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公開番号2025048572
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2023157454
出願日2023-09-22
発明の名称分光分析装置
出願人浜松ホトニクス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01J 3/18 20060101AFI20250327BHJP(測定;試験)
要約【課題】高い波長精度及び波長分解能を有する構成を安価に実現できる分光分析装置を提供する。
【解決手段】分光分析装置1Aは、離散的な発振スペクトルを示す複数のモードの各々に対応する複数のモード光Mを含むレーザ光Lを出射するファブリペロー型のQCL素子2と、QCL素子2から出射されたレーザ光Lを複数のモード光Mに分光する回折格子4と、回折格子4によって分光された後にサンプルSを透過したモード光Mを検出する光検出器8と、を備える。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
離散的な発振スペクトルを示す複数のモードの各々に対応する複数のモード光を含むレーザ光を出射するファブリペロー型の量子カスケードレーザ素子と、
前記量子カスケードレーザ素子から出射された前記レーザ光を前記複数のモード光に分光する分光部と、
前記分光部によって分光された後にサンプルを透過した又は前記サンプルで反射された前記モード光を検出する光検出器と、
を備える分光分析装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
互いに対向するように配置された第１平面ミラーと第２平面ミラーとからなり、前記モード光を前記第１平面ミラーと前記第２平面ミラーとの間で多重反射させつつ前記光検出器へと導く反射部を更に備え、
前記第１平面ミラーと前記第２平面ミラーとは、前記モード光が入射される側から前記モード光が前記光検出器へと出射される側に向かうにつれて、前記第１平面ミラーと前記第２平面ミラーとの距離が大きくなるように、互いに傾斜しており、
前記光検出器は、前記第１平面ミラーと前記第２平面ミラーとの間に配置された前記サンプルを透過した前記モード光を検出する、請求項１に記載の分光分析装置。
【請求項３】
前記反射部は、前記モード光が最初に前記第１平面ミラーに入射するように配置されており、
前記第２平面ミラーに対する前記第１平面ミラーの傾斜角度は、前記光検出器に検出される前記モード光が最初に前記第１平面ミラーに入射する際の入射角度と一致するように構成されている、請求項２に記載の分光分析装置。
【請求項４】
前記分光部は、前記分光部に対する前記レーザ光の入射角度を変化させるように回動可能に構成されたＭＥＭＳ回折格子である、請求項１に記載の分光分析装置。
【請求項５】
前記モード光の光路上において前記サンプルと前記光検出器との間に配置され、前記複数のモードのうちの一のモードに対応する前記モード光を選択的に通過させるためのスリットが設けられたスリット部材を更に備える、請求項１に記載の分光分析装置。
【請求項６】
前記量子カスケードレーザ素子と前記分光部との間に配置され、前記レーザ光をコリメートするコリメートレンズを更に備え、
前記コリメートレンズによりコリメートされた前記レーザ光のビームウエストの位置は、前記スリットの位置に合わされている、請求項５に記載の分光分析装置。
【請求項７】
前記モード光の光路上において前記サンプルと前記スリット部材との間に配置され、前記スリットの長手方向に前記モード光を集光するシリンドリカルレンズを更に備える、請求項５又は６に記載の分光分析装置。
【請求項８】
前記量子カスケードレーザ素子と前記分光部との間に配置され、前記レーザ光をコリメートするコリメートレンズを更に備え、
前記コリメートレンズによりコリメートされた前記レーザ光のビームウエストの位置は、前記光検出器の受光面の位置に合わされている、請求項１に記載の分光分析装置。
【請求項９】
前記光検出器は、量子型検出器である、請求項１に記載の分光分析装置。
【請求項１０】
前記モード光の光路上において前記サンプルと前記光検出器との間に配置され、互いに隣接するモード光同士が互いにずれる方向と前記モード光の進行方向との両方に直交する方向に前記モード光を集光するシリンドリカルレンズを更に備える、請求項１に記載の分光分析装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、分光分析装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
中赤外光（波長３μｍ～２０μｍ）は、分子の基本振動に由来した強い吸収が観測されるため、主にガス分子を対象とした吸収分光法（分光分析法）に用いられる。このような分光分析法を行うための装置構成として、回折格子、プリズム等の分散素子を用いた分散方式が知られている。従来の分散方式として、広帯域なランプ光源の放射光を分散素子で分光し、分散された波長成分毎に光検出器で検出を行う方式（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－１９７３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の分散方式では、波長分解能は、グレーティングの溝本数等の分散素子の性能に依存する。また、単一の光検出器を用いる場合には、分散素子の角度を変更するための可動部（例えば、分散素子を回転させる機構）が必要となり、可動部の繰り返し動作の再現性の高さが波長精度に影響を及ぼす。一方、光検出器としてラインセンサを用いる場合には、上述したような可動部を省略することが可能となるが、高い波長分解能を得るためには狭ピッチのラインセンサを用いる必要がある。以上のように、従来の分散方式では、分散素子の性能、ラインセンサのピッチ、可動部の動作精度等のいくつかの要因によって分光器としての波長精度及び波長分解能が決定されるため、これらの高性能化には高額な要素技術（例えば、狭ピッチのラインセンサ、高精度に分散素子の角度を変更するためのピエゾアクチュエータ等）が必要となる。さらに、従来の分散方式で用いられるランプ光源は、広帯域な発光波長範囲を有する一方で、波長成分毎の光強度が小さい。このため、ランプ光源からの放射光を高い波長分解能で波長成分毎に分散させることで得られる測定光は、極めて微弱となる。このような微弱な測定光を精度良く測定するためには、高感度な光検出器が必須となる。
【０００５】
そこで、本開示の一側面は、高い波長精度及び波長分解能を有する構成を安価に実現できる分光分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、以下の［１］～［１６］の分光分析装置を含んでいる。
【０００７】
［１］離散的な発振スペクトルを示す複数のモードの各々に対応する複数のモード光を含むレーザ光を出射するファブリペロー型の量子カスケードレーザ素子と、
前記量子カスケードレーザ素子から出射された前記レーザ光を前記複数のモード光に分光する分光部と、
前記分光部によって分光された後にサンプルを透過した又は前記サンプルで反射された前記モード光を検出する光検出器と、
を備える分光分析装置。
【０００８】
上記［１］の分光分析装置は、分散方式の分光分析のための光源として、離散的に分布する複数のモード光を発振するファブリペロー型の量子カスケードレーザ素子を備えている。これにより、波長分解能及び波長精度を、モード間隔によって規定することができる。また、ファブリペロー型の量子カスケードレーザ素子の光出力は、従来の分散方式で光源として用いられていたランプ光源よりも大きいことから、離散化された各モード光（各波長成分）の光強度は比較的大きくなるため、光検出器にはそれほど高い感度は要求されない。従って、上記分光分析装置によれば、高い波長精度及び波長分解能を有する構成を安価に実現できる。
【０００９】
［２］互いに対向するように配置された第１平面ミラーと第２平面ミラーとからなり、前記モード光を前記第１平面ミラーと前記第２平面ミラーとの間で多重反射させつつ前記光検出器へと導く反射部を更に備え、
前記第１平面ミラーと前記第２平面ミラーとは、前記モード光が入射される側から前記モード光が前記光検出器へと出射される側に向かうにつれて、前記第１平面ミラーと前記第２平面ミラーとの距離が大きくなるように、互いに傾斜しており、
前記光検出器は、前記第１平面ミラーと前記第２平面ミラーとの間に配置された前記サンプルを透過した前記モード光を検出する、［１］の分光分析装置。
【００１０】
上記［２］の構成によれば、サンプルが配置された第１平面ミラーと第２平面ミラーとの間でモード光を多重反射させることにより、装置の大型化を抑制しつつ、第１平面ミラーと第２平面ミラーとの間を通過するモード光の光路長を長くすることができるため、互いに隣接するモード同士の間隔を大きくすることができる。これにより、各モード光を光検出器で個別に検出することが容易となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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