JP2021096251A - 異なる複数の波長を有する光を導波路に結合するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる波長を有する光を導波路に結合するための装置および方法。【解決手段】この装置は、平坦な導波路３０と、格子定数を有する格子結合器１０と、少なくとも２つの光源９２とを有する。導波路３０は、結合された少なくとも１つの波長に対して次数ｊ＞０の導波路モードのガイドが可能となるように構成されている。異なる波長を有する少なくとも２つの光源９２からの光を、格子定数を有する格子結合器を介して導波路に結合する。さらに、モログラフィおよび蛍光分光法における暗視野励起のための装置に使用される。【選択図】図２

Description

本発明は、異なる複数の波長を有する光を導波路に結合するための装置および方法に関する。この装置は平坦な導波路、格子定数を有する格子結合器、および少なくとも２つの光源を備える。導波路は、本発明によれば、結合された少なくとも１つの波長に対して次数j＞０の導波路モードのガイドが可能となるように構成されている。さらに本発明は、異なる複数の波長を有する少なくとも２つの光源からの光を、格子定数を有する格子結合器を介して導波路に結合する方法に関する。さらに、モログラフィおよび蛍光分光法における暗視野励起のための本発明による装置、および本発明による方法の使用法が開示される。

導波路は、例えばバイオセンサにおいて使用される。導波路に基づくこのようなバイオセンサは様々な利点を有する。第１に、導波路内でガイドされるモードの電界増強は、導波路表面で特に敏感な測定を可能にする。第２に、暗視野励起は、励起と検出の空間的分離を可能にし、これにより、検出された散乱光が減少する（欧州特許出願公開第２６１８１３０号明細書、欧州特許第１３２７１３５号明細書）。

特に、蛍光顕微鏡で使用する場合には、異なるフルオロフォアを励起するために、複数の波長を利用可能にすることが一般的であり、これらの波長を導波路に結合する必要がある。例えば、欧州特許第１３２７１３５号明細書は、波長λ_Ａ=６３３ｎｍ、λ_Ｂ=５３２ｎｍ、およびλ_Ｃ=４９２ｎｍを有する光源を使用するルミネセンス決定のための光学系を開示している。

モログラフィと蛍光分光法とを組み合わせて使用する場合にも、複数の波長、すなわち、モログラフィ検出の暗視野励起のための波長λ_１と、蛍光検出の暗視野励起のための別の波長λ_２とが必要である。

光学装置において導波路を使用する場合、光の結合が決定的な役割を果たす。これは、例えば、導波路の研磨された端面（端面結合）を介して、プリズム（プリズム結合）を介して、または格子パターン（格子結合器）を介して行うことができる。本発明の範囲では、格子結合器を介した結合が特に重要である。使用される波長の光は、定められた結合角度でバイオセンサの導波路に結合する必要がある。結合角度は、結合されるべき光の波長の関数である。

媒体の空気から格子結合器に光を結合するための共振条件は、一般に、

によって得られ、この場合、αは結合角度を示し、Ｎは（この波長のための）導波路の実効屈折率、ｍは格子結合器の回折次数（これはｍ=１に固定されている）、λは結合される波長、Λ_Ｋは格子結合器の格子定数である。異なる複数の波長λに対して、対応して異なる複数の結合角度が生じる。２つの結合角度間の差の値は、発散角と呼ばれる。

小型の光学構造における最も簡単な解決策は、異なる２つの格子定数Λ_Ｋ，１，Λ_Ｋ，２を有する空間的に分離された２つの格子結合器を使用することであり、これにより、両方の波長λ_１，λ_２に対する結合角度α_１，α_２は、同様の値

に別々に設定することができる。

しかしながら、導波路内の光の伝播方向における格子結合器の空間的分離、すなわち、前後配置、第１の格子結合器において結合される光が、空間的に分離された第２の格子結合器を通る伝播時に再び部分的に分離されるので、極めて不利である。

導波路内の第１の波長の伝播方向に垂直な（または傾斜した）格子結合器の空間的分離は、結合ユニットの設置スペースが一方向に著しく増大するので、同様に不利である。

代替的には、格子結合器は、それぞれ特定の結合角度α_１，α_２において結合条件を両方の波長に対して満たし、同様の値

に設定することができる格子定数Λ_{Ｋ，１／２}を重畳したバイディフラクティブ結合器として構成することができる。しかしながら、バイディフラクティブ結合器は製造コストが高く、効率が著しく低いことを意味する。さらに、この場合にも、第２の格子周期で既に第１の格子周期の光が再び妨害となる次数で分離され、不都合な散乱光をもたらす。

したがって、両方の波長λ_１、λ_２の光を結合することができる格子定数Λ_Ｋを有するただ１つの格子結合器を使用することが特に有利である。

このことに関して、欧州特許第１３２７１３５号明細書は、異なる波長（λ_Ａ=６３３ｎｍ、λ_Ｂ=５３２ｎｍ）を有する励起光路間の発散角Δαを少なくとも１．２倍だけ減少させる多面プリズムを記載している。このためには、対応して別の構成要素、すなわち多面プリズムを装置の光路に組み込む必要がある。光学装置の構成要素は、一般に、入射光のための光路を最適に提供するために極めて細かく調整する必要がある。したがって、いかなる付加的な構成要素も調整時の労力を増大し、同時に装置全体の故障しやすさを高める。

プリズムの解決策は、角度調整器の旋回点が導波路内ではなく、活性化されたプリズム内にあり、これにより、角度を調整する場合に光の入射点が導波路上を移動することがさらに不利である。したがって、格子結合器に入射するように必要に応じて反復的に行う必要がある。このことは、異なる波長間で高いスイッチング周波数によって切り換える必要がある場合には特に不利である。

欧州特許出願公開第２６１８１３０号明細書 欧州特許第１３２７１３５号明細書

したがって、本発明の課題は、従来技術の欠点を取り除き、格子定数を有する格子結合器を介して異なる複数の波長を有する光源からの光を導波路に結合することを可能にし、同時に、小型で堅牢であり、すなわち、故障しにくい構造の装置および方法を提供することである。

このために、本発明は、格子周期を有する格子結合器と、少なくとも２つの光源と、少なくとも２つの異なる波長（λ_１，λ_２）を有する光を導波路に結合するための平坦な導波路とを有する装置であって、導波路は、結合された光の波長λ_ｋおよび導波路モードの次数ｊ_ｋを有する実効屈折率Ｎ（λ_ｋ，ｊ_ｋ）、および厚さｄを有する導波層を備え、導波層には基板層およびカバー層が隣接しており、波長λｋの光は、導波路への結合角度α_ｋを有し、異なる光源の結合角度の差の大きさは発散角Δαであり、導波層が厚さｄおよび実効屈折率Ｎ(λ_ｋ，ｊ_ｋ）を有し、少なくとも１つの結合された波長に対して次数ｊ_ｋ＞０の導波路モードのガイドが可能であり、１つの格子結合器を介して少なくとも２つの異なる波長を有する光を発散角Δα＜６°で結合するように設定されていることを特徴とする装置を提供する。

さらに、本発明は異なる波長（λ_１，λ_２）を有する少なくとも２つの光源からの光を、回折格子周期を有する回折格子結合器を介して導波路に結合する方法であって、
異なる波長（λ_１，λ_２）を有する少なくとも２つの光源からの光が格子結合器に放射され；
波長λ_１の光は結合角度α_１によって導波路モードｊ_１に結合され、波長λ_２＜λ_１の光は結合角度α_２によって導波路モードｊ_２に結合され、ｊ_２＞ｊ_１であり；
随意に、波長λ_ｋ＜λ_２＜λ_１を有する少なくとも1つの別の光源からの光は結合角度α_ｋによって導波路モードj_ｋに結合され、ｊ_ｋ＞ｊ_２＞ｊ_１であり；
異なる光源の結合角度間の差の大きさがΔα＜６°である方法が提供される。

さらに、モログラフィおよび蛍光分光法における暗視野励起のための本発明による装置および／または本発明による方法の使用が記載される。

詳細な説明
導波路内の光の伝搬がマックスウェル方程式で記述され、導波路の幾何学的形状によって与えられる境界条件が考慮される場合、モード方程式によって、束縛された光状態の個々の有限な定量についてのみ解くことができる固有値方程式が得られる。モード方程式のこれらの解は、導波路モードもしくはガイドモードと呼ばれ、実効屈折率Ｎが異なり、次数がモード数ｊ＝０，１，２．．．により番号付けされる。放射された偏向（横方向に電気的、ＴＥまたは横方向に磁気的、ＴＭ）に応じて、平坦な導波路内でガイドされるモードは、ＴＥ０，ＴＥ１．．．およびＴＭ０，ＴＭ１．．．として示される。

原則として、偏光は自由に選択することができる。ＴＥおよびＴＭモード（特に少さいモード数ｊの場合）の実効屈折率はわずかにしか異ならないので、発散角Δαは、ＴＭモードとＴＥモードとの組み合わせのみでは６°未満に低減することができない。さらに、結合格子は一般に１つの偏光に対して特に効果的に作用するので、格子結合器の構造によって、どの偏光が使用されるかが多くの場合には既に定義されている。本発明では、ＴＥモード、ＴＭモード、またはこれらの組み合わせを用いることができる。

特定の波長λに対する導波路の実効屈折率Ｎは、特に高次の導波路モードに対する実効屈折率が低下するように、ガイドされる導波路モードｊの次数に依存している。電界が周囲の基板および媒体材料内にさらに広がることが、高次の導波路モードにおいて実効屈折率Ｎが低い理由である。この材料は、導波層の材料よりも低い屈折率を有しており、これにより、導波路モードの実効屈折率が低下する。

したがって、結合角度は、以下のようにモード次数に依存している。

平坦な導波路に基づくバイオセンサでは、通常、シングルモードの導波路が使用され、すなわち、異なる波長の光は、モード間散乱による付加的な散乱チャネルを許可にしないように、導波路の次数ｊ＝０のモードに結合される。この目的のために、基本モード（モード数ｊ＝０、すなわち、ＴＥ０もしくはＴＥ０）のみをガイドすることができるような厚さｄおよび実効屈折率Ｎを有する導波路が使用される。しかしながら、これは、異なる複数の波長の光の結合角度が著しく異なり、一般に、結合された波長が６°を超える発散角を有することにつながる。

しかしながら、驚くべきことに、シングルモードの要件をなくすことによって、発散角を６°未満に低減することが可能であることが示された。これにより、付加的な自由度、すなわち導波路内でガイドされるモードの次数ｊが得られる。

所与の波長λ_１、λ_２に対して、実効屈折率Ｎ(λ_１，ｊ_１），Ｎ(λ_２，ｊ_２）と共通の格子定数Λ_Ｋとの組み合わせを見つけることができ、これに対して、結合角度α_１に対する導波路モードｊ_１への波長λ_１の光の結合条件が満たされており、同時に、モードｊ_２への波長λ_２＜λ₁の光の結合条件がｊ_２＞ｊ_１により満たされており、一般にｊ_２＝ｊ_１＋１が結合角

に対して満たされており、したがって、

となる。具体的には、より高い導波路モードｊ_２のより低い実効屈折率Ｎ（λ_２，ｊ_２）は、より小さい波長λ_２を補正せず、したがって、両方の結合角度α_１もしくはα_２は、互いに接近しているか、または同一でさえある。導波路モードの次数に加えて、とりわけ導波材料の層厚さは、それぞれの導波路モードの好適な実効屈折率を介して条件

を満たすための自由なパラメータである。

したがって、本発明は、結合角度α_１およびα_２が似た、実効屈折率Ｎおよび格子定数Λ_Ｋの適切な組み合わせを提供する。これは、より短い波長ではより高いモードに結合することによって達成される。

ＴＭモードは、同じ次数ｊのＴＥモードよりもわずかに低い実効屈折率を有する。したがって、より低い実効屈折率Ｎ（λ_２，ｊ_２）によってより短い波長λ_２を補正するという本発明による目的は、本発明の一実施形態では、λ_２に対してＮ（λ_２，ｊ_２）を有するＴＭモードを選択し、λ_１に対してＮ（λ_１，ｊ_１）を有するＴＥモードを選択することによって支援することができる。これは、検出側において、個々の波長が、適切な分析器、例えば偏光子による偏光を介して再び分離できるという付加的な利点を有する。

本発明の意味における平坦な導波路は、より低い屈折率を有する２つの層の間に閉じ込められた屈折率ｎ_Ｗを有する導波層からなる導波路である。本発明によれば、導波層には屈折率ｎ_Ｓを有する基板層と屈折率ｎ_Ｄを有するカバー層とが隣接している。

本発明の一実施形態では、導波路の導波層は、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ＴｉＯ_２、ＳｉＣ、またはこれらの組合せを含む群からの材料を含む。特に好ましくは、導波路の導波層はＴａ_２Ｏ_５を有する。

本発明の一実施形態では、基板層は、Ｄ２６３、フロートガラス、ボロフロート、ヘラシルを含む群からの材料を有する。特に好ましく、基板層はＤ２６３を有する。

本発明のさらなる実施形態では、カバー層は、ＳｉＯ_２、水、ＤＭＳＯ、および空気、またはこれらの組み合わせを含む群からの材料を有する。カバー層が材料の組み合わせを有する場合、導波層の一部には屈折率ｎ_Ｄ１を有する材料からなるカバー層が隣接し、導波層の別の部分には屈折率ｎ_Ｄ２を有する材料からなるカバー層が隣接する。本発明の一実施形態では、導波材料の一部にはＳｉＯ_２からなるカバー層が隣接し、導波層の別の部分には、空気または水からなるカバー層が隣接する。特に好ましい実施形態では、ＳｉＯ_２からなるカバー層が、格子結合器の領域で導波層に隣接し、この領域の外側では、水または空気からなるカバー層が導波層に隣接する。

本発明の範囲では、波長λｋの光は結合角度α_ｋによって導波路に結合され、異なる複数の光源の結合角度間の差の値は、発散角Δαである。

本発明によれば、発散角はΔα＜６°、好ましくはΔα＜３°、特に好ましくは

である。

本発明の特に有利な実施形態では、発散角は、格子結合器の共振幅もしくは受光角以下である。この場合、これらの波長を有する光線は、有利には、格子結合器を介して同時に導波路に結合することができる。

本発明による装置に使用される適切な格子結合器は、２００ｎｍ〜７００ｎｍ、好ましくは３００〜５００ｎｍ、特に好ましくは３６０ｎｍの範囲の格子定数Λ_Ｋを有する。

導波路の導波層の実効屈折率Ｎは、入射光の波長λ、導波路モードｊの次数、基板ｎ_Ｓ、導波路ｎ_Ｗおよびカバー層ｎ_Ｄの屈折率、ならびに導波路の厚さｄに依存する。非対称の層導波路について実効屈折率Ｎを決定するために得られる固有値方程式は、分析的に計算することはできず、数値的に解く必要がある。

本発明によれば、導波層の厚さは、より短い波長に対してより高い導波路モードが導波路において許可されるように選択する必要がある。導波層、基板層、およびカバー層の特定の材料の実効屈折率、ならびに入射光の既知の波長および偏光は、厚さｄの関数にすぎないので、Ｎ（λ_ｋ，j_ｋ）＝Ｎ（λ_ｋ，ｊ_ｋ，ｄ）が成り立ち、適切な導波路設計を導くことができる。

同一の格子定数Λ_Ｋおよび所定の発散角Δα（通常はΔα＝０）では、２つの波長λ_１，λ_２、モードｊ_１，ｊ_２、一般性を失うことなしに、α_２＝α_１＋Δαについて、方程式（３）からの２つの式を同等にすることによって、次の方程式:

が得られる。

導波路厚さｄを除いて全てのパラメータが既知であり、方程式を数値的に解いた後に導波路厚さｄは発散角Δαの関数として得られる。

本発明によれば、導波層の厚さｄおよび実効屈折率Ｎは、少なくとも１つの結合された波長に対して次数ｊ＞０の導波路モードのガイドが可能であるように選択される。

このアプローチは、異なる複数の波長を有する３つ以上の光源からの光の結合にも機能し、実際には、ｎ_Ｗ＞Ｎ＞ｍａｘ（ｎ_Ｄ，ｎ_Ｓ）に基づいて、より高次の導波路モードに対する実効屈折率が無期限に低下することができないことによってのみ制限されている。すなわち、実効屈折率が基板およびカバー層の屈折率ｍａｘ（ｎ_Ｄ，ｎ_Ｓ）よりも大きい。

本発明の一実施形態では、異なる波長を有する少なくとも２つの光源からの光が結合され、好ましくは、異なる波長を有する２つから４つの光源からの光が結合され、特に好ましくは、異なる波長を有する正確に２つの光源からの光が結合される。

本発明による装置は、特にモログラフィと組み合わせた蛍光検出で使用する場合に放射された励起光、および生成された散乱光がストークスシフトによって放出された信号光からスペクトル的に分離されており、したがって適宜にフィルタ処理することができることが有利である。

モログラフィおよび蛍光を励起するために２つの波長を選択する場合、次の境界条件を考慮すべきである：モログラフによる検出に関して、モログラムの必要な格子周期Λ_Ｍは、入射光の波長λ_１と導波路の実効屈折率Ｎ（λ_１，ｊ_１）に依存し、一般に入射光の真空中の波長の約半分である。このような微細な構造は多大な製造コストを意味するので、できるだけ大まかな格子定数Λ_Ｍを有するモログラム構造を可能にするために、できるだけ大きい波長λ_１が求められる。

しかしながら、より高い波長に対して水の吸収が増加し続け、さらに、１０００ｎｍを超える従来のシリコンベースの光検出器をもはや使用することができないことによって波長λ_１は上方に制限されている。したがって、全体として、λ_１に対して６００〜１０００ｎｍの有意義な波長範囲が生じる。

蛍光検出に関して、効率的なフルオロフォア、特に組換え蛍光タンパク質は、ほぼ４００〜７００ｎｍの可視波長範囲でのみ利用可能であり、このことは、蛍光励起のための波長の選択をλ_２＜λ_１に制限する。さらに、使用されるフルオロフォアがλ_２で励起スペクトルを有する場合に波長λ_１によって励起されることがないことを保証する必要がある。これは、モログラフィ検出のために波長λ_１の光源をスイッチオンした場合に、フルオロフォアが絶えず励起され、したがって、検査されるべき生物学的プロセスに影響を与えるか、またはフルオロフォアを退色させるフリーラジカルが生じることにつながるであろう。この場合、フルオロフォアの吸収スペクトルが、より長い波長に対して急速に低下するという事実は有用である。λ_１におけるフルオロフォアの吸光率がほぼゼロに低下すること、すなわち、

を確実にするために、約５０〜１００ｎｍのスペクトル安全距離を保持することが望ましい。使用されるフルオロフォアの発光スペクトルもλ１でほぼゼロに低下していること、すなわち

が付加的に保証されることが望ましい場合には、この安全間隔を約２５ｎｍのストークスシフトだけさらに増大し、より長い波長に向かって発光スペクトルがよりゆっくりと低下することを考慮する必要がある。これにより、

の妥当な最短距離が得られる。

本発明の好ましい実施形態では、結合される光源からの光の波長（λ_１，λ_２，．．．λ_ｋ）は、それぞれ少なくともΔλ＝１５０ｎｍだけ、特に好ましくは少なくともΔλ＝１００ｎｍだけ異なる。

特別な場合には、モログラフィ検出の暗視野励起では、例えば、波長λ_１＝７８０（±１０)ｎｍの光源を選択し、蛍光検出の暗視野励起では波長λ_２＝６６０（±１０)ｎｍの光源を選択することができる。

本発明の一実施形態では、光源は、６００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の波長、好ましくは７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲の波長、特に好ましくは７８０（±１０)ｎｍの波長を有し、別の光源は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長、特に好ましくは６６０（±１０)ｎｍの波長を有する。

この例では、約２０％だけ異なる２つの波長λ_１＝７８０ｎｍ、λ_２＝６６０ｎｍが生じ、これら２つの波長の光は、実験において同じ導波路に有利に結合される必要がある。従来技術によるシングルモードの導波路を使用する場合には、６°より大きい発散角が得られ、結合されるべき光は、対応して異なる複数の方向から放射される必要がある。異なる複数の空間方向からの異なる複数の光源の励起光が、より遠く離れたところから共通のターゲット、すなわち格子結合器に向けられる場合、対応して、光学装置に大きいスペースが提供される必要があるが、このようなスペースは多くの場合には提供されていない。

本発明による装置は、波長λ_１の光を導波路の次数ｊ_１＝０，１，２．．．の第１のモードに結合することを可能にし、より短い波長λ_２の光を導波路の次数ｊ_２の別のモードに結合することを可能にし、ｊ_２＞ｊ_１である。この場合、本発明によれば、導波材料の材料および厚さｄは、式（４）が満たされており、発散角Δα＜６°となるように選択される。これは、異なる複数の励起光源を共通の位置にまとめることができることにより、装置の小型の構成が可能であるという利点を提供する。

適切な光源は、上記の波長範囲の光を提供することができる全ての光源、例えばレーザ、レーザダイオード、発光ダイオードなどである。

平坦な導波路を製造する場合に、特に導波路材料の層厚ｄおよび屈折率ｎ_Ｗに製造許容差が生じることがあり、このような製造許容差は、入射光α_１，α_２の結合角度を互いに独立して約＋／−１°だけシフトさせる場合がある。しかしながら、格子結合器の共振幅もしくは受光角は約０．１°にすぎないので、結合条件を常に満たすことができるようにするためには、さらに微調整、すなわち結合角度の調整を行う必要がある。

結合角度を設定する場合に、導波路／バイオチップの不利な作動をなくすことができるように、米国特許第３，７２４，９５３号明細書に記載されているように、仮想旋回点を有するゴニオメータ（バーチャルピボットゴニオメータ）を使用することができる。この角度調整器では、角度を調整する場合に光の入射点が移動しないように、ミラーの実際の旋回点が適切なレンズ装置によって仮想旋回点に結像される。本発明の範囲では、仮想旋回点は格子結合器である。このゴニオメータ構造は、約＋／−６°の角度調整範囲を提供し、これは、層厚さまたは導波層の屈折率の変動を補正するために十分である（両方とも、導波路の実効屈折率Ｎ、したがって結合角度αに影響を及ぼす）。

このようなゴニオメータ構造の使用は、本発明によれば、発散角Δαが６°未満であるからこそ可能である。発散角をあらかじめ調整することなしには、すなわち、Δα＞６°の場合には、この目的では２つの波長λ１，λ２のために、異なる複数の空間方向から格子結合器に向けられた２つの光路に２つの別々のゴニオメータが必要となる。このような構造は、材料コストおよび必要な設置スペースに基づいて不利である。しかしながら、上記の解決策によってΔα＜６°に低減された発散角は、仮想旋回点を有するゴニオメータの調整範囲内にあるので、両方の波長の光を同じ空間方向から格子結合器に放射することができ、この共通の光路には、結合角度α１，α２を微調整するための１つのゴニオメータしか必要ではない。したがって、本発明の観点から有利には材料のコストが低く、設置スペースが小さいことにより優れている本発明による装置の様々な実施形態を提案することができる。

したがって、本発明の一実施形態では、本発明による装置は、さらに少なくとも１つの回転ミラーと、２つのレンズと、格子結合器の仮想旋回点とを備えるゴニオメータ構造を有する。第１のレンズＬ１は焦点距離ｆ_１を有し、第２のレンズＬ２は焦点距離ｆ_２を有する。適切なレンズは、例えば、円筒形、球面、または自由（非球面）形状の平凸、両凸、凹凸、または回折レンズである。少なくとも１つの回転ミラーは、２つのレンズの間に配置されており、レンズＬ２との間隔ｓ_１を有する。レンズＬ２は、導波路平面に対して間隔ｓ_２を有する。

本発明の一実施形態では、本発明による装置は、回転ミラーと、２つのレンズと、格子結合器の仮想旋回点とを有するゴニオメータ構造を有する。このようなゴニオメータ構造の基本的なアイデアが米国特許第３，７２４，９５３明細書に記載されている。

本発明の一実施形態では、異なる複数の波長λ_１，λ_２，．．．λ_ｋを有する光は、仮想旋回点を有するゴニオメータによって共線的に統合され、共通の入射点として格子結合器に向けられる。異なる複数の波長λ_１，λ_２，．．．λ_ｋを有する光は、ビーム結合器を用いて共線的に統合することができる。光線は、ビーム結合器の前方でコリメーションレンズを通過する。コリメーションレンズは、例えば焦点に光源がある収束レンズであってもよい。代替的に、基板に統合されたアクティブゾーンの形式の共通の光源がレーザダイオード内で使用される場合には、光線は、既に共線的に統合されてレーザダイオードを離れることもできる。

本発明の一実施形態では、２つのレンズＬ１およびＬ２は、レンズ間の光路ｄ_{Ｌ１，Ｌ２}がそれぞれの焦点距離ｆ_１およびｆ_２の合計、すなわちｄ_{Ｌ１，Ｌ２}＝ｆ_１＋ｆ_２に対応するように配置されている。この条件は、コリメートされて入射した光線が再びコリメートされてゴニオメータを離れることを確実にする。

本発明のさらなる実施形態では、２つのレンズＬ１およびＬ２は、レンズ間の経路がそれぞれの焦点距離の合計よりも大きくなる、すなわちｄ_{Ｌ１，Ｌ２}＞ｆ_１＋ｆ_２となるように配置されている。この場合、収束して出射する光線が得られる。このようにして、格子結合器に入射するビームは高い角度スペクトルを有し、これにより結合条件をより容易に満たすことができる。

本発明のさらなる実施形態では、２つのレンズＬ１およびＬ２は、レンズ間の経路がそれぞれの焦点距離の合計よりも小さくなる、すなわちｄ_{Ｌ１，Ｌ２}＜ｆ_１＋ｆ_２となるように配置されている。この場合、発散して出射する光線が得られる。このようにして、格子結合器に入射するビームはより高い角度スペクトルを有し、これにより結合条件をより容易に満たすことができる。

格子結合器を有する導波路は、回転ミラーとレンズＬ２との間の間隔（ｓ_１）およびレンズＬ２と導波路平面との間の間隔（ｓ_２）が、結像方程式にしたがって１／ｓ_１＋１／ｓ_２＝１／ｆ_２となるように位置決めされる。この条件は、レンズＬ２によって生成される実際の旋回点の像が導波路の平面と一致し、したがって角度調整時に光の入射点が移動しないことを確実にする。

このようにして、異なる波長に対して必要とされる結合角度を設定することができる。例えば、導波路のモードｊ_１に結合される波長λ_１に対して結合角度α_１を設定し、導波路のモードｊ_２に結合される波長λ_２に対して結合角度α_２を設定することができる。

本発明のさらなる実施形態では、ゴニオメータ構造は、複数の回転ミラー、特に好ましくは２つの回転ミラーを有する。このような構造は、それぞれ独立して回転可能な回転ミラーによって、1つの波長を有する光源ごとに導波路に結合するために有利である。このようにして、異なる複数の波長を有する複数の光源の光を同時に結合することができる。このことは、光源の発散角Δαが格子結合器の共振幅よりも大きい場合に有利である。

例えば、２つの独立した回転ミラーＤ１，Ｄ２によって２つの結合角度α_１，α_２を個別に設定することができ、これに対応して、２つの波長を有する光を同時に導波路に結合することができる。このことは、２つの波長の発散角Δαが格子結合器の共振幅よりも大きい場合に特に有利である。

したがって、本発明の一実施形態では、少なくとも１つの光源が平坦な導波路に平行な平面内で角度βだけずらして配置されている。このようにして、さらなる回転ミラーのためのスペースが得られるが、しかしながら、仮想旋回点を有するゴニオメータア構造の両方のレンズＬ１、Ｌ２は引き続き全ての光源によって通過される。

本発明の好ましい実施形態では、装置は２つの光源を有し、そのうちの１つの光源は、平坦な導波路に平行な平面内で角度βだけずらして配置されている。

本発明の一実施形態では、蛍光分光法に使用される、蛍光波長λ_２を有する光源は、平面な導波路に平行な平面内で角度βだけずらして配置されている。

本発明による装置のさらなる実施形態では、装置は２つの光源を有し、第１の光源は、平坦な導波路に平行な平面内で角度βだけずらして配置されており、第２の光源は、平坦な導波路に平行な平面内で角度βだけずらして配置されている。

ずらされたビームは、角度α，βで格子結合器に入射する。対応する光路の結合角度は、ずれβによって幾分変化する。結合角度を決定するための式は、対応して角度βだけ拡張する必要があり、

が生じる。この式は、式（３）もしくは（４）により発散角を最小にし、それでもなおΔα＜６°を得るために、計算時に考慮する必要がある。

有利には、この実施形態でも１つのゴニオメータ構造しか必要とされず、したがって、既に述べた利点である材料費および設置スペースの低減がこの実施形態においても得られる。

運動量の保存に基づいて、ずらされた角度で入射する光は導波路内でもわずかに斜めに進む。しかしながら、格子結合器を少し広く照射することにより、関心のある領域を全ての波長によって再び完全に照射することができる。

本発明の一実施形態では、少なくとも光源からの波長λ_ｋの入射光は、格子結合器に沿って線形プロファイルを有する。

これらの線形プロファイルの生成は、本発明によれば、例えば、円柱レンズまたはパウエルレンズを用いて対応する寸法を広げることによって、または、回転多角形ビーム変位プリズムを用いて光線を走査することによって、達成することができる。このような実施形態は、導波路を全幅にわたって照射できるようにするためには有利である。線形照射を使用する場合、本発明によれば導波路に結合される１つまたは複数の光源のずれはあまり重要ではない。

本発明の一実施形態では、ビーム成形手段はテレスコープ状に配置されている。本発明の特に好ましい実施形態では、パウエルレンズと円柱レンズとが連続して配置されている。パウエルレンズによって光は１つの軸線で発散的に拡大され、拡大された光線は、続いて円柱レンズによって１つの軸線で再びコリメートされる。

本発明によれば、２つの光線は、格子結合器に沿って線が生じるように成形され、これにより導波路を全幅にわたって照射することができる。

したがって、本発明の一実施形態では、装置は、光源とゴニオメータ構造の第１のレンズとの間に配置された、円柱レンズおよび／またはパウエルレンズおよび／または回転多角形ビーム変位プリズムの形式の少なくとも１つの光線成形手段をさらに有する。

本発明による装置について説明した全ての特徴は、以下に説明する本発明による方法においても使用され、その逆も同様である。

さらに本発明は、異なる波長（λ_１，λ_２）を有する少なくとも２つの光源からの光を、格子周期を有する格子結合器を介して導波路に結合することができる方法を提供する。本発明によれば、異なる波長（λ_１，λ_２）を有する少なくとも２つの光源からの光が格子結合器に放射され、波長λ_１の光が結合角度α_１によって導波路モードｊ_１に結合され、波長λ_２＜λ_１の光が結合角度α２によって導波路モードｊ_２に結合され、ｊ_２＞ｊ_１である。随意に、少なくとも１つのさらなる光源からの光を波長λ_ｋ＜λ_２＜λ_１および結合角度α_ｋによって導波路モードｊ_ｋに結合することができ、ｊ_ｋ＞ｊ_２＞ｊ_１である。

本発明による方法の一実施形態では、異なる波長を有する４つの光源からの光が導波路に結合される。好ましくは、異なる波長を有する３つの光源からの光が導波路に結合される。特に好ましくは、異なる波長を有する２つの光源からの光が導波路に結合される。

本発明によれば、異なる光源の結合角度（発散角）間の差の大きさは、Δα＜６°、好ましくはΔα＜３°、特に好ましくは

である。

本発明の特に有利な実施形態では、発散角は、格子結合器の共振幅もしくは受光角度以下である。この場合、有利には、格子結合器を介してこれらの波長を有する光線を同時に導波路に結合することができる。

本発明の一実施形態では、異なる波長を有する少なくとも２つの光源の光は、格子結合器の仮想旋回点を有するゴニオメータ構造によって導波路に結合される。

本発明によれば、１つの波長の光線は光源を離れた後に第１のレンズを通過し、続いて回転ミラーに入射し、回転ミラーは光線を別のレンズに向ける。第２のレンズを通過した後、光線は格子結合器に入射し、格子結合器を介して光線は導波路に結合される。

本発明の一実施形態では、異なる波長を有する少なくとも２つの光源の光は共線的に統合されて導波路に結合される。本発明によるゴニオメータ構造は、コリメートされてゴニオメータ構造内に放射されたコリメートされた光線が、再びコリメートされてこの構造を離れることを可能にする。

さらに、本発明によるゴニオメータの構造は、導波路により近いレンズによって生成される実際の旋回点の像が導波路の平面と一致することを確実にし、角度調整時に光の入射点が移動しないようにする。このようにして、角度調整時に格子結合器における入射点が移動することなしに、導波路のモードｊ_１に結合される波長λ_１に必要な結合角度α_１と、導波路のモードｊ_２に結合される波長λ_２に必要な結合角度α_２とを設定することができる。

さらに、本発明の一実施形態では、異なる波長を有する少なくとも２つの光源の光が同時に導波路に結合される。この実施形態では、波長間で切り換える場合に時間損失なしに、複数の波長の光を同時に導波路に結合することができることが利点である。

このために、本発明の一実施形態では、異なる波長を有する少なくとも２つの光源の光は、回転ミラーを介して同時にガイドされ、導波路に結合される。この実施形態は、発散角Δαが格子結合器の共振幅以下である場合に使用される。

発散角Δαが格子結合器の共振幅よりも大きい場合、本発明による方法の一実施形態では、回転ミラーの位置に応じてそれぞれ１つの波長を導波路に結合し、回転ミラーを変位することにより、高周波数（＞１Ｈｚ）を有する異なる波長間で切り換えることができる。

したがって、本発明による方法のさらなる実施形態では、第１の波長を有する光および少なくとも第２の波長を有する光が導波路に連続して結合される。

本発明のさらなる実施形態では、異なる波長を有する少なくとも２つの光源の光が複数の回転ミラーを同時にガイドされ、導波路に結合され、１つの波長の光は第１の回転ミラーを介してガイドされ、別の波長を有する光は別の回転ミラー介してガイドされる。

この実施形態では、少なくとも第１の波長を有する光の光路は、導波路に平行な平面内で角度βだけずらされる。光路を角度βだけずらした光源の光線は、第１のレンズを通過し、回転ミラーによって第２のレンズに向けられる。第２のレンズは、ずらされたビームを格子結合器に向け、そこに角度α，βで入射する。

本発明のさらなる実施形態では、２つの光源の光は、好ましくは導波路に平行な平面に対して対称的に、すなわち、１つの光源の光は角度βだけ、別の光源の光は角度−βだけずらされる。ビーム直径に依存して２つの回転ミラーにおいて波長を分離するために十分なスペースがある場合には、角度βは実質的に自由に選択することができる。

結合角度を決定するための式は、対応して角度βだけ拡張する必要がある。このことは式（５）で考慮されている。

この実施形態は、格子結合器を介して同時に異なる複数の光源の光を導波路に結合することができるという利点を有する。特に、この実施形態は、発散角がΔα＜６°ではあるが、しかしながら、一般に０．１°の範囲である格子結合器の共振幅よりも大きい場合に使用することができる。角度を調整することなしに、異なる波長の光を同時に導波路に結合することができることが利点である。したがって、異なる波長の光の同時的な結合は多大な時間節約をもたらす。

本発明の別の実施形態では、少なくとも１つの光源の光が成形される。本発明の一実施形態では、少なくとも１つの光源の光は、格子結合器に沿って線形プロファイルが得られるように成形される。

本発明の一実施形態では、それぞれの光源の光が成形される。

好ましくは、少なくとも１つの光源の光は、光線が光源を離れた後に少なくとも１つの円柱レンズおよび／またはパウエルレンズを通過することによって、または回転多角形ビーム変位プリズムによって走査されることによって、線形プロファイルに成形される。このようにして成形された光線は、既に説明したゴニオメータ構造を通過し、格子結合器に入射し、導波路に結合される。本発明によれば、光線は、格子結合器に沿って線が生じ、好ましくは導波路の幅全体にわたって照射されるように成形される。

本発明の別の実施形態では、それぞれの光源の光は成形され、これにより共線的に統合される。好ましくは、これは、少なくとも１つのビーム結合器および／または少なくとも１つのコリメーションレンズを介して行われる。ビーム結合器および／またはコリメーションレンズは、好ましくは、光源の後方に配置されている。コリメーションレンズは、例えば収束レンズである。

本発明の一実施形態では、１つの波長のそれぞれの光線の光路には少なくとも１つの光線成形手段が配置されている。好ましい実施形態では、少なくとも１つの光線成形手段は、異なる波長を有する複数の光線の光路に配置することができ、少なくとも１つの光線成形手段は、複数の光源の光路にわたって空間的に延在する。

例えば多面プリズムなどの付加的な光学機械部品の助けなしに、発散角をΔα＜６°に低減すること；および
発散角をΔα＜６°に低減することによって角度の調整時に導波路における光の入射点が変化しない仮想旋回点を有するゴニオメータとして構成された、複数の波長のための角度調整器の実現することによって、本発明は従来技術に対して特別な利点を提供する。

さらに本発明は、モログラフィおよび蛍光分光法における暗視野励起のための本発明による装置および／または本発明による方法の使用法に関する。

以下に４つの図面および２つの例示的な実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

２つの異なる波長を有する光の２つの異なる導波路モードへの結合を示す概略図である。 格子結合器に仮想旋回点を有するゴニオメータ構造によって光が共線的に導波路に統合される、２つの波長を有する光の結合を示す図である。 ２つの回転ミラーを有するゴニオメータ構造を備える本発明による装置を示す図である。 ２つの回転ミラーと、放射された２つの光線成形手段とを有するゴニオメータ構造を備える本発明による装置を示す図である。 導波層ｄの厚さを実効屈折率Ｎの関数として示す図である。 導波層ｄの厚さを発散角αの関数として示す図である。

図１は、格子結合器１０を有する導波路を概略的に示す。導波路は厚さｄの導波層３０から構成され、この導波層には、基板層４０、および層２０と層２１とから形成されたカバー層が隣接している。層２０は、例えば空気または水からなり、屈折率ｎ_Ｄ１を有し、層２１は、例えばＳｉＯ_２からなり、屈折率ｎ_Ｄ２を有する。基板層の材料は屈折率ｎ_Ｓを有し、導波層の材料は屈折率ｎ_Ｗを有する。この場合、カバー層および基板層の屈折率は導波層の屈折率よりも常に小さい。導波路内の光の伝搬がマックスウェル方程式で記述され、導波路の幾何学的形状によって与えられる境界条件が考慮される場合、モード方程式によって、関連した光状態の個々の有限な定量についてのみ解くことができる固有値方程式が得られる。モード方程式の解は、いわゆる「導波路モード」であり、これらの導波路モードは、実効屈折率Ｎによって区別され、次数がモード数ｊによって番号付けされる。実効屈折率Ｎに対しては、ｎ_Ｗ＞Ｎ＞ｍａｘ（ｎ_Ｄ，ｎ_Ｓ）が適用され、ｍａｘ（ｎ_Ｄ，ｎ_Ｓ）は最大値、すなわち屈折率ｎ_Ｄ，ｎ_Ｓの大きい方を示す。

本発明によれば、少なくとも２つの光源９０，９１の光は、格子定数Λ_Ｋを有する格子結合器１０を介して結合される。波長λ_１の光１は結合角度α_１で導波路モードｊ_１に結合され、波長λ_２＜λ_１の光２は結合角度α_２で導波路モードｊ２に結合され、この場合、ｊ_２＞ｊ_１である。実効屈折率Ｎは、導波路内の種々のモードについて異なるので、結合角度も対応して変化する。本発明によれば、少なくとも２つの光源９０，９１の光が結合されるモードｊ_１およびｊ_２、ならびに導波路の構造は、結合角度α_１およびα_２が最大で６°だけ異なるように選択される。すなわち、発散角Δα＝｜α_１−α_２｜はΔα＜６°である。

図２は、ゴニオメータ構造を有する本発明による装置１００の実施形態を示す。ゴニオメータア構造は、第１のレンズ５０と、回転ミラー７０と、第２のレンズ６０とを含む。光源９２は、収束レンズ８２を通過した後、光線１、２が共線的に統合されてレンズ５０に入射するように互いに近接して配置された２つの光源を含む。収束レンズ８２は、コリメーションレンズとして機能する。図２では、レンズ５０およびレンズ６０は、レンズ間の光路がレンズ５０の焦点距離ｆ_１とレンズ６０の焦点距離ｆ_２との合計に対応するように配置されている。本発明による装置１００の他の実施形態では、レンズ５０，６０間の光路は、レンズ５０および６０のそれぞれの焦点距離の合計よりも大きくても小さくてもよい。

さらに、格子結合器１０を有する導波路は、回転ミラー７０から第２レンズ６０までの間隔ｓ_１と、第２レンズ６０から導波路平面までの間隔ｓ_２とが、結像方程式１／ｓ_１＋１／ｓ_２＝１／ｆ_２に対応するように位置決めされている。この条件は、第２のレンズ６０によって生成される実際の旋回点の像が導波路の平面と一致し、これにより角度の調整時に光の入射点が移動しないことを確保する。

図３は、２つの回転ミラー７０、７１を備えるゴニオメータ構造を有する本発明による装置１００の実施形態を示す。回転ミラー７０、７１は、光路内に平行に配置されている。光源９１は、平坦な導波路に平行な平面内に角度βだけずらして配置され、波長λ_２の光線２を生成する。第２の光源９０は光路内に配置され、波長λ_１の光線１を生成する。

光線１および２は、第１のレンズ５０によって方向付けられ、回転ミラー７０，７１に入射し、光線１は回転ミラー７０に入射し、光線２は回転ミラー７１に入射する。両方の光線１，２は、次に、第２のレンズ６０を通って格子結合器１０を有する導波路に向けられる。光線１は結合角度α１で入射し、光線２は結合角度α_２で入射し、結合角度α_２は、式（４）に示されるように、ずれ角度βにも依存する。運動量の保存に基づいて、ずらされた角度で放射された光線２は導波路でもわずかに傾斜して進む。

図４は、図３に示したゴニオメータ構造を有する本発明による装置１００を示し、本発明による装置１００は、さらに光線１，２を成形するための２つの光線成形手段８０、８１を有する。これらの手段は、光源９０，９１と第１レンズ５０との間に配置されている。本発明によれば、光線１、２を成形するための手段は、円柱レンズおよび／またはパウエルレンズおよび／または回転多角形ビーム変位プリズムを備える装置であってもよい。特に有利な実施形態では、両方の光源９０，９１の１つの共通の光線成形手段８０，８１のみを使用すればよく、この手段は、空間的に両方の部分ビームにわたって延在する。

光線１は光線成形手段８０を通過し、これにより線形プロファイルが生成される。次に、光線１は、ゴニオメータ構造の光路を通過し、格子結合器１０を介して結合角度α_１で導波路の導波路層３０に結合される。光線２は光線成形手段８１を通過し、これにより線形プロファイルが生成される。光線２を生成する光源９１は、平坦な導波路に平行な平面内で角度βだけずらされている。次に、光線２はゴニオメータ構造の光路を通過し、格子結合器１０を介して結合角度α_２で導波路の導波路層３０に結合される。

本発明によれば、２つの光線１，２は、格子結合器１０に沿って線が生じるように成形され、これにより導波路は全幅にわたって照射される。

図５は、導波路の層厚ｄの関数として数値的に計算した異なる束縛モードの実効屈折率を示す。導波路層は、基板としてのガラスとカバー層としての二酸化シリコンとの間に埋め込まれた五酸化タンタルからなる。実効屈折率Ｎは、λ_１＝７８４ｎｍおよび０次モード（ｊ_１＝０）について、ならびにλ_２＝６６３ｎｍおよび０次モード（ｊ＝０）と１次モード（ｊ_２＝１）とについて示されている。Ｎは、束縛状態の解ついてのみ示されており、したがって、λ_２＝６６３ｎｍにおける1次モードのプロットは、ｄ＝２５０ｎｍを超えてようやく始まる。

図６は、図５で計算した実効屈折率Ｎを、結合器周期Λ_Ｋ＝３６０ｎｍで式（２）に用いた場合に得られる結合角度αを示す。ｊ_１＝０モードにおける第１の波長λ_１＝７８４ｎｍに対して−１０°と−２０°との間の結合角度を得るために、結合器周期Λ_Ｋ＝３６０ｎｍｆ式２にしたがって選択された。小さい負の結合角度は有利である。なぜならば、格子結合器に向けられた光線の結合されていない光は、結合された光方向とは反対にさらに進み、結合された光によって行われる測定を妨害することがないからである。

ｄ＝０．２８８μｍおよびα＝−１５．７°における交点から、本発明により必要とされる厚さｄが、Δα＝０°の場合に式（４）にしたがってグラフから得られる。

実施例１
波長λ_１＝７８４ｎｍを有する光源の光および波長λ_２＝６６３ｎｍを有する光源の光は、例えば格子定数Λ_Ｋ＝３７０ｎｍおよびｍ＝１の格子結合器を介して媒体の空気から、実効屈折率Ｎ（λ_１、ｊ_１＝０）＝１．９２８およびＮ（λ_２，ｊ_２＝０）＝１．９７６により従来技術のシングルモードの導波路に結合される。これにより、式（１）にしたがって、波長λ１＝７８４ｎｍの光に対して結合角度α_１＝−１１．０°、波長λ２＝６６３ｎｍの光に対して結合角度α_２＝＋１０．６°が得られる。したがって、発散角は

である。

実施例２
本発明によれば、波長λ_１＝７８４ｎｍを有する光源の光および波長λ_２＝６６３ｎｍを有する光源の光が媒体の空気からのが導波路に結合される。屈折率ｎ_Ｗ＝２．０９４、厚さｄ＝３００ｎｍを有するＴａ_２Ｏ_５からなる導波層を有する導波路は、屈折率ｎ_Ｓ＝１．５１７を有する基板層Ｄ２６３を有する。格子結合器の領域の導波層は、ｎ_Ｄ１＝１．４７３の屈折率を有するＳｉＯ_２からなるカバー層により覆われている。格子結合器の外側で、導波層には、空気（ｎ_Ｄ２＝１．０）または選択的に水（ｎ_Ｄ２＝１．３３）からなるカバー層が隣接している。両方の光源の光はＴＥ偏光で放射される。光源は、波長λ_１＝７８４ｎｍの光を放出し、この光は、モログラフィにおける暗視野照明に使用される。この光は導波路の０次モードに結合され、実効屈折率はＮ（λ_１，ｊ_１＝０）＝１．９２８である。

第２の光源は、蛍光分光法に適した波長λ_２＝６６３ｎｍの光を発する。この光源は、平坦な導波路に平行な平面で角度β＝８°だけずらされている。この光は、導波路の１次モード（ｊ_２＝１、すなわちＴＥ１）に結合され、このモードでは、Ｎ（λ_２，ｊ_２＝１）＝１．５８８の実効屈折率が得られる。Λ_Ｋ＝３６０ｎｍの格子結合器定数では、同一の結合角度α_１＝α_２＝−１４．４°と、したがってΔα＝０°の発散角とが得られる。

波長λ_１＝７８４ｎｍの光に対して屈折率ｎ＞〜１．４５を有する周辺媒体では、０次の他に１次モードも許可されているので、上記装置は第１の光源の光（λ_１＝７８４ｎｍ）に対して、屈折率ｎ_Ｄ１＝１．４７３を有するＳｉＯ２からなるカバー層の領域ではマルチモードであり、０次の他に１次モードも許可されている。しかしながら、この波長の光がＳｉＯ_２からなるカバー層の領域を離れ、ｎ_Ｄ２＝１．０（空気）からｎ_Ｄ２＝１．３３（水）までの媒体に入射すとすぐに、０次モードしか許容されなくなり、導波路はシングルモードとなる。有利には、この領域で検出が行われ、モード間散乱による不都合な散乱光が効果的に抑制される。

１，２ 光線
１０ 格子結合器
２０，２１ カバー層
３０ 導波層
４０ 基板層
５０，６０ レンズ
７０，７１ 回転ミラー
８０，８１，８２ 光線成形手段
９０，９１，９２ 光源
１００ 装置

Claims (15)

1. 格子定数を有する格子結合器（１０）と、少なくとも２つの光源（９０，９１，９２）と、少なくとも２つの異なる波長（λ_１，λ_２）を有する光を導波路に結合するための平坦な導波路とを有する装置（１００）であって、導波路が、結合された光の波長λ_ｋおよび導波路モードの次数ｊ_ｋを有する実効屈折率Ｎ（λ_ｋ，ｊ_ｋ）、および厚さｄを有する導波層（３０）を備え、該導波層に基板層（４０）およびカバー層（２０，２１）が隣接しており、波長λ_ｋの光が、導波路への結合角度α_ｋを有し；異なる光源の結合角度の差の大きさが発散角Δαであり、
   導波層（３０）が厚さｄおよび実効屈折率Ｎ（λ_ｋ，ｊ_ｋ）を有し、少なくとも１つの結合された波長に対して次数ｊ_ｋ＞０の導波路モードのガイドが可能であり、１つの格子結合器（１０）を介して少なくとも２つの異なる波長を有する光を発散角Δα＜６°で結合するように設定されていることを特徴とする装置（１００）。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記発散角Δαが、好ましくはΔα＜３°、特に好ましくは
   

   

   である装置（１００）。
3. 請求項１または２に記載の装置（１００）であって、
   前記光源（９０，９１，９２）の光の波長（λ_１，λ_２．．．λ_ｋ）が、それぞれ少なくともΔλ＝１００ｎｍだけ異なる装置（１００）。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置（１００）において、光源（９０）が６００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の波長、好ましくは７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲の波長、特に好ましくは７８０（±１０）ｎｍの範囲の波長を有し、別の光源（９１）が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長、特に好ましくは６６０（±１０）ｎｍの範囲の波長を有する装置（１００）。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置（１００）であって、
   前記装置が、少なくとも１つの回転ミラー（７０）と、２つのレンズ（５０，６０）と、前記格子結合器（１０）の仮想旋回点とを備えるゴニオメータ構造をさらに有する装置（１００）。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置（１００）であって、
   前記ゴニオメータ構造が２つの回転ミラー（７０，７１）を有する装置（１００）。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置（１００）であって、
   光源（９０，９１，９２）からの波長λ_ｋの入射光が少なくとも前記格子結合器（１０）に沿って線形プロファイルを有する装置（１００）。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置（１００）であって、
   該装置が、円柱レンズおよび／またはパウエルレンズおよび／または回転多角形ビーム変位プリズムおよび／またはビーム結合器および／またはコリメーションレンズの形式の少なくとも１つの光線成形手段（８０，８１）をさらに備える装置（１００）。
9. 異なる波長（λ_１，λ_２）を有する少なくとも２つの光源（９０，９１，９２）からの光を、格子周期を有する格子結合器（１０）を介して導波路に結合する方法であって、
   異なる波長（λ_１，λ_２）を有する少なくとも２つの光源（９０，９１，９２）からの光を格子結合器（１０）に放射し；
   波長λ_１の光を結合角度α_１によって導波路モードｊ_１に結合し、波長λ_２＜λ_１の光を結合角度α_２によって導波路モードｊ_２に結合し、ｊ_２＞ｊ_１とし；
   波長λ_ｋ＜λ_２＜λ_１を有する少なくとも１つの別の光源の随意の光を結合角度α_ｋによって導体路モードｊ_ｋに結合し、ｊ_ｋ＞ｊ_２＞ｊ_１とし；
   異なる光源の結合角度の差の値が、Δα＜６°であることを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    異なる波長を有する前記少なくとも２つの光源（９０，９１，９２）の光を、仮想の旋回点を有するゴニオメータ構造によって前記格子結合器（１０）に結合する方法。
11. 請求項９または１０に記載の方法であって、
    異なる波長を有する少なくとも２つの光源（９０，９１，９２）の光を共線的に統合して結合する方法。
12. 請求項９から１１までのいずれか１項に記載の方法であって、
    異なる波長を有する少なくとも２つの光源（９０，９１，９２）の光を同時に導波路に結合するか、または第１の波長を有する光および少なくとも第２の波長を有する光を連続して結合する方法。
13. 請求項９から１２までのいずれか１項に記載の方法であって、
    少なくとも第１の波長を有する光の光路を、導波路に平行な平面内で角度βだけずらす方法。
14. 請求項９から１３までのいずれか１項に記載の方法であって、
    少なくとも１つの光源（９０，９１，９２）の光を、格子結合器（１０）に沿って線形プロファイルが生じるように成形する方法。
15. モログラフィおよび蛍光分光法における暗視野励起のための、請求項１から８までのいずれか１項に記載の装置および／または請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法の使用法。

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