特開 2024-155051 光共振器および外部共振器型レーザー装置

(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】P2024155051

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】光共振器および外部共振器型レーザー装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/05 20060101AFI20241024BHJP

   G01N 21/65 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

G01N21/05

G01N21/65

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023069431

(22)【出願日】2023-04-20

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超高圧水素インフラ本格普及技術研究開発事業／水素ステーションのコスト低減等に関連する技術開発／半導体レーザーを用いた次世代水素分析装置の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000144991

【氏名又は名称】株式会社四国総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100123984

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 晃伸

(74)【代理人】

【識別番号】100102314

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 阿佐子

(74)【代理人】

【識別番号】100159178

【弁理士】

【氏名又は名称】榛葉 貴宏

(72)【発明者】

【氏名】市川 祐嗣

【テーマコード（参考）】

2G043

2G057

【Ｆターム（参考）】

2G043AA01

2G043BA09

2G043BA11

2G043BA13

2G043BA17

2G043CA01

2G043DA05

2G043EA03

2G043GA03

2G043GA04

2G043GA08

2G043GB03

2G043GB18

2G043GB21

2G043HA01

2G043HA03

2G043KA02

2G043KA03

2G043LA02

2G057AA02

2G057AB03

2G057AB08

2G057AC03

2G057BA05

2G057BB08

2G057DA03

2G057DA05

2G057DB01

2G057DB02

2G057DB05

(57)【要約】

【課題】コンパクトでありながらも、微量なガスをより高い精度で検出できる光共振器および外部共振器型レーザー装置を提供する。
【解決手段】レーザー素子１１から発せられたレーザー光が入射される第１の反射器２２０と、第１の反射器２２０と対向して設けられ、レーザー素子１１へ反射光をフィードバックする第２の反射器２４０と、第１の反射器２２０を透過したレーザー光が入射されるガス流通部２１０を有する導光部材２１と、を備え、導光部材２１は、第１の反射器２２０を保持する第１の保持部材２２が収容される第１の凹部２１３と、第２の反射器２４０を保持する第２の保持部材２４が収容される第２の凹部２１４と、を備え 第１の保持部材２２は、レーザー光が入射される貫通孔２２３を有し、ガス流通部２１０と対向する側において第１の反射器２２０を保持し、第２の保持部材２４は、ガス流通部２１０と対向する側において第２の反射器２４０を保持する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー素子から発せられたレーザー光が入射される第１の反射器と、
前記第１の反射器と対向して設けられ、前記レーザー素子へ反射光をフィードバックする第２の反射器と、
前記第１の反射器を透過した前記レーザー光が入射されるガス流通部を有する導光部材と、を備え、
前記導光部材は、前記第１の反射器を保持する第１の保持部材が収容される第１の凹部と、
前記第２の反射器を保持する第２の保持部材が収容される第２の凹部と、を備え
前記第１の保持部材は、前記レーザー光が入射される貫通孔を有し、前記ガス流通部と対向する側において前記第１の反射器を保持し、
前記第２の保持部材は、前記ガス流通部と対向する側において前記第２の反射器を保持し、
前記第１の反射器が前記第１の凹部内に収容され、前記第２の反射器が第２の凹部内に収容される、光共振器。

【請求項2】

前記第１の凹部は、断面形状が略凸形であり、当該略凸形を構成する大径部に前記第１の保持部材が収容され、当該略凸形を構成する小径部に前記第１の反射器の少なくとも一部が進入するように配置され、
前記第２の凹部は、断面形状が略凸形であり、当該略凸形を構成する大径部に前記第２の保持部材が収容され、当該略凸形を構成する小径部に前記第２の反射器の少なくとも一部が進入するように配置される、請求項１に記載の光共振器。

【請求項3】

前記第１の保持部材と前記第１の凹部の内壁面とで挟持される環状の第１の弾性部材と、
前記第２の保持部材と前記第２の凹部の内壁面とで挟持される環状の第２の弾性部材と、を有し、
前記第１の弾性部材の内側にある前記第１の凹部の内壁面および前記第１の保持部材の前記ガス流通部と対向する面と、前記第２の弾性部材の内側にある前記第２の凹部の内壁面および前記第２の保持部材の前記ガス流通部と対向する面とに反射防止加工が施されている、請求項１に記載の光共振器。

【請求項4】

前記反射防止加工は、アルマイト加工である、請求項３に記載の光共振器。

【請求項5】

前記第１の保持部材は、前記レーザー光が通過する貫通孔を有し、
前記導光部材は、前記第１の凹部と前記ガス流通部との間に前記レーザー光が通過する第１の貫通孔と、前記第２の凹部と前記ガス流通部との間に前記レーザー光が通過する第２の貫通孔を有し、
前記導光部材の前記第１の貫通孔は、前記第１の保持部材の前記貫通孔よりも孔の径が小さい、請求項１に記載の光共振器。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかに記載の光共振器と、
前記光共振器に入射するレーザー光を発するレーザー素子と、
前記光共振器に導入されたガスと、レーザー光とが作用して発生した特定波長の光を検出する検出装置と、を有する、外部共振器型レーザー装置であって、
前記光共振器と前記検出装置との間に、前記導光部材を透過した前記特定波長の光を収束して前記検出装置に入射させる光学系を有する、外部共振器型レーザー装置。

【請求項7】

請求項１ないし５のいずれかに記載の光共振器と、
一方の端面に無反射層が形成され、他方の端面に全反射層が形成されたレーザー素子と、
前記レーザー素子と前記光共振器との間に設けられた波長選択フィルタと、を備える外部共振器型レーザー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光共振器および外部共振器型レーザー装置に関し、特に、特定のガスを検出するための光共振器および外部共振器型レーザー装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光共振器を利用したレーザー装置が知られている。たとえば、特許文献１では、レーザー素子から出力されたレーザー光が、レーザー素子の端面と第１の反射器との間で反射を繰り返す第１の共振部と、第１の反射器を通過したレーザー光が、第１の反射器と第２の反射器との間で反射を繰り返す第２の共振部とを有し、第２の共振部に分析サンプルを導入し、分析サンプルに共振したレーザー光を当て、生じた光相互作用を検出することで、分析サンプルを分析する外部共振器型レーザー装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３８７８２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、水素ステーションでの水素ガスの品質管理用途などのため、小型で微量のガス成分も検出可能なガス検出装置が希求されている。このようなガス検出装置において、外部共振器を用いることで、レーザー光を、検出対象ガスが導入される２つの反射器の間の空間内で反射により往復させることができ、実効光路長が実際の光路長よりも長くすることができるため、小型でありながらも微量のガスを検出することが可能となる。
しかしながら、外部共振器を用いた従来のガス検出装置でも、持ち運びに適したサイズとは言えず、また、堅牢性も十分ではなかった。

【0005】

本発明は、コンパクトであり、かつ、堅牢性の高い光共振器および外部共振器型レーザー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】

本発明に係る光共振器は、レーザー素子から発せられたレーザー光が入射される第１の反射器と、前記第１の反射器と対向して設けられ、前記レーザー素子へ反射光をフィードバックする第２の反射器と、前記第１の反射器を透過した前記レーザー光が入射されるガス流通部を有する導光部材と、を備え、前記導光部材は、前記第１の反射器を保持する第１の保持部材が収容される第１の凹部と、前記第２の反射器を保持する第２の保持部材が収容される第２の凹部と、を備え 前記第１の保持部材は、前記レーザー光が入射される貫通孔を有し、前記ガス流通部と対向する側において前記第１の反射器を保持し、前記第２の保持部材は、前記ガス流通部と対向する側において前記第２の反射器を保持し、前記第１の反射器が前記第１の凹部内に収容され、前記第２の反射器が第２の凹部内に収容される。
上記光共振器において、前記第１の凹部は、断面形状が略凸形であり、当該略凸形を構成する大径部に前記第１の保持部材が収容され、当該略凸形を構成する小径部に前記第１の反射器の少なくとも一部が進入するように配置され、前記第２の凹部は、断面形状が略凸形であり、当該略凸形を構成する大径部に前記第２の保持部材が収容され、当該略凸形を構成する小径部に前記第２の反射器の少なくとも一部が進入するように配置される構成とすることができる。
上記光共振器において、前記第１の保持部材と前記第１の凹部の内壁面とで挟持される環状の第１の弾性部材と、前記第２の保持部材と前記第２の凹部の内壁面とで挟持される環状の第２の弾性部材と、を有し、前記第１の弾性部材の内側にある前記第１の凹部の内壁面および前記第１の保持部材の前記ガス流通部と対向する面と、前記第２の弾性部材の内側にある前記第２の凹部の内壁面および前記第２の保持部材の前記ガス流通部と対向する面とに反射防止加工が施されている構成とすることができる。
上記光共振器において、前記反射防止加工は、アルマイト加工である構成とすることができる。
上記光共振器において、前記第１の保持部材は、前記レーザー光が通過する貫通孔を有し、前記導光部材は、前記第１の凹部と前記ガス流通部との間に前記レーザー光が通過する第１の貫通孔と、前記第２の凹部と前記ガス流通部との間に前記レーザー光が通過する第２の貫通孔を有し、前記導光部材の前記第１の貫通孔は、前記第１の保持部材の前記貫通孔よりも孔の径が小さい構成とすることができる。
本発明に係る第１の観点に係る外部共振器型レーザー装置は、上記光共振器と、前記光共振器に入射するレーザー光を発するレーザー素子と、前記光共振器に導入されたガスと、レーザー光とが作用して発生した特定波長の光を検出する検出装置と、を有する、外部共振器型レーザー装置であって、前記光共振器と前記検出装置との間に、前記導光部材を透過した前記特定波長の光を収束して前記検出装置に入射させる光学系を有する。
本発明に係る第２の観点に係る外部共振器型レーザー装置は、上記光共振器と、一方の端面に無反射層が形成され、他方の端面に全反射層が形成されたレーザー素子と、前記レーザー素子と前記光共振器との間に設けられた波長選択フィルタと、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、コンパクトでありながら、微量なガスをより高い精度で検出できる光共振器および外部共振器型レーザー装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る外部共振器型レーザー装置を示す平面断面図である。

【図2】第１実施形態に係る外部共振器型レーザー装置を示す側面断面図である。

【図3】第１実施形態に係る光共振器の平面断面図である。

【図4】（Ａ）は、第１実施形態に係る光共振器の正面図であり、（Ｂ）は、第１実施形態に係る光共振器の背面図である。

【図5】第１実施形態に係る収容部を説明するための斜視図である。

【図6】第２実施形態に係る外部共振器型レーザー装置を示す構成図である。

【図7】第２実施形態に係る光共振器の側面断面図である。

【図8】第２実施形態に係る光共振器の側面断面の拡大図である。

【図9】（Ａ）は、第２実施形態に係る光共振器の正面図であり、（Ｂ）は、第２実施形態に係る光共振器の背面図である。

【図10】図２のＸ－Ｘ線に沿う正面断面図である。

【図11】第２実施形態に係る外部共振器型レーザー装置で、空気成分を検出した結果を示すグラフである。

【図12】第２実施形態に係る外部共振器型レーザー装置で、水素ガスに混入した酸素ガス、および、アルゴンガスに混入したアンモニアガスを検出した結果を示すグラフである。

【図13】第３実施形態に係る外部共振器型レーザー装置を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、図に基づいて、本発明に係る光共振器および外部共振器型レーザー装置の実施形態を説明する。

【0010】

《第１実施形態》
図１は、第１実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１の平面図であり、図２は、第１実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１の側面図である。図１および図２に示すように、本実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１は、主な構成として、半導体レーザー素子１１と、光共振器２０と、検出装置３０と、ビームディフューザー４０とを有する。なお、図１および図２においては、説明の便宜のため、導光部材２１については断面図を示している。具体的には、図１では、導光部材２１を図２に示すＩ－Ｉ線に沿う断面図で示しており、図２では、導光部材２１を、図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図で示している。

【0011】

外部共振器型レーザー装置１は、半導体レーザー素子１１からレーザー光を射出し、射出したレーザー光を光共振器２０内に導入した後、光共振器２０でレーザー光を共振させながら、光共振器２０内の測定対象空間Ｓに導入したガスに共振したレーザー光を照射することで生じた特定の波長の光（本実施形態ではラマン散乱光）を、検出装置３０で検出する構成となっている。

【0012】

なお、本実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１では、たとえばＳＯ_２，ＣＯ_２，Ｏ_２，ＣＯ，Ｎ_２，Ｈ_２Ｓ，ＣＨ_４，ＮＨ_３，Ｈ_２などを含むガスを導入し、レーザー光を照射することができる。また、本発明は、導入したガスにレーザー光を照射するだけではなく、導入したガスにレーザー光を照射して生じる特定の波長の光を検出することで特定のガスを検出するガス検出装置、検出した特定の波長の光の強度に基づいてガスの濃度を測定するガス測定装置、測定対象空間に存在するガスの種類を特定するガス特定装置、測定対象空間において検出対象とするガスが存在するかを監視する監視装置にも適用することができる。以下に、第１実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１の各構成について説明する。

【0013】

半導体レーザー素子１１は、青紫波長域（たとえば４１６ｎｍ付近）のレーザー光を光共振器２０に向けて射出する。このような、青紫波長域の半導体レーザー素子１１として、たとえば、市販されているＧａＮ系の半導体レーザーやＧａＩｎＮ系の半導体レーザーを用いることができる。また、本実施形態に係る半導体レーザー素子１１は、レーザー光の射出側（光共振器２０側）と反対側に位置する端面１１１にレーザー光を反射するための反射コーティングが施されており、一方、レーザー光の射出側（光共振器２０側）に位置する端面１１２にレーザー光の反射を防止するためのコーティングが施されている。半導体レーザー素子１１から出力されたレーザー光は、光共振器２０内へと導入される。なお、図示していないが、半導体レーザー素子１１と光共振器２０との間に、半導体レーザー素子１１から出力されたレーザー光を平行化あるいは収束するレンズや、所望する青紫波長域のレーザー光を透過し、その他の波長のレーザー光を遮断するバンドパスフィルタを配置する構成としてもよい。

【0014】

図３は、第１実施形態に係る光共振器２０の側面断面図である。なお、図３は、図２のＩ－Ｉ線に沿う側面断面図であり、図２の光共振器２０を９０度反時計回りに回転して描画している。また、図４（Ａ）は、第１実施形態に係る光共振器２０の正面図であり、図４（Ｂ）は、第１実施形態に係る光共振器２０の背面図である。図３に示すように、本実施形態に係る光共振器２０は、導光部材２１と、第１の保持部材２２と、第１の端部部材２３と、第２の保持部材２４と、第２の端部部材２５とを有する。

【0015】

図１～３に示すように、第１の保持部材２２には第１の反射器２２０が取り付けられており、第２の保持部材２４には第２の反射器２４０が取り付けられている。半導体レーザー素子１１から射出されたレーザー光は、第１の端部部材２３に設けられた貫通孔２３０および第１の保持部材２２に設けられた貫通孔２２３を通過して、第１の保持部材２２に隣接して設けられた第１の反射器２２０まで到達する。第１の反射器２２０まで到達したレーザー光の大部分は第１の反射器２２０により反射されて反射コーティングが施された半導体レーザー素子１１の端面１１１に到達し、第１の反射器２２０と半導体レーザー素子１１の端面１１１との間で往復し共振する。そのため、図１および図２に示すように、本実施形態において、第１の反射器２２０と半導体レーザー素子１１の端面１１１との間の空間が第１の共振部として機能することとなる。
また、半導体レーザー素子１１から射出され第１の反射器２２０へと到達したレーザー光の一部は、第１の反射器２２０を通過して、ガスセルを構成する、導光部材２１内部のガス流通部２１０を通過し、第２の反射器２４０まで到達する。ガス流通部２１０を通過したレーザー光は、第２の反射器２４０により大部分が反射され、第１の反射器２２０と第２の反射器２４０との間で往復することで共振する。そのため、図１および図２に示すように、本実施形態において、第１の反射器２２０と第２の反射器２４０との間の空間が第２の共振部として機能することとなる。特に、本実施形態では、第１および第２の共振部においてレーザー光を増強することで、第２の共振部においては、レーザー光の強度が、半導体レーザー素子１１から射出した際のレーザー光の強度に対して２０００倍以上（たとえば１００Ｗを超える）の強度まで増強することができる。
なお、第２の反射器２４０へと到達したレーザー光の一部は、第２の反射器２４０を通過し、第２の保持部材２４に設けられた貫通孔２４３および第２の端部部材２５に設けられた貫通孔２５０を通過した後に、ビームディフューザー４０により吸収される。

【0016】

本実施形態において、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０は、反射ミラーであるが、ミラーに限定されずに、たとえば、光学フィルタ、ガラス基板などの光学研磨された部材を用いることができる。ただし、第１の反射器２２０は、第２の反射器２４０よりも反射率が小さい部材とされる。たとえば、本実施形態では、第１の反射器２２０として、反射率が９９．９９％の反射ミラーを用いることができ、第２の反射器２４０として、反射率が９９．９９９％の反射ミラーを用いることができる。なお、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０は、反射率が１００％でないため、一部のレーザー光を反射させずに透過させる性質を有している。また、本実施形態では、第１の反射器２２０の反射率が、第２の反射器２４０の反射率よりも小さいため、第１の反射器２２０を透過するレーザー光の割合が第２の反射器２４０と比べ高く、その結果、図１に示す第２の共振部においてレーザー光を増強することが可能となっている。

【0017】

続いて、第１実施形態に係る光共振器２０を構成する各部材について説明する。導光部材２１は、中空の部材であり、内部空間がガス流通部２１０を構成する。本実施形態において、導光部材２１はステンレス鋼で構成されるが、これに限定されず、光共振器において一般的に使用されている素材を用いることができる。また、導光部材２１は、図２および図３に示すように、ガス導入口２１１、ガス排出口２１２、第１の凹部２１３、第２の凹部２１４、第１の細径貫通孔２１５および第２の細径貫通孔２１６が形成されており、シリンドリカルミラー２１７、シリンドリカルレンズ２１８および光学フィルタ２１９が配置されている。

【0018】

検出対象ガスは、ガス導入口２１１からガス流通部２１０へと導入され、ガス流通部２１０を通過した後、ガス排出口２１２から排出される。また、本実施形態において、半導体レーザー素子１１から射出されたレーザー光の一部は、第１の反射器２２０を通過して、導光部材２１のガス流通部２１０内へと入射され、第２の共振部（第１の反射器２２０と第２の反射器２４０との間）で繰り返し反射される。これにより、導光部材２１のガス流通部２１０において、ガス導入口２１１から導入されたガスとレーザー光とが衝突し、ガスに応じたラマン散乱光が発生する。

【0019】

導光部材２１のガス流通部２１０で発生したラマン散乱光は、検出装置３０により検出される。具体的に、本実施形態では、図３に示すように、ガス流通部２１０の側面側（レーザー光の反射方向と直交する側）であって、検出装置３０が存在しない側にシリンドリカルミラー２１７が設けられており、レーザー光とガスとの衝突により生じたラマン散乱光のうち、シリンドリカルミラー２１７側に放射された光は、シリンドリカルミラー２１７により、シリンドリカルレンズ２１８側へと反射される。一方、内部空間Ｓの側面側（レーザー光の反射方向と直交する側）であって、検出装置３０が存在する側にはシリンドリカルレンズ２１８が設けられており、シリンドリカルレンズ２１８側に放射されたラマン散乱光は、シリンドリカルレンズ２１８を通過しながら、直線状（一次元状）に変換された後、光学フィルタ２１９を通過し、フォーカスレンズ３１で集光された後に、検出装置３０で検出される。なお、本実施形態において、外部共振器型レーザー装置１は、フィルタ切り替え装置３２を有しており、検出装置３０で検出する所定波長のラマン散乱光に応じて、異なる波長のラマン散乱光を透過するバンドパスフィルタ３３_１，３３_２を切り替え可能となっている。

【0020】

また、本実施形態に係る光共振器２０では、導光部材２１と、両端に位置する第１の端部部材２３および第２の端部部材２５とで、第１の保持部材２２および第２の保持部材２４をそれぞれ挟持する構成となっている。すなわち、導光部材２１は、両端に第１の凹部２１３および第２の凹部２１４を有しており、第１の凹部２１３および第２の凹部２１４は、図３に示すように、孔の径が大きい大径部２１３１，２１４１と、孔の径が小さい小径部２１３２，２１４２とを有している。大径部２１３１，２１４１の内径は、第１の保持部材２２および第２の保持部材２４の最大外径よりも大きく形成されており、第１の保持部材２２全体および第２の保持部材２４全体を、第１の凹部２１３および第２の凹部２１４にそれぞれ収容することが可能となっている。また、小径部２１３２，２１４２の内径は、第１の保持部材２２および第２の保持部材２４の最大外径よりも小さいが、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の外径よりも大きく構成されており、小径部２１３２，２１４２により、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の周囲を囲むことが可能となっている。本実施形態では、第１の端部部材２３および第２の端部部材２５を、導光部材２１の両端にそれぞれ連結することができ、第１の保持部材２２を第１の凹部２１３に嵌め合わせて第１の端部部材２３を導光部材２１に連結し、同様に、第２の保持部材２４を第２の凹部２１４に嵌め合わせて第２の端部部材２５を導光部材２１に連結することで、第１の保持部材２２および第２の保持部材２４を光共振器２０内に収容することができる。

【0021】

さらに、本実施形態では、図３に示すように、導光部材２１の第１の凹部２１３および第２の凹部２１４は断面が略凸形であり、略凸形の小径部２１３２，２１４２においても第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の外径よりも大きい内径であり、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０を挿入可能となっている。そして、第１の保持部材２２を第１の凹部２１３に嵌め込むことで、当該略凸形を構成する大径部２１３１に第１の保持部材２２が収容され、当該略凸形を構成する小径部２１３２に第１の反射器２２０の少なくとも一部が進入するように配置され、第１の反射器２２０が、第１の凹部２１３と、第１の保持部材２２と、Ｏリング２６_１とで囲われた第１の収容部Ｃ１内に収容される。本実施形態では、レーザー光の乱反射によるノイズを低減し、微量なガスの検出精度を高めるために、第１の反射器２２０を収容する第１の収容部Ｃ１に反射防止加工が施されている。ここで、図５は、本実施形態において、第１の反射器２２０を収容する第１の収容部Ｃ１を説明するための斜視図であり、第１の凹部２１３から第１の保持部材２２を取り外した状態を示している。図５に示すように、本実施形態では、第１の反射器２２０を収容する第１の収容部Ｃ１を構成するＯリング２６_１の内側にある第１の凹部２１３の内壁面と、第１の保持部材２２のガス流通部２１０と対向する第２の面２２２とに、反射防止加工が施されている。同様に、第２の保持部材２４を第２の凹部２１４に嵌め込むことで、当該略凸形を構成する大径部２１４１に第２の保持部材２４が収容され、当該略凸形を構成する小径部２１４２に第２の反射器２４０の少なくとも一部が進入するように配置され、第２の反射器２４０を、第２の凹部２１４と、第２の保持部材２４と、Ｏリング２６_２とで囲われた第２の収容部Ｃ２内に収容される。第２の反射器２４０を収容する第２の収容部Ｃ２についても、レーザー光の乱反射によるノイズを低減し、微量なガスの検出精度を高めるために反射防止加工が施されている。具体的には、第２の反射器２４０を収容する第２の収容部Ｃ２を構成するＯリング２６_２の内側にある第２の凹部２１４の内壁面と、第２の保持部材２４のガス流通部２１０と対向する第２の面２４２とに、反射防止加工が施されている。なお、反射防止の加工方法は、特に限定されないが、黒色の光吸収塗料を塗布する加工や、黒色アルマイト加工が例示される。

【0022】

また、本実施形態では、第１の収容部Ｃ１および第２の収容部Ｃ２に加えて、導光部材２１のうち、シリンドリカルミラー２１７およびシリンドリカルレンズ２１８を除く、ガス流通部２１０を構成する面にも、反射防止加工が施される。これにより、本実施形態では、光共振器２０のうち、第１の反射器２２０と第２の反射器２４０との間の第２の共振部のうち、シリンドリカルミラー２１７およびシリンドリカルレンズ２１８を除く部分が、反射防止加工されることとなり、レーザー光の乱反射光によるノイズを低減することができる。

【0023】

さらに、本実施形態では、図５に示すように、第１の凹部２１３とガス流通部２１０との間には第１の細径貫通孔２１５が形成されている。第１の細径貫通孔２１５は、第１の保持部材２２の貫通孔２２３よりも孔の径が小さく形成されている。同様に、第２の凹部２１４とガス流通部２１０との間には第２の細径貫通孔２１６が形成されており、第２の細径貫通孔２１６は、第２の保持部材２４の貫通孔２４３よりも孔の径が小さく形成されている。これにより、第１の反射器２２０または第２の反射器２４０で乱反射したレーザー光が第１の細径貫通孔２１５および第２の細径貫通孔２１６を通過しにくくなり、その分、乱反射光によるノイズを低減することができる。

【0024】

なお、本実施形態では、図３に示すように、導光部材２１のガス流通部２１０が、第１の細径貫通孔２１５および第２の細径貫通孔２１６と連通しているが、第１の反射器２２０を収容する第１の収容部Ｃ１および第２の反射器を収容する第２の収容部Ｃ２は、Ｏリング２６_１および第１の保持部材２２の第２の面２２２、並びに、Ｏリング２６_２および第２の保持部材２４の第２の面２４２によりそれぞれ密閉されており、導入された検出対象ガスが光共振器２０から漏出することを防止している。

【0025】

また、本実施形態に係る光共振器２０は、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の傾きを調整するためのアライメント機構を有している。具体的に、本実施形態において、第１の反射器２２０が第１の保持部材２２に取り付けられており、第２の反射器２４０が第２の保持部材２４に取り付けられている。また、第１の保持部材２２および第２の保持部材２４は、導光部材２１と第１の端部部材２３または第２の端部部材２５によって挟持されており、第１の面２２１，２４１側において傾き調節ネジ２３１～２３３，２５１～２５３と当接し、第２の面２２２，２４２側において弾性部材であるＯリング２６_１，２６_２と当接している。

【0026】

そのため、傾き調節ネジ２３１～２３３を一定の挿入位置まで挿入することで、第１の保持部材２２の第１の面２２１を押圧することができ、押圧された部分を中心として、第１の保持部材２２の第２の面２２２がＯリング２６_１を押し潰して変形させることで、第１の反射器２２０の傾きを変更することが可能となる。同様に、傾き調節ネジ２５１～２５３を一定の挿入位置まで挿入することで、第２の保持部材２４の第１の面２４１を押圧することができ、押圧された部分を中心として、第２の保持部材２４の第２の面２４２がＯリング２６_２を押し潰して変形させることで、第２の反射器２４０の傾きを変更することが可能となる。なお、本実施形態では、第１の面２２１，２４１のうち、傾き調節ネジ２３１～２３３，２５１～２５３と当接する部分に板状の保護部材２２４，２４４が取り付けられている。保護部材２２４，２４４は、傾き調節ネジ２３１～２３３，２５１～２５３の押圧により第１の面２２１，２４１が変形してしまうことを防止するための部材であり、たとえば、サファイア製のコンタクトパッドを用いることができる。

【0027】

さらに、本実施形態では、アクチュエーター２７_１，２７_２およびピエゾコントローラー５０により、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の傾きを、ユーザが簡易に調整することが可能となっている。たとえば、ユーザは図示しない入力部を介してピエゾコントローラー５０に指示を入力することで、ピエゾコントローラー５０は、アクチュエーター２７_１，２７_２を動作させて、傾き調節ネジ２３１～２３３，２５１～２５３の挿入位置を変更することで、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の傾きを調整することが可能となっている。

【0028】

このように、本実施形態では、第１の保持部材２２、第１の端部部材２３、Ｏリング２６_１、アクチュエーター２７_１およびピエゾコントローラー５０が、第１の反射器２２０の傾きを調整するアライメント機構として機能し、第２の保持部材２４、第２の端部部材２５、Ｏリング２６_２、アクチュエーター２７_２およびピエゾコントローラー５０が、第２の反射器２４０の傾きを調整するアライメント機構として機能する。

【0029】

次に、検出装置３０について説明する。図１に示すように、第１実施形態では、光共振器２０の側面に、検出装置３０が配置されている。検出装置３０は、導光部材２１のガス流通部２１０において、レーザー光がガスと衝突して生じた特定波長の光を検出する装置である。このような装置として、光電子増倍管を用いた検出装置が例示される。また、本実施形態において、検出装置３０は、レーザー光がガスと衝突して生じたラマン散乱光を検出する構成としている。ここで、レーザー光の波長が同じ場合でも、レーザー光と衝突するガスの種類に応じてラマン散乱光の波長は変化する。そのため、本実施形態では、複数のバンドパスフィルタ３３_１，３３_２を用いて、異なる波長のラマン散乱光を検出することで、複数種類のガスを検出可能な構成となっている。具体的には、本実施形態では、検出装置３０の前にそれぞれ異なる特定の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ３３_１，３３_２を有するフィルタ切り替え装置３２が設けられている。たとえば、バンドパスフィルタ３３_１が、レーザー光がＳＯ_２ガスと衝突することで生じるラマン散乱光を透過する性質を有し、バンドパスフィルタ３３_２が、レーザー光がＣＯガスと衝突することで生じるラマン散乱光を透過する性質を有する場合、外部共振器型レーザー装置１は、検出装置３０により、ＳＯ_２およびＣＯに由来する光を検出することが可能となる。

【0030】

また、光共振器２０において導入したガスの濃度が高いほど、光共振器２０で発生するラマン散乱光の強度は高くなる。そのため、検出装置３０は、特定のガスの有無を検出するだけではなく、当該ガスに由来するラマン散乱光の強度に基づいて、ガスの濃度を検出することもできる。

【0031】

以上のように、第１実施形態に係る光共振器２０では、ガス流通部２１０を有する導光部材２１と、第１の反射器２２０を保持する第１の保持部材２２と、第２の反射器２４０を保持する第２の保持部材２４と、を有し、導光部材２１内にガスを導入するガス導入口２１１、ガス導入口２１１から導入されたガスが流通するガス流通部２１０、および導光部材２１内のガスを排出するガス排出口２１２を有するとともに、両端に、第１の反射器２２０を挿入可能な第１の凹部２１３と、第２の反射器２４０を挿入可能な第２の凹部２１４とを有し、第１の反射器２２０を導光部材２１の第１の凹部２１３に挿入した場合に、第１の反射器２２０が第１の凹部２１３に収容され、第２の反射器２４０を導光部材２１の第２の凹部２１４に挿入した場合に、第２の反射器２４０が第２の凹部２１４に収容される。これにより、本実施形態では、第１の反射器２２０、ガス流通部２１０、第２の反射器２４０をコンパクトに配置することができ、光共振器２０の小型化を図ることができ、外部共振器型レーザー装置全体としての小型化も図ることができる。

【0032】

また、第１実施形態に係る光共振器２０では、第１の収容部Ｃ１を構成する第１の凹部２１３および第１の保持部材２２の第２の面２２２と、第２の収容部Ｃ２を構成する第２の凹部２１４および第２の保持部材２４の第２の面２４２とに、アルマイト加工などの反射防止加工が施されるため、レーザー光の乱反射の影響を低減することができ、ノイズを抑制することができるため、検出対象ガスが１ｐｐｍ未満と微量である場合でも、検出対象ガスを高精度に検出することができる。

【0033】

また、第１実施形態に係る導光部材２１では、第１の凹部２１３とガス流通部２１０との間にレーザー光が通過する第１の細径貫通孔２１５と、第２の凹部２１４とガス流通部２１０との間にレーザー光が通過する第２の細径貫通孔２１６を有し、第１の細径貫通孔２１５は第１の保持部材２２の貫通孔２２３よりも孔の径が小さく、第２の細径貫通孔２１６は第２の保持部材２４の貫通孔２４３よりも孔の径が小さいため、乱反射したレーザー光が第１の細径貫通孔２１５および第２の細径貫通孔２１６を通過しにくく、その分、ノイズを低減することができる。

【0034】

さらに、第１実施形態に係る光共振器２０では、アライメント機構として、第１の反射器２２０が取り付けられた第１の保持部材２２を押圧する傾き調節ネジ２３１～２３３を有しており、これらネジの挿入位置（挿入の深さ）を調整することで、第１の保持部材２２（あるいは第１の反射器２２０）の傾きおよび位置を調整することが可能となっている。同様に、第１実施形態に係る光共振器２０では、アライメント機構として、第２の反射器２４０が取り付けられた第２の保持部材２４を押圧する傾き調節ネジ２５１～２５３を有しており、これらネジの挿入位置（挿入の深さ）を調整することで、第２の保持部材２４（あるいは第２の反射器２４０）の傾きおよび位置を調整することが可能となっている。また、本実施形態において、傾き調節ネジ２３１～２３３，２５１～２５３は、ユーザやメンテナンス担当者が外部から操作することが可能となっており、光共振器２０を分解しなくても、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の傾きを含む位置を簡易に調節することができる。さらに、本実施形態において、半導体レーザー素子１１を用いることで、装置全体として小型化することができ、装置の持ち運びが可能となるが、その分、持ち運びによる振動や外部からの衝撃を受けやすくなり、光共振器２０における第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の傾きや位置が変化しやすくなるところ、ユーザやメンテナンス担当者が簡易に第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の傾きや位置を調整することが可能とすることで、より持ち運びに適した装置を提供することが可能となる。

【0035】

《第２実施形態》
図６は、第２実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ａを示す構成図である。図６に示すように、第２実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ａは、主な構成として、半導体レーザー素子１１と、光共振器２０ａと、複数の検出装置３０とを有している。

【0036】

図７は、第２実施形態に係る光共振器２０ａの側面断面図であり、図８は、光共振器２０ａの側面断面の部分拡大図である。なお、図７および図８は、図６のＶIＩ－ＶII線に沿う側面断面図である。また、図９（Ａ）は、第２実施形態に係る光共振器２０ａの正面図であり、図９（Ｂ）は、第２実施形態に係る光共振器２０ａの背面図である。さらに、図１０は、図７のＸ－Ｘ線に沿う正面断面図である。

【0037】

図７に示すように、第２実施形態に係る光共振器２０ａは、大きく分けて７つの部品から構成されている。具体的に、光共振器２０ａは、筒体２１ａと、第１の環状部材２８と、第１の保持部材２２ａと、第１の端部部材２３と、第２の環状部材２９と、第２の保持部材２４ａと、第２の端部部材２５とを有する。また、本実施形態において、光共振器２０ａは、４つのＯリング２６_１～２６_４を有している。

【0038】

ここで、図６および図７に示すように、第２実施形態に係る光共振器２０ａも、第１の共振部および第２の共振部を有する。すなわち、半導体レーザー素子１１から射出されたレーザー光は、第１の端部部材２３および第１の保持部材２２ａに設けられた貫通孔２３０，２２３を通過して、第１の反射器２２０まで到達する。第１の反射器２２０まで到達したレーザー光の大部分は第１の反射器２２０により反射されて、第１の反射器２２０と半導体レーザー素子１１の端面１１１との間で往復し共振することで、第１の反射器２２０と半導体レーザー素子１１の端面１１１との間の空間が第１の共振部として機能する。また、半導体レーザー素子１１から第１の反射器２２０へと到達したレーザー光の一部は、第１の反射器２２０を通過して、筒体２１ａ内部の内部空間Ｓを進み、第２の反射器２４０まで到達する。第２の反射器２４０まで到達したレーザー光の大部分は第２の反射器２４０により反射され、第１の反射器２２０と第２の反射器２４０との間で往復することで共振することで、第１の反射器２２０と第２の反射器２４０との間の空間が第２の共振部として機能する。第２の反射器２４０へと到達したレーザー光の一部は、第２の反射器２４０を通過し、第２の保持部材２４ａおよび第２の端部部材２５に設けられた貫通孔２４３，２５０を通過した後に、ビームディフューザー４０により吸収される。

【0039】

筒体２１ａは、第１の反射器２２０と、第２の反射器２４０との間に配置される筒状の部材であり、中空の内部はガスセルを構成する。筒体２１ａの内部空間Ｓにおいては、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０でレーザー光が繰り返し反射され、レーザー光の共振が行われる。また、図７に示すように、筒体２１ａの内部空間Ｓは、第１の環状部材２８のガス導入口２８０と連通しており、ガス導入口２８０から導入された検出対象ガスが流通可能となっている。特に、筒体２１ａでは、筒体２１ａの長手方向において、レーザー光が往復するとともに、検出対象ガスが流通するため、レーザー光と検出対象ガスとが衝突する機会が増え、レーザー光が検出対象ガスと衝突することで生じるラマン散乱光を検出しやすくなっている。また、筒体２１ａは、主にガラスによって構成されており、レーザー光が検出対象ガスと衝突することで生じるラマン散乱光を、筒体２１ａの側面側に配置された検出装置３０で検出可能となっている。なお、筒体２１ａは、内部側面または外部側面にローパスフィルタを設ける構成とすることもできる。また、筒体２１ａは、弾性部材であるＯリング２６_３，２６_４を介して、第１の環状部材２８および第２の環状部材２９に隙間なく挟持されるため、筒体２１ａと、第１の環状部材２８および第２の環状部材２９との間から検出対象ガスが漏出してしまうことを防止し、気密性を担保することができる。

【0040】

第１の環状部材２８は、内部に第１の保持部材２２ａが収容できるように、環状に形成された金属部材である。第１の環状部材２８は、図８に示すように、環の内径が筒体２１ａの外径よりも大きい第１環状部２８１と、環の内径が第１環状部２８１よりも小さく、かつ、筒体２１ａの外径よりも小さい第２環状部２８２とを有している。さらに、第１の環状部材２８は、ガス導入口２８０を有しており、ガス導入口２８０から検出対象ガスを含むガスを筒体２１ａ内に導入することが可能となっている。また、第１の環状部材２８と同様に、第２の環状部材２９は、内部に第２の保持部材２４ａが収容できるように、環状に形成された金属部材である。第２の環状部材２９も、図８に示すように、環の内径が筒体２１ａの外径よりも大きい第１環状部２９１と、環の内径が第１環状部２９１よりも小さく、かつ、筒体２１ａの外径よりも小さい第２環状部２９２とを有している。さらに、第２の環状部材２９は、ガス排出口２９０を有しており、筒体２１ａ内のガスをガス排出口２９０から排出することが可能となっている。本実施形態においては、ガス導入口２８０およびガス排出口２９０は共に筒体２１ａと連通しており、第１の環状部材２８のガス導入口２８０から導入されたガスは、筒体２１ａを流通し、第２の環状部材２９のガス排出口２９０から排出されることとなる。

【0041】

第１の保持部材２２ａは、フランジ部２２５と、本体部２２６とを有し、第１の保持部材２２ａを、本体部２２６側から第１の環状部材２８の環内に挿入することで、第１の保持部材２２ａと第１の環状部材２８とを嵌め合わせることができる。具体的には、図８に示すように、第１の環状部材２８の第１環状部２８１の内径が、第１の保持部材２２ａのフランジ部２２５の外径よりも大きく構成されており、また、第１の環状部材２８の第２環状部２８２の内径が、第１の保持部材２２ａの本体部２２６の外径よりも大きく構成されている。そのため、第１の保持部材２２ａは、フランジ部２２５と第１環状部２８１との間、および、本体部２２６と第２環状部２８２との間に一定の隙間ができた状態で、第１の環状部材２８内で保持されることとなる。特に、本実施形態では、第１の保持部材２２ａのフランジ部２２５の外径が本体部２２６の外径よりも大きく、フランジ部２２５と本体部２２６との間に段差面２２７が形成されているとともに、第１の環状部材２８の第１環状部２８１の外径が第２環状部２８２の外径よりも大きく、第１環状部２８１と第２環状部２８２の外径との間にも段差面２８３が形成されている。そして、第１の保持部材２２ａの段差面２２７と、第１の環状部材２８の段差面２８３とが対向しており、対向する段差面２２７と段差面２８３との間に弾性部材であるＯリング２６_１が配置される。また、本実施形態では、後述するアライメント機構により、第１の保持部材２２ａがＯリング２６_１を押圧するため、Ｏリング２６_１が第１の保持部材２２ａの段差面２２７と第１の環状部材２８の段差面２８３とで圧迫された状態で挟持され、光共振器２０ａの内部空間Ｓの気密性を担保する。同様に、第２の保持部材２４ａも、フランジ部２４５と、本体部２４６とを有し、本体部２４６側から第２の環状部材２９の環内に挿入することで、第２の保持部材２４ａと第２の環状部材２９とを嵌め合わせることができる。また、第２の保持部材２４ａも、フランジ部２４５と第２の環状部材２９の第１環状部２９１との間、および、本体部２４６と第２の環状部材２９の第２環状部２９２との間に一定の隙間ができた状態で、第２の環状部材２９内で保持される。さらに、第２の保持部材２４ａの段差面２４７と第２の環状部材２９の段差面２９３との間にＯリング２６_２が配置されるとともに、弾性部材であるＯリング２６_２が段差面２４７と段差面２９３とに圧迫された状態で挟持されることで、光共振器２０ａの気密性が担保される。

【0042】

また、第１の保持部材２２ａでは、第１の反射器２２０が本体部２２６に取り付けられている。具体的には、第１の保持部材２２ａの本体部２２６は凹部２２６０を有しており、凹部２２６０の中に第１の反射器２２０が嵌め込まれている。本実施形態では、凹部２２６０内において、第１の反射器２２０を両面から挟むように、第１の反射器２２０の両面側に、第１の反射器２２０の外周縁に沿って一対のＯリングが設置されている。第１の保持部材２２ａでは、凹部２２６０と連通する貫通孔２２３が形成されているが、一対のＯリングが、第１の反射器２２０を挟持しながら隙間なく配置されることで、当該Ｏリングと第１の反射器２２０とで、光共振器２０ａ内の気密を保っている。同様に、第２の保持部材２４ａでは、第２の反射器２４０が本体部２４６の凹部２４６０の中に嵌め込まれている。また、第２の保持部材２４ａでも、凹部２４６０内において、第２の反射器２４０を両面から挟むように、第２の反射器２４０の両面側に、第２の反射器２４０の外周縁に沿って一対のＯリングが設置されており、これにより、第２の反射器２４０が固定されるとともに、光共振器２０ａの気密が保たれている。

【0043】

第２実施形態において、第１の端部部材２３は、第１の環状部材２８に脱着可能となっており、図７に示すように、第１の環状部材２８とともに、第１の保持部材２２ａを保持することができる。第１の端部部材２３は、図８および図９に示すように、半導体レーザー素子１１から射出されたレーザー光を通過させるための貫通孔２３０に加えて、傾き調節ネジ（押圧部材）２３１～２３３を有する。傾き調節ネジ２３１～２３３は、第１の端部部材２３の本体を貫通し、第１の保持部材２２ａの押圧面２２８に当接可能となっている。また、傾き調節ネジ２３１～２３３は、挿入位置（挿入の深さ）が調整可能となっており、傾き調節ネジ２３１～２３３を押圧面２２８側に挿入するほど、傾き調節ネジ２３１～２３３が押圧面２２８を押圧する圧力が高くなり、Ｏリング２６_１の変形量を大きくさせることができる。これにより、たとえば、図９において上部に位置する傾き調節ネジ２３１のみを押圧面２２８側に深く挿入させた場合には、傾き調節ネジ２３１の先端と当接する位置において、第１の保持部材２２ａがＯリング２６_１を押し潰し、第１の反射器２２０を下方向に傾けることが可能となる。また、本実施形態では、図９に示すように、第１の保持部材２２ａの左下側および右下側にも、傾き調節ネジ２３２，２３３がそれぞれ設けられているため、３本の傾き調節ネジ２３１～２３３により、第１の反射器２２０の傾きを、上下左右において調整することができる。このように、本実施形態では、傾き調節ネジ２３１～２３３が、第１の反射器２２０の傾きを調整するためのアライメント機構として機能する。

【0044】

また、本実施形態では、図１０に示すように、第１の環状部材２８にも、アライメント機構として、位置調節ネジ２８４，２８５および付勢部材２８６が設けられている。位置調節ネジ２８４，２８５は、第１の保持部材２２ａの側面２２９を押圧することで、第１の保持部材２２ａに保持される第１の反射器２２０の位置を調整することができる。また、付勢部材２８６は、コイルばねや板ばねなどの弾性部材であり、第１の環状部材２８と第１の保持部材２２ａとの間に配置される。本実施形態では、第１の保持部材２２ａを介して、位置調節ネジ２８４，２８５と対向する位置に、付勢部材２８６が配置されるため、第１の保持部材２２ａを位置調節ネジ２８４，２８５が配置された方向に付勢する。これにより、位置調節ネジ２８４，２８５の挿入位置（挿入の深さ）に応じて、第１の保持部材２２ａの位置を上下方向（Ｚ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）に調整することが可能となっている。さらに、本実施形態では、第１の環状部材２８と第２の環状部材２９とを金属ロッドなどで連結する構成とすることで、光共振器２０ａの堅牢性を高めることができる。

【0045】

なお、本実施形態では、傾き調節ネジ２３１～２３３または位置調節ネジ２８４，２８５に押圧される第１の保持部材２２ａの押圧面２２８または側面２２９の保護を目的として、押圧面２２８および／または側面２２９に、傾き調節ネジ２３１～２３３および位置調節ネジ２８４，２８５よりも高硬度の保護部材を配置する構成とすることができる。このような保護部材としては、たとえば、サファイア製のコンタクトパットを用いることができる。

【0046】

また、第２実施形態では、光共振器２０ａ（筒体２１ａ）の側面に、４つの検出装置３０が配置されている。検出装置３０は、筒体２１ａ内の内部空間Ｓにおいて、レーザー光がガスと衝突して生じた特定波長の光を検出する。また、本実施形態において、検出装置３０は、レーザー光がガスと衝突して生じたラマン散乱光を検出する構成としている。ここで、レーザー光の波長が同じ場合でも、レーザー光と衝突するガスの種類に応じてラマン散乱光の波長は変化する。そのため、本実施形態では、４つの検出装置３０を用いて、それぞれ異なる波長のラマン散乱光を検出することで、４種類のガスを同時に検出する構成となっている。具体的には、本実施形態では、検出装置３０の前にそれぞれ異なる特定の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ３３ａ～３３ｄを設けている。これにより、本実施形態において、外部共振器型レーザー装置１ａは、複数の検出装置３０により、特定の４種類のガスに由来する光を一度に同時に検出することができる。

【0047】

次いで、第２実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ａの実施例について説明する。本実施例では、外部共振器型レーザー装置１ａにより、空気中の酸素、窒素、二酸化炭素および水蒸気の検出、水素ガス中の酸素（１０ｐｐｍ）の検出、アルゴンガス中のアンモニア（１ｐｐｍ）の検出を行った。

【0048】

図１１は、空気中の酸素、窒素、二酸化炭素および水蒸気を検出した結果を示すグラフである。具体的には、図１１（Ａ）は、酸素および窒素の検出結果を示すグラフであり、図１１（Ｂ）は、二酸化炭素の検出結果を示すグラフであり、図１１（Ｃ）は、水蒸気の検出結果を示すグラフである。図１１（Ａ）～（Ｃ）に示すように、本実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ａを用いることで、空気中の酸素、窒素、二酸化炭素、水蒸気を検出できることが確認できた。

【0049】

また、図１２（Ａ）は、水素ガス中に１０ｐｐｍの酸素ガスを混入した場合の、酸素ガスの検出結果を示すグラフである。酸素ガスが１０ｐｐｍである場合も、酸素ガスを検出することができることが分かった。なお、図１２（Ａ）に示すグラフでは、水素ガスだけの場合の検出結果も重畳している。

【0050】

さらに、図１２（Ｂ）は、アルゴンガス中に１ｐｐｍのアンモニアガスを混入した場合の、アンモニアガスの検出結果を示すグラフである。また、図１２（Ｂ）に示すグラフでは、アルゴンガスだけの場合の検出結果も重畳している。このように、アンモニアガスが含まれる場合に、アンモニアガスが含まれない場合の検出結果と比較することで、アンモニアガスでは１ｐｐｍという微量である場合も、アンモニアガスの存在を検知することが可能となる。

【0051】

以上のように、第２実施形態に係る光共振器２０ａでは、導光部材として、筒体２１ａおよび第１の環状部材２８および第２の環状部材２９を有し、第１の環状部材２８および第２の環状部材２９が、第１の保持部材２２ａおよび第２の保持部材２４ａを挿入可能な凹部として機能している。そして、第１の保持部材２２ａと第１の環状部材２８とにより囲われた空間である第１の収容部Ｃ１内に、第１の反射器２２０が収容され、第２の保持部材２４ａと第２の環状部材２９とにより囲われた空間である第２の収容部Ｃ２内に第２の反射器２４０が収容される。これにより、第２実施形態に係る光共振器２０ａでも、第１実施形態に係る光共振器２０と同様に、光共振器２０ａをコンパクトに構成することができる。

【0052】

また、第２実施形態に係る光共振器２０ａでは、アライメント機構として、第１の反射器２２０が取り付けられた第１の保持部材２２ａを押圧する傾き調節ネジ２３１～２３３および位置調節ネジ２８４，２８５を有しており、これらネジの挿入位置（挿入の深さ）を調整することで、第１の保持部材２２ａ（あるいは第１の反射器２２０）の傾きおよび位置を調整することが可能となっている。同様に、第２実施形態に係る光共振器２０ａでは、アライメント機構として、第２の反射器２４０が取り付けられた第２の保持部材２４ａを押圧する傾き調節ネジ２５１～２５３および位置調節ネジ２９４，２９５を有しており、これらネジの挿入位置（挿入の深さ）を調整することで、第２の保持部材２４ａ（あるいは第２の反射器２４０）の傾きおよび位置を調整することが可能となっている。

【0053】

《第３実施形態》
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１３は、第３実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ｂを示す構成図である。第３実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ｂは、単一の検出装置３０を備え、当該検出装置３０が、半導体レーザー素子１１および光共振器２０ａと一直線となる位置に配置される。より具体的には、半導体レーザー素子１１、光共振器２０ａおよび検出装置３０がともに、半導体レーザー素子１１から発せられるレーザー光の光軸上に配置される。また、第３実施形態では、光共振器２０ａにおいてレーザー光が検出対象ガスと衝突して生じたラマン散乱光が、光共振器２０ａの第２の端部部材２５から外部へと放射された後に、検出装置３０に入射し、検出装置３０により検出される構成となっている。

【0054】

また、第３実施形態では、検出装置３０において、ラマン散乱光を効率的に検出するため、筒体２１ａの内面は、たとえば蒸着などの手法により、ラマン散乱光を高反射するための光学コーティングや、アルミニウムなどの金属の反射膜を形成しておくことが好ましい。これにより、筒体２１ａの側面（レーザー光の光軸と交差する方向）からラマン散乱光が外部へと透過することを防止し、レーザー光の光軸上に位置する検出装置３０に、ラマン散乱光を効率的に入射させることができる。

【0055】

また、第３実施形態に係る検出装置３０は、バンドパスフィルタ３３の切り替え機構を有しており、バンドパスフィルタ３３を自在に切り替え可能となっている。そのため、バンドパスフィルタ３３を検出したいガスの種類に応じて切り替えることで、所望するガスを検出することが可能となっている。

【0056】

以上のように、第３実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ｂも、光共振器２０ａに、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の傾きや位置を調整可能なアライメント機構を有しており、第１の反射器２２０および第２の反射器２４０の傾きを含む位置を容易に調節することが可能となっている。また、第３実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ｂでは、単一の検出装置３０を有する構成であるとともに、半導体レーザー素子１１、光共振器２０ａ、検出装置３０が一直線に配置されるため、装置全体をより小型化することが可能となる。なお、第３実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ｂでは、レーザー光の光軸Ｌに沿ってラマン散乱光を検出することで、第２実施形態に係る外部共振器型レーザー装置１ａと同等以上の感度で、検出対象ガスを検出することが確認された。

【0057】

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

【0058】

たとえば、第３実施形態では、単一の検出装置３０を、半導体レーザー素子１１および光共振器２０ａと一直線となる位置（レーザー光の光軸上となる位置）に配置する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、半導体レーザー素子１１および光共振器２０ａと一直線となる位置（レーザー光の光軸上となる位置）に加えて、第２実施形態のように、筒体２１ａの側面（レーザー光の光軸と直交する方向）にも、複数の検出装置３０を配置し、半導体レーザー素子１１および光共振器２０ａと一直線となる位置および筒体２１ａの側面でラマン散乱光を検出する構成とすることができる。たとえば、第２実施形態に係る検出装置３０の配置構成と、第３実施形態に係る検出装置３０の検出構成とを組み合わせることで、５個の検出装置３０でラマン散乱光を検出することができるため、同時に５種類のガスを検出することが可能となる。

【符号の説明】

【0059】

１，１ａ，１ｂ…外部共振器型レーザー装置
１１…半導体レーザー素子
１１１，１１２…端面
１２…レンズ
１３…バンドパスフィルタ
２０，２０ａ…光共振器
２１…導光部材
２１０…ガス流通部
２１１…ガス導入口
２１２…ガス排出口
２１３…第１の凹部
２１４…第２の凹部
２１５…第１の細径貫通孔
２１６…第２の細径貫通孔
２１７…シリンドリカルミラー
２１８…シリンドリカルレンズ
２１９…光学フィルタ
２２，２２ａ…第１の保持部材
２２０…第１の反射器
２２１…第１の面
２２２…第２の面
２２３…貫通孔
２２４…保護部材
２２５…フランジ部
２２６…本体部
２２６０…凹部
２２７…段差面
２２８…押圧面
２２９…側面
２３…第１の端部部材
２３０…貫通孔
２３１～２３３…傾き調節ネジ
２４…第２の保持部材
２４０…第２の反射器
２４１…第１の面
２４２…第２の面
２４３…貫通孔
２４４…保護部材
２４５…フランジ部
２４６…本体部
２４６０…凹部
２４７…段差面
２４８…押圧面
２４９…側面
２５…第２の端部部材
２５０…貫通孔
２５１～２５３…傾き調節ネジ
２６_１～２６_４…Ｏリング
２７_１，２７_２…アクチュエーター
２８…第１の環状部材
２８０…ガス導入口
２８１…第１環状部
２８２…第２環状部
２８３…段差面
２８４，２８５…位置調節ネジ
２８６…付勢部材
２９…第２の環状部材
２９０…ガス排出口
２９１…第１環状部
２９２…第２環状部
２９３…段差面
２９４，２９５…位置調節ネジ
３０…検出装置
３１…フォーカスレンズ
３２…フィルタ切り替え装置
３３，３３_１，３３_２，３３ａ～３３ｄ…バンドパスフィルタ
４０…ビームディフューザー
５０…ピエゾコントローラー

【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】