JP3228423B2 - ガス検知システムおよびガス検知方法 - Google Patents
ガス検知システムおよびガス検知方法Info
- Publication number
- JP3228423B2 JP3228423B2 JP51125997A JP51125997A JP3228423B2 JP 3228423 B2 JP3228423 B2 JP 3228423B2 JP 51125997 A JP51125997 A JP 51125997A JP 51125997 A JP51125997 A JP 51125997A JP 3228423 B2 JP3228423 B2 JP 3228423B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- gas
- ils
- output
- pumping
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 85
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 137
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 124
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 77
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 66
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 56
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 5
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010450 olivine Substances 0.000 claims description 2
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 claims 1
- 238000000050 ionisation spectroscopy Methods 0.000 description 243
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 195
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 75
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 61
- 241000894007 species Species 0.000 description 57
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 43
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 20
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 19
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 18
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 14
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 11
- 229910019655 synthetic inorganic crystalline material Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 4
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 description 4
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N Hydrogen bromide Chemical compound Br CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N dihydroxy(oxo)silane Chemical compound O[Si](O)=O IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000001499 laser induced fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001307 laser spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- XBWAZCLHZCFCGK-UHFFFAOYSA-N 7-chloro-1-methyl-5-phenyl-3,4-dihydro-2h-1,4-benzodiazepin-1-ium;chloride Chemical compound [Cl-].C12=CC(Cl)=CC=C2[NH+](C)CCN=C1C1=CC=CC=C1 XBWAZCLHZCFCGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000286209 Phasianidae Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DEZWRKUSBYVLAZ-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Y+3].[Ca+2] Chemical compound [O-2].[Y+3].[Ca+2] DEZWRKUSBYVLAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MOCSSSMOHPPNTG-UHFFFAOYSA-N [Sc].[Y] Chemical compound [Sc].[Y] MOCSSSMOHPPNTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RCLZKGURYKGCRE-UHFFFAOYSA-N [Y].[Si](O)(O)(O)O Chemical compound [Y].[Si](O)(O)(O)O RCLZKGURYKGCRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- XJBVBGUCNBMKIH-UHFFFAOYSA-N alumane;ruthenium Chemical compound [AlH3].[Ru] XJBVBGUCNBMKIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJIOWLPQMAPNRM-UHFFFAOYSA-E aluminum scandium(3+) yttrium(3+) nonafluoride Chemical compound [F-].[Al+3].[Sc+3].[Y+3].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-] KJIOWLPQMAPNRM-UHFFFAOYSA-E 0.000 description 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N holmium atom Chemical compound [Ho] KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000042 hydrogen bromide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HIQSCMNRKRMPJT-UHFFFAOYSA-J lithium;yttrium(3+);tetrafluoride Chemical compound [Li+].[F-].[F-].[F-].[F-].[Y+3] HIQSCMNRKRMPJT-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 238000012306 spectroscopic technique Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003239 susceptibility assay Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N trichloroborane Chemical compound ClB(Cl)Cl FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
- G01N2021/391—Intracavity sample
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
- H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は一般にガスの汚染物検出、より特定すればガ
ス分子、原子、ラジカルおよび／またはイオンの、一般
に空洞内レーザースペクトル測定法（ILS）と呼ばれる
レーザー技術による高感度検出に関する。
ス分子、原子、ラジカルおよび／またはイオンの、一般
に空洞内レーザースペクトル測定法（ILS）と呼ばれる
レーザー技術による高感度検出に関する。
発明の背景 マイクロエレクトロニクス業界で使用する大量の半導
体材料（例えばシリコン薄膜）の調製において、汚染物
を制御しなければならないことは周知となっている。汚
染物の制御ができないと、得られる製品は一般に意図し
た目的に有用ではないため、大量の資源の損失に継が
る。
体材料（例えばシリコン薄膜）の調製において、汚染物
を制御しなければならないことは周知となっている。汚
染物の制御ができないと、得られる製品は一般に意図し
た目的に有用ではないため、大量の資源の損失に継が
る。
一般に、シリコン薄膜の製造において開始材料は基本
的にガス、代表的には「不活性ガス（Bulk）」（例え
ば、窒素またはアルゴン）または「活性ガス（Specialt
y）」（例えば、塩化水素、臭化水素、三塩化ボロンな
ど）から構成される。半導体材料の調製のために設計さ
れた製造施設の良好な操業は開始ガスの純度に直接影響
される。
的にガス、代表的には「不活性ガス（Bulk）」（例え
ば、窒素またはアルゴン）または「活性ガス（Specialt
y）」（例えば、塩化水素、臭化水素、三塩化ボロンな
ど）から構成される。半導体材料の調製のために設計さ
れた製造施設の良好な操業は開始ガスの純度に直接影響
される。
しかし、「汚染物質（contaminant）」とみなすこと
のできる多くの分子、原子、ラジカル、およびイオン種
が、半導体材料の処理に使用される不活性ガスおよび活
性ガスに存在している。このような汚染物質は製造した
半導体材料の品質または処理効率のいずれかを劣化させ
ることがある。
のできる多くの分子、原子、ラジカル、およびイオン種
が、半導体材料の処理に使用される不活性ガスおよび活
性ガスに存在している。このような汚染物質は製造した
半導体材料の品質または処理効率のいずれかを劣化させ
ることがある。
これらの汚染物質を制御するおよび／または排除する
第１ステップは開始材料として使用される不活性ガスお
よび活性ガスにおける検出である。しかし従来の検出法
は一般に不十分である。これはその大部分が、開発され
た競合する工業標準が次第に増加することにより作り出
される状況によっている。さらに特定すれば、性能仕様
が向上しつつもマイクロエレクトロニクス・デバイスの
寸法が減少したため、ガス純度の（即ち微小汚染物質が
存在しないこと）要件が増加した。
第１ステップは開始材料として使用される不活性ガスお
よび活性ガスにおける検出である。しかし従来の検出法
は一般に不十分である。これはその大部分が、開発され
た競合する工業標準が次第に増加することにより作り出
される状況によっている。さらに特定すれば、性能仕様
が向上しつつもマイクロエレクトロニクス・デバイスの
寸法が減少したため、ガス純度の（即ち微小汚染物質が
存在しないこと）要件が増加した。
この背景に対して、検出器の効率で幾つかの測定基準
が重要であることは明らかであろう：（１）サンプル中
のガス分子総数あたり個数として一般に記述される絶対
検出感度（例えばPPMまたは10の６乗背景分子あたりの
汚染物質分子数）、（２）種別選択性、または他の種類
の存在下において１種類の汚染を測定する能力、（３）
所望の信号対雑音比を得るための測定の迅速性、（４）
非反応性および反応性ガスの両方における汚染物質をモ
ニタする能力、（５）測定することのできるガス濃度の
直線性とダイナミックレンジ。
が重要であることは明らかであろう：（１）サンプル中
のガス分子総数あたり個数として一般に記述される絶対
検出感度（例えばPPMまたは10の６乗背景分子あたりの
汚染物質分子数）、（２）種別選択性、または他の種類
の存在下において１種類の汚染を測定する能力、（３）
所望の信号対雑音比を得るための測定の迅速性、（４）
非反応性および反応性ガスの両方における汚染物質をモ
ニタする能力、（５）測定することのできるガス濃度の
直線性とダイナミックレンジ。
現在最新の汚染物質（例えば水）検出用装置は各種の
測定技術を含んでいる。例えば、水蒸気検出用の現在最
新の装置は、電導度と電気化学的大気圧イオン化質量ス
ペクトル測定ならびに直接吸収スペクトル測定法測定技
術を使用する。これらの方法の各々は十分にこれらの条
件を満たしていない。
測定技術を含んでいる。例えば、水蒸気検出用の現在最
新の装置は、電導度と電気化学的大気圧イオン化質量ス
ペクトル測定ならびに直接吸収スペクトル測定法測定技
術を使用する。これらの方法の各々は十分にこれらの条
件を満たしていない。
本発明の状況では、レーザー技術、とくに空洞内レー
ザースペクトル測定（intracavity laser spectroscop
y:ILS）が非常に高い感度レベルでガス種（汚染物質）
を検出するための検出器（センサー）として使用するよ
うに開示される。本出願との関連において、レーザー技
術は既知の方法よりガス種（汚染物質）検出でまたとく
に水蒸気検出で明らかな利点を提供している。
ザースペクトル測定（intracavity laser spectroscop
y:ILS）が非常に高い感度レベルでガス種（汚染物質）
を検出するための検出器（センサー）として使用するよ
うに開示される。本出願との関連において、レーザー技
術は既知の方法よりガス種（汚染物質）検出でまたとく
に水蒸気検出で明らかな利点を提供している。
従来のガス種（汚染物質）検出へのレーザー応用で
は、レーザーが発生した放射を用いてレーザー外部のガ
スサンプルを励起させ二次信号（例えばイオン化または
蛍光）を発生する。これ以外にも、ガスサンプルを通過
した後のレーザー強度を初期強度に対して正規化し、測
定する（即ち吸光法）ことができる。直接吸収スペクト
ル測定法は一般に外部光源からサンプルを通る光の透過
度に関連し、サンプル内での分子、原子、ラジカル、お
よび／またはイオン吸収に起因する光強度の減少を測定
する。しかし検出感度は、二つの大きな数（光がサンプ
ルを通過する前の外部光源からの光強度とサンプルを出
た後の強度）の減算に直接依存する。この二つの大きな
数の減算は直接吸収が一般に低感度測定法と見なされる
範囲に検出感度を制限している。
は、レーザーが発生した放射を用いてレーザー外部のガ
スサンプルを励起させ二次信号（例えばイオン化または
蛍光）を発生する。これ以外にも、ガスサンプルを通過
した後のレーザー強度を初期強度に対して正規化し、測
定する（即ち吸光法）ことができる。直接吸収スペクト
ル測定法は一般に外部光源からサンプルを通る光の透過
度に関連し、サンプル内での分子、原子、ラジカル、お
よび／またはイオン吸収に起因する光強度の減少を測定
する。しかし検出感度は、二つの大きな数（光がサンプ
ルを通過する前の外部光源からの光強度とサンプルを出
た後の強度）の減算に直接依存する。この二つの大きな
数の減算は直接吸収が一般に低感度測定法と見なされる
範囲に検出感度を制限している。
二十数年前、別の検出法として、レーザー自体を検出
器として使用する空洞内レーザースペクトル測定法が初
めて開発された。たとえばG.Atkinson,a.Laufer,M.Kury
lo,“Detection of Free Radicals by an Intracavity
Dye Laser Technique,"59 Journal Of Chemical Physic
s,July 1,1973を参照。
器として使用する空洞内レーザースペクトル測定法が初
めて開発された。たとえばG.Atkinson,a.Laufer,M.Kury
lo,“Detection of Free Radicals by an Intracavity
Dye Laser Technique,"59 Journal Of Chemical Physic
s,July 1,1973を参照。
空洞内レーザースペクトル測定法（ILS）は従来の吸
収スペクトル測定法の利点と、他のレーザー技術例えば
レーザー励起蛍光法（LIF）や多光子イオン化（MPI）ス
ペクトル測定法等に通常関連する高い検出感度とを組み
合せている。ILSはマルチモードで均質の広帯域レーザ
ーの光学共鳴空洞内に見られるガス種の吸収に付随する
空洞内損失に基づくものである。これらの空洞内吸収損
失は、マルチモードレーザの通常モードダイナミクスに
よりレーザー媒体で生成される利得と競合する。伝統的
に、ILS研究はマルチモード属性が効率モード競合に必
要な条件を満たしていることからダイ・レーザの使用が
一般化し、広範囲の調節能力が多くの異なるガス種への
スペクトル的アクセスを提供している。とくに、可視波
長域での測定は線形２ミラー空洞を有するダイ・レーザ
を使用して行なわれて来た。V.M.Baev,J.Eschner,J.Sie
rks,A.Weiler,and P.E.Toschek,“Regular dynamics of
a multimode dye laser",Optics Communications,94
（1992）436−444;およびJ.Sierks,V.M.Baev,and P.E.T
oscheck,“Enhancement of the sensitivity of a mult
imode dye laser to intracavity absorption",Optics
Communications,96（1993）81−86を参照。
収スペクトル測定法の利点と、他のレーザー技術例えば
レーザー励起蛍光法（LIF）や多光子イオン化（MPI）ス
ペクトル測定法等に通常関連する高い検出感度とを組み
合せている。ILSはマルチモードで均質の広帯域レーザ
ーの光学共鳴空洞内に見られるガス種の吸収に付随する
空洞内損失に基づくものである。これらの空洞内吸収損
失は、マルチモードレーザの通常モードダイナミクスに
よりレーザー媒体で生成される利得と競合する。伝統的
に、ILS研究はマルチモード属性が効率モード競合に必
要な条件を満たしていることからダイ・レーザの使用が
一般化し、広範囲の調節能力が多くの異なるガス種への
スペクトル的アクセスを提供している。とくに、可視波
長域での測定は線形２ミラー空洞を有するダイ・レーザ
を使用して行なわれて来た。V.M.Baev,J.Eschner,J.Sie
rks,A.Weiler,and P.E.Toschek,“Regular dynamics of
a multimode dye laser",Optics Communications,94
（1992）436−444;およびJ.Sierks,V.M.Baev,and P.E.T
oscheck,“Enhancement of the sensitivity of a mult
imode dye laser to intracavity absorption",Optics
Communications,96（1993）81−86を参照。
しかし液体ダイ・レーザは、液性と物理および光学的
安定性を維持する必要性から多くの実際的用途と互換性
がない。ダイレーザはまた主として可視スペクトル領域
で動作する。多くのガス種の吸収強度は、ILSで定量的
に検出可能であるが、もっと低いエネルギー（たとえば
近赤外）と比較して可視波長ではそれほど強くない。し
たがって赤外線での吸収遷移を使用する場合にもっと高
い検出感度が得られる。
安定性を維持する必要性から多くの実際的用途と互換性
がない。ダイレーザはまた主として可視スペクトル領域
で動作する。多くのガス種の吸収強度は、ILSで定量的
に検出可能であるが、もっと低いエネルギー（たとえば
近赤外）と比較して可視波長ではそれほど強くない。し
たがって赤外線での吸収遷移を使用する場合にもっと高
い検出感度が得られる。
ある種のILS実験はマルチモードの、調整可能な固体
レーザ媒体たとえば色中心とチタン（Ti）：サファイア
で行なわれた。たとえば、D.Gilmore,P.Cvijin,G.Atkin
son,“Intracavity Absorption Spectroscopy With a T
itanium:Sapphire Laser",Optics Communications 77
（1990）385−89参照。
レーザ媒体たとえば色中心とチタン（Ti）：サファイア
で行なわれた。たとえば、D.Gilmore,P.Cvijin,G.Atkin
son,“Intracavity Absorption Spectroscopy With a T
itanium:Sapphire Laser",Optics Communications 77
（1990）385−89参照。
高い検出感度の必要性が好適な方法として吸収分光法
でそれまでに排除されているような実験条件で安定およ
びトランジェント種の両方を検出するためにもILSはう
まく機能した。たとえば、ILSを用いて、たとえば超低
温冷却チャンバ、プラズマ放電、光および熱分解、また
超音波ジェット拡散等の環境中でガスサンプルを調べる
ことも行なわれた。ILSは吸収の線形分析により定量的
吸収情報（例えば線の強度や衝突拡散係数等）を得るた
めにも用いられた。これらの幾つかについてはG.Atkins
on,“Intracavity Laser Spectroscopy",SPIE Conf.,So
c.Opt.Eng.1637（1992）に記載されている。
でそれまでに排除されているような実験条件で安定およ
びトランジェント種の両方を検出するためにもILSはう
まく機能した。たとえば、ILSを用いて、たとえば超低
温冷却チャンバ、プラズマ放電、光および熱分解、また
超音波ジェット拡散等の環境中でガスサンプルを調べる
ことも行なわれた。ILSは吸収の線形分析により定量的
吸収情報（例えば線の強度や衝突拡散係数等）を得るた
めにも用いられた。これらの幾つかについてはG.Atkins
on,“Intracavity Laser Spectroscopy",SPIE Conf.,So
c.Opt.Eng.1637（1992）に記載されている。
ILSを実行する従来技術の方法は、実験室内での使用
には好適であっても商業的な条件では受け入れられない
ものである。商用実現の制約は基本的にこのような検知
器を便利な寸法で、比較的安価で、信頼性のあるものと
することを課している。
には好適であっても商業的な条件では受け入れられない
ものである。商用実現の制約は基本的にこのような検知
器を便利な寸法で、比較的安価で、信頼性のあるものと
することを課している。
窒素環境中の小量の水蒸気をCr4+:YAGレーザで検出す
るためにILS技術を使用する可能性の実験的証明は、D.G
ilmore,p.Cvijin,G.Atkinson,“Intracavity Laser Spe
ctroscopy in the 1.38−1.55um Spectral Region Usin
g a Multimode Cr4+:YAG laser,"Opticas Communicatio
ns 103（1993）370−74に記載されている。使用された
実験装置は動作特性を証明するために十分なものであっ
たが、本発明で意図しているような商業用途での実施に
は望ましくないものだった。
るためにILS技術を使用する可能性の実験的証明は、D.G
ilmore,p.Cvijin,G.Atkinson,“Intracavity Laser Spe
ctroscopy in the 1.38−1.55um Spectral Region Usin
g a Multimode Cr4+:YAG laser,"Opticas Communicatio
ns 103（1993）370−74に記載されている。使用された
実験装置は動作特性を証明するために十分なものであっ
たが、本発明で意図しているような商業用途での実施に
は望ましくないものだった。
ダイオードポンプ方式の固体レーザをILSで使用する
可能性は文献に見られるが、従来技術でも全ての固体ダ
イオードポンプ式空洞内スペクトル測定を行なえるよう
な開示は開示されるべきである。たとえばGilmore et a
l.（1990）,supra,G.H.Atkinson（1992）,supra,A.Kach
anov,A.charvat,and F.Stoeckel,“Intracavity laser
spectroscopy with vibronic solid state lasers:I.Sp
ectro−temporal transient behavior of a Ti:Sapphir
e laser,"Journal of the Optical Society of America
B,11（1994）2412−2421参照。
可能性は文献に見られるが、従来技術でも全ての固体ダ
イオードポンプ式空洞内スペクトル測定を行なえるよう
な開示は開示されるべきである。たとえばGilmore et a
l.（1990）,supra,G.H.Atkinson（1992）,supra,A.Kach
anov,A.charvat,and F.Stoeckel,“Intracavity laser
spectroscopy with vibronic solid state lasers:I.Sp
ectro−temporal transient behavior of a Ti:Sapphir
e laser,"Journal of the Optical Society of America
B,11（1994）2412−2421参照。
つまり必要とされるのは、ユーザフレンドリー即ち比
較的簡単な、直接吸収技術の利点を有するが検出感度が
劇的に向上しており、商業的に引き合うコストで活性お
よび不活性サンプル中のガス種を検出可能な検出システ
ムである。
較的簡単な、直接吸収技術の利点を有するが検出感度が
劇的に向上しており、商業的に引き合うコストで活性お
よび不活性サンプル中のガス種を検出可能な検出システ
ムである。
発明の要約 本発明の様々な側面において、1ppm（百万分の一）以
下で1ppm（一兆分の一）に達するレベルまでに延在する
濃度で、ILS技術を使用して光学的に汚染物を検出す
る。内部に含まれるイオン拡散結晶媒体による光学共鳴
空洞を含む固体レーザを検知器として使用する。例えば
水等のガス汚染物質を含むガスサンプルをイオン拡散レ
ーザーの光学共鳴空洞（反射表面またはミラーの間）内
部で活性媒体の一方の側面に配置する。Tm3+、Tb3+:YLF
およびTm3+:YAGを含む各種のイオン拡散レーザー媒体を
本明細書で説明するが、長軸方向および横断方向の多重
空洞モードを有する他のイオン拡散結晶も同様に使用で
きる。本発明の別の実施例において、固体レーザーはダ
イオード・レーザーポンプ式固体レーザーを含み、レー
ザー空洞は線形空洞を含むことができる。
下で1ppm（一兆分の一）に達するレベルまでに延在する
濃度で、ILS技術を使用して光学的に汚染物を検出す
る。内部に含まれるイオン拡散結晶媒体による光学共鳴
空洞を含む固体レーザを検知器として使用する。例えば
水等のガス汚染物質を含むガスサンプルをイオン拡散レ
ーザーの光学共鳴空洞（反射表面またはミラーの間）内
部で活性媒体の一方の側面に配置する。Tm3+、Tb3+:YLF
およびTm3+:YAGを含む各種のイオン拡散レーザー媒体を
本明細書で説明するが、長軸方向および横断方向の多重
空洞モードを有する他のイオン拡散結晶も同様に使用で
きる。本発明の別の実施例において、固体レーザーはダ
イオード・レーザーポンプ式固体レーザーを含み、レー
ザー空洞は線形空洞を含むことができる。
ガス検知システムはILSレーザーを動作させるのに必
要な光学的励起を提供するために使用されるポンピング
・レーザー、問題の核種が吸収する波長領域で動作する
多モードILSレーザー、ILSレーザーの光学共鳴空洞内部
に配置されたガスサンプル（光学共鳴空洞内部に配置さ
れたガスサンプル用のセルを使用するかまたはガスサン
プルで空洞内の光学領域全体を充填することによる）、
ILSレーザーの出力をスペクトル的に分光することがで
きる波長拡散スペクトル分光計、ILSレーザー出力の波
長ごとに分光した強度を測定できる検知器、および検知
器からの信号を読み取り、コンピュータまたはその他の
デジタル電子装置で処理することのできる電子信号に変
換することができるような電子回路を含む。ガス検知シ
ステムはポンピング・レーザービームとILSレーザーか
らの出力の強度を定期的に遮断するように設計された変
調装置も含むことができる。
要な光学的励起を提供するために使用されるポンピング
・レーザー、問題の核種が吸収する波長領域で動作する
多モードILSレーザー、ILSレーザーの光学共鳴空洞内部
に配置されたガスサンプル（光学共鳴空洞内部に配置さ
れたガスサンプル用のセルを使用するかまたはガスサン
プルで空洞内の光学領域全体を充填することによる）、
ILSレーザーの出力をスペクトル的に分光することがで
きる波長拡散スペクトル分光計、ILSレーザー出力の波
長ごとに分光した強度を測定できる検知器、および検知
器からの信号を読み取り、コンピュータまたはその他の
デジタル電子装置で処理することのできる電子信号に変
換することができるような電子回路を含む。ガス検知シ
ステムはポンピング・レーザービームとILSレーザーか
らの出力の強度を定期的に遮断するように設計された変
調装置も含むことができる。
ガスサンプル中のガス種の存在を検出するための方法
も開示する。本発明の方法は、 （ａ）ダイオード・レーザーポンプ・レーザーの出力を
レーザー空洞内に含まれるイオン拡散結晶に配向するこ
とによりイオン拡散結晶からの出力ビームを発生しレー
ザー空洞の励起前にレーザー空洞に含まれているガスサ
ンプルを通過するステップと、 （ｂ）レーザー空洞の励起後にイオン拡散結晶の出力ビ
ームを検知器アセンブリへ配向してガスサンプル中のガ
ス種の存在および／または濃度を決定するステップと から構成される。
も開示する。本発明の方法は、 （ａ）ダイオード・レーザーポンプ・レーザーの出力を
レーザー空洞内に含まれるイオン拡散結晶に配向するこ
とによりイオン拡散結晶からの出力ビームを発生しレー
ザー空洞の励起前にレーザー空洞に含まれているガスサ
ンプルを通過するステップと、 （ｂ）レーザー空洞の励起後にイオン拡散結晶の出力ビ
ームを検知器アセンブリへ配向してガスサンプル中のガ
ス種の存在および／または濃度を決定するステップと から構成される。
本発明の別の実施例において、ガス種の検出方法はポ
ンピング発生源の出力ビームを、線形レーザー空洞内に
含まれる利得媒体（例えばイオン拡散結晶）へ配向する
ことによる。使用するポンピング発生源は、例えば、半
導体レーザーダイオード、イオン拡散結晶レーザー（例
えば、Cr4+:YAG）、ガスレーザー、ストロボ、またはIL
Sレーザーを作動するのに必要な光学的励起を提供する
ために使用されるその他の適当な形態の光学ポンピング
を含むことができる。
ンピング発生源の出力ビームを、線形レーザー空洞内に
含まれる利得媒体（例えばイオン拡散結晶）へ配向する
ことによる。使用するポンピング発生源は、例えば、半
導体レーザーダイオード、イオン拡散結晶レーザー（例
えば、Cr4+:YAG）、ガスレーザー、ストロボ、またはIL
Sレーザーを作動するのに必要な光学的励起を提供する
ために使用されるその他の適当な形態の光学ポンピング
を含むことができる。
図面の簡単な説明 本発明の好適な実施例は添付の図面と関連して本明細
書で以下で説明するが、同じ参照番号は同じ部材を表わ
している。本明細書で参照する図面は特に記載しない限
り正確な縮尺で図示されていないことを理解すべきであ
る。
書で以下で説明するが、同じ参照番号は同じ部材を表わ
している。本明細書で参照する図面は特に記載しない限
り正確な縮尺で図示されていないことを理解すべきであ
る。
図1Aおよび図1Bは、本発明による汚染物検知システム
の略ブロック図である。図1Aは基本構成を示し、また図
1Bは図２に図示する好適実施例で実現される構成を示
す。
の略ブロック図である。図1Aは基本構成を示し、また図
1Bは図２に図示する好適実施例で実現される構成を示
す。
図２は、本発明による汚染物検知システムの好適実施
例の更に詳細な略斜視図である。
例の更に詳細な略斜視図である。
図3Aから図3Cは、簡単なレーザー装置の略図と、この
ような装置から得られるスペクトル出力のグラフ表現
（強度対波長）を含む。
ような装置から得られるスペクトル出力のグラフ表現
（強度対波長）を含む。
図４は、図２に図示したチャンバ・コンポーネントを
含むILSチャンバの略斜視図で、幾つかのコンポーネン
トは部分断面的に図示してある。
含むILSチャンバの略斜視図で、幾つかのコンポーネン
トは部分断面的に図示してある。
図５は、図２に図示した汚染物検知システムとの関連
で有用な代表的ILSレーザー結晶ホルダーとヒートシン
クの斜視図である。
で有用な代表的ILSレーザー結晶ホルダーとヒートシン
クの斜視図である。
図６および図７は、本発明のILSレーザーの別の実施
例の略図で、レーザー空洞は二つのミラーの間に形成さ
れた線形レーザー空洞である。
例の略図で、レーザー空洞は二つのミラーの間に形成さ
れた線形レーザー空洞である。
図８は、レーザー強度（任意の単位）と波長（nm）座
標で、1450から1455nm（ナノメートル）の波長にわたる
代表的な水の吸収スペクトルを示すグラフ図である。
標で、1450から1455nm（ナノメートル）の波長にわたる
代表的な水の吸収スペクトルを示すグラフ図である。
図９は半導体ダイオード・レーザーを使用して励起す
ることができる幾つかのイオン拡散結晶のリストで、各
々の同調範囲、１から３ミクロンの波長範囲にある幾つ
かのガス種の近赤外スペクトル吸収領域を示す。
ることができる幾つかのイオン拡散結晶のリストで、各
々の同調範囲、１から３ミクロンの波長範囲にある幾つ
かのガス種の近赤外スペクトル吸収領域を示す。
好適実施例の説明 本発明を実施するために発明者らが現在意図している
最良の態様を示す本発明の特定の実施例をこれから詳細
に参照する。適用される場合には別の実施例についても
簡単に説明する。
最良の態様を示す本発明の特定の実施例をこれから詳細
に参照する。適用される場合には別の実施例についても
簡単に説明する。
既に簡単に説明したように、本発明の対象は半導体コ
ンポーネントの製造に関連した使用に特に好適であるか
ら、本発明の代表的な好適実施例はこの状況で説明す
る。しかしこのような説明は本発明の対象の利用または
応用性に制限を加えることを意図するものではなく、代
表的な好適実施例を単に完全に説明するために記載する
ものである。
ンポーネントの製造に関連した使用に特に好適であるか
ら、本発明の代表的な好適実施例はこの状況で説明す
る。しかしこのような説明は本発明の対象の利用または
応用性に制限を加えることを意図するものではなく、代
表的な好適実施例を単に完全に説明するために記載する
ものである。
この点で、本発明は汚染物の検出に特に適している。
本明細書で用いている汚染物は、例えばシリコン薄膜の
製造即ちインレットラインで使用されるガス状物質等に
おいて、例えばガス状の物質に存在するような分子、原
子、ラジカル、およびイオン種を表わす。これ以外に、
術語汚染物は、例えば本発明を用いてライン（例えばHC
lライン）がガス状物質で十分にパージされたかを調べ
る場合等のガス状物質自体を表わしている。
本明細書で用いている汚染物は、例えばシリコン薄膜の
製造即ちインレットラインで使用されるガス状物質等に
おいて、例えばガス状の物質に存在するような分子、原
子、ラジカル、およびイオン種を表わす。これ以外に、
術語汚染物は、例えば本発明を用いてライン（例えばHC
lライン）がガス状物質で十分にパージされたかを調べ
る場合等のガス状物質自体を表わしている。
本発明の好適実施例によれば、また図1Aを参照する
と、ガス（汚染物）検知システム10はポンピング・レー
ザーシステムＡ、ILSレーザーとこれに付属のチャンバ
ーＢ、スペクトル分光計Ｃ、および検出器と付属の電子
回路（例えばコンピュータ、デジタル電子回路、その他
等）Ｄを含む。更に特定すれば、また図1Bと図２を参照
すると、ポンピング・レーザーシステムＡはポンピング
・レーザー100、ビーム整形光学系アセンブリ200とビー
ム変調アセンブリ300を含む。レーザーおよびチャンバ
Ｂはチャンバ・アセンブリ400とILSレーザー500とを含
むのが適当で、スペクトル分光計Ｃはスペクトル分光計
アセンブリ600を含むのが適当で、検出器Ｄは検出器ア
センブリ700とコンピュータ・システム800を含むのが適
当である。本明細書で後述するように、ガス検知システ
ム10は有利にもガスサンプルに含まれているガス種（汚
染物）を検出する。一般に、ポンピング・レーザー駆動
システムＡはILSレーザー500を、望ましくは閾値レベル
でまたはその付近（ただし閾値以上）でポンピングして
レーザービームがガスサンプルを通過するようにし、ガ
スサンプルのスペクトルが得られるようにする。このス
ペクトルは、操作時にガスサンプル内に含まれ得るガス
種（汚染物）の高感度レベルでの存在または濃度の高信
頼性で正確な決定ができるような検出器／コンピュータ
・システムＤを使用して検出する。
と、ガス（汚染物）検知システム10はポンピング・レー
ザーシステムＡ、ILSレーザーとこれに付属のチャンバ
ーＢ、スペクトル分光計Ｃ、および検出器と付属の電子
回路（例えばコンピュータ、デジタル電子回路、その他
等）Ｄを含む。更に特定すれば、また図1Bと図２を参照
すると、ポンピング・レーザーシステムＡはポンピング
・レーザー100、ビーム整形光学系アセンブリ200とビー
ム変調アセンブリ300を含む。レーザーおよびチャンバ
Ｂはチャンバ・アセンブリ400とILSレーザー500とを含
むのが適当で、スペクトル分光計Ｃはスペクトル分光計
アセンブリ600を含むのが適当で、検出器Ｄは検出器ア
センブリ700とコンピュータ・システム800を含むのが適
当である。本明細書で後述するように、ガス検知システ
ム10は有利にもガスサンプルに含まれているガス種（汚
染物）を検出する。一般に、ポンピング・レーザー駆動
システムＡはILSレーザー500を、望ましくは閾値レベル
でまたはその付近（ただし閾値以上）でポンピングして
レーザービームがガスサンプルを通過するようにし、ガ
スサンプルのスペクトルが得られるようにする。このス
ペクトルは、操作時にガスサンプル内に含まれ得るガス
種（汚染物）の高感度レベルでの存在または濃度の高信
頼性で正確な決定ができるような検出器／コンピュータ
・システムＤを使用して検出する。
図3Aから図3Cを参照すると、空洞内レーザースペクト
ル測定法（ILS）の一般原理が図示してある。もっとも
簡単な条件では、レーザーは光学利得が発生する利得媒
体、ミラー等の光学素子から構成される共鳴器を含むも
のとして説明できる。光学損失は媒体とレーザー空洞
（例えば共鳴器）を含む光学素子の両方で見られること
がある。図3Aを参照すると、もっとも簡単な形のレーザ
ー装置には周囲に各々ミラー2Aと3Aが配置される利得媒
体1Aを含むように模式的に図示してある。ミラー2Aおよ
び3Aは広いスペクトル範囲にわたって高い反射率の表面
を有するようにコーティングされるのが普通である。例
えば、ミラー2Aの反射コーティングは全反射性とし、ミ
ラー3Aの反射コーティングは部分反射性とすることであ
る程度の光がレーザー空洞から逃げられるようにする。
ミラー2Aおよび3Aの反射表面の間の空間領域は、利得媒
体が配置され、レーザー共振器または空洞を形成し、本
発明の状況ではいわゆる「空洞内領域」に関連する。
ル測定法（ILS）の一般原理が図示してある。もっとも
簡単な条件では、レーザーは光学利得が発生する利得媒
体、ミラー等の光学素子から構成される共鳴器を含むも
のとして説明できる。光学損失は媒体とレーザー空洞
（例えば共鳴器）を含む光学素子の両方で見られること
がある。図3Aを参照すると、もっとも簡単な形のレーザ
ー装置には周囲に各々ミラー2Aと3Aが配置される利得媒
体1Aを含むように模式的に図示してある。ミラー2Aおよ
び3Aは広いスペクトル範囲にわたって高い反射率の表面
を有するようにコーティングされるのが普通である。例
えば、ミラー2Aの反射コーティングは全反射性とし、ミ
ラー3Aの反射コーティングは部分反射性とすることであ
る程度の光がレーザー空洞から逃げられるようにする。
ミラー2Aおよび3Aの反射表面の間の空間領域は、利得媒
体が配置され、レーザー共振器または空洞を形成し、本
発明の状況ではいわゆる「空洞内領域」に関連する。
レーザー出力の強度（Ｉ）は利得媒体が動作する波長
領域（λ）と共鳴器エレメント（例えばミラー2A、3A）
の反射率の双方で決定できる。通常ではこの出力は図3A
のグラフに示してあるようなＩ対波長（λ）のプロット
に示してあるように、広く、シャープではっきりしたス
ペクトルの特徴を示さない。
領域（λ）と共鳴器エレメント（例えばミラー2A、3A）
の反射率の双方で決定できる。通常ではこの出力は図3A
のグラフに示してあるようなＩ対波長（λ）のプロット
に示してあるように、広く、シャープではっきりしたス
ペクトルの特徴を示さない。
レーザー空洞を形成するために異なる光学素子を選択
することにより、レーザーのスペクトル出力を変更す
る、または「同調」することができる。例えば、また特
に図3Bを参照すると、同調したレーザー共鳴器空洞は図
3Aに図示した高反射率ミラー2Aに置き換えられた回折格
子2Bを含むことができる。図示したように、レーザー装
置は回折格子2B、ミラー3B、およびこれらの間に位置す
る媒体1Bを含む。一般に、この同調したレーザーからの
スペクトル出力の結果は狭帯域で、利得媒体とミラーで
定義されたレーザーのもとのスペクトル出力内の波長と
して現われる（図3A）。例えば、狭帯域出力を示してい
る強度（Ｉ）対波長（λ）の模式的プロットがグラフ3B
に図示してある。
することにより、レーザーのスペクトル出力を変更す
る、または「同調」することができる。例えば、また特
に図3Bを参照すると、同調したレーザー共鳴器空洞は図
3Aに図示した高反射率ミラー2Aに置き換えられた回折格
子2Bを含むことができる。図示したように、レーザー装
置は回折格子2B、ミラー3B、およびこれらの間に位置す
る媒体1Bを含む。一般に、この同調したレーザーからの
スペクトル出力の結果は狭帯域で、利得媒体とミラーで
定義されたレーザーのもとのスペクトル出力内の波長と
して現われる（図3A）。例えば、狭帯域出力を示してい
る強度（Ｉ）対波長（λ）の模式的プロットがグラフ3B
に図示してある。
レーザー出力は、ガス分子、原子、ラジカル、および
／またはイオンを基底状態または励起状態で光学共鳴器
（例えば空洞）内部に配置することで変更することもで
きる。図3Cを参照すると、このような構成のレーザーは
高反射率ミラー2C、部分反射ミラー3Cと媒体1C、および
これらの間に配置してある空洞内吸収剤４を含む。この
場合、空洞内吸収剤４はガス種（例えば汚染物を含むサ
ンプル等）を含む。空洞内ガス種のレーザー出力に対す
る影響を観察することができる。例えば、このような装
置についてのＩ対λのプロットがグラフ3Cに図示してあ
る。グラフ3Cは空洞内吸収剤４内部に含まれるガス種の
吸収スペクトルを含む。図3Cに図示した明白な吸収特性
はレーザー利得が競合すべき空洞内のガス種損失から得
られる。
／またはイオンを基底状態または励起状態で光学共鳴器
（例えば空洞）内部に配置することで変更することもで
きる。図3Cを参照すると、このような構成のレーザーは
高反射率ミラー2C、部分反射ミラー3Cと媒体1C、および
これらの間に配置してある空洞内吸収剤４を含む。この
場合、空洞内吸収剤４はガス種（例えば汚染物を含むサ
ンプル等）を含む。空洞内ガス種のレーザー出力に対す
る影響を観察することができる。例えば、このような装
置についてのＩ対λのプロットがグラフ3Cに図示してあ
る。グラフ3Cは空洞内吸収剤４内部に含まれるガス種の
吸収スペクトルを含む。図3Cに図示した明白な吸収特性
はレーザー利得が競合すべき空洞内のガス種損失から得
られる。
つまり空洞内種の吸収スペクトルはレーザーのスペク
トル出力に現われる。特に、共鳴器の利得特性に対して
強い空洞内吸収特性が効率的に競合するような波長での
レーザー出力強度（Ｉ）が更に減少している。その結
果、図示したように、グラフ3Aに図示したように比較的
スムーズな連続出力ではなく、グラフ3Cに図示してある
ような構造化レーザー出力が観察できる。グラフ3Cに図
示したような強度（Ｉ）の減少は空洞内のガス種による
吸収が原因である、即ち吸収特性が強くなるほど、レー
ザー出力強度の減少が大きくなる。本発明によれば、空
洞内吸収剤を使用する空洞内レーザー測定で得られた吸
収スペクトルは当該ガス種の高感度検出に使用できる。
各々のガス種が各々の吸収スペクトル（サイン:signatu
re）で個別に同定し得るため、当該ガス種（汚染物）の
確実な同定に使用できる。
トル出力に現われる。特に、共鳴器の利得特性に対して
強い空洞内吸収特性が効率的に競合するような波長での
レーザー出力強度（Ｉ）が更に減少している。その結
果、図示したように、グラフ3Aに図示したように比較的
スムーズな連続出力ではなく、グラフ3Cに図示してある
ような構造化レーザー出力が観察できる。グラフ3Cに図
示したような強度（Ｉ）の減少は空洞内のガス種による
吸収が原因である、即ち吸収特性が強くなるほど、レー
ザー出力強度の減少が大きくなる。本発明によれば、空
洞内吸収剤を使用する空洞内レーザー測定で得られた吸
収スペクトルは当該ガス種の高感度検出に使用できる。
各々のガス種が各々の吸収スペクトル（サイン:signatu
re）で個別に同定し得るため、当該ガス種（汚染物）の
確実な同定に使用できる。
本発明の発明者らは、レーザーシステムが閾値に達す
る際に本質的に発生する利得と損失の競合の前および／
またはその最中にレーザー共鳴器内部の吸収種（ガス要
素）の出現がILSの使用による検出感度を拡大すること
を発見した。空洞内吸収剤に関連した損失がレーザー内
部の利得と損失の競合の一部となることを鑑みるに、弱
い吸収遷移および／または極端に小さい吸収濃度どちら
かに関連した小さい吸収であっても利得／損失の競合中
に劇的に増幅される。このような競合はILS信号出力に
明確に見られる（グラフ3C参照）。つまりこれらの原理
を用いることにより、ILSは弱い吸収および／または極
端に小さい吸収濃度の両方の検出に利用できる。
る際に本質的に発生する利得と損失の競合の前および／
またはその最中にレーザー共鳴器内部の吸収種（ガス要
素）の出現がILSの使用による検出感度を拡大すること
を発見した。空洞内吸収剤に関連した損失がレーザー内
部の利得と損失の競合の一部となることを鑑みるに、弱
い吸収遷移および／または極端に小さい吸収濃度どちら
かに関連した小さい吸収であっても利得／損失の競合中
に劇的に増幅される。このような競合はILS信号出力に
明確に見られる（グラフ3C参照）。つまりこれらの原理
を用いることにより、ILSは弱い吸収および／または極
端に小さい吸収濃度の両方の検出に利用できる。
ILS検出はレーザーを使用する他のスペクトル測定法
とは有意に異なる。前述したように、スペクトル測定に
使用するレーザーの出力は代表的にはガス種においてモ
ニターされる副次的現象を励起する。これ以外に、レー
ザーの出力をガス種に通し、レーザー出力の選択した波
長の吸収がガスを特徴づけるための手段を提供する。い
ずれの場合にも、レーザーの動作は測定しようとするガ
ス種とは独立しており影響を受けない。
とは有意に異なる。前述したように、スペクトル測定に
使用するレーザーの出力は代表的にはガス種においてモ
ニターされる副次的現象を励起する。これ以外に、レー
ザーの出力をガス種に通し、レーザー出力の選択した波
長の吸収がガスを特徴づけるための手段を提供する。い
ずれの場合にも、レーザーの動作は測定しようとするガ
ス種とは独立しており影響を受けない。
しかし、ILS検出では、レーザーの動作はガス種によ
り直接的に影響を受ける。この方法では、ILSレーザー5
00それ自体が検出器として機能する。特に、ILSレーザ
ー500からの出力はレーザー空洞から出る時にガス種に
ついてのスペクトル測定情報を含んでいる。この動作モ
ードはILS検出ならびにILSレーザー500に独特のもので
ある。
り直接的に影響を受ける。この方法では、ILSレーザー5
00それ自体が検出器として機能する。特に、ILSレーザ
ー500からの出力はレーザー空洞から出る時にガス種に
ついてのスペクトル測定情報を含んでいる。この動作モ
ードはILS検出ならびにILSレーザー500に独特のもので
ある。
したがってILSレーザー500は従来のレーザーとは明ら
かに異なっており従来のレーザーでは典型的でない動作
特性を有している。例えば、損失を発生するような吸収
を起す種がILSレーザー500のレーザー空洞ないに意図的
に導入される。このような吸収を起す種はILSレーザー5
00の動作に影響を与え出力を変化させる。
かに異なっており従来のレーザーでは典型的でない動作
特性を有している。例えば、損失を発生するような吸収
を起す種がILSレーザー500のレーザー空洞ないに意図的
に導入される。このような吸収を起す種はILSレーザー5
00の動作に影響を与え出力を変化させる。
また、従来の用とに使用されるレーザーとも異なり、
ILSレーザー500は閾値でまたはそれ以上の閾値付近で
（例えば閾値出力の10％以内）動作する。しかし閾値付
近での動作ではILSレーザー500の出力を不安定にするこ
とが多い。したがってILSレーザー500出力を安定化する
ような別の技術が必要とされる。
ILSレーザー500は閾値でまたはそれ以上の閾値付近で
（例えば閾値出力の10％以内）動作する。しかし閾値付
近での動作ではILSレーザー500の出力を不安定にするこ
とが多い。したがってILSレーザー500出力を安定化する
ような別の技術が必要とされる。
対照的に、従来のレーザーは典型的に閾値以上で最大
出力となるように十分に動作する。しかし出力を最大に
するのはILSレーザー500の目的ではない。したがって、
非効率的および／または高い出力パワーを発生すること
のないレーザー媒体も、このようなレーザー媒体が他の
多くのレーザー用途では望ましくない場合にILS検出に
使用できる。ILSレーザー500の目的は光を発生すること
ではなく、レーザー空洞内の損失をモニターすることで
ある。前述したように、レーザー空洞内部でのモード競
合によりこのようなILSレーザー500内部の損失が感度を
増加させて検出できる。
出力となるように十分に動作する。しかし出力を最大に
するのはILSレーザー500の目的ではない。したがって、
非効率的および／または高い出力パワーを発生すること
のないレーザー媒体も、このようなレーザー媒体が他の
多くのレーザー用途では望ましくない場合にILS検出に
使用できる。ILSレーザー500の目的は光を発生すること
ではなく、レーザー空洞内の損失をモニターすることで
ある。前述したように、レーザー空洞内部でのモード競
合によりこのようなILSレーザー500内部の損失が感度を
増加させて検出できる。
ILS検出は従来の光学的スペクトル測定技術を越える
増加感度を保有しているので、弱い吸収を有するおよび
／または極端に小さい吸収剤濃度を有するような背景ガ
スからの干渉は、従来のスペクトル測定技術では無理で
きるような場合であっても有意であり得る。
増加感度を保有しているので、弱い吸収を有するおよび
／または極端に小さい吸収剤濃度を有するような背景ガ
スからの干渉は、従来のスペクトル測定技術では無理で
きるような場合であっても有意であり得る。
ILSによるガスの検出は各種のレーザーシステムを使
用して実現できる（本明細書で用いているようなレーザ
ーシステムはILSレーザー500とポンピング・レーザー10
0との両方を含む）。これらのレーザーシステムは各々
が極端に高い検出感度に必要とされる幾つかの共通属性
を共有する。従来技術ではこのような属性が３つ同定さ
れている。第１に、レーザー発振のエネルギー閾値付近
でマルチモード動作を示す。第２に、レーザーシステム
はモニターしようとするガス種または汚染物（即ち分
子、原子、ラジカル、および／またはイオン）の吸収特
性に比較して実質的に広い動作波長のバンド幅を有して
いる。第３にレーザーシステムは安定した強度および波
長を維持する。
用して実現できる（本明細書で用いているようなレーザ
ーシステムはILSレーザー500とポンピング・レーザー10
0との両方を含む）。これらのレーザーシステムは各々
が極端に高い検出感度に必要とされる幾つかの共通属性
を共有する。従来技術ではこのような属性が３つ同定さ
れている。第１に、レーザー発振のエネルギー閾値付近
でマルチモード動作を示す。第２に、レーザーシステム
はモニターしようとするガス種または汚染物（即ち分
子、原子、ラジカル、および／またはイオン）の吸収特
性に比較して実質的に広い動作波長のバンド幅を有して
いる。第３にレーザーシステムは安定した強度および波
長を維持する。
異なる物理および光学特性を有する各種のILSレーザ
ーシステムは極端に高い検出感度での上記の基準に適合
することが理解されよう。レーザーシステムの異なる物
理および光学特性はILS測定を行なう実験条件（例えば
データ取得時間）に関して等の明確なり点も提供し得
る。更に、これらの異なる物理および光学特性は以下の
１つまたはそれ以上に影響する：（１）検出可能なガス
種または汚染物（即ち分子、原子、ラジカル、および／
またはイオン）；（２）決定できる各々のガス種の各々
の濃度；および（３）検出を応用可能なサンプルの実際
の種類。後者の例としてはサンプルの合計圧力、サンプ
ルの大きさ、およびサンプルが含まれる環境（例えば反
応対安定環境）が挙られる。
ーシステムは極端に高い検出感度での上記の基準に適合
することが理解されよう。レーザーシステムの異なる物
理および光学特性はILS測定を行なう実験条件（例えば
データ取得時間）に関して等の明確なり点も提供し得
る。更に、これらの異なる物理および光学特性は以下の
１つまたはそれ以上に影響する：（１）検出可能なガス
種または汚染物（即ち分子、原子、ラジカル、および／
またはイオン）；（２）決定できる各々のガス種の各々
の濃度；および（３）検出を応用可能なサンプルの実際
の種類。後者の例としてはサンプルの合計圧力、サンプ
ルの大きさ、およびサンプルが含まれる環境（例えば反
応対安定環境）が挙られる。
このような一般原理の背景に対して、本発明の状況で
は、発明者らはガス種サンプルの汚染物の検出向上を提
供する商業的に利用できる汚染物センサーシステム10を
工夫した。本発明の汚染物センサーシステム10は極端に
高感度の検出で必要とされる前述の特徴の各々を有して
いる。更に、本発明のILSレーザーシステムは従来技術
で開示されたどのILSレーザーシステムよりも小型、簡
単で、かつ製造が安価である。
は、発明者らはガス種サンプルの汚染物の検出向上を提
供する商業的に利用できる汚染物センサーシステム10を
工夫した。本発明の汚染物センサーシステム10は極端に
高感度の検出で必要とされる前述の特徴の各々を有して
いる。更に、本発明のILSレーザーシステムは従来技術
で開示されたどのILSレーザーシステムよりも小型、簡
単で、かつ製造が安価である。
図1Aおよび図２を参照すると、また本発明の好適な実
施例によれば、ガス検知システム10はレーザー駆動また
はポンプ供給源100と、ILSレーザー500が内蔵されるチ
ャンバ・アセンブリ400を含むのが適当である。スペク
トル分光計600と検出器／コンピュータ・システム700、
800は、ILSレーザー500からの出力に光学的に接続され
るのが良く、ここで吸収スペクトルを適切に操作してガ
ス種（汚染物）の存在および／または濃度の高感度検出
を行なえるようにする。
施例によれば、ガス検知システム10はレーザー駆動また
はポンプ供給源100と、ILSレーザー500が内蔵されるチ
ャンバ・アセンブリ400を含むのが適当である。スペク
トル分光計600と検出器／コンピュータ・システム700、
800は、ILSレーザー500からの出力に光学的に接続され
るのが良く、ここで吸収スペクトルを適切に操作してガ
ス種（汚染物）の存在および／または濃度の高感度検出
を行なえるようにする。
ILSレーザー500を駆動するためには、ガス検知システ
ム10は十分な出力で適切な波長領域の放射を供給し閾値
でまたはそれよりわずかに上でILSレーザーを光学的に
励起させるポンピング・レーザー供給源100を必要とす
る。この点について、レーザー媒体の利得が利得媒体、
ミラー、および比ミラー空洞内光学素子に関連した損失
を含む光学損失全体ならびに光学共鳴器空洞内部の何ら
かのガス種の吸収を越えるようにILSレーザー500を動作
させることが重要である。更に、レーザー500は複数長
軸モードで、即ち広い波長領域にわたって動作するのが
望ましい。典型的に、レーザー作用が起こる好適なバン
ド幅はほぼ２から15ナノメートル（nm）の間である。IL
Sレーザー500はひとつ以上の横方向共鳴器モードでも動
作できるが、これは必要ない。
ム10は十分な出力で適切な波長領域の放射を供給し閾値
でまたはそれよりわずかに上でILSレーザーを光学的に
励起させるポンピング・レーザー供給源100を必要とす
る。この点について、レーザー媒体の利得が利得媒体、
ミラー、および比ミラー空洞内光学素子に関連した損失
を含む光学損失全体ならびに光学共鳴器空洞内部の何ら
かのガス種の吸収を越えるようにILSレーザー500を動作
させることが重要である。更に、レーザー500は複数長
軸モードで、即ち広い波長領域にわたって動作するのが
望ましい。典型的に、レーザー作用が起こる好適なバン
ド幅はほぼ２から15ナノメートル（nm）の間である。IL
Sレーザー500はひとつ以上の横方向共鳴器モードでも動
作できるが、これは必要ない。
本発明の好適実施例によれば、レーザー駆動部はポン
ピング・レーザー100として機能する半導体ダイオード
・レーザーを含む。ポンピング・レーザー100即ち半導
体ダイオード・レーザーの光学パラメータ（例えば平均
出力密度、ピーク出力密度、ダイバージェンス、および
ビーム直径等）は有利にもILSレーザー500の光学的要件
と一致するのが適当である。理解されるように、これに
は特定容積内で特定の時間間隔の間にポンピング・レー
ザーから任意の距離でどの程度の光子が供給できるのか
を決定する必要がある。一般に、本発明によれば、この
ような決定は既知の理論的定量的方程式にしたがって行
ないポンピング・レーザー100がILSレーザー50の光学特
性と有利に一致するように適当に選択する。
ピング・レーザー100として機能する半導体ダイオード
・レーザーを含む。ポンピング・レーザー100即ち半導
体ダイオード・レーザーの光学パラメータ（例えば平均
出力密度、ピーク出力密度、ダイバージェンス、および
ビーム直径等）は有利にもILSレーザー500の光学的要件
と一致するのが適当である。理解されるように、これに
は特定容積内で特定の時間間隔の間にポンピング・レー
ザーから任意の距離でどの程度の光子が供給できるのか
を決定する必要がある。一般に、本発明によれば、この
ような決定は既知の理論的定量的方程式にしたがって行
ないポンピング・レーザー100がILSレーザー50の光学特
性と有利に一致するように適当に選択する。
したがってダイオード・レーザー・ポンピング・レー
ザー100は動作波長と光学的パラメータに基づいて、単
独でILSレーザー500を励起するために使用できるような
方法で選択する。不利なことに、ダイオード・レーザー
の出力ビームは従来技術で周知となっているように、硬
高度に非対称および／または非点収差がある。結果とし
てダイオード・レーザーの出力ビームをILSレーザー500
に含まれるILS利得媒体のモード容積と光学的に一致さ
せるにはいくらかの困難が伴う。本明細書で以下で更に
詳細に説明するように、ビーム変調光学系例えばビーム
整形アセンブリ200等を使用してダイオード・レーザー
ポンピング・レーザー100とILSレーザー500の間の光学
的一致を容易にすることができる。
ザー100は動作波長と光学的パラメータに基づいて、単
独でILSレーザー500を励起するために使用できるような
方法で選択する。不利なことに、ダイオード・レーザー
の出力ビームは従来技術で周知となっているように、硬
高度に非対称および／または非点収差がある。結果とし
てダイオード・レーザーの出力ビームをILSレーザー500
に含まれるILS利得媒体のモード容積と光学的に一致さ
せるにはいくらかの困難が伴う。本明細書で以下で更に
詳細に説明するように、ビーム変調光学系例えばビーム
整形アセンブリ200等を使用してダイオード・レーザー
ポンピング・レーザー100とILSレーザー500の間の光学
的一致を容易にすることができる。
本発明のこの第１の実施例によれば、ポンピング・レ
ーザー100は波長λｐで動作するダイオード・レーザー
を含む（しかし、駆動部100はILSレーザー500を励起さ
せるコヒーレントまたはインコヒーレントどちらかで、
連続またはパルスどちらかの適当な光学ポンピング供給
源を含むことができる）。
ーザー100は波長λｐで動作するダイオード・レーザー
を含む（しかし、駆動部100はILSレーザー500を励起さ
せるコヒーレントまたはインコヒーレントどちらかで、
連続またはパルスどちらかの適当な光学ポンピング供給
源を含むことができる）。
特に、ポンピング・レーザー供給源100は従来どおり
に動作し所望の周波数バンドにわたり所望のバンド幅を
有する放射を放出する。ポンピング・レーザー100から
伝播するビームＥは線形偏光され伝播平面に直角に回転
できるのが適している。
に動作し所望の周波数バンドにわたり所望のバンド幅を
有する放射を放出する。ポンピング・レーザー100から
伝播するビームＥは線形偏光され伝播平面に直角に回転
できるのが適している。
図２を続けて参照すると、ILSレーザー500は、各々の
ミラー501、503、505の間の光路長全体で定義される光
学共鳴空洞を含む。システム10を用いてレーザーそれ自
体の構成要素（例えば利得媒体または結晶、ミラー、機
械的取り付け部、その他等）と化学的に反応しないサン
プル内部のガス（汚染物）を検出するような場合に、共
鳴空洞はミラー501、503、505の間の領域で構成するこ
とができる。このような場合、ガスサンプル領域（即ち
ガスサンプルが存在する領域）は、（レーザー結晶507
を除く）ミラー501、503、505の間の領域を含む。
ミラー501、503、505の間の光路長全体で定義される光
学共鳴空洞を含む。システム10を用いてレーザーそれ自
体の構成要素（例えば利得媒体または結晶、ミラー、機
械的取り付け部、その他等）と化学的に反応しないサン
プル内部のガス（汚染物）を検出するような場合に、共
鳴空洞はミラー501、503、505の間の領域で構成するこ
とができる。このような場合、ガスサンプル領域（即ち
ガスサンプルが存在する領域）は、（レーザー結晶507
を除く）ミラー501、503、505の間の領域を含む。
しかし、レーザー構成要素の１つまたはそれ以上と化
学的に反応するサンプル（例えば腐蝕性または反応性ガ
ス）では、これらの構成要素からガスサンプルを分離す
るのが望ましい。本発明の好適実施例では、サンプル分
離システム400Aを用いて有利にもレーザー構成要素から
サンプルを隔離することができる。
学的に反応するサンプル（例えば腐蝕性または反応性ガ
ス）では、これらの構成要素からガスサンプルを分離す
るのが望ましい。本発明の好適実施例では、サンプル分
離システム400Aを用いて有利にもレーザー構成要素から
サンプルを隔離することができる。
図２および図４を参照すると、本発明の好適な態様に
おいて、サンプル・システム400Aはガスサンプル・セル
・ホルダー407内部に適切に保持されるガスサンプル・
セル本体406を含むのが望ましい。各々のセルの窓404、
405はガスサンプル・セル本体406の遠位端に適切に取り
付け、セル本体内部のサンプルへ光学的なアクセスを提
供する。窓404、405はまたセル本体406を適切に封止す
る。以下で更に詳細に説明するように、システム400Aが
適切に配置される領域は非点収差が補償されている。こ
の非点収差の補正が行なわれていれば、窓404、405は透
過に対して以外でILSレーザービームの出力を有意に変
更したりまたは変動させるような「能動」光学素子では
ない。インレット導管408とアウトレット導管409はガス
セル本体406に動作的に接続する。
おいて、サンプル・システム400Aはガスサンプル・セル
・ホルダー407内部に適切に保持されるガスサンプル・
セル本体406を含むのが望ましい。各々のセルの窓404、
405はガスサンプル・セル本体406の遠位端に適切に取り
付け、セル本体内部のサンプルへ光学的なアクセスを提
供する。窓404、405はまたセル本体406を適切に封止す
る。以下で更に詳細に説明するように、システム400Aが
適切に配置される領域は非点収差が補償されている。こ
の非点収差の補正が行なわれていれば、窓404、405は透
過に対して以外でILSレーザービームの出力を有意に変
更したりまたは変動させるような「能動」光学素子では
ない。インレット導管408とアウトレット導管409はガス
セル本体406に動作的に接続する。
図４を参照すると、カップリング408、409を有利に使
用して、ガス（汚染物）サンプル・セルシステム404〜4
09へまたここからのガスサンプルの十分かつ効率的な通
路を確保する。したがって本発明のガス検知システム10
は高圧を含む可変圧力でガス流を連続モニターできる。
特に、ガスサンプル・セル本体406を用いることで、大
気圧またはILSレーザーがレーザー発振するように設計
された圧力とは異なる圧力（高いか低い）を有するガス
を測定する際に有利にもILSレーザー500の動作が可能に
なる。このようなガスサンプル・セル本体406なしで
は、ILSレーザーがレーザー発振するように設計された
圧力とは異なる圧力を有するガスサンプルをモニターす
る場合にレーザー発振が実現困難になる。つまり、ガス
サンプル・セル本体406によって大気圧またはILSレーザ
ーがレーザー発振するように設計された圧力を越えるよ
うな圧力を有するガスサンプルでILSレーザー500の安定
した動作が行なえる。これ以外にも、ガスサンプルは大
気圧またはILSレーザーがレーザー発振するように設計
された圧力とは異なる圧力より低い圧力を有することが
ある（例えばガスサンプル・セル本体406が真空になる
場合）。更に、ガスサンプル・セル本体406は圧力変動
を有するガスサンプルでもILSレーザー500の安定した動
作を行なうことができる。
用して、ガス（汚染物）サンプル・セルシステム404〜4
09へまたここからのガスサンプルの十分かつ効率的な通
路を確保する。したがって本発明のガス検知システム10
は高圧を含む可変圧力でガス流を連続モニターできる。
特に、ガスサンプル・セル本体406を用いることで、大
気圧またはILSレーザーがレーザー発振するように設計
された圧力とは異なる圧力（高いか低い）を有するガス
を測定する際に有利にもILSレーザー500の動作が可能に
なる。このようなガスサンプル・セル本体406なしで
は、ILSレーザーがレーザー発振するように設計された
圧力とは異なる圧力を有するガスサンプルをモニターす
る場合にレーザー発振が実現困難になる。つまり、ガス
サンプル・セル本体406によって大気圧またはILSレーザ
ーがレーザー発振するように設計された圧力を越えるよ
うな圧力を有するガスサンプルでILSレーザー500の安定
した動作が行なえる。これ以外にも、ガスサンプルは大
気圧またはILSレーザーがレーザー発振するように設計
された圧力とは異なる圧力より低い圧力を有することが
ある（例えばガスサンプル・セル本体406が真空になる
場合）。更に、ガスサンプル・セル本体406は圧力変動
を有するガスサンプルでもILSレーザー500の安定した動
作を行なうことができる。
ガスサンプル・セル本体406は10ないし90ミリメート
ル（mm）の範囲が適している寸法を有するステンレス鋼
またはアルミニウム製の本体を含むのが良い。望ましく
は、ガスサンプル・セル本体406はガスサンプル・セル
本体406の中心で対照適な開口部を有する。望ましく
は、ガスサンプル・セル本体406の開口部直径は入射ビ
ームの直径よりわずかに大きくなるように選択してガス
サンプル・システム400Aの光学的アライメントが簡単に
得られるようにする。
ル（mm）の範囲が適している寸法を有するステンレス鋼
またはアルミニウム製の本体を含むのが良い。望ましく
は、ガスサンプル・セル本体406はガスサンプル・セル
本体406の中心で対照適な開口部を有する。望ましく
は、ガスサンプル・セル本体406の開口部直径は入射ビ
ームの直径よりわずかに大きくなるように選択してガス
サンプル・システム400Aの光学的アライメントが簡単に
得られるようにする。
窓404、405の厚みはガス検知システム10の動作によっ
て得られるILS吸収スペクトルの品質に干渉し得るよう
な干渉効果を避けるように選択するのが適している。こ
の態様によれば、窓404、405を形成するのに用いられる
材料はILSレーザー500が動作する領域での吸収損失を最
小限にするように選択するのが最適である。窓404、405
は光学的適合性のある材料、例えばコネチカット州ブー
ルダーのリサーチ・エレクトロ・オプティクス社製のイ
ンフラジルTM等から形成する。窓404、406はブリュース
ター角に向け反射防止コーティングを施して窓表面から
の反射損失を更に低減するのが適当である。このように
設定すると、ガスサンプル・セル404〜406は分析しよう
とするガスサンプルにビームＨを通過させることができ
る。カプラー408、409は、閾値ポンピング条件を有意に
変更することなくILSレーザー500内部で窓404、405を再
整列および／または整列させるのに必要とされるような
簡単な調節を提供するために選択するのが適している。
システム400Aを用いる場合の共鳴空洞はミラー501、50
3、505の間の物理長で形成されるのが良い（レーザー結
晶507を含み、また窓404、405の間の領域とサンプルシ
ステム400Aを含む窓404、405自体も含む）。
て得られるILS吸収スペクトルの品質に干渉し得るよう
な干渉効果を避けるように選択するのが適している。こ
の態様によれば、窓404、405を形成するのに用いられる
材料はILSレーザー500が動作する領域での吸収損失を最
小限にするように選択するのが最適である。窓404、405
は光学的適合性のある材料、例えばコネチカット州ブー
ルダーのリサーチ・エレクトロ・オプティクス社製のイ
ンフラジルTM等から形成する。窓404、406はブリュース
ター角に向け反射防止コーティングを施して窓表面から
の反射損失を更に低減するのが適当である。このように
設定すると、ガスサンプル・セル404〜406は分析しよう
とするガスサンプルにビームＨを通過させることができ
る。カプラー408、409は、閾値ポンピング条件を有意に
変更することなくILSレーザー500内部で窓404、405を再
整列および／または整列させるのに必要とされるような
簡単な調節を提供するために選択するのが適している。
システム400Aを用いる場合の共鳴空洞はミラー501、50
3、505の間の物理長で形成されるのが良い（レーザー結
晶507を含み、また窓404、405の間の領域とサンプルシ
ステム400Aを含む窓404、405自体も含む）。
チャンバ・アセンブリ400内にシステム400Aが存在す
る場合、ガス検知システム10の使用によって得られたサ
ンプルの吸収スペクトルがシステム400A内部に含まれる
ガスサンプル中のガス（汚染物）の量または存在として
正確になるように検出しようとするチャンバ400内部の
何らかのガス（汚染物）を適当に除去または排除するこ
とが必要である。本発明の好適な態様では、チャンバ40
0は封止容器を有利にも構成し、これを検出しようとす
るガス（汚染物）をパージするか、または真空引きして
検出しようとするガス（汚染物）を除去するか、または
ガス（汚染物）のレベルがサンプル・システム400Aで検
出すべきレベル以下まで何らかの方法で減少できるよう
にする。汚染物の連続除去は、例えば、以下で完全に説
明するようにゲッタリングによって実現できる。
る場合、ガス検知システム10の使用によって得られたサ
ンプルの吸収スペクトルがシステム400A内部に含まれる
ガスサンプル中のガス（汚染物）の量または存在として
正確になるように検出しようとするチャンバ400内部の
何らかのガス（汚染物）を適当に除去または排除するこ
とが必要である。本発明の好適な態様では、チャンバ40
0は封止容器を有利にも構成し、これを検出しようとす
るガス（汚染物）をパージするか、または真空引きして
検出しようとするガス（汚染物）を除去するか、または
ガス（汚染物）のレベルがサンプル・システム400Aで検
出すべきレベル以下まで何らかの方法で減少できるよう
にする。汚染物の連続除去は、例えば、以下で完全に説
明するようにゲッタリングによって実現できる。
図２および図４を参照すると、本発明の好適実施例に
おいて、チャンバ・アセンブリ400（サンプル・システ
ム400Aを除く）は容器基部401と着脱式の上部410を含む
のが適している。各々の窓402、403は、本体401の壁
に、適当な方法でまた内部に形成される光学共鳴空洞に
対して適当な位置に適切に配置する。容器基部401と上
部410はステンレス鋼またはアルミニウムを含むのが良
い。上部410は、真空引き、パージ、および／または内
部の汚染物の更なる除去に適した何らかの従来の技術に
より容器基部401へ有利に固定される。例えば、ガスケ
ット410Aまたは封止装置（例えば機械的補助、金属封
止、接着剤、およびその他でどれも図示していない）と
組み合せた何らかの適当な手段をこの目的で使用でき
る。望ましくは容器基部401と上部410は相対的な開封防
止をしてユーザに渡す前に効果的に密封する。
おいて、チャンバ・アセンブリ400（サンプル・システ
ム400Aを除く）は容器基部401と着脱式の上部410を含む
のが適している。各々の窓402、403は、本体401の壁
に、適当な方法でまた内部に形成される光学共鳴空洞に
対して適当な位置に適切に配置する。容器基部401と上
部410はステンレス鋼またはアルミニウムを含むのが良
い。上部410は、真空引き、パージ、および／または内
部の汚染物の更なる除去に適した何らかの従来の技術に
より容器基部401へ有利に固定される。例えば、ガスケ
ット410Aまたは封止装置（例えば機械的補助、金属封
止、接着剤、およびその他でどれも図示していない）と
組み合せた何らかの適当な手段をこの目的で使用でき
る。望ましくは容器基部401と上部410は相対的な開封防
止をしてユーザに渡す前に効果的に密封する。
チャンバ・アセンブリ400をパージするまたは真空引
きする目的で、真空ポンプ吸引するおよび／またはパー
ジするためのインレット411と真空ポンプ吸引するおよ
び／またはパージするためのアウトレット412も設け
る。
きする目的で、真空ポンプ吸引するおよび／またはパー
ジするためのインレット411と真空ポンプ吸引するおよ
び／またはパージするためのアウトレット412も設け
る。
窓402、403は容器基部401の壁に適当に配置すること
によりチャンバ・アセンブリ400への光学的アクセスを
提供する。窓402には反射防止（AR:antireflective）コ
ーティングを設けるのが適当である。一方、窓403はAR
コーティングなしの光学窓を含むのが望ましい。窓402
は波長λｐで最大透過を提供するように適切に設計す
る。同様に、ILSレーザー500の動作波長領域全体にわた
って最大透過を提供するように窓403を適当に設計す
る。
によりチャンバ・アセンブリ400への光学的アクセスを
提供する。窓402には反射防止（AR:antireflective）コ
ーティングを設けるのが適当である。一方、窓403はAR
コーティングなしの光学窓を含むのが望ましい。窓402
は波長λｐで最大透過を提供するように適切に設計す
る。同様に、ILSレーザー500の動作波長領域全体にわた
って最大透過を提供するように窓403を適当に設計す
る。
さらに詳しくは、チャンバ400（サンプル・システム4
00Aを除く）内部のガス（汚染物）を受け入れ可能なレ
ベルまで減少させることは、上部410を備える封止可能
な容器401をパージまたは真空引きしてガス（汚染物）
のレベルがサンプル・システム内部のガスサンプル中で
検出しようとするものより低くなるようにする。チャン
バ・アセンブリ400のガスに由来する損失は、（１）チ
ャンバ内のガス濃度と（２）ガスサンプル・セル内のガ
ス濃度の比率が、（１）空洞の長さ（即ちミラー501と
ミラー505の間の長さ）と、（２）セル本体でILSレーザ
ービームが横断する長さの間の比に等しい場合、ガスサ
ンプル・セル本体406のガスに起因する損失と匹敵す
る。
00Aを除く）内部のガス（汚染物）を受け入れ可能なレ
ベルまで減少させることは、上部410を備える封止可能
な容器401をパージまたは真空引きしてガス（汚染物）
のレベルがサンプル・システム内部のガスサンプル中で
検出しようとするものより低くなるようにする。チャン
バ・アセンブリ400のガスに由来する損失は、（１）チ
ャンバ内のガス濃度と（２）ガスサンプル・セル内のガ
ス濃度の比率が、（１）空洞の長さ（即ちミラー501と
ミラー505の間の長さ）と、（２）セル本体でILSレーザ
ービームが横断する長さの間の比に等しい場合、ガスサ
ンプル・セル本体406のガスに起因する損失と匹敵す
る。
汚染物が水蒸気を含むような場合、チャンバ400内部
の水蒸気レベルをサンプル内に含まれている水蒸気レベ
ル以下にまで減少する必要がある。本発明によれば、10
ppt（parts per trillion:一兆分の一）までの検出レベ
ルが得られる。現在周知のまたは本発明以前に工夫され
た、汚染物（例えば水）をチャンバ400（サンプル・シ
ステム400Aを除く）から除去する方法がいずれも本発明
の状況で実施できるが、チャンバは適当に封止し、不活
性ガス例えば窒素を内部に圧送する。場合によっては内
部に含まれる全ての汚染物を実質的に除去する真空上対
を作成するようにチャンバ400を更に脱気する必要があ
ることもある。また脱気中にチャンバ400を加熱するの
も有用である。このような加熱または「焼成」の適用に
よって、連続的に吸引中にチャンバ400が実質的に冷却
された場合に高度の真空が実現できる。本発明の更に別
の態様によれば、チャンバ400内部の水を更に除去する
ためにチャンバ400とゲッタ（図示してない）を有利に
使用することができる。当業者には理解されるように、
水を連続吸収する容量を有するゲッタ（例えば分子スポ
ンジ）を用いて水（汚染物）のレベルをガスサンプル・
セル404〜406で検出されるべき水濃度以下に減少させる
ことができる。
の水蒸気レベルをサンプル内に含まれている水蒸気レベ
ル以下にまで減少する必要がある。本発明によれば、10
ppt（parts per trillion:一兆分の一）までの検出レベ
ルが得られる。現在周知のまたは本発明以前に工夫され
た、汚染物（例えば水）をチャンバ400（サンプル・シ
ステム400Aを除く）から除去する方法がいずれも本発明
の状況で実施できるが、チャンバは適当に封止し、不活
性ガス例えば窒素を内部に圧送する。場合によっては内
部に含まれる全ての汚染物を実質的に除去する真空上対
を作成するようにチャンバ400を更に脱気する必要があ
ることもある。また脱気中にチャンバ400を加熱するの
も有用である。このような加熱または「焼成」の適用に
よって、連続的に吸引中にチャンバ400が実質的に冷却
された場合に高度の真空が実現できる。本発明の更に別
の態様によれば、チャンバ400内部の水を更に除去する
ためにチャンバ400とゲッタ（図示してない）を有利に
使用することができる。当業者には理解されるように、
水を連続吸収する容量を有するゲッタ（例えば分子スポ
ンジ）を用いて水（汚染物）のレベルをガスサンプル・
セル404〜406で検出されるべき水濃度以下に減少させる
ことができる。
ガスラインをコネクタ408,409へ接続しサンプル・シ
ステム400Aへガスを供給する（例えば、サンプルが腐蝕
性ガスを含む場合）ことによりサンプルをサンプル・シ
ステム400Aへ適当に連通させる。
ステム400Aへガスを供給する（例えば、サンプルが腐蝕
性ガスを含む場合）ことによりサンプルをサンプル・シ
ステム400Aへ適当に連通させる。
しかし、サンプルがレーザー要素と化学的に反応しな
いような場合、ガスサンプル領域はミラー501、503、50
5の間の物理領域で名目上形成される（レーザー結晶507
を除く）。サンプルはチャンバ400それ自体に適当に連
通する（例えば、サンプルが非腐蝕性ガスを含む場
合）。
いような場合、ガスサンプル領域はミラー501、503、50
5の間の物理領域で名目上形成される（レーザー結晶507
を除く）。サンプルはチャンバ400それ自体に適当に連
通する（例えば、サンプルが非腐蝕性ガスを含む場
合）。
簡単に前述したように、ILSレーザー500はチャンバ40
0内部にあるサンプルに含まれるガス種（汚染物例えば
水蒸気）を適切に光学的に検出する。本発明によれば、
ILSレーザー500は結晶ホルダー508に取り付けた結晶507
を含むのが適当である。結晶507は入射ビームに対して
結晶507も光学的に位置するように結晶ホルダー508に取
り付けるのが適当である。既に簡単に説明したように、
入射ビームはビーム整形光学系アセンブリ200を用いて
適当に整形し、入射ビームＦがILS利得媒体（例えば結
晶507）のモード容積と適当に一致するようにする。
0内部にあるサンプルに含まれるガス種（汚染物例えば
水蒸気）を適切に光学的に検出する。本発明によれば、
ILSレーザー500は結晶ホルダー508に取り付けた結晶507
を含むのが適当である。結晶507は入射ビームに対して
結晶507も光学的に位置するように結晶ホルダー508に取
り付けるのが適当である。既に簡単に説明したように、
入射ビームはビーム整形光学系アセンブリ200を用いて
適当に整形し、入射ビームＦがILS利得媒体（例えば結
晶507）のモード容積と適当に一致するようにする。
一般に、ILSレーザー500は、ガスサンプル例えばサン
プル・システム400Aに含まれるサンプルにビームが向か
う領域に対して空洞内領域のレーザービームが実質的に
並行に（即ち非点収差を補正して）なるように、適切に
構成する。この目的で各種の光学構成を用いることがで
きるが、これらのミラー構成が特に有利であると分かっ
た。このような構成はILSレーザービームの正確な非点
収差補正が行ないるので、レーザー発振閾値でILSレー
ザー500をポンピングするのに必要な光学条件と、例え
ばサンプル・システム400Aに含まれるようなガスサンプ
ルに向かって実質的に平行なレーザービームの生成に同
時に一致させることができる。
プル・システム400Aに含まれるサンプルにビームが向か
う領域に対して空洞内領域のレーザービームが実質的に
並行に（即ち非点収差を補正して）なるように、適切に
構成する。この目的で各種の光学構成を用いることがで
きるが、これらのミラー構成が特に有利であると分かっ
た。このような構成はILSレーザービームの正確な非点
収差補正が行ないるので、レーザー発振閾値でILSレー
ザー500をポンピングするのに必要な光学条件と、例え
ばサンプル・システム400Aに含まれるようなガスサンプ
ルに向かって実質的に平行なレーザービームの生成に同
時に一致させることができる。
本発明のこの態様によれば、各々のミラー501、505と
屈折ミラー503をこの目的で適切に使用する。ミラー501
は望ましくはほぼλｐを中心とするのが最適なARコーテ
ィングを有する光学ミラーである。ミラー501も、ILSレ
ーザー500の動作の所望のスペクトル領域で約99.8％か
ら約100％程度の反射率を効率的に提供するコーティン
グを有する。ミラー501は凹面ミラーを含むのが適当で
ある。望ましくは、ミラー503はミラー501と同様に構成
し同様の反射コーティングを有する屈折ミラーを含む。
屈折ミラー503をこの目的で適切に使用する。ミラー501
は望ましくはほぼλｐを中心とするのが最適なARコーテ
ィングを有する光学ミラーである。ミラー501も、ILSレ
ーザー500の動作の所望のスペクトル領域で約99.8％か
ら約100％程度の反射率を効率的に提供するコーティン
グを有する。ミラー501は凹面ミラーを含むのが適当で
ある。望ましくは、ミラー503はミラー501と同様に構成
し同様の反射コーティングを有する屈折ミラーを含む。
望ましくは、ミラー505は平坦ミラーを含む（ROC≒
∞）。図２を参照すると、ミラー505の一側面、ミラー5
03に面する面はILSレーザー500のレーザー発振に所望の
スペクトル領域での反射コーティングが有利にも施して
ある。ミラー505の他面はコーティングしないのが適当
である。
∞）。図２を参照すると、ミラー505の一側面、ミラー5
03に面する面はILSレーザー500のレーザー発振に所望の
スペクトル領域での反射コーティングが有利にも施して
ある。ミラー505の他面はコーティングしないのが適当
である。
望ましくはミラー505の表面は約0.5ないし約3.0゜程
度、最適には約1.0゜の角度で他方に対して楔状にする
のが適当である。本発明の発明者らはこのような方法で
表面に楔状にするのが緩衝作用に継る望ましくない反射
を最小限にすることを発見した。
度、最適には約1.0゜の角度で他方に対して楔状にする
のが適当である。本発明の発明者らはこのような方法で
表面に楔状にするのが緩衝作用に継る望ましくない反射
を最小限にすることを発見した。
取り付け部502、504、506によって機械的調節でチャ
ンバ400内部のILS空洞と光学的に整列できる。
ンバ400内部のILS空洞と光学的に整列できる。
ミラー501、503、505の適当な設計、配置、構成によ
りビームＨはミラー503、505の間の領域で実質的に平行
になる（即ちコリメートされている）。その結果、ILS
レーザー500の性能に顕著な悪影響を与えることなくサ
ンプル・システム400Aを空洞内領域へ挿入できる。
りビームＨはミラー503、505の間の領域で実質的に平行
になる（即ちコリメートされている）。その結果、ILS
レーザー500の性能に顕著な悪影響を与えることなくサ
ンプル・システム400Aを空洞内領域へ挿入できる。
しかしILSレーザー500内部の反射表面（例えばミラー
と窓）の間の距離がILSレーザー内部で何らかの反射が
発生しないようにする必要があることは理解されよう。
反射表面の間の距離が、結晶507の動作する波長に対し
て整数倍の波長に等しい場合干渉パターンが発生する。
と窓）の間の距離がILSレーザー内部で何らかの反射が
発生しないようにする必要があることは理解されよう。
反射表面の間の距離が、結晶507の動作する波長に対し
て整数倍の波長に等しい場合干渉パターンが発生する。
ILSレーザー結晶507はサイン吸収スペクトルが得られ
るガスサンプルに含まれる汚染物（例えば水蒸気）の検
出に適した波長領域で動作するのが望ましい。前述した
ように、ILSレーザー結晶507は一般にマルチモード・レ
ーザーシステムの特徴を示す。ILSレーザー結晶507の出
力のモード間隔は十分に小さくしてガスサンプルの吸収
性を正確に表わすようにすることは理解されよう。ILS
レーザー結晶507によって発生した光は約1GHz（ギガヘ
ルツ）より小さいモード間隔を有する、すなわち吸収バ
ンドの正確なスペクトル再現を保証するのが望ましい。
特に好適なレーザー媒体は反射損失を最小限にするブリ
ュースター角でカットした結晶507を含む。
るガスサンプルに含まれる汚染物（例えば水蒸気）の検
出に適した波長領域で動作するのが望ましい。前述した
ように、ILSレーザー結晶507は一般にマルチモード・レ
ーザーシステムの特徴を示す。ILSレーザー結晶507の出
力のモード間隔は十分に小さくしてガスサンプルの吸収
性を正確に表わすようにすることは理解されよう。ILS
レーザー結晶507によって発生した光は約1GHz（ギガヘ
ルツ）より小さいモード間隔を有する、すなわち吸収バ
ンドの正確なスペクトル再現を保証するのが望ましい。
特に好適なレーザー媒体は反射損失を最小限にするブリ
ュースター角でカットした結晶507を含む。
効率を改善しても、現在入手可能なレーザー結晶はこ
れに関連して相当な損失を有している。損失は熱に換
る。本発明によれば、ILSレーザー結晶507は動作におい
て発生した熱を効果的に取り除けるような方法で取り付
けるのが適当である。しかしレーザー結晶の効率は新し
い結晶が開発されるにつれて向上し続けるので、排熱装
置の必要性または要件は減少し、ある時点で損失は熱を
除去する必要性が全く無くなる程度まで十分に小さくな
るであろうことは理解されるべきである。しかし現在入
手可能な結晶を使用すると、ILSレーザー500はヒートシ
ンク・システム500Aを含むのが望ましい。
れに関連して相当な損失を有している。損失は熱に換
る。本発明によれば、ILSレーザー結晶507は動作におい
て発生した熱を効果的に取り除けるような方法で取り付
けるのが適当である。しかしレーザー結晶の効率は新し
い結晶が開発されるにつれて向上し続けるので、排熱装
置の必要性または要件は減少し、ある時点で損失は熱を
除去する必要性が全く無くなる程度まで十分に小さくな
るであろうことは理解されるべきである。しかし現在入
手可能な結晶を使用すると、ILSレーザー500はヒートシ
ンク・システム500Aを含むのが望ましい。
更に図２を参照しまた図５も併せて参照すると、ヒー
トシンク・システム500Aは取り付け部508と結晶507に接
続する（図５には図示していない）。図５に図示してあ
るように、結晶ホルダー508はILSレーザー結晶507を機
械的に保持するように適切に構成した２部分ホルダー50
8を含むのが望ましい。ヒートシンク・システム500Aは
望ましくは銅製ヒートシンク・ブリッジ510と熱電クー
ラー509と、熱電センサー511とを含むのが望ましい。更
に電気的温度制御インタフェース512をチャンバ400の容
器基部401へ器に設ける。ブリッジ510、クーラー509、
センサー511と併せて取り付け部508はILSレーザー結晶5
07をILSレーザー500を含む他の光学素子に対して正確に
整列するために使用しまた結晶の熱特性の制御を行なえ
るようにする。
トシンク・システム500Aは取り付け部508と結晶507に接
続する（図５には図示していない）。図５に図示してあ
るように、結晶ホルダー508はILSレーザー結晶507を機
械的に保持するように適切に構成した２部分ホルダー50
8を含むのが望ましい。ヒートシンク・システム500Aは
望ましくは銅製ヒートシンク・ブリッジ510と熱電クー
ラー509と、熱電センサー511とを含むのが望ましい。更
に電気的温度制御インタフェース512をチャンバ400の容
器基部401へ器に設ける。ブリッジ510、クーラー509、
センサー511と併せて取り付け部508はILSレーザー結晶5
07をILSレーザー500を含む他の光学素子に対して正確に
整列するために使用しまた結晶の熱特性の制御を行なえ
るようにする。
本発明の好適実施例によれば、ヒートシンク・システ
ム500AはILSレーザー結晶507と直接物理的に接触する。
ILSレーザー結晶507のビームＦによる光学的励起で通常
動作中に発生する熱はILSレーザー結晶507から効率的に
取り出されることで結晶を比較的一定した動作温度に維
持する。特に、本発明では、ILSレーザー結晶507の温度
は約±１℃以内で一定となるように保持される。望まし
くは、結晶ホルダー508はクーラー509およびヒートシン
ク・ブリッジ510と動作的に接続してある銅製／アルミ
ニウム製とする。適切には、ヒートシンク・ブリッジ51
0はチャンバ400の容器基部401内に配置した銅製ヒート
シンクを含み余分な熱がILSレーザー結晶507から取り出
されるようにする。センサー511は結晶ホルダー508、ク
ーラー509、ヒートシンク・ブリッジ510、ILSレーザー
結晶507の温度を測定して最適な動作温度が維持される
ようにする。本発明のこの態様によれば、ILSレーザー
結晶507の熱管理が得られるので、ガス検知システム10
の動作を不必要に妥協させたり複雑化したりするような
冷媒液の必要性を除外している。
ム500AはILSレーザー結晶507と直接物理的に接触する。
ILSレーザー結晶507のビームＦによる光学的励起で通常
動作中に発生する熱はILSレーザー結晶507から効率的に
取り出されることで結晶を比較的一定した動作温度に維
持する。特に、本発明では、ILSレーザー結晶507の温度
は約±１℃以内で一定となるように保持される。望まし
くは、結晶ホルダー508はクーラー509およびヒートシン
ク・ブリッジ510と動作的に接続してある銅製／アルミ
ニウム製とする。適切には、ヒートシンク・ブリッジ51
0はチャンバ400の容器基部401内に配置した銅製ヒート
シンクを含み余分な熱がILSレーザー結晶507から取り出
されるようにする。センサー511は結晶ホルダー508、ク
ーラー509、ヒートシンク・ブリッジ510、ILSレーザー
結晶507の温度を測定して最適な動作温度が維持される
ようにする。本発明のこの態様によれば、ILSレーザー
結晶507の熱管理が得られるので、ガス検知システム10
の動作を不必要に妥協させたり複雑化したりするような
冷媒液の必要性を除外している。
ILSレーザー500はILSレーザー結晶507を励起するビー
ムとミラー503から反射したビームの角度（ψ）が約20
゜から30゜になるように適切に配置し、更に望ましくは
約23゜から27゜、また最適には約25゜となるようにす
る。このビーム（ビームＨ）はサンプル・システム400A
に向かう。
ムとミラー503から反射したビームの角度（ψ）が約20
゜から30゜になるように適切に配置し、更に望ましくは
約23゜から27゜、また最適には約25゜となるようにす
る。このビーム（ビームＨ）はサンプル・システム400A
に向かう。
ILSレーザー500からの出力ビームＧはサンプル・シス
テム400Aを通過した後スペクトル分光計アセンブリ600
へ向かう。このような方向は、例えば図２に図示してあ
るように、ミラー取り付け部602に適切に取り付けられ
た屈折ミラー601を用いることで得られる。屈折ミラー6
01はILSレーザー500の所望の動作スペクトル領域で高反
射率のコーティングを含む平面ミラーを含むのが望まし
い。
テム400Aを通過した後スペクトル分光計アセンブリ600
へ向かう。このような方向は、例えば図２に図示してあ
るように、ミラー取り付け部602に適切に取り付けられ
た屈折ミラー601を用いることで得られる。屈折ミラー6
01はILSレーザー500の所望の動作スペクトル領域で高反
射率のコーティングを含む平面ミラーを含むのが望まし
い。
図２を続けて参照すると、スペクトル分光計アセンブ
リ600はスペクトル的にコヒーレントなビームを得られ
るように、特にサンプル中の汚染物の吸収スペクトルが
検出できるように設計した拡散回折格子を含む。適切に
は、スペクトル分光計アセンブリ600のスペクトル拡散
は十分に広くしてこのような汚染物の吸収性を明確に解
像できるようにし、各々の汚染物の「サイン」の同定と
汚染物の濃度の定量的決定ができるようにする。何らか
の現在周知または本発明以前に工夫されたスペクトル分
光計も本発明で使用できるが、望ましくはスペクトル分
光計アセンブリ600は光学ビーム拡大アセンブリ600Cお
よび合焦レンズアセンブリ600Dとの組み合せで動作する
２個の回折格子アセンブリ600A、600Bを含む。光学ビー
ム拡大アセンブリ600Cは取り付け部604、606を用いて検
出器10内部に適切に取り付けられるレンズ603、605を含
むのが望ましい。レンズ603はネガティブレンズを含
み、レンズ605はコリメータ・レンズを含むのが望まし
い。各々は検出しようとするサンプル中の汚染物の吸収
スペクトル付近を中心とするARコーティングを有するの
が望ましい。
リ600はスペクトル的にコヒーレントなビームを得られ
るように、特にサンプル中の汚染物の吸収スペクトルが
検出できるように設計した拡散回折格子を含む。適切に
は、スペクトル分光計アセンブリ600のスペクトル拡散
は十分に広くしてこのような汚染物の吸収性を明確に解
像できるようにし、各々の汚染物の「サイン」の同定と
汚染物の濃度の定量的決定ができるようにする。何らか
の現在周知または本発明以前に工夫されたスペクトル分
光計も本発明で使用できるが、望ましくはスペクトル分
光計アセンブリ600は光学ビーム拡大アセンブリ600Cお
よび合焦レンズアセンブリ600Dとの組み合せで動作する
２個の回折格子アセンブリ600A、600Bを含む。光学ビー
ム拡大アセンブリ600Cは取り付け部604、606を用いて検
出器10内部に適切に取り付けられるレンズ603、605を含
むのが望ましい。レンズ603はネガティブレンズを含
み、レンズ605はコリメータ・レンズを含むのが望まし
い。各々は検出しようとするサンプル中の汚染物の吸収
スペクトル付近を中心とするARコーティングを有するの
が望ましい。
回折格子アセンブリ600A、600Bは各々の回折格子取り
付け部608、610に取り付けた各々の回折格子607、609を
適切に含む。理解されるように、取り付け部608、610に
よりスペクトル分光計アセンブリ600内の回折格子607、
609の同調および調節ができる。
付け部608、610に取り付けた各々の回折格子607、609を
適切に含む。理解されるように、取り付け部608、610に
よりスペクトル分光計アセンブリ600内の回折格子607、
609の同調および調節ができる。
汚染物の吸収スペクトル付近を中心とするARコーティ
ングを有するのが望ましいレンズ611はまた多チャンネ
ル・アレイ検出器701にスペクトル分光計の出力を合焦
する。
ングを有するのが望ましいレンズ611はまた多チャンネ
ル・アレイ検出器701にスペクトル分光計の出力を合焦
する。
ILSレーザー500が動作するスペクトル領域はスペクト
ル分光計アセンブリ600が発生し、多チャンネル・アレ
イ検出器701が取り付け部702に適切に固定されている平
面を空間的に横断して移動する。多チャンネル・アレイ
検出器701を動作させここから情報を読み取るのに必要
な制御およびタイミング電子回路を含む電子回路基盤70
3は動作的に接続される。結果として特定の汚染物のス
ペクトル的に拡散しガス検知システム10を用いて同定し
ようとする吸収スペクトル全体が得られる。汚染物の特
定の吸収性の位置および相対強度を用いることで検出さ
れたガス（汚染物）を単離同定し検出されたガス（汚染
物）の量を定量的に決定する。
ル分光計アセンブリ600が発生し、多チャンネル・アレ
イ検出器701が取り付け部702に適切に固定されている平
面を空間的に横断して移動する。多チャンネル・アレイ
検出器701を動作させここから情報を読み取るのに必要
な制御およびタイミング電子回路を含む電子回路基盤70
3は動作的に接続される。結果として特定の汚染物のス
ペクトル的に拡散しガス検知システム10を用いて同定し
ようとする吸収スペクトル全体が得られる。汚染物の特
定の吸収性の位置および相対強度を用いることで検出さ
れたガス（汚染物）を単離同定し検出されたガス（汚染
物）の量を定量的に決定する。
多チャンネル・アレイ検出器701は、例えばInGaAs多
チャンネル（256画素、100μｍ間隔）アレイ検出器を含
む。多チャンネル・アレイ検出器701で検出された光は
各々の検出素子（画素）で電子的信号に変換されるのが
望ましく、この後信号はアナログ−デジタル（A/D）・
コンバータ801へ基盤703経由で転送される。コンバータ
801はBNCコネクタとシールドケーブル704経由で適切に
接続し情報の正確な転送を保証する。データが変換され
れば、これはコンピュータ802に送信し、コンピュータ
は電子的信号をスペクトル情報即ち特定のガス（汚染
物）とガス（汚染物）の濃度を同定するスペクトル的サ
インに変換するように適切にプログラムできる。
チャンネル（256画素、100μｍ間隔）アレイ検出器を含
む。多チャンネル・アレイ検出器701で検出された光は
各々の検出素子（画素）で電子的信号に変換されるのが
望ましく、この後信号はアナログ−デジタル（A/D）・
コンバータ801へ基盤703経由で転送される。コンバータ
801はBNCコネクタとシールドケーブル704経由で適切に
接続し情報の正確な転送を保証する。データが変換され
れば、これはコンピュータ802に送信し、コンピュータ
は電子的信号をスペクトル情報即ち特定のガス（汚染
物）とガス（汚染物）の濃度を同定するスペクトル的サ
インに変換するように適切にプログラムできる。
図２を参照すると、既に説明したように、ガス検知シ
ステム10はポンピング・レーザー100がILSレーザーを閾
値レベルでまたはその付近で動作させるとILSレーザー5
00が動作するスペクトル解像領域を検出する。
ステム10はポンピング・レーザー100がILSレーザーを閾
値レベルでまたはその付近で動作させるとILSレーザー5
00が動作するスペクトル解像領域を検出する。
前述したように、半導体ダイオード・レーザーの出力
ビームは高度に非対称および／または非点収差がある。
そのため、利得媒体（即ちILSレーザー結晶507）へ送り
込まれるポンピング・レーザー100からのポンピング放
射の量はILSレーザー500の利得媒体内で光学的に励起さ
れるべき量と適切に一致しない。ビーム整形光学系200
を用いてこのような量の一致を行ない易くする。これは
要求される格子密度をILSレーザーの利得媒体の位置と
容積に合焦することによりILSレーザー500に供給される
放射を最適化することである。特に、ビーム整形光学系
アセンブリ200はレーザー500の要件に一致するように駆
動系100のポンピング放射を変化させるために使用す
る。ダイオード・レーザー・ポンピングレーザーの出力
ビーム（ビームＥ）に関連して非点収差や非対称性、ダ
イバージェンスを補正するには、半導体ダイオードレー
ザーの幾つかのマイクロメータ内に配置される通常のマ
クロな光学系および／またはミクロな光学系を使用でき
る。ダイオード・レーザーポンピングレーザー100の出
力ビーム（ビームＥ）を整形するために使用することの
できるマクロな光学系の例としては、ビーム延伸望遠系
またはこれ以外ではアナモルフィック・プリズム対が挙
られる。
ビームは高度に非対称および／または非点収差がある。
そのため、利得媒体（即ちILSレーザー結晶507）へ送り
込まれるポンピング・レーザー100からのポンピング放
射の量はILSレーザー500の利得媒体内で光学的に励起さ
れるべき量と適切に一致しない。ビーム整形光学系200
を用いてこのような量の一致を行ない易くする。これは
要求される格子密度をILSレーザーの利得媒体の位置と
容積に合焦することによりILSレーザー500に供給される
放射を最適化することである。特に、ビーム整形光学系
アセンブリ200はレーザー500の要件に一致するように駆
動系100のポンピング放射を変化させるために使用す
る。ダイオード・レーザー・ポンピングレーザーの出力
ビーム（ビームＥ）に関連して非点収差や非対称性、ダ
イバージェンスを補正するには、半導体ダイオードレー
ザーの幾つかのマイクロメータ内に配置される通常のマ
クロな光学系および／またはミクロな光学系を使用でき
る。ダイオード・レーザーポンピングレーザー100の出
力ビーム（ビームＥ）を整形するために使用することの
できるマクロな光学系の例としては、ビーム延伸望遠系
またはこれ以外ではアナモルフィック・プリズム対が挙
られる。
更に図２を参照すると、幾つかの用途で、ILSレーザ
ー500内のレーザー媒体（例えばイオン拡散結晶または
ガラス）507へ入射ビームをを適切に合焦させることが
必要とされる。本発明の好適な態様によれば、合焦レン
ズ206はレーザー・レンズ取り付け部207に有利にも取り
付けてレンズ206がビームＦの経路内に適切に配置され
るようにする。本発明の特に好適な態様によれば、合焦
レンズ206は波長λｐを中心とするARコーティングを有
する光学合焦レンズを含むのが適当である。
ー500内のレーザー媒体（例えばイオン拡散結晶または
ガラス）507へ入射ビームをを適切に合焦させることが
必要とされる。本発明の好適な態様によれば、合焦レン
ズ206はレーザー・レンズ取り付け部207に有利にも取り
付けてレンズ206がビームＦの経路内に適切に配置され
るようにする。本発明の特に好適な態様によれば、合焦
レンズ206は波長λｐを中心とするARコーティングを有
する光学合焦レンズを含むのが適当である。
当業者には理解されるように、ガス検知システム10の
使用で得られる定量的情報の品質は、少なくとも部分的
にはポンピング・レーザー100の安定動作に依存する。
本発明の状況において、ILSレーザー500の安定性はどの
程度の再現性でILSレーザーが閾値に達するかに直接左
右される。望ましくは、ポンピング・レーザー100は最
高感度が得られる閾値付近で連続的にILSレーザー500を
ポンピングするのが適当である。しかし、全ての駆動系
が連続的に高信頼性の動作ができるわけではない。それ
に加えて、連続動作させるのはILSレーザー500の振幅お
よび波長の安定性を維持する実質的な努力を必要とする
傾向にありコストに対して悪影響を及ぼすことがあり、
そのためガス検知システム10の商業的な実用性に悪影響
を発生する。
使用で得られる定量的情報の品質は、少なくとも部分的
にはポンピング・レーザー100の安定動作に依存する。
本発明の状況において、ILSレーザー500の安定性はどの
程度の再現性でILSレーザーが閾値に達するかに直接左
右される。望ましくは、ポンピング・レーザー100は最
高感度が得られる閾値付近で連続的にILSレーザー500を
ポンピングするのが適当である。しかし、全ての駆動系
が連続的に高信頼性の動作ができるわけではない。それ
に加えて、連続動作させるのはILSレーザー500の振幅お
よび波長の安定性を維持する実質的な努力を必要とする
傾向にありコストに対して悪影響を及ぼすことがあり、
そのためガス検知システム10の商業的な実用性に悪影響
を発生する。
連続的にILSレーザー500を動作させる代わりに、また
本発明の好適実施例によれば、ILSレーザーは「パルス
モード」または「チョップモード」で動作させる。本明
細書で用いている術語「パルスモード」と「チョップモ
ード」はILSレーザー500（即ちイオン拡散結晶507）を
再現性のあるようにポンピング放射へ露光し、ILSレー
ザーがオンオフ切り換えされるようにする処理を意味す
る。チョッピングはポンプ放射を固定周波数でまた一定
の（対照的なことが多い）動作サイクルでゼロ強度と固
定強度値の間で変化させることに対応する。これと対照
的に、パルシングは変化することがあり典型的には非対
称性の動作サイクルでゼロ強度と非ゼロ強度（必ずしも
固定されない）の間でポンピング放射を変化させること
に対応する（これ以外にも、ポンプビームの強度がゼロ
強度に達しないが少なくとも二つの決まった強度の間で
往復的に変動することでILSレーザー500が閾値の上下に
交互に入るようにポンピング放射を変調することがあ
る）。
本発明の好適実施例によれば、ILSレーザーは「パルス
モード」または「チョップモード」で動作させる。本明
細書で用いている術語「パルスモード」と「チョップモ
ード」はILSレーザー500（即ちイオン拡散結晶507）を
再現性のあるようにポンピング放射へ露光し、ILSレー
ザーがオンオフ切り換えされるようにする処理を意味す
る。チョッピングはポンプ放射を固定周波数でまた一定
の（対照的なことが多い）動作サイクルでゼロ強度と固
定強度値の間で変化させることに対応する。これと対照
的に、パルシングは変化することがあり典型的には非対
称性の動作サイクルでゼロ強度と非ゼロ強度（必ずしも
固定されない）の間でポンピング放射を変化させること
に対応する（これ以外にも、ポンプビームの強度がゼロ
強度に達しないが少なくとも二つの決まった強度の間で
往復的に変動することでILSレーザー500が閾値の上下に
交互に入るようにポンピング放射を変調することがあ
る）。
チョップモードまたはパルスモードでの動作により、
定量的スペクトルおよび濃度測定に適したILSレーザー5
00の安定動作が商業的に実用化できる方法で得られる。
このような強度変調（例えば遮断）は特に機械的に動作
するチョッパ、音響光学変調器、シャッター、その他を
用いて実現できる。
定量的スペクトルおよび濃度測定に適したILSレーザー5
00の安定動作が商業的に実用化できる方法で得られる。
このような強度変調（例えば遮断）は特に機械的に動作
するチョッパ、音響光学変調器、シャッター、その他を
用いて実現できる。
これ以外にも、ポンピング・レーザー100の出力強度
は出力ビーム（ビームＥ）を２次的にチョップする代わ
りに変調しても良い。特に、ダイオード・レーザー・ポ
ンピング・レーザー100に供給される電気出力を変調し
て、ILSレーザー500がレーザー発振するのに必要とされ
る電圧よりすぐ上とすぐ下の電圧を交互に得ることがで
きる。これにより、ILSレーザー500は交互にオンオフさ
れる。
は出力ビーム（ビームＥ）を２次的にチョップする代わ
りに変調しても良い。特に、ダイオード・レーザー・ポ
ンピング・レーザー100に供給される電気出力を変調し
て、ILSレーザー500がレーザー発振するのに必要とされ
る電圧よりすぐ上とすぐ下の電圧を交互に得ることがで
きる。これにより、ILSレーザー500は交互にオンオフさ
れる。
現在周知のまたは本発明以前に工夫されたチョップモ
ードまたはパルスモードを発生する方法を本発明にした
がって使用できるが、有利なことにこのようなモードは
ビーム変調アセンブリ300の使用で得られる。望ましく
は、変調装置300はポンピングビームを操作せず、またI
LSレーザー出力ビームを励起するチャンバ400の強度を
変調するのと同期する。
ードまたはパルスモードを発生する方法を本発明にした
がって使用できるが、有利なことにこのようなモードは
ビーム変調アセンブリ300の使用で得られる。望ましく
は、変調装置300はポンピングビームを操作せず、またI
LSレーザー出力ビームを励起するチャンバ400の強度を
変調するのと同期する。
本発明のこの態様によれば、ポンピング・レーザービ
ームＥを定期的に遮断しまた透過させるビーム変調アセ
ンブリ300によってビームＥがILSレーザー500に定期的
に到達しないようにする。ビーム変調アセンブリ300は
各種の装置、例えば機械的または電子光学的にポンピン
グレーザービームを定期的に遮断または変調する装置を
含み得ることが理解されるべきである。既に述べたよう
に、本発明によれば、ポンピング・レーザー100から発
生するポンピング放射の強度はILSレーザー500が閾値に
達するのに必要とされるより以下の強度にだけ収まるべ
きであるから、ゼロ値に達する必要はない。更に、ポン
ピング・レーザー100からILSレーザー500へ、変調の各
周期の間に供給される光学的にポンピングする全エネル
ギー（即ち積分強度）は一定のまま留まる必要がある。
ームＥを定期的に遮断しまた透過させるビーム変調アセ
ンブリ300によってビームＥがILSレーザー500に定期的
に到達しないようにする。ビーム変調アセンブリ300は
各種の装置、例えば機械的または電子光学的にポンピン
グレーザービームを定期的に遮断または変調する装置を
含み得ることが理解されるべきである。既に述べたよう
に、本発明によれば、ポンピング・レーザー100から発
生するポンピング放射の強度はILSレーザー500が閾値に
達するのに必要とされるより以下の強度にだけ収まるべ
きであるから、ゼロ値に達する必要はない。更に、ポン
ピング・レーザー100からILSレーザー500へ、変調の各
周期の間に供給される光学的にポンピングする全エネル
ギー（即ち積分強度）は一定のまま留まる必要がある。
パルスモードまたはチョップモードいずれかで、吸収
情報を含むILSレーザー500の出力が定期的にサンプリン
グされる。有利にも、ポンピング・レーザー100からの
出力ビームＥが変調され、一方変調装置304はチャンバ4
00を出てくるILSレーザー500の出力ビームを適切に変調
し、これによってILSレーザーの出力を定期的にサンプ
リングする。変調アセンブリ300はポンピングレーザー
ビームＥがILSレーザー500利得媒体（例えばILSレーザ
ー結晶507）に到達しないように交互に遮断し、一方変
調器304はチャンバ400から出て来るILSレーザービーム
がスペクトル分光計アセンブリ600および検出器アセン
ブリ700の両方に到達しないように遮断する。
情報を含むILSレーザー500の出力が定期的にサンプリン
グされる。有利にも、ポンピング・レーザー100からの
出力ビームＥが変調され、一方変調装置304はチャンバ4
00を出てくるILSレーザー500の出力ビームを適切に変調
し、これによってILSレーザーの出力を定期的にサンプ
リングする。変調アセンブリ300はポンピングレーザー
ビームＥがILSレーザー500利得媒体（例えばILSレーザ
ー結晶507）に到達しないように交互に遮断し、一方変
調器304はチャンバ400から出て来るILSレーザービーム
がスペクトル分光計アセンブリ600および検出器アセン
ブリ700の両方に到達しないように遮断する。
チャンバ400から出て来るILSレーザー500出力は変調
器304へ適切に配向される。本発明の様々な態様によれ
ば、変調器304は音響光学的変調器を含む。他の利用可
能な装置、例えば別の機械的に動作するチョッパまたは
シャッターであってもこの目的に適当に使用できること
は理解されるべきである。既に述べたように、ILSレー
ザー500射出ビームから定量情報を抽出するために、変
調器304は特定のサンプルに含まれる汚染物（例えばガ
ス種）の吸収データを含むILSレーザー500の出力を定期
的にサンプリングする。変調器304を用いる代わりに、
検出器アセンブリ700を交互にオンオフして、以下で更
に完全に説明するようにILSレーザー500の出力を定期的
にサンプリングしても良いことは理解されよう）。
器304へ適切に配向される。本発明の様々な態様によれ
ば、変調器304は音響光学的変調器を含む。他の利用可
能な装置、例えば別の機械的に動作するチョッパまたは
シャッターであってもこの目的に適当に使用できること
は理解されるべきである。既に述べたように、ILSレー
ザー500射出ビームから定量情報を抽出するために、変
調器304は特定のサンプルに含まれる汚染物（例えばガ
ス種）の吸収データを含むILSレーザー500の出力を定期
的にサンプリングする。変調器304を用いる代わりに、
検出器アセンブリ700を交互にオンオフして、以下で更
に完全に説明するようにILSレーザー500の出力を定期的
にサンプリングしても良いことは理解されよう）。
変調の特定の形態が変化しても、変調の使用により再
現性のある効率的なILSレーザー500内部の光路長の生成
ができる。別の言い方をすれば、生成時間（tg）を変化
させることにより、即ちILSレーザー500の空洞内モード
競合が発生できる時間間隔を変化させることで、空洞内
共鳴器内部の効率的な吸収経路長を制御しガス検知シス
テム10の最適な定量的応用が実現できるように選択する
ことができる。
現性のある効率的なILSレーザー500内部の光路長の生成
ができる。別の言い方をすれば、生成時間（tg）を変化
させることにより、即ちILSレーザー500の空洞内モード
競合が発生できる時間間隔を変化させることで、空洞内
共鳴器内部の効率的な吸収経路長を制御しガス検知シス
テム10の最適な定量的応用が実現できるように選択する
ことができる。
有利にも、ポンピング・レーザー100の出力の変調を
変調器304と同期させて、ILSレーザー500からの定量情
報を時間的に解像する方法で抽出できる。ポンピング放
射ＥはポンピングビームＥをビーム変調アセンブリ300
に通過させることで間欠的にILSレーザー500へ効率的に
供給する。間歇的に交互に放射を供給することでILSレ
ーザー500を閾値付近にまた閾値以下にする。生成時間t
gが閾値でまたはわずかにそれより上のILSレーザー500
で経過した後、ILSレーザー出力が変調器304により偏向
されてスペクトル分光計アセンブリ600と検出器アセン
ブリ700の入口へ検出のために向けられる。しかし、ILS
レーザー500出力ビームＧはビーム変調アセンブリ300と
変調器304の同期により決定される短い時間間隔の間だ
けスペクトル分光計アセンブリ600と検出器500へ偏向さ
れる。ビーム変調アセンブリ300と変調器304の同期によ
り、ILSレーザー500からの放射が十分に決定された時間
間隔（tg）にわたってサンプリングされることを保証す
る。
変調器304と同期させて、ILSレーザー500からの定量情
報を時間的に解像する方法で抽出できる。ポンピング放
射ＥはポンピングビームＥをビーム変調アセンブリ300
に通過させることで間欠的にILSレーザー500へ効率的に
供給する。間歇的に交互に放射を供給することでILSレ
ーザー500を閾値付近にまた閾値以下にする。生成時間t
gが閾値でまたはわずかにそれより上のILSレーザー500
で経過した後、ILSレーザー出力が変調器304により偏向
されてスペクトル分光計アセンブリ600と検出器アセン
ブリ700の入口へ検出のために向けられる。しかし、ILS
レーザー500出力ビームＧはビーム変調アセンブリ300と
変調器304の同期により決定される短い時間間隔の間だ
けスペクトル分光計アセンブリ600と検出器500へ偏向さ
れる。ビーム変調アセンブリ300と変調器304の同期によ
り、ILSレーザー500からの放射が十分に決定された時間
間隔（tg）にわたってサンプリングされることを保証す
る。
ビーム変調アセンブリ300と変調器304の同期は、ガス
検知システム10へ動作的に接続したコンピュータ802で
動作するデジタル回路（図示していない）による電子制
御による等、幾つかの従来の方法で実現できる。代表的
には、ビーム変調アセンブリ300と変調器304の同期は、
約300から500マイクロ秒（μsec）以下、更に望ましく
は約10から100マイクロ秒以下、また最適には１マイク
ロ秒以下程度で、生成時間（tg）を生成するのが適当で
ある。このような同期によって変調器304が閉じた時に
ビーム変調アセンブリ300はポンピング・レーザー100の
出力を中断されずに渡すことができる。ビーム変調アセ
ンブリ300によってポンピング・レーザー100の出力が中
断されない時と変調器304が開く時の間の時間間隔はtg
によって決定される。
検知システム10へ動作的に接続したコンピュータ802で
動作するデジタル回路（図示していない）による電子制
御による等、幾つかの従来の方法で実現できる。代表的
には、ビーム変調アセンブリ300と変調器304の同期は、
約300から500マイクロ秒（μsec）以下、更に望ましく
は約10から100マイクロ秒以下、また最適には１マイク
ロ秒以下程度で、生成時間（tg）を生成するのが適当で
ある。このような同期によって変調器304が閉じた時に
ビーム変調アセンブリ300はポンピング・レーザー100の
出力を中断されずに渡すことができる。ビーム変調アセ
ンブリ300によってポンピング・レーザー100の出力が中
断されない時と変調器304が開く時の間の時間間隔はtg
によって決定される。
生成時間tgはポンピング・レーザー100の出力をパル
ス化することによって変調器304を用いなくとも変化さ
せることができる。前述のように、パルシングは変化し
得る動作時間にわたってゼロ強度と非ゼロ強度値（必ず
しも固定されない）の間でポンピング放射を変化させ、
これによってILSレーザー500を交互に閾値以下と閾値以
上（または閾値へ）もって来ることに対応する。したが
って、ILSレーザー500はオンオフされる。ILSレーザー5
00がレーザー発振する持続時間は、ポンピング・レーザ
ー100の出力の動作時間を、特に、ほぼ閾値までポンピ
ングレーザーがILSレーザーをポンピングする持続時間
を変更することで変化させられる。したがって、生成時
間（tg）即ちILSレーザー500内部の空洞内モード競合が
発生し得る時間間隔は変化する。この場合、検出器アセ
ンブリ700は連続的に作動したままでチャンバ400から出
て来るILSレーザービームの出力はスペクトル分光計ア
センブリ600と検出器アセンブリ700に連続的に達するこ
とができる。
ス化することによって変調器304を用いなくとも変化さ
せることができる。前述のように、パルシングは変化し
得る動作時間にわたってゼロ強度と非ゼロ強度値（必ず
しも固定されない）の間でポンピング放射を変化させ、
これによってILSレーザー500を交互に閾値以下と閾値以
上（または閾値へ）もって来ることに対応する。したが
って、ILSレーザー500はオンオフされる。ILSレーザー5
00がレーザー発振する持続時間は、ポンピング・レーザ
ー100の出力の動作時間を、特に、ほぼ閾値までポンピ
ングレーザーがILSレーザーをポンピングする持続時間
を変更することで変化させられる。したがって、生成時
間（tg）即ちILSレーザー500内部の空洞内モード競合が
発生し得る時間間隔は変化する。この場合、検出器アセ
ンブリ700は連続的に作動したままでチャンバ400から出
て来るILSレーザービームの出力はスペクトル分光計ア
センブリ600と検出器アセンブリ700に連続的に達するこ
とができる。
しかし前述したように、ポンピング・レーザー100か
らILSレーザー500へ、変調の各周期の間に供給される合
計光学ポンピング・エネルギーまたは積分強度は、ILS
レーザー出力光が変化する持続時間であっても一定のま
までなければならない。合計の光学ポンピング・エネル
ギーを一定に維持するには、ポンピング・ビームの強度
レベルをtgが変化する各々異なる変調周期で調節する。
したがってポンピング・ビームの強度とポンピング・レ
ーザー100がILSレーザー500を閾値までポンピングする
持続の両方が変化して異なる持続時間を提供する。
らILSレーザー500へ、変調の各周期の間に供給される合
計光学ポンピング・エネルギーまたは積分強度は、ILS
レーザー出力光が変化する持続時間であっても一定のま
までなければならない。合計の光学ポンピング・エネル
ギーを一定に維持するには、ポンピング・ビームの強度
レベルをtgが変化する各々異なる変調周期で調節する。
したがってポンピング・ビームの強度とポンピング・レ
ーザー100がILSレーザー500を閾値までポンピングする
持続の両方が変化して異なる持続時間を提供する。
ポンピング・レーザー100の出力のパルシングは「パ
ルサー」でポンプビームの送信を外部制御することによ
り実現できる。これ以外にも、ダイオード・レーザー・
ポンピング・レーザーへ供給する電気出力を変化させる
ことでダイオードレーザー・ポンピング・レーザー100
の出力強度を変調することができる（前述したように、
ダイオード・レーザーポンピング・レーザーへ供給され
る電気出力を変調してILSレーザー500がレーザー発振を
起すのに必要とされるすぐ上とすぐ下の電圧を交互に得
ることができる）。
ルサー」でポンプビームの送信を外部制御することによ
り実現できる。これ以外にも、ダイオード・レーザー・
ポンピング・レーザーへ供給する電気出力を変化させる
ことでダイオードレーザー・ポンピング・レーザー100
の出力強度を変調することができる（前述したように、
ダイオード・レーザーポンピング・レーザーへ供給され
る電気出力を変調してILSレーザー500がレーザー発振を
起すのに必要とされるすぐ上とすぐ下の電圧を交互に得
ることができる）。
以上で、ガス検知システム10を用いるガス中の汚染物
の存在および濃度を検出するための装置が開示された。
本発明の好適実施例によれば、高感度検出のための方法
も本明細書で開示される。本発明の方法は受け入れ可能
なレベルまでサンプル・チャンバ400のガス（汚染物）
を減少させることと、サンプル・システム400Aに検出し
ようとするガスのサンプルを導入することと、閾値でま
たはその付近でILSレーザー500をポンピングすること
と、ILSレーザー500からの光学的出力を、望ましくはビ
ーム変調アセンブリ300経由で、定期的にサンプリング
することと、サンプル中のガス（汚染物）の吸収スペク
トルをスペクトル分光計アセンブリ600と検出器アセン
ブリ700で測定することと、コンピュータ／ソフトウェ
ア・システム800を用いて吸収スペクトルを分析してガ
ス種（汚染物）を同定しサンプル内の濃度を決定するこ
とを含む。
の存在および濃度を検出するための装置が開示された。
本発明の好適実施例によれば、高感度検出のための方法
も本明細書で開示される。本発明の方法は受け入れ可能
なレベルまでサンプル・チャンバ400のガス（汚染物）
を減少させることと、サンプル・システム400Aに検出し
ようとするガスのサンプルを導入することと、閾値でま
たはその付近でILSレーザー500をポンピングすること
と、ILSレーザー500からの光学的出力を、望ましくはビ
ーム変調アセンブリ300経由で、定期的にサンプリング
することと、サンプル中のガス（汚染物）の吸収スペク
トルをスペクトル分光計アセンブリ600と検出器アセン
ブリ700で測定することと、コンピュータ／ソフトウェ
ア・システム800を用いて吸収スペクトルを分析してガ
ス種（汚染物）を同定しサンプル内の濃度を決定するこ
とを含む。
さらに詳しくは、チャンバ400内の（サンプル・シス
テム400Aを除く）ガス（汚染物）を受け入れ可能なレベ
ルまで減少することは適切には上部410付きの封止可能
な容器基部401をパージするまたは排気することでガス
（汚染物）のレベルがサンプル・システム400A内部のガ
スサンプルで検出される以下にすることを含む。既に述
べたように、ガス（汚染物）のレベルを減少させるため
の他のメカニズムはこのレベルを受け入れ可能なレベル
まで減少できるのであれば使用できる。望ましくは、容
器基部401を上部410に封止し、内部に含まれる汚染物を
効率的に除去する（または受け入れ可能なレベルまで減
少する）。望ましくは、容器基部401と上部410は相対的
な開封防止をしてユーザに渡す前に効果的に密封する。
テム400Aを除く）ガス（汚染物）を受け入れ可能なレベ
ルまで減少することは適切には上部410付きの封止可能
な容器基部401をパージするまたは排気することでガス
（汚染物）のレベルがサンプル・システム400A内部のガ
スサンプルで検出される以下にすることを含む。既に述
べたように、ガス（汚染物）のレベルを減少させるため
の他のメカニズムはこのレベルを受け入れ可能なレベル
まで減少できるのであれば使用できる。望ましくは、容
器基部401を上部410に封止し、内部に含まれる汚染物を
効率的に除去する（または受け入れ可能なレベルまで減
少する）。望ましくは、容器基部401と上部410は相対的
な開封防止をしてユーザに渡す前に効果的に密封する。
ガスラインをコネクタ408,409へ接続しサンプル・シ
ステム400Aへガスを供給する（例えば、サンプルが腐蝕
性ガスを含む場合）ことにより、サンプル・システム40
0Aへまたはチャンバ400自体に（例えば、サンプルが非
腐蝕性ガスを含む場合）ガスを供給することによりサン
プルをサンプル・システム400Aへ適当に連通させる。
ステム400Aへガスを供給する（例えば、サンプルが腐蝕
性ガスを含む場合）ことにより、サンプル・システム40
0Aへまたはチャンバ400自体に（例えば、サンプルが非
腐蝕性ガスを含む場合）ガスを供給することによりサン
プルをサンプル・システム400Aへ適当に連通させる。
閾値またはその付近でILSレーザー500をポンピングす
ることは、更に特定すれば、正しいポンピング・レーザ
ー100出力と、ビーム整形光学系アセンブリ200およびレ
ンズ206を用いてILSレーザー結晶507での合焦条件と、
ビーム変調アセンブリ300を用いる変調条件を選択する
ことを含む。本発明によるガス種を検出するための方法
は更に、ILSレーザー500を閾値でまたは閾値付近ただし
それ以上で駆動することを含む。本発明によれば、駆動
系100はILSレーザー500を適切にポンピングする。必要
であれば、ポンピング・ビームＥをビーム整形光学系ア
センブリ200で適切に整形してILSレーザー500の光学的
条件に適合させる。更に、ガス検知システム10がパルス
またはチョップ・モードで動作する場合、前述したよう
に、変調アセンブリ、又特に変調器301はポンピング・
ビームＦを定期的に遮断することによりビームＦがILS
レーザー500へ到達するのを防止する。変調器301とビー
ム整形光学系アセンブリ200からのビームＦ出力はILSレ
ーザー500へ適当に配向する。
ることは、更に特定すれば、正しいポンピング・レーザ
ー100出力と、ビーム整形光学系アセンブリ200およびレ
ンズ206を用いてILSレーザー結晶507での合焦条件と、
ビーム変調アセンブリ300を用いる変調条件を選択する
ことを含む。本発明によるガス種を検出するための方法
は更に、ILSレーザー500を閾値でまたは閾値付近ただし
それ以上で駆動することを含む。本発明によれば、駆動
系100はILSレーザー500を適切にポンピングする。必要
であれば、ポンピング・ビームＥをビーム整形光学系ア
センブリ200で適切に整形してILSレーザー500の光学的
条件に適合させる。更に、ガス検知システム10がパルス
またはチョップ・モードで動作する場合、前述したよう
に、変調アセンブリ、又特に変調器301はポンピング・
ビームＦを定期的に遮断することによりビームＦがILS
レーザー500へ到達するのを防止する。変調器301とビー
ム整形光学系アセンブリ200からのビームＦ出力はILSレ
ーザー500へ適当に配向する。
この方法によれば、ビームＦが封止容器401の壁に配
置した窓402を通ってチャンバ400に入射すると、ビーム
ＦはILSレーザー500に適切に配向される。ビームＦの更
なる焦点合わせと方向はビームＦが窓402から合焦レン
ズ206に通過する際に適切に行ない、合焦レンズはビー
ムＦを適切に焦点合わせしミラー501へ配向する。ビー
ムＦは閾値でまたは閾値付近でILSレーザー結晶507を適
切にポンピングし、出力ビームはサンプル・システム40
0A内のガスサンプルへ、例えばミラー503、505によって
適切に配向される。射出ビームはガスサンプル（汚染
物）からの吸収データを含み、ガス・チャンバ400から
封止容器基部401の壁に適切に配置してある窓403を通っ
て出て来る。
置した窓402を通ってチャンバ400に入射すると、ビーム
ＦはILSレーザー500に適切に配向される。ビームＦの更
なる焦点合わせと方向はビームＦが窓402から合焦レン
ズ206に通過する際に適切に行ない、合焦レンズはビー
ムＦを適切に焦点合わせしミラー501へ配向する。ビー
ムＦは閾値でまたは閾値付近でILSレーザー結晶507を適
切にポンピングし、出力ビームはサンプル・システム40
0A内のガスサンプルへ、例えばミラー503、505によって
適切に配向される。射出ビームはガスサンプル（汚染
物）からの吸収データを含み、ガス・チャンバ400から
封止容器基部401の壁に適切に配置してある窓403を通っ
て出て来る。
ILSレーザー500は変調器301と適切に同期している変
調器304を用いてパルスモードまたはチョップモードで
動作し、ILSレーザーからの出力ビームを定期的にサン
プリングし、このようにして得られたサンプリング出力
をスペクトル分光計アセンブリ600および検出器アセン
ブリ700へ渡す。これ以外に、ダイオード・レーザー・
ポンピング・レーザー100へ供給される電気出力を変調
し変調器304と同期しても良い。適切には、ミラー601は
ILSレーザー500からのサンプリング出力ビームＧをスペ
クトル分光計アセンブリ600および検出器アセンブリ700
へ配向する。これ以外に変調器304を使用する代わり
に、検出器アセンブリ700をオンオフしてILSレーザー50
0からの出力をサンプリングしても良い。
調器304を用いてパルスモードまたはチョップモードで
動作し、ILSレーザーからの出力ビームを定期的にサン
プリングし、このようにして得られたサンプリング出力
をスペクトル分光計アセンブリ600および検出器アセン
ブリ700へ渡す。これ以外に、ダイオード・レーザー・
ポンピング・レーザー100へ供給される電気出力を変調
し変調器304と同期しても良い。適切には、ミラー601は
ILSレーザー500からのサンプリング出力ビームＧをスペ
クトル分光計アセンブリ600および検出器アセンブリ700
へ配向する。これ以外に変調器304を使用する代わり
に、検出器アセンブリ700をオンオフしてILSレーザー50
0からの出力をサンプリングしても良い。
本発明によるガス種を検出する方法はILSレーザー500
からの出力ビームＧの分析を更に含む。望ましくは、ス
ペクトル分光計アセンブリ600がスペクトル的に解像し
検出器アセンブリ700がILSレーザー500からの出力ビー
ムＧを適切に分析する。スペクトル分光計アセンブリ60
0はビーム拡大アセンブリ600C、回折アセンブリ600A、6
00B、および合焦アセンブリ600Dにより適切にスペクト
ル的にILSレーザー500からの出力ビームＧを拡散する。
スペクトル的に解像したILS吸収データはスペクトル分
光計アセンブリ600から出て多チャンネル検出器701で検
出されるように適切に空間移動する。
からの出力ビームＧの分析を更に含む。望ましくは、ス
ペクトル分光計アセンブリ600がスペクトル的に解像し
検出器アセンブリ700がILSレーザー500からの出力ビー
ムＧを適切に分析する。スペクトル分光計アセンブリ60
0はビーム拡大アセンブリ600C、回折アセンブリ600A、6
00B、および合焦アセンブリ600Dにより適切にスペクト
ル的にILSレーザー500からの出力ビームＧを拡散する。
スペクトル的に解像したILS吸収データはスペクトル分
光計アセンブリ600から出て多チャンネル検出器701で検
出されるように適切に空間移動する。
ガス検知システム10は腐蝕性（例えばHCl）または非
腐蝕性（例えばN2）の汚染物例えば水蒸気等の吸収スペ
クトルを様々な波長範囲で得られるように用いる。
腐蝕性（例えばN2）の汚染物例えば水蒸気等の吸収スペ
クトルを様々な波長範囲で得られるように用いる。
強度と濃度の間の関連性が与えられ、汚染物ガス例え
ば水蒸気の特性サインが得られれば、サンプル内に含ま
れる汚染物の濃度は簡単に求めることができる。本発明
によれば、コンピュータ802を適当にプログラムしてデ
ータを解釈してサンプル中に含まれる汚染物の存在およ
び／または濃度を表わす出力を提供することができる。
ば水蒸気の特性サインが得られれば、サンプル内に含ま
れる汚染物の濃度は簡単に求めることができる。本発明
によれば、コンピュータ802を適当にプログラムしてデ
ータを解釈してサンプル中に含まれる汚染物の存在およ
び／または濃度を表わす出力を提供することができる。
上記で説明した本発明の10の実施例において、ILSレ
ーザー500は３つのミラー（即ちミラー501、503、505）
から形成されたレーザー空洞を有し、ミラー503は屈折
ミラーである。３ミラー構成はミラー503、505の間の領
域で非点収差が補正されまたは実質的に平行なビームを
提供するように設計されている。
ーザー500は３つのミラー（即ちミラー501、503、505）
から形成されたレーザー空洞を有し、ミラー503は屈折
ミラーである。３ミラー構成はミラー503、505の間の領
域で非点収差が補正されまたは実質的に平行なビームを
提供するように設計されている。
これ以外に、本発明のガス検知システム10は簡略化し
たレーザー空洞を有するILSレーザー500を含むことがで
きる。本発明の別の実施例において、レーザー空洞は非
点収差補正を提供するように設計されていない。むし
ろ、レーザー空洞は２枚のミラーの間に形成されて非点
収差を提供しない実質的に線形の構成を有する。しか
し、本発明の別の実施例で用いられる線形空洞設計で
は、ガス検知システム10を実質的に小型かつ簡単に製造
することができる。結果として本発明のガス検知システ
ム10の別の実施例は上記で説明した実施例より安価に製
造できまた簡単に動作させることができる。更に、本発
明のこの実施例は多くの現実適用とで要求されるように
耐久性があるかまたは機械的に安定するように製造でき
る。
たレーザー空洞を有するILSレーザー500を含むことがで
きる。本発明の別の実施例において、レーザー空洞は非
点収差補正を提供するように設計されていない。むし
ろ、レーザー空洞は２枚のミラーの間に形成されて非点
収差を提供しない実質的に線形の構成を有する。しか
し、本発明の別の実施例で用いられる線形空洞設計で
は、ガス検知システム10を実質的に小型かつ簡単に製造
することができる。結果として本発明のガス検知システ
ム10の別の実施例は上記で説明した実施例より安価に製
造できまた簡単に動作させることができる。更に、本発
明のこの実施例は多くの現実適用とで要求されるように
耐久性があるかまたは機械的に安定するように製造でき
る。
図６を参照すると、本発明のガス検知システム10は線
形レーザー空洞であるレーザー空洞902を有するILSレー
ザー500を含むように図示してある。「線形レーザー空
洞」または「線形レーザー共鳴器」は、２つのミラーだ
けの間に形成されたレーザー空洞と等価なレーザー空洞
（またはレーザー共鳴器）902を意味する。
形レーザー空洞であるレーザー空洞902を有するILSレー
ザー500を含むように図示してある。「線形レーザー空
洞」または「線形レーザー共鳴器」は、２つのミラーだ
けの間に形成されたレーザー空洞と等価なレーザー空洞
（またはレーザー共鳴器）902を意味する。
最も簡単な形態で、線形レーザー空洞は第１のミラー
と第２のミラーの間に形成されたレーザー空洞902を含
む。あらゆる個数の平坦な別のミラーが第１のミラーか
ら第２のミラーへ進行するビームの操作（即ち経路変
更）のために含め得ることは理解されよう。しかしこれ
ら別のミラーを含むことではレーザー空洞902内部のビ
ームの形状を変更しない（第１のミラーと第２のミラー
の間の距離が変化しない限り）。したがってレーザーの
レーザー空洞902に別の平坦なミラーを含むことはレー
ザーの動作に影響を与えず、単にレーザーが物理的に構
成されている方法を変更するだけである。したがって、
第１のミラーと第２のミラーの間に形成され、これらの
間に別の平坦ミラーを有するレーザー空洞902は第１の
ミラーと第２のミラーの間にだけ形成されたレーザー空
洞に等価であり、別の平坦ミラーを除去することでビー
ム形状もレーザー動作も変化させない。このような別の
平坦ミラーを使用することで空間的制約を有するパッケ
ージにレーザー空洞902を適合させることができる。
と第２のミラーの間に形成されたレーザー空洞902を含
む。あらゆる個数の平坦な別のミラーが第１のミラーか
ら第２のミラーへ進行するビームの操作（即ち経路変
更）のために含め得ることは理解されよう。しかしこれ
ら別のミラーを含むことではレーザー空洞902内部のビ
ームの形状を変更しない（第１のミラーと第２のミラー
の間の距離が変化しない限り）。したがってレーザーの
レーザー空洞902に別の平坦なミラーを含むことはレー
ザーの動作に影響を与えず、単にレーザーが物理的に構
成されている方法を変更するだけである。したがって、
第１のミラーと第２のミラーの間に形成され、これらの
間に別の平坦ミラーを有するレーザー空洞902は第１の
ミラーと第２のミラーの間にだけ形成されたレーザー空
洞に等価であり、別の平坦ミラーを除去することでビー
ム形状もレーザー動作も変化させない。このような別の
平坦ミラーを使用することで空間的制約を有するパッケ
ージにレーザー空洞902を適合させることができる。
本発明のひとつの側面において、ILSレーザー500は線
形レーザー空洞であるレーザー空洞902内部に存在する
イオン拡散ILSレーザー結晶507を含む。線形空洞である
レーザー空洞902内部にイオン拡散ILSレーザー結晶507
を含むILSレーザー500は完全に新規の光学設計である。
レーザー空洞902に基づいた本発明のILSレーザー500は
従来技術の設計より少なく簡単な光学素子しか必要とし
ないことが理解されよう。
形レーザー空洞であるレーザー空洞902内部に存在する
イオン拡散ILSレーザー結晶507を含む。線形空洞である
レーザー空洞902内部にイオン拡散ILSレーザー結晶507
を含むILSレーザー500は完全に新規の光学設計である。
レーザー空洞902に基づいた本発明のILSレーザー500は
従来技術の設計より少なく簡単な光学素子しか必要とし
ないことが理解されよう。
本発明の第２の実施例で、ポンピング・レーザー供給
源100は半導体ダイオードレーザー、固体結晶レーザー
（例えばNd:YAG）、ガスレーザー、１つまたはそれ以上
のフラッシュランプ、またはILSレーザー500をポンピン
グするのに適した波長λｐで動作する他の何らかのポン
ピング供給源を含むことができる。
源100は半導体ダイオードレーザー、固体結晶レーザー
（例えばNd:YAG）、ガスレーザー、１つまたはそれ以上
のフラッシュランプ、またはILSレーザー500をポンピン
グするのに適した波長λｐで動作する他の何らかのポン
ピング供給源を含むことができる。
ILSレーザー500のイオン拡散ILSレーザー結晶507は、
例えばTm3+、Tb3+:YLFまたはTm3+:YAGを含み室温または
その付近で動作するのが望ましい。その他の適当なイオ
ン拡散ILSレーザー結晶507も本発明の実施で使用でき
る。イオン拡散結晶507は、例えば、他のイオン拡散し
たバイブロニック（vibronic）・レーザー結晶を含むこ
とがある。本発明のILSレーザー500での使用に適したイ
オン拡散結晶507の例が表１に掲載してある。しかし他
のイオン拡散結晶507も予想される特定の用途に適して
いれば使用できることは当業者には理解されよう。した
がって本明細書で特に開示しているイオン拡散結晶507
は、表１に掲載したものを含め、排他的なものと見なさ
れることを意図していない。
例えばTm3+、Tb3+:YLFまたはTm3+:YAGを含み室温または
その付近で動作するのが望ましい。その他の適当なイオ
ン拡散ILSレーザー結晶507も本発明の実施で使用でき
る。イオン拡散結晶507は、例えば、他のイオン拡散し
たバイブロニック（vibronic）・レーザー結晶を含むこ
とがある。本発明のILSレーザー500での使用に適したイ
オン拡散結晶507の例が表１に掲載してある。しかし他
のイオン拡散結晶507も予想される特定の用途に適して
いれば使用できることは当業者には理解されよう。した
がって本明細書で特に開示しているイオン拡散結晶507
は、表１に掲載したものを含め、排他的なものと見なさ
れることを意図していない。
表１を参照すると、ダイオード・レーザー・ポンピン
グ・レーザー100で光学的にポンピングすることのでき
る結晶のリストが提供されている。結晶はイオンを拡散
した基盤材料を含む。リストに掲載した基盤材料は以下
のようなものを含む:YAG（イットリウム・アルミニウム
・ガーネット（Y3Al5O12））、YSOまたはYOS（イットリ
ウム・オルソシリカ酸（Y2SiO2））、YSAG（イットリウ
ム・スカンジウム・アルミニウムフッ化物（Y3Sc2Al5O
12））、GSGG（ゴダリニウム・スカンジウム・ガリウム
・ガーネット（Gd3Sc2Ga3O12））、YLF（リチウム・イ
ットリウムフッ化物（LiYF2））、YSGG（イットリウム
・スカンジウム・ガリウム・ガーネット（Y3Sc22Ga
3O12））、LUAG（ルテリウム・アルミニウム・ガーネッ
ト（Lu3Al5O12））、CaYSOAP（カルシウム・イットリウ
ム・酸化アパタイト・シリカ酸（CaY4（Si2O3）4O）、C
aLaSOAP（カルシウム・ランタニウム・酸化アパタイト
・シリカ酸（CaLa4（Si2O3）4O）、およびガラス。拡散
イオンとしては、Crクロム、Tmツリウム、Hoホルミウ
ム、Erエルビウムを含む。表１に記載した結晶にはポン
ピング放射に対応する波長と、結晶から得られる出力に
対応する波長あるいは波長群が関係する。図６に図示し
たように、イオン拡散結晶507は反射コーティングを蒸
着してある一方の端部904を有する。イオン拡散結晶507
の他方の端部は約２゜から約３゜の間の角度で切断して
干渉作用を減少する（イオン拡散結晶507の端部906をブ
リュースター角で切断することも考えられるが、このよ
うな切断に対応するだけイオン拡散結晶が十分に大きい
場合に限られる）。図６に図示してあるようなレーザー
空洞902は第１のミラー（ポンピング・ミラー）908と第
２のミラー（出力ミラー）910の間に形成される。第１
のミラー908はイオン拡散結晶507の一方の端部904に蒸
着した反射コーティングを含む。第２のミラー910は湾
曲したレフレクタを含む。レーザー空洞902は二つのミ
ラーの間だけに形成されているため既に定義したように
線形レーザー空洞である）。
グ・レーザー100で光学的にポンピングすることのでき
る結晶のリストが提供されている。結晶はイオンを拡散
した基盤材料を含む。リストに掲載した基盤材料は以下
のようなものを含む:YAG（イットリウム・アルミニウム
・ガーネット（Y3Al5O12））、YSOまたはYOS（イットリ
ウム・オルソシリカ酸（Y2SiO2））、YSAG（イットリウ
ム・スカンジウム・アルミニウムフッ化物（Y3Sc2Al5O
12））、GSGG（ゴダリニウム・スカンジウム・ガリウム
・ガーネット（Gd3Sc2Ga3O12））、YLF（リチウム・イ
ットリウムフッ化物（LiYF2））、YSGG（イットリウム
・スカンジウム・ガリウム・ガーネット（Y3Sc22Ga
3O12））、LUAG（ルテリウム・アルミニウム・ガーネッ
ト（Lu3Al5O12））、CaYSOAP（カルシウム・イットリウ
ム・酸化アパタイト・シリカ酸（CaY4（Si2O3）4O）、C
aLaSOAP（カルシウム・ランタニウム・酸化アパタイト
・シリカ酸（CaLa4（Si2O3）4O）、およびガラス。拡散
イオンとしては、Crクロム、Tmツリウム、Hoホルミウ
ム、Erエルビウムを含む。表１に記載した結晶にはポン
ピング放射に対応する波長と、結晶から得られる出力に
対応する波長あるいは波長群が関係する。図６に図示し
たように、イオン拡散結晶507は反射コーティングを蒸
着してある一方の端部904を有する。イオン拡散結晶507
の他方の端部は約２゜から約３゜の間の角度で切断して
干渉作用を減少する（イオン拡散結晶507の端部906をブ
リュースター角で切断することも考えられるが、このよ
うな切断に対応するだけイオン拡散結晶が十分に大きい
場合に限られる）。図６に図示してあるようなレーザー
空洞902は第１のミラー（ポンピング・ミラー）908と第
２のミラー（出力ミラー）910の間に形成される。第１
のミラー908はイオン拡散結晶507の一方の端部904に蒸
着した反射コーティングを含む。第２のミラー910は湾
曲したレフレクタを含む。レーザー空洞902は二つのミ
ラーの間だけに形成されているため既に定義したように
線形レーザー空洞である）。
イオン拡散結晶507は反射コーティングを蒸着してあ
る一方の端部904に入射するように図６に図示してある
ポンピング・ビームＦによってポンピングされる。した
がって、イオン拡散結晶507は光学的にポンピングされ
る。イオン拡散結晶507からの出力ビーム（ビームＨ）
は前述したような干渉効果を減少する角度に切断してあ
るイオン拡散結晶507の他方の端部906からレーザー媒体
を出る。イオン拡散結晶507からの出力ビーム（ビーム
Ｈ）はレーザー空洞902から第２のミラー910へと延出す
る（反射によりレーザー空洞902内部のビーム即ちビー
ムＨは、例えば約２゜から約３゜の間の角度で切断して
あるイオン拡散結晶507の端部906でわずかに、例えば約
２゜から約３゜折れ曲がることは理解されよう）。
る一方の端部904に入射するように図６に図示してある
ポンピング・ビームＦによってポンピングされる。した
がって、イオン拡散結晶507は光学的にポンピングされ
る。イオン拡散結晶507からの出力ビーム（ビームＨ）
は前述したような干渉効果を減少する角度に切断してあ
るイオン拡散結晶507の他方の端部906からレーザー媒体
を出る。イオン拡散結晶507からの出力ビーム（ビーム
Ｈ）はレーザー空洞902から第２のミラー910へと延出す
る（反射によりレーザー空洞902内部のビーム即ちビー
ムＨは、例えば約２゜から約３゜の間の角度で切断して
あるイオン拡散結晶507の端部906でわずかに、例えば約
２゜から約３゜折れ曲がることは理解されよう）。
長軸方向の光学ポンピングは図６に図示したILSレー
ザー500のポンピングに用いられることも更に理解され
よう。長軸方向の光学ポンピング、長軸方向のポンピン
グ、長軸方向にポンピングされる等の術語は従来技術で
周知の従来の意味で本明細書で使用している。さらに詳
しくは、一方の端部904に入射するポンピング・ビーム
Ｆは第１のミラー908から第２のミラー910へレーザー空
洞内を走る軸を横断して延在するイオン拡散結晶507か
らの出力ビーム（ビームＨ）とほぼおなじ方向にレーザ
ー空洞902に沿って配向される（又はイオン拡散結晶内
部のビームと同じ方向）。イオン拡散結晶507は典型的
には一方の端部904から他方の端部906へ延在する対称軸
を有するのが代表的なことは理解されよう。長軸方向の
ポンピングはイオン拡散結晶507の対称軸と平行な方向
へのポンピングに相当する。同様に、レーザー空洞902
に沿ってまたイオン拡散結晶からの出力ビームと同じ方
向に配向され出力ミラー910へレーザー空洞内を横断し
て（又はイオン拡散結晶内部のビームとほぼおなじ方向
に）延出するポンピング・ビーム（ビームＨ）によりポ
ンピングされるイオン拡散結晶507は長軸方向にポンピ
ングされると言われる。
ザー500のポンピングに用いられることも更に理解され
よう。長軸方向の光学ポンピング、長軸方向のポンピン
グ、長軸方向にポンピングされる等の術語は従来技術で
周知の従来の意味で本明細書で使用している。さらに詳
しくは、一方の端部904に入射するポンピング・ビーム
Ｆは第１のミラー908から第２のミラー910へレーザー空
洞内を走る軸を横断して延在するイオン拡散結晶507か
らの出力ビーム（ビームＨ）とほぼおなじ方向にレーザ
ー空洞902に沿って配向される（又はイオン拡散結晶内
部のビームと同じ方向）。イオン拡散結晶507は典型的
には一方の端部904から他方の端部906へ延在する対称軸
を有するのが代表的なことは理解されよう。長軸方向の
ポンピングはイオン拡散結晶507の対称軸と平行な方向
へのポンピングに相当する。同様に、レーザー空洞902
に沿ってまたイオン拡散結晶からの出力ビームと同じ方
向に配向され出力ミラー910へレーザー空洞内を横断し
て（又はイオン拡散結晶内部のビームとほぼおなじ方向
に）延出するポンピング・ビーム（ビームＨ）によりポ
ンピングされるイオン拡散結晶507は長軸方向にポンピ
ングされると言われる。
他にも、横断方向の光学ポンピングを用いてILSレー
ザー500をポンピングすることができる。横断方向の光
学ポンピング、横断方向のポンピング、および横断方向
にポンピングされる等の術語は従来技術で周知の従来の
意味で本明細書で使用している。特に、イオン拡散結晶
507は図６に図示した側面912等のイオン拡散結晶の側面
に入射するポンピング・ビームによってポンピングでき
る。横断方向の光学ポンピングは、イオン拡散結晶507
に入射するポンピング・ビームが、即ちポンピング・レ
ーザー100がイオン拡散結晶の対称軸に直角の方向に向
けられている場合を表わす。横断方向の光学ポンピング
により、ポンピング・ビームは第１のミラー908から第
２のミラー910へ線形レーザー空洞902を通って走る軸を
横断して延出するイオン拡散結晶507からの出力ビーム
（ビームＨ）とほぼ直角に配向される。特に、イオン拡
散結晶507の側面例えば側面912に入射するポンピング・
ビームによってポンピングされるイオン拡散結晶507は
横断方向にポンピングされると言われる。同様に、線形
レーザー空洞902を横断して出力ミラー910へ延出するイ
オン拡散結晶507からの出力ビーム（ビームＨ）の方向
とほぼ直角に配向されているポンピング・ビームによっ
てポンピングされるイオン拡散結晶507も横断方向にポ
ンピングされると言われる。
ザー500をポンピングすることができる。横断方向の光
学ポンピング、横断方向のポンピング、および横断方向
にポンピングされる等の術語は従来技術で周知の従来の
意味で本明細書で使用している。特に、イオン拡散結晶
507は図６に図示した側面912等のイオン拡散結晶の側面
に入射するポンピング・ビームによってポンピングでき
る。横断方向の光学ポンピングは、イオン拡散結晶507
に入射するポンピング・ビームが、即ちポンピング・レ
ーザー100がイオン拡散結晶の対称軸に直角の方向に向
けられている場合を表わす。横断方向の光学ポンピング
により、ポンピング・ビームは第１のミラー908から第
２のミラー910へ線形レーザー空洞902を通って走る軸を
横断して延出するイオン拡散結晶507からの出力ビーム
（ビームＨ）とほぼ直角に配向される。特に、イオン拡
散結晶507の側面例えば側面912に入射するポンピング・
ビームによってポンピングされるイオン拡散結晶507は
横断方向にポンピングされると言われる。同様に、線形
レーザー空洞902を横断して出力ミラー910へ延出するイ
オン拡散結晶507からの出力ビーム（ビームＨ）の方向
とほぼ直角に配向されているポンピング・ビームによっ
てポンピングされるイオン拡散結晶507も横断方向にポ
ンピングされると言われる。
ポンピング・レーザー供給源100が半導体ダイオード
・レーザー又は固体結晶レーザー（例えばNd:YAG）を含
む場合、長手方向のポンピングを使用できる。これ以外
に、フラッシュランプ又はダイオードレーザーを横断方
向のポンピングで使用できる。横断方向のポンピングで
は、イオン拡散結晶507の１つ以上の側面からポンピン
グするように構成された複数のフラッシュランプをポン
ピング・レーザー供給源100として使用できる。
・レーザー又は固体結晶レーザー（例えばNd:YAG）を含
む場合、長手方向のポンピングを使用できる。これ以外
に、フラッシュランプ又はダイオードレーザーを横断方
向のポンピングで使用できる。横断方向のポンピングで
は、イオン拡散結晶507の１つ以上の側面からポンピン
グするように構成された複数のフラッシュランプをポン
ピング・レーザー供給源100として使用できる。
図６に図示してあるように、ガスサンプル・セル・シ
ステム400Aは線形レーザー空洞902内部に存在する。ガ
スサンプル・セル・システム400Aはインレット導体408
およびアウトレット導体409を設けたガスサンプル・セ
ル本体406を含むように図示してある。既に説明したよ
うに、ガスサンプル・セル本体406は非腐蝕性のガスサ
ンプルには必要とされず、この場合ガスは線形レーザー
空洞902全体に含めることができる。
ステム400Aは線形レーザー空洞902内部に存在する。ガ
スサンプル・セル・システム400Aはインレット導体408
およびアウトレット導体409を設けたガスサンプル・セ
ル本体406を含むように図示してある。既に説明したよ
うに、ガスサンプル・セル本体406は非腐蝕性のガスサ
ンプルには必要とされず、この場合ガスは線形レーザー
空洞902全体に含めることができる。
本発明によれば、イオン拡散結晶507の光学的励起は
ポンピング・レーザー供給源100によって提供される。
図６に図示してあるように、ポンピング・レーザー100
は電力供給916により電力供給を受け熱電クーラー918に
より冷却される半導体ダイオード・レーザー914を含
む。半導体ダイオード・レーザー914と熱電クーラー918
は半導体ダイオード・レーザーによって発生する熱を放
散させるために設けてあるヒートシンク920に取り付け
てある。
ポンピング・レーザー供給源100によって提供される。
図６に図示してあるように、ポンピング・レーザー100
は電力供給916により電力供給を受け熱電クーラー918に
より冷却される半導体ダイオード・レーザー914を含
む。半導体ダイオード・レーザー914と熱電クーラー918
は半導体ダイオード・レーザーによって発生する熱を放
散させるために設けてあるヒートシンク920に取り付け
てある。
前述のように、半導体ダイオード・レーザー914の出
力ビーム（ビームＥ）は高度に非対称又は非点収差があ
る。半導体ダイオード・レーザー914の出力ビーム（ビ
ームＥ）に付随する非対称および／または非点収差を補
正するには、ビーム整形光学系アセンブリ200を使用す
る。ビーム整形光学系アセンブリ200によって半導体ダ
イオード・レーザー914の出力ビーム（ビームＥ）はILS
レーザー500に含まれるILS利得媒体（即ちイオン拡散結
晶507）のモード容積と光学的に一致するようになる。
図６には一対のアナモルフィック・プリズム922と一対
のレンズ924とを含むマクロ光学系を含むビーム整形光
学系アセンブリ200が図示してある。これ以外にも半導
体ダイオード・レーザー914から数ミクロン以内に配置
されるビーム延伸望遠系またはミクロ光学系も使用でき
る。
力ビーム（ビームＥ）は高度に非対称又は非点収差があ
る。半導体ダイオード・レーザー914の出力ビーム（ビ
ームＥ）に付随する非対称および／または非点収差を補
正するには、ビーム整形光学系アセンブリ200を使用す
る。ビーム整形光学系アセンブリ200によって半導体ダ
イオード・レーザー914の出力ビーム（ビームＥ）はILS
レーザー500に含まれるILS利得媒体（即ちイオン拡散結
晶507）のモード容積と光学的に一致するようになる。
図６には一対のアナモルフィック・プリズム922と一対
のレンズ924とを含むマクロ光学系を含むビーム整形光
学系アセンブリ200が図示してある。これ以外にも半導
体ダイオード・レーザー914から数ミクロン以内に配置
されるビーム延伸望遠系またはミクロ光学系も使用でき
る。
ILSレーザー500は連続モード（cw）で又はパルスモー
ド又はチョップモードのどちらかで動作できることは理
解されよう。前述したように、チョッピングは一定の
（対照的なことが多い）動作サイクルにわたり一定周波
数でゼロ強度と一定強度値の間でポンピング放射を変化
させることに対応する。これと対照的に、パルシングは
変化し得るまた典型的に非対称性の動作時間にわたって
ゼロ強度と非ゼロ強度値（必ずしも固定されない）の間
でポンピング放射を変化させることに対応する（これ以
外で、ポンピング・ビームの強度がゼロ強度に達しない
が、ILSレーザー500を交互に閾値以上と閾値以下にする
少なくとも二つの強度レベルの間で交互に変動させるよ
うにポンピング放射を変調することができる）。
ド又はチョップモードのどちらかで動作できることは理
解されよう。前述したように、チョッピングは一定の
（対照的なことが多い）動作サイクルにわたり一定周波
数でゼロ強度と一定強度値の間でポンピング放射を変化
させることに対応する。これと対照的に、パルシングは
変化し得るまた典型的に非対称性の動作時間にわたって
ゼロ強度と非ゼロ強度値（必ずしも固定されない）の間
でポンピング放射を変化させることに対応する（これ以
外で、ポンピング・ビームの強度がゼロ強度に達しない
が、ILSレーザー500を交互に閾値以上と閾値以下にする
少なくとも二つの強度レベルの間で交互に変動させるよ
うにポンピング放射を変調することができる）。
前述のように、パルスモード又はチョップモードは安
定性と検出感度について利点を提供するように図示し
た。望ましくは、ILSレーザー500はパルスモード又はチ
ョップモードで動作するか、何らかの方法で変調され
る。しかし連続モードでの動作もある種の条件下では使
用できる。
定性と検出感度について利点を提供するように図示し
た。望ましくは、ILSレーザー500はパルスモード又はチ
ョップモードで動作するか、何らかの方法で変調され
る。しかし連続モードでの動作もある種の条件下では使
用できる。
図７に図示したように、機械的又は電気光学的（例え
ば音響光学的）変調器926をポンピング・レーザービー
ムＦとイオン拡散結晶507の間に挿入することができ
る。機械的又は電気光学的変調器926は変調器駆動系928
から電力を供給され制御される。
ば音響光学的）変調器926をポンピング・レーザービー
ムＦとイオン拡散結晶507の間に挿入することができ
る。機械的又は電気光学的変調器926は変調器駆動系928
から電力を供給され制御される。
ポンピング・レーザー100が半導体ダイオード・レー
ザー914を含むような場合、電力供給916から半導体ダイ
オードレーザーへの電力はパルス化または変調すること
ができる。半導体ダイオード・レーザー914への交流電
圧を提供しこれによって半導体ダイオード・レーザーの
出力を高低の強度レベルの間で変動させる。半導体ダイ
オード・レーザーの出力の高低強度レベルは、イオン拡
散結晶507がレーザー発振に必要とされる閾値のすぐ上
とすぐ下で光学的に励起されるようにする。ILSレーザ
ー500は結果としてオンオフされる。
ザー914を含むような場合、電力供給916から半導体ダイ
オードレーザーへの電力はパルス化または変調すること
ができる。半導体ダイオード・レーザー914への交流電
圧を提供しこれによって半導体ダイオード・レーザーの
出力を高低の強度レベルの間で変動させる。半導体ダイ
オード・レーザーの出力の高低強度レベルは、イオン拡
散結晶507がレーザー発振に必要とされる閾値のすぐ上
とすぐ下で光学的に励起されるようにする。ILSレーザ
ー500は結果としてオンオフされる。
図７は、モニターしようとするガス種を通過したILS
レーザー500の出力（出力ビームＧ）がスペクトル分光
計アセンブリ600に向かうことを示している。しかしス
ペクトル分光計アセンブリ600に到達する前に、ILSレー
ザー500の出力（出力ビームＧ）は変調器304を通過す
る。
レーザー500の出力（出力ビームＧ）がスペクトル分光
計アセンブリ600に向かうことを示している。しかしス
ペクトル分光計アセンブリ600に到達する前に、ILSレー
ザー500の出力（出力ビームＧ）は変調器304を通過す
る。
本発明の各種態様によれば、変調器304は音響光学的
変調器を含む。しかし他の利用可能な装置、例えば別の
機械的に動作するチョッパ又はシャッターでもこの目的
に適当に使用し得ることは理解されるべきである。前述
のように、ILSレーザー500から出て来るビームの定量情
報を抽出するためには、特定のサンプルに含まれる汚染
物（例えばガス種）の吸収データを含むILSレーザー500
の出力を変調器304で定期的にサンプリングする。
変調器を含む。しかし他の利用可能な装置、例えば別の
機械的に動作するチョッパ又はシャッターでもこの目的
に適当に使用し得ることは理解されるべきである。前述
のように、ILSレーザー500から出て来るビームの定量情
報を抽出するためには、特定のサンプルに含まれる汚染
物（例えばガス種）の吸収データを含むILSレーザー500
の出力を変調器304で定期的にサンプリングする。
有利にも、ポンピング・レーザー・ビームＦは変調さ
れ、一方変調器304は線形レーザー空洞902を出るILSレ
ーザー500の出力ビームを適切に変調することによりILS
レーザーの出力を定期的にサンプリングする。変調器92
6はポンピング・ビームＦがILSレーザー500利得媒体
（例えばイオン拡散結晶507）に達するのを交互に遮断
し、一方変調器304は線形レーザー空洞902を出るビーム
（出力ビームＧ）を交互に遮断する。
れ、一方変調器304は線形レーザー空洞902を出るILSレ
ーザー500の出力ビームを適切に変調することによりILS
レーザーの出力を定期的にサンプリングする。変調器92
6はポンピング・ビームＦがILSレーザー500利得媒体
（例えばイオン拡散結晶507）に達するのを交互に遮断
し、一方変調器304は線形レーザー空洞902を出るビーム
（出力ビームＧ）を交互に遮断する。
変調器304を用いる代わりに検出器アセンブリ700をオ
ンオフしてILSレーザー500からの出力をサンプリングし
ても良い。
ンオフしてILSレーザー500からの出力をサンプリングし
ても良い。
ポンピング・レーザー100出力の変調はILSレーザー50
0からの定量情報を時間的に分解した方法で抽出できる
ように変調器304と同期している。ポンピング・ビーム
Ｆをビーム変調アセンブリ300に通すことによりポンピ
ング・ビームＦはILSレーザー500へ効率的に供給され
る。間欠的に放射を供給することでILSレーザー500を閾
値付近と閾値以下に交互にもって来る。ILSレーザー500
が閾値で又は閾値以上で生成時間tgが経過したａと、IL
Sレーザー500の出力は変調器304により検出のためスペ
クトル分光計アセンブリ600と検出器アセンブリ700の入
口へ偏向される。しかし、ILSレーザー500の出力ビーム
Ｇはビーム変調アセンブリ300と変調器304の同期により
決定される短い時間間隔の間だけスペクトル分光計アセ
ンブリ600および検出器アセンブリ700へ偏向される。ビ
ーム変調アセンブリ300と変調器304の同期によってILS
レーザー500は十分に定義された時間間隔（tg）にわた
りサンプリングされるように保証している。ポンピング
・レーザー100の出力がビーム変調アセンブリ300によっ
て遮断されない時と変調器304が開いている時の間の時
間間隔はtgによって決定される。
0からの定量情報を時間的に分解した方法で抽出できる
ように変調器304と同期している。ポンピング・ビーム
Ｆをビーム変調アセンブリ300に通すことによりポンピ
ング・ビームＦはILSレーザー500へ効率的に供給され
る。間欠的に放射を供給することでILSレーザー500を閾
値付近と閾値以下に交互にもって来る。ILSレーザー500
が閾値で又は閾値以上で生成時間tgが経過したａと、IL
Sレーザー500の出力は変調器304により検出のためスペ
クトル分光計アセンブリ600と検出器アセンブリ700の入
口へ偏向される。しかし、ILSレーザー500の出力ビーム
Ｇはビーム変調アセンブリ300と変調器304の同期により
決定される短い時間間隔の間だけスペクトル分光計アセ
ンブリ600および検出器アセンブリ700へ偏向される。ビ
ーム変調アセンブリ300と変調器304の同期によってILS
レーザー500は十分に定義された時間間隔（tg）にわた
りサンプリングされるように保証している。ポンピング
・レーザー100の出力がビーム変調アセンブリ300によっ
て遮断されない時と変調器304が開いている時の間の時
間間隔はtgによって決定される。
生成時間tgはポンピング・レーザー100（即ち半導体
ダイオード・レーザー914）の出力をパルス化すること
によって変調器304を用いなくとも変化できる。既に説
明したように、パルシングは変化し得る動作時間の間に
ポンピング放射をゼロ強度と非ゼロ強度値（必ずしも固
定されない）の間で変化させることに対応し、これによ
ってILSレーザー500（即ちイオン拡散結晶507）を交互
に閾値以下および閾値以上（又は閾値ちょうど）にす
る。したがって、ILSレーザー500（即ちイオン拡散結晶
507）はオンオフされる。ILSレーザー500がレーザー発
振する持続時間、特に、ポンピング・レーザー100がILS
レーザー500を閾値以上にポンピングする持続時間は、
ポンピング・ビームの動作サイクルを変更することで変
化できる。つまり、生成時間（tg）即ちILSレーザー500
の空洞内モード競合が発生できる時間間隔が変化する。
検出器アセンブリ700は連続的に動作したままで、線形
レーザー空洞902から出て来るILSレーザー500の出力ビ
ームはスペクトル分光計アセンブリ600と検出器アセン
ブリに連続的に到達できる。
ダイオード・レーザー914）の出力をパルス化すること
によって変調器304を用いなくとも変化できる。既に説
明したように、パルシングは変化し得る動作時間の間に
ポンピング放射をゼロ強度と非ゼロ強度値（必ずしも固
定されない）の間で変化させることに対応し、これによ
ってILSレーザー500（即ちイオン拡散結晶507）を交互
に閾値以下および閾値以上（又は閾値ちょうど）にす
る。したがって、ILSレーザー500（即ちイオン拡散結晶
507）はオンオフされる。ILSレーザー500がレーザー発
振する持続時間、特に、ポンピング・レーザー100がILS
レーザー500を閾値以上にポンピングする持続時間は、
ポンピング・ビームの動作サイクルを変更することで変
化できる。つまり、生成時間（tg）即ちILSレーザー500
の空洞内モード競合が発生できる時間間隔が変化する。
検出器アセンブリ700は連続的に動作したままで、線形
レーザー空洞902から出て来るILSレーザー500の出力ビ
ームはスペクトル分光計アセンブリ600と検出器アセン
ブリに連続的に到達できる。
しかし、前述したように、各々の変調器間の間にポン
ピング・レーザー100からILSレーザー500へ供給される
合計光学ポンピング・エネルギー又は積分強度は、ILS
レーザーの出力光が変化する持続時間でも一定でなけれ
ばならない。合計光学ポンピングエネルギーを一定に保
つには、ポンピング・ビームの強度レベルをtgが変化す
る各々異なった変調期間で調節する。したがって、ポン
ピング・ビームの強度とポンピング・レーザー100がILS
レーザー500を閾値までポンピングする持続時間の両方
が変化して異なる生成時間を提供する。
ピング・レーザー100からILSレーザー500へ供給される
合計光学ポンピング・エネルギー又は積分強度は、ILS
レーザーの出力光が変化する持続時間でも一定でなけれ
ばならない。合計光学ポンピングエネルギーを一定に保
つには、ポンピング・ビームの強度レベルをtgが変化す
る各々異なった変調期間で調節する。したがって、ポン
ピング・ビームの強度とポンピング・レーザー100がILS
レーザー500を閾値までポンピングする持続時間の両方
が変化して異なる生成時間を提供する。
ポンピング・レーザー100例えば半導体ダイオード・
レーザー914の出力をパルシングすることは、「パルサ
ー」でポンプビームの送信を外部制御することにより実
現できる。これ以外にも、半導体ダイオードレーザーへ
供給される電力を変化させることにより半導体ダイオー
ド・レーザー914（ポンピング・レーザー100）の出力強
度を変調することができる。前述したように、半導体ダ
イオード・レーザー914へ供給される電気出力を変調し
てイオン拡散結晶507がレーザー発振を起すのに必要と
されるすぐ上とすぐ下の電圧を交互に得ることができ
る。
レーザー914の出力をパルシングすることは、「パルサ
ー」でポンプビームの送信を外部制御することにより実
現できる。これ以外にも、半導体ダイオードレーザーへ
供給される電力を変化させることにより半導体ダイオー
ド・レーザー914（ポンピング・レーザー100）の出力強
度を変調することができる。前述したように、半導体ダ
イオード・レーザー914へ供給される電気出力を変調し
てイオン拡散結晶507がレーザー発振を起すのに必要と
されるすぐ上とすぐ下の電圧を交互に得ることができ
る。
したがって、本発明のガス検知システム10は各々生成
時間を変化させられる以下のような設定のいずれかを含
むことができる： （１）ポンピング・レーザー100の出力を外部チョッパ
（例えばビーム変調アセンブリ300）によりチョップ
し、検出器アセンブリ700をILSレーザー500から検出器
へのパルサー（例えば変調器304）により制御される出
力の送信により連続作動させ、定期的なサンプリングを
行なう。
時間を変化させられる以下のような設定のいずれかを含
むことができる： （１）ポンピング・レーザー100の出力を外部チョッパ
（例えばビーム変調アセンブリ300）によりチョップ
し、検出器アセンブリ700をILSレーザー500から検出器
へのパルサー（例えば変調器304）により制御される出
力の送信により連続作動させ、定期的なサンプリングを
行なう。
（２）ポンピング・レーザー100の出力を外部チョッパ
（例えばビーム変調アセンブリ300）によりチョップ
し、検出器アセンブリ700をパルス化オンオフしてILSレ
ーザー500からの出力を定期的にサンプリングできるよ
うにする。
（例えばビーム変調アセンブリ300）によりチョップ
し、検出器アセンブリ700をパルス化オンオフしてILSレ
ーザー500からの出力を定期的にサンプリングできるよ
うにする。
（３）ポンピング・レーザー100が半導体ダイオード・
レーザー914の場合、半導体ダイオード・レーザーへ供
給する電力を変化させることで半導体ダイオード・レー
ザーの出力をパルス化し、ILSレーザーをレーザー発振
させる半導体ダイオード・レーザーからのパルスの持続
時間で制御されるILSレーザー500とガス種の出力の間の
相互作用の持続時間で検出器アセンブリ700を連続作動
させる。
レーザー914の場合、半導体ダイオード・レーザーへ供
給する電力を変化させることで半導体ダイオード・レー
ザーの出力をパルス化し、ILSレーザーをレーザー発振
させる半導体ダイオード・レーザーからのパルスの持続
時間で制御されるILSレーザー500とガス種の出力の間の
相互作用の持続時間で検出器アセンブリ700を連続作動
させる。
（４）ポンピング・レーザー100の出力を外部パルサー
（例えばビーム変調アセンブリ300）によりパルス化
し、ILSレーザーをレーザー発振させる半導体ダイオー
ド・レーザーからのパルスの持続時間で制御されるILS
レーザー500とガス種の出力の間の相互作用の持続時間
で検出器アセンブリ700を連続作動させる。
（例えばビーム変調アセンブリ300）によりパルス化
し、ILSレーザーをレーザー発振させる半導体ダイオー
ド・レーザーからのパルスの持続時間で制御されるILS
レーザー500とガス種の出力の間の相互作用の持続時間
で検出器アセンブリ700を連続作動させる。
（５）ポンピング・レーザー100が半導体ダイオード・
レーザー914の場合、半導体ダイオード・レーザーへ供
給する電力を変化させることで半導体ダイオード・レー
ザーの出力をチョップし、検出器アセンブリ700をILSレ
ーザー500から検出器へのパルサー（例えば変調器304）
により制御される出力の送信により連続作動させ、定期
的なサンプリングを行なう。
レーザー914の場合、半導体ダイオード・レーザーへ供
給する電力を変化させることで半導体ダイオード・レー
ザーの出力をチョップし、検出器アセンブリ700をILSレ
ーザー500から検出器へのパルサー（例えば変調器304）
により制御される出力の送信により連続作動させ、定期
的なサンプリングを行なう。
（６）ポンピング・レーザー100が半導体ダイオード・
レーザー914の場合、半導体ダイオード・レーザーへ供
給する電力を塩化させることで半導体ダイオード・レー
ザーの出力をチョップし、検出器アセンブリ700をパル
ス化オンオフしてILSレーザー500からの出力を定期的に
サンプリングできるようにする。
レーザー914の場合、半導体ダイオード・レーザーへ供
給する電力を塩化させることで半導体ダイオード・レー
ザーの出力をチョップし、検出器アセンブリ700をパル
ス化オンオフしてILSレーザー500からの出力を定期的に
サンプリングできるようにする。
図７に図示したように、ミラー930とミラー932がスペ
クトル分光計アセンブリ600の回折格子607、609へビー
ムＧを配向する。レンズ603、605は回折格子607、609へ
の入射前にビームＧを拡大するために使用する。レンズ
611はスペクトル分光計アセンブリ600の出力をコンピュ
ータに接続されている多チャンネル・アレイ検出器701
に合焦させる。スペクトル分光計アセンブリ600は多チ
ャンネル（即ち多波長）アレイ検出器701との関連で動
作して線形レーザー空洞902のガス種のスペクトルサイ
ンの測定を行なう。
クトル分光計アセンブリ600の回折格子607、609へビー
ムＧを配向する。レンズ603、605は回折格子607、609へ
の入射前にビームＧを拡大するために使用する。レンズ
611はスペクトル分光計アセンブリ600の出力をコンピュ
ータに接続されている多チャンネル・アレイ検出器701
に合焦させる。スペクトル分光計アセンブリ600は多チ
ャンネル（即ち多波長）アレイ検出器701との関連で動
作して線形レーザー空洞902のガス種のスペクトルサイ
ンの測定を行なう。
これ以外に、モニターしようとするガス種を通過した
ILSレーザー500の出力（出力ビームＧ）は、波長に対し
てスキャンすることのできる少なくともひとつの拡散光
学素子（例えば回折格子607、609）を有するスペクトル
分光計アセンブリ600へ配向することができる。スペク
トル分光計アセンブリ600の出力は単チャンネル検出器
へ向けることができる。線形レーザー空洞902のガス種
のスペクトル・サインはスペクトル分光計アセンブリ60
0を通って送出された光が単チャンネル検出器の正面に
配置した適当な開口部（例えばスリット）を通過する間
に拡散光学素子をスキャンすることにより得られる。ス
ペクトル分光計アセンブリ600を通って送信された光の
強度即ちスペクトル分光計アセンブリの出力は拡散光学
素子をスキャンする時に記録される。
ILSレーザー500の出力（出力ビームＧ）は、波長に対し
てスキャンすることのできる少なくともひとつの拡散光
学素子（例えば回折格子607、609）を有するスペクトル
分光計アセンブリ600へ配向することができる。スペク
トル分光計アセンブリ600の出力は単チャンネル検出器
へ向けることができる。線形レーザー空洞902のガス種
のスペクトル・サインはスペクトル分光計アセンブリ60
0を通って送出された光が単チャンネル検出器の正面に
配置した適当な開口部（例えばスリット）を通過する間
に拡散光学素子をスキャンすることにより得られる。ス
ペクトル分光計アセンブリ600を通って送信された光の
強度即ちスペクトル分光計アセンブリの出力は拡散光学
素子をスキャンする時に記録される。
ガス種の濃度はスペクトル・サインに見られる吸収の
特徴の強度から決定できる。スペクトル・サインに見ら
れる吸収の特徴を較正する必要があることは理解されよ
う。空洞内レーザー・スペクトル測定は従来技術の方法
を越える増加感度をもたらすので、これまでは測定され
なかった弱い遷移も本発明のガス検知システム10により
初回に測定可能になる。このような場合、これらの弱い
遷移を用いてスペクトル・サインを同定しガス種の存在
を確定する。このような弱い遷移はガス検知システム10
によって較正することもできるので、ガス種の濃度をこ
れらの弱い遷移に対応する吸収の特徴の強度で決定する
ことができる。
特徴の強度から決定できる。スペクトル・サインに見ら
れる吸収の特徴を較正する必要があることは理解されよ
う。空洞内レーザー・スペクトル測定は従来技術の方法
を越える増加感度をもたらすので、これまでは測定され
なかった弱い遷移も本発明のガス検知システム10により
初回に測定可能になる。このような場合、これらの弱い
遷移を用いてスペクトル・サインを同定しガス種の存在
を確定する。このような弱い遷移はガス検知システム10
によって較正することもできるので、ガス種の濃度をこ
れらの弱い遷移に対応する吸収の特徴の強度で決定する
ことができる。
本発明の１つの態様によれば、本発明のガス検知シス
テム10によって記録された水蒸気の吸収データが図８に
示してある。水のスペクトル・サインは半導体ダイオー
ド・レーザー914で光学的に励起されるTm3+、Tb3+:YLF
から構成されたイオン拡散結晶507を含むILSレーザー50
0を用いて得られた。吸収データを得るために使用した
ガス検知システム10は図７に模式的に図示したのと同様
のものだが、変調器926を使用しなかった点が異なって
いる。その代わりとして、半導体ダイオード・レーザー
914への電力を変調した。図８は波長1450ないし1455ナ
ノメートルの間のスペクトル領域で水のスペクトル的サ
インに対応するプロットを示す。1425.5と1452.1ナノメ
ートルの水の吸収線は各々矢印932、934で示してある。
テム10によって記録された水蒸気の吸収データが図８に
示してある。水のスペクトル・サインは半導体ダイオー
ド・レーザー914で光学的に励起されるTm3+、Tb3+:YLF
から構成されたイオン拡散結晶507を含むILSレーザー50
0を用いて得られた。吸収データを得るために使用した
ガス検知システム10は図７に模式的に図示したのと同様
のものだが、変調器926を使用しなかった点が異なって
いる。その代わりとして、半導体ダイオード・レーザー
914への電力を変調した。図８は波長1450ないし1455ナ
ノメートルの間のスペクトル領域で水のスペクトル的サ
インに対応するプロットを示す。1425.5と1452.1ナノメ
ートルの水の吸収線は各々矢印932、934で示してある。
ILSレーザー500からの出力（ビームＧ）は光ファイバ
ー・リンクを経由して離れた場所でのスペクトル分析用
に交互に送信することができることは理解されよう。特
に、ビームＧを光ファイバー又は光ファイバー束に結合
することができる。ILSレーザー500の出力は、ガス種を
通過した後、離れた場所にあるスペクトル分光計アセン
ブリ600へ伝えられる。適切な条件下では、このような
光ファイバー送信がスペクトルデータを歪めないことが
示されている。
ー・リンクを経由して離れた場所でのスペクトル分析用
に交互に送信することができることは理解されよう。特
に、ビームＧを光ファイバー又は光ファイバー束に結合
することができる。ILSレーザー500の出力は、ガス種を
通過した後、離れた場所にあるスペクトル分光計アセン
ブリ600へ伝えられる。適切な条件下では、このような
光ファイバー送信がスペクトルデータを歪めないことが
示されている。
表２は本発明のガス検知システム10の各種の設定を要
約したものである。各々の設定は本発明の別個の実施例
に対応する。変化させることができ表２に掲載してある
設計パラメータは以下を含む： （１）変調はチョッパ、パルサー、ポンピング・レーザ
ー100の外部の変調器又はポンピング・レーザー100とし
て使用する半導体ダイオード・レーザー914等への電力
の変調を含むことができる。
約したものである。各々の設定は本発明の別個の実施例
に対応する。変化させることができ表２に掲載してある
設計パラメータは以下を含む： （１）変調はチョッパ、パルサー、ポンピング・レーザ
ー100の外部の変調器又はポンピング・レーザー100とし
て使用する半導体ダイオード・レーザー914等への電力
の変調を含むことができる。
（２）ガスサンプルは独立したセル・システム400Aに封
入するか、チャンバー（又はハウジング）400に封入で
きる。
入するか、チャンバー（又はハウジング）400に封入で
きる。
（３）ILSレーザー500からの出力はスペクトル分光計ア
センブリ600へ直接送信する又は光ファイバーに結合し
てスペクトル分光計アセンブリへ伝送することができ
る。
センブリ600へ直接送信する又は光ファイバーに結合し
てスペクトル分光計アセンブリへ伝送することができ
る。
（４）ガス種のスペクトル・サインは波長固定のスペク
トル分光計と多チャンネル検出器701を用いて、又は走
査波長スペクトル分光計と単チャンネル検出器を用いて
取得できる。
トル分光計と多チャンネル検出器701を用いて、又は走
査波長スペクトル分光計と単チャンネル検出器を用いて
取得できる。
さらに、スペクトル分光計アセンブリ600と検出器ア
センブリ700へのILSレーザー500の出力を変調器304で制
御したり、または変調器304を使用する代わりに検出器
をオンオフしても良い。これ以外に、変調器304を使用
せずポンピング・レーザー100の出力をパルス化するこ
とにより検出器アセンブリ700を連続作動させることも
できる。
センブリ700へのILSレーザー500の出力を変調器304で制
御したり、または変調器304を使用する代わりに検出器
をオンオフしても良い。これ以外に、変調器304を使用
せずポンピング・レーザー100の出力をパルス化するこ
とにより検出器アセンブリ700を連続作動させることも
できる。
有利にも、それぞれが異なる組成を有する各種のイオ
ン拡散結晶507に光学的励起を提供するためにダイオー
ド・レーザー・ポンピングを用いることもできる。これ
については例えば表１を参照されたい。そのため、本発
明のガス検知システム10は広範囲に変化する波長で吸収
の特徴を有する広範囲のガス種（即ち、分子、原子、ラ
ジカル、および／またはイオン）の検出に使用できる。
ン拡散結晶507に光学的励起を提供するためにダイオー
ド・レーザー・ポンピングを用いることもできる。これ
については例えば表１を参照されたい。そのため、本発
明のガス検知システム10は広範囲に変化する波長で吸収
の特徴を有する広範囲のガス種（即ち、分子、原子、ラ
ジカル、および／またはイオン）の検出に使用できる。
図９は半導体ダイオード・レーザー914を用いて光学
的に励起することができる現在入手可能な限られた種類
のイオン拡散結晶507と、1000ないし3000ナノメートル
の波長範囲に存在する各々の同調範囲を示す。室温で連
続モード（cw）レーザー発振する掲載のイオン拡散結晶
507としては以下がある:Yb3+:YAG、Cr:カンラン石、Cr
4+:YAG、Tm:Tb:YLF、Er:Yb:ガラス、Tm3+:YAG/YSGG、Tm
3+:YLF、Er3+:YLF。さらにCO2:MgF2を含むイオン拡散結
晶507は凍結冷却した時に連続モードで動作可能であ
り、Cr2+:ZnSeを含むイオン拡散結晶は室温ではパルス
モードで動作可能である。（Cr2+:ZnS/ZnSe/ZnTeの可能
な同調範囲が図９に図示してあることは理解されよう） 図９は幾つかのガス種の近赤外スペクトル吸収を示す
（H2O2、CO、SO2、CH4、NOのスペクトル吸収の波長の範
囲はオーバートーンで計算されることが理解されよ
う）。したがって、図９は半導体ダイオード・レーザー
914により光学的にポンピングされるイオン拡散結晶507
を含むILSレーザー500を用いてプローブすることができ
るガス種の幾つかの例を示している。
的に励起することができる現在入手可能な限られた種類
のイオン拡散結晶507と、1000ないし3000ナノメートル
の波長範囲に存在する各々の同調範囲を示す。室温で連
続モード（cw）レーザー発振する掲載のイオン拡散結晶
507としては以下がある:Yb3+:YAG、Cr:カンラン石、Cr
4+:YAG、Tm:Tb:YLF、Er:Yb:ガラス、Tm3+:YAG/YSGG、Tm
3+:YLF、Er3+:YLF。さらにCO2:MgF2を含むイオン拡散結
晶507は凍結冷却した時に連続モードで動作可能であ
り、Cr2+:ZnSeを含むイオン拡散結晶は室温ではパルス
モードで動作可能である。（Cr2+:ZnS/ZnSe/ZnTeの可能
な同調範囲が図９に図示してあることは理解されよう） 図９は幾つかのガス種の近赤外スペクトル吸収を示す
（H2O2、CO、SO2、CH4、NOのスペクトル吸収の波長の範
囲はオーバートーンで計算されることが理解されよ
う）。したがって、図９は半導体ダイオード・レーザー
914により光学的にポンピングされるイオン拡散結晶507
を含むILSレーザー500を用いてプローブすることができ
るガス種の幾つかの例を示している。
本発明の１つの態様によれば、光学的ポンピング供給
源として使用できる半導体ダイオード・レーザー914は
電気的に動作する。そのため、ダイオード・レーザー・
ポンピング・レーザー100は他の光学ポンピング供給源
と比べて比較的小さくコンパクトである。更に、ダイオ
ード・レーザー・ポンピングのために必要な低い光学ポ
ンピング・エネルギーが与えられるので、ILSレーザー5
00の熱管理は従来技術に示したガス検知システム10より
難しくない。また、コストが減少し従来技術のガス検知
システム10の多くとは対照的に動作が簡略化できる。
源として使用できる半導体ダイオード・レーザー914は
電気的に動作する。そのため、ダイオード・レーザー・
ポンピング・レーザー100は他の光学ポンピング供給源
と比べて比較的小さくコンパクトである。更に、ダイオ
ード・レーザー・ポンピングのために必要な低い光学ポ
ンピング・エネルギーが与えられるので、ILSレーザー5
00の熱管理は従来技術に示したガス検知システム10より
難しくない。また、コストが減少し従来技術のガス検知
システム10の多くとは対照的に動作が簡略化できる。
有利にも、本発明の線形レーザー空洞902は３ミラー
で形成されるレーザー空洞に基づく設計より少ない光学
素子を含む。したがって、外部空洞の複雑さが減少し、
これによって機械的安定性（耐久性）が向上し、またガ
ス検知システム10のコストが低減する。
で形成されるレーザー空洞に基づく設計より少ない光学
素子を含む。したがって、外部空洞の複雑さが減少し、
これによって機械的安定性（耐久性）が向上し、またガ
ス検知システム10のコストが低減する。
ダイオード・レーザー・ポンピング・レーザー100と
線形レーザー空洞902の小型／コンパクトな寸法のた
め、ガス検知システム10は広範囲の用途に適合するよう
に製造できる。特に、ダイオード・レーザー・ポンピン
グ・レーザー100又は線形レーザー空洞902を含む本発明
のガス検知システムのコンパクトさは全く独立したセッ
トのガス検知用途を指向するものである。特に、ILSレ
ーザー500の光学的励起にダイオード・レーザー・ポン
ピング・レーザー100を使用するガス検知システム10は
半導体製造、プロセス制御、環境モニタリング、大気の
質および安全性の確認、健康および安全性の確認、核エ
ネルギー生産、および医療診断に用途があると考えられ
る。
線形レーザー空洞902の小型／コンパクトな寸法のた
め、ガス検知システム10は広範囲の用途に適合するよう
に製造できる。特に、ダイオード・レーザー・ポンピン
グ・レーザー100又は線形レーザー空洞902を含む本発明
のガス検知システムのコンパクトさは全く独立したセッ
トのガス検知用途を指向するものである。特に、ILSレ
ーザー500の光学的励起にダイオード・レーザー・ポン
ピング・レーザー100を使用するガス検知システム10は
半導体製造、プロセス制御、環境モニタリング、大気の
質および安全性の確認、健康および安全性の確認、核エ
ネルギー生産、および医療診断に用途があると考えられ
る。
本発明の装置および方法によれば、ILSレーザー500か
らの出力信号（ビームＧ）を検出更に分析して（スペク
トル・サインを介して）ガス種を同定し、その濃度を決
定する。本発明の実施によって利用可能な検出レベルは
従来の装置の使用によって獲られるレベルを一般に越え
ることが当業者には理解されよう。更に、ガス検知シス
テム10はインラインで使用し、簡単に、ほぼリアルタイ
ムで、特定のサンプルに含まれる汚染物の存在および量
の測定が行なえ、従来の同様な装置の使用に関連した多
くの欠点を克服することができる。特に、本発明の方法
は、従来技術では利用できない検出レベルでガスサンプ
ル中のガス種の高速かつその場（in situ）の検出を提
供する。
らの出力信号（ビームＧ）を検出更に分析して（スペク
トル・サインを介して）ガス種を同定し、その濃度を決
定する。本発明の実施によって利用可能な検出レベルは
従来の装置の使用によって獲られるレベルを一般に越え
ることが当業者には理解されよう。更に、ガス検知シス
テム10はインラインで使用し、簡単に、ほぼリアルタイ
ムで、特定のサンプルに含まれる汚染物の存在および量
の測定が行なえ、従来の同様な装置の使用に関連した多
くの欠点を克服することができる。特に、本発明の方法
は、従来技術では利用できない検出レベルでガスサンプ
ル中のガス種の高速かつその場（in situ）の検出を提
供する。
前述の説明は本発明の代表的な好適実施例に関連して
おり、本発明は本明細書に示した特定の態様に限定され
るものではないことが理解されるべきである。本明細書
に開示した要素の設計ならびに構成には、添付の請求項
に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、
各種の変更を行なうことができる。更に、ガス検知シス
テム10の用途および、例えば半導体製造アセンブリでの
ILSガス検知器の設置は所望すれば変更できる。例え
ば、チャンバ400内部の各種要素とガス検知システム10
それ自体の特定の配置は、これらの構成ならびに設置が
簡単に再現性のある方法でILSレーザー500の光学的励起
を適切に行なえる限りにおいて変更することができる。
当業者により現在周知となっている又は本発明以後に工
夫されたことによる本発明の設計、構成、用途における
上記のおよびその他の変更は添付の請求項において企図
されるものである。
おり、本発明は本明細書に示した特定の態様に限定され
るものではないことが理解されるべきである。本明細書
に開示した要素の設計ならびに構成には、添付の請求項
に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、
各種の変更を行なうことができる。更に、ガス検知シス
テム10の用途および、例えば半導体製造アセンブリでの
ILSガス検知器の設置は所望すれば変更できる。例え
ば、チャンバ400内部の各種要素とガス検知システム10
それ自体の特定の配置は、これらの構成ならびに設置が
簡単に再現性のある方法でILSレーザー500の光学的励起
を適切に行なえる限りにおいて変更することができる。
当業者により現在周知となっている又は本発明以後に工
夫されたことによる本発明の設計、構成、用途における
上記のおよびその他の変更は添付の請求項において企図
されるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６７５，６０５ (32)優先日 平成８年７月３日(1996．7．3) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (72)発明者 カリスキー，エホシュア イスラエル国 84190 ビア−シェヴァ ピーオー ボックス 9001 (72)発明者 ザン，ジャミン アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08536 プレーンズボロ フィーザント ハロウ ドライヴ 1715 (72)発明者 ハインマン，マックス アメリカ合衆国 アイダホ州 83706 ボイス ノース フィリッピ 1680 ア パートメント 203 (72)発明者 メウディザデウ，エスメイル アメリカ合衆国 アリゾナ州 85715 タクソン イースト エル トロ サー クル 8040 アパートメント 314 (72)発明者 ウォルパーディンガー，マーカス アメリカ合衆国 アリゾナ州 85711 タクソン ノース ウィルモット ロー ド 205 ナンバー 307 (56)参考文献 特開 平７−7234（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−46182（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−99360（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−142803（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−501036（ＪＰ，Ａ) Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔ ｉｏｎｓ Ｖｏｌ．103 ＮＯ．５．６ （1993）ＰＰ．370−374 Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ，Ｂ／Ｖｏ ｌ．11 ＮＯ．12（1994）ＰＰ．2412− 2421 Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃ．Ｖｏｌ. ＱＥ−12 ＮＯ．３（1976）ＰＰ．189 −193
Claims (12)
- 【請求項１】ガスサンプル中のガス種の存在を検知する
ためのガス検知システム（10）であって、 （ａ）レーザー空洞（902）と、 （ｂ）２つの端部を有するイオン拡散結晶（507）と、 （ｃ）前記レーザー空洞（902）の外部に配置され前記
イオン拡散結晶（507）をレーザー発振のための閾値レ
ベルまたはそれ以上の閾値付近の光励起出力で光学的に
励起することで前記レーザー空洞（902）から射出する
出力ビームを発生する出力を有する半導体ダイオード・
レーザー（914）と、 （ｄ）前記レーザー空洞（902）の外側に配置され前記
半導体ダイオード・レーザー（914）の前記出力を整形
するビーム整形光学系（200）と、 （ｅ）前記レーザー空洞（902）の前記ガスサンプルを
保持するための容器（400、406）とを含み、前記イオン
拡散結晶（507）の前記出力ビームが前記レーザー空洞
（902）を出る前に前記ガスサンプルを通過することを
特徴とするガス検知システム。 - 【請求項２】前記イオン拡散結晶（507）の前記出力ビ
ームは前記レーザー空洞（902）を出た後で（ａ）波長
が固定されたスペクトル分光計（600）と多チャンネル
検出器（701）、又は（ｂ）波長を走査するスペクトル
分光計（600）と単チャンネル検出器のどちらかへ配向
されることを特徴とする請求項１に記載のガス検知シス
テム。 - 【請求項３】前記イオン拡散結晶（507）は、Cr:Tm:Ho:
YAG、Cr4+:YAG、Cr4+:YSAG、Er:GSGG、Er3+:YLF、Er3+:
Yb3+:ガラス、Ho3+:YSGG、Ho3+:Tm3+:LUAG、Tm3+:Ho3+:
YLF、Tm3+:Ho3+:YAG、Tm3+:CaYSOAP、Tm3+:YLF、Tm3+:T
b3+:YLF、Tm3+:ガラス、Tm3+:CaLaSOAP、Tm3+:YOS、Tm
3+:YSGG、Tm3+:YAG、Yb3+:YAG、Cr:カンラン石、Er:Yb:
ガラス、CO2:MgF2、Cr2+:ZnSe、Cr2+:ZnS/ZnSe/ZnTeか
らなるグループから選択された材料を含むことを特徴と
する請求項１に記載のガス検知システム（10）。 - 【請求項４】請求項１に記載のガス検知システム（10）
を用いてガスサンプル中のガス種の存在を検知するため
の方法であって、 （ａ）前記イオン拡散結晶（507）に、前記半導体ダイ
オード・レーザー（914）の出力ビームを配向するステ
ップと、 （ｂ）前記レーザー空洞（902）を出た後で前記イオン
拡散結晶（507）からの前記出力ビームを検出器アセン
ブリ（700）に配向して前記ガスサンプル中のガス種の
存在および／または濃度を決定するステップと、 を含むことを特徴とするガス検知方法。 - 【請求項５】前記半導体ダイオード・レーザー（914）
の前記出力は強度レベルの間で定期的に切り換えられる
ことで前記イオン拡散結晶（507）の前記出力ビームを
交互にオンオフさせることを特徴とする請求項４に記載
のガス検知方法。 - 【請求項６】前記半導体ダイオード・レーザー（914）
の前記出力はチョッピング、パルシングから構成される
グループから選択された技術を用いて定期的に切り換え
られることで、変化させ得る動作サイクルにわたってゼ
ロ強度値と非ゼロ強度値の間で前記半導体ダイオード・
レーザー（914）の前記出力を変化させ、前記半導体ダ
イオード・レーザー（914）へ供給される電力を変更す
ることを特徴とする請求項５に記載のガス検知方法。 - 【請求項７】前記レーザー空洞（902）を出る前記出力
ビームは前記検出器アセンブリ（700）に到達するのを
交互に防止されまたは前記検出器（701）が定期的にオ
ンオフされることを特徴とする請求項５に記載のガス検
知方法。 - 【請求項８】ガスサンプル中のガス種の存在を検知する
ためのガス検知システムであって、 （ａ）第１のミラー（908）と第２のミラー（910）の間
に形成された線形レーザー空洞（902）と、 （ｂ）前記線形レーザー空洞（902）内部のイオン拡散
結晶（507）と、 （ｃ）前記線形レーザー空洞（902）の外部に配置され
て前記イオン拡散結晶（507）をレーザー発振のための
閾値レベルまたはそれ以上の閾値付近の光励起出力で光
学的に励起することで前記レーザー空洞（902）から射
出する出力ビームを発生する出力を有するポンピング供
給源（100）と、 （ｄ）前記線形レーザー空洞（902）に前記ガスサンプ
ルを封入するための容器（400、406）とを含み、前記イ
オン拡散結晶（507）の前記出力ビームは前記線形レー
ザー空洞（902）から出る前に前記ガスサンプルを通過
することを特徴とするガス検知システム（10）。 - 【請求項９】前記ポンピング供給源（100）はガスレー
ザー、固体結晶レーザー、半導体ダイオード・レーザー
（914）、および少なくともひとつのフラッシュランプ
から構成されるグループから選択されることを特徴とす
る請求項８に記載のガス検知システム。 - 【請求項１０】前記線形レーザー空洞（902）は、前記
第１のミラー（908）と前記第２のミラー（910）の間に
挿入されるビーム方向付け用の少なくともひとつの別の
平坦ミラーを含むことを特徴とする請求項９に記載のガ
ス検知システム（10）。 - 【請求項１１】前記イオン拡散結晶（507）は長軸方向
にポンピングされるか又は横断方向にポンピングされる
ことを特徴とする請求項８に記載のガス検知システム
（10）。 - 【請求項１２】請求項８に記載のガス検知システムを使
用してガスサンプル中のガス種の存在を検出するための
方法であって、 （ａ）前記イオン拡散結晶（507）に前記ポンピング供
給源（100）の出力ビームを配向するステップと、 （ｂ）前記レーザー空洞（902）を出た後で前記イオン
拡散結晶（507）からの前記出力ビームを検出器アセン
ブリ（700）に配向して前記ガスサンプル中のガス種の
存在および／または濃度を決定するステップと、 を含むことを特徴とするガス検知方法。
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US675,531 | 1984-11-28 | ||
| US08/522,963 US5689334A (en) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | Intracavity laser spectroscope for high sensitivity detection of contaminants |
| US08/522,963 | 1995-09-01 | ||
| US522,963 | 1996-07-03 | ||
| US08/675,531 US5723864A (en) | 1995-09-01 | 1996-07-03 | Linear cavity laser system for ultra-sensitive gas detection via intracavity laser spectroscopy (ILS) |
| US08/675,605 US5747807A (en) | 1995-09-01 | 1996-07-03 | Diode laser-pumped laser system for ultra-sensitive gas detection via intracavity laser spectroscopy (ILS) |
| US08/675,531 | 1996-07-03 | ||
| US08/675,605 | 1996-07-03 | ||
| US675,605 | 1996-07-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10503288A JPH10503288A (ja) | 1998-03-24 |
| JP3228423B2 true JP3228423B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=27414849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51125997A Expired - Fee Related JP3228423B2 (ja) | 1995-09-01 | 1996-08-29 | ガス検知システムおよびガス検知方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5723864A (ja) |
| EP (1) | EP0789837A4 (ja) |
| JP (1) | JP3228423B2 (ja) |
| KR (1) | KR100214920B1 (ja) |
| CN (2) | CN1099028C (ja) |
| AU (1) | AU6959196A (ja) |
| CA (1) | CA2203775C (ja) |
| WO (1) | WO1997009606A1 (ja) |
Families Citing this family (54)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060241574A1 (en) * | 1995-08-31 | 2006-10-26 | Rizoiu Ioana M | Electromagnetic energy distributions for electromagnetically induced disruptive cutting |
| US7320594B1 (en) * | 1995-08-31 | 2008-01-22 | Biolase Technology, Inc. | Fluid and laser system |
| US20050281887A1 (en) * | 1995-08-31 | 2005-12-22 | Rizoiu Ioana M | Fluid conditioning system |
| US6288499B1 (en) * | 1997-06-12 | 2001-09-11 | Biolase Technology, Inc. | Electromagnetic energy distributions for electromagnetically induced mechanical cutting |
| US20060240381A1 (en) * | 1995-08-31 | 2006-10-26 | Biolase Technology, Inc. | Fluid conditioning system |
| US20100125291A1 (en) * | 1995-08-31 | 2010-05-20 | Rizoiu Ioana M | Drill and flavored fluid particles combination |
| US20090143775A1 (en) * | 1995-08-31 | 2009-06-04 | Rizoiu Ioana M | Medical laser having controlled-temperature and sterilized fluid output |
| US5723864A (en) * | 1995-09-01 | 1998-03-03 | Innovative Lasers Corporation | Linear cavity laser system for ultra-sensitive gas detection via intracavity laser spectroscopy (ILS) |
| US6061490A (en) * | 1997-08-01 | 2000-05-09 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Optical fiber bundle with bundling member |
| US6151112A (en) * | 1997-11-17 | 2000-11-21 | Innovative Lasers Corp. | High-resolution, compact intracavity laser spectrometer |
| DE19823918C2 (de) * | 1998-05-28 | 2000-06-21 | Siemens Ag | Verfahren zur Detektion von Erdgas |
| US5907407A (en) * | 1998-08-10 | 1999-05-25 | Innovative Lasers Corporation | ILS sensors for alcohol detection within vehicles |
| US5999259A (en) * | 1998-10-02 | 1999-12-07 | Innovative Lasers Corporation | Contaminant identification and concentration determination by monitoring the wavelength, or intensity at a specific wavelength, of the output of an intracavity laser |
| US5991032A (en) * | 1998-10-02 | 1999-11-23 | Innovative Lasers Corporation | Contaminant identification and concentration determination by monitoring the intensity of the output of an intracavity laser |
| US6075252A (en) * | 1998-11-16 | 2000-06-13 | Innovative Lasers Corporation | Contaminant identification and concentration determination by monitoring the temporal characteristics of an intracavity laser |
| US6275288B1 (en) | 1999-04-14 | 2001-08-14 | Innovative Lasers Corp. | Gas cell for detection of trace gases via intracavity laser spectroscopy |
| US6800855B1 (en) * | 1999-12-27 | 2004-10-05 | Nippon Sanso Corporation | Spectroscopic method for analyzing isotopes by using a semiconductor laser |
| US6490081B1 (en) * | 2000-07-28 | 2002-12-03 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method of amplifying optical signals using doped materials with extremely broad bandwidths |
| US20080157690A1 (en) * | 2001-05-02 | 2008-07-03 | Biolase Technology, Inc. | Electromagnetic energy distributions for electromagnetically induced mechanical cutting |
| WO2002092140A1 (en) | 2001-05-11 | 2002-11-21 | Steris Inc. | Non-dispersive mid-infrared sensor for vaporized hydrogen peroxide |
| US6841778B1 (en) | 2001-11-09 | 2005-01-11 | Environmental Systems Products Holdings Inc. | Method and apparatus for measuring particulates in vehicle emissions |
| US7061957B2 (en) * | 2002-06-04 | 2006-06-13 | Agilent Technologies, Inc. | External cavity laser having a set atmosphere |
| GB2393037B (en) * | 2002-09-11 | 2007-05-23 | Tera View Ltd | Method of enhancing the photoconductive properties of a semiconductor and method of producing a seminconductor with enhanced photoconductive properties |
| FR2846095B1 (fr) * | 2002-10-18 | 2005-04-08 | Proengin | Procede et dispositif pour la detection de la presence dans l'atmosphere et l'analyse en temps reel de substances chimiques et/ou biologiques. |
| JP4317728B2 (ja) * | 2003-09-29 | 2009-08-19 | 三菱重工業株式会社 | ガス濃度フラックス計測装置 |
| US20100151406A1 (en) * | 2004-01-08 | 2010-06-17 | Dmitri Boutoussov | Fluid conditioning system |
| WO2005070034A2 (en) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Biolase Technology, Inc. | Electromagnetically induced treatment devices and methods |
| EP1799404B1 (en) * | 2004-07-27 | 2020-01-08 | Biolase, Inc. | Contra-angle rotating handpiece having tactile-feedback tip ferrule |
| US7970030B2 (en) * | 2004-07-27 | 2011-06-28 | Biolase Technology, Inc. | Dual pulse-width medical laser with presets |
| JP2006053690A (ja) * | 2004-08-10 | 2006-02-23 | Ricoh Co Ltd | 画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラムおよび記録媒体 |
| WO2006020946A2 (en) * | 2004-08-13 | 2006-02-23 | Biolase Technology, Inc. | Dual pulse-width medical laser with presets |
| JP4566784B2 (ja) * | 2005-02-24 | 2010-10-20 | 株式会社デンソー | 湿度センサ装置 |
| CN100456022C (zh) * | 2006-01-18 | 2009-01-28 | 聚光科技（杭州）有限公司 | 激光气体分析系统的标定方法 |
| US7616305B2 (en) * | 2006-11-30 | 2009-11-10 | Rutgers, The State University | Analytical methods and apparatus |
| CN101021474B (zh) * | 2006-12-05 | 2010-09-01 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 开放式气体多组分监测仪及监测方法 |
| DE602007008288D1 (de) * | 2006-12-12 | 2010-09-16 | Koninkl Philips Electronics Nv | Probenkonzentrationsdetektor mit temperaturausgleich |
| JP5112033B2 (ja) * | 2007-12-10 | 2013-01-09 | 日本航空電子工業株式会社 | ブリュースター窓及びレーザ発振器 |
| KR20120036230A (ko) * | 2010-10-07 | 2012-04-17 | 삼성전자주식회사 | 형광 검출 광학계 및 이를 포함하는 다채널 형광 검출 장치 |
| US9212990B1 (en) | 2011-12-06 | 2015-12-15 | Zybertec Llc | System and methods for molecular detection using intracavity laser absorption spectroscopy |
| CN102495041B (zh) * | 2011-12-08 | 2013-09-11 | 吉林大学 | 基于激光自发拉曼散射线成像的光学诊断系统 |
| CN102618928B (zh) * | 2012-02-16 | 2014-11-26 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高效中红外激光晶体及其制备方法 |
| CN102967566A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-03-13 | 广东汉唐量子光电科技有限公司 | 一种高精密度快速痕量分析装置 |
| GB201316689D0 (en) | 2013-09-20 | 2013-11-06 | British American Tobacco Co | Apparatus for detecting a substance in a rod shaped article of the tobacco industry |
| GB2524836A (en) * | 2014-04-04 | 2015-10-07 | Servomex Group Ltd | Attachment and alignment device for optical sources, detectors and analysers, and modular analysis system |
| CA2886213A1 (en) * | 2014-09-07 | 2015-05-27 | Unisearch Associates Inc. | Gas cell assembly and applications in absorption spectroscopy |
| DE102014226845B4 (de) * | 2014-12-17 | 2016-11-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Absorptionsspektrometer |
| US10281391B2 (en) * | 2015-06-05 | 2019-05-07 | Luminit Llc | Spectrally pure short-pulse laser |
| CN106769955A (zh) | 2015-11-25 | 2017-05-31 | 优胜光分联营公司 | 用于吸收光谱法的气室 |
| US10481101B2 (en) * | 2017-01-23 | 2019-11-19 | Applied Materials Israel Ltd. | Asymmetrical magnification inspection system and illumination module |
| US10527492B2 (en) | 2017-05-16 | 2020-01-07 | Li-Cor, Inc. | Mode matching method for absorption spectroscopy systems |
| CN109932704A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-06-25 | 安徽优思天成智能科技有限公司 | 一种测污激光雷达光源发生系统 |
| KR102469917B1 (ko) * | 2021-05-24 | 2022-11-23 | 한국과학기술원 | 입자 측정장치 및 입자 측정방법 |
| CN115541521B (zh) | 2022-11-03 | 2023-05-23 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种红外波段激光测量多种气体浓度的方法 |
| WO2026041744A1 (en) * | 2024-08-22 | 2026-02-26 | Ams-Osram International Gmbh | Laser-based sensing device and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4464761A (en) * | 1981-12-18 | 1984-08-07 | Alfano Robert R | Chromium-doped beryllium aluminum silicate laser systems |
| US4648714A (en) * | 1985-09-11 | 1987-03-10 | University Of Utah | Molecular gas analysis by Raman scattering in intracavity laser configuration |
| US5459745A (en) * | 1993-04-28 | 1995-10-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | TM:Yalo, 1.94-micron, solid state laser |
| US5432610A (en) * | 1994-04-15 | 1995-07-11 | Hewlett-Packard Company | Diode-pumped power build-up cavity for chemical sensing |
| US5723864A (en) * | 1995-09-01 | 1998-03-03 | Innovative Lasers Corporation | Linear cavity laser system for ultra-sensitive gas detection via intracavity laser spectroscopy (ILS) |
-
1996
- 1996-07-03 US US08/675,531 patent/US5723864A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-08-29 CA CA002203775A patent/CA2203775C/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-08-29 CN CN96191246A patent/CN1099028C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1996-08-29 WO PCT/US1996/013780 patent/WO1997009606A1/en not_active Ceased
- 1996-08-29 KR KR1019970702883A patent/KR100214920B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1996-08-29 JP JP51125997A patent/JP3228423B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-08-29 AU AU69591/96A patent/AU6959196A/en not_active Abandoned
- 1996-08-29 EP EP96930608A patent/EP0789837A4/en not_active Withdrawn
-
1997
- 1997-11-17 US US08/971,861 patent/US6028310A/en not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-08-04 CN CN01125099A patent/CN1356538A/zh active Pending
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ，Ｂ／Ｖｏｌ．１１ ＮＯ．１２（１９９４）ＰＰ．２４１２−２４２１ |
| Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃ．Ｖｏｌ．ＱＥ−１２ ＮＯ．３（１９７６）ＰＰ．１８９−１９３ |
| Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖｏｌ．１０３ ＮＯ．５．６（１９９３）ＰＰ．３７０−３７４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0789837A1 (en) | 1997-08-20 |
| CA2203775A1 (en) | 1997-03-13 |
| KR970707433A (ko) | 1997-12-01 |
| US5723864A (en) | 1998-03-03 |
| AU6959196A (en) | 1997-03-27 |
| US6028310A (en) | 2000-02-22 |
| WO1997009606A1 (en) | 1997-03-13 |
| CA2203775C (en) | 2003-07-22 |
| CN1099028C (zh) | 2003-01-15 |
| JPH10503288A (ja) | 1998-03-24 |
| CN1166202A (zh) | 1997-11-26 |
| CN1356538A (zh) | 2002-07-03 |
| KR100214920B1 (ko) | 1999-08-02 |
| EP0789837A4 (en) | 1999-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3228423B2 (ja) | ガス検知システムおよびガス検知方法 | |
| US5917188A (en) | Diode laser-pumped laser system for intracavity laser spectroscopy (ILS) | |
| US10684217B2 (en) | Optical absorption spectroscopy based gas analyzer systems and methods | |
| US5742054A (en) | Ultra-sensitive detection of contaminants in corrosive gas via intracavity laser spectroscopy (ILS) | |
| US5747807A (en) | Diode laser-pumped laser system for ultra-sensitive gas detection via intracavity laser spectroscopy (ILS) | |
| KR100401035B1 (ko) | 기체 검출 시스템 및 기체 종의 특정 농도의 검출 방법 | |
| US20090244541A1 (en) | Cavity ring-down apparatus and method for measuring reflectivity of highly reflective mirrors | |
| WO1997009607A9 (en) | Ultra-sensitive detection of contaminants in gas via intracavity laser spectroscopy (ils) | |
| US5841533A (en) | Intracavity laser spectroscopy for high sensitivity detection of contaminants in gas | |
| CN110672554A (zh) | 一种随机振动驱动衰荡腔免标定气体浓度测量系统与方法 | |
| US5689334A (en) | Intracavity laser spectroscope for high sensitivity detection of contaminants | |
| US7755767B2 (en) | Resonator-amplified absorption spectrometer | |
| CN1154842C (zh) | 通过监测腔内激光器输出的强度进行的杂质鉴定和浓度确定 | |
| CA2934865A1 (en) | Spectroscopy system using waveguide and employing a laser medium as its own emissions detector | |
| CN1171084C (zh) | 采用内腔光谱激光器的气体检测系统 | |
| TW400431B (en) | Intracavity laser spectroscopy for detection of gas contaminants | |
| Baer et al. | Novel Instrumentation for Sensitive Measurements of High-Quality Optical Components |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |