JP2019117131A - Optical fiber coupler for thermal lens analysis and thermal lens analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、熱レンズ分析装置に用いる波長の異なる２つの光を光源から試料に向けて伝搬させる熱レンズ分析用光ファイバーカプラ、およびこれを用いた熱レンズ分析装置に関する。 The present invention relates to a thermal lens analysis optical fiber coupler that propagates two light beams of different wavelengths used in a thermal lens analysis device from a light source toward a sample, and a thermal lens analysis device using the same.
例えば、マイクロスケールの微細空間は、混合・反応時間の短縮化、試料・試薬量の大幅な低減、小型デバイス化などが期待されており、診断・分析などの分野で利用することが期待されている。例えば、数センチメートル角のガラス基板（マイクロチップ）上に、数百μｍ以下の溝からなるマイクロチャネル（マイクロ流路）を形成し、このマイクロチャネルに化学システムを集積化する。 For example, micro-scale micro space is expected to shorten mixing and reaction time, greatly reduce the amount of samples and reagents, and to make small devices, and is expected to be used in fields such as diagnosis and analysis. There is. For example, on a glass substrate (microchip) of several centimeters square, a micro channel (micro channel) consisting of a groove of several hundred μm or less is formed, and a chemical system is integrated in this micro channel.
また、近年、ナノスケールの微細空間は、マイクロスケールの微細空間と比べて溶液物性が特異な性質を示すことから、ガラス基板上に、数十〜数百ｎｍのナノチャネル（ナノ流路、拡張ナノ流路）を形成し、このナノチャネルの特異な化学・物理的特性を利用して革新的機能デバイスを実現することがさらに大きな注目を集めている。例えば、大きさが数十μｍの細胞一個のタンパク質などを、それよりも圧倒的に小さな空間である拡張ナノ空間で分析することで、これまでの多数細胞の平均ではわからなかった各細胞固有の機能解析が可能となり、癌診断などへと応用できる。また、極微細空間であることを利用して分子一個で測定でき、超高感度な分析ツールになることも期待される。 Also, in recent years, nanoscale microspaces exhibit unique properties of solution physical properties compared to microscale microspaces, so several tens to several hundreds of nanochannels (nano channels, extensions) on glass substrates To create innovative functional devices by forming nanochannels) and taking advantage of the unique chemical and physical properties of these nanochannels is drawing even greater attention. For example, by analyzing a single protein of several tens of μm in size and the like in the expanded nanospace which is an overwhelmingly smaller space, each cell-specific, which was not known in the average of the large number of cells so far Functional analysis becomes possible, and can be applied to cancer diagnosis etc. In addition, it is also expected that it will be possible to measure with a single molecule utilizing the fact that it is an extremely fine space, and become an ultra-sensitive analytical tool.
このようなマイクロチャネルやナノチャネルなどに代表されるチャネルを備えた革新的な機能デバイスを実現するにあたり、その性能（物質量）を正確に捉えるための実験、研究ツールを創作することも非常に重要である。 In order to realize innovative functional devices with channels represented by such microchannels and nanochannels, it is also extremely important to create experiments and research tools to accurately capture the performance (quantity of material). is important.
例えば、マイクロチャネル内の試料溶液に対しては、熱レンズ顕微鏡（ＴＬＭ）を用いることにより、試料溶液の分子濃度（多数の分子の個数平均）を高精度で測定することができる（例えば、特許文献１参照）。 For example, for a sample solution in a microchannel, the molecular concentration of the sample solution (number average of many molecules) can be measured with high accuracy by using a thermal lens microscope (TLM) (eg, patent) Reference 1).
従来の熱レンズ顕微鏡（熱レンズ分析装置）では、励起光である第１波長の第１レーザー光と、プローブ光である第２波長の第２レーザー光とを、それぞれ別な光源から出射させ、１本の光ファイバに入射させてプリズムに向けて伝搬させる必要がある。従来、互いに異なる２波長のレーザー光を１本の光ファイバーで伝搬させるには、複数のミラーやハーフミラーを組み合わせて、２つのレーザー光を１つの光軸上に合致させていた。 In the conventional thermal lens microscope (thermal lens analyzer), the first laser beam of the first wavelength which is excitation light and the second laser beam of the second wavelength which is probe light are respectively emitted from different light sources, It is necessary to make the light enter one optical fiber and propagate it toward the prism. Conventionally, in order to propagate two different wavelength laser beams by one optical fiber, a plurality of mirrors and half mirrors are combined to align two laser beams on one optical axis.
しかしながら、こうした構成では、ミラーやハーフーミラーによるレーザー光の減衰が大きく、また、２つのレーザー光の光軸ずれも発生しやすいため、極めて僅かなレーザー光の減衰も分析精度に大きな影響を及ぼす熱レンズ顕微鏡などに用いることは現実的ではなかった。 However, in such a configuration, the attenuation of the laser beam by the mirror or the half mirror is large, and the optical axis deviation of the two laser beams is easily generated, so a very small attenuation of the laser beam also greatly affects the analysis accuracy. It was not realistic to use for a microscope etc.
一方、複数本の光ファイバーの一方の端部側を融着して１本の光ファイバーにした、従来の融着型の光ファイバーカプラを用いて、励起光である第１波長の第１レーザー光と、プローブ光である第２波長の第２レーザー光とを１本の光ファイバーで伝搬させる場合に、減衰が少ない光通信に用いられる融着型の光ファイバーカプラであっても、僅かな減衰がある。本願発明者は、熱レンズ顕微鏡に適用する場合には、こうした僅かな減衰によって、バックグラウンド熱レンズ信号を大きく発生するため、従来の融着型の光ファイバーカプラでは、熱レンズ顕微鏡による低濃度の試料の測定には使えないという課題を見出した。 On the other hand, using a conventional fusion type optical fiber coupler in which one end of a plurality of optical fibers is fused to form one optical fiber, first laser light of a first wavelength which is excitation light, When the second laser light of the second wavelength, which is the probe light, is propagated by one optical fiber, even if it is a fusion type optical fiber coupler used for optical communication with small attenuation, there is slight attenuation. The inventor of the present invention, when applied to a thermal lens microscope, generates a large background thermal lens signal due to such slight attenuation. Therefore, in a conventional fusion type optical fiber coupler, a low concentration sample is obtained by the thermal lens microscope. I found a problem that it can not be used to measure
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、光源から出射されたレーザー光の強度の減衰量を極めて少なく抑えて熱レンズ分析装置に入射させることが可能な熱レンズ分析用光ファイバーカプラ、およびこれを備えた熱レンズ分析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an optical fiber for analyzing a thermal lens which can be made to be incident on a thermal lens analyzer with extremely reduced attenuation of the intensity of laser light emitted from a light source. It is an object of the present invention to provide a coupler and a thermal lens analyzer provided with the same.
すなわち、本発明の熱レンズ分析用光ファイバーカプラは、以下の構成を有する。
互いに波長が異なる複数のレーザー光を試料に入射させ、前記試料の熱レンズ効果に基づいて前記試料を分析する熱レンズ分析装置に用いる熱レンズ分析用光ファイバーカプラであって、一端が第１波長の第１レーザー光を出射する第１光源に接続される第１光ファイバーと、一端が第２波長の第２レーザー光を出射する第２光源に接続される第２光ファイバーと、前記第１光ファイバーおよび前記第２光ファイバーが合流する合流部と、該合流部から延び、前記第１光ファイバーと前記第２光ファイバーとが一体に融着された融着部と、を少なくとも備え、前記融着部において、前記第１レーザー光の損失量をＥＬ（ｄｂ）、前記試料の吸光度をＡｂとした時に、ＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすことを特徴とする。
That is, the optical fiber coupler for thermal lens analysis of the present invention has the following configuration.
A thermal lens analysis optical fiber coupler for use in a thermal lens analysis apparatus that causes a plurality of laser beams having different wavelengths to be incident on a sample and analyzes the sample based on the thermal lens effect of the sample, one end of which is a first wavelength A first optical fiber connected to a first light source emitting a first laser beam, a second optical fiber connected to a second light source having an end emitting a second laser beam of a second wavelength, the first optical fiber and the first optical fiber At least a junction part where the second optical fibers join together, and a fusion part which extends from the junction part and in which the first optical fiber and the second optical fiber are integrally fused; (1) It is characterized in that EL / Ab ≦ 0.25 is satisfied, where EL (db) is the amount of loss of laser light and Ab is the absorbance of the sample.
本発明によれば、前記融着部において、第１レーザー光の損失量をＥＬ（ｄｂ）、試料の吸光度をＡｂとした時に、ＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすことで、光源からのレーザー光が光ファイバにより僅かに減衰しただけでも分析精度の低下をもたらす熱レンズ分析装置であっても、複数の光源からのレーザー光を減衰させずに入射させることができ、熱レンズ分析装置を用いた低濃度の試料の分析を行うことができる。 According to the present invention, when the loss amount of the first laser beam is EL (db) and the absorbance of the sample is Ab at the fusion-bonded portion, the laser from the light source is satisfied by satisfying EL / Ab ≦ 0.25. Even with a thermal lens analyzer that causes only a slight attenuation of light by the optical fiber or a drop in analytical accuracy, laser light from multiple light sources can be incident without being attenuated, and a thermal lens analyzer Analysis of low concentration samples can be performed.
また、本発明では、前記第１光ファイバーおよび前記第２光ファイバーは、コアがＧｅＯ２をドープした石英ガラスからなり、クラッドが石英ガラスからなり、前記融着部の前記合流部側から、前記熱レンズ分析装置に接続される他端側までの前記融着部の長さが５ｃｍ以下であることを特徴とする。 Further, in the present invention, the first optical fiber and the second optical fiber are made of silica glass in which the core is doped with GeO 2 , the cladding is made of silica glass, and the thermal lens is from the merging portion side of the fusion portion It is characterized in that the length of the fused part to the other end side connected to the analyzer is 5 cm or less.
また、本発明では、前記第１光ファイバーおよび前記第２光ファイバーは、コアが不純物をドープさせない石英ガラスからなることを特徴とする。 Further, in the present invention, the first optical fiber and the second optical fiber are characterized in that the core is made of quartz glass not doped with impurities.
また、本発明の熱レンズ分析装置は、以下の構成を有する。
前記各項記載の熱レンズ分析用光ファイバーカプラを備えた熱レンズ分析装置であって、前記第１光源と、前記第２光源と、前記熱レンズ分析用光ファイバーカプラと、熱レンズ測定部と、を有し、前記熱レンズ測定部は、１つないし複数のレンズからなり前記第１レーザー光および前記第２レーザー光を前記試料中に集束させるレンズ体と、前記第２波長の第２レーザー光を検出する検出器とを備えていることを特徴とする。
Moreover, the thermal lens analysis device of the present invention has the following configuration.
It is a thermal lens analysis device provided with the optical fiber coupler for thermal lens analysis according to each item, wherein the first light source, the second light source, the optical fiber coupler for the thermal lens analysis, and the thermal lens measurement unit The thermal lens measurement unit includes one or more lenses, a lens body for focusing the first laser beam and the second laser beam on the sample, and a second laser beam of the second wavelength And a detector for detecting.
本発明の熱レンズ分析用光ファイバーカプラによれば、光源から出射されたレーザー光の強度の減衰量を極めて少なく抑えて熱レンズ分析装置に入射させることが可能な熱レンズ分析用光ファイバーカプラ、およびこれを備え、分析精度を高めた熱レンズ分析装置を提供することが可能になる。 According to the optical fiber coupler for thermal lens analysis of the present invention, the optical fiber coupler for thermal lens analysis that can be made to be incident on the thermal lens analyzer while suppressing the attenuation of the intensity of the laser light emitted from the light source extremely small It is possible to provide a thermal lens analyzer with improved analytical accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の熱レンズ分析用光ファイバーカプラ、および熱レンズ分析装置について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 The optical fiber coupler for thermal lens analysis and the thermal lens analyzer according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Each embodiment shown below is concretely described in order to understand the meaning of the invention better, and does not limit the present invention unless otherwise specified. Further, in the drawings used in the following description, for the sake of easy understanding of the features of the present invention, the main parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratio of each component may be the same as the actual one. Not necessarily.
図１は、本発明の熱レンズ分析用光ファイバーカプラを備えた熱レンズ分析装置の一例である熱レンズ顕微鏡を示す概略構成図である。また、図２は、熱レンズ分析用光ファイバーカプラを示す要部拡大断面図である。
本実施形態の熱レンズ顕微鏡Ｂは、第１光源Ｂ１と、第２光源Ｂ２と、光ファイバーカプラ（熱レンズ分析用光ファイバーカプラ）Ｂ３と、顕微鏡本体部Ｂ４とを備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration view showing a thermal lens microscope which is an example of a thermal lens analysis apparatus provided with the optical fiber coupler for thermal lens analysis of the present invention. Moreover, FIG. 2 is a principal part expanded sectional view which shows the optical fiber coupler for thermal lens analysis.
The thermal lens microscope B of the present embodiment includes a first light source B1, a second light source B2, an optical fiber coupler (optical fiber coupler for thermal lens analysis) B3, and a microscope main body B4.
第１光源Ｂ１は、後述する励起光Ｓである第１波長の第１レーザー光（以下、励起光Ｓと称する）を出射する。この励起光Ｓは、その波長（第１波長）が４８８ｎｍ（あるいは４７６．５ｎｍ）のＡｒ＋レーザー光であればよい。第１光源Ｂ１は、Ａｒ＋レーザー光を発するアルゴンレーザー装置が用いられる。 The first light source B1 emits a first laser beam of a first wavelength (hereinafter referred to as excitation light S) which is excitation light S described later. The excitation light S may be Ar + laser light whose wavelength (first wavelength) is 488 nm (or 476.5 nm). As the first light source B1, an argon laser device that emits Ar + laser light is used.
第２光源Ｂ２は、後述するプローブ光Ｐである第２波長の第２レーザー光（以下、プローブ光Ｐと称する）を出射する。このプローブ光Ｐは、その波長（第２波長）が波長が６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光であればよい。第２光源Ｂ２は、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光を発するＨｅ−Ｎｅレーザー装置が用いられる。 The second light source B2 emits second laser light of a second wavelength (hereinafter referred to as probe light P) which is probe light P described later. The probe light P may be He-Ne laser light whose wavelength (second wavelength) is 633 nm. As the second light source B2, a He-Ne laser device that emits He-Ne laser light is used.
本発明の光ファイバーカプラ（熱レンズ分析用光ファイバーカプラ）Ｂ３は、複数の光ファイバー、本実施形態では２本の光ファイバーである第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２の一部を互いに融着させて１本の光ファイバーにしたものであり、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２がそれぞれ独立して延びる分離部Ｅ１と、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２が合流する合流部Ｅ２と、この合流部Ｅ２から延び、第１光ファイバー２１と第２光ファイバー２２とが一体に融着されて一本の光ファイバーになった融着部Ｅ３とを備えている。
The optical fiber coupler (optical fiber coupler for thermal lens analysis) B3 of the present invention is a plurality of optical fibers, in this embodiment, a part of the first
第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２は、それぞれコア２１ａ，２２ａと、その周囲を取り巻くクラッド２１ｂ，２２ｂとからなる。こうした光ファイバー２１，２２は、クラッド２１ｂ，２２ｂを構成する材料がコア２１ａ，２２ａを構成する材料よりも屈折率が低い材料を選択することによって、レーザー光がコア２１ａ，２２ａ内を屈折、および全反射を繰り返して伝搬する。
The first
第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２としては、レーザー光の減衰が極めて少ないものを選択する。本実施形態では、融着部Ｅ３において、励起光（第１レーザー光）Ｓの損失量をＥＬ（ｄｂ）、試料の吸光度をＡｂとした時に、ＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすものを用いる。
The first
上述したＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすために、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２のコア２１ａ，２２ａとして、減衰が殆ど無い純粋な（不純物ドープの無い）石英ガラス（ＳｉＯ２）を用い、クラッド２１ｂ，２２ｂとしてフッ素ドープした石英ガラスを用いる。こうした材料構成によって、光ファイバーカプラＢ３全体における第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２の第１波長と第２波長のレーザー光に対する吸収損失量を極めて少なくすることができる。
In order to satisfy the above-described EL / Ab ≦ 0.25, pure (impurity-free) quartz glass (SiO 2 ) having almost no attenuation is used as the
一方、こうしたコア２１ａ，２２ａに不純物ドープの無い石英ガラスを用いた場合、後述する合流部Ｅ２から融着部Ｅ３において、２つの第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２を融着することが難しいことがある。このため、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２のコア２１ａ，２２ａとして、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）をドープした石英ガラス（ＳｉＯ２）を用い、クラッド２１ｂ，２２ｂとして石英ガラスを用いることができる。
On the other hand, when silica glass without impurity doping is used for
この場合、コア２１ａ，２２ａの屈折率を高めるために導入する二酸化ゲルマニウムが、不純物をドープしない純粋な石英ガラスよりも第１波長と第２波長のレーザー光を減衰させる。このため、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２のコア２１ａ，２２ａとして二酸化ゲルマニウムをドープした石英ガラスを用いる場合、後述する融着部Ｅ３の長さを５ｃｍ以下にすることによって、長さが長くなることによるレーザー光の減衰量の増大を抑制する。このように融着部Ｅ３の長さを５ｃｍ以下にすることによって、融着部Ｅ３において、励起光（第１レーザー光）Ｓの損失量をＥＬ（ｄｂ）、試料の吸光度をＡｂとした時に、ＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすことができる。
In this case, germanium dioxide introduced to increase the refractive index of the
合流部Ｅ２は、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２を並列に接触させた状態から、徐々に第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２が完全に１つに融着されるまでの部位である。この合流部Ｅ２では、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２は、徐々に引き延ばされて熱融着される。
The merging portion E2 is a portion from when the first
合流部Ｅ２に繋がる融着部Ｅ３は、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２が融着によって一体化され、１本になった部位である。この融着部Ｅ３は、励起光Ｓおよびプローブ光Ｐの減衰量を少なくするために、長さを極力短くすることが好ましい。特に、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２のコア２１ａ，２２ａとして二酸化ゲルマニウムをドープした石英ガラスを用いる場合融着部Ｅ３の長さを５ｃｍ以下にする。これにより、融着部Ｅ３において、励起光（第１レーザー光）Ｓの損失量をＥＬ（ｄｂ）、試料の吸光度をＡｂとした時に、ＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすことができる。
The fusion spliced part E3 connected to the confluence part E2 is a part where the first
なお、光ファイバーカプラＢ３を構成する分離部Ｅ１における第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２の一端には、それぞれコネクタＣ１，Ｃ２が形成され、このコネクタＣ１，Ｃ２を介して第１光源Ｂ１および第２光源Ｂ２に、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２がそれぞれ直接接続される。
また、融着部Ｅ３の端部にはコネクタＣ３が形成され、顕微鏡本体部Ｂ４に接続される。
In addition, connectors C1 and C2 are respectively formed at one end of the first
Further, a connector C3 is formed at an end of the fusion bonding portion E3 and is connected to the microscope main body B4.
なお、本発明の光ファイバーカプラ（熱レンズ分析用光ファイバーカプラ）は、本実施形態のように、２つの光ファイバーを１つにする以外にも、複数の光ファイバー、例えば３つ以上の光ファイバーを融着したものであってもよい。この場合、３つ以上の光源から照射される互いに異なる波長のレーザー光を、融着部で１つの光軸上に纏めたレーザー光として出射させることができる。 In the optical fiber coupler of the present invention (optical fiber coupler for thermal lens analysis), a plurality of optical fibers, for example, three or more optical fibers are fused as well as one optical fiber as in this embodiment. It may be one. In this case, laser beams of different wavelengths emitted from three or more light sources can be emitted as laser beams collected on one optical axis at the fusion bond.
次に、本発明の光ファイバーカプラ（熱レンズ分析用光ファイバーカプラ）Ｂ３を備えた熱レンズ分析装置の一例について説明する。以下の説明では、熱レンズ分析装置である熱レンズ顕微鏡（ＴＬＭ）の顕微鏡本体部Ｂ４の構成を説明する。
図３は、熱レンズ顕微鏡（熱レンズ分析装置）の検出部分を示す要部拡大模式図である。
本実施形態は、例えば、ガラス基板（マイクロチップ）上に形成されたチャネル（例えば、ナノスケールやマイクロスケールの微細空間）の化学・物理的特性を利用する機能デバイスを実現するにあたり、チャネル内の分子の物質量を捉えるための実験、研究ツールとして利用可能な熱レンズ顕微鏡である。例えば、ナノチャネル内の試料溶液中の分子を単一分子レベルで捉え、分子数の定量を精度よく行なうことが可能な熱レンズ顕微鏡に関するものである。なお、本実施形態の熱レンズ顕微鏡は、勿論、ナノチャネルに限らず、マイクロチャネル（マイクロスケールの微細空間）、あるいはこれ以外のサイズのチャネルにおける試料溶液の分子の定量、定性にも利用可能である。
Next, an example of a thermal lens analyzer provided with the optical fiber coupler (optical fiber coupler for thermal lens analysis) B3 of the present invention will be described. In the following description, the configuration of a microscope main body B4 of a thermal lens microscope (TLM) which is a thermal lens analysis device will be described.
FIG. 3 is an enlarged schematic view showing a detection portion of a thermal lens microscope (thermal lens analysis device).
In this embodiment, for example, in order to realize a functional device utilizing chemical and physical characteristics of a channel (for example, nanoscale or microscale microspace) formed on a glass substrate (microchip), It is a thermal lens microscope that can be used as an experiment and research tool for capturing the substance mass of molecules. For example, the present invention relates to a thermal lens microscope capable of capturing molecules at a single molecule level in a sample solution in nanochannels and quantifying the number of molecules with high accuracy. Of course, the thermal lens microscope of the present embodiment is applicable not only to nanochannels, but also to quantification and characterization of molecules of a sample solution in microchannels (microscale microspaces) or channels of other sizes. is there.
本実施形態の熱レンズ顕微鏡Ｂの顕微鏡本体部Ｂ４は、熱レンズ測定部を構成する、レンズ体９、カラーフィルタ１４、偏光フィルタ１５、および検出器８を備えて構成されている。
レンズ体９には、第１光源Ｂ１および第２光源Ｂ２（図１参照）から出射され、光ファイバーカプラＢ３で１つの光軸上を伝搬するようにされた第一波長（４８８ｎｍあるいは４７６．５ｎｍ）の励起光Ｓおよび第２波長（６３３ｎｍ）のプローブ光Ｐが入射される。
The microscope main body B4 of the thermal lens microscope B of the present embodiment is configured to include the
A first wavelength (488 nm or 476.5 nm) emitted from the first light source B1 and the second light source B2 (see FIG. 1) to the
レンズ体９は、複数のレンズを組み合わせて構成したものであり、本実施形態では、対物レンズが用いられている。このレンズ体９は、プローブ光Ｐ１及び励起光Ｓを、チャネル２内の試料溶液３中に絞り込むように出射させる。
The
カラーフィルタ１４は、チャネル２内の試料溶液３を透過したプローブ光Ｐ１及び励起光Ｓを受光し、励起光Ｓを除去してプローブ光Ｐ１のみを通過させる。偏光フィルタ１５は、カラーフィルタ１４を通過したプローブ光Ｐ１のうちの一部であるプローブ光Ｐ２をピンホールから通過させる。検出器８は、偏光フィルタ１５のピンホールを通過したプローブ光Ｐ２の強度を検出する。
The
このような構成の顕微鏡本体部Ｂ４のチャネル２内の試料溶液３中にビームスポット（ビームウエスト）が生じるように、励起光Ｓとプローブ光Ｐの２種類のレーザー光を試料溶液３に絞り込んで照射すると、励起光Ｓのビームスポットからの熱拡散によってプローブ光Ｐの光路に急勾配の温度分布が生成する。このとき、屈折率が温度変化と比例の関係にあるため、温度分布が光学的な凹レンズとして作用する熱レンズ４がマイクロチャネル２内に形成される。そして、試料溶液３の性質（分子３ａ濃度の大小）に応じて異なる屈折率の熱レンズ４が形成されるため、熱レンズ効果によって屈折した後のプローブ光Ｐの強度（シグナル）を捉えることで、試料溶液３の分子濃度を定量することができる。
Two types of laser light of excitation light S and probe light P are narrowed down to the
以上のような、本発明の熱レンズ分析用光ファイバーカプラＢ３、およびこれを用いた熱レンズ顕微鏡（熱レンズ分析装置）Ｂによれば、第１波長の励起光Ｓの光源となる第１光源Ｂ１に接続される第１光ファイバー２１と、第２波長のプローブ光Ｐの光源となる第２光源Ｂ２に接続される第２光ファイバー２２と、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２が合流する合流部Ｅ２と、第１光ファイバー２１と第２光ファイバー２２とが一体に融着された融着部Ｅ３とを少なくとも備え、融着部Ｅ３において、励起光（第１レーザー光）Ｓの損失量をＥＬ（ｄｂ）、試料の吸光度をＡｂとした時に、ＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすようにすることで、光源からのレーザー光が僅かに減衰しただけでも、分析精度の低下をもたらす虞のある熱レンズ顕微鏡などの熱レンズ分析装置であっても、複数の光源からのレーザー光を減衰させずに入射させることができ、熱レンズ顕微鏡（熱レンズ分析装置）を用いた低濃度の試料の分析を行うことができる。
As described above, according to the optical fiber coupler B3 for thermal lens analysis of the present invention and the thermal lens microscope (thermal lens analyzer) B using the same, the first light source B1 serving as the light source of the excitation light S of the first wavelength. , The second
そして、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２のコア２１ａ，２２ａをＧｅＯ２をドープした石英ガラス、クラッド２１ｂ，２２ｂを石英ガラスとして、融着部Ｅ３の合流部Ｅ２側から、熱レンズ顕微鏡（熱レンズ分析装置）Ｂの顕微鏡本体部Ｂ４に接続される他端側までの融着部Ｅ３の長さを５ｃｍ以下にすることで、融着部Ｅ３において、励起光（第１レーザー光）Ｓの損失量をＥＬ（ｄｂ）、試料の吸光度をＡｂとした時に、ＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすことができる。
The
また、第１光ファイバー２１および第２光ファイバー２２のコア２１ａ，２２ａを不純物をドープさせない石英ガラスから構成することでも、融着部Ｅ３において、励起光（第１レーザー光）Ｓの損失量をＥＬ（ｄｂ）、試料の吸光度をＡｂとした時に、ＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすことができる。
Also, by forming the
なお、本発明の熱レンズ分析装置は熱レンズ顕微鏡に限定されるものではなく、レーザー光を用いて熱レンズ効果を利用した分析装置であれば、どのようなものでもよい。 The thermal lens analyzer of the present invention is not limited to a thermal lens microscope, and any analyzer using a thermal lens effect using laser light may be used.
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While the embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof as well as included in the scope and the gist of the invention.
本発明の効果を検証した。検証にあたっては、上述した実施形態に示す熱レンズ顕微鏡Ｂを用意した。そして、濃度が０ｍｏｌ〜１×１０−４ｍｏｌの範囲の試料液を用意し、融着部の長さを５ｃｍにした熱レンズ分析用光ファイバーカプラ（本発明例）と、融着部の長さを１００ｃｍにした熱レンズ分析用光ファイバーカプラ（比較例）とをそれぞれ用いて、対象物質の濃度を測定した。
図４に、検証結果をグラフで示す。
図５に、実施例で用いた光ファイバーの減衰特性をグラフで示す。
図５によれば、実施例で用いた光ファイバーの減衰特性は、波長６５８ｎｍのレーザー光において、１ｄｂ／ｋｍとなっている。この場合、長さ１ｍでは減衰量は０．００１ｄｂとなり、吸光度４×１０−４以下は減衰によって測定できない。これを例えば、長さ５ｃｍとすれば、減衰量は０．００００５ｄｂとなり、吸光度２×１０−５が測定可能になる。
そして、図４に示す結果によれば、本発明例では、０ｍｏｌ〜１×１０−４ｍｏｌの全ての濃度範囲で、直線的に濃度が増加しており、低濃度域から高濃度域まで高精度に測定対象物質の濃度を正確に検出できることが確認された。一方、比較例では１０−６ｍｏｌ以下の低濃度領域での検出精度が、本発明例と比較して大きく劣っていた。本発明の効果が確認された。
The effects of the present invention were verified. In the verification, the thermal lens microscope B shown in the above-described embodiment was prepared. Then, a sample solution having a concentration in the range of 0 mol to 1 × 10 −4 mol is prepared, and the length of the fused portion is 5 cm (optical fiber coupler for thermal lens analysis (invention example)) and the length of the fused portion The concentration of the target substance was measured by using the optical fiber coupler for thermal lens analysis (comparative example) in which the
The verification results are shown graphically in FIG.
FIG. 5 graphically shows the attenuation characteristics of the optical fiber used in the example.
According to FIG. 5, the attenuation characteristic of the optical fiber used in the example is 1 db / km for the laser light of wavelength 658 nm. In this case, the attenuation amount is 0.001 db at a length of 1 m, and the absorbance of 4 × 10 -4 or less can not be measured due to the attenuation. For example, if the length is 5 cm, the attenuation amount is 0.00005 db, and the absorbance of 2 × 10 −5 can be measured.
And according to the results shown in FIG. 4, in the example of the present invention, the concentration increases linearly in all concentration ranges of 0 mol to 1 × 10 −4 mol, and it is high from the low concentration region to the high concentration region It was confirmed that the concentration of the substance to be measured can be detected accurately. On the other hand, in the comparative example, the detection accuracy in the low concentration region of 10 -6 mol or less was significantly inferior to the inventive example. The effects of the present invention were confirmed.
２…マイクロチャネル（マイクロスケールの微細空間）
３…試料溶液
３ａ…分子
４…熱レンズ
８…検出器
９…レンズ体
２１…第１光ファイバー
２２…第２光ファイバー２２
Ｂ…熱レンズ顕微鏡
Ｅ３…融着部
2 ... Micro channel (micro scale fine space)
3 ...
B: Thermal lens microscope E3: Fused portion
Claims (4)
一端が第１波長の第１レーザー光を出射する第１光源に接続される第１光ファイバーと、一端が第２波長の第２レーザー光を出射する第２光源に接続される第２光ファイバーと、前記第１光ファイバーおよび前記第２光ファイバーが合流する合流部と、該合流部から延び、前記第１光ファイバーと前記第２光ファイバーとが一体に融着された融着部と、を少なくとも備え、
前記融着部において、前記第１レーザー光の損失量をＥＬ（ｄｂ）、前記試料の吸光度をＡｂとした時に、ＥＬ／Ａｂ≦０．２５を満たすことを特徴とする熱レンズ分析用光ファイバーカプラ。 A thermal lens analysis optical fiber coupler for use in a thermal lens analysis apparatus that causes a plurality of laser beams having different wavelengths to be incident on a sample and analyzes the sample based on the thermal lens effect of the sample,
A first optical fiber whose one end is connected to a first light source for emitting a first laser light of a first wavelength, and a second optical fiber whose one end is connected to a second light source for emitting a second laser light of a second wavelength; At least a merging portion where the first optical fiber and the second optical fiber merge, and a fusion portion extending from the merging portion and in which the first optical fiber and the second optical fiber are integrally fused.
The optical fiber coupler for thermal lens analysis characterized in that EL / Ab ≦ 0.25 when the loss amount of the first laser light is EL (db) and the absorbance of the sample is Ab at the fusion-bonding portion. .
前記第１光源と、前記第２光源と、前記熱レンズ分析用光ファイバーカプラと、熱レンズ測定部と、を有し、
前記熱レンズ測定部は、１つないし複数のレンズからなり前記第１レーザー光および前記第２レーザー光を前記試料中に集束させるレンズ体と、前記第２波長の第２レーザー光を検出する検出器とを備えていることを特徴とする熱レンズ分析装置。 A thermal lens analyzer comprising the optical fiber coupler for thermal lens analysis according to any one of claims 1 to 3, comprising:
It has the first light source, the second light source, the optical fiber coupler for thermal lens analysis, and a thermal lens measurement unit,
The thermal lens measurement unit includes a lens body including one or more lenses for focusing the first laser beam and the second laser beam on the sample, and a second laser beam having a second wavelength. A thermal lens analyzer characterized by comprising:
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