JP4960467B2 - 非線形光学装置、多光子顕微鏡および内視鏡 - Google Patents
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Description
対象物に短光パルスを照射して2次非線形光学効果を発生させる非線形光学装置であって、
短光パルスを発生する短光パルス源と、
該短光パルス源から発生した短光パルスを前記対象物に伝送するための短光パルス伝送系とを備え、
該非線形光学装置内で発生する非線形光学効果が実質的に無く、該非線形光学装置内の群速度分散量が実質的に無く、且つ、前記短光パルス源が発生する短光パルスのパルス時間幅(半値全幅)TFWHMが、
T1<TFWHM<T2 (1)
を満たし、
ただし、
k:パルス波形に依存して決定されるパラメータ
D3d:総群速度分散スロープ量
α=0.5
であることを特徴とするものである。
前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の非線形係数をγ、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質により伝送される前後の前記短光パルスのピークパワーのうちいずれか高い値をPpeak、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の物理長をL、総群速度分散量をD2d、総群速度分散スロープ量をD3d、前記短光パルスの出力強度が前記ピークパワーの1/eになるときの時間幅をT0とするとき、
を満たすことを特徴とするものである。
前記短光パルス源は、該短光パルス源が発生する短光パルスのスペクトル半値幅(半値全幅)をfFWHMとするとき、
を満たす短光パルスを発生することを特徴とするものである。
前記パラメータkは、0.35<k<0.55を満たすことを特徴とするものである。
前記短光パルス源は、チャープした短光パルスを発生するチャープ光発生装置と、該チャープ光発生装置から発生した短光パルスのチャープを補償するチャープ補償装置とを備えることを特徴とするものである。
前記チャープ補償装置は、回折格子を備えることを特徴とするものである。
前記チャープ補償装置は、プリズムを備えることを特徴とするものである。
前記短光パルス伝送系は、群速度分散補償装置を備えることを特徴とするものである。
前記群速度分散補償装置は、回折格子を備えることを特徴とするものである。
前記群速度分散補償装置は、プリズムを備えることを特徴とする。
前記短光パルス伝送系は、中空コアフォトニック結晶ファイバを備えることを特徴とするものである。
前記短光パルス源は、1ピコ秒以下の時間幅の短光パルスを発生することを特徴とするものである。
請求項1−12のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、
前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とするものである。
請求項1−12のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、
前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とするものである。
ここで、kは短光パルスの波形に依存して変化するパラメータであり、パルス波形がガウシアン型の場合0.535となり、ハイパボリックセカント(sech)型の場合0.370となる。また、ガウシアン型とsech型の中間のパルス波形の場合、この2値の中間の値をとる。
図3は、本発明の第1実施の形態に係る多光子顕微鏡の概略構成図である。
T1=12[fs]
T2=83[fs]
となった。
12[fs]<TFWHM<83[fs]
を満たす時間幅の短光パルスを用いると良い。短光パルス源11から発せられる短光パルス時間幅(半値全幅)である80[fs]は、この範囲内に属している。
k=0.37
D3d=0.00003[ps3]
α=0.5
とした。
図6は、本発明の第2実施の形態に係る多光子顕微鏡の概略構成図である。本実施の形態は、既存の多光子顕微鏡に本発明を適用したものである。
T1=65[fs]
T2=434[fs]
となった。
65[fs]<TFWHM<434[fs]
を満たす時間幅の短光パルスを用いると良い。更には最も好ましい短光パルス時間幅(半値全幅)は148[fs]であり、本実施の形態の短光パルス源12から発せられる短光パルス時間幅(半値全幅)は、最適な値となっていることがわかる。
k=0.535
D3d=0.003[ps3]
α=0.5
とした。
により算出した。
図8は、本発明の第3実施の形態に係る多光子顕微鏡の概略構成図である。本実施の形態は、中空コアフォトニック結晶ファイバの先端に顕微鏡を小型化したマイクロヘッドを配置し、マウスなどの実験小動物の頭部に固定して、麻酔をかけない状態でマウスの脳などの臓器を観察できるようにしたものである。
図11は、本発明の第4実施の形態に係る内視鏡の概略構成図である。本実施の形態は、図8の第3実施の形態において、マイクロヘッド61を硬性部72として、これに接続される中空コアフォトニック結晶ファイバとマルチモードファイバとを1本に束ねて可撓性の挿入部71とし、単独でもしくは既存の内視鏡の鉗子穴に挿入するなどして使用することにより、内視鏡非線形システム70として使用するものである。これによって、内視鏡として利用しても、第3実施の形態と同様の効果が得られる。
11 短光パルス源(sech型)
12 短光パルス源(ガウシアン型)
13 チャープ光発生源
14 チャープ補償装置
14e,14f ミラー
14a,14d 回折格子
14b,14c レンズ
20 短光パルス伝送系
21 群速度分散補償装置
21a,21d ミラー
21b,21c プリズム
22 ビームエキスパンダ
22a レンズ
22b レンズ
24 レンズ
25 中空コアフォトニック結晶ファイバ
26 レンズ
27 レンズ
28 中空コアフォトニック結晶ファイバ
30 対象物
31 観察対象
33 マウス
40 顕微鏡
41a,41b ガルバノミラー
42 分光ミラー
43 対物レンズ
44 バリアフィルタ
45 検出器
50 既存の顕微鏡装置
51ガルバノミラー対
60 小型顕微鏡
61 マイクロヘッド
61a ピエゾXYスキャナ
61b レンズ
61c 分光ミラー
61d レンズ
61e バリアフィルタ
61f 対物レンズ
62 マルチモードファイバ
63 レンズ
64 バリアフィルタ
65 検出器
70 内視鏡非線形システム
71 可撓性の挿入部
72 硬性部
Claims (14)
- 前記パラメータkは、0.35<k<0.55を満たすことを特徴とする請求項1−3のいずれか一項に記載の非線形光学装置。
- 前記短光パルス源は、チャープした短光パルスを発生するチャープ光発生装置と、該チャープ光発生装置から発生した短光パルスのチャープを補償するチャープ補償装置とを備えることを特徴とする請求項1−4のいずれか一項に記載の非線形光学装置。
- 前記チャープ補償装置は、回折格子を備えることを特徴とする請求項5に記載の非線形光学装置。
- 前記チャープ補償装置は、プリズムを備えることを特徴とする請求項5に記載の非線形光学装置。
- 前記短光パルス伝送系は、群速度分散補償装置を備えることを特徴とする請求項1−7のいずれか一項に記載の非線形光学装置。
- 前記群速度分散補償装置は、回折格子を備えることを特徴とする請求項8に記載の非線形光学装置。
- 前記群速度分散補償装置は、プリズムを備えることを特徴とする請求項8に記載の非線形光学装置。
- 前記短光パルス伝送系は、中空コアフォトニック結晶ファイバを備えることを特徴とする請求項1−10のいずれか一項に記載の非線形光学装置。
- 前記短光パルス源は、1ピコ秒以下の時間幅の短光パルスを発生することを特徴とする請求項1−11に記載の非線形光学装置。
- 請求項1−12のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、
前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とする多光子顕微鏡。 - 請求項1−12のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、
前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とする内視鏡。
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