JPH08219995A - 反射中空管ガスセルを備えたダイオードレーザポンプ形ラマンガス分析装置 - Google Patents

反射中空管ガスセルを備えたダイオードレーザポンプ形ラマンガス分析装置

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JPH08219995A
JPH08219995A JP7267009A JP26700995A JPH08219995A JP H08219995 A JPH08219995 A JP H08219995A JP 7267009 A JP7267009 A JP 7267009A JP 26700995 A JP26700995 A JP 26700995A JP H08219995 A JPH08219995 A JP H08219995A
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JP7267009A
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John R Mitchell
アール ミッチェル ジョン
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Albion Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ガス試料から検出される非レーザ光のレベル
を低下でき、外来蛍光及びラマン散乱を減少でき、所望
のラマン散乱光を検出器に効率的に導くことができるガ
スモニタリング技術を提供すること。 【解決手段】 ダイオードレーザ１０が、高反射性内面
をもつ長い中空管６０内に入れられる未知のガスを照射
する。中空管の入口孔５０のレーザ線通過フィルタ７０
が、レーザの特定波長特性を除くあらゆる波長が長い中
空管６０に入らないように防止する。ガス試料からのレ
ーザビーム及びラマン散乱光が、高反射性内壁から中空
管６０内で反射する。中空管の出口孔のレーザ線除去フ
ィルタ８０が、レーザビームが中空管６０を出ることは
防止するけれども、ガス試料からのラマン散乱光は伝達
する。分光検出器１００がラマン散乱光を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くは、ラマン散
乱を用いたガス分析に関し、より詳しくは、レーザダイ
オードポンプ形反射中空管ガス分析セルを備えたガス分
析装置に関する。本発明は、種々の用途における分子ガ
ス分析を行なうため、慣用的な離散検出器（ｄｉｓｃｒ
ｅｔｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）又は分光検出器に関連して
使用できる。
【０００２】
【従来の技術】ラマン光散乱は、患者の呼吸ガスを連続
的にモニタリングする救急治療に首尾よく使用されてい
る。この技術は、散乱ガス分子の振動／回転エネルギに
等しい量だけ入射放射線の周波数から周波数偏位した散
乱光を作るべく、単色光がガス分子の振動／回転モード
と相互作用するときに生じる効果に基づいている。入射
光の光子が衝突時にエネルギを失う場合には、該光子は
低エネルギ従って入射光子より低い周波数をもつ散乱光
として再放射される。同様に、入射光子が衝突時にエネ
ルギを得る場合には、高エネルギ従って入射光子より高
い周波数をもつ散乱光として再放射される。これらのエ
ネルギ偏位は種特異性（ｓｐｅｃｉｅｓ−ｓｐｅｃｉｆ
ｉｃ）を有するので、試料のラマン光散乱スペクトル中
に存在する種々の周波数成分を分析することにより、散
乱体積（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）中に存
在するガスの化学的確認が行なえる。種々の周波数成分
の強度すなわちラマンスペクトル線は、適当なキャリブ
レーションを行なって、存在するガスの量化を与える。
このように、ラマン光散乱は、手術室及び集中治療室で
の患者の呼吸中に存在する種々の呼吸ガス及び麻酔ガス
の同一性及び量を決定するのに使用できる。
【０００３】救急治療以外に、ラマン光散乱ガス分析は
また、燃焼制御、プロセス制御、発酵モニタリング、及
びパイプラインのガス混合制御のための排ガス分析のよ
うな多くの工業的用途にも使用できる。また、この分析
技術は、手術室内での漏洩麻酔薬、空気汚染、自動車の
排気ガス試験、及び潜水艦の気圧モニタリング等の多く
の領域における環境モニタリングの要望に適合するよう
拡大することもできる。ラマン散乱を用いた、救急治療
におけるガス分析用に開発された装置は、一般に、分析
すべき患者の呼吸ガスの試料を入れるガスセルを用いて
いる。ガスサンプリングセルは、レーザの共振空胴の内
部又は外部に置かれる。胴内装置では、レーザビーム
は、サンプリングセル内のガスを遮るように、共振空胴
を通って指向される。セル内のガス分析領域からのラマ
ン散乱光は、分子ガス分析を行なうべく、慣用的な離散
検出器又は分光検出器により収集され且つ分析される。
これらの装置の中央には、非常に弱い強度の散乱放射線
を作るラマン散乱現象が生じる。これまで、ラマン散乱
に基づく機器の効率すなわち信号対雑音比を改善し且つ
コストを低減させることが永い間要望されているけれど
も、この弱い強度の散乱放射線及び多くの雑音源のため
に進歩が妨げられている。
【０００４】外来暗騒音源の１つにレーザがある。この
暗騒音は、信号に雑音を付加する点で有害である。ガス
レーザでは、レーザは、特定波長の所望のレーザ光のみ
ならず、時々プラズマグローと呼ばれる広範囲のスペク
トルをもつ光を発生する。同様に、ダイオードレーザ
は、特定レーザ線（単一又は複数）の波長以外に、時々
自然発光と呼ばれる広範囲の波長スペクトルをもつ光を
発生する。レーザ、プラズマグロー又は自然発光のいず
れの種類からの外来光の或るものは、しばしば、関心の
あるラマン散乱光の波長とオーバーラップし且つラマン
散乱を圧倒することもある。装置の暗騒音の他の原因
は、しばしば、装置の光学要素によるものである。例え
ば、レーザにより発射された光を収集し且つ成形するの
に、レンズ又は他の光学要素を使用する場合に、レーザ
光とレンズその他の光学要素との相互作用により、出力
蛍光（ｏｕｔｐｕｔ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）、及
びレンズ及び光学要素の材料のラマン散乱特徴が作られ
ることがある。この出力蛍光及びレンズ及び他の光学要
素からのラマン散乱は、分析すべき試料により作られる
ラマン信号を圧倒することがある。しばしばラマン散乱
装置に使用される光学フィルタも、外来蛍光及びラマン
散乱の潜在的原因になる。一般に、フィルタは、支持基
体（例えばガラス）上に蒸着されるフィルタコーティン
グを有している。フィルタコーティングが空気から水分
を吸収するのを防止するため、フィルタを２枚のガラス
板の間にサンドイッチし且つその周囲をシールすること
ができる。しかしながら、レーザ光とフィルタとが相互
作用する構成のラマンガス分析装置にこのようなフィル
タを使用すると、レーザがガラスを通過するときに発生
される蛍光及びラマン散乱により、ガス試料からのラマ
ン散乱を圧倒する外来光が作られることがある。これ
は、融解石英のような低蛍光ガラスを使用する場合にも
生じる。
【０００５】「弱く散乱された光学信号を収集する装置
（“Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ Ｗ
ｅａｋｌｙ Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓ
ｉｇｎａｌｓ”）」という名称に係る欧州公開特許出願
０ ５５７ ６５５ Ａ１には、ガス分析装置の収集効
率を高める装置が開示されている。この特許公報は、高
反射性コーティングを備えた長い中空チャンバに入れら
れた未知のガスを照射するレーザを備えた装置を開示し
ている。レーザビームは、反射コーティングに接触する
ことなく、長い中空チャンバの内部領域の長手方向寸法
に沿って伝搬する。透明な中空管の内面又は外面のいず
れの反射コーティングも、長い中空チャンバ内に入れら
れた未知のガスによりレーザビームから散乱される放射
線を反射し、これにより、レーザビームとガス試料との
相互作用により作られる光（例えば、ラマン散乱光）の
収集効率を高めるように設計されている。レーザビーム
は、特に、反射コーティングと相互作用しないように防
止される。なぜならば、このような相互作用により、反
射レーザビームだけでなく、弱い副次放射、例えば前述
の蛍光及びラマン散乱が作られるからである。この弱い
副次放射は、未知のガスにより散乱された放射線の測定
を妨げる傾向があり、好ましくないものである。かくし
て、レーザ、及び該レーザと反射コーティング及びフィ
ルタとの相互作用により作られる弱い副次放射の効果を
低下させるべくこの参考文献（欧州特許公報）によりな
されたアプローチは、レーザビームが反射コーティング
と相互作用しないようにレーザビームを長手方向軸線に
沿って指向させることによりこのような相互作用を最小
にすることである。また、レーザビーム経路にフィルタ
を全く設けないことにより、フィルタとの相互作用がな
くなる。このアプローチは、レーザビームと、長い中空
チャンバの壁及び／又は反射コーティングとの相互作用
による副次放射の減少にはうまくいくけれども、使用で
きるレーザの種類を制限する。これは、入射レーザ光
を、長い中空チャンバの壁及び／又は反射コーティング
から離れた状態に維持するのに厳格な視準（ｃｏｌｌｉ
ｍａｔｉｏｎ）を必要とするからである。高出力ダイオ
ードレーザを用いて幅狭の平行ビームを作ること、従っ
てガス試料に作用する光の強度を低下させることは困難
である。
【０００６】「レーザ励起形ラマン分光器（“Ｌａｓｅ
ｒ−Ｅｘｃｉｔｅｄ ＲａｍａｎＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔ
ｅｒ”）」という名称に係る米国特許第３，５５６，６
５９号には、非常に小さな直径をもつレーザ出力ビーム
が、横方向ではなく、毛管試料セルの長手方向に沿って
放射される構成のレーザ励起形ラマン分光器が開示され
ている。ビームはセルと実質的に同心状をなし、この結
果得られる、ほぼセルの軸線の方向に進行するラマン散
乱光が検出される。また、この参考文献は、レーザビー
ムが毛管壁を殆ど横切らないようにして、レーザビーム
を毛管ボアに閉じ込めることの重要性を強調している。
これは、セル壁からのレーザ放射線の散乱及びセル壁内
での蛍光の励起を最小にするため行なわれる。また、レ
ーザビームと毛管ボアとの整合は、ガラス壁の蛍光及び
壁自体からの光の散乱を最小にするため、正確な整合を
必要とするけれども価値あることであると注目されてい
る。「呼吸ガスのラマン分光学（“Ｒａｍａｎ Ｓｐｅ
ｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｏｆＲｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｇ
ａｓｅｓ”）」という名称に係る欧州公開特許出願０
５５７ ６５８ Ａ１には、患者の気道内に存在するガ
スからのラマン散乱光のスペクトルの測定により、該ガ
スの組成及び濃度を測定する装置が開示されている。存
在するガスは既知のラマン散乱スペクトルを用いて所定
のガス組から引き出されると考えられ、濃度はマトリッ
クス方程式Ａｃ＝ｂを解くことにより決定される。ここ
で、ｃベクトル成分は未知の濃度であり、ｂベクトル成
分は複数の波長間隔すなわち波数間隔におけるラマン散
乱強度の測定から決定される。ガス試料は、前述の欧州
公開特許出願０ ５５７ ６５５ Ａ１に開示されたも
のと同様な光学導波管を通って流れる。ミラー及びフィ
ルタを含む収集光学要素（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｐ
ｔｉｃｓ）は、試料からのラマン散乱光を回折格子分光
器に指向させる。ガス混合物の組成は、各ガス成分の濃
度から重量測定して個々のガスのスペクトルの合計を表
す測定スペクトルを分析することにより決定される。こ
の装置は、欧州公開特許出願０ ５５７ ６５５ Ａ１
に開示されたものと同一又は類似のもの、すなわち光学
導波管（この中でガス試料とレーザとが相互作用する）
を使用するので、この装置も同様な欠点を有する。ま
た、あらゆる光学装置と同様に、ミラー及び／又はレン
ズを用いて光を光学導波管から分光器に収集及び搬送す
ることは、固有の効率の悪さを有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】要望されているガスモ
ニタリング装置は、１）ガス試料からの所望のラマン散
乱光と共に検出される非レーザ光のレベルを低下でき、
２）レーザ光と装置のコンポーネンツとの相互作用によ
り作られる外来蛍光及びラマン散乱を減少でき、３）ガ
ス試料からの所望のラマン散乱光を検出器すなわち分光
器に効率的に導くことができるものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、１）ガス試料
からの所望のラマン散乱光と共に検出される非レーザ光
のレベルを低下でき、２）レーザ光と装置のコンポーネ
ンツとの相互作用により作られる外来蛍光及びラマン散
乱を減少でき、３）ガス試料からの所望のラマン散乱光
を検出器すなわち分光器に効率的に導くことができる中
空反射管を備えたガスモニタリング装置である。第１実
施例では、本発明はガス試料中のガスをラマン光散乱に
より分析する装置であり、該装置は、長手方向軸線に沿
って光学放射線のレーザビームを作り且つ伝達するため
のレーザ光源と、長手方向軸線に沿ってガス試料を、内
部領域内に受け入れ且つ保持するためのガス試料セルと
を有し、該ガス試料セルが、レーザ光源からの光学放射
線のレーザビームを、ガス試料セルの第１端部を通して
受け入れるように配置され、ガス試料セルが更に、第２
端部と、レーザビーム及びガス試料からのラマン散乱光
を反射するのに適した高反射性内面とを備え、レーザ光
源のレーザ線特徴上に中心をもつ狭い波長帯域を通過さ
せるレーザ線通過フィルタを有し、該レーザ線通過フィ
ルタは、ガス試料セルの第１端部に配置され、これによ
り、特徴のレーザ線を含むレーザビームの部分を前記ガ
ス試料セル内に伝達し且つ前記レーザビームを構成する
実質的に他の全ての波長を除去し、レーザ光源のレーザ
線特徴上に中心をもつ狭い波長帯域を除く実質的に全て
の波長を伝達するレーザ線除去フィルタを有し、該レー
ザ線除去フィルタは、ガス試料セルの第２端部に配置さ
れ、これにより、レーザ光源のレーザ線特徴の波長とは
異なる波長でガス試料により散乱される光を前記ガス試
料セルから伝達し且つレーザビームを反射して試料セル
を通して戻し、ガス試料から散乱され且つレーザ線除去
フィルタを通って伝達される光を受け入れ且つ検出する
ための、ガスセルの第２端部に光学的に連結された検出
器とを更に有している。レーザ光源はダイオードレーザ
で構成できる。或る実施例では、ガス試料セルは、実質
的に均一な内径と、該内径より実質的に大きい長さとを
有する長い中空管からなる。ガス試料セルの高反射性内
面は金属材料で構成できる。より詳しくは、ガス試料セ
ルの高反射性内面は金で構成できる。また、レーザ線通
過フィルタは、基体上に形成されるフィルタコーティン
グで構成できる。レーザ線通過フィルタは、ガス試料セ
ルの第１端部に直ぐ隣接して配置され、これによりガス
試料セルの第１端部を閉鎖する。また、レーザ線通過フ
ィルタは、フィルタコーティングがガス試料セルの内部
領域を向くようにしてガス試料セルの第１端部に隣接し
て配置される。更に、好ましい実施例は、実質的に非親
水性のフィルタコーティングを有している。このような
非親水性フィルタコーティングの１つとしてタンタルが
ある。他の非親水性フィルタコーティングとして酸化ケ
イ素がある。更に別の実施例では、レーザ線除去（拒
絶）フィルタが、基体上に形成されたフィルタコーティ
ングからなる。レーザ線除去フィルタはガス試料セルの
第２端部に直ぐ隣接して配置され、これにより、ガス試
料セルの第２端部を閉鎖する。レーザ線除去フィルタ
は、フィルタコーティングがガス試料セルの内部領域を
向くようにしてガス試料セルの第２端部に隣接して配置
されている。或る実施例では、検出器は分光器からな
る。また、或る実施例では、レーザ光源とガス試料セル
との間に配置されるレンズ装置を更に有し、該レンズ
は、レーザ光源からの光学放射線のレーザビームを収集
及び合焦させ且つ光学放射線のレーザビームをガス試料
セルの第１端部内に指向させる。このレンズは、階調屈
折率（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎｄｅｘｏｆ ｒｅｆｒａ
ｃｔｉｏｎ，“ＧＲＩＮ”）レンズで構成できる。ま
た、或る実施例は、ガス試料セルと検出器との間に配置
される光ファイバを更に有し、該光ファイバは、レーザ
光源のレーザ線特徴の波長とは異なる波長でガス試料に
より散乱される光をガス試料セルから検出器に伝達す
る。また、或る実施例は、ガス試料セルと検出器との間
に配置される光ガイドを更に有し、該光ファイバは、レ
ーザ光源のレーザ線特徴の波長とは異なる波長でガス試
料により散乱される光をガス試料セルから検出器に伝達
する。或る実施例では、ガス試料セルは、ガス入口ポー
ト及びガス出口ポートを更に備えている。更に別の実施
例では、本発明は更に、ガス試料セルと検出器との間に
配置される光ファイバを更に有し、該光ファイバは１つ
の入力及び複数の出力を備え、各出力は、レーザ光源の
レーザ線特徴の波長とは異なる波長でガス試料により散
乱される光の一部をガス試料セルから検出器チャンネル
内に伝達する。
【０００９】第２実施例では、本発明はガス試料中のガ
スをラマン光散乱により分析する装置であり、該装置
は、分析すべきガスの試料を保持するための中空管を有
し、該中空管が、試料領域を形成するボアを包囲する高
反射性管状内壁を備え、ボアがその直径の少なくとも５
倍の長さを有し、ボアはその長さ方向に沿う長手方向軸
線を有し、光学放射線のビームの第１部分はボアの長手
方向軸線に沿ってボアを通って伝搬し且つ光学放射線の
ビームの第２部分は高反射性管状内壁から反射によりボ
アを通して伝搬するように、光学放射線のレーザビーム
を作り且つ中空管の第１端部を通して中空管のボア内に
伝達するためのレーザ光源と、レーザ光源のレーザ線特
徴上に中心をもつ狭い波長帯域を通過するレーザ線通過
フィルタとを有し、該レーザ線通過フィルタは中空管の
第１端部に配置され、これにより、特徴的レーザ線を含
むレーザビームの部分を伝達し且つレーザビームを含む
実質的に他のあらゆる波長を除去（拒絶）し、レーザ光
源のレーザ線特徴上に中心をもつ狭い波長帯域を除く実
質的にあらゆる波長を伝達するレーザ線除去フィルタを
有し、該レーザ線除去フィルタは中空管の第２端部に配
置され、これにより、レーザ光源のレーザ線特徴の波長
とは異なる波長でガス試料により散乱される光を伝達し
且つレーザビームを反射して中空管のボアを通して戻
し、ガス試料から散乱され且つレーザ線除去フィルタを
通って伝達される光を受け入れ且つ検出するための、中
空管の第２端部に光学的に連結された検出器とを更に有
している。この実施例の別の態様において、レーザ光源
はダイオードレーザで構成できる。また、中空管の高反
射性内面は金属材料、例えば金で構成できる。第２実施
例の別の態様において、レーザ線通過フィルタは、基体
上に形成されるフィルタコーティングで構成できる。レ
ーザ線通過フィルタは、中空管の第１端部に直ぐ隣接し
て配置され、これにより中空管の第１端部を閉鎖する。
また、レーザ線通過フィルタは、フィルタコーティング
が中空管の試料領域を向くようにして中空管の第１端部
に隣接して配置される。第２実施例の他の態様におい
て、フィルタコーティングは実質的に非親水性であり且
つ例えばタンタル及び／又は酸化ケイ素で構成できる。
第２実施例の更に別の態様において、レーザ線除去フィ
ルタは、基体上に形成されたフィルタコーティングから
なる。レーザ線除去フィルタは中空管の第２端部に直ぐ
隣接して配置され、これにより、中空管の第２端部を閉
鎖する。レーザ線除去フィルタは、フィルタコーティン
グが中空管の試料領域を向くようにして中空管の第２端
部に隣接して配置されている。第２実施例の別の態様で
は、検出器は分光器からなる。また、第２実施例の更に
別の態様は、レーザ光源と中空管との間に配置されるレ
ンズを更に有し、該レンズは、レーザ光源からの光学放
射線のレーザビームを収集及び合焦させ且つ光学放射線
のレーザビームを中空管の第１端部内に指向させる。こ
のレンズは、階調屈折率（ＧＲＩＮ）レンズで構成でき
る。第２実施例の他の態様は、中空管と検出器との間に
配置される光ファイバを更に有し、該光ファイバは、レ
ーザ光源のレーザ線特徴の波長とは異なる波長でガス試
料により散乱される光を中空管から検出器に伝達する。
本発明の他の態様は、或る実施例は、中空管と検出器と
の間に配置される光ガイドを更に有し、該光ファイバ
は、レーザ光源のレーザ線特徴の波長とは異なる波長で
ガス試料により散乱される光を中空管から検出器に伝達
する。第２実施例の別の態様では、中空管は、ガス入口
ポート及びガス出口ポートを更に備えている。第２実施
例の更に別の態様は、中空管と検出器との間に配置され
る光ファイバを更に有し、該光ファイバは１つの入力及
び複数の出力を備え、各出力は、レーザ光源のレーザ線
特徴の波長とは異なる波長でガス試料により散乱される
光の一部を中空管から検出器チャンネル内に伝達する。
【００１０】また、本発明は、実質的に長手方向軸線に
沿って伝搬するレーザビームを作るレーザを設け、該レ
ーザの特定の波長特徴を伝達するレーザビームの経路内
にレーザ線通過フィルタを設け、レーザビームの長手方
向軸線と実質的に整合した長手方向軸線をもつ中空管の
第１端部を通して濾過されたレーザビームを指向させ、
中空管は、濾過されたレーザビームが試料を通って伝搬
し、濾過されたレーザビームの一部が試料を通って伝搬
する間に中空管の高反射性面から反射するように、ガス
試料を高反射性面により包囲された領域内に閉じ込め、
ガス試料の成分のラマン線特徴を有する波長を通過させ
且つレーザの特定波長特徴を反射するレーザ線除去フィ
ルタを中空管の第２端部に設け、ガス試料の成分の特徴
であるラマン線を検出及び分析して成分を識別すること
からなるガス試料分析方法を提供する。本発明の更に別
の実施例はラマン光散乱によりガス試料中のガスを分析
する装置であり、該装置は、長手方向軸線に沿って光学
放射線のレーザビームを作り且つ伝達するためのレーザ
光源と、長手方向軸線に沿ってガス試料を、内部領域内
に受け入れ且つ保持するためのガス試料セルとを有し、
該ガス試料セルが、レーザ光源からの光学放射線のレー
ザビームを、ガス試料セルの第１端部を通して受け入れ
るように配置され、ガス試料セルが更に、第２端部と、
レーザビーム及びガス試料からのラマン散乱光を反射す
るのに適した高反射性内面とを備え、レーザ光源のレー
ザ線特徴上に中心をもつ狭い波長帯域を通過させるレー
ザ線通過フィルタを有し、該レーザ線通過フィルタは、
ガス試料セルの第１端部に配置され、これにより、前記
特徴的レーザ線を含むレーザビームの部分をガス試料セ
ル内に伝達し且つレーザビームを構成する実質的に他の
全ての波長を除去し、関心のあるラマン線を含むけれど
もレーザ光源の波長の特徴を除く波長の帯域を伝達する
減法分散レーザ線除去フィルタを有し、該レーザ線除去
フィルタは、ガス試料セルの第２端部に配置され、これ
により、レーザ光源のレーザ線特徴の波長とは異なる波
長でガス試料により散乱される光をガス試料セルから伝
達し、ガス試料から散乱され且つレーザ線除去フィルタ
を通って伝達される光を受け入れ且つ検出するための、
ガスセルの第２端部に光学的に連結された検出器を更に
有している。この実施例では、減法分散レーザ線除去フ
ィルタは更に、試料セルの第２端部からの光を受ける第
１回折格子と、該第１回折格子から光を受け、ラマン散
乱光を伝達し且つレーザ線を阻止する第１中間スリット
と、該第１中間スリットからの光を受ける第２回折格子
と、該第２回折格子から光を受け且つラマン散乱光を伝
達する第２中間スリットとを有している。或る実施例で
は、第２回折格子は第１回折格子の相補的作用をする。
或る実施例では、第２中間スリットは、第１中間スリッ
トより幅狭である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の上記及び他の特徴は、好
ましい実施例についての以下の詳細な説明及び添付図面
を参照することにより明らかになるであろう。図１に示
す本発明の実施例では、光はダイオードレーザ１０によ
り作られる。ビームシェーピング光学要素（ｂｅａｍ
ｓｈａｐｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ）２０は、ダイオードレ
ーザの出力３０を収集し、該出力を適当にシェーピング
し、且つ光４０を中空反射管６０の手元側端部の孔５０
に指向させる。中空反射管６０に入る前に、光４０は誘
電フィルタ７０に通され、該誘電フィルタ７０は、レー
ザ線上に中心をもつ狭い波長帯域のみが該フィルタ７０
を通過して中空反射管６０の孔５０に入ることを許容す
る。かくして、ダイオードレーザ１０からの濾過された
出力が、中空反射管６０の手元側端部の光学孔５０を通
って中空反射管６０内に入る。幾つかの実施例では、フ
ィルタ７０が、レーザ光が中空反射管６０に入ることを
許容し且つ中空反射管６０の孔５０をシールして試料ガ
スを中空管６０内に閉じ込める働きをするように、孔５
０とフィルタ７０とが組み合わされる。レーザ光は、次
に、中空反射管６０を通り、場合によっては中空反射管
６０の内壁により反射されて伝搬される。レーザ光が中
空反射管６０内に閉じ込められたガス試料を通って伝搬
するとき、幾分かのレーザ光が試料ガスからラマン散乱
され、これにより、試料ガスの成分の特徴である波長を
有するラマン散乱光を発生する。反射中空管６０の先端
側端部にはレーザ線除去フィルタ８０が配置されてい
る。レーザ線除去フィルタ８０は、帯域通過フィルタ７
０と同様な構造を有するけれども、ラマンスペクトルか
らなるラマン散乱光の波長を通過させ且つレーザの波長
を除去（拒絶）する。かくして、ラマン散乱光はフィル
タ８０を通過するけれども、レーザ光は反射されて反射
中空管６０を通って戻される。この反射されたレーザ光
は、レーザ１０に向かって試料を通って戻るときに再び
ラマン散乱を発生し、装置の単光路パワー（ｓｉｎｇｌ
ｅ ｐａｓｓ ｐｏｗｅｒ）を有効に倍化する。図１に
示す実施例では、反射中空管６０を出る光は、光ファイ
バ束９０により収集される。ファイバ束９０は反射中空
管の出口孔と同じサイズを有し且つフィルタコーティン
グ８０がファイバ束９０の手元側端部上に直接蒸着され
るように研摩される。従って、ファイバ束９０の手元側
端部は３つの機能を発揮する。すなわち、ファイバ束９
０の手元側端部は、１）中空反射管６０から出る光をフ
ァイバ９０内に導き、２）反射中空管６０の先端側端部
をシールしてガス試料を反射中空管６０内に閉じ込め、
３）フィルタ８０を支持する基体を形成する。ファイバ
束９０は、分光器１００に連結される先端側端部を有す
る。好ましくは、ファイバ束９０の開口数（Ｎ．Ａ．）
は、分光器１００の入力開口数と一致するように選択さ
れる。例えば、分光器１００の開口数が０．２９であれ
ば、ファイバ束９０の開口数も０．２９になるように選
択される。
【００１２】反射中空管６０から光を収集し且つファイ
バ束９０を用いて光を分光器１００に搬送することは有
効である。なぜならば、ファイバ束９０の手元側端部を
中空管６０の先端側の孔と一致する円形にし且つファイ
バ束９０の先端側端部を分光器１００の入力スリットの
形状と一致する矩形のリニア配列にできるからである。
多くの用途では、リニア配列は、分光器の入口孔すなわ
ちスリットとして機能できる。かくして、ファイバ束９
０は、中空管６０の円形の幾何学的形状から、分光器に
必要な幅狭スリットへと変形するための簡単で効率的な
手段を構成する。本発明の一実施例では、ファイバ束９
０は、２０ミクロンの被覆を備えた２００ミクロンのコ
アからなる。この構造のカップリング効率が図２及び図
３に示されている。図２に示すように、円形の管端１０
４がスリット１０６上に直接像（イメージ）を伝達する
場合には、孔１０４の僅かに２５％（１ｍｍの管及び２
００ミクロンのスリットの場合）のみがスリット１０６
上に結像される。図３には、ファイバ束９０の使用が示
されている。ファイバ束９０を構成するファイバコア１
０８は、使用可能な領域の一部のみを占め、他の領域に
衝突する散乱光は収集されない。コアにより覆われる一
部の領域は一般に約６５％であり、これにより、円形−
矩形ファイバ束９０を用いると、矩形スリット上への円
形孔の直接結像に比べほぼ３倍以上の信号を収集でき
る。
【００１３】図４に示す別の実施例では、ファイバ束９
０の代わりに、一体形円形−矩形導波管９２が使用され
る。ファイバ束９０と同様に、一体形円形−矩形導波管
９２は、一端に丸孔９４を、他端に矩形孔９６を有して
いる。丸孔９４の寸法は中空管６０の先端側の孔と一致
し、矩形孔９６の寸法は分光器１００の入力スリットの
寸法と一致する。一体形導波管９２の１つの長所は、６
５％の領域のみが使用されるに過ぎないファイバ束９０
とは異なり、光の収集及び伝達に全領域が使用されるこ
とである。１つの欠点は、矩形孔９６を出る光の開口数
が、円形から長い矩形（６ｍｍ×０．２ｍｍ）への変化
により影響を受けることである。また、一体形導波管９
２は、ファイバ束９０より可撓性が小さい。円形−矩形
導波管９２を作るには幾つかの方法がある。１つの方法
は、ガラス又はプラスチックから所望の正確な形状に円
形−矩形導波管９２を成形（モールド）することであ
る。被覆層を望む場合には、成形された円形−矩形導波
管９２を適当な材料中に浸漬して、被覆層を作ることが
できる。円形−矩形導波管９２を製造する他の方法は、
ガラス又はプラスチック製の円形導波管の一端に熱を加
え、所望の矩形形状にプレスすることである。
【００１４】ラマン散乱光信号を増強するのに高反射性
率の中空管６０を用いることの重要性が、図５、図６及
び表１に示されている。図５に示すように、中空管６０
は、チャンバ６４を包囲する壁６２を有している。内面
６６は、壁６２とチャンバ６４との間の境界を形成して
いる。図５には、壁６２で反射されることにより異なる
角度でチャンバ６４を通って伝搬される２つの光線Ｒ
１、Ｒ２の経路が示されている。光が、ｆ／＃＝ｆ／２
で管６０内に合焦される場合には、管の直径は１ｍｍ、
長さは６インチであり、光は、最も急勾配の光線の場合
に少なくとも３８回反射される。実際には、光線は図６
に示すように管内を旋回するので、これより多くの回数
を反射するであろう。表１は、壁６６の種々の反射率
（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｖａｌｕｅｓ）及び種々の反
射回数について、管の先端側端部に到達するパワーの比
率（ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ）を示してい
る。例えば、３７回反射する場合、管の先端側端部に到
達する入力パワーの比率は、内壁６６が９９．９％の反
射率を有するときは８３％であるのに対し、内壁６６が
９０％の反射率を有するときは２％に過ぎない。
【００１５】
【表１】 管６０のチャンバ６４を通るレーザ光の螺旋状進行の結
果生じる他の事柄は、偏り（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏ
ｎ）が混乱することである。この結果生じるラマン散乱
光はあらゆる方向に放射されるけれども、非常に多数回
の反射を行なわない光線のみが管を出て収集される。高
反射性率の内面６６を備えた中空反射管６０は多くの構
造で作ることができる。例えば、内面上に金を蒸着させ
たガラス管で構成できる。金は、６５０ｎｍを超えるそ
の高い反射率を有すること、及び蛍光を発生しない、す
なわちいかなるラマン散乱をも作らないことから優れた
材料である。銀もこれらの基準を満たすけれども、銀は
時間の経過と共に酸化し（曇りが生じ）、このため反射
率が低下する。酸化を防止するため、銀には保護誘電層
をオーバーコーティングできるけれども、この層がラマ
ン散乱及び／又は蛍光を作ることがあり且つ銀の反射率
を低下させることもある。誘電反射コーティングは、該
コーティングにより生じるラマン散乱が試料ガスからの
所望のラマン信号を圧倒するため、金又は銀よりも適応
性が小さい。管内に生じるかすめ角（ｇｒａｚｉｎｇ
ａｎｇｌｅ）のため、有効な広帯域誘電反射コーティン
グを作ることも困難である。かすめ入射線でのＰ−偏光
用コーティングは特に問題が多い。従って、本発明の装
置には金属コーティングの方が適している。
【００１６】中空ガラス管の内面を覆う金合金構造をも
つこのような反射管の１つが、「交換光管（ｒｅｐｌａ
ｃｅｍｅｎｔ ｌｉｇｈｔ ｐｉｐｅ）」（部品番号０
５９６５−６０１５５）としてＨｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃ
ｋａｒｄ社から入手できる。この部品は、Ｈｅｗｌｅｔ
ｔ Ｐａｃｋａｒｄ ５９６５Ｂ赤外線検出器に使用さ
れている。本発明に適した別の反射管として、ニューヨ
ーク州、ＢｒｏｏｋｌｙｎのＥｐｎｅｒ Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．社から市販されている金合金管があ
る。従来技術の幾つかの装置は、ガラス管の外面に反射
コーティングを使用している。これは本発明の装置には
最適ではない。なぜならば、光は反射される前にガラス
を通らなくてはならないからである。レーザ光が反射さ
れる前及び反射された後にガラスを通って進行すると、
好ましくないラマン散乱及び蛍光が発生される。ダイオ
ードレーザのレーザ光特徴に加え、ダイオードレーザは
また、広範囲の波長スペクトルをもつ光を放射する。こ
の広帯域発光には、自然発光と呼ばれる光が含まれる。
自然発光の一部は、ここで考慮するラマン波長とオーバ
ーラップし且つ所望のラマン散乱を圧倒する。また、レ
ンズを使用して反射中空管６０に入る前にダイオードレ
ーザの出力を収集し且つシェーピングする場合には、蛍
光及びラマン散乱がレンズに発生され且つこの光が所望
のラマン信号を圧倒することもある。また、外来信号を
減少させるのに、特別設計されたフィルタを用いるのが
有効である。一般に、フィルタコーティングは、２枚の
ガラス板の間にサンドイッチされ且つ縁部の周囲がシー
ルされて、コーティング材料が、フィルタを破壊する周
囲の空気から水分を吸収することを防止する。しかしな
がら、このようなフィルタがラマンガス分析装置に使用
される場合には、レーザがコーティング材料を通過した
後にガラスを通るときに発生される蛍光及びラマン散乱
が、ガス試料からの所望のラマン散乱を圧倒する。これ
は、融解石英のような低蛍光発生ガラスを使用する場合
にもいえることである。従って、フィルタ７０は、コー
ティング材料が周囲の大気から水分を吸収しないように
作るべきであり且つレーザ光が中空反射管６０に入る直
前にフィルタ材料を除くあらゆる材料を通過することを
必要としないように構成すべきである。この形式のフィ
ルタを作るには幾つかの方法があり、１つの方法は、水
を吸収しないより硬いコーティングを作る種々のコーテ
ィング材料を使用することである。タンタル及びＳｉＯ
2 のような材料がこのようなコーティングを作る。他の
方法は、水を吸収しないコーティングを作る、イオンビ
ームスパッタリングのような種々のコーティング方法を
使用することである。コーティングの当業者には、他の
方法及び材料が明らかであろう。最後に、フィルタは、
コーティングされた表面が中空反射管６０の入口孔を向
き、これにより、フィルタ基体に生じた蛍光及びラマン
散乱が中空反射管６０に入ることを防止するように配向
すべきである。
【００１７】図７は、本発明の中空反射管６０のより詳
細な断面図である。中空反射管６０は反射内層１２０を
有し、該反射内層は、シースすなわち基体材料１３０の
層により包囲された反射内面６６を形成する。チャンバ
６４（該チャンバ内に分析すべきガス試料が置かれる）
は入口ポート１４０及び出口ポート１５０を有し、ガス
試料がチャンバ６４を通って循環できるようにする。ま
た、レーザ線通過フィルタ７０及びラマン帯域通過／レ
ーザ線除去フィルタ８０は、それぞれ、フィルタコーテ
ィング層７０ｃ、８０ｃ及び基体層７０ｓ、８０ｓを備
えているものとして示されている。また、フィルタ７
０、８０は、中空管６０の両端部を形成し、これによ
り、ガス試料を入れるチャンバ６４を形成すべく管６０
を閉じているところが示されている。図８には、本発明
の第１変更実施例が示されている。ビームシェーピング
光学要素２２０は、ダイオードレーザの出力２３０を収
集し、該出力を適当にシェーピングし、且つ光２４０
を、中空反射管２６０の手元側端部の孔２５０に向けて
指向させる。中空反射管２６０に入る前に、光２３０は
１つ以上の誘電フィルタ２７０を通過する。該誘電フィ
ルタ２７０は、レーザ線上に中心をもつ狭い波長帯域の
みが該フィルタ２７０を通過し且つ孔２５０を通って中
空反射管２６０に入ることを許容する。かくして、ダイ
オードレーザ２１０からの濾過された出力が、中空反射
管２６０の手元側端部の光学孔２５０を通って中空反射
管２６０内に入る。幾つかの実施例では、フィルタ２７
０が、レーザ光が中空反射管２６０に入ることを許容し
且つ中空反射管２６０の孔２５０をシールして試料ガス
を中空管２６０内に閉じ込める働きをするように、孔２
５０とフィルタ２７０とが組み合わされる。レーザ光
は、次に、中空反射管２６０を通り、場合によっては中
空反射管２６０の内壁により反射されて伝搬される。レ
ーザ光が中空反射管２６０内に閉じ込められたガス試料
を通って伝搬するとき、幾分かのレーザ光が試料ガスか
らラマン散乱され、これにより、試料ガスの成分の特徴
である波長を有するラマン散乱光を発生する。反射中空
管２６０の先端側端部２８２の近くには１つ以上のレー
ザ線除去フィルタ２８０が配置されている。レーザ線除
去フィルタ２８０は、帯域通過フィルタ２７０と同様な
構造を有するけれども、ラマンスペクトルからなるラマ
ン散乱光の波長を通過させ且つレーザの波長を除去す
る。かくして、ラマン散乱光はフィルタ２８０を通過す
るけれども、レーザ光は反射されて反射中空管２６０を
通って戻される。この反射されたレーザ光は、レーザ２
１０に向かって試料を通って戻るときに再びラマン散乱
を発生し、装置の単光路パワーを有効に倍化する。図８
に示す実施例では、反射中空管２６０を出る光は、ビー
ムシェーピング光学要素２９０により収集され且つ分光
器２９４の入口スリット２９２に供給され、検出され
る。反射中空管２６０は、前述の反射中空管６０と実質
的に同じである。
【００１８】図９、図１０及び図１１には、本発明の第
２、第３及び第４変更実施例が示されている。これらの
図面に示されているように、レーザビームは、孔３５０
及び１つ以上の誘電フィルタ３７０を通って反射中空管
３６０内に入る。誘電フィルタ３７０は、レーザ線上に
中心をもつ狭い波長帯域のみが該フィルタ（単一又は複
数）３７０を通過し且つ中空反射管３６０を通って伝搬
することを許容する。これらの実施例において、フィル
タ３７０が、レーザ光が中空反射管３６０に入ることを
許容し且つ中空反射管３６０の孔３５０をシールして試
料ガスを中空管３６０内に閉じ込める働きをするよう
に、孔３５０とフィルタ３７０とが組み合わされる。レ
ーザ光は、次に、中空反射管３６０を通り、場合によっ
ては中空反射管３６０の内壁により反射されて伝搬され
る。レーザ光が中空反射管３６０内に閉じ込められたガ
ス試料を通って伝搬するとき、幾分かのレーザ光が試料
ガスからラマン散乱され、これにより、試料ガスの成分
の特徴である波長を有するラマン散乱光を発生する。反
射中空管３６０の先端側端部には１つ以上のレーザ線除
去フィルタ３８０が配置されている。レーザ線除去フィ
ルタ３８０は、帯域通過フィルタ３７０と同様な構造を
有するけれども、ラマンスペクトルからなるラマン散乱
光の波長を通過させ且つレーザの波長を除去する。かく
して、ラマン散乱光はフィルタを通過するけれども、レ
ーザ光は反射されて反射中空管３６０を通って戻され
る。この反射されたレーザ光は、レーザ入口孔３５０に
向かって試料を通って戻るときに再びラマン散乱を発生
し、装置の単光路パワーを有効に倍化する。
【００１９】図９に示す実施例では、反射中空管３６０
を出る光は、前述のような光ファイバ束３９０を介して
分光器（図示せず）の入口スリットに供給される。反射
中空管３６０も、前述の反射中空管６０と実質的に同じ
である。図１０及び図１１に示す実施例では、試料から
光ファイバ３９０へのラマン散乱光の収集及び供給を向
上させるため、階調屈折率（ＧＲＩＮ）レンズ３９２が
レーザ線除去フィルタ（単一又は複数）３８０が配置さ
れている。同様に、図１１に示す実施例はまた、ダイオ
ードレーザ（図示せず）から反射中空管３６０へのレー
ザビームの収集、供給及び伝達を向上させるため、レー
ザ線帯域通過フィルタ（単一又は複数）３７０に隣接し
て配置されたＧＲＩＮレンズ）３９４を有している。図
１２には、本発明の第５変更実施例が示されている。図
１に示す実施例と同様に、光はダイオードレーザ４１０
により作られる。ビームシェーピング光学要素４２０が
ダイオードレーザの出力４３０を収集し、該出力を適当
にシェーピングして、光４４０を中空反射管４６０の手
元側端部の孔４５０に向けて指向させる。中空反射管４
６０に入る前に、光４４０は誘電フィルタ４７０を通
る。誘電フィルタ４７０は、レーザ線上に中心をもつ狭
い波長帯域のみが該フィルタ４７０を通過し且つ孔４５
０を通って中空反射管４６０に入ることを許容する。か
くして、ダイオードレーザ４１０からの濾過された出力
は、中空反射管４６０の手元側端部の光学孔４５０を通
過し、中空反射管４６０内に入る。幾つかの実施例にお
いて、フィルタ４７０が、レーザ光が中空反射管４６０
に入ることを許容し且つ中空反射管４６０の孔４５０を
シールして試料ガスを中空管４６０内に閉じ込める働き
をするように、孔４５０とフィルタ４７０とが組み合わ
される。レーザ光は、次に、中空反射管４６０を通り、
場合によっては中空反射管４６０の内壁により反射され
て伝搬される。レーザ光が中空反射管４６０内に閉じ込
められたガス試料を通って伝搬するとき、幾分かのレー
ザ光が試料ガスからラマン散乱され、これにより、試料
ガスの成分の特徴である波長を有するラマン散乱光を発
生する。反射中空管４６０の先端側端部にはレーザ線除
去フィルタ４８０が配置されている。レーザ線除去フィ
ルタ４８０は、帯域通過フィルタ４７０と同様な構造を
有するけれども、ラマンスペクトルからなるラマン散乱
光の波長を通過させ且つレーザの波長を除去する。かく
して、ラマン散乱光はフィルタを通過するけれども、レ
ーザ光は反射されて反射中空管４６０を通って戻され
る。この反射されたレーザ光は、レーザ４１０に向かっ
て試料を通って戻るときに再びラマン散乱を発生し、装
置の単光路パワーを有効に倍化する。
【００２０】図１２に示す実施例では、反射中空管４６
０を出る光は、ファイバ束４９０により収集される。フ
ァイバ束４９０の手元側端部は、反射中空管の出口孔と
同じサイズを有し且つフィルタコーティング４８０がフ
ァイバ束４９０の手元側端部上に直接蒸着されるように
研摩される。従って、ファイバ束４９０の手元側端部は
３つの機能を発揮する。すなわち、ファイバ束９０の手
元側端部は、１）中空反射管４６０から出る光をファイ
バ４９０内に導き、２）反射中空管４６０の先端側端部
をシールしてガス試料を反射中空管４６０内に閉じ込
め、３）フィルタ４８０を支持する基体を形成する。フ
ァイバ束４９０は、より小さな多数のファイバセグメン
ト４９２ａ、４９２ｂ、４９２ｃ、４９２ｄ、・・・・
に分割されており、各ファイバセグメント４９２ａ、４
９２ｂ、４９２ｃ、４９２ｄ、・・・・は、反射中空管
４６０内のガス試料からのラマン散乱光の一部を別々の
検出器チャンネル５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５０
０ｄ、・・・・に指向させるべく専用化されている。全
ての検出器チャンネル５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、
・・・・を代表して、検出器チャンネル５００ｄを詳細
に説明する。図１２に示すように、検出器チャンネル５
００ｄは収集／視準レンズ（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ／ｃ
ｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ ｌｅｎｓ）５０４を有し、該収
集／視準レンズは、ファイバセグメント４９２ｄの先端
側端部５０８ｄから出る最適に収集し且つ平行にするた
め、ファイバ４９２ｄにｆ／＃マッチングしている。ラ
マン線通過フィルタ５０８はレンズ５０４からの光を受
け且つ特定チャンネルが検出するように設計されたラマ
ン線のみを通過する。かくして、各チャンネルは、特定
のラマン線（単一又は複数）を検出するように構成でき
る。フィルタ５０８を通過した後、所望のラマン線（単
一又は複数）は合焦レンズ５１２により検出器５１６上
に合焦される。検出器５１６は、フォトダイオード又は
光電子増倍管を含む（しかしながら、これらに限定され
ない）任意の適当な光検出器で構成される。ガス分析用
の多チャンネルラマン検出器のこれ以上の詳細は、「レ
ーザ付勢形ラマン光散乱による多チャンネル分子ガス分
析（“Ｍｕｌｔｉ−ＣｈａｎｎｅｌＭｏｌｅｃｕｌａｒ
Ｇａｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｂｙ Ｌａｓｅｒ−Ａｃ
ｔｉｖａｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔ
ｅｒｉｎｇ”）」という名称に係る米国特許第４，７８
４，４８６号に記載されており、該米国特許の全内容は
本願に援用する。
【００２１】上記実施例では、レーザ線除去フィルタ８
０、２８０、３８０、４８０は、図１３に示すように、
減法分散モードで使用する２つの格子に置換できる。反
射管（図示せず）を出る光６０１は入口スリット６２０
を通過し且つ第１回折格子６３０に入射する。格子６２
０は、第１中間スリット６４０において、入口スリット
６２０のスペクトル的に分散した像を作る。スリット６
４０は比較的幅広であり、レーザ線を阻止すると同時
に、関心のある波長の通過を許容する。この濾過された
光６０３は連続して進行し、別の格子に入射する。格子
６５０は、第１格子６３０の相補的作用をし、分散光を
再結合して、濾過された光６０５を第２中間スリット６
６０上に再合焦させる。スリット６６０は、第１中間ス
リット６４０に比べて非常に幅狭である。濾過された光
６０７は、次に、第３格子６７０に入射する。第３格子
６７０は、第２中間スリット６６０のスペクトル的に分
散した像をＣＣＤ６８０上に作る働きをする。要約すれ
ば、最初の２つの格子６３０、６５０はレーザ光を除去
するフィルタとして作用し、第３格子６７０は、ＣＣＤ
６８０により検出されるように、慣用的な方法で、ビー
ム６０７内に含有される光の波長を分散させる。分光検
出器を使用する前述の各実施例は、例えば格子、プリズ
ム等の任意の形式に分散要素を有している。
【００２２】図１３に示す減法分散装置は、レーザ光が
あらゆるフィルタ又はガラスを決して通過せず、従って
フィルタコーティング又はガラスからの蛍光又はラマン
散乱をなくすことができる点で優れている。反射中空管
のガスセルを備えたダイオードレーザポンプ形ラマンガ
ス分析装置用の本発明の装置及び方法には、多くの異な
る形式の中空反射管、レーザ、フィルタ及び検出器を使
用できる。従って、反射中空管の寸法、使用される反射
材料の種類、及びフィルタ及びレンズの位置及び形式の
変更を含む（ただし、これらに限定されるものではな
い）当業者に明らかな多数の他の実施例がある。本発明
の装置及び方法は、本発明の精神又は本質的な特徴から
逸脱することなく、他の特定形態に具現できる。本願に
説明した実施例は、あらゆる点で例示に過ぎず制限的な
ものではないと考えるべきである。従って、本発明の範
囲は、以上の説明からではなく、特許請求の範囲の記載
により定められる。特許請求の範囲に含まれるもの又は
これと均等な範囲内のものは、本発明の範囲に包含され
ると考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】慣用的な分光器への光ファイバカップリングを
備えた本発明の好ましい実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の光ファイバカップリングの効率を示す
概略図である。
【図３】本発明の光ファイバカップリングの効率を示す
概略図である。
【図４】一体形円形−矩形導波管を示す概略図である。
【図５】本発明の中空反射管を通るレーザビーム光線の
経路を示す概略図である。
【図６】本発明の中空反射管を通るレーザビーム光線の
経路を示す概略図である。
【図７】本発明の中空反射管／ガスセルの詳細を示す断
面図である。
【図８】慣用的な分光器への慣用的なバルク光学カップ
リングを備えた本発明の第１変更実施例を示す概略図で
ある。
【図９】本発明の第２変更実施例を示す概略図である。
【図１０】本発明の第３変更実施例を示す概略図であ
る。
【図１１】本発明の第４変更実施例を示す概略図であ
る。
【図１２】多チャンネル検出装置を備えた本発明の第５
変更実施例を示す概略図である。
【図１３】レーザ線除去フィルタに置換する減法分散モ
ードに使用される２つの格子を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ ダイオードレーザ ２０ ビームシェーピング光学要素 ３０ ダイオードレーザの出力 ４０ 光 ５０ 中空反射管の手元側端部の孔 ６０ 中空反射管 ７０ 誘電フィルタ ８０ レーザ線除去フィルタ ９０ ファイバ束 ９２ 一体形円形−矩形導波管 ９４ 丸孔 １００ 分光器 １０６ スリット １０８ ファイバコア

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス試料中のガスをラマン光散乱により
    分析する装置において、 長手方向軸線に沿って光学放射線のレーザビームを作り
    且つ伝達するためのレーザ光源と、 前記長手方向軸線に沿ってガス試料を、内部領域内に受
    け入れ且つ保持するためのガス試料セルとを有し、該ガ
    ス試料セルが、前記レーザ光源からの光学放射線の前記
    レーザビームを、前記ガス試料セルの第１端部を通して
    受け入れるように配置され、前記ガス試料セルが更に、
    第２端部と、前記レーザビーム及びガス試料からのラマ
    ン散乱光を反射するのに適した高反射性内面とを備え、 前記レーザ光源のレーザ線特徴上に中心をもつ狭い波長
    帯域を通過させるレーザ線通過フィルタを有し、該レー
    ザ線通過フィルタは、前記ガス試料セルの前記第１端部
    に配置され、これにより、前記特徴的レーザ線を含む前
    記レーザビームの部分を前記ガス試料セル内に伝達し且
    つ前記レーザビームを構成する実質的に他の全ての波長
    を除去し、 前記レーザ光源のレーザ線特徴上に中心をもつ狭い波長
    帯域を除く実質的に全ての波長を伝達するレーザ線除去
    フィルタを有し、該レーザ線除去フィルタは、前記ガス
    試料セルの前記第２端部に配置され、これにより、前記
    レーザ光源のレーザ線特徴の波長とは異なる波長でガス
    試料により散乱される光を前記ガス試料セルから伝達し
    且つ前記レーザビームを反射して前記試料セルを通して
    戻し、 前記ガス試料から散乱され且つ前記レーザ線除去フィル
    タを通って伝達される前記光を受け入れ且つ検出するた
    めの、前記ガスセルの前記第２端部に光学的に連結され
    た検出器を更に有することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記レーザ光源がダイオードレーザから
    なることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記ガス試料セルが、実質的に均一な内
    径と、該内径より実質的に大きい長さとを有する長い中
    空管からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記ガス試料セルの高反射性内面が金属
    材料からなることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記レーザ線通過フィルタが、基体上に
    形成されたフィルタコーティングを備え、前記レーザ線
    通過フィルタは前記ガス試料セルの前記第１端部に直ぐ
    隣接して配置され、前記レーザ線通過フィルタは、前記
    フィルタコーティングが前記ガス試料セルの前記内部領
    域を向くようにして前記ガス試料セルの前記第１端部に
    隣接して配置され、 前記レーザ線除去フィルタが、基体上に形成されたフィ
    ルタコーティングを備え、前記レーザ線除去フィルタは
    前記ガス試料セルの前記第２端部に直ぐ隣接して配置さ
    れ、これにより、前記ガス試料セルの前記第２端部を閉
    鎖し、前記レーザ線除去フィルタは、前記フィルタコー
    ティングが前記ガス試料セルの前記内部領域を向くよう
    にして前記ガス試料セルの前記第２端部に隣接して配置
    されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記レーザ光源と前記ガス試料セルとの
    間に配置されるレンズ装置を更に有し、前記レンズが、
    前記レーザ光源からの光学放射線のレーザビームを収集
    及び合焦させ且つ光学放射線の前記レーザビームを前記
    ガス試料セルの前記第１端部内に指向させることを特徴
    とする請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記ガス試料セルと前記検出器との間に
    配置される光ファイバ又は光ガイドのいずれか一方を更
    に有し、前記光ファイバ又は光ガイドは、前記レーザ光
    源のレーザ線特徴の波長とは異なる波長でガス試料によ
    り散乱される前記光を前記ガス試料セルから前記検出器
    に伝達することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ガス試料セルは、ガス入口ポート及
    びガス出口ポートを更に備えていることを特徴とする請
    求項１に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記ガス試料セルと前記検出器との間に
    配置される光ファイバを更に有し、前記光ファイバが１
    つの入力及び複数の出力を備え、各出力は、前記レーザ
    光源のレーザ線特徴の波長とは異なる波長でガス試料に
    より散乱される前記光の一部を前記ガス試料セルから検
    出器チャンネル内に伝達することを特徴とする請求項１
    に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 ガス試料を分析する方法において、 実質的に長手方向軸線に沿って伝搬するレーザビームを
    作るレーザを設け、 該レーザの特定の波長特徴を伝達する前記レーザビーム
    の経路内にレーザ線通過フィルタを設け、 前記レーザビームの長手方向軸線と実質的に整合した長
    手方向軸線をもつ中空管の第１端部を通して前記濾過さ
    れたレーザビームを指向させ、前記中空管は、前記濾過
    されたレーザビームが前記試料を通って伝搬し、前記濾
    過されたレーザビームの一部が前記試料を通って伝搬す
    る間に前記中空管の高反射性面から反射するように、前
    記ガス試料を高反射性面により包囲された領域内に閉じ
    込め、 前記ガス試料の成分のラマン線特徴を有する波長を通過
    させ且つ前記レーザの特定波長特徴を反射するレーザ線
    除去フィルタを前記中空管の第２端部に設け、 前記ガス試料の成分の特徴である前記ラマン線を検出及
    び分析して前記成分を識別することからなるガス試料分
    析方法。
JP7267009A 1994-10-17 1995-10-16 反射中空管ガスセルを備えたダイオードレーザポンプ形ラマンガス分析装置 Pending JPH08219995A (ja)

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