JP2018518836A - パルスレーザ及び生物分析システム - Google Patents
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Abstract
Description
のパルスを周波数倍増する工程と、第1のパルスレーザ及び第2のパルスレーザからのパルスを非線形光学素子に結合する工程と、和周波発生によって、第4の固有波長にある第2のパルス列を発生させる工程とを含むことができる。
本明細書において記載されている図は、例示を目的としたものにすぎないことを、当業者は理解しよう。いくつかの事例において、本発明の様々な態様は、本発明の理解を容易にするために、誇張又は拡大されて示されている場合があることを理解されたい。図面において、同様の参照符号は、概して様々な図全体を通じて同様の特徴、機能的に類似する及び/又は構造的に類似する要素を参照する。図面は、必ずしも原寸に比例してはおらず、むしろ、本教示の原理を例示しているところが強調されている。図面は、決して本教示の範囲を限定するようには意図されていない。
I.導入
本発明者らは、従来の超短パルスレーザは一般的に大きく、高価で、多くのモバイル用途、及び/又は、イメージング、測距、もしくは生物分析用途に適合することができるポータブル機器への組み込みには適していないことを認識し、諒解するに至った。したがって、本発明者らは、選択された波長において、また最大約400ミリワット(mW)の平均光パワーにおいて100ピコ秒未満のパルスを与えることができるコンパクトな超短パルス・レージング・システムを着想した。レージング・システムは、約50MHzと約200MHzとの間の光パルス繰り返し数を与えるように構成することができる。いくつかの実施形態において、パルスレーザ及びその光学素子によって専有される面積はおおよそ、約40mm以下の厚さを有するA4用紙のサイズであり得る。いくつかの実施態様において、パルス半導体レーザは、実質的にこのサイズよりも小さいものであり得る。
遺伝子シーケンシング又は大規模並列アッセイのようないくつかの生物分析用途において、光励起エネルギーをチップ上に集積されている複数の反応室に送達するために、コン
パクトなパルス・レージング・システムを使用することができる。いくつかの実施態様によれば、チップ上の反応室の数は、約10,000と約10,000,000との間であり得、室は、一定期間にわたって複数の生化学反応を受け得る試料を含むことができる。他の実施態様において、チップ上にはより少ない又はより多い反応室があってもよい。いくつかの実施形態によれば、パルスレーザからの光パルスによる励起後に、試料もしくは試料と相互作用する分子が、蛍光を発する1つもしくは複数の蛍光色素分子によって標識化されてもよく、又は、試料自体が蛍光を発してもよい。反応室からの蛍光発光の検出及び分析は、室内の試料に関する情報をもたらす。
ルチモード出力は、分析システム1−160に結合されるときに(例えば、拡散光学素子によって)均質化することができる。いくつかの実施形態において、マルチモード出力は、分析システム1−160内の複数のファイバ又は導波路に結合することができる。例えば、マルチモード出力の各強度ピークが、バイオ光電子チップ1−140に接続する別個の導波路に結合されてもよい。パルスレーザがマルチモード状態で動作することを可能にすることによって、パルスレーザからの出力パワーをより高くすることが可能になり得る。
鎖をシーケンシングして、DNA1−512の伸長鎖を生成することができる。異なる蛍光色素分子を用いて標識化されたヌクレオチド又はヌクレオチド類似体は、反応室の上又は中の溶液中に分散され得る。
ことができる。1例として、寿命に基づいて蛍光分子を判別する場合、波長弁別光学素子(波長フィルタ、各波長の専用検出器、異なる波長における専用パルス光源、及び/又は回折光学素子)の数を低減することができるか、又は、なくすことができる。いくつかの事例において、単一の固有波長において動作する単一のパルス光源を使用して、光学スペクトルの同じ波長領域内で発光するが、測定可能に異なる寿命を有する異なる蛍光分子を励起することができる。同じ波長領域内で発光する異なる蛍光分子を励起及び判別するために、異なる波長における複数の光源ではなく、単一のパルス光源を使用する分析システムは、動作及び保守管理の複雑さを低減することができ、よりコンパクトにすることができ、より低いコストで製造することができる。
for Temporal Binning of Received Photons)」と題する、2015年8月7日に出願された米国特許出願第14/821,656号に記載されている。説明を目的として、時間ビニング光検出器の非限定的な実施形態が、図1−9に示されている。単一の時間ビニング光検出器1−900は、すべて半導体基板上に形成される、光子吸収/キャリア発生領域1−902、キャリア移動領域1−906、及び複数のキャリア貯蔵ビン1−908a、1−908b、1−908cを備えることができる。キャリア移動領域は、キャリア輸送チャネル1−907によって複数のキャリア貯蔵ビンに接続することができる。3つのキャリア貯蔵ビンのみが図示されているが、より多くのビンがあってもよい。キャリア貯蔵ビンに接続されている読み出しチャネル1−910があり得る。光子吸収/キャリア発生領域1−902、キャリア移動領域1−906、キャリア貯蔵ビン1−908a、1−908b、1−908c、及び読み出しチャネル1−910は、半導体を局所的にドーピングすること、及び/又は、調整絶縁領域を形成して光検出機能をもたらし、キャリアを閉じ込めることによって形成することがで
きる。時間ビニング光検出器1−900はまた、デバイスを通じてキャリアを輸送するための電場をデバイス内に発生させるように構成されている、基板上に形成されている複数の電極1−920、1−922、1−932、1−934、1−936、1−940をも含むことができる。
ができる。
Inc.)[米国マサチューセッツ州ウォルサム(Waltham)所在]から入手可能なAlexa Fluor 647である。本発明者らはまた、より短い波長(例えば、約500nmと約650nmとの間)における励起エネルギーが、パルスレーザから、約560nmと約900nmとの間の波長を発光する蛍光色素分子を励起するために必要とされ得ることを認識し、諒解するに至った。いくつかの実施形態において、時間ビニング光検出器は、例えば、Geのような他の材料を光検出器活性領域に組み込むことによって、試料からより長い波長の発光を効率的に検出することができる。
II.パルスレーザ実施形態
II.A.モードロックレーザ
本発明者らは、平均パワー、コンパクトさ、ビーム品質、パルス繰り返し数、動作波長、及び光パルスのターン・オフ速度に関する上述した性能仕様を達成するパルスレーザ・システム1−110を着想し、構築した。いくつかの実施形態によれば、パルスレーザは、図2−1Aに示すような固体モードロックレーザを含む。レージング・システムの光学構成要素は、約20cmと約40cmとの間の長さと、約10cmと約30cmとの間の高さがあり、約10mmと約18mmとの間の厚さを有するベースプレート2−105上に取り付けることができる。いくつかの実施形態において、ベースプレートの寸法は、約30cmの長さ、約18cmの高さ、及び約12mmの厚さであってもよい。いくつかの実施形態において、12mm径の(又はより小さい)光学構成要素をレーザ・システムに使用することができ、光学構成要素及び関連する光学台を含むレージング・システムの厚さ全体が4cmと約6cmとの間になり得るように、ベースプレート(図2−2Aに関連して後述する)内へと部分的に陥凹することができる。いくつかの実施形態によれば、レージング・システムが占有する体積は、約30cm×18cm×5cm又は約0.002832m3(0.1ft3)であってもよい。
ト内に取り付けることができる。いくつかの実施形態において、出力カプラは、非調整可能マウント上に取り付けられてもよい。
ファイバ結合レーザからの光エネルギーを担持するファイバからの出力ビームを、レーザダイオードに使用されるものと同じ又は同様の光学素子を使用して、利得媒体に方向付け、集束させることができる。ファイバからの光ビームは、高出力レーザダイオード・ポンプ・ソースから直接のビームよりも円形で、均質で、かつ/又はガウスの(又はシルクハット形状の)空間プロファイルを有することができる。ポンプ・ソースは、いくつかの実施形態において、ベースプレート2−105以外の固定具に取り付けられてもよく、又は取り付けられなくてもよく、ポンプ・エネルギーを担持するファイバの端部は、ベースプレートの、利得媒体1−105と同じ側又は反対側に位置する、パルスレーザ上のマウントに付着してもよく、又は、レーザキャビティ構造から遠隔して取り付けられてもよい。
の焦点距離は、指定の許容誤差(例えば、±2mm)を有し得るため、微細位置制御部の範囲は、少なくとも、カーブ・ミラーの指定の焦点距離許容誤差を含む範囲にわたって延在することができる。いくつかの実施態様において、微細位置制御部は、出力カプラ1−111及び/又はカーブ・ミラー2−117に含まれなくてもよい。代わりに、カーブ・ミラーの焦点距離は、設置前に決定され、それに従って、キャビティ内に位置するカーブ・ミラーの焦点距離が決定されてもよい。いくつかの事例において、出力カプラ1−111は、非調整可能マウント上に取り付けられてもよく、カーブ・ミラー2−117は、2軸傾斜調整マウント上に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、カーブ・ミラーの調整可能マウントは、レーザが動作している間に調整することができ、レーザビームの調整に2自由度をもたらすことができる、パルスレーザキャビティ内の唯一の調整可能マウントであってもよい。それゆえ、パルスレーザは、キャビティ端部ミラーの間に位置するカーブ・ミラー・マウントを介して2自由度のみにわたって動作調整を有するのみであってもよい。図2−1に示すレーザキャビティの残りの光学構成要素は、非調整可能マウントに取り付けられてもよい。非調整可能マウント及び1つのみの調整可能マウントを使用することによって、動作中にパルスレーザをより信頼可能に、かつ堅牢にすることができ、パルスレーザ内の光学構成要素のドリフト及び不整合を低減することができる。
例えば、±x方向)にビーム偏向をもたらすことができる。利得媒体の第2の対向する面の直交する対に位置する第2の対の温度制御デバイスのうちの1つ又は複数は、直交する方向(例えば、±y方向)にビーム偏向をもたらすことができる。温度制御デバイスにおける温度を選択的に変更することによって、キャビティ内レーザビームを方向制御及び再位置合わせすることができる。方向制御及び再位置合わせによって、SAM1−119上のキャビティ内ビームの位置を変化させることができる。いくつかの事例において、カーブ・ミラー2−117又はキャビティ端部ミラーは、追加的に、キャビティ内レーザビームを再位置合わせするように調整することができる。
に困難であり得る。いくつかの実施形態において、パルスレーザは、レーザキャビティの光軸に沿って、例えば、カーブ・ミラー2−117と集束レンズ2−123との間に位置する取り付け特徴部2−118(例えば、ねじ穴及び/又は見当合わせ特徴部)を含むことができる。取り付け特徴部2−118は、第2の出力カプラを中に取り付けることができる光学台を受け入れるように構成することができる。光学台及び第2の出力カプラが適当な位置にあるとき、レーザは、短縮されたレーザキャビティによって連続波モードでレージングするように位置合わせすることができる。第2の出力カプラは、少量のパワー(例えば2%又は任意の他の適切な値)を伝送し得、挿入された光学台とSAM1−119との間でレーザの光学構成要素を位置合わせするために使用することができるレーザビームをもたらすことができる。これらの残りの構成要素が位置合わせされると、挿入された光学台を取り外すことができ、それによって、レーザ1−110を、全キャビティ長によるパルス・モードで動作するように調整することができる。
−105内に形成される集積自己整合光学台内に取り付けることができる。
することができる。周波数2倍化要素3−109は、レージング波長を、レージング波長の2分の1である周波数2倍化出力波長λ2に変換することができる。
とができる。
10以上の平面度を有する、高い光学品質になるように研磨することができる。
グされている表面3−232をさらに含むことができる。いくつかの実施形態によれば、遅延要素は、キャビティ内レーザビーム3−101がブルースター角において遅延要素に入射し、遅延要素を出射するように構成することができる。遅延要素3−216は、上述したような、任意の適切な光学品質ガラスから形成されてもよい。反射面3−234は、例えば、λ/10以上の平面度を有する、高い光学品質になるように研磨することができる。反射面は、いくつかの実施態様において、高品質、高反射性の多層コーティングを用いてコーティングすることができ、約99.5%を上回る反射率を有することができる。いくつかの実施形態において、反射率は、約99.9%よりも大きくてもよい。いくつかの実施形態において、反射率は、約99.99%よりも大きくてもよい。いくつかの実施態様において、反射率は、約99.999%よりも大きくてもよい。
ラーTC1は、ポンプ波長λpを通し、レージング波長λ1に対して高反射性であり、周波数2倍化波長λ2に対して高反射性であるように構成することができる。レーザキャビティは、利得媒体を通じてポンプ波長を反射し戻し、レージング波長及び周波数2倍化波長を通すように構成されている追加のトリクロイック反射器TC2を含むことができる。レージング波長λ1は、周波数2倍化要素3−109に入射することができ、ここで、当該波長は、レーザキャビティ内の周波数2倍化波長λ2に変換される。ダイクロイック反射器DC2は、周波数2倍化波長λ2に対して高い反射性を呈することができる。例えば、ダイクロイック反射器DC2は、周波数2倍化波長を約95%と約100%との間で反射することができ、レージング波長λ1を約60%と約75%との間で反射することができる。レージング波長に対する損失がより高いため、レーザは、高強度のパルスを有するモード・ロック状態において優先的に動作する。これは、これらの高強度パルスが、周波数2倍化要素3−109によってより効率的に2倍化周波数に変換され、ダイクロイック・ミラーDC2からより効率的に反射され得るためである。周波数2倍化波長λ2はその後、モードロックレーザからダイクロイック・ミラーDC1によって結合され得る。
第2の表面3−554までダブル・パスにするように選択される。例えば、波長λ2におけるパルスがキャビティ内でより短い光路を有する場合、nλ2の値が式1において使用される。第2の表面3−554から反射するパルスは、カプラ3−500内で追加の光路をとり、一方で、他方のレージング波長におけるパルスは、第1の表面3−552から反射する。一方のレージング波長におけるパルスについて加えられる追加の光路は、レーザキャビティ内の他方の光路差を補償することができる。
第2のレーザのキャビティ・ミラーは高い反射率値を有するため、キャビティ内パワーは非常に高い。これは、レーザがその動作波長λ2においてキャビティの外部にパワーを与える必要がないためである。その後、高いキャビティ内パワーを、第3の波長λ3にあるパルス列3−820cを生成するための、第1のレーザ1−110aからキャビティに注入されるパルスを用いた和周波数発生に使用することができる。第2のレーザ3−800は連続波モードにおいて動作するため、第2のレーザのキャビティ長はパルス繰り返し数に関連付けられず、そのため、キャビティ長制御は必要ないものであり得る。さらに、SFGを介したパルス生成は、第1のレーザ1−110aからのパルスによって決定され、和周波数波長λ3にある、発生したパルスは自動的に、第1のレーザからのパルスに同期され、2つのパルス列の電子的同期は必要ない。機器電子装置に対する同期は依然として必要になる。
様において、2つのレーザからのパルスを、2つの光検出器3−1010、3−1012を用いて検出することができる。光パルスは、ビームスプリッタから取り出されるレーザビームの部分、又は、例えば、迷反射、散乱、又は、レーザキャビティ内の光学構成要素からの残留透過であってもよい。光検出器からの信号は、増幅器3−1020、3−1022によって増幅することができ、ロー・パス・フィルタ又はバンド・パス・フィルタ3−1030、3−1032によってフィルタリングすることができる。2つの信号が直交して混合されることを可能にするために、可変位相遅延3−1034を、1つの信号経路内に含むことができる。増幅器は、オペ・アンプ又は無線周波数増幅器を含んでもよく、デジタル又はアナログであってもよい。フィルタは、デジタル・フィルタ又はアナログ・フィルタであってもよく、実質的に、2つのレーザのパルス繰り返し数の基本又は高調波周波数に対応する正弦波出力を発生させることができる。2つのフィルタからの出力はその後、和周波数及び差周波数を生成するために、混合器3−1040において混合することができる。
II.B.モード・ロック半導体レーザ
いくつかの実施態様において、半導体レーザダイオードは、低コストの超高速パルス源を与えるためにモード・ロックすることができる。モードロックレーザダイオードは、いくつかの実施形態に従って、試料を調査し、又は、測定を行うために直接使用されることになる所望の波長(例えば、青色、緑色、又は赤色の波長)にあるパルスを生成することができる。いくつかの事例において、レーザダイオードによって生成されるパルスは、調査又は測定用途に使用するための別の波長に変換(例えば、周波数2倍化)することができる。例えば、モードロックレーザダイオードは、赤外線波長にあるパルスを生成してもよく、これらのパルスが、光スペクトルの青色、緑色、又は赤色の領域まで周波数2倍化されてもよい。
は、波長λ1においてレージングし、約100psよりも短い持続時間を有する超高速パルスの列を生成することができる。
を可能にするように、反射性コーティング4−332を含むことができる。出力結合要素4−330は、いくつかの実施態様において、ボール・レンズ又はGRINレンズを含んでもよい。いくつかの実施形態において、出力結合要素4−330は、光ファイバ4−320の1端付近に取り付けられているレンズを含んでもよい。
II.C.モード・ロック・ファイバ・レーザ
いくつかの実施形態によれば、モード・ロック・ファイバ・レーザを使用しても、超高速パルスを生成することができる。モード・ロック・ファイバ・レーザのいくつかの例が、図5−1から図5−3に示されている。モード・ロック・ファイバ・レーザは、上述され図3−3Aから図3−3Cに示されている様な、ダイオード・ポンピングされる固体レーザに使用されている光学素子を含んでもよい。しかしながら、モード・ロック・ファイバ・レーザにおいて、利得媒体は、同じくレーザキャビティの光学遅延要素を与えることができる一定の長さの光ファイバ5−120を含む。いくつかの実施形態によれば、図5−1に示すように、ダイオード・ポンプ・ソース3−105は、ファイバ5−120の1端に結合されるポンピング波長λpを与えることができる。いくつかの実施態様において、第1のダイクロイック端部ミラーDC1、及び、ファイバ・レーザの受動モード・ロックを引き起こす可飽和吸収体ミラー3−120によって、ファイバ・レーザキャビティを画定することができる。
することができる。ポンプ・ソースと光ファイバとの間で、レーザキャビティの外部に第3のダイクロイック・ミラーDC3が含まれてもよく、ファイバ・レーザ5−100からの出力レーザビームを方向付けるために使用することができる。第3のダイクロイック・ミラーは、いくつかの実施態様によれば、ポンプ波長λpの大部分(例えば、約98%を超える)を透過し、レージング波長λ1の大部分(例えば、約98%を超える)を反射することができる。
できる。いくつかの実施形態において、ファイバ出力結合要素は、光ファイバの端部に接着されるボール・レンズ又は屈折率分布型レンズを含んでもよい。いくつかの実施態様において、出力光学結合要素5−220は、レージング放射λ1の大部分を透過し、ポンプ放射λpの大部分をファイバに反射し戻すように設計されている2色性コーティングを含むことができる。出力光学結合要素5−220は、可飽和吸収体ミラー3−120へと、及び、可飽和吸収体ミラー3−120から、レージング放射λ1を結合することができ、SAMと接触していてもよいし、又は、接触していなくてもよい。
II.D.利得切換レーザ
いくつかの実施形態において、利得切換レーザが、分析機器1−100のためのパルスレーザ1−110として利用されてもよい。利得切換レーザは、一般的にモードロックレーザよりも長いパルスを有するが、複雑度がより低く、より低い費用で製造することができる。利得切換レーザは、試料の蛍光寿命がより長い減衰率(例えば、約5nsよりも長い)ときに有用であり得る。
の事例において、階段関数として示されているポンプ・パワー曲線(ポンプ電流密度として示されている)6−140は、半導体レーザに印加される電流密度を表す。グラフは、利得媒体がポンピング電流密度によって励起され、それによって、レーザダイオードの利得領域におけるキャリア密度Nが生成されることを示している。レージング閾値電流密度Ithの約2倍のポンプ電流密度Iが時刻t=0において印加され、その後、そのままにされる。グラフは、レーザの光学利得がキャビティ内の損失を超えるまで、半導体利得領域のキャリア密度Nが増大することを示している。この時点の後、キャリア密度及び光学利得をキャビティ損失を下回る値まで空乏させる第1のパルス6−161が増大し、放出される。その後、第2のパルス6−162が増大し、キャリア密度Nを空乏させ、放出される。キャリア密度の増大及び空乏は、レーザが安定して連続波動作になる(例えば、この例では約7ナノ秒後)まで、数サイクルにわたって繰り返す。パルス(パルス6−161、パルス6−162、及び後続のパルス)のサイクルは、レーザの緩和振動と称される。
されている間に蛍光分子を励起し続け、蛍光分子寿命の分析を複雑にする場合がある。そのような事例における蛍光寿命決定を改善するために、デコンボリューション技法を使用して、検出されている蛍光から、励起パルス・プロファイルの畳み込みを解くことができる。
fに同期することができ、それによって、パルス繰り返し数は、約30Hz程度に遅くすることができる。他の実施形態において、パルス繰り返し数は、フレーム・レートよりも相当に高くなり得、画像内の各画素の蛍光遅延信号は、複数の励起パルス後の積分値であり得る。
ング用途においてスペックルを導入し得る。また、LEDは、励起波長を紫外線(例えば、約240nmまで下げる)へと拡張することができ、生物試料における自己蛍光を励起するために使用することができる。
コネクタ6−224のインピーダンスに整合することができる。他の実施形態において、ワイヤ・ボンドのインピーダンスは、ダイオードの入力インピーダンスと意図的に不整合になってもよい。不整合は、正の電流駆動パルスの間の負のパルスを発生させることができる。レーザダイオードのパッケージング方法を選択すること(例えば、アダプタからレーザダイオードへのワイヤ・ボンドの数を選択すること)によって、より高い周波数においてレーザダイオードに供給される電流変調を改善することができる。これは、高速利得切換信号に対するレーザダイオードの応答性を高めることができ、光パルスをより短くすること、パルス・ピーク後の光パワーの低減をより高速にすること、及び/又は、パルス繰り返し数を増大することを可能にすることができる。
もよい。いくつかの実施態様において、伝送線路のインピーダンスは、約20オームと約100オームとの間であってもよい。いくつかの実施態様において、伝送線路のインピーダンスは、約1オームと約20オームとの間であってもよい。
されてもよい。各順方向バイアス電流分岐は、順方向バイアス電流をレーザダイオードに送達するように構成されている電圧源Viを備えることができる。各逆方向バイアス電流分岐は、逆方向バイアス電流をレーザダイオードに送達するように構成されている電圧源Vjを備えることができる。各回路分岐は、スイッチ又はトランジスタM1と直列に接続されている抵抗器R1をさらに含むことができる。各回路分岐は、一方の側でトランジスタM1と抵抗器R1との間のノードに接続されており、他方の側で固定基準電位に接続されているキャパシタCiを含むことができる。いくつかの実施形態において、キャパシタCiは、トランジスタM1と関連付けられる接合静電容量(例えばソース−ボディ静電容量)であってもよく、別個の個別的なキャパシタは設けられなくてもよい。いくつかの実施態様において、回路分岐から送達される総電流量を制限するために、少なくとも1つの追加の抵抗器がダイオード6−425と直列に含まれてもよい。
であってもよい。遅延要素を使用して、反転信号を非反転信号に対して遅延させることができ、減衰器を使用して、反転信号の振幅を調整することができる。
。バイアスをレーザダイオードにわたって分割し、アノード及びカソードに部分バイアスを印加することによって、パルス・ドライバ6−404が処理する電圧パルスの振幅は、実効的に2分の1に低減することができる。したがって、パルス・ドライバ6−404は、そうでない場合により振幅の大きいパルスについて達成することが可能であり得るよりも高い周波数において動作することができ、より短いパルスを生成することができる。代替的に、パルス・ドライバ回路6−404は、バイアス・パルス+Vpをレーザダイオードのアノードに与えるのみである駆動回路と比較して、レーザダイオードにわたって印加される駆動パルスの振幅を実効的に倍増することができる。そのような実施形態において、レーザダイオードからのパワー出力を増大することができる。
simple sub−nanosecond ultraviolet light
pulse generator with high repetition rate and peak power)」,P.H.ビン(P.H.Binh)ら著,Rev. Sci.Instr. Vol. 84, 083102 (2013)、又は、「光検出器の試験のための発光ダイオードを使用した紫外線ナノ秒光パルス発生器(An ultraviolet nanosecond light pulse generator using a light emitting diode for test of photodetectors)」,荒木勉(T. Araki)ら著,Rev. Sci.Instr. Vol. 68, 1365 (1997)に記載されているパルサ回路を使用してナノ秒未満のパルスを生成するようにパルス化することができる。
でき、高速論理ゲート6−485のデータ入力に与えることができる。キャパシタC1は、約10nFと約1μFとの間の静電容量を有することができる。いくつかの実施形態によれば、論理ゲートは、エミッタ結合論理(ECL)2入力差動AND/NANDゲートを含んでもよい。論理ゲート6−485の例は、オン・セミコンダクタ(ON Semiconductor)[米国ロード・アイランド州イースト・グリニッジ(East Greenwich)所在]から入手可能なモデルMC100EP05を含む。論理ゲートへのデータ入力におけるAC結合信号は、図6−4Lに示す信号と同様に見え得、図面において、水平破線はゼロ電圧レベルを示す。図6−4Lの図示は、伝送線路によって導入される歪みを含まない。歪みは、信号プロファイルの形状を丸め、変化させ得るが、同じタイプ及び長さのケーブルが各クロック信号に使用されるときは、クロック信号の相対位相に影響を及ぼさないものであり得る。遅延要素6−483は、垂直破線によって示される遅延Δtを設けることができ、この遅延は、3psと小さい増分で調整可能であり得る。いくつかの実施態様において、遅延要素6−483は、1psと10psとの間の値を有する増分で調整可能な遅延を設けることができる。論理ゲート6−485は、受信クロック信号を処理し、遅延要素6−483によって導入される遅延に対応する出力ポートQにおいて出力信号を生成することができる。小さい遅延によって、出力は、短パルス又は超短パルス系列を含む。高速論理ゲート6−485を用いると、パルス持続時間は、いくつかの実施形態においては約50psと約2nsとの間(FWHM)であってもよく、いくつかの実施形態においては約50psと約0.5nsとの間であってもよく、いくつかの実施形態においては約50psと約200psとの間であってもよく、さらには、いくつかの実施形態においては約50psと約100psとの間であってもよい。ポートQからの駆動パルスは、ECL論理ゲート6−485の高速スルー・レートに起因して、実質的に方形のプロファイルを有することができる。バイアス回路6−487を、出力ポートに接続することができ、正のエミッタ結合論理に対して電圧V1が印加され得る。パルス発生器6−480の出力端子Poutから与えられる出力パルスは、いくつかの実施形態によれば、DCオフセットを含み得る。
1の例は、アバゴ・テクノロジー(Avago Technologies)[米国カリフォルニア州サンノゼ(San Jose)所在]から入手可能なモデルATF−50189−BLKを含む。バイアス及びフィルタリング回路要素(例えば、抵抗器R4、R7、及びC3)を、キャパシタC2とトランジスタM1のゲートとの間に接続することができる。トランジスタM1のドレインは、レーザダイオード又は発光ダイオード6−423のカソードに直に接続することができ、トランジスタM1のソースは、基準電位(例えば、接地)に接続することができる。ダイオード6−423のアノードは、ダイオード電圧源VLDに接続することができる。抵抗器R6及びキャパシタ4を、ダイオード6−423にわたって並列に接続することができる。いくつかの実施形態によれば、抵抗器R6は、約50オームと約200オームとの間の値を有してもよく、C4は、約5pFと約50pFとの間の静電容量を有してもよい。キャパシタC5(約1μFと約5μFとの間の値を有する)もまた、ダイオード6−423及びトランジスタM1と並列に、ダイオード電圧源VLDと基準電位(例えば、接地)との間に接続することができる。
と、約200オームのプル・アップ又は充電抵抗器Rchを有するように構築された。Ztermの値は、終端抵抗から伝送線路に戻るパワー反射を低減するように選択された。伝送線路6−410に印加されるバイアスは、100Vであり、スイッチM1は、100MHzの繰り返し数において駆動された。0Vバイアスからの相対オフセットを調節するために、約−1.3VのDCバイアスがバイアス・ティーを介してダイオードに結合された。スイッチM1の駆動パルスは、約0Vと約2Vとの間で振動する方形波信号であった。
形成され得、n2未満の反射率値n4を有し得る。いくつかの実施形態において、SCOWLの異なる複数の領域の反射率の値は、いくつかの実施形態に従って、図6−6Bに示されているようなものであり得る。いくつかの実施形態において、SCOWLは、GaN半導体及びその合金、又は、InP半導体及びその合金を含んでもよい。
WLは、パルサ回路6−400又は上述した他のパルス化回路のような、パルス源6−670によって駆動することができる。
II.E.レーザ出力の直接変調
本発明者らは、レーザの出力を直接変調することによって、連続波レーザから超高速パルスを作成することも可能であることを認識し、諒解するに至った。レーザの出力の直接変調は、いくつかの実施形態において、図7−1Aに示すような、カスケード接続された光スイッチから成るスイッチング・アレイ7−100を使用して行うことができる。いくつかの実施形態によれば、光スイッチ7−105は、光ファイバ又は光導波路7−102によって接続することができ、光スイッチの制御入力7−103に制御信号を印加することができる。いくつかの実施態様において、スイッチング・アレイ7−100は、例えば、導波路、及び、ニオブ酸リチウムスイッチのような電気光スイッチから成る集積アレイとして、単一の基板上に集積することができる。
加することによって実施することができる。例えば、駆動信号は、スイッチの電気光学素子に電界を印加することができる。図面には1つだけの入力ポート7−101が示されているが、いくつかの実施形態において、光スイッチ7−105は、2つの入力ポートを含んでもよい。
グ・オフセットを示している。第2のスイッチの出力ポートP3から受け取られる光の対応する強度が、図7−1Cの中央のトレースに示されている。同様に、光路内の第3のスイッチS4に印加される制御信号のタイミングは、図7−1Bで下側のトレースに示されているように、時間的にオフセットされている。したがって、スイッチング・アレイ7−100の出力ポートP8から受信される光パルスは、図7−1Cで下側のトレースに示されているように、さらに短縮される。図面に示されているように、オフセット制御信号及び変調によって2つのスイッチをカスケード接続することによって、均等なデューティ・サイクルで動作するスイッチについて、受信入力パルスのパルス長が、光路内の各連続するスイッチの約2分の1だけ低減する。
パルスのテール7−150は、上流経路内の光スイッチS1、S2、及びS4の結合したターン・オフ(消光比の積)によって抑制することができる。この効果は、スイッチS1、S2、及びS4の各々が、出力ポートP7からのパルスのテールにおいてオフ状態に切り換えられることを示している、図7−1Dのトレースの損失変調から分かる。追加の減衰スイッチ7−120が、いくつかの実施形態において、出力P7に加えられてもよく、又は、加えられなくてもよい。異なる光スイッチに異なる周波数を印加することの欠点は、より周波数の高い駆動信号がスイッチング・アレイ7−100に必要となることである。例えば、最後の光スイッチにおいて必要とされる周波数は、いくつかの実施態様において、出力パルス持続時間程度であり得る。
III.バイオ光電子チップに対する光パルスの結合
いくつかの実施態様によれば、パルスレーザ1−110は、ポータブル分析機器1−100に取り付けることができ、パルスレーザの出力を使用して、機器内に位置する1つ又は複数の反応室内の生物及び化学試料を励起することができる。機器は、パルスレーザと反応室との間に、パルスレーザからの出力ビームを1つ又は複数の反応室へと方向制御するように構成されている追加の光学構成要素を有してもよい。上述したように、機器は、1つ又は複数の導波路と、光パルスを1つ又は複数の導波路に結合するための、チップ上に配置されている少なくとも1つの光カプラ(例えば、格子カプラ)とを含む、バイオ光電子チップ1−140を受け入れるように構成することができる。導波路は、図1−3に示すように、光パルスからの放射を、複数の反応室に送達することができる。チップ上の光導波路に光を結合するには、レーザビームをチップ上の光カプラに精密に位置合わせする必要があり得る。いくつかの事例において、ビーム・ステアリング・モジュールを使用して、レーザビームをバイオ光電子チップ上の光カプラに、自動的に位置合わせすることができる。
ステッパ・モータを含むことができる。ビーム・ステアリング・モジュールの高さを低減するために、アクチュエータは、図面に示されているように、それらのシャフトが、ほぼ同じ平面内にあるように取り付けることができる。いくつかの実施態様において、部分的にPCB1−130、又は、PCB1−130に取り付けられる別個のPCB上に作製されるステッパ・モータ(例えば、米国仮特許出願第62/289,019号に記載されているようなもの)を使用して、ビーム・ステアリング・モジュールの光学構成要素を、PCB1−130に垂直である軸を中心として回転させることができる。
250を並進させる結果として、表面8−240におけるビームのx−y位置をそれほど変化させることなく、表面8−240におけるビームの入射角が変化する。例えば、y軸に平行な軸を中心として第1のオプチカル・フラット8−131を回転させることによって、集束レンズ8−133において、x軸に平行な方向においてレーザビームを変位することができる。集束レンズにおけるそのようなレーザビームの動きは、表面8−240において、x−z平面内で、x軸に関するレーザビームの入射角θiを変化させる。いくつかの実施形態において、x軸に平行な軸を中心として第4のオプチカル・フラット8−132(図8−1には示されていない)を回転させることによって、y−z平面上の方向において、表面8−240における入射角φiを変化させることができる。表面8−240は概ね、レンズ8−133の焦点距離fに位置するため、レンズの前でビーム8−250を並進させることによる入射角の変化は、表面8−240における集束ビームのx−y位置にそれほど影響を及ぼさない。
つ又は複数のフォトダイオード1−324によって監視することができる。その後、格子カプラ上のビームの位置をそれほど変化させることなく、ビーム入射角を最適化することができる。
1−320を発見するために他の方向において走査することができる。
ように構成されている。
Sx=[(VQ2+VQ3)−(VQ1+VQ4)]/VT
式中、Sxはx方向に対応する正規化信号レベルであり、VQnは、クワッド検出器のn番目のフォトダイオードから受信される信号レベル(例えば、電圧)であり、VTは、4つすべてのフォトダイオードからの信号を合計することによって受信される総信号レベルである。加えて、y方向におけるレーザビームの位置は、例えば、以下のアルゴリズムを使用して決定することができる:
Sy=[(VQ3+VQ4)−(VQ1+VQ2)]/VT。
て、制御回路は、格子カプラのすぐ近傍でx−y走査を実行する(動作8−530)ように、ビーム・ステアリング・モジュール1−150のアクチュエータ8−122、8−123を駆動することができる。例えば、ビーム・ステアリング・モジュールは、第1の最適な結合値を発見するためのx方向における連続的な線形走査を実行し、その後、第2の最適な結合値を発見するためのy方向における線形走査を実行することができる。レーザビームが走査されている間、クワッド検出器1−320及び1つ又は複数の導波路フォトダイオード1−324からの出力信号を監視することができる(動作8−535)。
IV.クロック発生及びシステム同期
図1−1を再び参照すると、短パルス又は超短パルスを生成するために使用される方法及び装置にかかわらず、システム1−100は、分析システム1−160の少なくともいくつかの電子的動作(例えば、データ取得及び信号処理)を、光源1−110からの光パルス1−122の繰り返し数と同期させるように構成されている回路を含むことができる。パルス繰り返し数を分析システム1−160上の電子装置に同期させるための少なくとも2つの方法が存在する。第1の技法によれば、マスタ・クロックをタイミング・ソースとして使用して、パルス光源におけるパルスの発生と機器電子装置の両方をトリガすることができる。第2の技法において、パルス光源からタイミング信号を導出し、機器電子装置をトリガするために使用することができる。
又は3次元マップを含む、励起パルスによって調査されるエリアの画像を生成することができる。
の動作)、及びバイオ光電子チップ1−140からのデータ読み出しの動作を協調させることが、技術的課題を課すことを認識し、諒解するに至った。例えば、反応室において収集される時間ビニング信号が、蛍光減衰特性の正確な表現であるために、時間ビニング光検出器1−322の各々は、反応室における各励起光パルスの到来後に精密なタイミングでトリガされなければならない。加えて、データは、データの超過及び見過ごしを回避するために、反応室におけるデータ取得とほぼ同期して、バイオ光電子チップ1−140から読み出されなければならない。データの見過ごしは、いくつかの事例においては有害であり得、例えば、遺伝子配列の誤認を引き起こす。本発明者らは、システム・タイミングが、例えば、パルス振幅の変動、パルス間間隔Tの変動、及び偶発的なパルス脱落の影響を受けやすい、受動モードロックレーザの自然動作特性によってさらに複雑になることを認識し、諒解するに至った。
ビニング光検出器1−322による信号取得のタイミング)が、反応室における光励起パルスの到来後の所定の時点に生じるように調整される。
キングには影響を及ぼさない。
。このように、第2のパルス光源からのパルス列を、第1のパルス光源のパルス列に同期することができ、機器動作及び電子装置も、第1のパルス光源に同期することができる。
2の光パルスの列9−120bを生成することができる。いくつかの実施形態において、第2のレーザもまた、同じタイプの利得媒体によって支持される第2のレージング遷移である第2の波長(例えば、1342nm)にあるパルスを生成する受動モードロックレーザ(例えば、Nd:YVO4又はNd:GdVO4)を含んでもよいが、他の実施形態においては、他のレージング材料が使用されてもよい。第1のダイクロイック・ミラーDC1を使用して、第1のレーザ1−110aからのパルスを第2のダイクロイック・ミラーDC2へと方向付けることができ、第2のダイクロイック・ミラーDC2において、2つのレーザからのパルス列が結合されて、第2の非線形光学素子9−620(例えばKTP又はBBO結晶)へと方向付けられる。第2の非線形素子において、パルスがともに到来することを条件として、2つのパルス列からの光場が相互作用して、和周波数発生(SFG)として知られる工程によって第3の波長λ3が発生する。この工程において、結果としてもたらされる波長は、以下の関係によって与えられる。
上記の例によれば、第3の波長λ3は、約593.5nmにおいて生成することができる。結果として、2レーザ・システムは、532nmにある第3のパルス列9−120c及び593.5nmにある第4のパルス列9−120dを生成することができる。いくつかの実施形態において、第4のパルス列は、基本波長λ1,λ2にあるパルスを含み得るが、この放射は、例えば、赤外線フィルタを使用してパルス列からフィルタリング除外することができる。
するとき、各蛍光色素分子が励起されることを保証することができる。
V.構成
諒解され得るように、パルスレーザ1−110及び分析機器1−100及び動作方法の多くの異なる構成及び実施形態があり得る。いくつかの構成及び実施形態を下記に与えるが、本発明は、リストされている構成及び実施形態には限定されない。
発される蛍光発光を表す信号を受信し、伸長鎖に取り込まれている4つの異なるヌクレオチド又はヌクレオチド類似体のアイデンティティを決定するために、受信信号を処理するように構成されている信号プロセッサとをさらに備え、受信信号は、伸長鎖へのヌクレオチド又はヌクレオチド類似体の連続的な取り込みに対応する、構成(1)のモードロックレーザ。
(14)光パルスの半値全幅持続時間は、約5psと約30psとの間である(1)乃至(13)のいずれか1つのモードロックレーザ。
(23)パルス励起エネルギーを生成する工程は、単一の固有波長において動作する利得切換レーザによって光パルスを生成する工程を含む(21)の方法。
(27)パルス励起エネルギーを方向付ける工程は、パルス励起エネルギーをバイオ光電子チップ上の導波路に結合する工程を含む(21)乃至(26)のいずれか1つの方法。
オチド類似体の伸長鎖への連続的な取り込みに対応する、信号プロセッサとを備える生物分析機器。
(32)モードロックレーザは、ベースプレートと、ベースプレート上に取り付けられている利得媒体と、レーザキャビティの第1の端部に位置する、ベースプレート上に取り付けられている第1の端部ミラーと、ベースプレート上に取り付けられており、レーザキャビティの第2の端部ミラーを形成する可飽和吸収体ミラーとを備える(31)の生物分析機器。
(34)モードロックレーザはモードロックレーザダイオードを含む(31)又は(32)の生物分析機器。
(36)パルスレーザ・システムは利得切換レーザを含む構成(30)の生物分析機器。
(38)利得切換レーザはレーザダイオードと、レーザダイオードにバイポーラ電流パルスを与えるように構成されている電流駆動回路とを備え、バイポーラ電流パルスは、第1の振幅及び第1の極性を有する第1のパルスと、後続する、第1の振幅よりも小さい第2の振幅を有する、反対の極性の第2のパルスとを備える(36)の生物分析機器。
(41)蛍光発光を表す信号の収集を、励起パルスがバイオ光電子チップにおいて基本的にオフ状態にあるときに行われるように制御する同期回路をさらに備える(30)乃至(40)のいずれか1つの生物分析機器。
(44)クロック発生回路は、光パルスから発生する電子パルスの振幅をレベリングするための飽和増幅部を含む(42)の生物分析機器。
の検出から生成される第2のクロック信号に同期させ、生物分析機器によるデータ取得のタイミングをとるために、同期した第1のクロック信号を与えるように構成されているクロック発生回路とを備える、生物分析機器。
(47)クロック発生回路は、光パルスから発生する電子パルスの振幅をレベリングするための飽和増幅部を含む(45)の生物分析機器。
(49)クロック発生回路は、第1のクロック信号の位相を第2のクロック信号にロックする遅延ロック・ループを含む(45)乃至(47)のいずれか1つの生物分析機器。
(52)第2のパルス列は第1のパルス列に同期される(50)又は(51)のシステム。
(54)第1の固有波長及び第2の固有波長は、500nmと700nmとの間である(50)乃至(53)のいずれか1つのシステム。
(57)第1の固有波長においてパルスレーザを動作させる工程と、第2の固有波長において連続波レーザを動作させる工程と、パルスレーザからの第1のパルス列を、連続波レーザのレーザキャビティに結合する工程と、連続波レーザのレーザキャビティ内で第3の固有波長にある第2のパルス列を発生させる工程とを備える同期した光パルスを与える方法。
(59)第4の固有波長にある第3のパルス列を発生させるために、パルスレーザからのパルス列を周波数2倍化する工程をさらに含む(57)又は(58)の方法。
(61)生物分析機器において試料中の少なくとも2つの蛍光色素分子を、第2のパルス列及び第3のパルス列のパルスによって励起する工程と、蛍光寿命に基づいて少なくと
も2つの蛍光色素分子を区別する工程とをさらに含む(60)の方法。
(64)試料を保持し、第1のパルス列及び第2のパルス列からの放射を試料へと方向付けるように構成されている生物分析機器をさらに備える(62)又は(63)のシステム。
(66)第3の非線形光学素子をさらに備え、システムは、第3の固有波長にある、第3の非線形光学素子から発生する第3のパルス列を生成するように構成されている(62)乃至(65)のいずれかのシステム。
(68)第1の固有波長、第2の固有波長、及び第3の固有波長は、500nmと700nmとの間である(62)乃至(67)のいずれかのシステム。
(71)生物分析機器において試料中の少なくとも2つの蛍光色素分子を、第1のパルス列及び第2のパルス列のパルスによって励起する工程と、蛍光寿命に基づいて少なくとも2つの蛍光色素分子を区別する工程とをさらに含む(70)の方法。
(74)第1のパルスレーザと、キャビティ内可飽和吸収体ミラーを含む第2のパルスレーザとを備えるシステムであって、システムは、第1のパルスレーザからのパルスを、第2のパルスレーザの可飽和吸収体ミラー上へと方向付けるように構成されている、システム。
(76)第1の非線形光学素子と、第2の非線形光学素子とをさらに備え、システムは、第1の固有波長にある、第1の非線形光学素子から発生する第1のパルス列、及び、第2の固有波長にある、第2の非線形光学素子からの第2のパルス列を生成するように構成されている(74)又は(75)のシステム。
(79)第1の固有波長において第1のパルスレーザを動作させる工程と、第1のパルスレーザからのパルス列を、第2のパルスレーザのレーザキャビティ内の可飽和吸収体ミラー上に結合する工程とを備える2つのレーザをモード・ロックするための方法。
(81)第3の固有波長にある第1のパルス列を生成するために、第1のパルスレーザからのパルスを周波数2倍化する工程と、第4の固有波長にある第2のパルス列を生成するために、第2のパルスレーザからのパルスを周波数2倍化する工程とをさらに含む(80)又は(81)の方法。
(86)生物分析機器は、試料からの発光を検出し、蛍光寿命に基づいて2つ以上の蛍光色素分子を区別するように構成されている(84)又は(85)のシステム。
(91)第1のモードロックレーザ及び第2のレーザが取り付けられる基部構造と、基部構造内のプラットフォーム上に取り付けられており、第1のモードロックレーザ内の利得媒体を励起するように構成されているダイオード・ポンプ・ソースとをさらに備え、ダイオード・ポンプ・ソースは、約450nmと約1100nmとの間のポンプ放射を与える(83)乃至(86)のいずれかのパルスレーザ・システム。
(94)第1のレーザキャビティのキャビティ内レーザビームを反射するように構成されている可飽和吸収体ミラーと、レーザキャビティの端部に位置する出力カプラとをさらに備える(83)乃至(90)のいずれかのパルスレーザ・システム。
(97)基部構造は、レーザキャビティが配置されるキャビティを備え、基部構造の端部寸法は、約200mm以下であり、高さ寸法は、約60mm以下である(95)のパルスレーザ・システム。
(102)各レーザ内の利得媒体をダイオード・ポンピングする工程をさらに含む(1
01)の方法。
(104)試料を保持し、光パルスを試料上へと方向付けるように構成されている生物分析機器に、第2のレーザからの光パルスを与える工程をさらに含む(100)乃至(103)のいずれか1つの方法。
(106)生物分析機器によって、試料からの発光を検出する工程と、蛍光寿命に基づいて2つ以上の蛍光色素分子を区別する工程とをさらに含む(104)又は(105)の方法。
(111)基部構造と、基部構造内に取り付けられているダイオード・ポンプ・ソースと、利得媒体を含み、光パルスを生成するように構成されている、基部構造内のレーザキャビティとを備えるパルスレーザであって、ダイオード・ポンプ・ソース及び利得媒体は各々、基部構造から部分的に、熱的に及び機械的に分離されているプラットフォーム上に取り付けられている、パルスレーザ。
(115)光学遅延要素は、一定の長さの光ファイバを含む(112)のパルスレーザ。
(117)ダイオード・ポンプ・ソースからのビームを再成形するように構成されている一対の交差した円柱レンズをさらに備える(111)乃至(116)のいずれか1つの
パルスレーザ。
(121)試料を保持し、出力波長にあるパルスレーザからの出力を試料上へと方向付けるように構成されている生物分析機器をさらに備える(111)乃至(120)のいずれか1つのパルスレーザ。
(123)基部構造は、レーザキャビティが配置されるキャビティを備え、基部構造の端部寸法は、約200mm以下であり、高さ寸法は、約60mm以下である(119)乃至(122)のいずれか1つのパルスレーザ。
(126)基部構造はアルミニウムを含む(111)乃至(124)のいずれか1つのパルスレーザ。
(129)可飽和吸収体ミラーは、反射器と、反射器から第1の距離だけ離間されており、第1のエネルギーバンドギャップを有する第1の多重量子井戸構造と、反射器から第1の距離よりも大きい第2の距離だけ離間されており、第2のエネルギーバンドギャップを有する第2の多重量子井戸構造とを備える(127)又は(128)のパルスレーザ。
(131)利得媒体内の最小ビーム・ウェストと、可飽和吸収体ミラー上の集束ビーム・ウェストとの比は、約4:1と約1:2との間である(1)乃至(20)のいずれか1つのモードロックレーザ。
のいずれか1つのモードロックレーザ。
VI.結論
このように、パルスレーザのいくつかの実施形態のいくつかの態様を説明したが、様々な変更、修正、及び改善が当業者には容易に想到されることが諒解されるべきである。そのような変更、修正、及び改善はこの開示の1部であるように意図されており、本発明の精神及び範囲内にあることが意図されている。本教示を様々な実施形態及び例に関連して説明したが、本教示がこのような実施形態又は例に限定されることは意図されていない。逆に、本教示は、当業者には諒解されるであろう様々な代替形態、修正、及び均等物を包含する。
また、説明されている技術は、そのうち少なくとも1つの例が設けられている方法として具現化され得る。方法の1部分として実施される動作は、任意の適切な様式で順序付けられてもよい。したがって、動作が示されているものとは異なる順序で実施され、たとえ例示的な実施形態においては順次の動作として示されていたとしても、いくつかの動作を
同時に実施することを含んでもよい実施形態が構築されてもよい。
である、すなわち、複数の要素又は要素のリストのうちの少なくとも1つを含むが、2つ以上をも含み、また任意選択的に追加のリストされていない項目も含むものとして解釈されるべきである。「〜のうちの1つのみ」もしくは「〜のうちの正確に1つ」、又は、特許請求の範囲において使用されるとき、「〜からなる」のように、明確に逆に指示されている用語だけは、複数の要素又は要素のリストのうちの正確に1つの要素を含むことを指す。一般的に、使用されているような「又は」という用語は、「いずれか」、「〜のうちの1つ」、「〜のうちの1つのみ」又は「〜のうちの正確に1つ」のような、排他性の用語が先行するときは、排他的な選択肢(すなわち「1方又は他方であり、両方ではない」)を示すものとしてのみ解釈されるべきである。「基本的に〜からなる」は、特許請求の範囲において使用されるとき、特許法の分野において使用されるものとしての、その通常の意味を有するべきである。
Claims (130)
- 350mm以下の最大エッジ長を有するベースプレートと、
前記ベースプレート上に取り付けられている利得媒体と、
レーザキャビティの第1の端部に位置する、前記ベースプレート上に取り付けられている第1の端部ミラーと、
前記ベースプレート上に取り付けられており、前記レーザキャビティの第2の端部ミラーを形成する可飽和吸収体ミラーと、
を備えるモードロックレーザにおいて、前記モードロックレーザは、50MHz〜200MHzの繰り返し数における受動モード・ロックによって光パルスを生成する、モードロックレーザ。 - 前記モードロックレーザから励起パルスを受信するように構成されているバイオ光電子チップであって、前記バイオ光電子チップは、標的核酸に対して相補的な伸長鎖へのヌクレオチド又はヌクレオチド類似体の連続的な取り込みを支持する、バイオ光電子チップと、
単一の固有波長にある前記励起パルスを前記バイオ光電子チップに向けて方向付けるビームステアリングモジュールと、
前記単一の固有波長にある前記励起パルスによって誘発される蛍光発光を表す信号を受信し、前記伸長鎖に取り込まれている4つの異なるヌクレオチド又はヌクレオチド類似体のアイデンティティを決定するために、前記受信信号を処理する信号プロセッサとをさらに備え、前記受信信号は、前記伸長鎖へのヌクレオチド又はヌクレオチド類似体の連続的な取り込みに対応する、請求項1に記載のモードロックレーザ。 - 前記モードロックレーザが動作している間に、前記レーザキャビティ内で2のみの自由度のレーザビームの調整を可能にするレーザキャビティ内の調整可能ミラー・マウントをさらに備え、前記自由度は、前記モードロックレーザが動作している間に前記レーザビームを調整するために前記レーザキャビティ内の光学台によって設けられる、2のみの自由度である、請求項1に記載のモードロックレーザ。
- 前記ベースプレート上に取り付けられており、前記利得媒体と前記可飽和吸収体ミラーとの間でキャビティ内光軸に沿って位置している第1の集束光学素子と、
前記ベースプレート上に取り付けられており、前記第1の集束光学素子と前記可飽和吸収体ミラーとの間で前記キャビティ内光軸に沿って位置している第2の集束光学素子とをさらに備え、
前記キャビティ内光軸に沿った前記第1の集束光学素子の位置に対する調整が、前記キャビティ内光軸に沿った前記第2の集束光学素子の位置に対する同じ量の調整よりも大きく、前記可飽和吸収体ミラー上でのキャビティ内レーザビームの焦点サイズを変化させる請求項1に記載のモードロックレーザ。 - 前記利得媒体の少なくとも2つの側に結合されており、キャビティ内レーザビームを方向制御する、前記利得媒体にわたる非対称熱勾配を生成するように構成されている温度制御要素をさらに備える、請求項1に記載のモードロックレーザ。
- 前記ベースプレート上に取り付けられており、前記利得媒体と前記可飽和吸収体ミラーとの間でキャビティ内光軸に沿って位置している第1の集束光学素子と、
前記ベースプレート上に取り付けられており、前記第1の集束光学素子と前記可飽和吸収体ミラーとの間で前記キャビティ内光軸に沿って位置している第2の集束光学素子と、
前記第1の集束光学素子と前記可飽和吸収体ミラーとの間に取り付けられているキャビティ内ビームステアリングモジュールと、
をさらに備える、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモードロックレーザ。 - 前記モードロックレーザの平均パワーを検出するように構成されている光検出器と、
前記光検出器及び前記キャビティ内ビームステアリングモジュールと通信する制御回路とをさらに備え、
前記制御回路は、前記光検出器によって検出される信号レベルに基づいて、前記可飽和吸収体ミラー上でキャビティ内レーザビームを再位置合わせするための信号を与える、請求項6に記載のモードロックレーザ。 - 前記パルスレーザのQスイッチングと関連付けられる1つ又は複数の特性を検出するように構成されている光検出器及び信号プロセッサと、
前記信号プロセッサ及び前記キャビティ内ビーム・ステアリング・モジュールと通信する制御回路とをさらに備え、
前記制御回路は、前記Qスイッチングと関連付けられる1つ又は複数の特性の検出に応答して、前記可飽和吸収体ミラー上でキャビティ内レーザビームを再位置合わせするための信号を与える、請求項6に記載のモードロックレーザ。 - 前記レーザキャビティの長さを延長し、前記利得媒体と前記可飽和吸収体ミラーとの間に位置している複数のミラーと、
前記ベースプレート内に形成されており、前記利得媒体と前記複数のミラーとの間に位置している取り付け特徴部とをさらに備え、
前記取り付け特徴部は、前記レーザキャビティを短縮する端部ミラーを保持するために端部ミラー又は固定具を受容する、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモードロックレーザ。 - 前記キャビティ内光軸の方向に延在し、前記モードロックレーザの1つ又は複数の光学構成要素を受け入れるための少なくとも1つのトレンチであって、前記ベースプレート内に形成されている少なくとも1つのトレンチをさらに備える、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモードロックレーザ。
- 前記ベースプレートに形成されている集積光学台をさらに含んでなり、前記集積光学台は、
前記少なくとも1つのトレンチの対向する側に当接し、基本的に前記キャビティ内光軸に垂直に向けられている2つの共平面と、
前記少なくとも1つのトレンチの対向する側に形成されており、前記2つの共平面に向かって傾斜している2つの傾斜面とを備える、請求項10に記載のモードロックレーザ。 - 前記モードロックレーザからの光パルスを検出するように構成されている光検出器と、
安定した発振器からの電子クロック信号を、前記モードロックレーザによって生成される光パルスに同期させるように構成されているクロック発生回路と、
をさらに備える、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモードロックレーザ。 - 前記第1の端部ミラーは、約10%〜約25%の透過率を有する出力カプラを備える、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモードロックレーザ。
- 前記光パルスの半値全幅持続時間は約5ps〜約30psである、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモードロックレーザ。
- 前記光パルスのテール強度は、前記光パルスのピーク強度から250ps後に、前記光パルスの前記ピーク強度を20dB下回ったままである請求項1乃至5のいずれか1項に
記載のモードロックレーザ。 - 前記レーザからの出力パルスを、第1のレージング波長から、前記レージング波長の2分の1の波長を有するパルスへと変換する、前記ベースプレート上に取り付けられている周波数2倍化構成要素をさらに備える、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモードロックレーザ。
- 前記ベースプレート上に取り付けられており、前記モードロックレーザからの出力を受信する、周波数2倍化構成要素と、
前記周波数2倍化構成要素からバイオ光電子チップへと送達される周波数2倍化波長におけるパワーの量を表す信号を受信し、前記受信信号のレベルに基づいて周波数2倍化波長におけるパワーの量を変化させるための信号を与える、フィードバック回路とをさらに備える、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモードロックレーザ。 - 前記周波数2倍化構成要素に送達される前記モードロックレーザからの前記出力の偏光を変化させるように構成されている偏光回転器と、
前記偏光回転器の向きを制御する、前記フィードバック回路に接続されているアクチュエータとをさらに備える、請求項17に記載のモードロックレーザ。 - 熱絶縁締結具によって前記ベースプレートに取り付けられているダイオードポンプソースモジュールをさらに備える、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモードロックレーザ。
- 前記ダイオード・ポンプ・ソース・モジュールは、前記ベースプレート内の穴を通じて取り付けられており、前記ベースプレートの、前記レーザキャビティと反対の側に位置している、請求項19に記載のモードロックレーザ。
- 単一の固有波長にあるパルス励起エネルギーを生成する工程と、
前記パルス励起エネルギーをバイオ光電子チップに向けて方向付ける工程であって、前記バイオ光電子チップは、標的核酸に対して相補的である伸長鎖への、ヌクレオチド又はヌクレオチド類似体の連続的な取り込みを支持する、前記パルス励起エネルギーを方向付ける工程と、
前記単一の固有波長における前記パルス励起エネルギーによって誘発される蛍光発光を表す信号を受信する工程であって、前記信号は、ヌクレオチド又はヌクレオチド類似体の前記伸長鎖への連続的な取り込みに対応する、蛍光発光を表す信号を受信する工程と、
前記伸長鎖に取り込まれている4つの異なるヌクレオチド又はヌクレオチド類似体のアイデンティティを決定するために、受信した前記信号を処理する工程と、
を備えるDNAをシーケンシングするための方法。 - 前記パルス励起エネルギーを生成する工程は、単一の固有波長において動作するモードロックレーザによって光パルスを生成する工程を備える請求項21に記載の方法。
- 前記パルス励起エネルギーを生成する工程は、単一の固有波長において動作する利得切換レーザによって光パルスを生成する工程を備える請求項21に記載の方法。
- 前記受信信号を処理する工程は、前記4つのヌクレオチド又はヌクレオチド類似体のうちの少なくとも2つの異なるヌクレオチド又はヌクレオチド類似体を識別するために、少なくとも2つの異なる蛍光発光減衰値の間で区別する工程を備える、請求項21に記載の方法。
- 前記パルス励起エネルギーに同期される電子トリガ信号を生成する工程と、
前記バイオ光電子チップ上の蛍光発光を表す前記信号の収集のタイミングをとるために前記電子トリガ信号を与える工程とをさらに備える、請求項21乃至24のいずれか1項に記載の方法。 - 前記パルス励起エネルギーがオン状態に続いてオフ状態にあるときに行われるように、前記蛍光発光を表す信号の収集のタイミングをとる工程をさらに備える、請求項25に記載の方法。
- 前記パルス励起エネルギーを方向付ける工程は、前記パルス励起エネルギーを前記バイオ光電子チップ上の導波路に結合する工程を備える請求項21乃至24のいずれか1項に記載の方法。
- 前記結合する工程は、
前記パルス励起エネルギーのビームの、前記導波路に接続されている入力ポートに対する位置合わせの度合いを示す第1のフィードバック信号を、前記バイオ光電子チップから受信する工程と、
前記第1のフィードバック信号に基づいて前記ビームを方向制御する工程とを備える、請求項27に記載の方法。 - 前記結合する工程は、
前記標的核酸に送達されるパワーの量を示す第2のフィードバック信号を、前記バイオ光電子チップから受信する工程と、
前記第2のフィードバック信号に基づいて前記パルス励起エネルギー内のエネルギーの量を調整する工程とをさらに備える、請求項27に記載の方法。 - 単一の固有波長にある光励起パルスを生成するように構成されているパルスレーザシステムと、
バイオ光電子チップを受け入れ、前記バイオ光電子チップとの電気的接続及び光結合を行うためのレセプタクルであって、前記バイオ光電子チップは、標的核酸に対して相補的である伸長鎖への、ヌクレオチド又はヌクレオチド類似体の連続的な取り込みを支持する、レセプタクルと、
前記励起パルスを前記レセプタクルに向けて方向付けるビーム・ステアリング光学素子と、
前記単一の固有波長にある前記励起パルスによって誘発される蛍光発光を表す信号を受信し、前記伸長鎖に取り込まれている4つの異なるヌクレオチド又はヌクレオチド類似体のアイデンティティを決定するために、前記受信信号を処理する信号プロセッサと、
を備え、前記受信信号は、前記伸長鎖へのヌクレオチド又はヌクレオチド類似体の連続的な取り込みに対応する生物分析機器。 - 前記パルスレーザシステムはモードロックレーザを備える、請求項30に記載の生物分析機器。
- 前記モードロックレーザは、
ベースプレートと、
前記ベースプレート上に取り付けられている利得媒体と、
レーザキャビティの第1の端部に位置する、前記ベースプレート上に取り付けられている第1の端部ミラーと、
前記ベースプレート上に取り付けられており、前記レーザキャビティの第2の端部ミラーを形成する可飽和吸収体ミラーとを備える、請求項31に記載の生物分析機器。 - 前記モードロックレーザは、光ファイバを備える請求項31に記載の生物分析機器。
- 前記モードロックレーザは、モードロックレーザダイオードを備える請求項31に記載の生物分析機器。
- 前記モードロックレーザはキャビティ内周波数2倍化要素を有するダイオード・ポンプ・レーザを備える、請求項31に記載の生物分析機器。
- 前記パルスレーザ・システムは利得切換レーザを備える請求項30に記載の生物分析機器。
- 前記利得切換レーザは、レーザダイオードを備える請求項36に記載の生物分析機器。
- 前記利得切換レーザは、
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードにバイポーラ電流パルスを与えるように構成されている電流駆動回路とを備え、
前記バイポーラ電流パルスは、第1の振幅及び第1の極性を有する第1のパルスと、後続する、前記第1の振幅よりも小さい第2の振幅を有する、反対の極性の第2のパルスとを備える、請求項36に記載の生物分析機器。 - 前記駆動回路は、前記レーザダイオードの端子に結合されているトランジスタを含んでなり、前記駆動回路は、ユニポーラパルスを受信し、前記ユニポーラパルスの受信に応答して半導体ダイオードにバイポーラ電気パルスを印加する、請求項38に記載の生物分析機器。
- 前記パルスレーザシステムは、連続波レーザと、前記連続波レーザからの出力を変調する相互接続された光スイッチのアレイとを備える、請求項30に記載の生物分析機器。
- 前記蛍光発光を表す信号の収集を、前記励起パルスが前記バイオ光電子チップにおいて基本的にオフ状態にあるときに行われるように制御する同期回路をさらに備える、請求項30乃至40のいずれか1項に記載の生物分析機器。
- 前記同期回路は、電子又は電気機械発振器からの第1のクロック信号を、前記励起パルスの検出から生成される第2のクロック信号に同期させ、前記生物分析機器によるデータ取得のタイミングをとるために、前記同期した第1のクロック信号を与えるクロック発生回路を備える、請求項41に記載の生物分析機器。
- 前記クロック発生回路は、前記光パルスから発生する電子パルスの振幅をレベリングするための自動利得制御増幅部を含んでなる、請求項42に記載の生物分析機器。
- 前記クロック発生回路は、前記光パルスから発生する電子パルスの振幅をレベリングするための飽和増幅部を含んでなる、請求項42に記載の生物分析機器。
- 生物分析機器において、
単一の固有波長にあるパルス励起エネルギーを生成するように構成されているレーザと、
電子又は電気機械発振器からの第1のクロック信号を、前記レーザからの光パルスの検出から生成される第2のクロック信号に同期させ、前記生物分析機器によるデータ取得の
タイミングをとるために、前記同期した第1のクロック信号を与えるように構成されているクロック発生回路とを備える、生物分析機器。 - 前記クロック発生回路は、前記光パルスから発生する電子パルスの振幅をレベリングするための自動利得制御増幅部を含んでなる、請求項45に記載の生物分析機器。
- 前記クロック発生回路は、前記光パルスから発生する電子パルスの振幅をレベリングするための飽和増幅部を含んでなる、請求項45に記載の生物分析機器。
- 前記クロック発生回路は、前記第1のクロック信号の位相を前記第2のクロック信号にロックする位相ロックループを含んでなる、請求項45に記載の生物分析機器。
- 前記クロック発生回路は、前記第1のクロック信号の位相を前記第2のクロック信号にロックする遅延ロックループを含んでなる、請求項45に記載の生物分析機器。
- パルスレーザと、
連続波レーザと、
第1の非線形光学素子と、
第2の非線形光学素子と、
を備えるシステムであって、
前記システムは、第1の固有波長にある、前記第1の非線形光学素子から発生する第1のパルス列、及び、第2の固有波長にある、前記第2の非線形光学素子から第2のパルス列を生成する、システム。 - 前記第2の非線形光学素子は、前記連続波レーザのレーザキャビティ内にある、請求項50に記載のシステム。
- 前記第2のパルス列は前記第1のパルス列に同期される、請求項50に記載のシステム。
- 前記第2のパルス列は、前記第2の非線形光学素子において和周波数発生によって生成される、請求項50に記載のシステム。
- 前記第1の固有波長及び前記第2の固有波長は500nm〜700nmである、請求項50に記載のシステム。
- 試料を保持するように構成されている生物分析機器と、
前記第1のパルス列及び前記第2のパルス列からの放射を前記試料上へと方向付けるように構成されているビーム・ステアリング光学素子と、
をさらに備える、請求項50乃至請求項54のいずれか1項に記載のシステム。 - 前記生物分析機器は、前記試料からの発光を検出し、蛍光寿命に基づいて2つ以上の蛍光色素分子を識別する、請求項55に記載のシステム。
- 第1の固有波長においてパルスレーザを動作させる工程と、
第2の固有波長において連続波レーザを動作させる工程と、
前記パルスレーザからの第1のパルス列を、前記連続波レーザのレーザキャビティに結合する工程と、
前記連続波レーザの前記レーザキャビティ内で第3の固有波長にある第2のパルス列を発生させる工程とを備える、同期した光パルスを与えるための方法。 - 前記第2のパルス列を発生させる工程は、和周波数発生を備える、請求項57に記載の方法。
- 第4の固有波長にある第3のパルス列を発生させるために、前記パルスレーザからのパルス列を周波数2倍化する工程をさらに備える、請求項57又は58に記載の方法。
- 前記第2のパルス列及び前記第3のパルス列を生物分析機器に与える工程をさらに備える、請求項59に記載の方法。
- 前記生物分析機器において試料中の少なくとも2つの蛍光色素分子を、前記第2のパルス列及び前記第3のパルス列のパルスによって励起する工程と、
蛍光寿命に基づいて前記少なくとも2つの蛍光色素分子を区別する工程と、
をさらに備える、請求項60に記載の方法。 - 第1のパルスレーザと、
第2のパルスレーザと、
第1の非線形光学素子と、
第2の非線形光学素子とを備えるシステムにおいて、
前記システムは、第1の固有波長にある、前記第1の非線形光学素子から発生する第1のパルス列、及び、第2の固有波長にある、前記第2の非線形光学素子から和周波数発生によって第2のパルス列を生成する、システム。 - 前記第2のパルス列は前記第1のパルス列に同期される、請求項62に記載のシステム。
- 試料を保持し、前記第1のパルス列及び前記第2のパルス列からの放射を前記試料上へと方向付けるように構成されている生物分析機器をさらに備える、請求項62又は63に記載のシステム。
- 前記生物分析機器は、前記試料からの発光を検出し、蛍光寿命に基づいて2つ以上の蛍光色素分子を識別する、請求項64に記載のシステム。
- 第3の非線形光学素子をさらに備え、前記システムは、第3の固有波長にある、前記第3の非線形光学素子から発生する第3のパルス列を生成する、請求項62又は63に記載のシステム。
- 前記第3のパルス列は前記第1のパルス列及び前記第2のパルス列に同期される、請求項66に記載のシステム。
- 前記第1の固有波長、前記第2の固有波長、及び前記第3の固有波長は、500nm〜700nmである、請求項66に記載のシステム。
- 第1の固有波長において第1のパルスレーザを動作させる工程と、
第2の固有波長において第2のパルスレーザを動作させる工程と、
前記第1のパルスレーザを、前記第2のパルスレーザに同期させる工程と、
第3の固有波長にある第1のパルス列を生成するために、前記第1のパルスレーザからのパルスを周波数2倍化する工程と、
前記第1のパルスレーザ及び前記第2のパルスレーザからのパルスを非線形光学素子に結合する工程と、
和周波発生によって、第4の固有波長にある第2のパルス列を発生させる工程とを備える、同期した光パルスを与えるための方法。 - 前記第1のパルス列及び前記第2のパルス列を生物分析機器に与える工程をさらに備える、請求項69に記載の方法。
- 前記生物分析機器において試料中の少なくとも2つの蛍光色素分子を、前記第1のパルス列及び前記第2のパルス列のパルスによって励起する工程と、
蛍光寿命に基づいて前記少なくとも2つの蛍光色素分子を区別する工程と、
をさらに備える、請求項70に記載の方法。 - 第5の固有波長にある第3のパルス列を生成するために、前記第2のパルスレーザからのパルスを周波数2倍化する工程をさらに備える、請求項69に記載の方法。
- 前記第3の固有波長、前記第4の固有波長、及び前記第5の固有波長は、500nm〜700nmである、請求項72に記載の方法。
- 第1のパルスレーザと、
キャビティ内可飽和吸収体ミラーを含む第2のパルスレーザと、
を備えるシステムにおいて、
前記システムは、前記第1のパルスレーザからのパルスを、前記第2のパルスレーザの前記可飽和吸収体ミラー上へと方向付ける、システム。 - 前記第2のパルスレーザは受動モード・ロックされる請求項74に記載のシステム。
- 第1の非線形光学素子と、
第2の非線形光学素子と、
をさらに備え、
前記システムは、第1の固有波長にある、前記第1の非線形光学素子から発生する第1のパルス列、及び、第2の固有波長にある、前記第2の非線形光学素子から第2のパルス列を生成する、請求項74に記載のシステム。 - 試料を保持し、前記第1のパルス列及び前記第2のパルス列からの放射を前記試料上へと方向付けるように構成されている生物分析機器をさらに備える、請求項74又は75に記載のシステム。
- 前記生物分析機器は、前記試料からの発光を検出し、蛍光寿命に基づいて2つ以上の蛍光色素分子を識別する、請求項77に記載のシステム。
- 第1の固有波長において第1のパルスレーザを動作させる工程と、
前記第1のパルスレーザからのパルス列を、第2のパルスレーザのレーザキャビティ内の可飽和吸収体ミラー上に結合する工程とを備える、2つのレーザのモードロック方法。 - 第2の固有波長にある前記第2のパルスレーザを受動モードロックする工程をさらに備える、請求項79に記載の方法。
- 第3の固有波長にある第1のパルス列を生成するために、前記第1のパルスレーザからのパルスを周波数2倍化する工程と、
第4の固有波長にある第2のパルス列を生成するために、前記第2のパルスレーザからのパルスを周波数2倍化する工程とをさらに備える請求項80に記載の方法。 - 生物分析機器において試料中の少なくとも2つの蛍光色素分子を、前記第1のパルス列及び前記第2のパルス列のパルスによって励起する工程と、
蛍光寿命に基づいて前記少なくとも2つの蛍光色素分子を区別する工程とをさらに備える、請求項81に記載の方法。 - 第1の繰り返し数において第1の固有波長を有するパルスを生成するように構成されている第1のレーザキャビティを有する第1のモードロックレーザと、
連続波放射を生成するように構成されている第2のレーザキャビティを有する第2のレーザと、
前記第2のレーザキャビティ内の非線形光学素子と、
前記第1のモードロックレーザからの出力を前記非線形光学素子へと方向付ける光学素子と、を備える、パルスレーザシステム。 - 試料を保持し、第2の固有波長にある前記第2のレーザからの出力を前記試料上へと方向付ける生物分析機器をさらに備える、請求項83に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記第2の固有波長は500nm〜700nmである、請求項84に記載のシステム。
- 前記生物分析機器は、前記試料からの発光を検出し、蛍光寿命に基づいて2つ以上の蛍光色素分子を識別する、請求項84又は85に記載のシステム。
- 前記第1のモードロックレーザ及び前記第2のレーザが取り付けられる基部構造と、
前記第1のレーザキャビティの光路長を、前記基部構造の任意の横方向寸法よりも大きい長さまで延長する、前記第1のモードロックレーザ内に位置する光学遅延要素と、
をさらに備える、請求項83又は84に記載のパルスレーザ・システム。 - 前記光学遅延要素は、2つのミラーを備え、前記2つのミラーは、キャビティ内レーザビームを、前記光学遅延要素を1回通過するときに前記2つのミラーの間を3回以上反射させる、請求項87に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記光学遅延要素は、キャビティ内レーザビームが、前記光学遅延要素を1回通過するときに3回以上反射される、中実光学材料ブロックを備える請求項87に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記光学遅延要素は、一定の長さの光ファイバを備える請求項87に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記第1のモードロックレーザ及び前記第2のレーザが取り付けられる基部構造と、
前記基部構造内のプラットフォーム上に取り付けられており、前記第1のモードロックレーザ内の利得媒体を励起するように構成されているダイオード・ポンプ・ソースと、
をさらに備え、前記ダイオード・ポンプ・ソースは、約450nm〜約1100nmのポンプ放射を与える、請求項83又は84に記載のパルスレーザ・システム。 - 前記プラットフォームは、前記基部構造を通じて延在する1つ又は複数のトレンチによって前記基部構造から部分的に分離されている、前記基部構造のエリアを備える請求項91に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記プラットフォームを前記基部構造に接続する曲げ部材をさらに備える請求項91に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記第1のレーザキャビティのキャビティ内レーザビームを反射するように構成されている可飽和吸収体ミラーと、
前記レーザキャビティの端部に位置する出力カプラとをさらに備える請求項83又は84に記載のパルスレーザ・システム。 - 前記基部構造内に取り付けられている波長変換要素をさらに含み、前記波長変換要素は、レージング波長を、前記第1のモードロックレーザから周波数2倍化出力波長へと変換する請求項94に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記出力波長は約500nm〜約700nmであり、出力パルス持続時間は約100ピコ秒未満である、請求項95に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記基部構造は、前記レーザキャビティが配置されるキャビティを備え、前記基部構造の端部寸法は、約200mm以下であり、高さ寸法は、約60mm以下である請求項95に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記第1のモードロックレーザは約1064nmにおいてレージングするように構成されており、前記第2のレーザは、約1342nmにおいてレージングするように構成されている請求項83又は84に記載のパルスレーザ・システム。
- 前記非線形光学素子は、和周波数発生によって約594nmの波長にあるパルスを発生させるために、前記第2のレーザキャビティ内で位置合わせされる請求項98に記載のパルスレーザ・システム。
- 第1の固有波長において、第1のレーザキャビティを有する第1のモードロックレーザ内で光パルスを生成する工程と、
第2の固有波長において、連続波モードにおいて第2のレーザキャビティを有する第2のレーザを動作させる工程と、
前記第1のモードロックレーザからのパルスを、前記第2のレーザキャビティ内の非線形光学素子に注入する工程と、
和周波発生によって、第3の固有波長において前記非線形光学素子内で光パルスを発生させる工程とを備える、複数の固有波長を有した光パルスを生成する方法。 - 前記第1のモードロックレーザと前記第2のレーザの両方において同じ利得媒体が使用される請求項100に記載の方法。
- 各レーザ内の前記利得媒体をダイオード・ポンピングする工程をさらに含む請求項101に記載の方法。
- 前記利得媒体はNd:YVO4である請求項101に記載の方法。
- 試料を保持し、光パルスを前記試料上へと方向付ける生物分析機器に、前記第2のレーザからの光パルスを与える工程をさらに備える、請求項100乃至103のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第3の固有波長は500nm〜700nmである、請求項104に記載の方法。
- 前記生物分析機器によって、前記試料からの発光を検出する工程と、
蛍光寿命に基づいて2つ以上の蛍光色素分子を識別する工程と、
をさらに含む請求項104に記載の方法。 - 前記第1のモードロックレーザからの前記光パルスからクロック信号を導出する工程と、前記生物分析機器に前記クロック信号を与える工程とをさらに備える、請求項104に記載の方法。
- 第1のモードロックレーザにおいて光パルスを生成する工程は、前記第1のモードロックレーザを受動モード・ロックする工程を備える、請求項100乃至103のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の固有波長は約1064nmであり、前記第2の固有波長は約1342nmであり、前記第3の固有波長は約594nmである、請求項100乃至103のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1のモードロックレーザからの光パルスを周波数2倍化する工程をさらに備える、請求項100乃至103のいずれか1項に記載の方法。
- 基部構造と、
前記基部構造内に取り付けられているダイオードポンプソースと、
利得媒体を含み、光パルスを生成するように構成されている、前記基部構造内のレーザキャビティとを備えるパルスレーザにおいて、
前記ダイオードポンプソース及び前記利得媒体は各々、前記基部構造から部分的に、熱的に及び機械的に分離されているプラットフォーム上に取り付けられている、パルスレーザ。 - 前記レーザキャビティの光路長を、前記基部構造の横方向寸法よりも大きい長さまで延長する、前記パルスレーザキャビティ内に位置する光学遅延要素をさらに備える、請求項111に記載のパルスレーザ。
- 前記光学遅延要素は、2つのミラーを備え、前記2つのミラーは、キャビティ内レーザビームを、前記2つのミラーの間を複数回反射させる、請求項112に記載のパルスレーザ。
- 前記光学遅延要素は、キャビティ内レーザビームが複数回反射される、中実の光学材料のブロックを含んでなる、請求項112に記載のパルスレーザ。
- 前記光学遅延要素は、一定の長さの光ファイバを備える請求項112に記載のパルスレーザ。
- 前記ダイオードポンプソースは、約450nm〜約1100nmのポンプ放射を与える請求項111又は112に記載のパルスレーザ。
- 前記ダイオードポンプソースからのビームを再成形する、一対の交差した円柱レンズをさらに備える請求項111又は112に記載のパルスレーザ。
- 前記基部構造内にあり、キャビティ内レーザビームを反射するように構成されている可飽和吸収体ミラーと、
前記レーザキャビティの端部に位置する出力カプラとをさらに備える、請求項111又は112に記載のパルスレーザ。 - 前記基部構造内に取り付けられている波長変換要素をさらに備え、前記波長変換要素は、レージング波長を、前記利得媒体から出力波長へと変換する請求項118に記載のパルスレーザ。
- 前記出力波長は約500nm〜約700nmであり、出力パルス持続時間は、約10ピコ秒未満である請求項119に記載のパルスレーザ。
- 試料を保持し、前記出力波長にある前記パルスレーザからの出力を前記試料上へと方向付ける生物分析機器をさらに備える請求項119に記載のパルスレーザ。
- 前記生物分析機器は、前記試料からの発光を検出し、蛍光寿命に基づいて2つ以上の蛍光色素分子を識別する請求項121に記載のパルスレーザ。
- 前記基部構造は、前記レーザキャビティが配置されるキャビティを備え、前記基部構造の端部寸法は、約200mm以下であり、高さ寸法は、約60mm以下である、請求項119に記載のパルスレーザ。
- 前記プラットフォームは、前記基部構造を通じて延在する1つ又は複数のトレンチによって前記基部構造から部分的に分離されている、前記基部構造のエリアを備える請求項111又は112に記載のパルスレーザ。
- 前記プラットフォームを前記基部構造に接続する曲げ部材をさらに備える請求項124に記載のパルスレーザ。
- 前記基部構造はアルミニウムを備える請求項124に記載のパルスレーザ。
- 前記パルスレーザキャビティは、2つの波長におけるレージングを支持する利得媒体を含み、前記可飽和吸収体ミラーは、前記2つの波長における可飽和吸収を可能にする請求項111又は112に記載のパルスレーザ。
- 第1のレージング波長は約1064nmであり、第2のレージング波長は約1342nmである請求項127に記載のパルスレーザ。
- 前記可飽和吸収体ミラーは、
反射器と、
前記反射器から第1の距離だけ離間されており、第1のエネルギーバンドギャップを有する第1の多重量子井戸構造と、
前記反射器から前記第1の距離よりも大きい第2の距離だけ離間されており、第2のエネルギーバンドギャップを有する第2の多重量子井戸構造と、
を備える請求項127に記載のパルスレーザ。 - 前記第2のエネルギーバンドギャップは前記第1のエネルギーバンドギャップよりも大きい請求項129に記載のパルスレーザ。
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