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JP6964464B2 - Wavelength calibration method for tunable laser - Google Patents
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Description

本発明は、波長可変レーザの絶対波長を較正する方法に関する。 The present invention relates to a method of calibrating the absolute wavelength of a tunable laser.

波長可変レーザ光を照射する波長可変レーザの絶対波長を較正する場合、光周波数標準スペクトルが用いられている。これは、所定の物質についての光の吸収強度スペクトルに絶対周波数が割り振られているものであり、較正する際の厳格な物差しとなる。このような光周波数標準スペクトルは、例えばNIST(アメリカ国立標準技術研究所)などの機関により規定されている。この光周波数標準スペクトルに、較正対象となるレーザ光の吸収スペクトルを重ね合わせることで測定対象の光の周波数を特定することができる。 When calibrating the absolute wavelength of a tunable laser that irradiates a tunable laser light, an optical frequency standard spectrum is used. This is an absolute frequency assigned to the light absorption intensity spectrum for a given substance, which is a strict ruler for calibration. Such an optical frequency standard spectrum is defined by an institution such as NIST (National Institute of Standards and Technology). The frequency of the light to be measured can be specified by superimposing the absorption spectrum of the laser light to be calibrated on the optical frequency standard spectrum.

ここで、上述した光周波数標準スペクトルを用いて波長可変レーザ装置におけるレーザ光の較正をしようとする場合、併せて波長計などの測定機器を用いなければならない。それは、波長可変レーザ装置の周波数連続同調範囲が極めて狭く、概ね30GHz(1[cm-1])程度しかないということに起因する。 Here, when trying to calibrate the laser beam in the tunable laser apparatus using the above-mentioned optical frequency standard spectrum, a measuring device such as a tunable wavemeter must be used at the same time. This is because the frequency continuous tuning range of the tunable laser device is extremely narrow, and is only about 30 GHz (1 [cm -1 ]).

つまり、重ね合わせて合致する周波数領域を光標準スペクトルのなかから探索しようとする際に、較正対象となるレーザ光の吸収スペクトルが1[cm-1]程度しかないため、広範囲にわたる光周波数標準スペクトルにおいて照合すべき周波数領域の見当をつけることができず、探索に膨大な作業量を要し実際には較正を完了することができない。そのため、まず波長計により較正対象のレーザ光の周波数を測定し、測定されて判明した周波数領域の光周波数標準スペクトルと較正対象のレーザ光の吸収強度スペクトルとを厳格に重ね合わせることで較正を行っているのが実情である。 In other words, when trying to search the optical standard spectrum for overlapping and matching frequency regions, the absorption spectrum of the laser beam to be calibrated is only about 1 [cm -1 ], so a wide range of optical frequency standard spectra. Since it is not possible to estimate the frequency domain to be collated, a huge amount of work is required for the search, and the calibration cannot be actually completed. Therefore, first, the frequency of the laser beam to be calibrated is measured with a wavelength meter, and the calibration is performed by strictly superimposing the optical frequency standard spectrum of the measured frequency region and the absorption intensity spectrum of the laser beam to be calibrated. The reality is that.

特開2000−101177号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-101177

波長可変レーザの波長較正には、上述したように波長計が必要となる。しかし、波長計が高額であるという問題がある。そこで、波長計を用いることなく簡便に波長可変レーザの波長較正を行うことのできる技術が望まれている。 A wavelength meter is required for wavelength calibration of a tunable laser as described above. However, there is a problem that the wavemeter is expensive. Therefore, there is a demand for a technique capable of easily performing wavelength calibration of a tunable laser without using a wavelength meter.

上記課題を解決するために本発明において、以下の波長可変レーザの波長較正方法を提供する。すなわち、第一の発明として、較正用標準データとして予め知られた所定物質へのレーザ光の吸収強度スペクトルの内、所定の吸収強度を閾値として閾値以上の吸収強度を有する吸収ピークの周波数分布と、較正対象である波長可変レーザの同物質へのレーザ光の吸収強度スペクトルの吸収強度が強い順に複数選択された吸収ピークの周波数分布と、を比較して、較正対象の各吸収強度に対応する正しい周波数を決定する波長可変レーザの波長較正方法であって、前記閾値は、較正用標準データとして予め知られた前記所定物質への前記レーザ光の吸収スペクトルの内、吸収強度が最大のピークに対する割合で定める波長可変レーザの波長較正方法を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following wavelength calibration method for a tunable laser. That is, as the first invention, among the absorption intensity spectra of laser light to a predetermined substance known in advance as standard data for calibration, the frequency distribution of absorption peaks having an absorption intensity equal to or higher than the threshold value with the predetermined absorption intensity as a threshold. , The frequency distribution of the absorption peaks selected in descending order of the absorption intensity of the absorption intensity spectrum of the laser light to the same substance of the wavelength variable laser to be calibrated is compared with each absorption intensity to be calibrated. A method for calibrating a wavelength of a variable wavelength laser that determines a correct frequency , wherein the threshold value is for a peak having the maximum absorption intensity in the absorption spectrum of the laser light to the predetermined substance known in advance as standard data for calibration. A method for calibrating a wavelength of a variable wavelength laser determined by a ratio is provided.

また、第の発明として、前記較正対象である波長可変レーザの同物質へのレーザ光への吸収ピークの選択は、前記較正用標準データに対して適用された閾値と無関係に設定される閾値以上の吸収強度を有するものを選択する第一の発明に記載の波長可変レーザの波長較正方法を提供する。
Further, as a second invention, the selection of the absorption peak of the tunable laser to the same substance into the laser beam is set regardless of the threshold applied to the standard data for calibration. provides a wavelength calibration method of the wavelength tunable laser according to the first inventions of selecting those with absorption strength of at least.

また、第の発明として、前記比較は、較正対象の前記選択された吸収強度を有する吸収ピーク周波数間隔と合致する周波数間隔が較正用標準データの吸収ピークの周波数分布に存在するかを探索する処理である第一の発明又はの発明に記載の波長可変レーザの波長較正方法を提供する。
Further, as a third invention, the comparison searches for a frequency interval in the absorption peak frequency distribution of the calibration standard data that matches the absorption peak frequency interval having the selected absorption intensity to be calibrated. provides a wavelength calibration method of the tunable laser according to the first invention or second inventions is the processing.

また、第の発明として、較正用標準データとして予め知られた所定物質へのレーザ光の吸収強度スペクトルの内、吸収ピークの周波数分布と、較正対象である波長可変レーザの同物質へのレーザ光の吸収強度スペクトルの所定閾値以上の吸収強度を有する吸収ピークの周波数分布と、を比較して、較正対象の各吸収強度に対応する正しい周波数を決定する波長可変レーザの波長較正方法であって、前記閾値は、較正用標準データとして予め知られた前記所定物質への前記レーザ光の吸収スペクトルの内、吸収強度が最大のピークに対する割合で定める波長可変レーザの波長較正方法を提供する。
Further, as a fourth invention, in the absorption intensity spectrum of laser light to a predetermined substance known in advance as standard data for calibration, the frequency distribution of the absorption peak and the laser of the wavelength variable laser to be calibrated to the same substance. This is a wavelength calibration method for a variable wavelength laser that determines the correct frequency corresponding to each absorption intensity to be calibrated by comparing with the frequency distribution of an absorption peak having an absorption intensity equal to or higher than a predetermined threshold of the light absorption intensity spectrum. The threshold provides a wavelength calibration method for a wavelength-variable laser, which is determined by a ratio of the absorption intensity of the laser light to the predetermined substance, which is known as standard data for calibration, to the peak having the maximum absorption intensity.

また、第の発明として、前記比較は、較正対象の所定閾値以上の吸収強度を有する吸収ピーク周波数間隔と合致する周波数間隔が較正用標準データの吸収ピークの周波数分布に存在するかを探索する処理である第の発明に記載の波長可変レーザの波長較正方法を提供する

Further, as a fifth invention, the comparison searches for whether or not a frequency interval matching the absorption peak frequency interval having an absorption intensity equal to or higher than a predetermined threshold of the calibration target exists in the frequency distribution of the absorption peak of the calibration standard data. provides a wavelength calibration method of the wavelength tunable laser according to the fourth invention is a process.

以上のような構成をとる本発明によって、波長計などを用いることなく波長較正を行うことができる。 According to the present invention having the above configuration, wavelength calibration can be performed without using a wavelength meter or the like.

一臭化ヨウ素分子の近赤外光領域における吸収強度スペクトルの一部を示す図The figure which shows a part of the absorption intensity spectrum in the near-infrared light region of iodine monobromide molecule. 較正対象である波長可変レーザの一臭化ヨウ素分子に対するレーザ光の吸収強度スペクトルの一例を示す図The figure which shows an example of the absorption intensity spectrum of the laser light with respect to the iodine monobromide molecule of the tunable laser to be calibrated. 較正対象の吸収強度スペクトルにおけるピーク間隔の一例を示す図The figure which shows an example of the peak interval in the absorption intensity spectrum to be calibrated. 較正用標準データにおけるピークAとピークBとの間隔測定についての図The figure about the interval measurement between peak A and peak B in the standard data for calibration. 複数のピーク間隔を用いて較正対象と合致するスペクトルの検索にかかる数についての図Diagram of the number of spectra searched for that match the calibration target using multiple peak intervals. 複数のピーク間隔を用いて較正対象と合致するスペクトルの検索結果の正答率を示す図The figure which shows the correct answer rate of the search result of the spectrum which matches the calibration target using a plurality of peak intervals.

以下に、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。
<実施形態>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various embodiments without departing from the gist thereof.
<Embodiment>

本発明に係る波長可変レーザの波長較正方法は、較正用標準データとして予め知られた所定物質へのレーザ光の吸収強度スペクトルの内、吸収ピークの周波数分布と、較正対象である波長可変レーザの同物質へのレーザ光の吸収強度スペクトルの所定閾値以上の吸収強度を有する吸収ピークの周波数分布と、を比較して、較正対象の各吸収強度に対応する正しい周波数を決定する波長可変レーザの波長較正方法である。 The wavelength calibration method of the wavelength variable laser according to the present invention includes the frequency distribution of the absorption peak and the wavelength variable laser to be calibrated in the absorption intensity spectrum of the laser light to a predetermined substance known in advance as standard data for calibration. The wavelength of the wavelength-variable laser that determines the correct frequency corresponding to each absorption intensity to be calibrated by comparing with the frequency distribution of the absorption peak having the absorption intensity equal to or higher than a predetermined threshold of the absorption intensity spectrum of the laser light to the same substance. This is a calibration method.

以下に説明する本実施形態の波長可変レーザの波長較正方法は、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせとして実現され得る。具体的には、コンピュータを利用するものであれば、CPUや主メモリ、バス、あるいは二次記憶装置(ハードディスクや不揮発性メモリ、CDやDVDなどの記憶メディアとそれらメディアの読取ドライブなど)、情報入力に利用される入力デバイス、表示装置、波長可変レーザ、ファブリペロー共振器、電気光学変調器、ガスセル、A/D変換装置、その他の外部周辺装置などのハードウェア構成部、またその外部周辺装置用のインターフェース、通信用インターフェース、それらハードウェアを制御するためのドライバプログラムやその他アプリケーションプログラム、ユーザインターフェース用アプリケーションなどが挙げられる。そして主メモリ上に展開したプログラムに従ったCPUの演算処理によって、入力デバイスやその他インターフェースなどから入力され、メモリやハードディスク上に保持されているデータなどが加工、蓄積されたり、上記各ハードウェアやソフトウェアを制御するための命令が生成されたりする。あるいは本システムの機能ブロックは専用ハードウェアによって実現されてもよい。 The wavelength calibration method of the tunable laser of the present embodiment described below can be realized as a combination of hardware and software. Specifically, if a computer is used, the CPU, main memory, bus, or secondary storage device (hardware, non-volatile memory, storage media such as CD and DVD, and reading drive for those media), information, etc. Hardware components such as input devices, display devices, variable wavelength lasers, fabric perot resonators, electro-optical modulators, gas cells, A / D converters, and other external peripheral devices used for input, and their external peripheral devices. Interfaces, communication interfaces, driver programs and other application programs for controlling those hardware, user interface applications, and the like. Then, by the arithmetic processing of the CPU according to the program expanded on the main memory, the data input from the input device or other interface and stored on the memory or hard disk is processed and accumulated, or the above hardware or the above-mentioned hardware or the like. Instructions to control the software are generated. Alternatively, the functional block of this system may be realized by dedicated hardware.

また、本明細書に記載の各実施形態は装置として実現できるのみでなく、方法としても実現可能である。また、このような装置の一部をソフトウェアとして構成することができる。さらに、そのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品、及び同製品を固定した記録媒体も、当然に本明細書に記載の各実施例の技術的な範囲に含まれる(本明細書の全体を通じて同様である)。 Moreover, each embodiment described in this specification can be realized not only as an apparatus but also as a method. Further, a part of such a device can be configured as software. Further, a software product used to execute such software on a computer, and a recording medium on which the product is fixed are naturally included in the technical scope of each embodiment described in the present specification (the present specification). The same is true throughout.

広く利用されている波長可変レーザには、例えば、近赤外光領域で発振するチタンサファイアレーザ(Ti:Al2O3 Laser)やヒ化ガリウム半導体レーザ(GaAs Laser)がある。これらの波長可変レーザの吸収強度スペクトルを測定するための所定物質としては、近赤外光領域における光の吸収強度スペクトルに多くの吸収線を有する物質が好ましい。吸収線における吸収強度は較正の際の比較照合の指標となるからである。このような物質として、一臭化ヨウ素(IBr)や一塩化ヨウ素(ICl)などのハロゲン間化合物がある。 Widely used tunable lasers include, for example, titanium sapphire laser (Ti: Al 2 O 3 Laser) and gallium arsenide semiconductor laser (GaAs) that oscillate in the near-infrared light region. Laser). As a predetermined substance for measuring the absorption intensity spectrum of these variable wavelength lasers, a substance having many absorption lines in the absorption intensity spectrum of light in the near infrared light region is preferable. This is because the absorption intensity at the absorption line is an index for comparison and collation during calibration. Such substances include interhalogen compounds such as iodine monobromide (IBr) and iodine monochloride (ICl).

図1は、ハロゲン間化合物の一つである一臭化ヨウ素分子の近赤外光領域における吸収強度スペクトルの一部を示す図である。横軸に波数([cm-1])を取り波長可変レーザの周波数連続可変範囲を示している。本図において横軸に振られている波数の値で示しているのは絶対周波数であり、縦軸は吸収強度の最大強度と最小強度との差を百分率した値を示している。図示するように、周波数連続可変範囲に吸収強度の顕著なピークが複数存在している。これらのピークが波長較正で照合する際の有効な指標となるため較正用標準データとして好適なのである。 FIG. 1 is a diagram showing a part of an absorption intensity spectrum of an iodine monobromide molecule, which is one of the interhalogen compounds, in the near infrared light region. The wave number ([cm -1 ]) is shown on the horizontal axis to indicate the continuously variable range of the frequency of the tunable laser. In this figure, the value of the wave number swayed on the horizontal axis is the absolute frequency, and the vertical axis is the value obtained by dividing the difference between the maximum intensity and the minimum intensity of the absorption intensity. As shown in the figure, there are a plurality of remarkable peaks of absorption intensity in the continuously variable frequency range. Since these peaks serve as effective indexes when collating in wavelength calibration, they are suitable as standard data for calibration.

本発明では、図1に示すような所定物質のへのレーザ光の吸収スペクトルにおいて、所定の吸収強度を閾値として閾値以上の吸収強度を有する周波数分布を較正用標準データとして用いる。図1の例によれば、相対的に吸収強度が高い「Astd」、「Bstd」、「Cstd」の3つのピークにおける中心波数が較正用標準データとなる。図示するように、各ピークの中心波数は「Astd = 14047.36549」、「Bstd = 14047.50706」、「Cstd = 14047.80195」である。 In the present invention, in the absorption spectrum of laser light to a predetermined substance as shown in FIG. 1, a frequency distribution having an absorption intensity equal to or higher than the threshold value with the predetermined absorption intensity as a threshold value is used as standard data for calibration. According to the example of FIG. 1, the center wave number at the three peaks of “A std ”, “B std ”, and “C std”, which have relatively high absorption intensities, is the standard data for calibration. As shown in the figure, the center wave number of each peak is "A std = 14047.36549", "B std = 14047.50706", and "C std = 14047.80195".

なお、図1では14047.0[cm-1]から14048.0[cm-1]までの範囲における吸収強度スペクトルを示しているが、較正用標準データとしては、より広範囲における吸収強度スペクトルが存在する。また、図1では「Astd」、「Bstd」、「Cstd」の3つのピークのみを例示したが、較正用標準データには、測定された範囲内のすべてのピークの中心波数と吸収強度とが関連付けられたデータとなっている。 Although FIG. 1 shows the absorption intensity spectrum in the range from 14047.0 [cm -1 ] to 14048.0 [cm -1 ], the absorption intensity spectrum in a wider range exists as the standard data for calibration. In addition, although only the three peaks “A std ”, “B std ”, and “C std ” are illustrated in FIG. 1, the standard data for calibration includes the center wave number and absorption of all peaks within the measured range. The data is associated with intensity.

このような較正用標準データは、本発明に係る波長可変レーザの波長較正方法を実行する計算機が備える不揮発性メモリなどの記憶装置に予め保持され、CPUに適宜読み出されてCPUによる処理に供される。 Such standard data for calibration is stored in advance in a storage device such as a non-volatile memory provided in the computer that executes the wavelength calibration method of the wavelength variable laser according to the present invention, and is appropriately read out by the CPU and used for processing by the CPU. Will be done.

図2は、較正対象である波長可変レーザの一臭化ヨウ素分子に対するレーザ光の吸収強度スペクトルの測定データの一例を示す図である。図1に示した較正用標準データとしての吸収強度スペクトルと同様に横軸に波数([cm-1])を取っているが、付与されている値は相対波長である。相対波長は、ファブリペロー共振器などにより生成した干渉縞を用いることで、測定される較正対象の波長可変レーザの吸収強度スペクトルに付与することができる。このように較正対象の波長可変レーザの波長可変範囲内での吸収強度スペクトルを測定し、併せて相対波長を付与する。 FIG. 2 is a diagram showing an example of measurement data of the absorption intensity spectrum of the laser light with respect to the iodine bromide molecule of the tunable laser to be calibrated. The wave number ([cm -1 ]) is taken on the horizontal axis as in the absorption intensity spectrum as the standard data for calibration shown in FIG. 1, but the given value is the relative wavelength. The relative wavelength can be imparted to the absorption intensity spectrum of the tunable laser to be calibrated by using the interference fringes generated by the Fabry-Perot resonator or the like. In this way, the absorption intensity spectrum of the tunable laser to be calibrated within the wavelength variable range is measured, and a relative wavelength is also given.

このように相対波長が付与された測定データにおける吸収強度スペクトルは、本発明に係る波長可変レーザの波長較正方法を実行する計算機が備えるCPUが所定のプログラムを実行し、一臭化ヨウ素分子を封入したガスセルを経由したレーザ光とファブリペロー共振器などにより生成した干渉縞とを検出した信号を所定の処理に供することにより生成され、生成された較正対象の吸収強度スペクトルは不揮発性メモリなどの記憶装置に記憶される。 In the absorption intensity spectrum in the measurement data to which the relative wavelength is assigned in this way, the CPU included in the computer that executes the wavelength calibration method of the wavelength variable laser according to the present invention executes a predetermined program and encloses the iodine monoxide molecule. The signal generated by detecting the laser beam passing through the gas cell and the interference fringes generated by the Fabry-Perot resonator is subjected to a predetermined process, and the generated absorption intensity spectrum to be calibrated is stored in a non-volatile memory or the like. Stored in the device.

そして、波長可変範囲内に存在する吸収強度のピークを複数選択して、それらのピークの間隔と一致するピーク間隔を較正用標準データの中から探索することにより、較正対象の吸収強度スペクトルに絶対周波数を付与する。較正対象の吸収強度スペクトルの内から選択されるピークは任意に選択され得るが、例えば、吸収強度の強い順に選ぶことができる。また、吸収強度の強いピークが複数選択されるよう、任意の吸収強度を閾値として当該閾値以上の吸収強度を有するピークを選択するようにしてもよい。なお、この閾値は後述する較正用標準データに対して適用する閾値とは無関係に設定されるものである。 Then, by selecting a plurality of absorption intensity peaks existing in the tunable range and searching for a peak interval that matches the interval between those peaks from the calibration standard data, the absorption intensity spectrum to be calibrated is absolute. Give a frequency. The peak selected from the absorption intensity spectrum to be calibrated can be arbitrarily selected, and for example, it can be selected in descending order of absorption intensity. Further, a peak having an absorption intensity equal to or higher than the threshold value may be selected with an arbitrary absorption intensity as a threshold value so that a plurality of peaks having a strong absorption intensity are selected. It should be noted that this threshold value is set regardless of the threshold value applied to the calibration standard data described later.

図2は、較正対象の吸収強度スペクトルの中から、吸収強度の強い順に4つのピークが選択された態様を示す概念図である。ここでは、4つのピーク(a,b,c,d)が選択されている。そして、それらのピークの間隔を用いて較正用標準データとの比較を行う。図示するように、ピークaとピークbとの間隔α、ピークbとピークcとの間隔β、ピークcとピークdとの間隔γ、ピークaとピークdとの間隔δを用いる。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing an embodiment in which four peaks are selected in descending order of absorption intensity from the absorption intensity spectrum to be calibrated. Here, four peaks (a, b, c, d) are selected. Then, the interval between those peaks is used for comparison with the standard data for calibration. As shown in the figure, the interval α between the peak a and the peak b, the interval β between the peak b and the peak c, the interval γ between the peak c and the peak d, and the interval δ between the peak a and the peak d are used.

ピーク間隔は、それぞれのピークの中心波数(中心周波数)の差分をとることで得られる。較正対象の吸収スペクトルに付与される波数は相対波数であるが、差分を取ることで絶対周波数が付与された較正用標準データにおけるピーク間隔との比較が行える。 The peak interval is obtained by taking the difference in the center wave number (center frequency) of each peak. The wave number given to the absorption spectrum to be calibrated is the relative wave number, but by taking a difference, it is possible to compare with the peak interval in the calibration standard data to which the absolute frequency is given.

一方、比較する較正用標準データの吸収強度スペクトルには膨大な数のピークが含まれ、すべてのピークを対象として一致するピーク間隔の探索を行うことは多大な計算量となり好ましくない。そこで、較正対象において吸収強度の強いピークが選択されることに応じて、較正用標準データにおいても吸収強度による閾値を設けて比較の対象とするピークを絞り込む。 On the other hand, the absorption intensity spectrum of the standard data for calibration to be compared contains a huge number of peaks, and it is not preferable to search for matching peak intervals for all peaks because it is a large amount of calculation. Therefore, in response to the selection of a peak having a strong absorption intensity in the calibration target, a threshold value based on the absorption intensity is also set in the calibration standard data to narrow down the peak to be compared.

図3は、較正用標準データにおいて閾値によって比較の対象として絞り込まれたピークを示す概念図である。図示するように14047.0[cm-1]から14048.0[cm-1]までの範囲に多数のピークが存在する。そこで、較正用標準データの最大吸収強度と最小吸収強度との差を百分率し、最大吸収強度の相対値を閾値として用いる。図中の6つのピーク(A,B,C,D,E,F)は、閾値を「70%」と定めた場合のピークである。図示するように、閾値を最大吸収強度の「60%」と定めた場合には、より多くのピークが抽出される。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing peaks narrowed down for comparison by a threshold value in the standard calibration data. As shown, there are many peaks in the range from 14047.0 [cm -1 ] to 14048.0 [cm -1]. Therefore, the difference between the maximum absorption intensity and the minimum absorption intensity of the standard data for calibration is used as a percentage, and the relative value of the maximum absorption intensity is used as a threshold value. The six peaks (A, B, C, D, E, F) in the figure are peaks when the threshold value is set to "70%". As shown, when the threshold is set to "60%" of the maximum absorption intensity, more peaks are extracted.

続いて、図2で示した4つのピーク(a,b,c,d)により生じる4つのピーク間隔(α,β,γ,δ)を用いた場合における、合致するピーク間隔の探索について説明する。まず、間隔αと同じ周波数間隔が較正用標準データの吸収強度ピークの周波数分布に存在するかを探索する。すなわち、較正用標準データに存在する一のピークについて当該ピークとの間隔が間隔αとなる他のピークが存在するかを探索する。この処理を較正用標準データに存在するすべてのピークについて行う。 Next, a search for matching peak intervals when using four peak intervals (α, β, γ, δ) generated by the four peaks (a, b, c, d) shown in FIG. 2 will be described. .. First, it is searched whether the same frequency interval as the interval α exists in the frequency distribution of the absorption intensity peak of the calibration standard data. That is, for one peak existing in the standard data for calibration, it is searched for whether there is another peak whose interval α from the peak is the interval α. This process is performed for all peaks present in the calibration standard data.

そして、間隔αと等しい間隔として、図3に示したピークAとピークBとの間隔εが見出されたら、一のピークから他のピークを探索した方向と同方向にさらに探索し、次に存在するピークCとピークBとの間隔ζが、図2に示したピークbとピークcとの間隔βと等しいか否かの比較を行う。等しい場合には、さらに隣に存在するピークDとピークCとの間隔ηが、ピークcとピークdとの間隔γと等しいか否かの比較を行う。等しい場合には、ピークAとピークDとの間隔θが、ピークaとピークdとの間隔δと等しいか否かの比較を行う。 Then, when the interval ε between the peak A and the peak B shown in FIG. 3 is found as an interval equal to the interval α, further search is performed in the same direction as the search for the other peak from one peak, and then the search is performed. A comparison is made as to whether or not the distance ζ between the existing peak C and the peak B is equal to the distance β between the peak b and the peak c shown in FIG. If they are equal, it is compared whether or not the interval η between the peak D and the peak C existing next to each other is equal to the interval γ between the peak c and the peak d. If they are equal, a comparison is made as to whether or not the interval θ between the peak A and the peak D is equal to the interval δ between the peak a and the peak d.

このように、複数のピークにより構成されるピーク間隔を順次シフトしながらピーク間隔の比較していくことで、較正用標準データにおける多数のピーク間隔の中から較正対象の吸収強度スペクトルに存在する所定のピークの連なりと同じ間隔にて連なるピークを絞り込んでいくことができ、最終的に一致するピークの連なりを導出することができる。そして、較正用標準データの吸収強度スペクトルにおいて一致したピークの中心周波数である絶対周波数が、較正対象における一致したピークの中心周波数として決定される。 By comparing the peak intervals while sequentially shifting the peak intervals composed of a plurality of peaks in this way, a predetermined value existing in the absorption intensity spectrum to be calibrated from among a large number of peak intervals in the calibration standard data. It is possible to narrow down the series of peaks at the same interval as the series of peaks of, and finally derive the series of matching peaks. Then, the absolute frequency, which is the center frequency of the matched peak in the absorption intensity spectrum of the calibration standard data, is determined as the center frequency of the matched peak in the calibration target.

このようなピーク間隔の比較は、本発明に係る波長可変レーザの波長較正方法を実行する計算機が備えるCPUが所定のプログラムを実行し、不揮発性メモリなどの記憶装置に記憶されている較正対象の吸収強度スペクトルを読み出してピークとして選択された複数の吸収強度とその吸収強度に対応する中心周波数を取得し、続いて、取得した複数の中心周波数の差分を算出する処理を行うことで複数のピーク間隔を取得し記憶装置に記憶させる。 Such a comparison of peak intervals is performed by a CPU included in a computer that executes the wavelength calibration method of the tunable laser according to the present invention, which executes a predetermined program and is stored in a storage device such as a non-volatile memory. A plurality of peaks are obtained by reading the absorption intensity spectrum and acquiring a plurality of absorption intensities selected as peaks and a center frequency corresponding to the absorption intensity, and then performing a process of calculating the difference between the acquired plurality of center frequencies. The interval is acquired and stored in the storage device.

続いて、CPUが所定のプログラムを実行し、不揮発性メモリなどの記憶装置に記憶されている較正用標準データの閾値以上の吸収強度を有する一のピークとこれと隣接する他のピークとの間隔をそれぞれのピークの中心周波数の差分から算出し、算出された間隔と較正対象におけるピーク間隔とが一致するか否かの比較処理をCPUが実行する。このように、較正対象におけるピーク間隔と等しい間隔を較正用標準データの中から探索する処理を経て、較正用標準データにおいて等しいピーク間隔を形成する各ピークの絶対周波数を較正対象のピークに付与することで絶対周波数が決定される。 Subsequently, the CPU executes a predetermined program, and the interval between one peak having an absorption intensity equal to or higher than the threshold value of the calibration standard data stored in a storage device such as a non-volatile memory and another peak adjacent thereto. Is calculated from the difference in the center frequencies of the respective peaks, and the CPU executes a comparison process of whether or not the calculated interval and the peak interval in the calibration target match. In this way, through the process of searching the calibration standard data for an interval equal to the peak interval in the calibration target, the absolute frequency of each peak forming the equal peak interval in the calibration standard data is given to the peak to be calibrated. The absolute frequency is determined by this.

また、較正用標準データにおけるピーク間隔と較正対象におけるピーク間隔との一致を判定する際に、所定の誤差を許容するようにしてもよい。例えば、図4に示すように、較正対象におけるピーク間隔との比較をするにあたり、較正用標準データにおけるピークAとピークBとの間隔を測定する場合に、例えばピークBの中心波数の±0.003[cm-1]程度の誤差を許容する。これは、較正対象の吸収強度スペクトルを測定するための測定機器などに誤差が生じ得るからである。 Further, a predetermined error may be allowed when determining the agreement between the peak interval in the calibration standard data and the peak interval in the calibration target. For example, as shown in FIG. 4, when comparing with the peak interval in the calibration target, when measuring the interval between the peak A and the peak B in the calibration standard data, for example, ± 0.003 of the center wave number of the peak B [ Allow an error of about cm -1]. This is because an error may occur in a measuring device or the like for measuring the absorption intensity spectrum to be calibrated.

なお、計算量が膨大に増えることを抑制し効率的な探索を行うために較正用標準データにおいて比較の対象となるピークの抽出にあたり閾値を設定した場合について説明してきたが、本発明が設定して課題の解決手段としては、閾値を設けることなくすべてのピークを比較の対象として用いることも当然に含まれる。 In addition, in order to suppress an enormous increase in the amount of calculation and perform an efficient search, a case where a threshold value is set for extracting a peak to be compared in the standard data for calibration has been described, but the present invention has set it. As a means of solving the problem, it is natural that all peaks are used as comparison targets without setting a threshold value.

また、波長可変レーザの使用にあたり本較正方法が併せて行われるように構成することも好ましい。波長可変レーザはガス分析などに用いられるが、分析対象となるガスセルに導光するレーザ光をビームスプリッタなどで分光し、分光対象となるガスセルに導光するとともに一臭化ヨウ素分子を封入したガスセルにも導光することにより、この波長可変レーザの較正とガス分析とを併せて行うことができる。その結果、較正された波長可変レーザに基づくガス分析が行われることになり、例えば、ガスセル内における吸収強度スペクトルに絶対周波数を付与するといった正確なガス分析が可能となる。このように波長可変レーザの本来的な使用時に本較正方法が併せて行えるように構成することにより、本較正方法による較正機能が付与された波長可変レーザとして実現することができる。
<本較正方法の検証>
It is also preferable that the calibration method is performed together with the use of the tunable laser. A variable wavelength laser is used for gas analysis, etc., but a gas cell in which laser light that guides the gas cell to be analyzed is separated by a beam splitter or the like, is guided to the gas cell to be separated, and an iodine monobromide molecule is sealed. By also guiding the light, the calibration of the variable wavelength laser and the gas analysis can be performed at the same time. As a result, gas analysis based on a calibrated tunable laser is performed, and accurate gas analysis such as imparting an absolute frequency to the absorption intensity spectrum in the gas cell becomes possible, for example. By configuring the tunable laser so that the calibration method can be performed at the same time as the original use of the tunable laser, it can be realized as a tunable laser to which the calibration function by the calibration method is added.
<Verification of this calibration method>

図5に複数のピーク間隔を用いて較正対象と合致するスペクトルの検索にかかる数について示す。縦軸は平均ヒット数。横軸は本較正方法において使用するピークの数である。検索にかかる数は、較正対象の吸収強度スペクトルの測定データとして13800−14000[cm-1]領域にて多数取得したピークのデータ(強度と波数)のうちで強度の高いピークデータを用いて1つのピークデータごとに実行し、これを329回行い実行結果より出力される検索数の合計をピークファイルの総数329で割った値である。最大強度の閾値は45[%]とした。 FIG. 5 shows the number of spectra searched for that match the calibration target using a plurality of peak intervals. The vertical axis is the average number of hits. The horizontal axis is the number of peaks used in this calibration method. The number to be searched is 1 using the peak data with high intensity among the peak data (intensity and wave number) acquired in the 1380-14000 [cm -1 ] region as the measurement data of the absorption intensity spectrum to be calibrated. It is executed for each peak data, and this is performed 329 times, and the total number of searches output from the execution result is divided by the total number of peak files 329. The maximum intensity threshold was set to 45 [%].

今回、ピーク誤差の閾値を変化させ複数のピークを用いた場合の検索にかかる数の確認を行った。使用するピークが3本、ピーク誤差の閾値0.003[cm-1]以上の場合は、ヒット数は170以上となっている。また、複数のピーク間隔を用いた場合もピーク誤差の閾値を下げることで、ヒット数が比例して増加しているのが確認できた。使用するピークが4本の場合は、ピーク3本に比べてヒット数の絞り込みを行えておりピーク誤差の閾値0.003 [cm-1]において31のヒット数となった。ピーク5本以上に関してもヒット数が減少し、平均ヒット数が1に近い値へと収束している。 This time, we confirmed the number of searches when multiple peaks were used by changing the peak error threshold. When three peaks are used and the peak error threshold is 0.003 [cm -1 ] or more, the number of hits is 170 or more. It was also confirmed that the number of hits increased proportionally by lowering the peak error threshold even when a plurality of peak intervals were used. When the number of peaks used was 4, the number of hits was narrowed down compared to the number of 3 peaks, and the number of hits was 31 at the peak error threshold of 0.003 [cm -1]. The number of hits also decreased for peaks of 5 or more, and the average number of hits converged to a value close to 1.

図6に複数のピーク間隔を用いて較正対象と合致するスペクトルの検索結果の正答率について示す。縦軸は正答率、横軸はスペクトル探索に使用するピークの数である。図5のヒットした中に、ピークファイルに記載されている波数と同一であるデータが存在するかを確認した。 FIG. 6 shows the correct answer rate of the search result of the spectrum matching the calibration target using a plurality of peak intervals. The vertical axis is the correct answer rate, and the horizontal axis is the number of peaks used for spectrum search. It was confirmed whether or not there was data having the same wave number as that described in the peak file among the hits in FIG.

今回、正答の基準として用いるのはピーク誤差の閾値を用いた2乗誤差が1番低い値が正答であると仮定する。2乗誤差の1番低い値となったピークとピークデータに記載されているピークの差が0.1[cm-1]以下であるとき正答とした。図6は、今回のシステムにおいて正答率のもっとも高いデータである。最大強度の閾値45[%]、ピーク誤差の閾値0.006[cm-1]、使用するピーク本数8本の時に正答率90.3[%]を得ることができた。
<効果>
This time, it is assumed that the value with the lowest squared error using the peak error threshold is the correct answer. The correct answer was given when the difference between the peak with the lowest squared error and the peak described in the peak data was 0.1 [cm -1] or less. FIG. 6 shows the data with the highest correct answer rate in this system. When the maximum intensity threshold was 45 [%], the peak error threshold was 0.006 [cm -1 ], and the number of peaks used was 8, a correct answer rate of 90.3 [%] could be obtained.
<Effect>

本実施形態の波長可変レーザの波長較正方法によって、波長計などを用いることなく波長較正を行うことができる。 According to the wavelength calibration method of the tunable laser of the present embodiment, wavelength calibration can be performed without using a wavelength meter or the like.

Claims (3)

較正用標準データとして予め知られた所定物質へのレーザ光の吸収強度スペクトルの内、所定の吸収強度を閾値として閾値以上の吸収強度を有する吸収ピークの周波数分布と、較正対象である波長可変レーザの同物質へのレーザ光の吸収強度スペクトルの吸収強度が強い順に複数選択された吸収ピークの周波数分布と、を比較して、較正対象の各吸収強度に対応する正しい周波数を決定する波長可変レーザの波長較正方法であって、
前記閾値は、較正用標準データとして予め知られた前記所定物質への前記レーザ光の吸収スペクトルの内、吸収強度が最大のピークに対する割合で定める波長可変レーザの波長較正方法。
Of the absorption intensity spectra of laser light to a predetermined substance known in advance as standard data for calibration, the frequency distribution of absorption peaks having an absorption intensity equal to or higher than the threshold value with the predetermined absorption intensity as a threshold, and the wavelength-variable laser to be calibrated. A variable wavelength laser that determines the correct frequency corresponding to each absorption intensity to be calibrated by comparing the frequency distribution of multiple absorption peaks selected in descending order of absorption intensity of the laser beam absorption intensity spectrum to the same substance. It is a wavelength calibration method of
The threshold is a wavelength calibration method for a tunable laser, which is determined by the ratio of the absorption intensity of the laser light to the predetermined substance, which is known as standard data for calibration, to the peak having the maximum absorption intensity.
前記較正対象である波長可変レーザの同物質へのレーザ光への吸収ピークの選択は、前記較正用標準データに対して適用された閾値と無関係に設定される閾値以上の吸収強度を有するものを選択する請求項1に記載の波長可変レーザの波長較正方法。 The selection of the absorption peak of the wavelength tunable laser to be calibrated into the laser beam to the same substance shall have an absorption intensity equal to or higher than the threshold set regardless of the threshold applied to the calibration standard data. The wavelength calibration method for a tunable laser according to claim 1 to be selected. 前記比較は、較正対象の前記選択された吸収強度を有する吸収ピーク周波数間隔と合致する周波数間隔が較正用標準データの吸収ピークの周波数分布に存在するかを探索する処理である請求項1又は請求項2に記載の波長可変レーザの波長較正方法。 The comparison is a process of searching whether a frequency interval matching the absorption peak frequency interval having the selected absorption intensity to be calibrated exists in the frequency distribution of the absorption peak of the calibration standard data. Item 2. The wavelength calibration method for a tunable laser.
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