特開 2024-127352 光パルス発生装置および分析システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024127352

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】光パルス発生装置および分析システム

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/113 20060101AFI20240912BHJP

   G01N 21/59 20060101ALI20240912BHJP

   G01N 21/01 20060101ALI20240912BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20240912BHJP

   H01S 3/082 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

H01S3/113

G01N21/59 Z

G01N21/01 D

H01S3/067

H01S3/082

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023036461

(22)【出願日】2023-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】599055382

【氏名又は名称】学校法人東邦大学

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大登 正敬

(72)【発明者】

【氏名】武田 直希

(72)【発明者】

【氏名】谷口 裕

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 善晶

【テーマコード（参考）】

2G059

5F172

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059AA02

2G059BB01

2G059CC05

2G059CC06

2G059DD12

2G059EE01

2G059GG01

2G059GG08

2G059JJ11

2G059JJ17

2G059JJ22

2G059KK01

5F172AM04

5F172AM08

5F172DD04

5F172DD06

5F172NN14

5F172NQ53

5F172WW18

5F172ZZ04

(57)【要約】

【課題】第１共振器と第２共振器との間における光学特性差の時間的な変動を抑制する。
【解決手段】光パルス発生装置１００は、第１共振器Ｃ1により第１光パルスを発生する第１光パルス発生器３０と、第２共振器Ｃ2により第２光パルスを発生する第２光パルス発生器４０と、第１光パルスと第２光パルスとを合波する合波部５０とを具備し、第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2との光軸間の距離は６ｍｍ以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１共振器により第１光パルスを発生する第１光パルス発生器と、
第２共振器により第２光パルスを発生する第２光パルス発生器と、
前記第１光パルスと前記第２光パルスとを合波する合波部とを具備し、
前記第１共振器と前記第２共振器との光軸間の距離は６ｍｍ以下である
光パルス発生装置。

【請求項2】

励起光を出射する光源装置と、
前記光源装置から出射する励起光を分岐することで前記第１光パルス発生器と前記第２光パルス発生器とに供給する分岐部と
をさらに具備する請求項１の光パルス発生装置。

【請求項3】

前記第１光パルス発生器は、前記第１共振器と前記合波部との間の第１光学素子を含み、
前記第２光パルス発生器は、前記第２共振器と前記合波部との間の第２光学素子を含み、
前記第１光学素子と前記第２光学素子との光軸間の距離は６ｍｍ以下である
請求項１の光パルス発生装置。

【請求項4】

設置面に溝部が形成された第１基板をさらに具備し、
前記第１共振器および前記第２共振器は、前記溝部に収容される
請求項１の光パルス発生装置。

【請求項5】

前記設置面に対向した状態で前記第１基板に接合される第２基板
をさらに具備する請求項４の光パルス発生装置。

【請求項6】

前記第１共振器は、
第１可飽和吸収ミラーと、
第１部分反射ミラーと、
前記第１可飽和吸収ミラーと前記第１部分反射ミラーとの間に設置され、増幅媒質を含む第１増幅ファイバーとを含み、
前記第２共振器は、
第２可飽和吸収ミラーと、
第２部分反射ミラーと、
前記第２可飽和吸収ミラーと前記第２部分反射ミラーとの間に設置され、増幅媒質を含む第２増幅ファイバーとを含み、
前記第１可飽和吸収ミラーと前記第２可飽和吸収ミラーとの光軸間の距離、前記第１部分反射ミラーと前記第２部分反射ミラーとの光軸間の距離、および、前記第１増幅ファイバーと前記第２増幅ファイバーとの光軸間の距離は、６ｍｍ以下である
請求項１の光パルス発生装置。

【請求項7】

光パルスを試料に照射する光パルス発生装置と、
前記試料を通過した光パルスを検出する検出装置と、
前記検出装置による検出結果の解析により前記試料の特性を分析する情報処理装置と
を具備し、
前記光パルス発生装置は、
第１共振器により第１光パルスを発生する第１光パルス発生器と、
第２共振器により第２光パルスを発生する第２光パルス発生器と、
前記第１光パルスと前記第２光パルスとを合波する合波部とを具備し、
前記第１共振器と前記第２共振器との光軸間の距離は６ｍｍ以下である
分析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光パルス発生装置および分析システムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザー光の照射により試料の特性を分析する各種の技術が従来から提案されている。例えば非特許文献１には、デュアルコム分光により広い波長範囲でガスの吸収線を計測する技術が開示されている。デュアルコム分光は、僅かに異なる発振周波数を有する２個のコム光源からの出射光を合波し、干渉信号を測定することにより分光する技術である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Sho Okubo, et. al.,"Ultra-broadband dual-comb spectroscopy across 1.0-1.9μm," Applied Physics Express 8, 082402 (2015)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、非特許文献１に記載された技術では、相互に独立した２個のコム光源を設置する必要があり、かつ、２個のコム光源を相互に同期させるための同期機構が不可欠である。この同期機構は複雑かつ大型であるため、実験室以外のフィールドでの計測には不向きであるという課題がある。

【0005】

近年、例えばデュアルコム分光を利用したガス分析が検討されているが、産業上の用途で使用するためには、例えば屋外および工場等の過酷な空間において使用可能であることが要求される。以上の事情を背景として、簡素な構成かつ小型であり、かつ安定性の高いデュアルコム分光装置の開発が期待されている。なお、以上の説明ではガス分析に便宜的に着目したが、ガス分析以外の用途についても同様の課題が想定される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の課題を解決するために、本開示のひとつの態様に係る光パルス発生装置は、第１共振器により第１光パルスを発生する第１光パルス発生器と、第２共振器により第２光パルスを発生する第２光パルス発生器と、前記第１光パルスと前記第２光パルスとを合波する合波部とを具備し、前記第１共振器と前記第２共振器との光軸間の距離は６ｍｍ以下である。

【0007】

本開示のひとつの態様に係る分析システムは、光パルスを試料に照射する光パルス発生装置と、前記試料を通過した光パルスを検出する検出装置と、前記検出装置による検出結果の解析により前記試料の特性を分析する情報処理装置とを具備し、前記光パルス発生装置は、第１共振器により第１光パルスを発生する第１光パルス発生器と、第２共振器により第２光パルスを発生する第２光パルス発生器と、前記第１光パルスと前記第２光パルスとを合波する合波部とを具備し、前記第１共振器と前記第２共振器との光軸間の距離は６ｍｍ以下である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態における光パルス発生装置の構成図である。

【図2】光パルス発生装置を構成する要素の実際の配置に関する説明図である。

【図3】第１実施形態における光パルス発生装置の動作特性である。

【図4】対比例における動作特性である。

【図5】第１実施形態における光パルス発生装置の構成図である。

【図6】図５におけるVI-VI線の断面図である。

【図7】第２基板の設置面の平面図である。

【図8】第２実施形態における光パルス発生装置の平面図である。

【図9】第２基板の溝部に光パルス発生装置が収容された状態の平面図である。

【図10】第３実施形態における光パルス発生装置の構成図である。

【図11】第４実施形態における光パルス発生装置の構成図である。

【図12】第５実施形態における光パルス発生装置の構成図である。

【図13】第５実施形態における第１光学系の説明図である

【図14】第６実施形態における分析システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、各図面においては、各要素の寸法および縮尺が実際の製品とは相違する場合がある。また、以下に説明する形態は、本開示を実施する場合に想定される例示的な一形態である。したがって、本開示の範囲は、以下に例示する形態には限定されない。

【0010】

Ａ：第１実施形態
図１は、第１実施形態における光パルス発生装置１００の構成図である。第１実施形態の光パルス発生装置１００は、光周波数コムの光パルスを周期的に発生するレーザー装置である。光周波数コムの光パルスは、周波数軸上に等間隔に配列された複数の成分で構成される。図１に例示される通り、光パルス発生装置１００は、光源装置１０と分岐部２０と第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０と合波部５０とコリメータ６０とを具備する。

【0011】

光源装置１０は、励起光を出射する励起光源である。具体的には、光源装置１０は、パルス状の励起光を周期的に出射する。例えばレーザーダイオードが光源装置１０として利用される。なお、光源装置１０は、光パルス発生装置１００に接続される外部要素として把握されてもよい。

【0012】

分岐部２０は、光源装置１０から出射した励起光を２系統に分岐する。分岐部２０は、第１分岐ファイバー２１と第２分岐ファイバー２２と入射ファイバー２３と分岐カプラー２４とを具備する。光源装置１０から出射した励起光は、入射ファイバー２３を通過して分岐カプラー２４に供給される。分岐カプラー２４は、光源装置１０から供給された励起光を２系統に分岐する光学素子である。比率５０：５０の等分岐ファイバーカプラーが分岐カプラー２４として利用される。

【0013】

分岐カプラー２４による分岐後の２系統のうち一方の系統の励起光は、第１分岐ファイバー２１を通過して第１光パルス発生器３０に供給される。分岐後の２系統のうち他方の系統の励起光は、第２分岐ファイバー２２を通過して第２光パルス発生器４０に供給される。以上の説明から理解される通り、第１実施形態の分岐部２０は、光源装置１０から出射する励起光を分岐することで第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とに供給する。すなわち、相互に同期した励起光が第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とに供給される。

【0014】

第１光パルス発生器３０は、光周波数コムの第１光パルスを周期的に発生するレーザー装置である。具体的には、第１光パルス発生器３０は、分岐部２０から供給される励起光により第１光パルスを発生する。同様に、第２光パルス発生器４０は、光周波数コムの第２光パルスを周期的に発生するレーザー装置である。具体的には、第２光パルス発生器４０は、分岐部２０から供給される励起光により第２光パルスを発生する。第１光パルスの周波数スペクトルと第２光パルスの周波数スペクトルとの間では、周波数軸上において相互に隣合う各成分の間隔（繰返し周波数）が僅かに相違する。以上の説明から理解される通り、第１実施形態の光パルス発生装置１００は、デュアルコム分光装置である。

【0015】

第１光パルス発生器３０の構造と第２光パルス発生器４０の構造とは実質的に共通する。第１光パルス発生器３０は、第１光ファイバー３１と第１入射カプラー３２と第１可飽和吸収ミラー３３と第１部分反射ミラー３４と第１アイソレーター３５とを具備する。第１光ファイバー３１は、第１入射カプラー３２と第１可飽和吸収ミラー３３と第１部分反射ミラー３４と第１アイソレーター３５とが設置される光導波路を構成する。同様に、第２光パルス発生器４０は、第２光ファイバー４１と第２入射カプラー４２と第２可飽和吸収ミラー４３と第２部分反射ミラー４４と第２アイソレーター４５とを具備する。第２光ファイバー４１は、第２入射カプラー４２と第２可飽和吸収ミラー４３と第２部分反射ミラー４４と第２アイソレーター４５とが設置される光導波路を構成する。第１光パルス発生器３０および第２光パルス発生器４０を含む系全体の光ファイバーは、例えば偏波保持光ファイバーで構成される。

【0016】

第１入射カプラー３２は、第１分岐ファイバー２１を通過した励起光を第１光パルス発生器３０に導入するための光学素子である。第２入射カプラー４２は、第２分岐ファイバー２２を通過した励起光を第２光パルス発生器４０に導入するための光学素子である。例えばＷＤＭカプラーが、第１入射カプラー３２および第２入射カプラー４２として利用される。

【0017】

第１可飽和吸収ミラー３３および第２可飽和吸収ミラー４３は、励起光のエネルギーが一定以上になったときにパルス光を発生させる光学素子である。例えば半導体可飽和吸収ミラー(ＳＥＳＡＭ：Semiconductor Saturable Absorber Mirror)が、第１可飽和吸収ミラー３３および第２可飽和吸収ミラー４３として利用される。第１部分反射ミラー３４および第２部分反射ミラー４４は、入射光の一部の成分を反射するとともに残余の成分を透過する光学素子である。

【0018】

第１光ファイバー３１は、第１増幅ファイバー３６を含む。第１増幅ファイバー３６は、第１可飽和吸収ミラー３３と第１部分反射ミラー３４との間に設置される。同様に、第２光ファイバー４１は、第２増幅ファイバー４６を含む。第２増幅ファイバー４６は、第２可飽和吸収ミラー４３と第２部分反射ミラー４４との間に設置される。

【0019】

第１増幅ファイバー３６および第２増幅ファイバー４６は、入射光を増幅する。例えば増幅媒質である希土類元素を含む希土類ドープファイバーである。例えばエルビウム（Ｅｒ）がコアに添加されたエルビウムドープファイバー（ＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber）が、第１増幅ファイバー３６および第２増幅ファイバー４６として例示される。

【0020】

第１入射カプラー３２と第１部分反射ミラー３４とを通過した励起光は、第１可飽和吸収ミラー３３と第１部分反射ミラー３４との間で反復的に反射する。反復的な反射の過程において励起光は第１増幅ファイバー３６により増幅され、増幅後の一部の成分が第１光パルスとして第１部分反射ミラー３４を透過する。以上の説明から理解される通り、第１可飽和吸収ミラー３３と第１部分反射ミラー３４と第１増幅ファイバー３６とは、第１光パルスを光共振により生成する第１共振器Ｃ1を構成する。第１共振器Ｃ1は、ファブリペロー型共振器である。

【0021】

第１入射カプラー３２および第１アイソレーター３５は、第１共振器Ｃ1と合波部５０との間に設置される。第１アイソレーター３５は、順方向に進行する光のみを通過する光学素子である。第１共振器Ｃ1から出射した第１光パルスは、第１入射カプラー３２と第１アイソレーター３５とを通過して合波部５０に供給される。以上の説明の通り、第１光パルス発生器３０は、第１共振器Ｃ1により第１光パルスを発生する。なお、第１入射カプラー３２および第１アイソレーター３５は「第１光学素子」の一例である。

【0022】

第２入射カプラー４２と第２部分反射ミラー４４とを通過した励起光は、第２可飽和吸収ミラー４３と第２部分反射ミラー４４との間で反復的に反射する。反復的な反射の過程において励起光は第２増幅ファイバー４６により増幅され、増幅後の一部の成分が第２光パルスとして第２部分反射ミラー４４を透過する。以上の説明から理解される通り、第２可飽和吸収ミラー４３と第２部分反射ミラー４４と第２増幅ファイバー４６とは、第２光パルスを光共振により生成する第２共振器Ｃ2を構成する。第２共振器Ｃ2は、第１共振器Ｃ1と同様にファブリペロー型共振器である。

【0023】

第２入射カプラー４２および第２アイソレーター４５は、第２共振器Ｃ2と合波部５０との間に設置される。第２アイソレーター４５は、順方向に進行する光のみを通過する光学素子である。第２共振器Ｃ2から出射した第２光パルスは、第２入射カプラー４２と第２アイソレーター４５とを通過して合波部５０に供給される。以上の説明の通り、第２光パルス発生器４０は、第２共振器Ｃ2により第２光パルスを発生する。なお、第２入射カプラー４２および第２アイソレーター４５は「第２光学素子」の一例である。

【0024】

第１共振器Ｃ1における第１可飽和吸収ミラー３３と第１部分反射ミラー３４との距離と、第２共振器Ｃ2における第２可飽和吸収ミラー４３と第２部分反射ミラー４４との距離とは僅かに相違する。したがって、前述の通り、第１光パルスの周波数スペクトルと第２光パルスの周波数スペクトルとの間では、周波数軸上の各成分の間隔が相違する。

【0025】

合波部５０は、第１光パルス発生器３０から出射した第１光パルスと第２光パルス発生器４０から出射した第２光パルスとを合波する。具体的には、合波部５０は、第１出射ファイバー５１と第２出射ファイバー５２と合波カプラー５３と出射ファイバー５４とを具備する。第１光パルス発生器３０から出射した第１光パルスは、第１出射ファイバー５１を通過して合波カプラー５３に入射する。同様に、第２光パルス発生器４０から出射した第２光パルスは、第２出射ファイバー５２を通過して合波カプラー５３に入射する。合波カプラー５３は、第１光パルスと第２光パルスとを合波する光学素子である。例えば等分岐カプラーが合波カプラー５３として利用される。

【0026】

合波カプラー５３から出射した光パルスは出射ファイバー５４を通過する。コリメータ６０は、合波部５０から出射する光パルスを平行光線に変換する。光パルス発生装置１００の構成は以上の通りである。

【0027】

図２は、光パルス発生装置１００を構成する要素の実際の配置に関する説明図である。図２に例示される通り、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とは相互に近接して設置される。具体的には、第１光パルス発生器３０の光軸と第２光パルス発生器４０の光軸との距離は、６ｍｍ以下である。例えば、第１光ファイバー３１と第２光ファイバー４１との光軸間の距離は６ｍｍ以下である。光軸は、第１光パルス発生器３０および第２光パルス発生器４０を構成する各光学素子を通過する光束を代表する仮想的な光線である。光軸は、各光学素子の回転対称軸（すなわち中心軸）とも表現される。

【0028】

具体的には、第１共振器Ｃ1の光軸と第２共振器Ｃ2の光軸との距離は６ｍｍ以下である。例えば、図２に例示される通り、第１可飽和吸収ミラー３３の光軸Ｘ1aと第２可飽和吸収ミラー４３の光軸Ｘ2aとの距離Ｄa、第１部分反射ミラー３４の光軸Ｘ1bと第２部分反射ミラー４４の光軸Ｘ2bとの距離Ｄb、および、第１増幅ファイバー３６の光軸Ｘ1cと第２増幅ファイバー４６の光軸Ｘ2cとの距離Ｄcは、６ｍｍ以下である。さらに詳細には、距離Ｄcは３ｍｍ以下であり、より好適には１ｍｍ以下である。

【0029】

第１共振器Ｃ1の各要素と第２共振器Ｃ2の各要素とは、以上の条件を充足するように例えば接合テープにより相互に固定される。なお、第１共振器Ｃ1の各要素と第２共振器Ｃ2の各要素とは相互に接触した状態で設置されてもよい。例えば、第１可飽和吸収ミラー３３と第２可飽和吸収ミラー４３とが相互に接触した状態で設置され、第１部分反射ミラー３４と第２部分反射ミラー４４とが相互に接触した状態で設置される。また、第１増幅ファイバー３６と第２増幅ファイバー４６とが相互に接触した状態で設置される。

【0030】

第１共振器Ｃ1および第２共振器Ｃ2のほか、第１光パルス発生器３０のうち第１共振器Ｃ1と合波部５０との間の要素と、第２光パルス発生器４０のうち第２共振器Ｃ2と合波部５０との間の要素とについても、相互に近接して設置される。具体的には、図２に例示される通り、第１入射カプラー３２の光軸Ｘ1dと第２入射カプラー４２の光軸Ｘ2dとの距離Ｄdは６ｍｍ以下であり、第１アイソレーター３５の光軸Ｘ1eと第２アイソレーター４５の光軸Ｘ2eとの距離Ｄeは６ｍｍ以下である。なお、以上の説明においては、第１光パルス発生器３０の光学素子と第２光パルス発生器４０の光学素子との光軸間の距離が６ｍｍ以下である形態を例示したが、各光学素子の光軸間の距離は３ｍｍ以下でもよく、さらに詳細には１ｍｍ以下に設定される。

【0031】

以上に説明した通り、第１実施形態においては、第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2との光軸間の距離（Ｄa，Ｄb，Ｄc）が６ｍｍ以下となるように第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2とが相互に近接して設置される。したがって、簡素な構成で小型の光パルス発生装置１００が実現される。

【0032】

また、第１実施形態においては、第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2とが相互に近接して設置されるから、例えば環境温度の変化等の外乱の影響が第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2との間で近似する。したがって、第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2との間における光学特性差の変動を抑制できる。すなわち、光学特性差の変動が抑制された安定性の高い動作が実現され、ひいては、光パルス発生装置１００を利用した試料の分析精度を向上させることが可能である。

【0033】

図３は、第１実施形態における光パルス発生装置１００の動作特性である。図４は、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０との光軸間の距離が充分に大きい形態（以下「対比例」という）における動作特性である。図３および図４には、周波数Ｆ1と周波数Ｆ2と周波数差ΔＦとについて時間的な変化が図示されている。周波数Ｆ1は、第１光パルス発生器３０が出射する第１光パルスの周波数であり、周波数Ｆ2は、第２光パルス発生器４０が出射する第２光パルスの周波数である。周波数Ｆ1および周波数Ｆ2は、時間軸上において相前後する光パルスの間隔（周期）の逆数である。周波数差ΔＦは、周波数Ｆ1と周波数Ｆ2との差異（ΔＦ＝｜Ｆ1－Ｆ2｜）である。周波数差ΔＦは、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０との間の光学特性差の一例である。

【0034】

図３および図４においては、環境温度が経時的に変化した場合が想定されている。対比例においては、第１光パルス発生器３０に対する環境温度の影響と第２光パルス発生器４０に対する環境温度の影響とが顕著に相違するから、図４から把握される通り、周波数Ｆ1の時間変化と周波数Ｆ2の時間変化とは顕著に相違する。したがって、対比例においては、周波数差ΔＦが経時的に変動する。

【0035】

対比例とは対照的に、第１実施形態においては、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とが充分に近接して設置されるから、環境温度の影響は第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とで実質的に共通する。以上の状況では、図３から把握される通り、周波数Ｆ1の時間変化と周波数Ｆ2の時間変化とは概ね一致する。したがって、第１実施形態においては、周波数差ΔＦの経時的な変動が対比例と比較して充分に低減される。以上の説明から理解される通り、第１実施形態においては、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とが、周波数差ΔＦの経時的な変動が充分に抑制される程度に近接して設置される。

【0036】

なお、図３および図４においては周波数Ｆ1および周波数Ｆ2に着目したが、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とが充分に近接して設置される構成により、第１光パルスと第２光パルスとの間における周波数スペクトルの光学特性差の経時的な変動も抑制される。例えば、第１光パルスにおける周波数軸上の各成分の間隔と、第２光パルスにおける周波数軸上の各成分の間隔との差異（光学特性差）の時間変化が抑制される。

【0037】

第１実施形態においては特に、第１可飽和吸収ミラー３３と第２可飽和吸収ミラー４３との光軸間の距離Ｄa、第１部分反射ミラー３４と第２部分反射ミラー４４との光軸間の距離Ｄb、および、第１増幅ファイバー３６と第２増幅ファイバー４６との光軸間の距離Ｄcが、何れも６ｍｍ以下である。したがって、第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2との間における光学特性差の変動を抑制できるという効果は格別に顕著である。

【0038】

さらに、第１実施形態においては、第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2との間の光軸間の距離（Ｄa，Ｄb，Ｄc）が６ｍｍ以下であるほか、第１共振器Ｃ1の外側の光学素子（第１入射カプラー３２および第１アイソレーター３５）と第２共振器Ｃ2の外側の光学素子（第２入射カプラー４２および第２アイソレーター４５）との光軸間の距離も６ｍｍ以下である。したがって、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０との全体にわたり光学特性差の変動を抑制できる。

【0039】

Ｂ：第２実施形態
本開示の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各態様において機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明と同様の符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

【0040】

図５は、第２実施形態における光パルス発生装置１００の平面図である。図６は、図５におけるVI-VI線の断面図である。

【0041】

図５および図６に例示される通り、第２実施形態の光パルス発生装置１００は、第１基板７１と第２基板７２とを具備する。第１基板７１および第２基板７２は、例えば金属または樹脂等の材料により形成された矩形状の板状部材である。第１基板７１および第２基板７２は、相互に対向した状態で接合される。例えばネジ等の複数の締結具７９により第１基板７１と第２基板７２とが相互に接合される。

【0042】

第１基板７１のうち第２基板７２に対向する表面（以下「設置面７３」という）には溝部７４が形成される。溝部７４は、設置面７３に対して窪んだ凹部である。光パルス発生装置１００のうち第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０と分岐部２０と合波部５０とは、溝部７４に収容される。具体的には、溝部７４の内周面と第２基板７２の下面とにより包囲された空間に、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０と分岐部２０と合波部５０とが収容される。すなわち、第２実施形態においては、第１共振器Ｃ1および第２共振器Ｃ2が溝部７４に収容される。なお、図５に例示される通り、光源装置１０およびコリメータ６０は第１基板７１および第２基板７２の外側に設置される。ただし、光源装置１０およびコリメータ６０は第１基板７１と第２基板７２との間に設置されてもよい。

【0043】

図７は、第２基板７２の設置面７３の平面図である。図７に例示される通り、溝部７４は、複数の収容空間７５（７５a，７５b，７５c，７５d，７５e，７５f）と連通空間７６とを含む。各収容空間７５は、光パルス発生装置１００の各光学素子を収容する空間である。連通空間７６は、各収容空間７５を連結するように直線状または円弧状に延在する空間である。図６に拡大される通り、各収容空間７５の横幅Ｗaは、連通空間７６の横幅Ｗbを上回る（Ｗa＞Ｗb）。例えば、収容空間７５の横幅Ｗaは４ｍｍ～６ｍｍであり、連通空間７６の横幅Ｗbは４８０μｍ程度である。また、各収容空間７５の深さＨaは、各連通空間７６の深さＨbを上回る（Ｈa＞Ｈb）。

【0044】

図８は、第２実施形態における光パルス発生装置１００の平面図である。図８に例示される通り、第２実施形態における第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とは、円弧状に成形される。具体的には、第１入射カプラー３２と第１可飽和吸収ミラー３３と第１部分反射ミラー３４と第１アイソレーター３５とは周方向に配列される。同様に、第２入射カプラー４２と第２可飽和吸収ミラー４３と第２部分反射ミラー４４と第２アイソレーター４５とは周方向に配列される。

【0045】

図９は、第２基板７２の溝部７４に光パルス発生装置１００が収容された状態の平面図である。図９に例示される通り、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とは、相互に近接した状態で溝部７４に収容される。例えば、第１可飽和吸収ミラー３３および第２可飽和吸収ミラー４３は収容空間７５aに収容され、第１部分反射ミラー３４および第２部分反射ミラー４４は収容空間７５bに収容される。同様に、第１入射カプラー３２および第２入射カプラー４２は収容空間７５cに収容され、第１アイソレーター３５および第２アイソレーター４５は収容空間７５dに収容される。また、第１増幅ファイバー３６を含む第１光ファイバー３１と、第２増幅ファイバー４６を含む第２光ファイバー４１とは、相互に近接した状態で連通空間７６に収容される。第１光ファイバー３１および第２光ファイバー４１の外径は２４０μｍ程度である。

【0046】

各収容空間７５内において、第１光パルス発生器３０の各光学素子と第２光パルス発生器４０の各光学素子との光軸間の距離Ｄは６ｍｍ以下である。同様に、連通空間７６内において、第１光ファイバー３１と第２光ファイバー４１との光軸間の距離Ｄは６ｍｍ以下である。

【0047】

以上に説明した通り、第２実施形態においては、第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2とが相互に近接して設置されるから、第１実施形態と同様に、第１共振器Ｃ1と第２共振器Ｃ2との間における光学特性差の変動を抑制できる。また、第２実施形態においては、第１光パルス発生器３０（第１共振器Ｃ1）と第２光パルス発生器４０（第２共振器Ｃ2）とが第１基板７１の溝部７４に収容される。したがって、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とを、相互に近接した位置に容易に設置および維持できる。

【0048】

また、第２実施形態においては、第１光パルス発生器３０および第２光パルス発生器４０が第１基板７１と第２基板７２との間に保持される。すなわち、第１光パルス発生器３０および第２光パルス発生器４０が第１基板７１および第２基板７２により保護される。したがって、例えば物体の衝突による第１光パルス発生器３０および第２光パルス発生器４０の破損を抑制できる。

【0049】

Ｃ：第３実施形態
図１０は、第３実施形態における光パルス発生装置１００の構成図である。第１実施形態においては、第１入射カプラー３２が第１共振器Ｃ1と第１アイソレーター３５との間に位置し、第２入射カプラー４２が第２共振器Ｃ2と第２アイソレーター４５との間に位置する構成を例示した。第３実施形態においては、第１入射カプラー３２および第２入射カプラー４２の位置が第１実施形態とは相違する。

【0050】

図１０に例示される通り、第１入射カプラー３２は、第１部分反射ミラー３４と第１増幅ファイバー３６との間に位置する。すなわち、第１入射カプラー３２は第１共振器Ｃ1の内部に設置される。第１分岐ファイバー２１を通過した励起光は第１入射カプラー３２を介して第１共振器Ｃ1内に供給される。第１可飽和吸収ミラー３３と第１部分反射ミラー３４との間で励起光が往復する結果、第１増幅ファイバー３６により増幅された第１光パルスが第１共振器Ｃ1から出射する。第１共振器Ｃ1から出射した第１光パルスは、第１アイソレーター３５を通過して合波部５０に供給される。

【0051】

第２入射カプラー４２は、第２部分反射ミラー４４と第２増幅ファイバー４６との間に位置する。すなわち、第２入射カプラー４２は第２共振器Ｃ2の内部に設置される。第２分岐ファイバー２２を通過した励起光は第２入射カプラー４２を介して第２共振器Ｃ2内に供給される。第２可飽和吸収ミラー４３と第２部分反射ミラー４４との間で励起光が往復する結果、第２増幅ファイバー４６により増幅された第２光パルスが第２共振器Ｃ2から出射する。第２共振器Ｃ2から出射した第２光パルスは、第２アイソレーター４５を通過して合波部５０に供給される。第１光パルスと第２光パルスとが合波部５０により合波される構成は、第１実施形態と同様である。

【0052】

第３実施形態においても第１実施形態と同様に、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とは相互に近接して設置される。具体的には、第１光パルス発生器３０の光軸と第２光パルス発生器４０の光軸との距離は、６ｍｍ以下である。したがって、第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。なお、第１基板７１と第２基板７２との間に光パルス発生装置１００が収容される第２実施形態の構成は、第３実施形態にも同様に適用される。

【0053】

Ｄ：第４実施形態
図１１は、第４実施形態における光パルス発生装置１００の構成図である。第３実施形態においては、第１入射カプラー３２が第１部分反射ミラー３４と第１増幅ファイバー３６との間に位置する形態を例示した。第４実施形態においては、第１入射カプラー３２が第１可飽和吸収ミラー３３と第１増幅ファイバー３６との間に設置される。同様に、第２入射カプラー４２は、第２可飽和吸収ミラー４３と第２増幅ファイバー４６との間に設置される。

【0054】

第１入射カプラー３２および第２入射カプラー４２が設置される位置以外の構成は、第３実施形態と同様である。したがって、第４実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。なお、第１基板７１と第２基板７２との間に光パルス発生装置１００が収容される第２実施形態の構成は、第４実施形態にも同様に適用される。

【0055】

Ｅ：第５実施形態
図１２は、第５実施形態における光パルス発生装置１００の構成図である。第５実施形態の光パルス発生装置１００においては、第１可飽和吸収ミラー３３と第１増幅ファイバー３６との間に第１光学系３７が設置され、第２可飽和吸収ミラー４３と第２増幅ファイバー４６との間に第２光学系４７が設置される。第１光学系３７は、相互に間隔をあけて設置された凸レンズ３７１と凸レンズ３７２とで構成される。同様に、第２光学系４７は、相互に間隔をあけて設置された凸レンズ４７１と凸レンズ４７２とで構成される。

【0056】

第１分岐ファイバー２１を通過した励起光は第１光学系３７に供給される。同様に、第２分岐ファイバー２２を通過した励起光は第２光学系４７に供給される。すなわち、第５実施形態においては、第１実施形態における第１入射カプラー３２および第２入射カプラー４２が省略される。

【0057】

図１３は、第１光学系３７の説明図である。図１３に破線で例示される通り、第１分岐ファイバー２１から第１光学系３７に供給された励起光は、凸レンズ３７１により平行光線に変換され、かつ、凸レンズ３７２により集光されたうえで第１可飽和吸収ミラー３３に供給される。他方、第１可飽和吸収ミラー３３の反射光は、凸レンズ３７２により平行光線に変換され、かつ、凸レンズ３７１により集光されたうえで第１増幅ファイバー３６に供給される。また、第１増幅ファイバー３６から第１可飽和吸収ミラー３３に向かう出射光は、凸レンズ３７１により平行光線に変換され、かつ、凸レンズ３７２により集光されたうえで第１可飽和吸収ミラー３３に供給される。第２光学系４７は第１光学系３７と同様に作用する。

【0058】

第５実施形態においても第１実施形態と同様に、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とは相互に近接して設置される。具体的には、第１光パルス発生器３０の光軸と第２光パルス発生器４０の光軸との距離は、６ｍｍ以下である。したがって、第５実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。なお、第１基板７１と第２基板７２との間に光パルス発生装置１００が収容される第２実施形態の構成は、第５実施形態にも同様に適用される。

【0059】

Ｆ：第６実施形態
図１４は、第６実施形態における分析システム２００のブロック図である。分析システム２００は、試料ガスＧの特性を光学的に分析する光学測定器である。試料ガスＧは、分析対象となる任意のガスである。例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）または硫黄酸化物（ＳＯｘ）等を含む排気ガスが、試料ガスＧの一例である。試料ガスＧは、例えばガスセル等の容器に収容される。なお、試料ガスＧが流通する流路内に光パルス発生装置１００が設置されてもよい。

【0060】

図１４に例示される通り、分析システム２００は、前述の各形態に例示された光パルス発生装置１００に加えて、第１検出装置９１と第２検出装置９２と情報処理装置９３とを具備する。

【0061】

光パルス発生装置１００は、第１光パルスと第２光パルスとを含む光パルスを出射する。前述の通り、第１光パルスと第２光パルスとは、周波数軸上において相互に隣合う各成分の間隔が相違する。また、第１光パルスと第２光パルスとは時間軸上において相互に同期する。

【0062】

光パルス発生装置１００から出射された光パルスは、観測経路Ｐ1と参照経路Ｐ2とに分岐される。観測経路Ｐ1に沿って進行する光パルスは、試料ガスＧを通過してから第１検出装置９１に到達する。すなわち、光パルス発生装置１００は光パルスを試料ガスＧに照射する。他方、参照経路Ｐ2に沿って進行する光パルスは、試料ガスＧを通過せずに第２検出装置９２に到達する。

【0063】

第１検出装置９１および第２検出装置９２は、光パルス発生装置１００から出射した光パルスを検出する。第１検出装置９１は、観測経路Ｐ1に沿って試料ガスＧを通過した光パルスを検出する。他方、第２検出装置９２は、試料ガスＧを通過しない参照経路Ｐ2に沿って到達する光パルスを検出する。第１検出装置９１および第２検出装置９２は、例えば光パルスを集光する集光レンズと、集光レンズを通過した光パルスを受光する受光素子とを具備する。

【0064】

情報処理装置９３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置と、半導体メモリまたは磁気記録媒体等の記憶装置とを具備するコンピュータシステムである。記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで、演算装置は各種の処理を実行する。

【0065】

具体的には、情報処理装置９３は、第１検出装置９１および第２検出装置９２による検出結果を解析することで試料ガスＧの特性を分析する。例えば、情報処理装置９３は、第１検出装置９１および第２検出装置９２が生成する検出信号に対して離散フーリエ変換等の周波数解析を実行することで、試料ガスＧの吸収スペクトルを生成する。また、情報処理装置９３は、吸収スペクトルを解析することで、試料ガスＧに関する濃度を算定する。例えば、試料ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）または硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の成分の濃度が算定される。なお、第１検出装置９１および第２検出装置９２による検出結果の解析には、公知の技術が任意に採用される。

【0066】

第６実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。前述の通り、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とが相互に近接して設置される構成により、光学特性差の時間変化が抑制される。したがって、第６実施形態によれば、試料ガスＧの特性を高精度に分析できる。

【0067】

Ｇ：変形例
以上に例示した各態様に付加される具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合してもよい。

【0068】

（１）前述の各形態においては、光源装置１０から出射した励起光が第１光パルス発生器３０および第２光パルス発生器４０に分岐される形態を例示した。以上の形態においては、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０との間で単体の光源装置１０が共用される。しかし、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とに対して別個の光源装置から励起光が供給される形態も想定される。例えば、第１光源装置から出射した励起光が第１光パルス発生器３０に供給され、第２光源装置から出射した励起光が第２光パルス発生器４０に供給される。第１光源装置から出射する励起光と第２光源装置から出射する励起光とは相互に同期する。

【0069】

なお、前述の各形態のように第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とで光源装置１０が共用される形態によれば、第１光源装置と第２光源装置とが別個に設置される形態と比較して、光パルス発生装置１００の構成が簡素化されるという利点がある。第１光パルス発生器３０に供給される励起光と第２光パルス発生器４０に供給される励起光とを相互に同期させるための仕組みが不要であるという利点もある。

【0070】

また、第１光源装置と第２光源装置とが別個に設置される形態においては、第１光源装置と第２光源装置との光学特性の誤差に起因して、第１光パルスと第２光パルスとの特性に差異が発生する可能性がある。対照的に、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とで光源装置１０が共用される形態によれば、第１光パルス発生器３０と第２光パルス発生器４０とに対して共通の特性の励起光が供給される。したがって、第１光パルスと第２光パルスとの間における特性の相違を有効に低減できる。

【0071】

（２）前述の各形態においては、可飽和吸収ミラー（３３，４３）と部分反射ミラー（３４，４４）との間で光が往復するファブリペロー型の共振器を例示したが、励起光が環状の光導波路を循環するリング型の共振器が、第１共振器Ｃ1および第２共振器Ｃ2として利用されてもよい。

【0072】

（３）第６実施形態においては、分析システム２００による分析の対象として気体（試料ガスＧ）を例示したが、液体または固体の試料も同様の構成により分析可能である。

【0073】

（４）第６実施形態において、第２検出装置９２および参照経路Ｐ2は省略されてよい。すなわち、情報処理装置９３は、試料ガスＧを通過した光パルスを第１検出装置９１が検出した結果を解析することで、試料ガスＧを分析してもよい。

【0074】

Ｈ：付記
以上に例示した形態から、例えば以下の構成が把握される。

【0075】

本開示のひとつの態様（態様１）に係る光パルス発生装置は、第１共振器により第１光パルスを発生する第１光パルス発生器と、第２共振器により第２光パルスを発生する第２光パルス発生器と、前記第１光パルスと前記第２光パルスとを合波する合波部とを具備し、前記第１共振器と前記第２共振器との光軸間の距離は６ｍｍ以下である。以上の態様においては、第１共振器と第２共振器との光軸間の距離が６ｍｍ以下となるように第１共振器と第２共振器とが相互に近接して設置されるから、簡素な構成で小型の光パルス発生装置が実現される。また、第１共振器と第２共振器とが相互に近接して設置されるから、例えば環境温度の変化等の外乱の影響が第１共振器と第２共振器との間で近似する。したがって、第１共振器と第２共振器との間における光学特性差の変動を抑制できる。すなわち、光学特性差の変動が抑制された安定性の高い動作が実現され、ひいては、光パルス発生装置を利用した試料の分析精度を向上させることが可能である。なお、第１共振器と第２共振器との光軸間の距離は、例えば５ｍｍ以下または３ｍｍ以下でもよく、さらには１ｍｍ以下でもよい。

【0076】

態様１の具体例（態様２）において、励起光を出射する光源装置と、前記光源装置から出射する励起光を分岐することで前記第１光パルス発生器と前記第２光パルス発生器とに供給する分岐部とをさらに具備する。以上の態様においては、光源装置から出射する励起光が第１光パルス発生器と第２光パルス発生器とに分岐される。すなわち、第１光パルス発生器と第２光パルス発生器とで光源装置が共用される。したがって、第１光パルス発生器と第２光パルス発生器とに対して別個の光源装置から励起光が供給される形態と比較すると、光パルス発生装置の構成を簡素化できる。また、光源装置の特性の相違に起因して第１光パルスと第２光パルスとの間に発生する特性の相違を低減できる。

【0077】

態様１または態様２の具体例（態様３）において、前記第１光パルス発生器は、前記第１共振器と前記合波部との間の第１光学素子を含み、前記第２光パルス発生器は、前記第２共振器と前記合波部との間の第２光学素子を含み、前記第１光学素子と前記第２光学素子との光軸間の距離は６ｍｍ以下である。以上の態様においては、第１共振器と第２共振器との間の光軸間の距離が６ｍｍ以下であるほか、第１共振器の外側の第１光学素子と第２共振器の外側の第２光学素子との間においても光軸間の距離も６ｍｍ以下である。したがって、第１光学素子と第２光学素子との光軸間の距離が６ｍｍを上回る形態と比較して、第１光パルス発生器と第２光パルス発生器との全体にわたり光学特性差の変動を抑制できる。

【0078】

態様１から態様３の何れかの具体例（態様４）において、設置面に溝部が形成された第１基板をさらに具備し、前記第１共振器および前記第２共振器は、前記溝部に収容される。以上の態様においては、第１共振器および第２共振器が第１基板の溝部に収容される。したがって、第１共振器と第２共振器とを、相互に近接した位置に容易に設置および維持できる。

【0079】

態様４の具体例（態様５）において、前記設置面に対向した状態で前記第１基板に接合される第２基板をさらに具備する。以上の態様においては、第１共振器および第２共振器が第１基板と第２基板との間に保持される。すなわち、第１共振器および第２共振器が第１基板および第２基板により保護される。たがって、例えば物体の衝突による第１共振器および第２共振器の破損を抑制できる。

【0080】

態様１から態様５の何れかの具体例（態様６）において、前記第１共振器は、第１可飽和吸収ミラーと、第１部分反射ミラーと、前記第１可飽和吸収ミラーと前記第１部分反射ミラーとの間に設置され、増幅媒質を含む第１増幅ファイバーとを含み、前記第２共振器は、第２可飽和吸収ミラーと、第２部分反射ミラーと、前記第２可飽和吸収ミラーと前記第２部分反射ミラーとの間に設置され、増幅媒質を含む第２増幅ファイバーとを含み、前記第１可飽和吸収ミラーと前記第２可飽和吸収ミラーとの光軸間の距離、前記第１部分反射ミラーと前記第２部分反射ミラーとの光軸間の距離、および、前記第１増幅ファイバーと前記第２増幅ファイバーとの光軸間の距離は、６ｍｍ以下である。以上の態様においては、第１可飽和吸収ミラーと第２可飽和吸収ミラーとの光軸間の距離、第１部分反射ミラーと第２部分反射ミラーとの光軸間の距離、および、第１増幅ファイバーと第２増幅ファイバーとの光軸間の距離が、何れも６ｍｍ以下である。したがって、第１共振器と第２共振器との間における光学特性差の変動を抑制できるという効果は格別に顕著である。

【0081】

本開示のひとつの態様（態様７）に係る分析システムは、光パルスを試料に照射する光パルス発生装置と、前記試料を通過した光パルスを検出する検出装置と、前記検出装置による検出結果の解析により前記試料の特性を分析する情報処理装置とを具備し、前記光パルス発生装置は、第１共振器により第１光パルスを発生する第１光パルス発生器と、第２共振器により第２光パルスを発生する第２光パルス発生器と、前記第１光パルスと前記第２光パルスとを合波する合波部とを具備し、前記第１共振器と前記第２共振器との光軸間の距離は６ｍｍ以下である。

【符号の説明】

【0082】

１００…光パルス発生装置、２００…分析システム、１０…光源装置、２０…分岐部、２１…第１分岐ファイバー、２２…第２分岐ファイバー、２３…入射ファイバー、２４…分岐カプラー、３０…第１光パルス発生器、３１…第１光ファイバー、３２…第１入射カプラー、３３…第１可飽和吸収ミラー、３４…第１部分反射ミラー、３５…第１アイソレーター、３６…第１増幅ファイバー、３７…第１光学系、４０…第２光パルス発生器、４１…第２光ファイバー、４２…第２入射カプラー、４３…第２可飽和吸収ミラー、４４…第２部分反射ミラー、４５…第２アイソレーター、４６…第２増幅ファイバー、４７…第２光学系、５０…合波部、５１…第１出射ファイバー、５２…第２出射ファイバー、５３…合波カプラー、５４…出射ファイバー、６０…コリメータ、７１…第１基板、７２…第２基板、７３…設置面、７４…溝部、７５（７５a，７５b，７５c，７５d，７５e，７５f）…収容空間、７６…連通空間、７９…締結具、９１…第１検出装置、９２…第２検出装置、９３…情報処理装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】