整機構を有する第2の端部部材を有する、請求項1に記載の光共振器。
the alignment mechanism includes a first tilt adjustment mechanism that adjusts a tilt of the first movable member and a second tilt adjustment mechanism that adjusts a tilt of the second movable member;
a first end member having the first tilt adjustment mechanism at an end side of the first movable member;
2. The optical resonator according to claim 1, further comprising a second end member having said second tilt adjustment mechanism, said second end member being disposed on an end side of said second movable member.
前記第1の傾き調整機構が、前記第1の可動部材を前記レーザー光の光軸に沿う方向に押圧することで、前記第1の反射器の傾きを調整する複数の第1の押圧部材を備え、前記第2の傾き調整機構が、前記第2の可動部材を前記レーザー光の光軸に沿う方向に押圧することで、前記第2の反射器の傾きを調整する複数の第2の押圧部材を備える、請求項2に記載の光共振器。 The optical resonator according to claim 2, wherein the first tilt adjustment mechanism includes a plurality of first pressing members that adjust the tilt of the first reflector by pressing the first movable member in a direction along the optical axis of the laser light, and the second tilt adjustment mechanism includes a plurality of second pressing members that adjust the tilt of the second reflector by pressing the second movable member in a direction along the optical axis of the laser light. 前記第1の可動部材の前記複数の第1の押圧部材により押圧される面に、前記第1の押圧部材よりも高硬度の第1の保護部材が配置されており、
前記第2の可動部材の前記複数の第2の押圧部材により押圧される面に、前記第2の押圧部材よりも高硬度の第2の保護部材が配置されている、請求項3に記載の光共振器。
a first protective member having a hardness higher than that of the first pressing members is disposed on a surface of the first movable member that is pressed by the plurality of first pressing members;
4. The optical resonator according to claim 3, further comprising a second protective member having a harder hardness than the second pressing members, the second protective member being disposed on a surface of the second movable member that is pressed by the second pressing members.
前記第1の傾き調整機構が、前記複数の第1の押圧部材の挿入位置を調整する複数の第1の調整部材と、前記複数の第1の調整部材の挿入位置を固定する第1ロック機構を備え、
前記第2の傾き調整機構が、前記複数の第2の押圧部材の挿入位置を調整する複数の第2の調整部材と、前記複数の第2の調整部材の挿入位置を固定する第2ロック機構を備える、請求項3に記載の光共振器。
the first inclination adjustment mechanism includes a plurality of first adjustment members that adjust insertion positions of the plurality of first pressing members, and a first lock mechanism that fixes the insertion positions of the plurality of first adjustment members,
4. The optical resonator according to claim 3, wherein the second tilt adjustment mechanism comprises a plurality of second adjustment members that adjust the insertion positions of the plurality of second pressing members, and a second locking mechanism that fixes the insertion positions of the plurality of second adjustment members.
前記アライメント機構が、前記第1の可動部材の、光軸と直交する方向における位置を調整する第1の位置調整機構と、前記第2の可動部材の、光軸と直交する方向における位置を調整する第2の位置調整機構と、とを有し、
前記第1の位置調整機構が、前記第1の可動部材を前記光軸と直交する方向に押圧することで、前記第1の反射器の、光軸と直交する方向における位置を調整する第3の押圧部材を備え、
前記第2の位置調整機構が、前記第2の可動部材を前記光軸と直交する方向に押圧することで、前記第2の反射器の、光軸と直交する方向における位置を調整する第4の押圧部材を備える、請求項2に記載の光共振器。
the alignment mechanism includes a first position adjustment mechanism that adjusts a position of the first movable member in a direction perpendicular to an optical axis, and a second position adjustment mechanism that adjusts a position of the second movable member in a direction perpendicular to the optical axis,
the first position adjustment mechanism includes a third pressing member that presses the first movable member in a direction perpendicular to the optical axis to adjust a position of the first reflector in the direction perpendicular to the optical axis,
3. The optical resonator according to claim 2, wherein the second position adjustment mechanism includes a fourth pressing member that presses the second movable member in a direction perpendicular to the optical axis to adjust the position of the second reflector in the direction perpendicular to the optical axis.
請求項1ないし6のいずれかに記載の光共振器と、
前記光共振器に入射するレーザー光を発するレーザー素子と、
前記光共振器に導入されたガスと、レーザー光とが作用して発生した特定波長の光を検出する検出装置と、を有する、外部共振器型レーザー装置であって、
前記光共振器と前記検出装置との間に、前記筒体を透過した前記特定波長の光を収束して前記検出装置に入射させる光学系を有する、外部共振器型レーザー装置。
An optical resonator according to any one of claims 1 to 6,
a laser element that emits laser light that is incident on the optical resonator;
An external cavity type laser device having a detection device that detects light of a specific wavelength generated by the action of a gas introduced into the optical cavity and a laser light,
an external cavity type laser device having an optical system between the optical resonator and the detection device, which focuses the light of the specific wavelength that has passed through the cylindrical body and makes it incident on the detection device;
請求項1ないし6のいずれかに記載の光共振器と、
一方の端面に無反射層が形成され、他方の端面に全反射層が形成されたレーザー素子と、
前記レーザー素子と前記光共振器との間に設けられた波長選択フィルタと、
を備える外部共振器型レーザー装置。
An optical resonator according to any one of claims 1 to 6,
a laser element having a non-reflective layer formed on one end face and a total reflection layer formed on the other end face;
a wavelength selection filter provided between the laser element and the optical resonator;
An external cavity laser device comprising:
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