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CO2レーザー用スペクトラムアナライザー

CO2 Laser Spectrum Analyzer

CO2レーザーのもつ全ての発振線を同時に表示できる分光計です。軽量で携帯性にすぐれ、簡単にお使い頂けます。
また、キャリブレーション済みなので調整は必要なく、すぐにご使用になれます。

CO2 Laser Spectrum Analyzer CO, HF, & DF Laser Spectrum Analyzers

CO2レーザー用スペクトラムアナライザー

製品特長

・ レーザー波長の視覚的表示
・ 9.1μm〜11.3μmまで対応*
・ 140の回転スペクトルによる識別(他のレンジでも可能です)


CO2レーザースペクトラムアナライザーは独自の回折格子分光計で、CO2レーザーの持つ全ての発振線を同時に表示できます。波長と回転スペクトルの両方の指標により、9.1〜11.3ミクロンの範囲内にある140のレーザー遷移を簡単に確認できます。それらの遷移値は紫外光で励起された温度感知スクリーンを使うことで視覚的に表示されまして、赤外レーザーのビームが当たると暗く見えます。

スクリーンの応答速度は1/4秒で、CO2の回転スペクトルを全て明らかにします。モデル16-Aは軽くて持ち運びができ、実験設備への導入も容易です。

波長スケール長

上記は波長スケール全体を写したものです。スケールの上側はCO2の回転スペクトル、下側は波長(micron)と2種類の指標になっています。スケールの中心部分に温度感知スクリーン(黄色)があり、レーザー波長が黒い線で表されます。

このスペクトル解析スクリーンは広い感度域を持っているので、20倍までの異なる出力密度のスペクトルを同時に表示できます。この装置は製造時に較正されているので調整作業は不要ですが、簡単な操作で較正状態をチェックですることも可能です。

モデル16A仕様

波長範囲 : 9.1μm 〜 11.3μm
分解能 : 003μm (0.3cm-1)
最大出力 : 100W
最小出力(focused) : 0.01W
スクリーン応答時間 : 25秒*
長さ : 18"
幅 : 9.9"
*異なる感度や応答時間も対応可能です。
最小高 : 6.5 "
スリットの高さ : 2.25 "〜3.8"(調節可能)
電力 : 115V、60 Hz、10W
12C16O2振動回転スペクトル
識別:
0001-0200 P2〜P60、R2〜R62
0001-1000 P2〜P56、R2〜R60
0111-1110 P19〜P45
TEAレーザー用の追加ディスプレイも含まれます。

測定中はビームの一部が可変スリットを通過するように装置の前面にレーザーを当てます。通常はレーザービームには十分な強度があります、スリットに対して集光する必要はありません。スリットを通らない光は艶消しのアルマイト加工された筐体に吸収されます。

内部のビームモニターはサーマルイメージプレートで、スリットを通過したCO2レーザーのビームを表示します。このモニターを確認しながら、レーザービームが適正に入射されるようにスペクトラムアナライザーの位置を調整します。モニターは回転式になっており、位置調整が完了後は前面パネルにあるノブを回して光軸上からモニターを外して、ビームが表示スクリーンに到達するようにします。

CO2レーザー用スペクトラムアナライザ仕様

他のIRレーザー用スペクトラムアナライザ

筐体上部の後方にある開閉式の窓を開けると波長スケールが見えます。この方法により、室内照明からの影響を受けることなく、蛍光性ディプレイの表面へ均一な紫外光を照射できます。また、広い視野で見えるようにケースを外して使うこともできます。


モデル16AはCO2レーザー(12C16O2 isotope)で使用することを主に設計されましたが、その他のレーザーでも使用可能です。例えば、NO2レーザーは16Aの設計域内の波長を発します。また、回折格子の2次光の波長域が4.55〜5.65ミクロンなので、一酸化炭素レーザーが持つスペクトルの一部も表示できますし、1.06ミクロン付近であっても回折格子の10次光を使うことで表示が可能です。


スペクトラムアナライザーは10mW以上の出力を持つ他のIRレーザーの計測もできます。CO、HF、DFレーザー用のスペクトラムアナライザーは標準品として用意されています。(別紙の資料を参照)また、リクエストに応じてN2O、CS2、isotopic CO2や広帯域波長などに対応したアナライザーもございます。


このCO2スペクトラムアナライザーは独自の折り返し光学設計を用いることで、装置自体の長さは18インチ(457.2mm)ですが、7.5フィート(2,286mm)の光路長を実現しています。上の写真は部分的に組み立てたアナライザーにHe-Neレーザーを入射したものですが、光路上に遮るものが無いことが分かります。


このアナライザーは外付けのディテクターを取り付けることでモノクロメーターとしても使用できます。光をディテクターへ入れるために表示スクリーンは取り外しますが、温度感知スクリーンを外しても装置の較正には影響しません。


CO2レーザーから得られる多くの波長は、3つの振動遷移(0001-1000, 0001-0200, 0111-1110)の分裂した回転スペクトルから生まれます。このようなレベルでの衝突結合は十分に高速であり、連続単一モードCO2レーザーがただ一つの長さにおいて一度に発振します。しかし、何か波長選択装置のようなものを備えている場合を除いては少しもキャビティ長が変わらない状況において、通常はそうしたレーザーはある回転スペクトルから別のスペクトルへと遷移します。


CO2レーザーではよくあることですが、キャビティの長さが約1/2波長ほど変化するときに5あるいは10の回転スペクトルにおいて連続してレーザー発振します。通常、レーザーの作用は10.6, 10.2と9.6ミクロンに近い高ゲインラインで起こりますが、ウィンドウにおける誘電体コートもしくはファブリ・ペロー共振による反射率の変化によって、この範囲が広げられます。マルチモードレーザは一度に複数の回転スペクトルにおいて発振できますが、異なる回転スペクトルがあることによってのみ異なるレーザー放電量で発振できます。


CO2が多くの波長でレーザー発振する能力によって20%の波長間隔以上でレーザーを調整できる柔軟性をもたらします。しかし、多くの実験においては多波長であることが問題となり得ます。例えば、2つのレーザーのヘテロダインを試みたときに、ビート信号を受けるために両者は同じ回転スペクトルで振動していまいます。また回転スペクトル間をジャンプするレーザーはほぼ一定の出力を発しますが、ビームがファブリ・ペロー共振を持つようなウィンドウあるはビームスプリッターを通過した場合には波長変化は強度変化にもなり得ます。


過去において、他のアプリケーション向けに設計された赤外用走査型分光計を使うのが回転スペクトルを測定する唯一の方法でした。それらの装置は大き過ぎるために簡単にはレーザーシステムへ導入できず、また単にレーザーの様子を正確に表すこともできません。


一般的に、高分解の波長走査は数秒を要します。この間に、レーザーの波長が数回も変わってしまう可能性があります。波長は断続的に変化するため、走査型分光計は完全に検出した波長を見失います。別の走査では、不安定なレーザー波長を数回捉えて、それらが同時に作動しているような印象を与えます。


Macken社のCO2スペクトラムアナライザーは全てのスペクトルを同時に表し、完全なスペクトルを正確に表示します。温度感知表示のスクリーンを使うことで波長情報の並列処理を可能にします。もしも温度感知スクリーンを非走査型検出アレイに置き換えようと試みた場合には、同様の波長分解能を得るには1000個の検出器が必要になるでしょう。


温度感知の蛍光体はスリットの高さに従って(空間)波長の変化を表示するという利点もございます。この便利な特性では多くの場合、(波長スケールの)上側は1つの波長で発振するマルチモードビームを表すと同時に、下側は異なる波長での発振を表します。


CO2レーザーの波長とは出力あるいはモード構造と同じように重要なパラメータです。波長についての情報がなければ、レーザーによるテストの精度と再現性に影響を及ぼします。モデル16Aは、この基本情報を簡単に得られる装置としての要求を満たしています。

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CO, HF, DFレーザー用スペクトラムアナライザー

Macken Instrumentsでは、CO2レーザー用と似たCO, HF, DFレーザー用に較正されたスペクトラムアナライザーも販売しています。仕様概要については16-Aのデータシートをご覧下さい。

全モデル共通仕様

最大出力(連続使用) 75W
最小出力(focused single wavelength) 0.03W* (Screen #7)
0.01W (Screen #8)
応答時間 25秒 (Screen #7)
1.0秒 (Screen #8)
寸法 18"Lx9.9"Wx6.5"H
スリット高さ 2.25" 〜 3.8" 調節可能
電力 115V, 60Hz, 10W
230V, 50Hz, 10W
CO(一酸化炭素)及びHF(フッ化水素)の波長において、もし特定の発振線が大気水蒸気により強く吸収されるのであれば、上記よりも高い出力が必要となります。乾燥窒素を機器に流すか乾燥剤を使用することで、スペクトラムアナライザー内部における水蒸気の含有量を減らすことができます。

モデル16-B(CO) & 16-C(CO)

COレーザー用には2種類がございます。仕様を見ますと、16-C(CO)は16-B(CO)よりも分解能は高いのですが、波長レンジは狭くなります。16-C(CO)の波長レンジは4.8〜5.9μmまであり、ほとんど全ての連続発振COレーザーに対応しています。この範囲は参考文献の示す波長域(16-B(CO)であれば測定可能です)を超えていますが、通常は両モデルともパルス発振あるいは波長選択するレーザーミラーを用いた状況でのみ使われます。波長レンジを狭くすることで得られる優れた分解能は主要なアプリケーションにとって便利なものとされています。16-Bは別売りの波長スケールに交換するだけでHF(フッ化水素)レーザーの測定にも使用でき、交換されたモデルは16-B(HF)となります。上記にある全てのモデルはでは波長(wavelength)と波数(wave number)とによる目盛になっています。

モデル16-B(HF)

先に述べたように、16-BシリーズにおいてはHF(フッ化水素)とCO(一酸化炭素)のスケールは取り換えが可能ですので、COレーザー用スケールだけを後からお買い求めになることもできます

モデル16-D(DF)

このモデルの目盛スケールでは波長とレーザー遷移(laser transition)とで示します。遷移の識別は次の通りです。
  1 -> 0 band P(5) to P(12); 2 -> 1 band P(4) to P(13); 3 -> 2 band P(4) -> P(13)

表示スクリーン

このスペクトラムアナライザーは#7と#8と呼ばれる2種類の温度感知表示スクリーンを備えています。両スクリーンは、それぞれ異なる感度・反応時間・分解能を持っており、その特性はサーマルイメージプレートやビームプローブの#7と#8に相当します。#8のスクリーンは#7よりも感度が高いので微弱な回転スペクトル(rotational lines)の検出に有効ですが、その反面、分解能が低くなり時定数(time constant)も長くなります。また優れた感度は低エネルギーのパルスに対しても有効です。

いずれのスクリーンも出力密度が10倍異なる複数のラインを同時に表示できます。出力密度のレンジが十分に広くないときには、スペクトラムアナライザーは最も強い回転スペクトルをブロックするようになっています。これによって、最も弱い回転スペクトルを表示するのに十分なほどスリットは開いている場合にスクリーンがダメージを受けることを防ぎます。

CO・HF・DFレーザーは同時に多数の回転スペクトルを発振できるので、出力全体の1%程度しかない最も微弱なものでも捉えることができます。このスペクトラムアナライザーはミリワット程度の出力まで個々の回転スペクトルを表示はできますが、最も弱い回転スペクトルを見るためには全体のレーザー出力が1W以上であることを推奨します。

表示スクリーンがダメージを受けないようにするため、スクリーンを回して未使用の部分へレーザーを照射します。スクリーンのみの追加購入もできますし、16-B(CO)から16-B(HF)もしくはその反対へ変更するための波長スケールも購入できます。CO用スケールは16-WSCO、HF用スケールは16-WSHFというモデルになります。


型式 16-B(HF) 16-B(CO) 16-C(CO) 16-D(DF)
波長範囲 2.45 〜 3.25μm 4.9 〜 6.5μm 4.8 〜 5.9μm 3.5 〜 4.2μm
波数範囲 4080 〜3100 cm-1 2040 〜1550 cm-1 2080 〜1695 cm-1 2860 〜2380 cm-1
分解能 Screen #7 0.0012μm 0.0024μm 0.0016μm 0.0010μm
分解能 Screen #8 0.0024μm 0.0048μm 0.0032μm 0.0020μm
スケール
キャリブレーション
波長&波数 波長&波数 波長&波数 波長&振動回転スペクトル

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