WO2024100723A1 - ガスセンサ - Google Patents

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清智 長谷川
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三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

Definitions

  • This disclosure relates to a gas sensor.
  • Gas molecules have a light absorption spectrum with a specific wavelength. Therefore, the gas type is determined by causing a laser beam with a narrow spectral linewidth to interfere with the gas and detecting the absorption of the laser beam by the gas (see, for example, Patent Document 1).
  • This disclosure has been made to solve the problems described above, and its purpose is to obtain a small, inexpensive gas sensor.
  • the gas sensor according to the present disclosure comprises one gain medium, a plurality of resonators having different resonator lengths and simultaneously generating a plurality of laser beams having different wavelengths from the light emitted from the gain medium, and a light receiving element for detecting the plurality of laser beams, and is characterized in that the plurality of laser beams are made to interfere with the gas to be measured inside the plurality of resonators.
  • multiple resonators with different resonator lengths it is possible to obtain laser light of multiple wavelengths even with a single gain medium.
  • Multiple laser light beams are made to interfere with the measured gas inside the multiple resonators, and multiple gas types can be determined by detecting the absorption of the multiple laser light beams by the measured gas. Since only one expensive gain medium is required, and only one set of components such as a power supply circuit that drives the gain medium is required, a small and inexpensive gas sensor can be realized.
  • FIG. 1 is a diagram showing a gas sensor according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing absorption spectra of main gases.
  • FIG. 3 is a graph showing the absorption spectrum of methane gas extracted from FIG. 2.
  • FIG. 13 is a diagram showing a gas sensor according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a gas sensor according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a modified example of the gas sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a gas sensor according to a fourth embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing the light intensity detected by a light receiving element.
  • Embodiment 1. 1 is a diagram showing a gas sensor according to a first embodiment.
  • One gain medium 3 is disposed between one mirror 1 and multiple semi-transparent mirrors 2a, 2b, and 2c.
  • the mirror 1 and the semi-transparent mirror 2a are like a pair of mirrors and constitute a resonator 4a.
  • the mirror 1 and the semi-transparent mirror 2b constitute a resonator 4b
  • the mirror 1 and the semi-transparent mirror 2c constitute a resonator 4c.
  • the distances between the mirror 1 and each of the semi-transparent mirrors 2a, 2b, and 2c are different from one another. Therefore, the mirror 1 and the multiple semi-transparent mirrors 2a, 2b, and 2c constitute multiple resonators 4a, 4b, and 4c having different resonator lengths from one another.
  • the gain medium 3 is a semiconductor optical amplifier or an Er-doped fiber that amplifies the intensity of light passing through it. When a voltage is applied to the gain medium 3, broad natural light having a wide wavelength is emitted.
  • the optical waveguide 5 branches the light emitted from the gain medium 3 into multiple lights.
  • the optical waveguide 5 is an optical fiber or the like, and may be a waveguide formed on a substrate using Si or SiO 2.
  • the optical waveguide 5 and the gain medium 3 may be directly connected, or a lens or an MMI (Multimode Interferometer) coupler may be introduced between them.
  • the light emitted from the optical waveguide 5 into the air is emitted at a certain angle due to the refractive index difference.
  • the lenses 6a, 6b, and 6c convert the multiple lights emitted from the optical waveguide 5 into parallel collimated lights and provide them to the multiple resonators 4a, 4b, and 4c, respectively.
  • each resonator 4a, 4b, 4c with different resonator lengths simultaneously generate multiple laser lights with different wavelengths from the light emitted from the gain medium 3.
  • Each laser light has a narrow spectral linewidth. Note that if the resonator lengths are similar and the oscillation wavelengths are close, interference may occur and stable laser light may not be obtained.
  • a gas cell 7 made of transparent glass or the like is inserted inside the multiple resonators 4a, 4b, 4c.
  • the optical system including the gain medium 3, resonators 4a, 4b, 4c, and lenses 6a, 6b, 6c, etc. are hermetically sealed inside a case, and the inside of the gas cell 7 is exposed to the outside.
  • the lenses 6a, 6b, 6c and lenses 8a, 8b, 8c may also function as partitions to the gas cell 7.
  • the windows of the resonators 4a, 4b, 4c may also serve as the two parallel surfaces of the gas cell 7.
  • Lenses 8a, 8b, and 8c converge the multiple laser beams that have passed through semi-transparent mirrors 2a, 2b, and 2c onto the input surfaces of light-receiving elements 9a, 9b, and 9c. If there is an optical waveguide in front of the light-receiving elements 9a, 9b, and 9c, lenses 6a, 6b, and 6c adjust the beam diameter to converge the light onto the optical waveguide.
  • the light-receiving elements 9a, 9b, and 9c each detect the multiple laser beams.
  • the gas cell 7 is provided with the gas to be measured 10, and multiple laser beams are made to interfere with the gas to be measured 10 inside the resonators 4a, 4b, and 4c. If the gas to be measured 10 contains gas components that have an absorption spectrum according to the wavelength of the laser beam, the intensity of the laser beam decreases.
  • the detection unit 11 detects the absorption of multiple laser beams by the measured gas 10 from the output of the light receiving elements 9a, 9b, and 9c, and determines the gas type and concentration of the measured gas 10. Specifically, the gas type can be determined from the wavelength of the laser beam with reduced intensity, and the gas concentration can be determined from the amount of change in intensity of the laser beam.
  • the intensities of laser light of multiple wavelengths are detected by a photoreceiver.
  • the detection results of the light receiving elements 9a, 9b, and 9c are stored in advance in the memory unit 12 as reference data.
  • the detection unit 11 compares the detection results of the light receiving elements 9a, 9b, and 9c with the reference data to determine the gas type and gas concentration of the measured gas 10.
  • the intensity of the laser light may be detected using a standard sample whose gas type and gas concentration are known, and recorded as reference data. In this case, the measured gas 10 is introduced into the sensor, and the intensity of the laser light detected is compared with the reference data to calculate the gas type and gas concentration.
  • Figure 2 shows the absorption spectra of major gases.
  • Figure 3 shows the absorption spectrum of methane gas extracted from Figure 2.
  • Figure 2 shows the rough band in which the absorption spectrum exists, and in reality, as shown in Figure 3, multiple fine absorption spectra exist within the band.
  • multiple resonators 4a, 4b, and 4c with different resonator lengths, it is possible to obtain laser light of multiple wavelengths even with a single gain medium 3.
  • Multiple laser lights are made to interfere with the measured gas 10 inside the multiple resonators 4a, 4b, and 4c, and multiple gas types can be determined by detecting the absorption of the multiple laser lights by the measured gas 10. Since only one expensive gain medium 3 is required and only one set of components such as a power supply circuit that drives the gain medium 3 is required, a small and inexpensive gas sensor can be realized.
  • the gas sensor according to this embodiment is used, for example, as an odor sensor.
  • the resonator lengths of the resonators 4a, 4b, and 4c are set so as to generate laser light with a wavelength corresponding to the gas to be detected. If there are three resonators 4a, 4b, and 4c, three types of gases, for example, ammonia, carbon dioxide, and nitrous oxide, can be detected. Furthermore, if five types of gases including methane and hydrogen chloride are to be detected, five resonators should be used.
  • the oscillation wavelength of the laser light is determined by the resonator length and the refractive index of the light path, but strictly speaking the refractive index changes depending on the type and concentration of gas in the light path, so the oscillation wavelength changes slightly. However, since gas detection in everyday life is assumed, this is not thought to have a significant effect. When detecting high concentration gases, gas concentrations can be detected with high accuracy by combining this with a peak search using wavelength scanning.
  • Embodiment 2. 4 is a diagram showing a gas sensor according to the second embodiment.
  • the optical switches 13a, 13b, and 13c switch whether or not to pass the incident light.
  • the laser lights of different wavelengths coming out of the three resonators 4a, 4b, and 4c are passed in order by the optical switches 13a, 13b, and 13c, respectively, and made to enter one light receiving element 9.
  • the identification of the gas type is time-shared. This makes it possible to reduce the number of light receiving elements 9.
  • the other configurations and effects are the same as those of the first embodiment.
  • Embodiment 3. 5 is a diagram showing a gas sensor according to a third embodiment.
  • the mirror 1 is spaced apart from the semi-transparent mirrors 2a, 2b, and 2c at the same interval.
  • a plurality of delay elements 14a, 14b, and 14c are provided in the resonators 4a, 4b, and 4c, respectively.
  • the refractive indices of the delay elements 14a, 14b, and 14c are different from one another.
  • the delay devices 14a, 14b, and 14c are elements used for signal modulation in optical communication, and are made of an insulator such as LiNbO3 , or a semiconductor such as InP or Si.
  • the delay devices made of LiNbO3 adjust the refractive index by the Pockels effect caused by the application of a voltage.
  • the delay devices made of InP or Si adjust the refractive index by the thermo-optic effect or carrier plasma effect caused by a current.
  • FIG. 6 is a diagram showing a modified example of the gas sensor according to the third embodiment.
  • the positions of the multiple semi-transparent mirrors 2a, 2b, and 2c are shifted to roughly align with the target oscillation wavelength, and the resolution is increased by fine-tuning the delay units 14a, 14b, and 14c.
  • the delay units 14a, 14b, and 14c have sufficient dynamic range and resolution.
  • the oscillation wavelength can be controlled by the delay units 14a, 14b, and 14c, so that oscillation wavelength control by the position of the semi-transparent mirror is not necessary. Therefore, the number of semi-transparent mirrors 2 can be reduced to one regardless of the number of laser light wavelengths to be handled. In other words, one mirror 1 and one semi-transparent mirror 2 facing each other are shared by the multiple resonators 4a, 4b, and 4c.
  • Embodiment 4. 7 is a diagram showing a gas sensor according to a fourth embodiment.
  • the temperature adjustment unit 15 adjusts the temperature of the gain medium 3 to adjust the refractive index of the gain medium 3.
  • the temperature adjustment unit 15 may be, for example, a Peltier element or a current source for temperature adjustment using the self-heating of the semiconductor amplifier.
  • the position adjustment unit 16 is a piezoelectric element or MEMS that physically moves the semi-transparent mirror 2, and adjusts the position of the semi-transparent mirror 2.
  • the position adjustment unit 16 may be configured to adjust the positions of the semi-transparent mirrors 2a, 2b, and 2c individually. The other configurations are the same as those of the first to third embodiments.
  • Figure 8 shows the light intensity detected by the light receiving element.
  • the difference between the gas detection peak generated by the absorption of the laser light by the measured gas 10 and the background level of the sensor including dirt or aging is detected.
  • the temperature of the gain medium 3 is adjusted to determine the required range of oscillation wavelength.
  • the positions of the semi-transparent mirrors 2, 2a, 2b, 2c are adjusted to operate the laser light within the range of the absorption spectrum of the measured gas 10.
  • the delay devices 14a, 14b, 14c are adjusted to set the oscillation wavelengths of the resonators 4a, 4b, 4c individually.
  • the accuracy of gas detection can be improved by adjusting the temperature of the gain medium 3, the positions of the semi-transparent mirrors 2, 2a, 2b, 2c, or the refractive index of the delay devices 14a, 14b, 14c to scan the oscillation wavelengths of the resonators 4a, 4b, 4c.

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Abstract

互いに異なる共振器長を有する複数の共振器（４ａ，４ｂ，４ｃ）が、１つの利得媒体（３）の出射光から互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を同時に発生させる。受光素子（９ａ，９ｂ，９ｃ）が複数のレーザ光を検出する。複数の共振器（４ａ，４ｂ，４ｃ）の内部で複数のレーザ光を被測定ガス（１０）と干渉させる。

Description

ガスセンサ
　本開示は、ガスセンサに関する。
　ガス分子には固有波長の光吸収スペクトルがある。そこで、スペクトルの細い狭線幅のレーザ光とガスを干渉させ、ガスによるレーザ光の吸収を検出することでガス種を判定していた（例えば、特許文献１参照）。
日本特許第３３０４８４６号公報
　従来のガスセンサは、複数のガス種を判定するために発振波長の異なる複数のレーザを用いていた。このため、ガスセンサが大型化するという問題があった。また、レーザは高価であるため、コストが増加するという問題もあった。
　本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は小型で安価なガスセンサを得るものである。
　本開示に係るガスセンサは、１つの利得媒体と、互いに異なる共振器長を有し、前記利得媒体の出射光から互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を同時に発生させる複数の共振器と、前記複数のレーザ光を検出する受光素子とを備え、前記複数の共振器の内部で前記複数のレーザ光を被測定ガスと干渉させることを特徴とする。
　本開示では、共振器長の異なる複数の共振器を用いることにより利得媒体が１つでも複数の波長のレーザ光を得ることができる。複数の共振器の内部で複数のレーザ光を被測定ガスと干渉させ、被測定ガスによる複数のレーザ光の吸収を検出することで複数のガス種を判定することができる。高価な利得媒体が１つだけでよく、利得媒体を駆動する電源回路などの構成部品も１組で済むため、小型で安価なガスセンサを実現することができる。
実施の形態１に係るガスセンサを示す図である。 主なガスの吸収スペクトルを示す図である。 図２のメタンガスの吸収スペクトルを抜き出した図である。 実施の形態２に係るガスセンサを示す図である。 実施の形態３に係るガスセンサを示す図である。 実施の形態３に係るガスセンサの変形例を示す図である。 実施の形態４に係るガスセンサを示す図である。 受光素子が検出した光強度を示す図である。
　実施の形態に係るガスセンサについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るガスセンサを示す図である。１つのミラー１と複数の半透過ミラー２ａ，２ｂ，２ｃとの間に１つの利得媒体３が配置されている。ミラー１と半透過ミラー２ａは合わせ鏡のようになっており共振器４ａを構成する。同様にミラー１と半透過ミラー２ｂは共振器４ｂを構成し、ミラー１と半透過ミラー２ｃは共振器４ｃを構成する。ただし、ミラー１と半透過ミラー２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれとの間隔は互いに異なる。従って、ミラー１と複数の半透過ミラー２ａ，２ｂ，２ｃは、互いに異なる共振器長を有する複数の共振器４ａ，４ｂ，４ｃを構成する。
　利得媒体３は、通過する光の強度を増幅する半導体増幅器（Semiconductor Optical Amplifier）又はＥｒドープファイバなどである。利得媒体３に電圧を印加すると広い波長を持つブロードな自然光が発光される。光導波路５は利得媒体３の出射光を複数の光に分岐する。光導波路５は光ファイバ等であり、Ｓｉ又はＳｉＯ２を用いた基板に導波路を構成したものでもよい。また、光導波路５と利得媒体３は直接接続してもよいし、両者の間にレンズ又はＭＭＩ（MultiMode Interferometor）カプラ等を導入してもよい。光導波路５から空気中に出た光は、屈折率差である程度の角度で放射される。そこで、レンズ６ａ，６ｂ，６ｃが、光導波路５から放射された複数の光を平行なコリメート光に変換して複数の共振器４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ提供する。
　ブロードな光を共振器に導入すると、共振器長に応じた波長のレーザ光が発生する。従って、共振器長が異なる複数の共振器４ａ，４ｂ，４ｃは、利得媒体３の出射光から互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を同時に発生させる。各レーザ光はスペクトルの細い狭線幅のレーザ光である。なお、共振器長が同程度で発振波長が近い場合、干渉が起こって安定したレーザ光が得られない場合もある。
　複数の共振器４ａ，４ｂ，４ｃの内部に透明なガラス等からなるガスセル７が挿入されている。利得媒体３、共振器４ａ，４ｂ，４ｃ及びレンズ６ａ，６ｂ，６ｃ等などの光学系はケース内に気密封止され、ガスセル７の内部は外部に露出している。なお、レンズ６ａ，６ｂ，６ｃ及びレンズ８ａ，８ｂ，８ｃがガスセル７との仕切りとしても機能してもよい。共振器４ａ，４ｂ，４ｃの窓等がガスセル７の平行な２面を兼ねるようにしてもよい。
　レンズ８ａ，８ｂ，８ｃが、それぞれ半透過ミラー２ａ，２ｂ，２ｃを透過した複数のレーザ光を受光素子９ａ，９ｂ，９ｃの入力面に収束させる。なお、受光素子９ａ，９ｂ，９ｃの前に光導波路がある場合、レンズ６ａ，６ｂ，６ｃはビーム径を調整して光導波路に光を収束させる。受光素子９ａ，９ｂ，９ｃは複数のレーザ光をそれぞれ検出する。
　ガスセル７に被測定ガス１０を提供し、共振器４ａ，４ｂ，４ｃの内部で複数のレーザ光を被測定ガス１０と干渉させる。レーザ光の波長に応じた吸収スペクトルを持つガス成分が被測定ガス１０に含まれているとレーザ光の強度が低下する。
　検出部１１は、受光素子９ａ，９ｂ，９ｃの出力から被測定ガス１０による複数のレーザ光の吸収を検出することで被測定ガス１０のガス種と濃度を判定する。具体的には、強度が低下したレーザ光の波長でガス種を判定し、レーザ光の強度変化量でガス濃度を判定することができる。
　被測定ガス１０が無く空気がガスセル７に導入されている状態で複数の波長のレーザ光の強度を受光器で検出しておく。受光素子９ａ，９ｂ，９ｃの検出結果を参照データとして記憶部１２に予め記憶しておく。検出部１１は、受光素子９ａ，９ｂ，９ｃの検出結果と参照データを比較して被測定ガス１０のガス種とガス濃度を判定する。または、ガス種とガス濃度の判っている標準サンプルを用いてレーザ光の強度を検出し、参照データとして記録してもよい。この場合、被測定ガス１０をセンサに導入してレーザ光の強度を検出した強度を参照データと比較してガス種とガス濃度を算出する。
　図２は、主なガスの吸収スペクトルを示す図である。図３は、図２のメタンガスの吸収スペクトルを抜き出した図である。図２は吸収スペクトルが存在する大まかな帯域を示しており、実際には図３のように帯域内に細かい吸収スペクトルが複数存在する。
　以上説明したように、本実施の形態では、共振器長の異なる複数の共振器４ａ，４ｂ，４ｃを用いることにより利得媒体３が１つでも複数の波長のレーザ光を得ることができる。複数の共振器４ａ，４ｂ，４ｃの内部で複数のレーザ光を被測定ガス１０と干渉させ、被測定ガス１０による複数のレーザ光の吸収を検出することで複数のガス種を判定することができる。高価な利得媒体３が１つだけでよく、利得媒体３を駆動する電源回路などの構成部品も１組で済むため、小型で安価なガスセンサを実現することができる。
　本実施の形態に係るガスセンサは例えば臭いセンサなどに用いられる。検出するガスに応じた波長のレーザ光を発生させるように共振器４ａ，４ｂ，４ｃの共振器長を設定する。共振器４ａ，４ｂ，４ｃが３つであれば、例えばアンモニア、二酸化炭素、亜酸化窒素の３種類のガスを検出することができる。更にメタンと塩化水素を含む５種類のガスを検出する場合は共振器を５つにすればよい。
　なお、レーザ光の発振波長は共振器長と光経路の屈折率によって決まるが、厳密には光経路にあるガスの種類と濃度によって屈折率が変化するため、発振波長が僅かに変化する。しかし、日常生活におけるガス検出を想定しているので、それほど大きな影響はないと考えられる。高濃度ガスを検出する場合には、波長スキャンによるピークサーチと合わせることで精度良くガス濃度を検出することができる。
実施の形態２．
　図４は、実施の形態２に係るガスセンサを示す図である。光スイッチ１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、入射した光を通過させるか否かを切り替える。３つの共振器４ａ，４ｂ，４ｃから出てくる異なる波長のレーザ光をそれぞれ光スイッチ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが順番に通過させて１つの受光素子９に入射させる。即ち、ガス種の同定を時分割する。これにより、受光素子９の数を削減することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態３．
　図５は、実施の形態３に係るガスセンサを示す図である。ミラー１と複数の半透過ミラー２ａ，２ｂ，２ｃとのそれぞれの間隔は同じである。複数の遅延器１４ａ，１４ｂ，１４ｃがそれぞれ複数の共振器４ａ，４ｂ，４ｃの中に設けられている。遅延器１４ａ，１４ｂ，１４ｃの屈折率は互いに異なる。
　遅延器１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、光通信の信号変調に用いられている素子であり、絶縁体であるＬｉＮｂＯ３、又は半導体のＩｎＰ、Ｓｉなどからなる。ＬｉＮｂＯ３からなる遅延器は電圧印可によるポッケルス効果により屈折率を調整する。ＩｎＰ又はＳｉからなる遅延器は電流による熱光学効果又はキャリアプラズマ効果により屈折率を調整する。
　屈折率が異なると、光の進む速度が異なる。従って、屈折率を変化させると、レーザ光に対する実効的な共振器長が変化するため、発振波長が変化する。従って、複数の共振器４ａ，４ｂ，４ｃは互いに異なる共振器長を有するため、利得媒体３の出射光から互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を同時に発生させることができる。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　図６は、実施の形態３に係るガスセンサの変形例を示す図である。図５の形態では複数の半透過ミラー２ａ，２ｂ，２ｃの位置をずらして目的の発振波長に大まかに合わせ、遅延器１４ａ，１４ｂ，１４ｃで微調整して分解能を上げる。一方、図６の形態では、遅延器１４ａ，１４ｂ，１４ｃが十分なダイナミックレンジと分解能を持っている。この場合は遅延器１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより発振波長を制御できるため、半透過ミラーの位置による発振波長制御が不要になる。このため、取り扱うレーザ光波長数に因らず半透過ミラー２を１つにすることができる。即ち、向かい合わせになった１つのミラー１と１つの半透過ミラー２を複数の共振器４ａ，４ｂ，４ｃが共有している。
実施の形態４．
　図７は、実施の形態４に係るガスセンサを示す図である。温度調整部１５は、利得媒体３の屈折率を調整するために利得媒体３の温度を調整する。利得媒体３が半導体増幅器の場合には、温度調整１５は例えばペルチェ素子でもよいし、半導体増幅器の自己発熱を利用した温度調整のための電流源でもよい。位置調整部１６は、半透過ミラー２を物理的に移動させるピエゾ素子又はＭＥＭＳであり、半透過ミラー２の位置を調整する。なお、位置調整部１６が半透過ミラー２ａ，２ｂ，２ｃの位置を個別に調整するように構成することもできる。その他の構成は実施の形態１－３と同様である。
　図８は、受光素子が検出した光強度を示す図である。被測定ガス１０がレーザ光を吸収することで生じたガス検出ピークと、汚れ又は経年劣化を含むセンサのバックグランドレベルとの差を検出する。そして、必要とする発振波長の範囲を決めるために利得媒体３の温度を調整する。被測定ガス１０の吸収スペクトルの範囲でレーザ光の操作を行うために半透過ミラー２，２ａ，２ｂ，２ｃの位置を調整する。共振器４ａ，４ｂ，４ｃの発振波長を個別に設定するために遅延器１４ａ，１４ｂ，１４ｃを調整する。このように利得媒体３の温度、半透過ミラー２，２ａ，２ｂ，２ｃの位置、又は遅延器１４ａ，１４ｂ，１４ｃの屈折率を調整して共振器４ａ，４ｂ，４ｃの発振波長を走査することで、ガス検出の精度を高めることができる。
１　ミラー、２　半透過ミラー、３　利得媒体、４ａ，４ｂ，４ｃ　共振器、５　光導波路、６ａ，６ｂ，６ｃ　レンズ、９，９ａ，９ｂ，９ｃ　受光素子、１１　検出部、１２　記憶部、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　光スイッチ、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ　遅延器、１５　温度調整部、１６　位置調整部

Claims (8)

  1. 　１つの利得媒体と、
    　互いに異なる共振器長を有し、前記利得媒体の出射光から互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を同時に発生させる複数の共振器と、
    　前記複数のレーザ光を検出する受光素子とを備え、
    　前記複数の共振器の内部で前記複数のレーザ光を被測定ガスと干渉させることを特徴とするガスセンサ。
  2. 　前記受光素子の出力から前記被測定ガスによる前記複数のレーザ光の吸収を検出することで前記被測定ガスのガス種を判定する検出部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
  3. 　参照データを記憶する記憶部を更に備え、
    　前記検出部は、前記受光素子の検出結果と前記参照データを比較して前記被測定ガスのガス種又は濃度を判定することを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
  4. 　前記利得媒体の出射光を複数の光に分岐する光導波路と、
    　前記複数の光をそれぞれコリメート光に変換して前記複数の共振器にそれぞれ提供するレンズとを更に備えることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のガスセンサ。
  5. 　前記複数の共振器から出てくるレーザ光を順番に前記受光素子に入射させる光スイッチを更に備えることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載のガスセンサ。
  6. 　前記複数の共振器の中にそれぞれ設けられ、屈折率が互いに異なる複数の遅延器を更に備えることを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載のガスセンサ。
  7. 　向かい合わせになった１つのミラーと１つの半透過ミラーを前記複数の共振器が共有していることを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ。
  8. 　前記利得媒体の温度を調整する温度調整部と、
    　前記複数の共振器のミラーの位置を調整する位置調整部とを更に備えることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載のガスセンサ。
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