JP2007250762A - 位相補償システムとそれを用いたレーザ走査型顕微鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数同期において生じる繰り返し周波数の位相ずれを補償する位相補償システムとレーザ走査型顕微鏡システム。
【解決手段】２つのモードロックパルスレーザ光源４０１と、そのレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させるレーザ同期装置４０２とを含む位相補償システム４１３であり、２つのモードロックパルスレーザ光源４０１の繰り返し周波数又は周期を検出するための検出装置４１０と、２つのモードロックパルスレーザ光源４０１の少なくとも一方から射出されたレーザ光の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させる位相遅延光学系４１１と、検出装置４１０で得られた信号から、２つのモードロックパルスレーザ光源４０１の繰り返しの周波数又は周期の位相を一定に保つように位相遅延光学系４１１を駆動する駆動機構４１２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相補償システムとそれを用いたレーザ走査型顕微鏡システムに関し、特に、２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の位相を補償させる位相補償システムとそれを用いたレーザ走査型顕微鏡システムに関するものである。

例えば特許文献１、非特許文献１、特許文献２に示されているように、２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させる方法として、レーザ同期装置を用いた方法がある。

特許文献１と非特許文献１に関しては、２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させるために、図１１に示すように、まず、２つのモードロックパルスレーザ光源１１０からの射出されたパルスレーザ光の一部をそれぞれ光検出器１２１に入射させ、２つのモードロックパルスレーザ光源１１０の繰り返し周波数又は周期を測定する。次に、測定されたそれぞれの繰り返し周波数又は周期の中、一方のモードロックパルスレーザ光源１１０の繰り返し周波数又は周期を基準繰り返し周波数又は周期とし、他方のモードロックパルスレーザ光源１１０の繰り返し周波数又は周期が基準繰り返し周波数又は周期に一致するように、モードロックパルスレーザ光源１１０のキャビティ長を変化させる。これにより、２つのモードロックパルスレーザ光源１１０の繰り返し周波数又は周期を、タイミングジッタ量が数フェムト秒から数ピコ秒の範囲内で同期させることができる。なお、図１１中、１００はレーザ同期システムを、１２０はレーザ同期装置を、１３０はビームサンプラを示す。

特許文献２に関しては、２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させるために、図１２に示すように、まず、２つのモードロックパルスレーザ光源１１０から射出されたパルスレーザ光の一部をそれぞれ光検出器１２１に入射させ、２つのモードロックパルスレーザ光源１１０の繰り返し周波数又は周期を測定する。次に、レーザ同期装置１２０内部の振動素子１２２から発生させた信号を基準繰り返し周波数又は周期とし、光検出器１２１において測定された繰り返し周波数又は周期が基準繰り返し周波数又は周期に一致するように、２つのモードロックパルスレーザ光源１１０のキャビティ長を変化させる。これにより、２つのモードロックパルスレーザ光源１１０の繰り返し周波数又は周期を、タイミングジッタ量が数フェムト秒から数ピコ秒の範囲内で同期させることができる。なお、図１２中、１００はレーザ同期システムを、１３０はビームサンプラを示す。

また、レーザ同期装置による２つのモードロックパルスレーザ光源の同期の際に生じるタイミングジッタ量を減らし、同期を安定化させる手段として、例えば、非特許文献２に記載のものがある。この方法では、図１３に示すように、従来のレーザ同期システム２００の構成に加えて、新たに２つのモードロックパルスレーザ光源２１０の繰り返し周波数又は周期をモニターするための光検出器２４０を用いている。この光検出器２４０を用いて、２つのパルスレーザ光の重なりを検出し、その重なりが常に一定となるように、レーザ同期装置２２０を直接制御するものである。つまり、キャビティ長を変化させることにより、モードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を変化させ、同期を行っている。この方法により、タイミングジッタ量が数ピコ秒の範囲で、２つのモードロックパルスレーザ光源を同期させることができる。なお、図１３中、２２２は振動素子、２３０はビームサンプラ、２４１はパルスレーザ光の重なりを検出した信号、２５０はガラスプレート、２５１はビームスプリッタ、２６０はダイクロイックミラー、２６１はミラーである。
米国特許第５，３６７，５２９号明細書 米国特許第６，６８７，２７０号明細書 REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 2002, vol. 73, No.8, pp.2843-2848 Optics Japan 2005 予稿集, pp.82-83 OPTICS LETTERS, Vol.27, No. 13, July 1, 2002, pp. 1168-1170 Journal of Physical Chemistry B, Vol. 108, No. 3, 2004, pp. 827-840

ところで、上記従来例には、以下のような不都合があげられる。

例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１の例においては、長時間動作において、繰り返し周波数又は周期のゆるやかな位相変化（位相ドリフト）や急激な位相飛び（位相ホッピング）が生じてしまうことが多い。これら位相ドリフトや位相ホッピングが生じる原因としては、モードロックパルスレーザ光源の発振が極めてデリケートであり、繰り返し周波数又は周期が不安定になりやすいことや、レーザ同期装置の安定度が低いこと等があげられる。従来のレーザ同期システムでは、これら位相ドリフトや位相ホッピングを補償することができない。例えば、２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の同期を長時間保持する必要がある場合等においては、同期を保持しつつ上記位相ドリフトや位相ホッピングを補償できないという問題がある。生じた位相ドリフトや位相ホッピングを補償するためには、一度２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の同期を解除する以外に方法はない。また、同期を解除した後、再び２つのモードロックパルスレーザ光源の発振状態を調整し、同期させるという手順を踏む必要があり、操作が煩わしくなってしまう。

非特許文献２の例に関しては、２つのパルスレーザ光の重なりを光強度として検出しているため、前提としてパルスレーザ光が重なり合っていることが必要である。このため、同期調整範囲が狭く（１０ピコ秒程度）、パルスレーザ光の重なりがなくなってしまうような位相ホッピング（例えば、１０ピコ秒以上のホッピング）等を補償できないという不都合が存在している。また、非特許文献２の手法では、パルスレーザ光の重なりを検出した信号をレーザ同期装置に送り、その信号を基にモードロックパルスレーザ光源のキャビティ長を変化させることで、繰り返し周波数又は周期を制御している。モードロックパルスレーザ光源のキャビティ長を変化させることは、モードロックパルスレーザ光源の発振を不安定にする要因になる恐れがある。レーザ同期装置に外部から新たに信号（パルスレーザ光の重なりを検出した信号２４１）を加えることは、モードロックパルスレーザ光源の発振をさらに不安定にする要因となりかねない。さらに、モードロックパルスレーザ光源のキャビティ長が変化することで、繰り返し周波数又は周期そのものが変化してしまうため、繰り返し周波数又は周期の位相だけを補償することができない。

例えば、２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させて使用している例として、非特許文献３に示されるようなレーザ走査型顕微鏡システムがある。これは、図１４に示すように、同期した２つのパルスレーザ光３１１をレーザ導入光学系３３０を経てレーザ走査型顕微鏡３４０に導入し、観察面上に集光させる。このとき、観察面で２つのパルスレーザ光が重なり合うように、レーザ同期装置３２０を予め調整しておく。この２つの重なり合ったパルスレーザ光を観察試料に照明し、試料においてＣＡＲＳ（Coherent Anti-Stokes Raman Scattering ）光を誘起させる。つまり、観察面上の集光スポットを観察面内で走査しつつ、各走査点において試料から誘起するＣＡＲＳ光を検出することでイメージングを行うことができる。なお、ＣＡＲＳ光は、波長の異なる２つのレーザ光を入射させ、入射光の周波数差が分子の固有振動数に一致した際に生じる入射光の周波数より高い散乱光であり、ＣＡＲＳ光についての詳しい説明は非特許文献４を参照のこと。

ＣＡＲＳ光を誘起するためには、２つのパルスレーザ光を試料上で重ね合わせる必要があり、また、２つのモードロックパルスレーザ光源３１０の繰り返し周波数又は周期のタイミングジッタ量が少ない程、イメージングによって得られる画像のノイズが少なくなる。これらの理由から、前述のようなタイミングジッタ量数フェムト秒から数ピコ秒の範囲で同期させることができるレーザ同期システム３００を用いることは有効であると言える。

しかし、特許文献１、特許文献２、非特許文献１、非特許文献２に示されているレーザ同期システムを使用すると、前述のようなレーザ同期システムの不都合がレーザ走査型顕微鏡システムにも生じ得る。この場合、試料から誘起するＣＡＲＳ光強度に揺らぎが生じてしまい、画像のノイズが多くなってしまうばかりでなく、ＣＡＲＳ光自体が誘起されなくなってしまう不具合がある。

本発明は従来技術のこのような問題に鑑みて発明されたものであり、その目的は、２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の同期において生じる、繰り返し周波数又は周期の位相ずれを補償することのできる位相補償システムとそれを用いたレーザ走査型顕微鏡システムを提供することである。

上記目的を達成する本発明の位相補償システムは、２つのモードロックパルスレーザ光源と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させるレーザ同期装置とを含む位相補償システムにおいて、
前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を検出するための検出装置４１０と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の少なくとも一方から射出されたレーザ光の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させる位相遅延光学系４１１と、前記検出装置で得られた信号から、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返しの周波数又は周期の位相を一定に保つように前記位相遅延光学系を駆動する駆動機構４１２とを有することを特徴とするものである。

また、本発明のレーザ走査型顕微鏡システムは、２つのモードロックパルスレーザ光源と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させるレーザ同期装置と、レーザ走査型顕微鏡と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源から射出されたレーザ光を前記レーザ走査型顕微鏡へ導入するためのレーザ導入光学系とからなるレーザ走査型顕微鏡システムにおいて、
前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を検出するための検出装置５１０と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の少なくとも一方から射出されたレーザ光の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させる位相遅延光学系５１１と、前記検出装置で得られた信号から、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返しの周波数又は周期の位相を一定に保つように前記位相遅延光学系を駆動する駆動機構５１２とを有すことを特徴とするものである。

本発明の位相補償システムによると、２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の同期において生じる位相ドリフトや位相ホッピングのような繰り返し周波数又は周期の位相ずれがあっても、それを補償することができる。また、モードロックパルスレーザ光源の発振を不安定にすることや、レーザ同期装置の動作を不安定にすることもない。また、２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の同期を解除する必要もない。このような位相補償システムを用いた本発明のレーザ走査型顕微顕微鏡システムは、ＣＡＲＳ光の強度揺らぎに基づく画像のノイズが発生し難いものとなる。

以下に、本発明の位相補償システムとそれを用いたレーザ走査型顕微鏡システムの実施の形態を説明し、次に、実施例について説明する。

本発明の位相補償システムの実施形態を図１の説明図に示す。まず、２つのモードロックパルスレーザ光源４０１から射出したパルスレーザ光の一部を、検出装置４１０に入射させ、２つのモードロックパルスレーザ光源４０１の繰り返し周波数又は周期を測定する。検出装置４１０において測定した２つのモードロックパルスレーザ光源４０１の繰り返し周波数又は周期から、２つの繰り返し周波数又は周期の位相ずれを、位相遅延光学系４１１を駆動する駆動機構４１２で算出する。次に、位相遅延光学系４１１を駆動する駆動機構４１２において算出した位相ずれ量に応じて、その位相ずれを補償するように位相遅延光学系４１１を調整し、少なくとも一方のモードロックパルスレーザ光源４０１から射出されたパルスレーザ光の光路長を変化させる。これにより、モードロックパルスレーザ光源４０１の繰り返し周波数又は周期の位相だけを調節することができるようになる。また、本発明の位相補償システムの実施形態において、従来のレーザ同期システム４００への作用は一切なく、独立したシステムを構築することができるため、モードロックパルスレーザ光源４０１の発振を不安定にすることや、レーザ同期装置４０２の動作を不安定にすることが一切ないという特徴がある。なお、図１において、４１３は本発明の位相補償システム、４２０はビームサンプラである。

次に、本発明のレーザ走査型顕微鏡システムの実施形態を図２の説明図に示す。まず、２つのモードロックパルスレーザ光源５０１から射出したパルスレーザ光の一部を、検出装置５１０に入射させ、２つのモードロックパルスレーザ光源５０１の繰り返し周波数又は周期を測定する。検出装置５１０において測定した２つのモードロックパルスレーザ光源５０１の繰り返し周波数又は周期から、２つの繰り返し周波数又は周期の位相ずれを、位相遅延光学系５１１を駆動する駆動機構５１２で算出する。次に、位相遅延光学系５１１を駆動する駆動機構５１２において算出した位相ずれ量に応じて、その位相ずれを補償するように位相遅延光学系５１１を調整し、少なくとも一方のモードロックパルスレーザ光源５０１から射出されたパルスレーザ光の光路長を変化させる。これにより、モードロックパルスレーザ光源５０１の繰り返し周波数又は周期の位相だけを調節することができるようになる。また、本発明のレーザ走査型顕微鏡システムの実施形態において、従来のレーザ同期システム５００への作用は一切なく、独立したシステムを構築することができるため、モードロックパルスレーザ光源５０１の発振を不安定にすることや、レーザ同期装置５０２の動作を不安定にすることが一切ないという特徴がある。

次に、上記位相補償システム５１３を通過した２つのモードロックパルスレーザ光源５０１から射出されたパルスレーザ光を、レーザ走査型顕微鏡５４０に導入するためのレーザ導入光学系５３０に導入する。レーザ導入光学系５３０を通過した後、レーザ走査型顕微鏡５４０に導入する。本発明によるレーザ走査型顕微鏡システム５５０により、レーザ走査型顕微鏡５４０の試料観察面において生じ得る、同期させた２つのモードロックパルスレーザ光源５０１の繰り返し周波数又は周期の位相ずれを補償することができる。なお、図２において、５２０はビームサンプラである。

発明の実施の形態

以下に、本発明の位相補償システム及びレーザ走査型顕微鏡システムの実施例とそのぞれぞれの作用効果を図面を用いて説明する。

［実施例１］
本発明による実施例１の位相補償システムについて説明する。

本発明による実施例１の位相補償システムの構成は、図３に示すように、２つのモードロックパルスレーザ光源６０１から射出されたレーザ光の一部を反射させるビームサンプラ６１２、６１３と、レーザ光の相互相関波形を検出するためのオートコリレータ６１１と、位相遅延光学系６２０を構成するためのコーナーキューブリフレクタ６２１、６２２と、一方のコーナーキューブリフレクタ６２１を前後に移動させるための自動ステージ６２３と、オートコリレータ６１０で測定した繰り返し周波数又は周期の位相ずれ量に応じて自動ステージ６２３を駆動させるための駆動機構６３１とからなっている。

２つのモードロックパルスレーザ光源６０１から射出されたパルスレーザ光をビームサンプラ６１２と６１３を用いてその一部を反射させ、パルスレーザ光を重ね合わせる。ビームサンプラ６１３は、２つのコーナーキューブリフレクタ６２１、６２２の間に配置する。

位相遅延光学系６２０を構成する２つのコーナーキューブリフレクタ６２１、６２２を用いて、一方のモードロックパルスレーザ光源６０１から射出されたレーザ光を折り返す。コーナーキューブリフレクタ６２１を自動ステージ６２３上に配置し、自動ステージ６２３を移動させることで２つのコーナーキューブリフレクタ６２１、６２２の間隔を変化させ、光路長を変化させることができる。

なお、他方のコーナーキューブリフレクタ６２２の位置は、図３のように固定されていても、図４のように移動ステージ６２４上に設置されていてもよい。移動ステージ６２４上に設置されている場合、移動ステージ６２４を移動させることで、本実施例１の位相補償システム後段において、２つのモードロックパルスレーザ光源６０１の繰り返し周波数又は周期の位相を自由に変化させることができるようになる。

重ね合わせた２つパルスレーザ光６４０をオートコリレータ６１１に導入し、相互相関波形を検出する。図５に、オートコリレータ６１１で観測される相互相関波形を示す。レーザ同期システム６００が作用している場合、オートコリレータ６１１では、３つのピークが観測される。中心の大きなピーク６５０（自己相関波形）は、２つのパルスレーザ光それぞれのパルス幅を反映しているものである。左右の２つのピーク６５１、６５２（相互相関波形）は、図６に示すように、２つのパルスレーザ光６６０、６６１の間隔６６２を反映しているものである。例えば、２つのモードロックパルスレーザ光源６０１の繰り返し周波数又は周期が同期している場合、この２つのピーク６５１、６５２はある一定の位置に留まっている。しかし、繰り返し周波数又は周期の位相ドリフトや位相ホッピングが生じると、この２つのピーク６５１、６５２は、位相のズレに応じて左右に移動する。したがって、この２つのピーク６５１、６５２の位置を常に検出し、２つのピークが左右に移動した際に、その移動量から繰り返し周波数又は周期の位相ずれ量を算出することができる。この移動量と位相ずれ量を、自動ステージ６２３を駆動させるための駆動機構６３１にて測定・算出する。また、オートコリレータ６１１では、２つのパルスレーザ光が完全に重なりあっていない場合においても、オートコリレータ６１１の測定限界範囲内において、位相ずれ量を検出することができるため、繰り返し周波数又は周期の位相のドリフトだけでなく、位相のホッピングが生じた際にも、その位相ずれ量を検出することができる。

自動ステージ６２３を駆動させるための駆動機構６３１において算出された位相ずれ量を基に、位相ずれを補償するための自動ステージ６２３の移動方向と移動量を算出し、自動ステージ６２３を駆動させるための信号６３２を決定する。この信号６３２を自動ステージ６２３に送り、自動ステージ６２３を駆動させ、位相ずれを補償する。自動ステージ６２３の最大移動量が補償できる位相量になるため、自動ステージ６２３の移動量を大きくすることで位相ずれ補償の範囲を大きくすることができる。なお、駆動機構６３１としては、例えばパソコンや、電気回路等が用いられる。

なお、位相遅延光学系６２０を構成する２つのコーナーキューブリフレクタ６２１、６２２は、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すようなものであってもよい。

図１０（ａ）の場合は、２枚１組のミラー９１１を２組使用して、パルスレーザ光９００を折り返すようにして、位相遅延光学系９１０を構成するものである。１組のミラー９１２を設置した移動ステージ９１３を移動させることで、パルスレーザ光９００の光路長を変化させることができる。パルスレーザ光９００が分散媒質を透過又は反射することによるパルス幅の広がりが問題となる場合は、２組のミラー９１１に低分散ミラー等を使用することで、そのパルス幅の広がりを抑えることができるため、この構成を用いるのがよい。

図１０（ｂ）の場合は、直角プリズム９２１、９２２を使用して、パルスレーザ光９００を折り返すようにして、位相遅延光学系９２０を構成するものである。少なくとも一方の直角プリズム９２１を設置した移動ステージ９２３を移動させることで、パルスレーザ光９００の光路長を変化させることができる。直角プリズム９２１、９２２は、コーナーキューブリフレクタ等に比べて安価なものであり、位相遅延光学系９２０を安価に構成できる。直角プリズム９２１、９２２の分散によるパルスレーザ光９００のパルス幅の広がりが問題とならない場合等は、この構成を用いるのがよい。

図１０（ｃ）の場合は、ガラス板（平行平板）９３１、９３２を使用して、位相遅延光学系９３０を構成するものである。ガラス板９３１を回転させ、パルスレーザ光９００のガラス板９３１への入射角度を変化させることで、ガラス板９３１中を伝播するパルスレーザ光９００の光路長を変化させることができる。ガラス板９３１を通過したパルスレーザ光９０１は、ガラス板９３１に入射する前の光軸９０２からずれている。そこで、別のガラス板９３２をガラス板９３１の回転方向とは逆の方向に同じ量回転させることで、ガラス板９３２を通過したパルスレーザ光９０３の光軸を、ガラス板９３１へ入射する前の光軸９０２に一致させることができる。ガラス板９３１、９３２の板厚を変化させることで、変化させる光路長の量を自由に変えることができることが特徴である。

［実施例２］
本発明による実施例２の位相補償システムについて説明する。

本発明による実施例２の位相補償システムの構成は、図７に示すように、２つのモードロックパルスレーザ光源７０１から射出されたパルスレーザ光の一部を反射させるビームサンプラ７１２と、パルスレーザ光の繰り返し周波数又は周期の位相を検出するための光検出器７１１と、位相遅延光学系７２０を構成するためのコーナーキューブリフレクタ７２１とミラー７２２と、このコーナーキューブリフレクタ７２１を前後に移動させるための自動ステージ７２３と、光検出器７１１において測定した繰り返し周波数又は周期の位相ずれ量に応じて自動ステージ７２３を駆動させるための駆動機構７３０とからなっている。

２つのモードロックパルスレーザ光源７０１から射出されたパルスレーザ光を、それぞれビームサンプラ７１２を用いてその一部を反射させ、光検出器７１１に入射させる。光検出器７１１においては、２つのモードロックパルスレーザ光源７０１の繰り返し周波数又は周期をそれぞれ検出して位相を測定する。図８に示すように、何れか一方の繰り返し周波数又は周期７４０の位相を基準として、他方の繰り返し周波数又は周期７４１の位相を測定し、その位相差分量７５０を測定する。２つのモードロックパルスレーザ光源７０１の繰り返し周波数又は周期が同期している場合、この位相差分量７５０は一定であるが、繰り返し周波数又は周期の位相ドリフトや位相ホッピングが生じると、この位相差分量７５０は、位相のずれに応じて変化する。したがって、位相差分量７５０の変化から、繰り返し周波数又は周期の位相ずれ量を算出することができる。この位相差分量７５０の変化及び位相ずれ量を、自動ステージ７２３を駆動させるための駆動機構７３０で測定・算出する。なお、本構成の場合、２つのモードロックパルスレーザ光源７０１の繰り返し周波数又は周期の位相を検出するために、ビームサンプラ７１２で一部を反射させたパルスレーザ光を、実施例１のように重ね合わせる必要がなく（図４の重ね合わせた２つパルスレーザ光６４０を参照）、光軸調整が比較的容易になるという利点がある。

自動ステージ７２３を駆動させるための駆動機構７３０において算出された位相ずれ量を基に、この位相ずれ量を補償するための自動ステージ７２３の移動方向と移動量を算出し、自動ステージ７２３を駆動させるための信号７３２を決定する。この信号７３２を基に自動ステージ７２３を駆動し、位相ずれを補償する。自動ステージ７２３の最大移動量が補償できる位相量となるため、自動ステージ７２３の移動量を大きくすることで、位相ずれ補償の範囲を十分確保することができる。なお、自動ステージ７２３を駆動させるための駆動機構７３０としては、例えばパソコンや、電気回路等が用いられる。

［実施例３］
本発明による実施例３のレーザ走査型顕微鏡システムについて説明する。

本発明による実施例３のレーザ走査型顕微鏡システムの構成は、図９に示すように、レーザ同期システム８１０、位相補償装置８２０、レーザ導入光学系８３０、及び、レーザ走査型顕微鏡８４０から構成される。レーザ同期システム８１０は、２つのモードロックパルスレーザ光源８１１及びレーザ同期装置８１２からなる。位相補償装置８２０は、上記実施例１と同じ構成（図４）であり、その作用効果は上記実施例１と同様である。位相補償装置８２０は、レーザ同期システム８１０とレーザ導入光学系の８３０との間に配置する。なお、位相補償装置８２０は、レーザ導入光学系８３０とレーザ走査型顕微鏡８４０との間に配置されても、レーザ導入光学系８３０内部に組み込まれてもよい。

２つのモードロックパルスレーザ光源８１１から射出されたパルスレーザ光８１３を位相補償装置８２０に導入し、上記実施例１の中で述べたように、同期した２つのモードロックパルスレーザ光源８１１の繰り返し周波数又は周期の位相ずれを補償する。位相補償装置８２０を通過した２つのパルスレーザ光８１４をレーザ走査型顕微鏡８４０に導入するためのレーザ導入光学系８３０に導入した後、レーザ走査型顕微鏡８４０に導入する。なお、図９において、８００は本発明のレーザ走査型顕微鏡システムであり、また、８２７はオートコリレータ、８２１、８２２はビームサンプラ、８２４、８２５はコーナーキューブリフレクタ、８２３は自動ステージ、８２６は移動ステージ、８２８は位相遅延光学系８２０を駆動する駆動機構であり、それぞれ図４のオートコリレータ６１１、ビームサンプラ６１２、６１３、コーナーキューブリフレクタ６２１、６２２、自動ステージ６２３、移動ステージ６２４、位相遅延光学系６２０を駆動する駆動機構６３１に対応する。

本構成によるレーザ走査型顕微鏡システム８００により、レーザ走査型顕微鏡８４０の試料観察面において生じ得る、同期した２つのモードロックパルスレーザ光源８１１の繰り返し周波数又は周期の位相ずれを補償することができる。

以上、本発明の位相補償システムとそれを用いたレーザ走査型顕微鏡システムをその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明の位相補償システムの１実施形態の説明図である。 本発明のレーザ走査型顕微鏡システムの１実施形態の説明図である。 本発明による実施例１の位相補償システムの構成を示す図である。 図３の位相補償システムの変形の構成を示す図である。 図３、図４のオートコリレータで観測される相互相関波形を示す図である。 ２つのパルスレーザ光の間隔を説明するための図である。 本発明による実施例２の位相補償システムの構成を示す図である。 ２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の位相差分量を示す図である。 本発明による実施例３のレーザ走査型顕微鏡システムの構成を示す図である。 位相遅延光学系の構成例を示す図である。 特許文献１と非特許文献１による２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させるための構成を説明するための図である。 特許文献２による２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させるための構成を説明するための図である。 非特許文献２による２つのモードロックパルスレーザ光源の同期を安定化させる手段を説明するための図である。 非特許文献３によるレーザ走査型顕微鏡システムの構成を説明するための図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８１０…レーザ同期システム
１１０、２１０、３１０、４０１、５０１、６０１、７０１、８１１…モードロックパルスレーザ光源
１２０、２２０、３２０、４０２、５０２、６０２、７０２、８１２…レーザ同期装置
１２１、２２１、２４０…光検出器
１２２、２２２…振動素子
１３０、２３０…ビームサンプラ
２４１…パルスレーザ光の重なりを検出した信号
２５０…ガラスプレート
２５１…ビームスプリッタ
２６０…ダイクロイックミラー
２６１、７２２、９１１…ミラー
３１１、３１２、８１３、８１４、９００、９０１、９０３…パルスレーザ光
３３０、５３０、８３０…レーザ導入光学系
３４０、５４０、８４０…レーザ走査型顕微鏡
４１０、５１０、６１０、７１０…検出装置
４１１、５１１、６２０、７２０、９１０、９２０、９３０…位相遅延光学系
４１２、５１２、６３０、７３０…位相遅延光学系を駆動する駆動機構
４１３、５１３…位相補償システム
４２０、５２０…ビームサンプラ
５５０、８００…レーザ走査型顕微鏡システム
６１１、８２７…オートコリレータ
６１２、６１３、７１２、８２１、８２２…ビームサンプラ
６２１、６２２、７２１、８２４、８２５…コーナーキューブリフレクタ
６２３、７２３、８２３…自動ステージ
６２４、８２６…移動ステージ
６３１、７３１、８２８…位相遅延光学系を駆動する駆動機構
６３２、７３２…自動ステージを駆動させるための信号
６３３…オートコリレータからの信号
６４０…重ね合わせた２つパルスレーザ光
６５０…中心の大きなピーク
６５１、６５２…左右の２つのピーク
６６０…２つのモードロックパルスレーザ光源の一方から射出されたパルスレーザ光列
６６１…２つのモードロックパルスレーザ光源の他方から射出されたパルスレーザ光列
６６２…２つのパルスレーザ光間隔
７１１…光検出器
７１３…光検出器からの位相差分量を反映する信号
７４０…２つのモードロックパルスレーザ光源の中の一方の繰り返し周波数又は周期
７４１…２つのモードロックパルスレーザ光源の中の他方の繰り返し周波数又は周期
７５０…位相差分量
８２０…位相補償装置
９０２…光軸
９１２…１組のミラー
９１３、９２３…移動ステージ
９２１、９２２…直角プリズム
９３１、９３２…板ガラス

Claims (10)

1. ２つのモードロックパルスレーザ光源と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させるレーザ同期装置とを含む位相補償システムにおいて、
   前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を検出するための検出装置と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の少なくとも一方から射出されたレーザ光の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させる位相遅延光学系と、前記検出装置で得られた信号から、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返しの周波数又は周期の位相を一定に保つように前記位相遅延光学系を駆動する駆動機構とを有することを特徴とする位相補償システム。
2. 前記検出装置は、オートコリレータを用いて、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の相互相関波形を検出することを特徴とする請求項１記載の位相補償システム。
3. 前記検出装置は、２つの光検出器を用いて、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の位相差を検出することを特徴とする請求項１記載の位相補償システム。
4. 前記位相遅延光学系は、２つのコーナーキューブリフレクタの間隔を変化させることにより、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させることを特徴とする請求項１記載の位相補償システム。
5. 前記位相遅延光学系は、２つの直角プリズムの間隔を変化さえることにより、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させることを特徴とする請求項１記載の位相補償システム。
6. 前記位相遅延光学系は、２枚１組のミラーを２組用いて、前記２組のミラーの間隔を変化させることにより、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させることを特徴とする請求項１記載の位相補償システム。
7. 前記位相遅延光学系は、２枚の平行平板を回転させてパルスレーザ光の光路長を変化させることにより、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させることを特徴とする請求項１記載の位相補償システム。
8. ２つのモードロックパルスレーザ光源と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を同期させるレーザ同期装置と、レーザ走査型顕微鏡と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源から射出されたレーザ光を前記レーザ走査型顕微鏡へ導入するためのレーザ導入光学系とからなるレーザ走査型顕微鏡システムにおいて、
   前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期を検出するための検出装置と、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の少なくとも一方から射出されたレーザ光の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させる位相遅延光学系と、前記検出装置で得られた信号から、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返しの周波数又は周期の位相を一定に保つように前記位相遅延光学系を駆動する駆動機構とを有すことを特徴とするレーザ走査型顕微鏡システム。
9. 前記検出装置は、オートコリレータを用いて、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の相互相関波形を検出することを特徴とする請求項８記載のレーザ走査型顕微鏡システム。
10. ２つのコーナーキューブリフレクタの間隔を変化させることにより、前記２つのモードロックパルスレーザ光源の繰り返し周波数又は周期の位相を変化させることを特徴する請求項８記載のレーザ走査型顕微鏡システム。

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