1. IRLAMの高い性能を支える光学系ハードウェア

IRLAMの特長である「高感度」「低干渉」「小型」「高信頼性」は、その独自のハードウェア構成によっても実現されています。

赤外ガス分析計の光学系は、「赤外光源」「ガスセル」「検出器」で構成されます。HORIBAでは、このうち「赤外光源」として「量子カスケードレーザ（QCL）」を、「ガスセル」として「ヘリオットセル（多重反射セル）」をそれぞれ新たに独自に開発し、IRLAMの光学系として採用しています。また高性能な分析計の製造を実現するために、IRLAMの光学系は高いスキルをもつ技術者によってすべて自社で設計・製造され、徹底した品質管理を行っています。

多くのガスは、赤外線のなかでも中赤外とよばれる領域の波長に対して最も強い吸収を示します。この中赤外領域の光（4 - 10µm）を発振できる量子カスケードレーザ（QCL）は、ガス分析にとって最も適した光源とされています。またQCLからの光は波長の幅が非常に狭いため、干渉ガスの影響を避けながら、ターゲットガスが吸収する波長をピンポイントで狙うことができます。そのためQCLは、ほかの光源に比べて格段に高精度・高感度な測定を実現できます。

QCLは、レーザ素子を構成する半導体薄膜の構造によって発振波長を自由に設計することができます。また発振波長はレーザ素子の温度によって敏感に変化するため、パッケージに内蔵されたペルチェ素子で精密な温度管理を行うことで、狙った波長を正確に発振できます。測定するガス成分や試験条件はお客様によってもさまざまに異なりますが、自社でそれぞれの用途に最適な波長を発振するQCLを開発・製造できるため、多様なニーズにも柔軟に対応できます。

さらにHORIBAのQCLはガス計測に特化して設計されており、レーザによるガス分析特有の課題である光の干渉ノイズや周囲温度変化による発振波長のずれを極限まで抑えられるよう、独自の工夫が施されています（特許出願済）。

ガスの吸収量は、ガスセルの中に通された赤外光の光路長（光が伝わる距離）の長さに比例して大きくなります。光路長を長くするほど、測定の感度がよくなるため、より低濃度のガスが測れるようになります。

IRLAMでは、ヘリオットセルと呼ばれる、内部で2枚の凹面ミラーが合わせ鏡のように配置されたセルをガスセルとして用いています。レーザの、光の強度が強く長い距離をまっすぐに進むという性質を利用し、その2枚のミラーの間でレーザを多重に反射させることで、5メートル以上の光路長を得られると同時に、ミラーの設計を工夫することによりガスセルの小型化も実現しています（特許登録済（米国特許番号: 10551299））。

HORIBAのヘリオットセルは容積の小型化によって応答性を向上させており、少ないガス流量でも高速に計測できます。また振動・衝撃に強い堅牢な設計により、可搬性や応答性を必要とする分野でも、幅広い応用が期待できます。