JP2013083970A - レーザ光源装置およびレーザ顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】極短パルスレーザ光を射出する単一のレーザ光源2と、極短パルスレーザ光のうち少なくとも一部の波長を変換することにより波長の異なる複数のパルスレーザ光を生成する波長変換手段3と、該波長変換手段3によって生成された各パルスレーザ光の周波数分散量を調節する分散調節手段51〜53と、該分散調節手段51〜53によって周波数分散量が調節された複数のパルスレーザ光を射出する導入光学系8とを備え、分散調節手段51〜53が、導入光学系8から光学装置の照射光学系に導入されて標本に照射される各パルスレーザ光が標本上において略フーリエ限界パルスに近づくように各パルスレーザ光の周波数分散量を調節するレーザ光源装置1を提供する。
【選択図】図1
Description
本発明は、波長の異なる複数の極短パルスレーザ光を標本に照射する照射光学系を備え前記複数の極短パルスレーザ光によって前記標本に対して操作を行う光学装置に前記極短パルスレーザ光を導入するレーザ光源装置であって、極短パルスレーザ光を射出する単一のレーザ光源と、該レーザ光源から射出された極短パルスレーザ光のうち少なくとも一部の波長を変換することにより波長の異なる複数のパルスレーザ光を生成する波長変換手段と、該波長変換手段によって生成された各パルスレーザ光の周波数分散量を調節する分散調節手段と、該分散調節手段によって周波数分散量が調節された複数のパルスレーザ光を射出する導入光学系とを備え、前記分散調節手段は、前記導入光学系から前記光学装置の前記照射光学系に導入された各パルスレーザ光が前記標本上において略フーリエ限界パルスに近づくように各パルスレーザ光の周波数分散量を調節するレーザ光源装置を提供する。
このようにすることで、OPOに入射された1つの波長の極短パルスレーザ光から2つの波長のパルスレーザ光を生成することができる。
このようにすることで、簡便な構成で各パルスレーザ光の周波数分散量を調節することができる。
このようにすることで、各パルスレーザ光の周波数分散量を各分散補償光学系によって独立に調節することができる。
このようにすることで、一方の周波数分散素子により複数のパルスレーザ光が波長毎に分散され、パルスレーザ光の周波数分散量が他方の周波数分散素子により波長毎に別々に調節される。これにより、複数のパルスレーザ光を波長毎に別々の光路に分岐して各光路に分散補償光学系を設ける構成と比べて、光路をパルスレーザの数と同じ数だけ設ける必要がないので、光路の構成を簡素にすることができる。
単一の極短パルスレーザ光から生成された複数のパルスレーザ光には強度のばらつきが生じる。したがって、光変調器によって各パルスレーザ光の出力を調節することにより、いずれのパルスレーザ光によっても適切な多光子励起効果を発生させることができる。このような前記光変調器としては、音響光学変調器または電気光学変調器が好ましい。
このようにすることで、波長の異なるパルスレーザ光を時分割で照射光学系に導入することができる。これにより、例えば、複数のパルスレーザ光によって標本に含まれる複数の蛍光を励起する場合に、これらの蛍光を時間で区別しながら共通の光検出器によって検出することができる。
このようにすることで、照射光学系が備える対物レンズの入射瞳の形状と一致するようにビーム整形光学系によって各パルスレーザ光のビーム径と波面形状を調節することにより、各パルスレーザ光を適切に光学装置に導入することができる。
本実施形態に係るレーザ光源装置1は、図1に示されるように、フェムト秒パルスレーザ光(極短パルスレーザ光)を射出する単一のレーザ光源2と、該レーザ光源2からのフェムト秒パルスレーザ光(以下、ポンプ光Lpという。)の波長を変換して波長の異なる2つのパルスレーザ光(以下、シグナル光Lsおよびアイドラー光Liという。)を生成する波長変換手段3と、3つのパルスレーザ光Lp,Ls,Liを第1〜第3の光路P1〜P3に分岐する分岐手段4と、各光路P1〜P3に配置された分散補償光学系(分散調節手段)51〜53、高速出力変調器(光変調器)61〜63およびビーム整形光学系71〜73と、3つの光路P1〜P3を導光されてきたパルスレーザ光Lp,Ls,Liを合成して射出する導入光学系8とを備えている。
SHG素子31は、入射されたポンプ光Lpから該ポンプ光Lpの第2高調波を生成して出力する。
OPO32は、SHG素子31から出力されたポンプ光Lpの第2高調波を差周波に波長変換し、波長の異なるシグナル光Lsおよびアイドラー光Liを生成する。ポンプ光Lpの第2高調波の周波数ω1と、OPO32から出力されるシグナル光Lsの周波数ω2およびアイドラー光Liの周波数ω3(ω3<ω2)との間には、ω1=ω2+ω3の関係が成立する。
ビーム整形光学系71〜73はそれぞれ、入射した各パルスレーザ光Lp,Ls,Liのビーム径と波面形状を、対物レンズ25(後述)の入射瞳に対して適切に整形して出力する。
本実施形態に係るレーザ顕微鏡100は、波長の異なる複数の極短パルスレーザ光による多光子励起効果を利用して標本Aに含まれる複数種類の蛍光を観察するものであり、図2に示されるように、レーザ光源装置1と、顕微鏡本体(光学装置)20とを備えている。
まず、レーザ光源2を作動させてフェムト秒パルスレーザ光を射出させると、フェムト秒パルスレーザ光は部分反射ミラーHM1によって2つに分岐され、一方はポンプ光Lpとして第1の光路P1を導光し、他方はSHG素子31およびOPO32によって周波数変換されてシグナル光Lsおよびアイドラー光Liとなる。すなわち、部分反射ミラーHM1およびOPO32により、フェムト秒パルスレーザ光から互いに波長の異なる3つのパルスレーザ光が生成される。シグナル光Lsおよびアイドラー光LiはダイクロイックミラーDM1によって分岐されて第2の光路P2と第3の光路P3とをそれぞれ導光する。
本実施形態に係るレーザ光源装置1’は、図3に示されるように、2つのパルスレーザ光を外部に射出する点、これら2つのパルスレーザ光を合成した後に周波数分散量を調節する点、および、合成光L’に対して高速出力変調器およびビーム整形光学系が設けられている点において主に第1の実施形態と異なっている。
本実施形態に係るレーザ光源装置1’の第1の変形例は、図4に示されるように、アイドラー光Liもポンプ光Lpおよびシグナル光Lsとともに合成光Lとして射出されるように構成したものである。すなわち、カットフィルタ9が省略され、もう1つの分散補償光学系10を備える。この場合、ダイクロイックミラーDM2’は、シグナル光Lsとアイドラー光Liの両方を透過させる。なお、図4〜図11において、高速出力変調器6およびビーム整形光学系7は図示が省略されている。
ここで、アイドラー光Liの波長がシグナル光Lsの波長よりも長い場合には、アイドラー光Liに過剰に付与される負の周波数分散を相殺する正分散素子11”が第3の光路P3に設けられる。
2 レーザ光源
3,3’ 波長変換手段
31 第2高調波素子
32 光パラメトリック発振器(波長変換素子)
4,4’,4” 分岐手段
5,51〜53 分散補償光学系(分散調節手段)
6,61〜63 高速出力変調器(光変調器)
7,71〜73 ビーム整形光学系
8,8−1〜8−9 導入光学系
9 カットフィルタ
10,10’ 分散補償光学系(分散調節手段)
10a,10b,10d プリズム(周波数分散素子)
10c ミラー
11,11’,11” 正分散素子(分散調節部)
20 顕微鏡本体(光学装置)
22 光検出器
23 スキャナ
24 レンズ群
25 対物レンズ
HM1 部分反射ミラー(分岐手段、波長変換手段)
M1〜M6 ミラー
DM1〜DM5 ダイクロイックミラー
Claims (13)
- 波長の異なる複数の極短パルスレーザ光を標本に照射する照射光学系を備え前記複数の極短パルスレーザ光によって前記標本に対して操作を行う光学装置に前記極短パルスレーザ光を導入するレーザ光源装置であって、
極短パルスレーザ光を射出する単一のレーザ光源と、
該レーザ光源から射出された極短パルスレーザ光のうち少なくとも一部の波長を変換することにより波長の異なる複数のパルスレーザ光を生成する波長変換手段と、
該波長変換手段によって生成された各パルスレーザ光の周波数分散量を調節する分散調節手段と、
該分散調節手段によって周波数分散量が調節された複数のパルスレーザ光を射出する導入光学系とを備え、
前記分散調節手段は、前記導入光学系から前記光学装置の前記照射光学系に導入された各パルスレーザ光が前記標本上において略フーリエ限界パルスに近づくように各パルスレーザ光の周波数分散量を調節するレーザ光源装置。 - 前記波長変換手段が、光学パラメトリック発振器を備える請求項1に記載のレーザ光源装置。
- 前記分散調節手段が、プリズム対、グレーティング対またはチャープミラーを備える請求項1または請求項2に記載のレーザ光源装置。
- 前記波長の異なる複数のパルスレーザ光を波長によって複数の光路に分岐する分岐手段を備え、
前記分散調節手段が、各前記光路に設けられた複数の分散補償光学系を備えている請求項1から請求項3のいずれかに記載のレーザ光源装置。 - 前記分散調節手段が、一対の周波数分散素子からなる複数の分散補償光学系を備え、
該複数の分散補償光学系は、前記一対の周波数分散素子のうち前段側に配置された一方を共有し、該一方は、前記複数のパルスレーザ光が入射されて該パルスレーザ光を波長によって他方に分散し、該他方は前記一方と協働して一の波長のパルスレーザ光に負の周波数分散を付与する請求項1に記載のレーザ光源装置。 - 前記波長の異なる複数のパルスレーザ光を合成する合成手段を備え、
前記分散調節手段が、
前記合成手段の前段において前記波長の異なる複数のパルスレーザ光のうち一のパルスレーザ光を除くパルスレーザ光に正の周波数分散を付与する正分散素子と、
前記合成手段によって合成された前記波長の異なる複数のパルスレーザ光に対して、前記一のパルスレーザ光が前記標本上において略フーリエ限界パルスに近づくような負の周波数分散を付与する単一の分散補償光学系とを備えている請求項1から請求項3のいずれかに記載のレーザ光源装置。 - 前記波長変換手段が、前記レーザ光源からの前記極短パルスレーザ光を2つに分岐する分岐手段と、該分岐手段により分岐された2つの前記極短レーザ光のうち一方の波長を変換する波長変換素子とを備える請求項1から請求項3のいずれかに記載のレーザ光源装置。
- 前記分散調節手段が、
前記レーザ光源と前記分岐手段との間において、前記極短パルスレーザ光が前記標本上において略フーリエ限界パルスとなるように前記極短パルスレーザ光の周波数分散量を調節する第1の分散補償光学系と、
前記分岐手段と前記波長変換素子との間において、前記分岐手段により分岐された一方の前記極短パルスレーザ光が前記波長変換素子の入射位置において略フーリエ限界パルスとなるように該極短パルスレーザ光に正の周波数分散を付与する正分散素子と、
前記波長変換素子の後段において、該波長変換素子により生成されたパルスレーザ光が前記標本上において略フーリエ限界パルスとなるように該パルスレーザ光の周波数分散量を調節する第2の分散補償光学系とを備える請求項7に記載のレーザ光源装置。 - 各パルスレーザ光の出力を変調する光変調器を備える請求項1から請求項8のいずれかに記載のレーザ光源装置。
- 前記光変調器が、音響光学変調器または電気光学変調器である請求項9に記載のレーザ光源装置。
- 前記光変調器が、各前記パルスレーザ光の出力のオンオフを行う請求項9または請求項10に記載のレーザ光源装置。
- 各パルスレーザ光の波面形状を調節するビーム整形光学系を備える請求項1から請求項11のいずれかに記載のレーザ光源装置。
- 請求項1から請求項12のいずれかに記載のレーザ光源装置と、
前記導入光学系から射出された合成された前記パルスレーザ光が導入され、該パルスレーザ光を標本上に照射する照射光学系とを備えるレーザ顕微鏡。
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