JP2018105983A - Light source device, and optical analyzer equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置に関し、特にフォトニック結晶ファイバを用いた光学分析装置用の光源装置に関する。また、本発明は、この光源装置を備えた光学分析装置に関する。 The present invention relates to a light source device, and more particularly to a light source device for an optical analyzer using a photonic crystal fiber. The present invention also relates to an optical analyzer provided with this light source device.
生体試料の観察用の装置として、レーザ光を光源として利用した光学分析装置(蛍光顕微鏡)が知られている。 As an apparatus for observing a biological sample, an optical analyzer (fluorescence microscope) using a laser beam as a light source is known.
下記の特許文献1には、スーパーコンティニウム光(以下、適宜「SC光」と記載する。)を利用した光学分析装置に関する技術が開示されている。図11は、特許文献1に開示された光学分析装置100を模式的に示すブロック図である。
The following
超短パルスレーザ光源101から射出されたレーザ光は、集光レンズ102によりフォトニック結晶ファイバ103に結合され、当該フォトニック結晶ファイバ103内部で広帯域なSC光に変換される。このSC光は、コリメートレンズ104により平行光とされた後、ロングパスフィルタ105に入射され、超短パルスレーザ光源101から射出されたレーザ光の波長より短い波長の成分が遮断される。超短パルスレーザ光源101から射出されるレーザ光の一例としては、中心波長1064nm、パルス幅900ps、繰り返し周波数30kHz、平均出力200mWである。
Laser light emitted from the ultrashort pulse
つまり、ロングパスフィルタ105を透過した光は、励起光として用いられる超短パルスレーザ光源101から射出されたレーザ光の波長成分と、ストークス光成分として用いられる、励起光よりも波長の長い成分からなる。
That is, the light transmitted through the
この光束は、対物レンズ106(NA0.9、倍率40倍)により試料107の一点に集光される。そして、この試料107の集光箇所から、当該集光箇所に存在する分子の共鳴振動を反映した、コヒーレントアンチストークスラマン光(以下、適宜「CARS光」という。)が射出される。CARS光はコンデンサレンズ108(NA0.65)により平行光とされ、ショートパスフィルタ109を通過して同軸成分である励起光とストークス光が遮断された後、分光器110に入射される。分光器110に入射された光は、分光部111により分光され、検出部112により波長ごとに別々に検出されて、スペクトルが検出信号として出力される。
This light beam is condensed on one point of the
光学分析装置100によって構成されるCARS顕微鏡は、予め蛍光物質を試料に導入することなく試料の分析を行うことができる。よって、特に生きた細胞内の分子分布やそのダイナミクスを観察することが期待される。
The CARS microscope configured by the
ところで、SC光は、極めて帯域幅の広いスペクトルを有する光であり、例えば赤外域の波長成分も含む。しかし、観察対象によっては、そこまで広帯域の光が必要でないこともある。すなわち、SC光が試料に照射されると、当該SC光に含まれる不必要な赤外成分の光が試料に照射されることで試料が加熱され、細胞などの生体試料が熱変性により劣化してしまう可能性がある。 By the way, SC light is light having an extremely wide spectrum and includes, for example, an infrared wavelength component. However, depending on the object to be observed, there is no need for such a broadband light. That is, when the sample is irradiated with SC light, the sample is heated by irradiating the sample with unnecessary infrared component light contained in the SC light, and biological samples such as cells deteriorate due to thermal denaturation. There is a possibility that.
このような問題を解決する方法として、例えば、図11に示す装置において、対物レンズ106よりも前段に、不要な赤外域の光をカットするフィルタ(ショートパスフィルタ)を設けることも可能である。しかし、別途フィルタを備えることで部品点数が増加してしまう。また、実際に不要な波長帯のみを効率的に遮断することのできるフィルタを準備することが困難な場合もあり、この場合は試料の加熱を防止することが難しい。
As a method for solving such a problem, for example, in the apparatus shown in FIG. 11, it is possible to provide a filter (short-pass filter) that cuts unnecessary light in the infrared region before the
逆に、加熱を防止すべく、不要な波長帯を完全に遮断するフィルタを準備した場合、フィルタの性質上、この波長帯よりも短い波長の光も一部遮断されてしまう。この光は、観察に必要な波長帯の光であるため、結果的に光の利用効率が低下してしまう。 On the other hand, when a filter that completely blocks an unnecessary wavelength band is prepared to prevent heating, light having a wavelength shorter than this wavelength band is partially blocked due to the nature of the filter. Since this light is light in a wavelength band necessary for observation, the light utilization efficiency is consequently reduced.
本発明は、上記の課題に鑑み、別途のフィルタを用いることなく、試料の照射に必要な帯域の光は利用でき、赤外線の帯域の強度は低減させることができる光学分析装置用の光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような光源装置を含む光学分析装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a light source device for an optical analyzer that can use light in a band necessary for irradiation of a sample and reduce the intensity of an infrared band without using a separate filter. The purpose is to provide. Another object of the present invention is to provide an optical analyzer including such a light source device.
本発明に係る光源装置は、
超短パルス光を射出するレーザ光源と、
入射された前記超短パルス光をスーパーコンティニウム光に変換して射出するフォトニック結晶ファイバと、
前記スーパーコンティニウム光が入射される第一光学系と、を備え、
前記フォトニック結晶ファイバは、
当該フォトニック結晶ファイバの軸心に最も近い位置に対応するコア部と、
前記コア部の外側に位置し、当該フォトニック結晶ファイバの軸方向に貫通する孔部を複数有し、当該複数の孔部が、所定の間隔を有して前記コア部を覆うように分散して配置されてなる第一クラッド部と、
前記第一クラッド部の外側に位置し、前記孔部が形成されておらず前記コア部と同一の材料で構成された第二クラッド部とを有し、
前記第一光学系は、前記スーパーコンティニウム光のうち、前記第二クラッド部を通過して伝搬された第一波長帯の光は後段に射出せず、前記コア部を通過して伝搬された前記第一波長帯よりも短波長の第二波長帯の光を後段に射出する構成であることを特徴とする。
The light source device according to the present invention includes:
A laser light source that emits ultra-short pulse light;
A photonic crystal fiber that converts the incident ultrashort pulse light into supercontinuum light and emits the light; and
A first optical system on which the supercontinuum light is incident,
The photonic crystal fiber is
A core corresponding to the position closest to the axis of the photonic crystal fiber;
There are a plurality of holes that are located outside the core part and penetrate in the axial direction of the photonic crystal fiber, and the plurality of holes are dispersed so as to cover the core part with a predetermined interval. A first clad portion arranged by
A second clad portion which is located outside the first clad portion, is not formed with the hole portion and is made of the same material as the core portion,
In the first optical system, the light in the first wavelength band propagated through the second cladding portion out of the supercontinuum light is not emitted to the subsequent stage, but is propagated through the core portion. It is the structure which inject | emits the light of the 2nd wavelength band shorter than said 1st wavelength band to a back | latter stage.
本発明者らの鋭意研究により、コア部と、コア部を覆うように複数の孔部を分散配置した第一クラッド部と、その第一クラッド部の外側に配置された第二クラッド部とを有するフォトニック結晶ファイバを用いる場合において、孔部の配置態様を適宜設定することにより、スーパーコンティニウム光を、コア部を通過する光と、クラッド部(第一クラッド部又は第二クラッド部)を通過する光とに分離することができることを新たに見出した。特に、クラッド部を通過する光は、コア部を通過する光よりも波長が長くなることを見出した。 As a result of diligent research by the present inventors, a core part, a first clad part in which a plurality of holes are dispersedly disposed so as to cover the core part, and a second clad part arranged outside the first clad part are provided. In the case of using the photonic crystal fiber having, by appropriately setting the arrangement mode of the hole portion, supercontinuum light, light passing through the core portion, and clad portion (first clad portion or second clad portion) It was newly found that the light can be separated into light passing therethrough. In particular, it has been found that the light passing through the cladding has a longer wavelength than the light passing through the core.
従って、孔部の配置態様を設定することで、例えば試料の測定に不要な赤外域の光についてはクラッド部を通過させ、それよりも短波長の光についてはコア部を通過させることが可能となる。このため、長波長側の光を遮断するためのフィルタを別途備える必要がない。 Therefore, by setting the arrangement mode of the holes, for example, it is possible to pass light in the infrared region unnecessary for sample measurement through the clad part, and to pass light of shorter wavelengths through the core part. Become. For this reason, it is not necessary to separately provide a filter for blocking light on the long wavelength side.
そして、かかる構成の下で、第一光学系を、コア部を通過した光のみを後段に射出させるように構成することで、不要な長波長側の光は光源装置から後段の光学系に対して射出されなくなる。このため、第一光学系から射出された光を試料に照射させることで、試料が加熱されることが抑制される。なお、第一波長帯は赤外域であるものとしてよく、より具体的には、少なくとも1600nm以上の波長帯とすることができる。 Under such a configuration, the first optical system is configured so that only the light that has passed through the core portion is emitted to the subsequent stage, so that unnecessary long-wavelength side light is emitted from the light source device to the subsequent optical system. Will not be injected. For this reason, it is suppressed that a sample is heated by irradiating a sample with the light inject | emitted from the 1st optical system. Note that the first wavelength band may be an infrared band, and more specifically, a wavelength band of at least 1600 nm or more.
前記第一光学系は、前記コア部を通過した光のみを通過させるアパーチャを含む構成とすることができる。また、別の態様として、前記第一光学系は、前記コア部を通過した光のみを集光するレンズを含む構成とすることができる。 The first optical system may include an aperture that allows only light that has passed through the core portion to pass. As another aspect, the first optical system may include a lens that collects only the light that has passed through the core.
上述したように、コア部は、フォトニック結晶ファイバの軸心に最も近い位置に対応し、クラッド部(第一クラッド部、第二クラッド部)は、コア部よりも外側の位置に対応する。つまり、利用したい波長帯に対応する第二波長帯の光は、フォトニック結晶ファイバの軸心に近い位置を伝搬する。一方、不要な波長帯の光に対応する第一波長帯の光は、フォトニック結晶ファイバのうち、コア部より外側の位置を伝搬する。このため、第一光学系は、フォトニック結晶ファイバから射出された光(SC光)のうち、中心付近の光のみを後段に導くような光学部材を備えることで、第二波長帯の光のみを後段に射出することができる。かかる光学部材として、上述したアパーチャやレンズが挙げられる。かかる光学部材は、フィルタと比較して極めて容易に入手できる上、光軸に対する位置合わせをするのみで第一波長帯の光を遮断することができるので、設計上も簡易である。 As described above, the core portion corresponds to a position closest to the axial center of the photonic crystal fiber, and the cladding portions (first cladding portion and second cladding portion) correspond to positions outside the core portion. That is, the light in the second wavelength band corresponding to the wavelength band to be used propagates in a position close to the axial center of the photonic crystal fiber. On the other hand, the light in the first wavelength band corresponding to the light in the unnecessary wavelength band propagates in a position outside the core portion in the photonic crystal fiber. For this reason, the first optical system includes an optical member that guides only the light near the center of the light (SC light) emitted from the photonic crystal fiber to the subsequent stage, so that only the light in the second wavelength band can be obtained. Can be injected into the latter stage. Examples of the optical member include the above-described aperture and lens. Such an optical member can be obtained very easily as compared with a filter, and can be blocked in light of the first wavelength band only by positioning with respect to the optical axis, so that the design is simple.
前記第一クラッド部は、
前記複数の孔部が三角格子状に配列されることで形成されており、
前記第一波長帯が少なくとも1600nm以上の波長となるように、前記三角格子の列数nが設定されているものとしても構わない。
The first cladding part is
The plurality of holes are formed by arranging in a triangular lattice shape,
The row number n of the triangular lattice may be set so that the first wavelength band has a wavelength of at least 1600 nm.
上記構成によれば、別途フィルタを設けなくとも、蛍光顕微鏡用の観察に不要であり、むしろ試料が加熱されることで好ましくない波長帯である1600nm以上の光を後段に射出されない構成とすることができる。 According to the above configuration, even if a filter is not separately provided, it is not necessary for observation for a fluorescence microscope. Rather, light having a wavelength of 1600 nm or more, which is an undesirable wavelength band, is not emitted to the subsequent stage when the sample is heated. Can do.
本発明に係る光学分析装置は、
上記光源装置と、
測定対象となる試料を載置する試料台と、
分光器とを備え、
前記第一光学系から射出された前記第一波長帯の光が前記試料に照射されると、前記試料から射出されたアンチストークス光、又は前記試料から多光子励起により射出された蛍光が前記分光器に入射されることを特徴とする。
The optical analyzer according to the present invention is:
The light source device;
A sample stage on which a sample to be measured is placed;
With a spectroscope,
When the sample is irradiated with light in the first wavelength band emitted from the first optical system, anti-Stokes light emitted from the sample or fluorescence emitted from the sample by multiphoton excitation is reflected in the spectrum. It is incident on the vessel.
本発明の光源装置によれば、別途フィルタを用いることなく、試料の照射に必要な帯域の光は利用でき、赤外線の帯域については強度を低減できる。このため、この光源装置を、光学分析装置用の光源装置として利用することで、観察時に試料を不要に加熱することを抑制できる。 According to the light source device of the present invention, light in a band necessary for irradiation of a sample can be used without using a separate filter, and the intensity can be reduced in the infrared band. For this reason, it can suppress that a sample is heated unnecessarily at the time of observation by using this light source device as a light source device for optical analyzers.
本発明に係る光源装置及び光学分析装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面において、図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。 Embodiments of a light source device and an optical analyzer according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match the actual dimensional ratios.
[光源装置の構成]
図1は、本発明に係る光源装置の構成を模式的に示すブロック図である。光源装置1は、超短パルス光4を射出するレーザ光源3と、超短パルス光4をスーパーコンティウム光40に変換するフォトニック結晶ファイバ5と、スーパーコンティウム光40が入射される第一光学系7とを備える。なお、以下では、フォトニック結晶ファイバを適宜「PCF」と略記し、スーパーコンティウム光を適宜「SC光」と略記する。
[Configuration of light source device]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a light source device according to the present invention. The
レーザ光源3は、パルス幅がフェムト秒(fs)からピコ秒(ps)オーダーのレーザ光(超短パルス光4)を発する光源である。超短パルス光4のパルス幅は、10ps以下とするのが好ましい。
The
レーザ光源3は、射出される超短パルス光4の発振波長を500nm以上、1100nm以下とするのが好ましい。具体例として、超短パルス光4は、チタン:サファイア結晶を用いた超短パルスレーザー発振器、半導体レーザーで励起されるYb:KYW,Yb:YAGのようなYb系結晶を用いた超短パルスレーザー発振器が使用される。
The
図2は、PCF5を、軸方向に垂直な平面で切断したときの模式的な断面図である。PCF5は、コア部10と、クラッド部20とを備える。クラッド部20は、第一クラッド部21と第二クラッド部22とを備える。PCF5の基材としては、例えば石英、石英にFやGeが添加されたものを利用することができる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
コア部10は、PCF5の軸心25に最も近い位置に対応する。第一クラッド部21は、コア部10の外側に位置しており、図2に示すように、複数の孔部31が形成されている領域に対応する。この複数の孔部31は、PCF5の軸方向に貫通するように形成されている。孔部31の直径は波長程度であるものとすることができる。
The
複数の孔部31は、所定の間隔を有して分散して配列されている。第一クラッド部21は、複数の孔部31と、隣接する孔部31間の離間部32とで形成されている。第一クラッド部21は、コア部10の外周を覆うように構成されている。
The plurality of
図2の例では、複数の孔部31が三角格子状に配列されており、列数n=7の場合が図示されている。ここで、列数nとは、PCF5の軸心25から径方向に沿って配列された複数の孔部31の数に対応する。
In the example of FIG. 2, a plurality of
第二クラッド部22は、第一クラッド部21の外側に位置している。本実施形態において、第二クラッド部22は、第一クラッド部21とは異なり、孔部31が形成されておらず、コア部10と同一の材料で構成されている。なお、コア部10と第二クラッド部22とは必ずしも同一の材料からなる必要はなく、両者は異なる材料で構成されていても構わない。一例として、コア部10は、第二クラッド部22を構成する材料に対して、所定の材料を添加して形成されていても構わない。
The
PCF5は、上述したように、レーザ光源3から射出された超短パルス光4を、SC光40に変換して射出する。本実施形態のPCF5では、このSC光40のうち、一部の波長帯の光42がコア部10内を伝搬し、別の波長帯の光41がクラッド部20(第一クラッド部21又は第二クラッド部22)内を伝搬する。ここで、クラッド部20内を伝搬する光41の波長帯(以下、「第一波長帯」という。)は、コア部10内を伝搬する光42の波長帯(以下、「第二波長帯」という。)よりも長波長である。この点については、データを参照して後述される。
As described above, the
上述したように、クラッド部20はコア部10よりも外側に配置される。このため、図1に模式的に示すように、SC光40のうち、コア部10内を伝搬した第二波長帯の光42が形成する光束は、クラッド部20内を伝搬した第一波長帯の光41が形成する光束よりも内側に位置する。図1では、第一波長帯の光41を二点鎖線で示しており、第二波長帯の光42を一点鎖線で示している。
As described above, the clad
第一光学系7は、PCF5から射出されるSC光40のうち、コア部10内を伝搬してきた光42のみを後段に射出する構成である。図3A及び図3Bは、第一光学系7の構成を模式的に示す図面である。いずれの例においても、第一光学系7は、アパーチャ51とレンズ52とを含む構成である。
The first
図3Aに示す第一光学系7では、アパーチャ51がレンズ52よりも前段に配置されており、PCF5から射出されたSC光40のうち、コア部10内を伝搬してきた光42についてはレンズ52に向けて射出する一方、クラッド部20内を伝搬してきた光41についてはアパーチャ51によって遮断されることでレンズ52側には射出しない。光41は、光42よりも外側の領域を通って射出されるため、アパーチャ51によって遮断することができる。
In the first
図3Bに示す第一光学系7では、アパーチャ51がレンズ52よりも後段に配置されており、PCF5から射出されたSC光40は、レンズ52を介してアパーチャ51に射出される。レンズ52から射出されたSC光40のうち、コア部10内を伝搬してきた光42については後段に向けて射出する一方、クラッド部20内を伝搬してきた光41についてはアパーチャ51によって遮断されることで後段には射出しない。
In the first
なお、図3A及び図3Bにおいて、第一光学系7は、アパーチャ51及びレンズ52以外の光学部材を適宜備える構成としても構わない。
3A and 3B, the first
[実施例]
本実施形態の光源装置1が備えるPCF5は、第一クラッド部21に設けられた孔部31の配置の態様によって、SC光40の伝搬の態様を設定することが可能である。この点につき、実施例を参照して説明する。なお、以下では、孔部31の直径をd、隣接する孔部31同士の中心間距離をΛと表記する。
[Example]
The
(検証1)
複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.6μm、d/Λ=0.3として、孔部31の列数n=7とした。そして、レーザ光源3からはパルス幅200fs、波長1040nm、平均パワー1000mWの超短パルス光4を射出した。
(Verification 1)
A plurality of
図4は、前記条件の下で超短パルス光4がPCF5のコア部10に入射されたときの、PCF5内を伝搬する光(SC光40)を電磁界分析した結果を示す図面である。図4では、特にPCF5のコア部10近傍における結果が示されている。図4において、複数の孔部が三角格子状に配置されている領域が第一クラッド部21に対応する。また、第一クラッド部21よりも中心に近い位置であって孔部が形成されていない領域がコア部10に対応する。また、第一クラッド部21よりも外側であって、孔部が形成されていない領域が第二クラッド部22に対応する。
FIG. 4 is a diagram showing the result of electromagnetic field analysis of light (SC light 40) propagating in the
図4において、光の強度が高い領域ほど黒っぽく表示されている。図4によれば、波長1570nmの光については、コア部10内を伝搬している一方、クラッド部20内はほとんど伝搬していないことが分かる。これに対し、波長1580nmの光についてはクラッド部20内(特に第二クラッド部22内)を伝搬しており、コア部10内についてはほぼ全く伝搬していないことが分かる。
In FIG. 4, the region where the light intensity is high is displayed in black. According to FIG. 4, it can be seen that light having a wavelength of 1570 nm propagates in the
この結果から、SC光40のうち、波長1570nmの光については、コア部10内を伝搬するものの、それよりも長波長である1580nmの光については、クラッド部20へと漏れ出して、クラッド部20内を伝搬していることが分かる。クラッド部20内を伝搬するモードのことを、以下では「クラッドモード」と呼ぶ。
From this result, among the
つまり、複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.6μm、d/Λ=0.3、n=7としたPCF5を用いることで、PCF5内で生成されたSC光40のうち、1570nm以下の波長帯(第二波長帯)の光42についてはコア部10内を伝搬させ、1580nm以上の波長帯(第一波長帯)の光41についてはクラッド部20内を伝搬させることができることが分かる。
That is, by arranging the plurality of
よって、このPCF5から射出されたSC光40を、第一光学系7に入射させることで、第一光学系7からは1570nm以下の波長帯(第二波長帯)の光42のみが射出される。
Therefore, by making the SC light 40 emitted from the
図5Aは、複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.6μm、d/Λ=0.3、n=7としたPCF5を用い、PCF5から第一光学系7を介して射出されるSC光40のスペクトルを示す図面である。図5Aによれば、1570nmよりも長い波長成分については、1570nmを境として強度が急激に低下していることが確認される。すなわち、このPCF5を用いることで、1570nm以下の波長成分のSC光40を第一光学系7から射出することができることが分かる。
In FIG. 5A, a plurality of
図5Bは、列数n=10としたPCF5を用いた場合において、PCF5から第一光学系7を介して射出されるSC光40のスペクトルを示す図面である。図5Aの図面と比較して、1580nm以上の波長の成分についても高い強度が示されていることが確認される。
FIG. 5B is a diagram showing a spectrum of the SC light 40 emitted from the
(検証2)
複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.6μm、d/Λ=0.3とした状態で、孔部31の列数nを変化させて、クラッドモードになる波長を評価した。レーザ光源3から射出された超短パルス光4の条件は検証1と同一である。
(Verification 2)
A plurality of
図6は、列数nとクラッドモードになる波長との関係を示すグラフである。図6の結果によれば、列数nが増加するに連れ、クラッドモードになる波長が長波長側に移動していることが読み取れる。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of columns n and the wavelength at which the cladding mode is reached. According to the result of FIG. 6, it can be seen that as the number of columns n increases, the wavelength in the cladding mode shifts to the longer wavelength side.
つまり、図6によれば、例えば、必要なSC光40の波長帯が1470nm以下である場合、複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.6μm、d/Λ=0.3、n=6としたPCF5を光源装置1が備えることで、第一光学系7からは1470nm以下の波長帯(第二波長帯)の光42のみを取り出すことができる。また別の例として、必要なSC光40の波長帯が1340nm以下である場合、複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.6μm、d/Λ=0.3、n=5としたPCF5を光源装置1が備えることで、第一光学系7からは1340nm以下の波長帯(第二波長帯)の光42のみを取り出すことができる。
That is, according to FIG. 6, for example, when the necessary wavelength band of the
(検証3)
レーザ光源3からはパルス幅200fs、波長1040nm、平均パワー1000mWの超短パルス光4をPCF5に対して射出した。そして、複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.5μm、d/Λ=0.6とした状態で、孔部31の列数nを変化させて、クラッドモードになる波長を評価した。
(Verification 3)
From the
図7は、この条件の下での、列数nとクラッドモードになる波長との関係を示すグラフである。図7の結果によれば、図6と同様に、列数nが増加するに連れ、クラッドモードになる波長が長波長側に移動していることが読み取れる。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the number of columns n and the wavelength at which the cladding mode is reached under this condition. According to the result of FIG. 7, it can be seen that, as in the case of FIG. 6, as the number of columns n increases, the wavelength in the cladding mode shifts to the long wavelength side.
つまり、図7によれば、例えば、必要なSC光40の波長帯が1160nm以下である場合、複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.5μm、d/Λ=0.6、n=6としたPCF5を光源装置1が備えることで、第一光学系7からは1160nm以下の波長帯(第二波長帯)の光42のみを取り出すことができる。また別の例として、必要なSC光40の波長帯が1230nm以下である場合、複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.5μm、d/Λ=0.6、n=7としたPCF5を光源装置1が備えることで、第一光学系7からは1230nm以下の波長帯(第二波長帯)の光42のみを取り出すことができる。
That is, according to FIG. 7, for example, when the necessary wavelength band of the
図8は、複数の孔部31を三角格子状に配置し、d=0.5μm、d/Λ=0.6、n=6としたPCF5を用い、PCF5から第一光学系7を介して射出されるSC光40のスペクトルを示す図面である。図8によれば、1160nmよりも長い波長成分については、1160nmを境として強度が急激に低下していることが確認される。すなわち、このPCF5を用いることで、1160nm以下の波長成分のSC光40を第一光学系7から射出できることが分かる。
FIG. 8 shows a
[光学分析装置の構成]
図9Aは、本発明に係る光学分析装置の構成を模式的に示すブロック図である。光学分析装置60は、上述した光源装置1と、試料台61、分光器62とを備える。試料台61には分析対象である試料63が載置される。なお、光学分析装置60は、必要に応じて適宜別のレンズ65、及びフィルタ69を備えるものとして構わない。
[Configuration of optical analyzer]
FIG. 9A is a block diagram schematically showing the configuration of the optical analyzer according to the present invention. The
試料63に対して、光源装置1が備える第一光学系7から射出されたSC光40、より詳細には第二波長帯の光42が入射される。すると、試料63からはアンチストークス光(CARS光)67が射出される。光源装置1がフィルタ69を備える場合には、フィルタ69によって、長波長の光が遮断され、実質的にCARS光67のみが分光器62に入射される。そして分光器62において、スペクトル分析等、公知の技術が用いられることで、試料63の分析が可能となる。フィルタ69は、バンドパスフィルタ、ショートパスフィルタなどで構成することができる。フィルタ69によって遮断される長波長の光としては、例えば、試料63の励起に利用された第二波長帯の光42が挙げられる。
The SC light 40 emitted from the first
なお、試料63において予め多光子励起が可能な蛍光体が含まれている場合には、図9Bに示すように、試料63からは多光子励起による蛍光68が射出される。この場合においても、上記と同様により、蛍光68が分光器62に入射され、分光器62においてスペクトル分析等、公知の技術が用いられることで、試料63の分析が可能となる。なお、光源装置1がフィルタ69を備える場合には、フィルタ69によって、長波長の光が遮断され、実質的に蛍光68のみが分光器62に入射される。
When the
上述したように、光源装置1から射出されるSC光40は、第一波長帯の光41を含まない。この第一波長帯の光41は、試料63の分析には不要であって、むしろ試料63を加熱してしまう長波長帯の成分に対応する。このため、光学分析装置60によれば、試料63が生体試料である場合など、加熱されることで変成するおそれのある試料についても、高精度に分析することができる。また、長波長成分をカットするためのフィルタを別途設ける必要がないため、部品点数が削減される他、光学的な設計が簡素化されるという効果を有する。
As described above, the SC light 40 emitted from the
[別実施形態]
以下、別実施形態につき説明する。
[Another embodiment]
Hereinafter, another embodiment will be described.
〈1〉 図3A及び図3Bに示した第一光学系7の構成はあくまで一例である。第一光学系7は、PCF5から射出されるSC光40のうち、コア部10内を伝搬してきた第二波長帯の光42のみを後段に射出する構成であれば、他の構成であっても構わない。
<1> The configuration of the first
一例として、第一光学系7は、PCF5の射出側端部に設けられ、光路方向に沿って内径が短くなるような傾斜部を有する透光体と、透光体から射出された光を後段に導くレンズ52とを備えるものとしても構わない。この構成によれば、クラッド部20を通じて伝搬した第一波長帯の光41は、透光体の傾斜部を通じてPCF5の外部に透過放出される。
As an example, the first
また、別の一例として、PCF5の外周の一部にテーパ部を設けたり、PCF5をPCF5の材質と同等の屈折率を有する液体(例えばグリセリン)に浸すことで、クラッド部20を通じて伝搬した第一波長帯の光41を外部に放出する構成としても構わない。この場合、第一光学系7としては、後段に導くレンズ52のみを備える構成とすることができる。
Further, as another example, the first part propagated through the
つまり、PCF5は、クラッド部20を通じて第一波長帯の光41がある程度伝搬するものの、第一光学系7側の端部においては、第一波長帯の光41がほとんど又は全く射出されない構成としても構わない。この場合、図10に示すように、コア部10より射出された第二波長帯の光42のみが第一光学系7に入射されるものとしても構わない。なお、この場合においても、第一波長帯の光41は、PCF5のクラッド部20を通じて、超短パルス光4の入射側端面から所定のファイバ長にわたって伝搬されるものとして構わない。
That is, the
〈2〉 上述した光学系の構成はあくまで一例であり、必要に応じてコリメートレンズ、反射ミラーなどの光学系を別途備えるものとしても構わない。 <2> The configuration of the optical system described above is merely an example, and an optical system such as a collimator lens and a reflection mirror may be separately provided as necessary.
〈3〉 上記実施形態では、複数の孔部31が三角格子状に配置されており、孔部31の直径d及び、隣接する孔部31同士の中心間距離Λは一定値を示すものとして説明した。しかし、d及びΛの値は、製造時の誤差の範囲内(例えば±10%)で異なる値を有していても構わない。
<3> In the embodiment described above, the plurality of
1 : 光源装置
3 : レーザ光源
4 : 超短パルス光
5 : フォトニック結晶ファイバ(PCF)
7 : 第一光学系
10 : コア部
20 : クラッド部
21 : 第一クラッド部
22 : 第二クラッド部
25 : PCFの軸心
31 : 孔部
32 : 離間部
40 : スーパーコンティニウム光(SC光)
41 : 第一波長帯のスーパーコンティニウム光
42 : 第二波長帯のスーパーコンティニウム光
51 : アパーチャ
52 : レンズ
60 : 光学分析装置
61 : 試料台
62 : 分光器
63 : 試料
65 : レンズ
67 : アンチストークス光(CARS光)
68 : 蛍光
69 : フィルタ
100 : 従来の光学分析装置
101 : 超短パルスレーザ光源
102 : 集光レンズ
103 : フォトニック結晶ファイバ
104 : コリメートレンズ
105 : ロングパスフィルタ
106 : 対物レンズ
107 : 試料
108 : コンデンサレンズ
109 : ショートパスフィルタ
110 : 分光器
111 : 分光部
112 : 検出部
1: Light source device 3: Laser light source 4: Ultrashort pulse light 5: Photonic crystal fiber (PCF)
7: 1st optical system 10: Core part 20: Clad part 21: 1st clad part 22: 2nd clad part 25: Axis of PCF 31: Hole 32: Separation part 40: Super continuum light (SC light)
41: Supercontinuum light in the first wavelength band 42: Supercontinuum light in the second wavelength band 51: Aperture 52: Lens 60: Optical analyzer 61: Sample stage 62: Spectrometer 63: Sample 65: Lens 67: Anti Stokes light (CARS light)
68: Fluorescence 69: Filter 100: Conventional optical analyzer 101: Ultrashort pulse laser light source 102: Condensing lens 103: Photonic crystal fiber 104: Collimate lens 105: Long pass filter 106: Objective lens 107: Sample 108: Condenser lens 109: Short pass filter 110: Spectrometer 111: Spectrometer 112: Detector
Claims (5)
入射された前記超短パルス光をスーパーコンティニウム光に変換して射出するフォトニック結晶ファイバと、
前記スーパーコンティニウム光が入射される第一光学系と、を備え、
前記フォトニック結晶ファイバは、
当該フォトニック結晶ファイバの軸心に最も近い位置に対応するコア部と、
前記コア部の外側に位置し、当該フォトニック結晶ファイバの軸方向に貫通する孔部を複数有し、当該複数の孔部が、所定の間隔を有して前記コア部を覆うように分散して配置されてなる第一クラッド部と、
前記第一クラッド部の外側に位置し、前記孔部が形成されておらず前記コア部と同一の材料で構成された第二クラッド部とを有し、
前記第一光学系は、前記スーパーコンティニウム光のうち、前記第二クラッド部を通過して伝搬された第一波長帯の光は後段に射出せず、前記コア部を通過して伝搬された前記第一波長帯よりも短波長の第二波長帯の光を後段に射出することを特徴とする光源装置。 A laser light source that emits ultra-short pulse light;
A photonic crystal fiber that converts the incident ultrashort pulse light into supercontinuum light and emits the light; and
A first optical system on which the supercontinuum light is incident,
The photonic crystal fiber is
A core corresponding to the position closest to the axis of the photonic crystal fiber;
There are a plurality of holes that are located outside the core part and penetrate in the axial direction of the photonic crystal fiber, and the plurality of holes are dispersed so as to cover the core part with a predetermined interval. A first clad portion arranged by
A second clad portion which is located outside the first clad portion, is not formed with the hole portion and is made of the same material as the core portion,
In the first optical system, the light in the first wavelength band propagated through the second cladding portion out of the supercontinuum light is not emitted to the subsequent stage, but is propagated through the core portion. A light source device that emits light in a second wavelength band shorter than the first wavelength band in a subsequent stage.
前記複数の孔部が三角格子状に配列されることで形成されており、
前記第一波長帯が少なくとも1600nm以上の波長となるように、前記三角格子の列数nが設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光源装置。 The first cladding part is
The plurality of holes are formed by arranging in a triangular lattice shape,
4. The light source device according to claim 1, wherein the number of columns n of the triangular lattice is set so that the first wavelength band has a wavelength of at least 1600 nm or more.
測定対象となる試料を載置する試料台と、
分光器とを備え、
前記第一光学系から射出された前記第一波長帯の光が前記試料に照射されると、前記試料から射出されたアンチストークス光、又は前記試料から多光子励起により射出された蛍光が前記分光器に入射されることを特徴とする光学分析装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 4,
A sample stage on which a sample to be measured is placed;
With a spectroscope,
When the sample is irradiated with light in the first wavelength band emitted from the first optical system, anti-Stokes light emitted from the sample or fluorescence emitted from the sample by multiphoton excitation is reflected in the spectrum. An optical analyzer characterized by being incident on a vessel.
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