JPH0453572Y2 - - Google Patents

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。

（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。

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。

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。

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を
発振するように構成している。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

（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。

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。

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を
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。

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。

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。

この場合、ポンプ光ω₁及びストークス光ω₂は
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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 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。