JPH1068889A - 顕微鏡光路中の短パルスレーザビームの結合のための装置およびその方法 - Google Patents
顕微鏡光路中の短パルスレーザビームの結合のための装置およびその方法Info
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- JPH1068889A JPH1068889A JP9160631A JP16063197A JPH1068889A JP H1068889 A JPH1068889 A JP H1068889A JP 9160631 A JP9160631 A JP 9160631A JP 16063197 A JP16063197 A JP 16063197A JP H1068889 A JPH1068889 A JP H1068889A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２光束顕微鏡において、短パルスレーザの共
焦点光路への結合の改善。 【解決手段】 回折格子あるいはプリズムもしくはこれ
らの組み合わせにより光ファイバ進入パルスを、レーザ
出口のパルス形およびパルス長と一致するように調整し
た。
焦点光路への結合の改善。 【解決手段】 回折格子あるいはプリズムもしくはこれ
らの組み合わせにより光ファイバ進入パルスを、レーザ
出口のパルス形およびパルス長と一致するように調整し
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は共焦点顕微鏡光路に
おける、特にレーザ走査型顕微鏡の光学配置における、
短パルスレーザビームの結合に関する。
おける、特にレーザ走査型顕微鏡の光学配置における、
短パルスレーザビームの結合に関する。
【０００２】
【従来の技術】短パルスレーザの使用は、２光束レーザ
顕微鏡の場合によく知られた米国特許第５０３４６１３
号以来である。
顕微鏡の場合によく知られた米国特許第５０３４６１３
号以来である。
【０００３】光ファイバを経て共焦点走査光路に結合さ
れるレーザ光源の光は、米国特許第５１８１０５３号に
より知られている。
れるレーザ光源の光は、米国特許第５１８１０５３号に
より知られている。
【０００４】通常短パルスは分散媒体を通過の際、群速
度分散（ＧＶＤ）の現象に基づいて、そのパルス持続時
間の延長を生ずる。その上、媒体中では、短パルスと共
に現れる高いパルス最高出力および強度により、例えば
短パルスのスペクトル構成が影響し、自己位相変調、ブ
リリュアン散乱、ラマン散乱等のような非線形光学現象
が実際に重要になる。
度分散（ＧＶＤ）の現象に基づいて、そのパルス持続時
間の延長を生ずる。その上、媒体中では、短パルスと共
に現れる高いパルス最高出力および強度により、例えば
短パルスのスペクトル構成が影響し、自己位相変調、ブ
リリュアン散乱、ラマン散乱等のような非線形光学現象
が実際に重要になる。
【０００５】「生物学共焦点顕微鏡観察のハンドブッ
ク」４４７、４４８頁において、プリズムまたは回折格
子によって光学ガラスのＧＶＤが補償されることが記載
されている。これが複雑な調整問題およびエネルギー損
失のための改良を確かにもたらすものか否かは疑問であ
る。
ク」４４７、４４８頁において、プリズムまたは回折格
子によって光学ガラスのＧＶＤが補償されることが記載
されている。これが複雑な調整問題およびエネルギー損
失のための改良を確かにもたらすものか否かは疑問であ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、例えば２光束
顕微鏡において、短パルスレーザの共焦点光路への有利
な結合を課題とするものである。
顕微鏡において、短パルスレーザの共焦点光路への有利
な結合を課題とするものである。
【０００７】この課題は請求項１の特徴によって解決さ
れる。
れる。
【０００８】好ましい継続的形成は従属請求項の対象で
ある。
ある。
【０００９】本発明は光ファイバを用いるレーザ走査型
顕微鏡において、特に短パルスレーザ（ピコ秒からフェ
ムト秒までのパルス幅）との結合を改善するものであ
る。
顕微鏡において、特に短パルスレーザ（ピコ秒からフェ
ムト秒までのパルス幅）との結合を改善するものであ
る。
【００１０】これは励起源として短パルスレーザを使用
する２光束顕微鏡及び時間位置分解顕微鏡において有効
であり、そこではこの技術は、例えば光学的構造の高い
柔軟性、高いレーザ光指向安定性およびレーザ光の高品
質、特に単一モードファイバシステムの結合の場合のよ
うなファイバ結合の全ての長所に役立つ。
する２光束顕微鏡及び時間位置分解顕微鏡において有効
であり、そこではこの技術は、例えば光学的構造の高い
柔軟性、高いレーザ光指向安定性およびレーザ光の高品
質、特に単一モードファイバシステムの結合の場合のよ
うなファイバ結合の全ての長所に役立つ。
【００１１】本発明によって、特に光ファイバへの進入
前の好適なパルスは、研究すべき試料におけるパルス形
及びパルス長が、レーザ出口のそれと一致するように準
備されている。これによって短パルスの使用と光ファイ
バの使用の長所が組み合わされる。妨げとなる光ファイ
バを含む分散媒体の存在により生じる短パルスの異なる
スペクトル分布の走行時間差で、ＧＶＤ及び全光学系の
分散が高度に補償できる。
前の好適なパルスは、研究すべき試料におけるパルス形
及びパルス長が、レーザ出口のそれと一致するように準
備されている。これによって短パルスの使用と光ファイ
バの使用の長所が組み合わされる。妨げとなる光ファイ
バを含む分散媒体の存在により生じる短パルスの異なる
スペクトル分布の走行時間差で、ＧＶＤ及び全光学系の
分散が高度に補償できる。
【００１２】
【発明の実施の態様】本装置は、この分布に対して効果
的な短縮光路によって、短パルスの緩やかなスペクトル
分布に時間的優位性を与える。
的な短縮光路によって、短パルスの緩やかなスペクトル
分布に時間的優位性を与える。
【００１３】この装置は、実施例に示すように、プリズ
ムまたは回折格子配置、もしくは両方の組合せ、および
両者と反射要素との組合せを含むことによって、技術的
に実現される。
ムまたは回折格子配置、もしくは両方の組合せ、および
両者と反射要素との組合せを含むことによって、技術的
に実現される。
【００１４】さらに短パルスが光ファイバに入る前に、
負のＧＶＤの十分な量が印加されるので、ファイバと上
記光学系を通過することによって、試料におけるその本
来のパルス形を回復する。適応する「プレチャーピング
ユニット」を用いて、光ファイバの入口で負のＧＶＤを
印加されたパルスによって、短パルスは時間的に著しく
広げられるので、光ファイバ内部のパルスピーク出力と
強度が、非線形現象の出現に対して臨界値を有する。そ
れによって光ファイバを通過する際、短パルスのスペク
トル構成を変えることなくその時間的形を保証する。De
mtroeder著「レーザ−スペクトロスコピー」Springer社
刊、1991年発行、418 頁以下を参照、光学的パルス圧縮
の際、記述された「自己位相変調」はこれまで都合よく
は現われなかった。
負のＧＶＤの十分な量が印加されるので、ファイバと上
記光学系を通過することによって、試料におけるその本
来のパルス形を回復する。適応する「プレチャーピング
ユニット」を用いて、光ファイバの入口で負のＧＶＤを
印加されたパルスによって、短パルスは時間的に著しく
広げられるので、光ファイバ内部のパルスピーク出力と
強度が、非線形現象の出現に対して臨界値を有する。そ
れによって光ファイバを通過する際、短パルスのスペク
トル構成を変えることなくその時間的形を保証する。De
mtroeder著「レーザ−スペクトロスコピー」Springer社
刊、1991年発行、418 頁以下を参照、光学的パルス圧縮
の際、記述された「自己位相変調」はこれまで都合よく
は現われなかった。
【００１５】単一モード光ファイバを使用する際に、特
に、空間的フィルタとしてのファイバの効果に基づい
て、試料におけるレーザ光の空間的ビームプロフィル
は、励起レーザのレーザ出口においてそれを改良するこ
とができる。
に、空間的フィルタとしてのファイバの効果に基づい
て、試料におけるレーザ光の空間的ビームプロフィル
は、励起レーザのレーザ出口においてそれを改良するこ
とができる。
【００１６】これは特に励起光の収束性の良好さとそれ
に続く２光束励起確率の高さがきれいなレーザビームプ
ロフィルを必要とする２光束顕微鏡のような技術に対し
て有効である。
に続く２光束励起確率の高さがきれいなレーザビームプ
ロフィルを必要とする２光束顕微鏡のような技術に対し
て有効である。
【００１７】短パルスの伝送のために組み込まれる光フ
ァイバ自身を通って、同時に他のレーザがレーザ走査型
顕微鏡内で結合される。多くのレーザで同一対象点が、
同時にまたは時間的に前後して照射される。短パルスと
共に励起レーザビームプロフィルの空間的フィルタによ
る絞りのために、もっぱら回折を制限された収束と結合
した単一モード光ファイバまたは多モード光ファイバを
使用することによって、励起レーザビームのより良い収
束性およびそれと共により高い分解能または高い２光束
励起確率が可能になる。これにより、短パルスレーザと
結合するビーム指向安定性を改善できる。これは特に、
レーザ走査顕微鏡の後調整を必要とせずに、一般に複雑
で調整のわずらわしい短パルスレーザの最適化を可能に
し、その後光ファイバのカップリング効果を最大にする
だけで顕微鏡内部のビーム進行が不変に保たれる。
ァイバ自身を通って、同時に他のレーザがレーザ走査型
顕微鏡内で結合される。多くのレーザで同一対象点が、
同時にまたは時間的に前後して照射される。短パルスと
共に励起レーザビームプロフィルの空間的フィルタによ
る絞りのために、もっぱら回折を制限された収束と結合
した単一モード光ファイバまたは多モード光ファイバを
使用することによって、励起レーザビームのより良い収
束性およびそれと共により高い分解能または高い２光束
励起確率が可能になる。これにより、短パルスレーザと
結合するビーム指向安定性を改善できる。これは特に、
レーザ走査顕微鏡の後調整を必要とせずに、一般に複雑
で調整のわずらわしい短パルスレーザの最適化を可能に
し、その後光ファイバのカップリング効果を最大にする
だけで顕微鏡内部のビーム進行が不変に保たれる。
【００１８】
【実施例】次に本発明をは図に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１９】図１は、例えば約１００ｆｓのパルス幅を
有するチタン‐サファイアレーザを光源１とし、短パル
スのレーザ光源の光は、ここに４個の回折格子 2.1, 2.
2,2.3, 2,4からなる「プレチャーピングユニット」PU2
中に達する。わかりやすいように単一のパルスＩとして
示してある。最初の回折格子2.1 における波長回折によ
って、回折格子2.2 に視準され、同時に回折格子2.3 に
より光線径および平行性に関する光線強度比の回復がさ
れ、赤色光成分よりも時間先行する青色光成分を、回折
格子2.4 で受けとる。ここを通った時間的に分布するレ
ーザパルスＩ’が、光路中の結合要素３および単一モー
ドファイバ４を通って、共焦点走査型顕微鏡５に達す
る。共焦点走査型顕微鏡５は、概略を図に示してあるよ
うにピンホール5.2 を有する連結レンズ5.1、半透過鏡
5.3、Ｘ−Ｙ走査ユニット5.4、結像レンズ5.5、試料5.
6、結像レンズ5.7、ピンホール5.8および検出器5.9から
なっている。
有するチタン‐サファイアレーザを光源１とし、短パル
スのレーザ光源の光は、ここに４個の回折格子 2.1, 2.
2,2.3, 2,4からなる「プレチャーピングユニット」PU2
中に達する。わかりやすいように単一のパルスＩとして
示してある。最初の回折格子2.1 における波長回折によ
って、回折格子2.2 に視準され、同時に回折格子2.3 に
より光線径および平行性に関する光線強度比の回復がさ
れ、赤色光成分よりも時間先行する青色光成分を、回折
格子2.4 で受けとる。ここを通った時間的に分布するレ
ーザパルスＩ’が、光路中の結合要素３および単一モー
ドファイバ４を通って、共焦点走査型顕微鏡５に達す
る。共焦点走査型顕微鏡５は、概略を図に示してあるよ
うにピンホール5.2 を有する連結レンズ5.1、半透過鏡
5.3、Ｘ−Ｙ走査ユニット5.4、結像レンズ5.5、試料5.
6、結像レンズ5.7、ピンホール5.8および検出器5.9から
なっている。
【００２０】図２では、PU2 中の回折格子2.1〜2.4の代
わりに４個のプリズム6.1、6.2、 6.3，6.4を備えてお
り、連続する視準および光線集中により、回折格子2.1
〜2.4と同様のスペクトル分解をもたらす。それぞれ備
えている４個の回折格子またはプリズムの代りに、図示
していないがいずれか２個の回折格子または２個のプリ
ズムと反射鏡の配置としてもよいが、それは反射鏡にお
ける反射の後のビーム進行の逆方向の進行が加わり、そ
れに伴って回折格子‐またはプリズム組合せの場合の２
倍の光路となる。多数の鏡の使用によって、さらにPU2
の数倍の光路となる。
わりに４個のプリズム6.1、6.2、 6.3，6.4を備えてお
り、連続する視準および光線集中により、回折格子2.1
〜2.4と同様のスペクトル分解をもたらす。それぞれ備
えている４個の回折格子またはプリズムの代りに、図示
していないがいずれか２個の回折格子または２個のプリ
ズムと反射鏡の配置としてもよいが、それは反射鏡にお
ける反射の後のビーム進行の逆方向の進行が加わり、そ
れに伴って回折格子‐またはプリズム組合せの場合の２
倍の光路となる。多数の鏡の使用によって、さらにPU2
の数倍の光路となる。
【００２１】図３では、プリズム7.1〜7.4からなるPU7
と回折格子8.1〜8.4とからなるPU8との組合せによって
目的とする効果をさらに強化できる。
と回折格子8.1〜8.4とからなるPU8との組合せによって
目的とする効果をさらに強化できる。
【００２２】特に、前述の「レーザ・スペクトロスコピ
ー」に記載された光学的パルス圧縮で、高次の分散効果
の補正ができる。
ー」に記載された光学的パルス圧縮で、高次の分散効果
の補正ができる。
【００２３】図１および図２に示した、回折格子2.1と
2.4、および回折格子2.2と2.3の間隔、またはプリズム
6.1と6.4、およびプリズム6.2と6.3の間隔の拡大によっ
て、また示された矢の方向に沿った回折格子2.2、2.3ま
たは6.2、6.3の移動によって、スペクトルの光路差が調
節可能に拡大され、間隔を縮小することによって縮小さ
れる。
2.4、および回折格子2.2と2.3の間隔、またはプリズム
6.1と6.4、およびプリズム6.2と6.3の間隔の拡大によっ
て、また示された矢の方向に沿った回折格子2.2、2.3ま
たは6.2、6.3の移動によって、スペクトルの光路差が調
節可能に拡大され、間隔を縮小することによって縮小さ
れる。
【００２４】その例をここにそれぞれ回折格子、または
プリズム2.2、2.3、6.2、6.3の第二の位置を点線で描い
て示してある。それと共にパルス幅の調節が可能で、光
ファイバから生ずる走行時間差が補償されるだけでな
く、しかもそれ以上に走行時間差が最適に調整でき、特
に共焦点顕微鏡の光路中の例えば対物レンズ、特に大き
い数値の口径の走査対物レンズ、鏡胴レンズ、および他
のガラスからなる光学素子に基因する広い分散媒体によ
る走行時間差を調整できる。
プリズム2.2、2.3、6.2、6.3の第二の位置を点線で描い
て示してある。それと共にパルス幅の調節が可能で、光
ファイバから生ずる走行時間差が補償されるだけでな
く、しかもそれ以上に走行時間差が最適に調整でき、特
に共焦点顕微鏡の光路中の例えば対物レンズ、特に大き
い数値の口径の走査対物レンズ、鏡胴レンズ、および他
のガラスからなる光学素子に基因する広い分散媒体によ
る走行時間差を調整できる。
【００２５】図示された矢の方向に沿った回折格子また
はプリズムの移動は、ここには示されていないが、専門
的には普通の公知の方法であり、手動または電動で方向
を定めて、行なうことができる。
はプリズムの移動は、ここには示されていないが、専門
的には普通の公知の方法であり、手動または電動で方向
を定めて、行なうことができる。
【図１】多数の回折格子の結合を有する走査型顕微鏡の
光学配置の概略図
光学配置の概略図
【図２】多数のプリズムの結合を有する走査型顕微鏡の
光学配置の概略図
光学配置の概略図
【図３】回折格子とプリズムの結合を有する走査型顕微
鏡の光学配置の概略図
鏡の光学配置の概略図
１ レーザ光源 2.1〜2.4 回折格子 ３ 結合要素 ４ 単一モードファイバー ５ 共焦点走査型顕微鏡 5.1 連結レンズ 5.2 ピンホール 5.3 半透過鏡 5.4 Ｘ−Ｙ走査ユニット 5.5 結像レンズ 5.6 試料 5.7 結像レンズ 5.8 ピンホール 5.9 検出器 6.1〜6.4 プリズム 7.2〜7.4 プリズム 8.1〜8.4 回折格子
Claims (15)
- 【請求項１】 少なくとも一つのレーザ光の後方に配置
された光ファイバにより結合が得られることを特徴とす
る顕微鏡光路中の短パルスレーザビームの結合のための
装置。 - 【請求項２】 共焦点光路中で結合が得られ、対象物上
にファイバ末端が写されることを特徴とする請求項１に
記載の装置。 - 【請求項３】 顕微鏡がレーザ走査型顕微鏡であること
を特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 少なくとも一つの単一モードファイバを
経て結合が得られることを特徴とする請求項１から３の
少なくとも一つに記載の装置。 - 【請求項５】 レーザと光ファイバの間にレーザパルス
の波長による時間的変化の調整のための光学的配置が備
えられていることを特徴とする請求項１から４の少なく
とも一つに記載の装置。 - 【請求項６】 光学的配置が少なくとも２個のプリズム
から成ることを特徴とする請求項１から５の少なくとも
一つに記載の装置。 - 【請求項７】 光学的配置が少なくとも２個の回折格子
から成ることを特徴とする請求項１から５の少なくとも
一つに記載の装置。 - 【請求項８】 光学的配置が一つのプリズムと回折格子
の組合せから成ることを特徴とする請求項１から５の少
なくとも一つに記載の装置。 - 【請求項９】 光学的配置が４個のプリズムまたは回折
格子から成ることを特徴とする請求項１から５の少なく
とも一つに記載の装置。 - 【請求項１０】 プリズムまたは回折格子が反射鏡と組
み合わされることを特徴とする請求項１から９の少なく
とも一つに記載の装置。 - 【請求項１１】 レーザパルスの異なる波長の時間的差
異が光学的配置によって調整可能であることを特徴とす
る請求項１から１０の少なくとも一つに記載の装置。 - 【請求項１２】 光学的配置の要素の間の間隔が調節可
能であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１３】 光学的配置のプリズムまたは鏡の間の
間隔が調節可能であることを特徴とする請求項１２に記
載の装置。 - 【請求項１４】 光ファイバ上で同時にまたは時間的に
ずらして、短パルスビームとならんで広いレーザ光源の
光が結合されることを特徴とする請求項１から１３の少
なくとも一つに記載の装置。 - 【請求項１５】 少なくとも一つの光ファイバに関して
顕微鏡の光路中の短パルスレーザビームのためのプリズ
ムおよびまたは回折格子から成る一つの結合要素の調整
のための方法であって、相互の間隔を変えるために、調
整のための前記結合要素の少なくとも一つのプリズムお
よびまたは回折格子が移動されることを特徴とする結合
要素の調整のための方法。
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