超小型固体レーザーを用いた広域環境汚染微量分子センサーの開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12558058
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 小林 喬郎 福井大学, 工学部, 教授 (90006247)
• 研究分担者: 杉本 伸夫 国立環境研究所, 大気環境部, 室長 (90132852) ; 川戸 栄 福井大学, 工学部, 助手 (60313730)
• キーワード: 光パラメトリック発振器 / レーザーレーダー / 吸収分光 / 微量分子センサー / 地形物ターゲット / マイクロチップレーザー

研究概要

近年、地球環境の温度化や大気汚染問題の深刻化が進んでおり、その解明のため、広域にわたる大気汚染物質の濃度を実時間で捉える高感度で高機能の光センサーの実現が期待されている。本研究は超小型の光パラメトリック発振器(OPO)による赤外域波長可変レーザー光源を試作し、多種類の大気汚染分子濃度の室内平均値や分布を遠隔計測する小型で微分吸収型の新方式レーザーレーダーの開発を行うことを目的としている。
本年度の研究成果は次の通りである。
(1)赤外域波長可変の全固体・超小型OPO光源の開発
LD(出力3W)の直接結合励起によるNd:YAGマイクロチップレーザーのCr^<4+>:YAG可飽和吸収素子によるQスイッチ動作で、パルスエネルギー30μJ、パルス繰返し10KHz、平均出力300mWを得た。つぎに、励起光源としてPPMgLN擬似位相整合結晶を用いた光パラメトリック発振器(OPO)を構成し、波長3.3μm帯で出力約30mWが得られた。さらに1.6μm帯のLD光を外部より注入することにより3.3μm帯の出力を単一周波数にすることができた。
(2)汚染分子の最適波長の選定と分光実験
先ず、測定分子としてメタンCH_4分子を取り上げ、HITRANデータベースを用いて最適波長などの解析を行った。特に、水蒸気やCO_2など大気構成主要分子のスペクトルとの干渉を小さくすること及び光路長により吸収強度を最適にするスペクトルの選択条件などについて検討を加えた。

研究成果

• [文献書誌] D.Shen,T.Kobayashi: "Periodically poled MgO : LiNbO_3 optical parametric oscillator pumped by a single-frequency passively Q-switched microchip Nd : YAG laser"Technical Digest of Conference on Lasers and Electro-Optics. CThH2. 425 (2000)
• [文献書誌] D.Shen,S.Tam,T.Kobayashi: "Diode-Pumped Passively Q-switched Single-Frequency Nd : YAG Lasers"Optical Review. Vol7,5. 451-454 (2000)
• [文献書誌] D.Sun,S.Kawato,T.Kobayashi: "Ultraviolet Rayleigh Lidar for Wind and Temperature Measurements"Optical Review. Vol7,6. 555-560 (2000)
• [文献書誌] T.Kobayashi,Y,Mizoguchi,T.Matsumura,S.Kawato: "Development of a compact direct-detection, Doppler lidar system for wind profiling"Proc.of SPIE Second International Asia-Pacific Symposium on Remote Sensing of the Atmosphere, Environment, and Space. (2000)