JPH0453572Y2 - - Google Patents

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JPH0453572Y2
JPH0453572Y2 JP13074985U JP13074985U JPH0453572Y2 JP H0453572 Y2 JPH0453572 Y2 JP H0453572Y2 JP 13074985 U JP13074985 U JP 13074985U JP 13074985 U JP13074985 U JP 13074985U JP H0453572 Y2 JPH0453572 Y2 JP H0453572Y2
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light
dye laser
laser
dye
pattern
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この考案は計測装置、特に入射光源にポンプ光
ω1と色素レーザ光によるストークス光ω2とを使
用したカース(CARS)法による計測装置に設け
て高効率でS/N比の高いCARS信号光(反スト
ークス光)ω3を得るための色素レーザ装置に関
する。
[Detailed description of the invention] (Field of industrial application) This invention is applicable to measurement devices, especially measurement devices using the CARS method, which uses pump light ω 1 and Stokes light ω 2 produced by dye laser light as the incident light source. The present invention relates to a dye laser device for obtaining CARS signal light (anti-Stokes light) ω 3 with high efficiency and high S/N ratio.

(従来の技術) CARS計測装置に従来使用されていた色素レー
ザ装置は、主として次の二つのタイプのものがあ
る。
(Prior Art) There are mainly two types of dye laser devices conventionally used in CARS measuring devices:

第2図及び第3図は従来の色素レーザ装置を説
明するための説明図である。
FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams for explaining a conventional dye laser device.

第2図に示す色素レーザ装置では、励起光源に
用いる励起レーザ光L1のビーム断面形状(パタ
ーン)の強度分布はガウス分布とみなせ、従つ
て、円形状とみなせるパターンP1となつている。
この円形状パターンの励起レーザ光L1を適当な
球面レンズ10で集光し、色素レーザを励起し、
色素レーザ光(ストークス光)を出力光L2とし
て得ている。
In the dye laser device shown in FIG. 2, the intensity distribution of the beam cross-sectional shape (pattern) of the excitation laser beam L 1 used as the excitation light source can be regarded as a Gaussian distribution, and therefore the pattern P 1 can be regarded as circular.
This circular pattern of excitation laser light L1 is focused by a suitable spherical lens 10 to excite the dye laser,
Dye laser light (Stokes light) is obtained as output light L2 .

色素レーザは主として色素セル12と、全反射
ミラー14と、出力ミラー16とを有して成り、
色素セル12の表面での反射損失を防ぐため、通
常は、励起レーザ光L1を色素セル12にブルー
スター角θで入射させ、横断面形状が中心対称の
円形状とみなせるパターンP1の色素レーザL1
発振するように構成している。
The dye laser mainly includes a dye cell 12, a total reflection mirror 14, and an output mirror 16.
In order to prevent reflection loss on the surface of the dye cell 12, the excitation laser beam L1 is normally incident on the dye cell 12 at the Brewster angle θ, and the dye has a pattern P1 whose cross-sectional shape can be regarded as a center-symmetric circular shape. It is configured to oscillate laser L1 .

第3図に示す色素レーザ装置では、励起レーザ
光L1として横断面形状が矩形パターンP2のビー
ムを円筒レンズ18で色素レーザの光軸に垂直な
方向から集光及び励起してその横断面形状が中心
対称となる円形状とみなせる円形状パターンP1
の色素レーザ光を出力光L2として発振させる構
造となつている。この場合には、色素セル12で
の面での反射を防ぐために反射防止膜コーテイン
グを設ける場合がある。
In the dye laser device shown in FIG. 3, a beam having a rectangular cross-sectional shape P2 as excitation laser light L1 is condensed and excited from a direction perpendicular to the optical axis of the dye laser by a cylindrical lens 18. Circular pattern P 1 that can be considered a circular shape with central symmetry
The structure is such that it oscillates the dye laser light as output light L2 . In this case, an antireflection film coating may be provided to prevent reflection on the surface of the dye cell 12.

(考案が解決しようとする問題点) しかしながら、このように色素レーザL2の横
断面パターンが円形状であることは、サンプルを
照射するストークス光ω2の横断面形状が円形状
パターンとなることである。また、このストーク
ス光ω2と合せて一緒にサンプルを照射するポン
プ光ω1の横断面形状も円形状パターンとなつて
いる。これらの両光ω1及びω2のエネルギー分布
は通常空間的に中心対称のTEM0ガウシヤン分布
或いはニアガウシヤンモードのレーザ光となつて
いるため、両光ω1及びω2を結合したとき、サン
プルに入射するレーザ光はサンプルの領域外に及
ぶかなり広い範囲で既に結合されている。従つ
て、サンプル以外の領域においても入射レーザ光
は強い強度を有しているので、光学素子例えばサ
ンプル容器のガラス窓から不所望のCARS光が雑
音信号として発生してしまい、CARS光として空
間分解能(位置の分解能)が悪く、しかも、ポン
プ光ω1とストークス光ω2との強度比の調整を光
路中に特別に設けた光減衰器を用いて行う必要が
あつた。
(Problem that the invention attempts to solve) However, the fact that the cross-sectional pattern of the dye laser L 2 is circular in this way means that the cross-sectional shape of the Stokes light ω 2 that irradiates the sample is a circular pattern. It is. Furthermore, the cross-sectional shape of the pump light ω 1 that irradiates the sample together with this Stokes light ω 2 also has a circular pattern. The energy distribution of these two lights ω 1 and ω 2 is usually a spatially centrally symmetric TEM 0 Gaussian distribution or a near Gaussian mode laser beam, so when the two lights ω 1 and ω 2 are combined, The laser light incident on the sample is already coupled over a fairly wide area extending outside the area of the sample. Therefore, since the incident laser beam has strong intensity even in areas other than the sample, undesired CARS light is generated as a noise signal from the optical element, such as the glass window of the sample container, and the spatial resolution of the CARS light is low. (Positional resolution) was poor, and furthermore, it was necessary to adjust the intensity ratio of the pump light ω 1 and the Stokes light ω 2 using an optical attenuator specially provided in the optical path.

この考案の目的は、このような従来の問題点に
鑑み、雑音CARS光が発生しないように構成した
色素レーザ装置を提供することにある。
In view of these conventional problems, the purpose of this invention is to provide a dye laser device configured so that noisy CARS light is not generated.

(問題点を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この考案の色素レ
ーザ装置によれば、入射光学系に、励起レーザ光
の円形状とみなせる横断面パターンを、それぞれ
半月形状とみなせる横断面パターンの二本のビー
ムに分割する光学素子を具え、分割された一方の
半月形状とみなせるビームを色素レーザの光軸に
対し鋭角に入射せしめてこの色素レーザを励起す
ることにより半月形状とみなせる出力光で発振す
るように、この色素レーザを配置して成ることを
特徴とする。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve this purpose, according to the dye laser device of this invention, the incident optical system has a cross-sectional pattern of the excitation laser beam that can be regarded as a circular shape, and a half-moon shape and a half-moon shape, respectively. It is equipped with an optical element that splits the beam into two beams with a cross-sectional pattern that can be considered as half-moon, and one of the split beams that can be seen as half-moon-shaped is made incident at an acute angle to the optical axis of the dye laser to excite the dye laser, thereby creating a half-moon shape. It is characterized by arranging this dye laser so that it oscillates with an output light that can be regarded as .

(作用) このように構成すれば、光学素子で励起レーザ
光を同等の二つの半月形状パターンのビームに分
割することが出来、分割された一方のビームで色
素レーザを励起して半月形状とみなせる横断面パ
ターンの色素レーザを発振させることが出来るの
で、サンプルに至るまでの光学系を適当に調整し
てポンプ光及びストークス光の両パターンがサン
プルに入射するまでは互いに独立して分離されて
いて重なり合わないようにし、サンプル領域内で
のみ両光のパターンを結合することが出来る。
(Function) With this configuration, the excitation laser beam can be split into two beams with the same half-moon shape pattern using the optical element, and one of the split beams can be used to excite the dye laser to form a half-moon shape. Since it is possible to oscillate a dye laser with a cross-sectional pattern, by appropriately adjusting the optical system leading to the sample, both the pump light and Stokes light patterns can be separated independently from each other until they are incident on the sample. The patterns of both lights can be combined only within the sample area without overlapping.

このようにすれば、空間分解能が上がると共
に、サンプル以外の領域では光強度が弱いので他
の物からCARS光を発生させることが無く従つて
雑音が生じない。
By doing this, the spatial resolution is increased, and since the light intensity is weak in areas other than the sample, CARS light is not generated from other objects, and therefore noise is not generated.

(実施例) 以下、図面を参照してこの考案の実施例につき
説明する。
(Embodiments) Hereinafter, embodiments of this invention will be described with reference to the drawings.

第1図はこの考案の色素レーザ装置を概略的に
示す構成図である。同図において従来装置と同一
の構成成分については同一の符号を付して示し、
その詳細な説明を省略する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of the dye laser device of this invention. In the figure, the same components as those of the conventional device are denoted by the same reference numerals.
A detailed explanation thereof will be omitted.

まず、この考案では、色素レーザの入射光学系
に、円形状パターンP1の励起レーザ光L1を二つ
の同等の半月形状パターンP3及びP4のビームに
分割出来る光学素子例えばプリズムビーム分割器
20を設けてある。この分割された一方のビーム
L3及びポンプ光ω1となる他方のビームのエネル
ギー強度分布もこれらビームパターンに対応した
強度分布で分割される。このビームL3を適当な
レンズ22を用いてこの半月形状パターンP5
保持させながら、色素セル12を色素レーザの光
軸に対して鋭角の入射角で照射してこれを励起さ
せるので、色素レーザ内での発振レーザ(出力
光)L2の横断面形状は半月形状パターンP6とな
り従つて発振レーザL2の横断面パターンも半月
形状すなわち半円形状のパターンP7となる。
First, in this invention, an optical element such as a prism beam splitter is used in the input optical system of the dye laser, which can split the excitation laser beam L 1 with a circular pattern P 1 into two beams with equal half-moon patterns P 3 and P 4 . 20 are provided. One of the divided beams
The energy intensity distribution of the other beam, which becomes L 3 and pump light ω 1 , is also divided into intensity distributions corresponding to these beam patterns. This beam L 3 is used to maintain this half-moon-shaped pattern P 5 using an appropriate lens 22, and the dye cell 12 is irradiated at an acute angle of incidence with respect to the optical axis of the dye laser to excite the dye. The cross-sectional shape of the oscillating laser (output light) L2 within the laser becomes a half-moon-shaped pattern P6 , and therefore the cross-sectional shape of the oscillating laser L2 also becomes a half-moon shape, that is, a semicircular pattern P7 .

従つて、発振レーザL2をストークス光ω2とし
て利用すると、サンプルを照射するためのポンプ
光ω1及びストークス光ω2の横断面形状が共に半
月形状パターンとなる。この場合、もともとひと
つの円形状パターンを二分割したのであるから、
ポンプ光及びストークス光の両パターンは二分割
された円形状パターンを構成する半円形状パター
ンのそれぞれに個別に対応している。
Therefore, when the oscillation laser L 2 is used as the Stokes light ω 2 , the cross-sectional shapes of both the pump light ω 1 and the Stokes light ω 2 for irradiating the sample become a half-moon pattern. In this case, since we originally divided one circular pattern into two,
Both the pump light and Stokes light patterns correspond to each of the semicircular patterns forming the two-part circular pattern.

このようにして得られたポンプ光ω1と、発振
した色素レーザL2としてのストークス光ω2とを
一緒にサンプルに照射する。
The sample is irradiated with the pump light ω 1 thus obtained and the Stokes light ω 2 as the oscillated dye laser L 2 .

この場合、ポンプ光ω1及びストークス光ω2
適当な光学系を用いてサンプル内でのみ互いに重
なり合うように結合する。
In this case, the pump light ω 1 and the Stokes light ω 2 are combined using a suitable optical system so that they overlap each other only within the sample.

この重なり合わせる方法につき説明する。既に
説明した通り、通常は入射レーザの横断面パター
ンの中心部で光強度は最大となつている。例え
ば、YAGレーザからのビームは、断面形状が円
形であるので、円形状断面の中心部で光強度が高
く周辺部にいくにしたがつて弱くなつている。従
つて、励起レーザ光L1を光学素子20で円形断
面の中心で等分割し、それぞれ半月形状のパター
ンP3及びP4となして、エネルギー強度分布も二
分割する。そして、得られたポンプ光ω1及び発
振レーザとしてのストークス光ω2がサンプル領
域内でのみ重ね合わさるようにする。このように
すれば、横断面パターン内で入射ビームのエネル
ギー強度よりも弱い強度でほぼ平均的にエネルギ
ーが分布しているビームで、サンプルを照射する
ことが出来る。
This method of overlapping will be explained. As already explained, the light intensity is usually maximum at the center of the cross-sectional pattern of the incident laser. For example, since the beam from a YAG laser has a circular cross-section, the light intensity is high at the center of the circular cross-section and becomes weaker toward the periphery. Therefore, the excitation laser beam L 1 is equally divided at the center of the circular cross section by the optical element 20 to form half-moon-shaped patterns P 3 and P 4 , respectively, and the energy intensity distribution is also divided into two. Then, the obtained pump light ω 1 and the Stokes light ω 2 as an oscillation laser are made to overlap only within the sample region. In this way, the sample can be irradiated with a beam whose energy is approximately evenly distributed within the cross-sectional pattern and whose intensity is weaker than that of the incident beam.

従つて、空間分解能が上がると共に、サンプル
以外の他の物からCARS光を発生させることが無
く従つて雑音が生じない。
Therefore, spatial resolution is improved, and CARS light is not generated from anything other than the sample, so noise is not generated.

上述した実施例では、光学素子としてプリズム
を例にあげて説明したが、横断面パターンを二分
割しかつこの分割に伴ないエネルギー分布も分割
出来る機能を有する、プリズム以外の他の光学素
子を用いても良い。
In the above embodiment, a prism was used as an example of an optical element. However, it is also possible to use an optical element other than a prism, which has the function of dividing a cross-sectional pattern into two and also dividing the energy distribution accompanying this division. It's okay.

尚、光分割を行う光学素子として用いるプリズ
ムは入射レーザ光を二分割出来る任意の向きに配
置して使用することが出来る。
Note that the prism used as the optical element for splitting light can be used by arranging it in any direction that can split the incident laser light into two.

(考案の効果) 上述したところから明らかなように、この考案
による色素レーザ装置をCARS法による計測装置
に用いると、ポンプ光及びストークス光の横断面
形状を実質的に等しい半月形状パターンとするこ
とが出来るので空間分解能が従来よりも向上し、
さらに、サンプル領域外でのビームエネルギー強
度を、パターン分割により従来の場合よりも著し
く低くすることが出来るので、雑音の原因となる
ような不所望なCARS光が生ずることが無い。
(Effect of the invention) As is clear from the above, when the dye laser device according to this invention is used in a measurement device using the CARS method, the cross-sectional shapes of the pump light and Stokes light can be made into substantially equal half-moon-shaped patterns. As a result, spatial resolution is improved compared to conventional methods,
Furthermore, since the beam energy intensity outside the sample area can be made significantly lower than in the conventional case by pattern division, undesired CARS light that causes noise is not generated.

従つて、この考案の色素レーザ装置をCARS計
測装置に組込むことによつて精度の高い計測を行
える。
Therefore, by incorporating the dye laser device of this invention into a CARS measurement device, highly accurate measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの考案の色素レーザの概略を示す構
成図、第2図及び第3図は従来の色素レーザ装置
の構成を示す概略図である。 12……色素セル、14……全反射ミラー、1
6……出力ミラー、20……光学素子、22……
集光レンズ、L1……励起レーザ光、L2……出力
光(色素レーザ又はストークス光)、L3……一方
のビーム、ω1……ポンプ光、P1……円形状パタ
ーン、P3〜P7……半月形状(半円形状)パター
ン、O……光軸。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of the dye laser of this invention, and FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing the structure of a conventional dye laser device. 12...Dye cell, 14...Total reflection mirror, 1
6... Output mirror, 20... Optical element, 22...
Condensing lens, L 1 ...excitation laser beam, L 2 ...output light (dye laser or Stokes light), L 3 ...one beam, ω 1 ...pump light, P 1 ...circular pattern, P 3 ~ P 7 ...Half-moon (semicircular) pattern, O...Optical axis.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 入射光学系に、励起レーザ光の円形状とみなせ
る横断面パターンを、それぞれ半月形状とみなせ
る横断面パターンの二本のビームに分割する光学
素子を具え、分割された一方の半月形状とみなせ
るビームを色素レーザの光軸に対し鋭角に入射せ
しめ該色素レーザを励起することにより半月形状
とみなせる出力光で発振するように、前記色素レ
ーザを配置して成ることを特徴とする色素レーザ
装置。
The input optical system is equipped with an optical element that splits the circular cross-sectional pattern of the excitation laser beam into two beams each having a cross-sectional pattern that can be regarded as a half-moon shape, and one of the divided beams can be regarded as a half-moon shape. A dye laser device characterized in that the dye laser is arranged so that the dye laser is oscillated with an output light that can be regarded as half-moon shaped by making the dye laser incident at an acute angle with respect to the optical axis of the dye laser and exciting the dye laser.
JP13074985U 1985-08-27 1985-08-27 Expired JPH0453572Y2 (en)

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JPS62102156U JPS62102156U (en) 1987-06-29
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