超高感度レーザーセンサを利用した大気微量成分検出法の研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08458140
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 久世 宏明 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 助教授 (00169997)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾松 孝茂 千葉大学, 工学部, 助教授 (30241938) ; 竹内 延夫 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 教授 (60101044)
• Keywords: レーザーセンサ / 大気微量成分 / ファイバーリングレーザー

Research Abstract

オゾン層の破壊、酸性雨など地球大気の関わる環境問題において、大気微量成分の高感度検出はその重要性を増している。本研究は、近年の進展が著しいコンパクトなレーザー光源の特質を最大限に活用し、実験室内のプロトタイプの基礎研究を通じて、1気圧から10^<-3>気圧の条件下におけるpptオーダーの微量成分気体の検出法を確立することを目的として実施した。
1.空間伝播光の実験においては、必要な窓を備えた真空装置およびガス配管系を製作した。1.5μm帯に吸収を有する気体としてはアセチレンを用いた。まず、主として波長1.53μmの分布帰還形(DFB)半導体レーザーを光源として用い、電流変調による高感度吸収分光を行って吸収の遷移モーメントや掃引特性についての基礎データを得た後、高反射率ファブリー・ペロ-共振器を用いた超高感度検出実験を行った。使用した吸収セルの長さは0.25mであるが、等価的に長さ2mの吸収が観測され、吸収の増強効果が確認された。今後、ファブリー・ペロ-共振器および光源の波長の安定性を向上させることにより、共振器型センサの開発へ結び付けていく。
2.多モード光源法の一環として、全ファイバー型のリングレーザー共振器による微量気体検出の実験を行った。光源としてはエルビウム・ドープ型のファイバー増幅器を利用し、干渉フィルターで波長帯域の狭窄化を図った。ファイバーを直接接続できる気体セルを新たに考案・製作し、上記と同じくアセチレンを例として高感度検出の実証実験を行った。リングの構成条件などを変化させて実験を行った結果、励起パワーが発振閾値に近いところで圧力変化に対する出力変化が大きいこと、および、励起パワーを変化させることによって適当な圧力領域における微少な圧力変化のセンサとして優れた機能を有していることが明らかとなった。今後、系の損失を減少させることにより、非常にコンパクトな全ファイバー型微量気体センサとして実用化を図る。

Research Products

• [Publications] 麦野 明.他: "光ファイバリングレーザーによる微量気体検出" 光波センシング技術研究会論文集. 18-6. 41-48 (1996)
• [Publications] S.-Q Wu et al.: "Trace Moisture Measurements with Dual-beam Diode Laser Spectroscopy" Proceedings of the International Symposium on Semiconductor Manufacturing. 5. 321-324 (1996)