JPS6237827B2 - - Google Patents
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- JPS6237827B2 JPS6237827B2 JP16995179A JP16995179A JPS6237827B2 JP S6237827 B2 JPS6237827 B2 JP S6237827B2 JP 16995179 A JP16995179 A JP 16995179A JP 16995179 A JP16995179 A JP 16995179A JP S6237827 B2 JPS6237827 B2 JP S6237827B2
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- Japan
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- frequency
- laser
- light
- diode
- differential
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Classifications
-
- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
- H01S5/0612—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by temperature
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は大気汚染物質等をレーザ方式で検出す
るシステムにおけるレーザ光周波数の周波数変調
方式に関するものである。
るシステムにおけるレーザ光周波数の周波数変調
方式に関するものである。
レーザ方式の大気汚染監視システムは通常第１
図に示すごとく赤外線レーザ光の投受光装置つま
り観測装置２０の設定地点から、たとえば数
100mのへだたりを有する長光路上にレトロリフ
レクタｒを設置し、この長光路途上に浮遊する汚
染ガス、たとえば亜硫酸ガス（SO2）や一酸化炭
素（CO）中を往復する放射赤外線の吸収特性か
ら該汚染ガス（以下特にことわらぬかぎり単にガ
スと呼ぶ）濃度を求めるものであつてその概要に
ついて簡単に説明する。第１図中の観測装置２０
外への赤外線放射は、波長可変な半導体ダイオー
ド・レーザ（以下単にレーザと呼ぶ）DLからの
Poなるパワーを有する光例えば赤外線をカセグ
レンレンズ１の内鏡の前面２で反射させることに
よつて光路へ方向に放射せしめ、遠方に置かれた
レトロリフレクタｒで反射して帰つて来た入射光
を同じカセグレンレンズ１の外鏡の前面３と内鏡
の後面４で反射させ、受光素子Ｄに入射し、この
際の光往復時におこる前記ガスによる光吸収の結
果を記録器５で記録させるのであるが、この場合
該受光素子Ｄによる受光パワーPrは Pr＝Po exp｛−α（ν）CL｝ｆ（ｔ） …(1) で与えられる。ここでα（ν）はレーザ光周波数
νの関数としての前記ガスによる吸収係数、Ｃは
該ガスの濃度、Ｌはレーザ光の往復光路長であ
る。また第１図中の光チヨツパCHは受光素子Ｄ
からの電気的出力信号を交流増幅器すなわち第１
および第２のロツクイン増幅器LA1，LA2と除算
器７からなる信号処理系２１で処理するためにあ
らかじめレーザDLからの放射赤外光を例えば500
Hzの周波数で継続するためのものである。一点鎖
線イは該チヨツパCHから第１ロツクイン増幅器
LA1への参照信号伝達経路を形成しており、この
ため第１のロツクイン増幅器LA1からは前記受光
パワーPrに対応する電圧Erが出力される。とこ
ろでガスの光吸収スペクトルは光周波数νを軸横
に、受光パワーPrを縦軸にとつた第２図ａの吸
収曲線となるが、前記(1)式中でｆ（ｔ）として表
したガスの擾乱のために該曲線の吸収値ｍにゆら
ぎが生じて観測が困難となる。このため(1)式の両
辺をνについて微分し、かつ上記(1)式で規格化す
れば Ｐｒ′／Ｐｒ＝Ｐｏ′／Ｐｏ−CLα′ …(2) として擾乱係数ｆ（ｔ）を消去できる。これが前
記の微分測法であるがα′は正負の両値を有する
ために、第２図ａの曲線の微分結果すなわち
（Ｐｒ′／Ｐｒ）は第２図ｂのごとき２つのピークを呈
する Ｎ字型の曲線となるので、以下では第２図ａを単
なる吸収曲線、第２図ｃを微分吸収曲線と呼んで
区別する。なお、(2)式中のPr′，Po′，α′はそれ
ぞれ(1)式中のPr，Po，αの光周波数νに対する
微分値である。
図に示すごとく赤外線レーザ光の投受光装置つま
り観測装置２０の設定地点から、たとえば数
100mのへだたりを有する長光路上にレトロリフ
レクタｒを設置し、この長光路途上に浮遊する汚
染ガス、たとえば亜硫酸ガス（SO2）や一酸化炭
素（CO）中を往復する放射赤外線の吸収特性か
ら該汚染ガス（以下特にことわらぬかぎり単にガ
スと呼ぶ）濃度を求めるものであつてその概要に
ついて簡単に説明する。第１図中の観測装置２０
外への赤外線放射は、波長可変な半導体ダイオー
ド・レーザ（以下単にレーザと呼ぶ）DLからの
Poなるパワーを有する光例えば赤外線をカセグ
レンレンズ１の内鏡の前面２で反射させることに
よつて光路へ方向に放射せしめ、遠方に置かれた
レトロリフレクタｒで反射して帰つて来た入射光
を同じカセグレンレンズ１の外鏡の前面３と内鏡
の後面４で反射させ、受光素子Ｄに入射し、この
際の光往復時におこる前記ガスによる光吸収の結
果を記録器５で記録させるのであるが、この場合
該受光素子Ｄによる受光パワーPrは Pr＝Po exp｛−α（ν）CL｝ｆ（ｔ） …(1) で与えられる。ここでα（ν）はレーザ光周波数
νの関数としての前記ガスによる吸収係数、Ｃは
該ガスの濃度、Ｌはレーザ光の往復光路長であ
る。また第１図中の光チヨツパCHは受光素子Ｄ
からの電気的出力信号を交流増幅器すなわち第１
および第２のロツクイン増幅器LA1，LA2と除算
器７からなる信号処理系２１で処理するためにあ
らかじめレーザDLからの放射赤外光を例えば500
Hzの周波数で継続するためのものである。一点鎖
線イは該チヨツパCHから第１ロツクイン増幅器
LA1への参照信号伝達経路を形成しており、この
ため第１のロツクイン増幅器LA1からは前記受光
パワーPrに対応する電圧Erが出力される。とこ
ろでガスの光吸収スペクトルは光周波数νを軸横
に、受光パワーPrを縦軸にとつた第２図ａの吸
収曲線となるが、前記(1)式中でｆ（ｔ）として表
したガスの擾乱のために該曲線の吸収値ｍにゆら
ぎが生じて観測が困難となる。このため(1)式の両
辺をνについて微分し、かつ上記(1)式で規格化す
れば Ｐｒ′／Ｐｒ＝Ｐｏ′／Ｐｏ−CLα′ …(2) として擾乱係数ｆ（ｔ）を消去できる。これが前
記の微分測法であるがα′は正負の両値を有する
ために、第２図ａの曲線の微分結果すなわち
（Ｐｒ′／Ｐｒ）は第２図ｂのごとき２つのピークを呈
する Ｎ字型の曲線となるので、以下では第２図ａを単
なる吸収曲線、第２図ｃを微分吸収曲線と呼んで
区別する。なお、(2)式中のPr′，Po′，α′はそれ
ぞれ(1)式中のPr，Po，αの光周波数νに対する
微分値である。
こうした微分計測を行うには、従来は第２図ａ
の吸収曲線の変曲点オに対応した周波数ν０の光
をレーザDLから放射させるべく、該レーザDLを
同図中でI0として示した直流電流で駆動するに際
して、該電流の供給源すなわち第１図中の電源８
中において該電流I0にI1，I2なる尖頭値を有する
微小振幅の交流電流ＩACを重畳せしめ、これによ
つてレザDLからの発光周波数νをν１からν２
まで変化せしめ、一種の周波数変調をほどこして
いた。第１図中の第２のロツクイン増幅器LA2に
は上記微小振幅の交流電流ＩACに対応した交番信
号が電源８から参照信号として伝達経路ロを介し
ているために該第２のロツクイン増幅器LA2は微
分モードで動作し、このため該増幅器LA2の出力
にはE′rなる微分出力電圧が表れるが、これは前
記受光パワーPrの微分値Pr′に対応する。この微
分出力電圧E′rと先述の第１ロツクイン増幅器
LA1からの出力電圧Er（受光パワーPrに対応す
る）とは減算器７で減算されるのでEr′／Erに対
応する第２図ｂの（Pr′／Pr）の値は記録器５で
記録される。なお、前記第１図中では説明の便宜
上、省略してダイオードレーザを単にDLなる記
号で示してあるが、実際のダイオード・レーザ素
子は図示しないデユワーの内筒を形成する循環型
冷凍機の一部たるコールドヘツド上に取りつけら
れ、高圧ヘリウムガスを、これも図示しないコン
プレツサから該デユワー内に供給循環せしめて上
記ダイオード・レーザ素子を冷却せしめる必要が
ある。
の吸収曲線の変曲点オに対応した周波数ν０の光
をレーザDLから放射させるべく、該レーザDLを
同図中でI0として示した直流電流で駆動するに際
して、該電流の供給源すなわち第１図中の電源８
中において該電流I0にI1，I2なる尖頭値を有する
微小振幅の交流電流ＩACを重畳せしめ、これによ
つてレザDLからの発光周波数νをν１からν２
まで変化せしめ、一種の周波数変調をほどこして
いた。第１図中の第２のロツクイン増幅器LA2に
は上記微小振幅の交流電流ＩACに対応した交番信
号が電源８から参照信号として伝達経路ロを介し
ているために該第２のロツクイン増幅器LA2は微
分モードで動作し、このため該増幅器LA2の出力
にはE′rなる微分出力電圧が表れるが、これは前
記受光パワーPrの微分値Pr′に対応する。この微
分出力電圧E′rと先述の第１ロツクイン増幅器
LA1からの出力電圧Er（受光パワーPrに対応す
る）とは減算器７で減算されるのでEr′／Erに対
応する第２図ｂの（Pr′／Pr）の値は記録器５で
記録される。なお、前記第１図中では説明の便宜
上、省略してダイオードレーザを単にDLなる記
号で示してあるが、実際のダイオード・レーザ素
子は図示しないデユワーの内筒を形成する循環型
冷凍機の一部たるコールドヘツド上に取りつけら
れ、高圧ヘリウムガスを、これも図示しないコン
プレツサから該デユワー内に供給循環せしめて上
記ダイオード・レーザ素子を冷却せしめる必要が
ある。
以上のようにすれば、汚染ガス濃度Ｃは第２図
ｂの微分吸収値（Pr′／Pr）の曲線のピークｎの
大きさから容易に求めうるが、そのためには赤外
光源たるレーザDLの駆動電流I0に重畳すべき前
記交流電流ＩACの振幅を極めて安定させる必要が
あるほかにこうした高精度の交流電流を第１図中
の電源８中に備える必要が生じる。こうした高精
度の交流電流発生器は著しく高価であるとともに
こうした微小電流ＩACを前記直流電流I0に重畳せ
しめるための一種の加算回路が必要となり、この
ためレーザ駆動電源８の内部は著しく複雑化する
という欠点があつた。
ｂの微分吸収値（Pr′／Pr）の曲線のピークｎの
大きさから容易に求めうるが、そのためには赤外
光源たるレーザDLの駆動電流I0に重畳すべき前
記交流電流ＩACの振幅を極めて安定させる必要が
あるほかにこうした高精度の交流電流を第１図中
の電源８中に備える必要が生じる。こうした高精
度の交流電流発生器は著しく高価であるとともに
こうした微小電流ＩACを前記直流電流I0に重畳せ
しめるための一種の加算回路が必要となり、この
ためレーザ駆動電源８の内部は著しく複雑化する
という欠点があつた。
本発明はこうした欠点に鑑みてなされたもの
で、ダイオード・レーザ駆動電流I0に高精度の正
弦波電流ＩACを重畳せしめずに、コンプレツサか
ら供給される寒剤たとえば高圧ヘリウムガスの圧
縮、膨張に基づく熱サイクルを利用して、レーザ
DLの温度を周期的に変化せしめ、これによつて
該レーザDLからの発光周波数νに周波数変調を
施すもので以下図面を用いて詳記する。
で、ダイオード・レーザ駆動電流I0に高精度の正
弦波電流ＩACを重畳せしめずに、コンプレツサか
ら供給される寒剤たとえば高圧ヘリウムガスの圧
縮、膨張に基づく熱サイクルを利用して、レーザ
DLの温度を周期的に変化せしめ、これによつて
該レーザDLからの発光周波数νに周波数変調を
施すもので以下図面を用いて詳記する。
第２図は本発明に係るレーザ光周波数νの周波
数変調方式を示したもので前記第１図と同等部位
には同一記号を付す。
数変調方式を示したもので前記第１図と同等部位
には同一記号を付す。
まずダイオード・レーザ素子DLは循環型冷凍
機の一部を構成するデユワーDU内のコールドヘ
ツドＨに良好な熱導伝性を有するように装着され
ており、該デユワーDUには矢印ワで示したよう
にコンプレツサCOからの寒剤たとえば高圧ヘリ
ウムガスが供給循環されるようになつている。上
記デユワー内の高圧ヘリウムガスのコンプレツサ
COによる圧縮時にはコールドヘツドの温度が上
昇し、逆に該ガスの膨張時には温度が低下する。
こうしたコールドヘツドの温度の上昇、低下はコ
ンプレツサーCOの極めて規則正しい動作によつ
て周期的にもたらされるのであるが、該温度の上
昇、低下は直接レーザ素子DLに伝えられる。レ
ーザ素子DLの発光周波数νは該ダイオード素子
DLの温度に直接依存するから、あらかじめ該ダ
イオード素子DLに電源８から基準となる光周波
数ν０をもたらす直流電流I0を供給しておけば、
該ダイオード素子DLの発光周波数νはこの光周
波数ν０を中心としてν１からν２まで精度よく
変化し、それゆえに光周波数ν０に対する正確な
周波数変調を施しうる。このレーザダイオード
DLからの光（赤外線）は矢印カ方向に放射され
るが、チヨツパCHはこの光を断続せしめる役割
を演じる。該チヨツパCHからの信号処理系２１
中に図示しない第１ロツクイン増幅器LA1への第
１の参照信号の伝達経路は矢印イで示されている
が、同じ信号処理系２１中の図示しない第２ロツ
クイン増幅器LA2への経路ロによつて伝達される
べき第２の参照信号はコンプレツサCOに取付け
られた圧力トランスデユーサＴを用いて取り出さ
れる。このようにすれば前記第１のロツクイン増
幅器LA1からは光路ヨを介して受光素子Ｄに入射
する光の受光パワーPrに対応した出力電圧Erが
出力される一方、前記第２のロツクイン増幅器
LA2からは該受光パワーPrの微分値Prに対応した
微分出力電圧Er′が取出され、これは信号処理系
２１から出力されて記録器５で記録されるので前
記第２図ｂに示したと同じ微分吸収曲線が得られ
ることになる。
機の一部を構成するデユワーDU内のコールドヘ
ツドＨに良好な熱導伝性を有するように装着され
ており、該デユワーDUには矢印ワで示したよう
にコンプレツサCOからの寒剤たとえば高圧ヘリ
ウムガスが供給循環されるようになつている。上
記デユワー内の高圧ヘリウムガスのコンプレツサ
COによる圧縮時にはコールドヘツドの温度が上
昇し、逆に該ガスの膨張時には温度が低下する。
こうしたコールドヘツドの温度の上昇、低下はコ
ンプレツサーCOの極めて規則正しい動作によつ
て周期的にもたらされるのであるが、該温度の上
昇、低下は直接レーザ素子DLに伝えられる。レ
ーザ素子DLの発光周波数νは該ダイオード素子
DLの温度に直接依存するから、あらかじめ該ダ
イオード素子DLに電源８から基準となる光周波
数ν０をもたらす直流電流I0を供給しておけば、
該ダイオード素子DLの発光周波数νはこの光周
波数ν０を中心としてν１からν２まで精度よく
変化し、それゆえに光周波数ν０に対する正確な
周波数変調を施しうる。このレーザダイオード
DLからの光（赤外線）は矢印カ方向に放射され
るが、チヨツパCHはこの光を断続せしめる役割
を演じる。該チヨツパCHからの信号処理系２１
中に図示しない第１ロツクイン増幅器LA1への第
１の参照信号の伝達経路は矢印イで示されている
が、同じ信号処理系２１中の図示しない第２ロツ
クイン増幅器LA2への経路ロによつて伝達される
べき第２の参照信号はコンプレツサCOに取付け
られた圧力トランスデユーサＴを用いて取り出さ
れる。このようにすれば前記第１のロツクイン増
幅器LA1からは光路ヨを介して受光素子Ｄに入射
する光の受光パワーPrに対応した出力電圧Erが
出力される一方、前記第２のロツクイン増幅器
LA2からは該受光パワーPrの微分値Prに対応した
微分出力電圧Er′が取出され、これは信号処理系
２１から出力されて記録器５で記録されるので前
記第２図ｂに示したと同じ微分吸収曲線が得られ
ることになる。
以上に述べた本発明に係る光周波数変調方式を
用いれば、基準光周波数に対応するダイオードレ
ーザの駆動直流電流に重畳すべき高い精度の微小
交流電流の発生器が不必要となり、これに伴つて
観測装置内の投光装置周辺回路が非常に簡単化さ
れるために、実用上多大の効果が期待できる。
用いれば、基準光周波数に対応するダイオードレ
ーザの駆動直流電流に重畳すべき高い精度の微小
交流電流の発生器が不必要となり、これに伴つて
観測装置内の投光装置周辺回路が非常に簡単化さ
れるために、実用上多大の効果が期待できる。
第１図は大気汚染ガス濃度の測定装置の一例を
示す系統図、第２図ａおよびｂは該測定装置によ
つて得られる光吸収スペクトルの吸収曲線ならび
に微分吸収曲線を示す図、第３図は本発明に係る
光周波数変調方式に基づく光周波数変調装置とそ
れに関連する装置との関係を示す系統図である。 CH…チヨツパ、CO…コンプレツサ、DL…ダ
イオード・レーザ、Ｄ…受光素子、Ｈ…コールド
ヘツド、Ｔ…圧力トランスデユーサ、ワ…寒剤の
供給循環経路、カ…放射光路、ヨ…入射光路、５
…記録器、８…直流電源、２１…信号処理系。
示す系統図、第２図ａおよびｂは該測定装置によ
つて得られる光吸収スペクトルの吸収曲線ならび
に微分吸収曲線を示す図、第３図は本発明に係る
光周波数変調方式に基づく光周波数変調装置とそ
れに関連する装置との関係を示す系統図である。 CH…チヨツパ、CO…コンプレツサ、DL…ダ
イオード・レーザ、Ｄ…受光素子、Ｈ…コールド
ヘツド、Ｔ…圧力トランスデユーサ、ワ…寒剤の
供給循環経路、カ…放射光路、ヨ…入射光路、５
…記録器、８…直流電源、２１…信号処理系。
Claims (1)
- １ 循環型冷凍機のコールドヘツドに装着された
ダイオード・レーザ素子から放射される基準光周
波数に対して所定の周波数偏差を与える周波数変
調形式の発光系において、上記ダイオード・レー
ザ素子に前記の基準光周波数に対応する直流電流
を供給する一方、前記冷凍機の圧縮、膨張に基づ
いた温度変化サイクルを前記基準光周波数に対し
て与えるべき周波数偏差に対応させ、該温度変化
によつて周波数偏差を与えるようにしたことを特
徴とする光周波数変調方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16995179A JPS5691488A (en) | 1979-12-25 | 1979-12-25 | Light frequency modulation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16995179A JPS5691488A (en) | 1979-12-25 | 1979-12-25 | Light frequency modulation system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5691488A JPS5691488A (en) | 1981-07-24 |
| JPS6237827B2 true JPS6237827B2 (ja) | 1987-08-14 |
Family
ID=15895884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16995179A Granted JPS5691488A (en) | 1979-12-25 | 1979-12-25 | Light frequency modulation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5691488A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0736318U (ja) * | 1991-03-15 | 1995-07-04 | 貢 長谷川 | 直射光又は強い反射光を遮るための遮光装置を備えた電気スタンド |
-
1979
- 1979-12-25 JP JP16995179A patent/JPS5691488A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0736318U (ja) * | 1991-03-15 | 1995-07-04 | 貢 長谷川 | 直射光又は強い反射光を遮るための遮光装置を備えた電気スタンド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5691488A (en) | 1981-07-24 |
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