JP5508899B2 - Laser microscope equipment - Google Patents

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本発明は、レーザ顕微鏡装置に関するものである。   The present invention relates to a laser microscope apparatus.

従来、標本中の分子のテラヘルツ領域の振動を検出する方法として、インパルシブ誘導ラマン散乱分光法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。インパルシブ誘導ラマン散乱分光法では、まず、標本中の分子のテラヘルツ領域の振動を励起するポンプ光として、フェムト秒パルスレーザ光などの極短パルスレーザ光を標本に照射する。これにより、ポンプ光によって、標本中の分子のテラヘルツ領域の振動が励起される(インパルシブ誘導ラマン散乱)。このとき、励起される分子振動の周波数範囲は、ポンプ光の周波数帯域(スペクトル帯域)で決まる。つまり、ポンプ光の周波数帯域に応じて、テラヘルツ領域において一定の周波数範囲内の分子振動が励起される。次に、プローブ光を標本中に照射し、標本を通過する際に生じるインパルシブ誘導ラマン散乱に起因したプローブ光の強度や位相の変化(標本からの光)を検出する。こうすることで、標本中の分子のテラヘルツ領域の振動を計測することが可能となる。   Conventionally, impulsive stimulated Raman scattering spectroscopy is known as a method for detecting vibrations in the terahertz region of molecules in a specimen (see, for example, Non-Patent Document 1). In impulsive stimulated Raman scattering spectroscopy, a sample is first irradiated with ultrashort pulse laser light such as femtosecond pulsed laser light as pump light that excites vibrations in the terahertz region of molecules in the sample. Thereby, the vibration of the terahertz region of the molecule in the sample is excited by the pump light (impulsive stimulated Raman scattering). At this time, the frequency range of the excited molecular vibration is determined by the frequency band (spectral band) of the pump light. That is, molecular vibration within a certain frequency range is excited in the terahertz region according to the frequency band of the pump light. Next, the sample is irradiated with probe light, and changes in the intensity and phase of the probe light (light from the sample) caused by impulsive stimulated Raman scattering that occurs when passing through the sample are detected. By doing so, it is possible to measure vibrations in the terahertz region of the molecules in the sample.

”Transient Grating Optical Heterodyne Detected Impulsive Stimulated Raman Scattering in Simple Liquids.", Peter Vihringer and Norbert F. Scherer, Journal of Physical Chemistry 1995, 99, 2684-2695"Transient Grating Optical Heterodyne Detected Impulsive Stimulated Raman Scattering in Simple Liquids.", Peter Vihringer and Norbert F. Scherer, Journal of Physical Chemistry 1995, 99, 2684-2695

しかしながら、非特許文献1に開示されているインパルシブ誘導ラマン散乱分光法では、ポンプ光、プローブ光を標本に照射する際、ポンプ光とプローブ光を空間的に分離することを目的に、それぞれの光を異なる方向から標本に照射している(非同軸照射)。というのも、ポンプ光とプローブ光の周波数(または波長)が同一であり、同軸で標本に照射した場合、標本からの光として、プローブ光だけを分光選択的に検出することが不可能であるからである。このような非同軸照射の構成で標本の2次元イメージングを行うためには、ポンプ光とプローブ光それぞれの照射の位置関係を保った状態でポンプ光とプローブ光を走査する必要がある。そのため、ポンプ光とプローブ光自身を標本中で走査させるのではなく、標本を載置したステージを走査させる必要がある。ステージ走査の場合、走査速度が光走査に比べて遅く、高速に標本のイメージングを行うことが困難であるという不都合がある。   However, in the impulsive stimulated Raman scattering spectroscopy disclosed in Non-Patent Document 1, when irradiating a specimen with pump light and probe light, each light is separated for the purpose of spatially separating the pump light and probe light. The sample is irradiated from different directions (non-coaxial irradiation). This is because, when the pump light and the probe light have the same frequency (or wavelength), and the sample is irradiated coaxially, it is impossible to detect only the probe light spectroscopically as light from the sample. Because. In order to perform two-dimensional imaging of a specimen with such a non-coaxial irradiation configuration, it is necessary to scan the pump light and the probe light while maintaining the positional relationship between the irradiation of the pump light and the probe light. For this reason, it is necessary to scan the stage on which the specimen is placed, instead of scanning the specimen with the pump light and the probe light itself. In the case of stage scanning, there is an inconvenience that the scanning speed is slower than that of optical scanning and it is difficult to image a specimen at high speed.

また、インパルシブ誘導ラマン散乱では、テラヘルツ領域において、ポンプ光の周波数帯域(スペクトル帯域)により決まる一定の周波数範囲に含まれる、全ての分子振動が励起される。言い換えれば、ポンプ光のエネルギーを効率的に特定の分子振動に利用することができないという不都合がある。このため、標本中の分子のテラヘルツ領域の特定の分子振動に注目した2次元イメージングを行う場合には、インパルシブ誘導ラマン散乱は不向きである。   In impulsive stimulated Raman scattering, all molecular vibrations included in a certain frequency range determined by the frequency band (spectral band) of pump light are excited in the terahertz region. In other words, there is an inconvenience that the energy of the pump light cannot be efficiently used for specific molecular vibrations. For this reason, impulsive stimulated Raman scattering is unsuitable when performing two-dimensional imaging focusing on specific molecular vibrations in the terahertz region of molecules in the specimen.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、標本中の分子のテラヘルツ振動を利用して標本のイメージングを行うレーザ顕微鏡装置において、特定の分子振動に注目し、かつ高速にイメージングできるレーザ顕微鏡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 in a laser microscope apparatus that performs imaging of a specimen using terahertz vibration of molecules in the specimen, it is possible to perform imaging at high speed while paying attention to specific molecular vibrations. An object is to provide a laser microscope apparatus.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、2つの異なる周波数を有するパルスレーザ光を導光する2つの光路と、該2つの光路を導光されてきたパルスレーザ光を同軸に合波する合波手段と、該合波手段により合波されたパルスレーザ光を標本上で走査する走査手段と、前記標本からの光を検出する光検出手段と、前記2つの光路の一方に設けられ、該一方の光路を導光されてきたパルスレーザ光を、前記標本内の特定の分子振動の周波数と同じ周波数で繰り返されるパルス列に変換するパルス列変換手段とを備えるレーザ顕微鏡装置を採用する。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
The present invention includes two optical paths for guiding pulse laser beams having two different frequencies, a multiplexing means for coaxially multiplexing the pulse laser lights guided through the two optical paths, and the multiplexing means. A scanning means for scanning the sample with the pulsed laser light combined by the light, a light detecting means for detecting light from the specimen, and one of the two optical paths, and the one optical path has been guided. A laser microscope apparatus including pulse train conversion means for converting the pulse laser light into a pulse train repeated at the same frequency as the frequency of the specific molecular vibration in the sample is employed.

本発明に係るレーザ顕微鏡装置によれば、2つの光路のうち一方の光路を導光されてきたパルスレーザ光が、パルス列変換手段により、前記標本内の特定の分子振動の周波数と同じ周波数で繰り返されるパルス列(ポンプパルス列)に変換される。このポンプパルス列は、合波手段により、他方の光路を導光されてきたパルスレーザ光(プローブパルス列)と同軸に合波され、合波されたパルスレーザ光は、走査手段により標本上で走査される。そして、光検出手段により標本からの光が検出され、検出された光と標本上の走査位置とに基づいて、標本のイメージが生成される。   According to the laser microscope apparatus of the present invention, the pulsed laser beam guided through one of the two optical paths is repeated at the same frequency as the frequency of the specific molecular vibration in the sample by the pulse train converting means. Converted to a pulse train (pump pulse train). This pump pulse train is multiplexed coaxially with the pulse laser beam (probe pulse train) guided on the other optical path by the combining means, and the combined pulse laser light is scanned on the sample by the scanning means. The Then, light from the sample is detected by the light detection means, and an image of the sample is generated based on the detected light and the scanning position on the sample.

この場合において、標本内の特定の分子振動の周波数と同じ周波数で繰り返されるパルス列(ポンプパルス列)により、標本内の特定の分子振動のみが選択的に増強される(マルチパルスインパルシブ誘導ラマン散乱)。これにより、ポンプパルス列のエネルギーを特定の分子振動に効率的に利用することが可能となる。さらに、他方の光路を導光されてきたパルスレーザ光(プローブパルス列)を標本に照射する。標本を通過したプローブパルス列(標本からの光)の強度や位相は、マルチパルスインパルシブ誘導ラマン散乱に起因して変化する。したがって、このプローブパルス列(標本からの光)の強度や位相の変化と標本中のパルスレーザ光の照射位置の情報を用いることで、標本の2次元的なイメージを作成することが可能となる。この際、走査手段により標本上でパルスレーザ光自身を走査(光走査)しているため、ステージ走査に比べて、イメージの作成の処理を高速に行うことができる。   In this case, only a specific molecular vibration in the sample is selectively enhanced by a pulse train (pump pulse train) repeated at the same frequency as the specific molecular vibration in the sample (multipulse impulse stimulated Raman scattering). . This makes it possible to efficiently use the energy of the pump pulse train for specific molecular vibrations. Further, the sample is irradiated with pulsed laser light (probe pulse train) guided through the other optical path. The intensity and phase of the probe pulse train (light from the sample) that has passed through the sample change due to multipulse impulsive stimulated Raman scattering. Therefore, it is possible to create a two-dimensional image of the sample by using the change in intensity and phase of the probe pulse train (light from the sample) and information on the irradiation position of the pulse laser beam in the sample. At this time, since the pulse laser beam itself is scanned (optical scanning) on the specimen by the scanning means, the image creation process can be performed at a higher speed than the stage scanning.

上記発明において、前記パルス列変換手段が、前記一方の光路を導光されてきたパルスレーザ光を光路長が互いに異なる2つの光路に分岐する分岐部と、該分岐部により分岐された2つの光路を導光されてきたパルスレーザ光を合波する合波部とを備えることとしてもよい。   In the above invention, the pulse train converting means includes a branching unit that branches the pulse laser beam guided through the one optical path into two optical paths having different optical path lengths, and two optical paths branched by the branching unit. It is good also as providing the multiplexing part which multiplexes the pulsed laser beam guided.

このようにすることで、合波部上において、分岐部により分岐された2つの光路を導光されてきたパルスレーザ光の時間的タイミングを異ならせることができる。これにより、2つの光路に分岐されたパルスレーザ光を干渉させ、標本内の特定の分子振動の周波数に一致した周波数で繰り返されるパルス列を生成することができる。また、2つの光路の光路長を変化させ、2つの光路を導光されるパルスレーザ光の時間的タイミングを調整することで、パルス列の繰り返し周波数を変化・調整させることができる。   By doing in this way, the temporal timing of the pulsed laser light guided through the two optical paths branched by the branching section can be varied on the multiplexing section. Thereby, the pulse laser beam branched into the two optical paths can be caused to interfere, and a pulse train repeated at a frequency that matches the frequency of a specific molecular vibration in the sample can be generated. Further, the repetition frequency of the pulse train can be changed and adjusted by changing the optical path lengths of the two optical paths and adjusting the temporal timing of the pulsed laser light guided through the two optical paths.

上記発明において、前記パルス列変換手段が、前記分岐部に導光されるパルスレーザ光の周波数分散量を調節することとしてもよい。
このようにすることで、分岐部に導光されるパルスレーザ光の周波数成分を時間軸上に分散させることができる。このため、例えばフェムト秒レーザ光のように比較的広い周波数スペクトル帯域を有するパルスレーザ光であっても、時間軸上の各時刻において、比較的狭い周波数スペクトル帯域を有するパルスレーザ光にすることができる。これにより、分岐部に導光されるパルスレーザ光の周波数スペクトル帯域に関わらず、2つの光路に分岐されたパルスレーザ光を干渉させて、標本内の特定の分子振動の周波数に一致した周波数で繰り返されるパルス列に変換することができる。また、分岐部に導光されるパルスレーザ光の周波数分散量を調節することで、パルス列の繰り返し周波数を変化・調整させることができる。
In the above invention, the pulse train conversion means may adjust the amount of frequency dispersion of the pulse laser beam guided to the branching portion.
By doing in this way, the frequency component of the pulsed laser beam guided to the branch part can be dispersed on the time axis. For this reason, even a pulse laser beam having a relatively wide frequency spectrum band such as a femtosecond laser beam can be converted into a pulse laser beam having a relatively narrow frequency spectrum band at each time on the time axis. it can. As a result, regardless of the frequency spectrum band of the pulsed laser light guided to the branching part, the pulsed laser light branched into the two optical paths is caused to interfere with a frequency that matches the frequency of a specific molecular vibration in the sample. It can be converted into a repeated pulse train. In addition, the repetition frequency of the pulse train can be changed / adjusted by adjusting the frequency dispersion amount of the pulse laser beam guided to the branching portion.

上記発明において、パルスレーザ光を射出するレーザ光源と、該レーザ光源から射出されたパルスレーザ光を前記2つの光路に分岐する分岐手段と、前記2つの光路の少なくとも一方に設けられ、前記2つの光路を導光されてきたパルスレーザ光の周波数を互いに異なる周波数に変換する周波数変換手段と、前記2つの光路の少なくとも一方に設けられ、前記2つのパルスレーザ光の周波数分散および/または周波数帯域を調節する周波数調節手段とを備えることとしてもよい。   In the above invention, the laser light source for emitting a pulse laser beam, the branching means for branching the pulse laser beam emitted from the laser light source into the two optical paths, and provided in at least one of the two optical paths, A frequency conversion means for converting the frequency of the pulsed laser light guided along the optical path to a different frequency; and at least one of the two optical paths, and the frequency dispersion and / or frequency band of the two pulsed laser lights It is good also as providing the frequency adjustment means to adjust.

このようにすることで、単一のレーザ光源から発生したパルスレーザ光から、2つの異なる周波数(色)を有するパルスレーザ光を生成し、これらパルスレーザ光を容易に分光することができる。さらに、周波数調節手段により、2つの光路を導光されてきたパルスレーザ光の周波数を、マルチパルスインパルシブ誘導ラマンの検出に最適な状態にすることができる。加えて、これらパルスレーザ光のレーザ光源を共通化して装置構成を簡略化することができる。   By doing so, pulse laser light having two different frequencies (colors) can be generated from the pulse laser light generated from a single laser light source, and the pulse laser light can be easily dispersed. Furthermore, the frequency adjusting means can bring the frequency of the pulsed laser light guided through the two optical paths into an optimum state for detecting multipulse impulse induced Raman. In addition, the apparatus configuration can be simplified by sharing the laser light source of these pulse laser beams.

上記発明において、前記2つの光路の少なくとも一方に設けられ、前記周波数調節手段により周波数帯域が調節されたパルスレーザ光であって、前記光検出手段により検出される前記標本からの光と同じ周波数のパルスレーザ光である注目成分の強度を変調する強度変調手段と、該強度変調手段に同期して、前記光検出手段における前記強度変調手段により強度の変調されたパルスレーザ光の検出感度を調節する感度調節手段とを備えることとしてもよい。 In the above invention, the pulse laser beam is provided in at least one of the two optical paths and the frequency band is adjusted by the frequency adjusting unit, and has the same frequency as the light from the sample detected by the light detecting unit. Intensity modulation means for modulating the intensity of the component of interest, which is pulsed laser light , and the detection sensitivity of the pulse laser light whose intensity is modulated by the intensity modulation means in the light detection means in synchronization with the intensity modulation means It is good also as providing a sensitivity adjustment means.

このようにすることで、パルスレーザ光の注目成分に対応する標本からの光の検出感度を向上することができる。これにより、ノイズを低減しつつ、パルスレーザ光の注目成分に対応する部分が強調された標本のイメージを生成することができる。   By doing in this way, the detection sensitivity of the light from the sample corresponding to the component of interest of pulsed laser light can be improved. Thereby, it is possible to generate an image of a specimen in which a portion corresponding to the target component of the pulse laser beam is emphasized while reducing noise.

上記発明において、前記2つの光路のうち他方の光路に設けられ、該他方の光路を導光されるパルスレーザ光の偏光方向を設定する第1の偏光素子と、前記標本と前記光検出手段との間に設けられ、前記第1の偏光素子の偏光軸に直交する方向に偏光軸が設定された第2の偏光素子と、前記2つの光路のうち一方の光路に設けられ、前記第1の偏光素子の偏光軸に対して0°から90°の範囲の方向に偏光軸が設定された第3の偏光素子とを備えることとしてもよい。   In the above invention, a first polarizing element that is provided in the other optical path of the two optical paths and sets a polarization direction of the pulsed laser light guided through the other optical path, the sample, and the light detecting means A second polarization element having a polarization axis set in a direction orthogonal to the polarization axis of the first polarization element, and provided in one of the two optical paths, the first polarization element It is good also as providing the 3rd polarizing element by which the polarizing axis was set to the direction of the range of 0 degrees-90 degrees with respect to the polarizing axis of a polarizing element.

ここで、標本内の特定の分子振動の周波数に等しい周波数で繰り返されるパルス列(ポンプパルス列)を標本に照射することで、標本内の特定の分子振動が励起され、標本に過渡的な屈折率変化の異方性(ラマン誘起カー効果)が発生する。このようにすることで、パルス列が標本に照射されていない場合には、第1の偏光素子で直線偏光となるパルスレーザ光が第2の偏光素子により遮断される。一方、パルス列を標本に照射する場合には、ラマン誘起カー効果により、第1の偏光子で直線偏光となったパルスレーザ光が標本を透過する際に楕円偏光となり、第2の偏光子において、偏光が変化した標本からの光のみを透過させることができる。これにより、光検出手段において、標本の分子振動によって偏光が変化した標本からの光のみを検出することができ、分子振動が励起された分子の位置および状態が表示された標本のイメージを生成することができる。   Here, by irradiating the sample with a pulse train (pump pulse train) repeated at a frequency equal to the frequency of the specific molecular vibration in the sample, the specific molecular vibration in the sample is excited, and the sample undergoes a transient refractive index change. Anisotropy (Raman induced Kerr effect) occurs. In this way, when the sample is not irradiated with the pulse train, the second polarizing element blocks the pulsed laser light that is linearly polarized by the first polarizing element. On the other hand, when irradiating a sample with a pulse train, due to the Raman-induced Kerr effect, the pulse laser beam that has been linearly polarized by the first polarizer becomes elliptically polarized when passing through the sample, and in the second polarizer, Only light from the sample whose polarization has changed can be transmitted. As a result, the light detection means can detect only the light from the sample whose polarization has been changed by the molecular vibration of the sample, and generates an image of the sample displaying the position and state of the molecule excited by the molecular vibration. be able to.

上記発明において、前記第2の偏光素子と前記光検出手段との間に設けられ、選択された波長成分のみを透過させる波長選択手段を備えることとしてもよい。
このようにすることで、波長選択手段により、パルス列により励起された標本の分子振動によって偏光が変化した標本からの光のみを選択的に透過させ、分子の電子応答や配向変化などの分子振動以外の要因によって偏光が変化した標本からの光を遮断することができ、鮮明な標本のイメージを生成することができる。
In the above invention, a wavelength selection unit that is provided between the second polarizing element and the light detection unit and transmits only a selected wavelength component may be provided.
In this way, only the light from the sample whose polarization is changed by the molecular vibration of the sample excited by the pulse train is selectively transmitted by the wavelength selection means, and other than the molecular vibration such as the electronic response of the molecule or the orientation change. It is possible to block light from a sample whose polarization has changed due to the above factors, and to generate a clear sample image.

上記発明において、前記第1の偏光素子と前記合波手段との間にλ/4波長板を備えることとしてもよい。
このλ/4波長板を調節することで、他方の光路をパルスレーザ光が導光された結果、パルスレーザ光が経由する光学素子が有する複屈折性によって、標本面において楕円偏光となったパルスレーザ光を、直線偏光に変換することができる。これにより、パルス列により誘発された標本の分子運動によって偏光方向が変化した標本からの光のみを光検出器で検出することができ、標本のイメージのコントラストを向上することができる。
In the above invention, a λ / 4 wavelength plate may be provided between the first polarizing element and the multiplexing means.
By adjusting this λ / 4 wavelength plate, the pulse laser beam is guided along the other optical path, and as a result, the pulse that is elliptically polarized on the sample surface due to the birefringence of the optical element through which the pulse laser beam passes. Laser light can be converted into linearly polarized light. Thereby, only the light from the sample whose polarization direction has been changed by the molecular motion of the sample induced by the pulse train can be detected by the photodetector, and the contrast of the sample image can be improved.

上記発明において、前記第3の偏光素子と前記合波手段との間にλ/4波長板を備えることとしてもよい。
このようにすることで、ポンプパルス列を直線偏光から円偏光に変化させることができ、パルス列に誘起される標本中の分子の電子分極に起因する標本からの光(非共鳴成分)を抑制し、パルス列で励起された標本の分子振動に起因する標本からの光(共鳴成分)のみを検出することができ、鮮明な標本のイメージを生成することができる。
In the above invention, a λ / 4 wavelength plate may be provided between the third polarizing element and the multiplexing means.
By doing so, the pump pulse train can be changed from linearly polarized light to circularly polarized light, suppressing light (non-resonant component) from the sample due to electronic polarization of molecules in the sample induced in the pulse train, Only light (resonance component) from the specimen caused by molecular vibration of the specimen excited by the pulse train can be detected, and a clear specimen image can be generated.

上記発明において、前記光検出手段が、互いに直交する偏光成分を検出する第1の検出器と第2の検出器とを有し、前記標本と前記光検出手段との間に設けられたλ/4波長板と、該λ/4波長板を透過した光を互いに直交する偏光成分を有する光に分岐する分岐手段と、前記第1の検出器により検出された成分と前記第2の検出器により検出された成分との差分を算出する差分算出部とを備えることとしてもよい。   In the above invention, the light detection means includes a first detector and a second detector for detecting polarization components orthogonal to each other, and λ / provided between the sample and the light detection means. A four-wavelength plate, branching means for branching light transmitted through the λ / 4-wavelength plate into light having polarization components orthogonal to each other, a component detected by the first detector, and the second detector It is good also as providing the difference calculation part which calculates the difference with the detected component.

光学系、とくに集光レンズ等の光学素子を、第1の偏光素子で偏光を設定されたパルスレーザ光が透過することで、該偏光を設定されたパルスレーザ光の偏光が擾乱される。この場合、ポンプパルス列によって標本を励起しない状態においても、第2の偏光素子を透過するパルスレーザ光の偏光成分が発生するために、標本のイメージのコントラストが劣化する。ここで偏光が擾乱された結果、新たに生ずるパルスレーザ光の偏光成分に関して、標本面において第1の偏光素子の偏光軸を対称軸として線対称の関係を満たす二つの偏光成分については、標本からの光をλ/4波長板により楕円偏光に変換し、その二つの偏光成分の各々について互いに直交する偏光成分の差分を算出し足し合わせることで、上記の光学素子による偏光の擾乱に起因する成分を相殺することができる。したがって、パルス列により励起された標本の分子振動によって、偏光が変化した標本からの光のみを検出することができ、標本のイメージのコントラストを向上することができる。   The pulsed laser light whose polarization is set by the first polarizing element is transmitted through the optical system, particularly an optical element such as a condenser lens, whereby the polarization of the pulsed laser light set with the polarization is disturbed. In this case, even in a state where the sample is not excited by the pump pulse train, the polarization component of the pulsed laser light transmitted through the second polarizing element is generated, so that the contrast of the sample image is deteriorated. Here, regarding the polarization component of the pulse laser light newly generated as a result of the disturbance of the polarization, two polarization components satisfying a line symmetry relationship with the polarization axis of the first polarization element on the sample plane as the symmetry axis are obtained from the sample. Is converted into elliptically polarized light by a λ / 4 wavelength plate, and the difference between the polarized components orthogonal to each other is calculated and added for each of the two polarized components, thereby adding the components caused by the polarization disturbance caused by the optical element. Can be offset. Therefore, only the light from the sample whose polarization has been changed can be detected by the molecular vibration of the sample excited by the pulse train, and the contrast of the sample image can be improved.

本発明によれば、標本中の分子のテラヘルツ振動を利用して標本のイメージングを行うレーザ顕微鏡装置において、特定の分子振動に注目し、かつ高速にイメージングできるという効果を奏する。   According to the present invention, in a laser microscope apparatus that performs imaging of a specimen using terahertz vibrations of molecules in the specimen, there is an effect that attention can be paid to specific molecular vibrations and imaging can be performed at high speed.

本発明の第1の実施形態に係るレーザ顕微鏡装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a laser microscope apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1のパルス列変換装置の拡大図である。It is an enlarged view of the pulse train converter of FIG. 図2の各地点におけるパルスレーザ光の周波数の時間分布を示すグラフであり、(a)地点P、(b)地点Q、(c)地点Rにおける状態をそれぞれ示している。It is a graph which shows time distribution of the frequency of the pulse laser beam in each point of Drawing 2, and shows the state in (a) point P, (b) point Q, and (c) point R, respectively. 図2の地点Rにおけるパルスレーザ光の時間波形である。It is a time waveform of the pulse laser beam in the point R of FIG. 図1の地点Aにおけるパルスレーザ光の時間波形と周波数を示している。The time waveform and frequency of the pulse laser beam in the point A of FIG. 1 are shown. 図1の地点Bにおけるパルスレーザ光の時間波形と周波数を示している。The time waveform and frequency of the pulse laser beam in the point B of FIG. 1 are shown. 図1の地点Cにおけるパルスレーザ光の時間波形と周波数を示している。The time waveform and frequency of the pulse laser beam at the point C in FIG. 1 are shown. 図1の地点Dにおけるパルスレーザ光の時間波形を示している。The time waveform of the pulse laser beam in the point D of FIG. 1 is shown. 図1の地点Dにおけるパルスレーザ光の時間波形と周波数を示している。The time waveform and frequency of the pulse laser beam at the point D in FIG. 1 are shown. 図1の第1の変形例に係る地点Aと地点Bの時間波形と周波数を示している。The time waveform and the frequency of the point A and the point B which concern on the 1st modification of FIG. 1 are shown. 図1の第1の変形例に係るレーザ顕微鏡装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the laser microscope apparatus which concerns on the 1st modification of FIG. 図1の第2の変形例に係るレーザ顕微鏡装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the laser microscope apparatus which concerns on the 2nd modification of FIG. 本発明の第2の実施形態に係るレーザ顕微鏡装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the laser microscope apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図13の地点Eにおけるポンプ光の偏光状態を示す図である。It is a figure which shows the polarization state of the pump light in the point E of FIG. 図13の地点Eにおけるプローブ光の偏光方向の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the polarization direction of the probe light in the point E of FIG. ポンプ光とプローブ光の強度の時間プロファイルである。It is a time profile of the intensity of pump light and probe light. ポンプ光と標本からの光の強度の時間プロファイルである。It is a time profile of the intensity of the light from the pump light and the specimen. ポンプ光のパルス列の繰り返し周波数が、標本の分子振動に非共鳴の場合における、標本からの光の強度の時間プロファイルである。This is a time profile of the intensity of light from the specimen when the repetition frequency of the pulse train of pump light is non-resonant with the molecular vibration of the specimen. ポンプ光のパルス列の繰り返し周波数が、標本の分子振動に非共鳴の場合における、標本からの光の周波数スペクトルである。This is a frequency spectrum of light from the sample when the repetition frequency of the pulse train of pump light is non-resonant with the molecular vibration of the sample. ポンプ光のパルス列の繰り返し周波数が、標本の分子振動に共鳴した場合における、標本からの光の強度の時間プロファイルである。It is a time profile of the intensity of light from the specimen when the repetition frequency of the pulse train of pump light resonates with the molecular vibration of the specimen. ポンプ光の振動周波数が標本の分子振動に共鳴した場合における、標本からの光の周波数スペクトルである。It is the frequency spectrum of the light from a sample when the vibration frequency of pump light resonates with the molecular vibration of the sample. 図13の第1の変形例に係るレーザ顕微鏡装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the laser microscope apparatus which concerns on the 1st modification of FIG. 図22の地点Eにおけるポンプ光およびプローブ光の偏光状態を示す図である。It is a figure which shows the polarization state of the pump light and probe light in the point E of FIG. ポンプ光のパルス列の繰り返し周波数が、標本の分子振動に非共鳴の場合における、標本からの光の強度の時間プロファイルである。This is a time profile of the intensity of light from the specimen when the repetition frequency of the pulse train of pump light is non-resonant with the molecular vibration of the specimen. ポンプ光のパルス列の繰り返し周波数が、標本の分子振動に共鳴した場合における、標本からの光の強度の時間プロファイルである。It is a time profile of the intensity of light from the specimen when the repetition frequency of the pulse train of pump light resonates with the molecular vibration of the specimen. 図13の第2の変形例に係るレーザ顕微鏡装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the laser microscope apparatus which concerns on the 2nd modification of FIG. ポンプ光非照射時におけるポンプ光およびプローブ光の偏光状態を示す図であり、(a)λ/4波長板通過前、(b)λ/4波長板通過後、(c)直交する偏光成分の差分を示す図である。It is a figure which shows the polarization state of pump light and probe light at the time of non-irradiation of pump light, (a) Before passing through a λ / 4 wavelength plate, (b) After passing through a λ / 4 wavelength plate, (c) It is a figure which shows a difference. ポンプ光照射時におけるポンプ光およびプローブ光の偏光状態を示す図であり、(a)λ/4波長板通過前、(b)λ/4波長板通過後、(c)直交する偏光成分の差分を示す図である。It is a figure which shows the polarization state of pump light and probe light at the time of pump light irradiation, (a) Before (lambda) / 4 wavelength plate passage, (b) After (lambda) / 4 wavelength plate passage, (c) Difference of orthogonal polarization component FIG. プローブパルス列の偏光状態を示す図であり、(a)λ/4波長板通過前、(b)λ/4波長板通過後、(c)直交する偏光成分の差分を示す図である。It is a figure which shows the polarization state of a probe pulse train, (a) Before (lambda) / 4 wavelength plate passage, (b) After (lambda) / 4 wavelength plate passage, it is a figure which shows the difference of (c) orthogonal polarization components.

〔第1の実施形態〕
本発明の第1の実施形態に係るレーザ顕微鏡装置1について、図1から図12を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ顕微鏡装置1は、図1に示されるように、レーザ光源装置2と、レーザ光源装置2からのレーザ光を標本Sに照射して標本Sを観察するための顕微鏡本体3とを備えている。
[First Embodiment]
A laser microscope apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a laser microscope apparatus 1 according to the present embodiment includes a laser light source apparatus 2 and a microscope main body 3 for observing the specimen S by irradiating the specimen S with laser light from the laser light source apparatus 2. And.

レーザ光源装置2は、フェムト秒パルスレーザ光を出射する単一のレーザ光源4と、レーザ光源4から発せられたパルスレーザ光を2つに分岐するビームスプリッタ(分岐手段)5と、ビームスプリッタ5により分岐された2つのパルスレーザ光L1,L2をそれぞれ通過させる2つの光路6,7と、2つの光路6,7を通過してきた2つのパルスレーザ光を同軸に合波するレーザコンバイナ(合波手段)8とを備えている。   The laser light source device 2 includes a single laser light source 4 that emits femtosecond pulsed laser light, a beam splitter (branching means) 5 that branches the pulsed laser light emitted from the laser light source 4 into two, and a beam splitter 5. The two optical paths 6 and 7 through which the two pulse laser beams L1 and L2 branched by the laser beam L and L2 pass, respectively, and the two pulse laser beams that have passed through the two optical paths 6 and 7 are combined coaxially. Means) 8.

光路6には、パルスレーザ光L1の周波数帯域を調節可能な周波数調節装置9が設けられている。
周波数調節装置9は、例えば、所定の周波数帯域を透過するバンドパスフィルタを備えている(図示略)。
The optical path 6 is provided with a frequency adjusting device 9 that can adjust the frequency band of the pulsed laser light L1.
The frequency adjustment device 9 includes, for example, a bandpass filter that transmits a predetermined frequency band (not shown).

光路7には、パルスレーザ光L2の周波数を変化させるフォトニッククリスタルファイバ(周波数変換手段)10と、フォトニッククリスタルファイバ10通過後のパルスレーザ光L2’の所定の成分のみを透過させるフィルタ11と、パルスレーザ光L2’をパルス列に変換するパルス列変換装置(パルス列変換手段)30とが設けられている。   The optical path 7 includes a photonic crystal fiber (frequency converting means) 10 that changes the frequency of the pulsed laser light L2, and a filter 11 that transmits only a predetermined component of the pulsed laser light L2 ′ that has passed through the photonic crystal fiber 10. A pulse train conversion device (pulse train conversion means) 30 for converting the pulse laser beam L2 ′ into a pulse train is provided.

フォトニッククリスタルファイバ10は、通過させるパルスレーザ光L2の周波数帯域が、光路6を導光されるパルスレーザ光L1’と異なる周波数帯域となるように、パルスレーザ光L2の周波数帯域を高周波数側または低周波数側に変換して、パルスレーザ光L2’を生成するようになっている。   The photonic crystal fiber 10 sets the frequency band of the pulsed laser light L2 to the higher frequency side so that the frequency band of the pulsed laser light L2 to be transmitted is different from the frequency band of the pulsed laser light L1 ′ guided through the optical path 6. Alternatively, the pulse laser beam L2 ′ is generated by conversion to the low frequency side.

フィルタ11は、レーザ光源装置2から射出されたパルスレーザ光L2を遮断するとともに、フォトニッククリスタルファイバ10により周波数帯域が変換されたパルスレーザ光L2’を透過させるようになっている。   The filter 11 blocks the pulse laser light L2 emitted from the laser light source device 2 and transmits the pulse laser light L2 'whose frequency band has been converted by the photonic crystal fiber 10.

パルス列変換装置30は、パルスレーザ光L2’に周波数分散量を与える周波数調節装置(周波数分散調節手段)31と、パルスレーザ光L2’を2つの光路35,36に分岐するとともに、2つの光路35,36に分岐されたパルスレーザ光を合波する分岐合波器32と、分岐合波器32により分岐されたパルスレーザ光を反射する反射器33,34とを備えている。   The pulse train conversion device 30 includes a frequency adjusting device (frequency dispersion adjusting means) 31 that gives a frequency dispersion amount to the pulsed laser light L2 ′, and the pulsed laser light L2 ′ is branched into two optical paths 35 and 36, and two optical paths 35 , 36 includes a branching / multiplexing unit 32 that combines the pulsed laser beams that are branched, and reflectors 33 and 34 that reflect the pulsed laser beams branched by the branching / multiplexing unit 32.

周波数調節装置31は、前述の周波数調節装置9と同様の構成を有しており、パルスレーザ光L2’に与える周波数分散量を調節することができるようになっている。
分岐合波器32は、パルスレーザ光L2’を光路長が互いに異なる2つの光路35,36に分岐する分岐部32aと、分岐部32aにより分岐された2つの光路35,36を導光されてきたパルスレーザ光を合波する合波部32bとを備えている。
The frequency adjustment device 31 has the same configuration as the frequency adjustment device 9 described above, and can adjust the amount of frequency dispersion given to the pulse laser beam L2 ′.
The branching / multiplexing unit 32 is guided through the branching part 32a that branches the pulsed laser beam L2 ′ into two optical paths 35 and 36 having different optical path lengths, and the two optical paths 35 and 36 branched by the branching part 32a. And a multiplexing unit 32b for multiplexing the pulse laser beams.

反射器33,34は、それぞれ分岐部32aにより分岐されたパルスレーザ光を反射するミラー対33b,34bと、ミラー対33b,34bを光軸方向に移動させるステージ33a,34aとを備えている。反射器33,34は、ステージ33a,34aを動作させてミラー対33b,34bを光軸方向に移動させることで、光路35,36の光路長を変化させることができるようになっている。   The reflectors 33 and 34 include mirror pairs 33b and 34b that reflect the pulsed laser light branched by the branch portion 32a, and stages 33a and 34a that move the mirror pairs 33b and 34b in the optical axis direction. The reflectors 33 and 34 can change the optical path lengths of the optical paths 35 and 36 by operating the stages 33a and 34a and moving the mirror pairs 33b and 34b in the optical axis direction.

上記構成を有することで、パルス列変換装置30は、フィルタ11を透過してきたパルスレーザ光L2’を、標本S内の特定の分子運動を誘発する振動周波数で繰り返されるパルス列に変換するようになっている。   By having the above configuration, the pulse train conversion device 30 converts the pulse laser beam L2 ′ transmitted through the filter 11 into a pulse train repeated at an oscillation frequency that induces a specific molecular motion in the sample S. Yes.

ここで、パルス列変換装置30の詳細な動作について、図2から図4を用いて以下に説明する。
図2に示すように、周波数調節装置31の入射側(フィルタ11と周波数調節装置31との間)の一点を地点P、周波数調節装置31と分岐合波器32との間の一点を地点Q、分岐合波器32の出射側(分岐合波器32とレーザコンバイナ8との間)の一点を地点Rとする。これら地点P,Q,Rの各地点におけるパルスレーザ光の周波数の時間分布が、図3(a)〜図3(c)にそれぞれ示されている。
Here, the detailed operation of the pulse train converter 30 will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, one point on the incident side of the frequency adjusting device 31 (between the filter 11 and the frequency adjusting device 31) is a point P, and one point between the frequency adjusting device 31 and the branching multiplexer 32 is a point Q. A point R is defined as one point on the emission side of the branching multiplexer 32 (between the branching multiplexer 32 and the laser combiner 8). The time distribution of the frequency of the pulse laser beam at each of these points P, Q, and R is shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c), respectively.

地点Pにおけるパルスレーザ光L2’は、図3(a)に示すように、周波数ω0を中心周波数とし、例えばフェムト秒レーザ光のように、比較的広い周波数スペクトル帯域(パルス幅の狭い)を有するパルスレーザ光である。   As shown in FIG. 3A, the pulse laser beam L2 ′ at the point P has a frequency ω0 as the center frequency, and has a relatively wide frequency spectrum band (narrow pulse width), such as femtosecond laser beam. Pulse laser light.

地点Qにおけるパルスレーザ光L2’’は、図3(b)に示すように、周波数調節装置31の作動により、時間軸方向の周波数成分の傾き(チャープレート)が変化させられて、周波数成分が時間軸上に分散されたパルスレーザ光である。この際、パルスレーザ光L2’’の周波数スペクトル帯域をΔω、パルス幅をΔτとした場合、チャープレートCはΔω/Δτと表わされる。   As shown in FIG. 3B, the pulse laser beam L2 ″ at the point Q is changed in frequency component inclination (char plate) in the time axis direction by the operation of the frequency adjusting device 31, and the frequency component is changed. It is pulsed laser light dispersed on the time axis. At this time, when the frequency spectrum band of the pulse laser beam L2 ″ is Δω and the pulse width is Δτ, the chirp plate C is expressed as Δω / Δτ.

地点Rにおけるパルスレーザ光L5は、図3(c)に示すように、光路35を導光されたパルスレーザ光L3と光路36を導光されたパルスレーザ光L4とが合波されたパルスレーザ光である。パルスレーザ光L3とパルスレーザ光L4は、それぞれを導光する光路35と光路36の光路長が異なるため、時間軸上においてずれた周波数成分を有している。この際、光路35と光路36との時間差は、パルス遅延時間Tと表わされる。   As shown in FIG. 3C, the pulse laser beam L5 at the point R is a pulse laser in which the pulse laser beam L3 guided through the optical path 35 and the pulse laser beam L4 guided through the optical path 36 are combined. Light. The pulsed laser light L3 and the pulsed laser light L4 have different frequency components on the time axis because the optical path lengths of the optical path 35 and the optical path 36 for guiding the pulse laser light L3 and the optical path 36 are different. At this time, the time difference between the optical path 35 and the optical path 36 is expressed as a pulse delay time T.

上記のように、パルス列変換装置30は、合波部32b上において、光路35と光路36を導光されてきたパルスレーザ光の時間的タイミングを異ならせることができる。これにより、図4に示すように、光路35,36に分岐されたパルスレーザ光を干渉させて、標本S内の特定の分子運動を誘発する振動周波数で繰り返されるパルス列に変換することができる。   As described above, the pulse train conversion device 30 can vary the temporal timing of the pulse laser light guided through the optical path 35 and the optical path 36 on the multiplexing unit 32b. As a result, as shown in FIG. 4, the pulsed laser light branched into the optical paths 35 and 36 can be interfered and converted into a pulse train that is repeated at an oscillation frequency that induces a specific molecular motion in the sample S.

このパルス列の繰り返し時間間隔はπ/CT、繰り返し周波数はCT/πとして表わされる。ここで、前述のように、Cは時間軸方向の周波数成分の傾き(チャープレート)、Tは光路35と光路36との時間差(パルス遅延時間)である。
また、パルス列の時間波形|E|は以下のように表わされる。
The repetition time interval of this pulse train is represented as π / CT, and the repetition frequency is represented as CT / π. Here, as described above, C is the slope of the frequency component in the time axis direction (char plate), and T is the time difference (pulse delay time) between the optical path 35 and the optical path 36.
The time waveform | E | 2 of the pulse train is expressed as follows.

Figure 0005508899
ここで、Eはパルス列の振幅、ωはパルスレーザ光の中心周波数を表わしている。
Figure 0005508899
Here, E 0 represents the amplitude of the pulse train, and ω 0 represents the center frequency of the pulse laser beam.

上述のように、パルス列変換装置30は、チャープレートCとパルス遅延時間Tを変化させることで、パルス列の振動周波数を変化させることができる。すなわち、パルス列変換装置30は、チャープレートCとパルス遅延時間Tを適切に調整することで、テラヘルツ振動相当のパルス列を生成することができる。   As described above, the pulse train conversion device 30 can change the vibration frequency of the pulse train by changing the chirp plate C and the pulse delay time T. That is, the pulse train converter 30 can generate a pulse train equivalent to terahertz vibration by appropriately adjusting the chirp plate C and the pulse delay time T.

顕微鏡本体3は、例えばレーザ走査型顕微鏡であって、図1に示すように、レーザ光源装置2から出射されたパルスレーザ光L5を2次元的に走査するスキャナ12と、レンズ群20と、スキャナ12により走査されたパルスレーザ光L3を標本S面に集光する集光レンズ13と、標本Sからの光を集光する集光レンズ15と、集光レンズ15により集光された標本Sからの光を検出する光検出器(光検出手段)16と、集光レンズ15と光検出器16との間に設けられ標本Sからの光のみを透過させるフィルタ(周波数選択手段)14と、標本Sを載置するステージ18とを備えている。   The microscope main body 3 is, for example, a laser scanning microscope, and as shown in FIG. 1, a scanner 12 that two-dimensionally scans the pulsed laser light L5 emitted from the laser light source device 2, a lens group 20, and a scanner From the condenser lens 13 that condenses the pulsed laser light L3 scanned by 12 on the surface of the specimen S, the condenser lens 15 that condenses the light from the specimen S, and the specimen S that is condensed by the condenser lens 15 A light detector (light detecting means) 16 for detecting the light of the light, a filter (frequency selecting means) 14 provided between the condenser lens 15 and the light detector 16 and transmitting only the light from the specimen S, and the specimen And a stage 18 on which S is placed.

上記構成を有するレーザ顕微鏡装置1の作用について以下に説明する。
レーザ光源4を作動させてパルスレーザ光を出射させると、レーザ光源4から発せられたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ5により2つの光路6,7に分岐される。ここで、図1の地点Aにおけるパルスレーザ光は、図5に示すように、時間幅の狭い(周波数幅の広い)フェムト秒パルスレーザ光である。
The operation of the laser microscope apparatus 1 having the above configuration will be described below.
When the laser light source 4 is operated to emit pulsed laser light, the pulsed laser light emitted from the laser light source 4 is branched into two optical paths 6 and 7 by the beam splitter 5. Here, as shown in FIG. 5, the pulse laser beam at the point A in FIG. 1 is a femtosecond pulse laser beam having a narrow time width (wide frequency width).

光路6に分岐されたパルスレーザ光L1は、光路6上に配置されている周波数調節装置9を通過させられることにより、パルスレーザ光L1の一定の周波数が切り出される。ここで、図1の地点Bにおけるパルスレーザ光L1’は、図6に示すように、周波数調節装置9により、パルス時間幅が広がったパルスレーザ光である。このパルスレーザ光L1’はプローブパルス列として用いられる。   The pulsed laser light L1 branched to the optical path 6 is passed through a frequency adjusting device 9 disposed on the optical path 6, whereby a constant frequency of the pulsed laser light L1 is cut out. Here, the pulse laser beam L1 'at the point B in FIG. 1 is a pulse laser beam whose pulse time width is widened by the frequency adjusting device 9, as shown in FIG. This pulse laser beam L1 'is used as a probe pulse train.

一方、第2の光路7に分岐されたパルスレーザ光L2は、ミラー19によって偏向された後、フォトニッククリスタルファイバ10を通過させられることにより、光路6のパルスレーザ光L1と異なる周波数帯域を有するパルスレーザ光L2’となる。また、同時に、パルスレーザ光L2’にはフォトニッククリスタルファイバ10を通過することにより所定の周波数分散量が与えられる。ここで、図1の地点Cにおけるパルスレーザ光L2’は、図7に示すように、フォトニッククリスタルファイバ10により、周波数が変換されるとともに、パルス時間幅が広がったチャープを有するパルスレーザ光である。   On the other hand, the pulsed laser light L2 branched to the second optical path 7 is deflected by the mirror 19 and then passed through the photonic crystal fiber 10, thereby having a frequency band different from that of the pulsed laser light L1 in the optical path 6. The pulse laser beam L2 ′ is obtained. At the same time, the pulse laser beam L2 'is given a predetermined frequency dispersion amount by passing through the photonic crystal fiber 10. Here, the pulse laser beam L2 ′ at the point C in FIG. 1 is a pulse laser beam having a chirp whose frequency is converted by the photonic crystal fiber 10 and the pulse time width is widened as shown in FIG. is there.

フォトニッククリスタルファイバ10を通過したパルスレーザ光L2’は、フィルタ11を透過することで不要成分(パルスレーザ光L2)が除去されてパルス列変換装置30に入射する。   The pulsed laser beam L2 'that has passed through the photonic crystal fiber 10 passes through the filter 11 to remove unnecessary components (pulsed laser beam L2) and enters the pulse train converter 30.

パルス列変換装置30では、周波数調節装置31によりパルスレーザ光L2’に周波数分散量が与えられ、分岐合波器32により光路長の異なる2つの光路35,36に分岐される。また、光路35,36に分岐されたパルスレーザ光L3,L4は、反射器33,34によりそれぞれ反射され、分岐合波器32により合波される。   In the pulse train converter 30, the frequency adjusting device 31 gives a frequency dispersion amount to the pulsed laser light L <b> 2 ′, and the branching multiplexer 32 branches the optical paths 35 and 36 with different optical path lengths. Further, the pulse laser beams L3 and L4 branched to the optical paths 35 and 36 are reflected by the reflectors 33 and 34, respectively, and are combined by the branching multiplexer 32.

このようにすることで、図8に示すように、合波部32b上において、パルスレーザ光L3,L4の時間的タイミングを異ならせることができる。これにより、図9に示すように、2つの光路35,36に分岐されたパルスレーザ光L3,L4を干渉させて、標本S内の特定の分子運動を誘発する振動周波数で繰り返されるパルス列(パルスレーザ光)L5に変換される。このパルス列(パルスレーザ光)L5はポンプパルス列として用いられる。   By doing in this way, as shown in FIG. 8, the temporal timings of the pulse laser beams L3 and L4 can be varied on the multiplexing unit 32b. As a result, as shown in FIG. 9, the pulse laser beams L3 and L4 branched into the two optical paths 35 and 36 are caused to interfere with each other, and a pulse train (pulses) repeated at an oscillation frequency that induces a specific molecular motion in the sample S. Laser beam) L5. This pulse train (pulse laser beam) L5 is used as a pump pulse train.

その後、パルスレーザ光L1’(プローブパルス列)とパルスレーザ光L5(ポンプパルス列)は、レーザコンバイナ8によって同軸に合波され、合波されたパルスレーザ光L6は顕微鏡本体3に入射する。
顕微鏡本体3に入射したパルスレーザ光L6は、スキャナ12によって2次元的に走査された後、レンズ群20と集光レンズ13を介して標本S面上に集光される。標本Sを通過したパルスレーザ光L1’(プローブパルス列)は、標本Sを挟んで集光レンズ13とは反対側に配置された集光レンズ15によって集光され、フィルタ14により不要成分(ポンプパルス列L5)が除去された後に、光検出器16により検出される。
Thereafter, the pulse laser beam L 1 ′ (probe pulse train) and the pulse laser beam L 5 (pump pulse train) are coaxially combined by the laser combiner 8, and the combined pulse laser beam L 6 is incident on the microscope body 3.
The pulsed laser light L6 incident on the microscope main body 3 is two-dimensionally scanned by the scanner 12 and then condensed on the sample S surface through the lens group 20 and the condenser lens 13. The pulsed laser beam L1 ′ (probe pulse train) that has passed through the sample S is condensed by the condensing lens 15 disposed on the opposite side of the condensing lens 13 with the sample S interposed therebetween, and is unnecessary by the filter 14 (pump pulse train). After L5) is removed, it is detected by the photodetector 16.

ここで、標本S面上のパルスレーザ光L6が集光された各位置において、ポンプパルス列L5により、標本中の特定の分子振動が励起される(マルチパルスインパルシブ誘導ラマン散乱)。この分子振動により、標本Sを通過するパルスレーザ光L6(パルスレーザ光L1’)、すなわち光検出器16により検出される標本Sからの光の強度が変化する。したがって、パルスレーザ光L6の標本S面上での集光位置の座標と、光検出器16により検出された標本Sからの光の強度とを対応づけて記憶することにより、2次元的な標本Sのイメージを得ることができる。   Here, specific molecular vibrations in the sample are excited by the pump pulse train L5 at each position where the pulsed laser light L6 on the sample S surface is condensed (multipulse impulse stimulated Raman scattering). By this molecular vibration, the intensity of the pulse laser beam L6 (pulse laser beam L1 ') passing through the sample S, that is, the intensity of light from the sample S detected by the photodetector 16 changes. Accordingly, by storing the coordinates of the condensing position of the pulse laser beam L6 on the sample S surface and the intensity of the light from the sample S detected by the photodetector 16, the two-dimensional sample is stored. An image of S can be obtained.

以上のように、本実施形態に係るレーザ顕微鏡装置1によれば、パルス列変換装置30により変換されたポンプパルス列L5により、標本S中の特定の分子振動が励起され(マルチパルスインパルシブ誘導ラマン散乱)、この分子振動により、光検出器16により検出される標本Sからの光(パルスレーザ光L1’)の強度が変化する。したがって、この標本Sからの光の強度の変化から、ポンプパルス列L5により励起された分子振動と該分子の位置を標本Sのイメージに表示することができる。この際、スキャナ12により標本S上でパルスレーザ光を走査しているので、標本Sを載置したステージ18を集光レンズ13の光軸に直交する方向に移動させる必要がなく、イメージの生成処理を高速で行うことができる。   As described above, according to the laser microscope apparatus 1 according to the present embodiment, specific molecular vibrations in the sample S are excited by the pump pulse train L5 converted by the pulse train converter 30 (multipulse impulse stimulated Raman scattering). ), The intensity of light (pulse laser beam L1 ′) from the specimen S detected by the photodetector 16 changes due to this molecular vibration. Therefore, the molecular vibration excited by the pump pulse train L5 and the position of the molecule can be displayed on the image of the sample S from the change in the intensity of light from the sample S. At this time, since the pulse laser beam is scanned on the specimen S by the scanner 12, it is not necessary to move the stage 18 on which the specimen S is placed in a direction perpendicular to the optical axis of the condenser lens 13, and image generation is performed. Processing can be performed at high speed.

また、パルス列変換装置30において、2つの光路35,36を導光されてきたパルスレーザ光L3,L4の時間的タイミングを異ならせることで、2つの光路35,36に分岐されたパルスレーザ光L3,L4を干渉させて、標本内の特定の分子振動の周波数に一致した周波数で繰返されるポンプパルス列L5に変換することができる。また、2つの光路35,36の光路長を変化させることで、ポンプパルス列L5の繰り返し周波数を変化させることができる。   Further, in the pulse train conversion device 30, the pulse laser light L3 branched into the two optical paths 35 and 36 is made different by changing the time timing of the pulse laser lights L3 and L4 guided through the two optical paths 35 and 36. , L4 can be made to interfere and converted into a pump pulse train L5 that is repeated at a frequency that matches the frequency of a particular molecular vibration in the sample. Further, by changing the optical path lengths of the two optical paths 35 and 36, the repetition frequency of the pump pulse train L5 can be changed.

また、パルス列変換装置30に周波数分散量調節装置31を備えることで、分岐部32aに導光されるパルスレーザ光L2’’の周波数成分を時間軸上に分散させることができる。このため、例えばフェムト秒レーザ光のように比較的広い周波数スペクトル帯域を有するパルスレーザ光であっても、時間軸上の各時刻において、比較的狭い周波数スペクトル帯域を有するパルスレーザ光にすることができる。これにより、分岐部32aに導光されるパルスレーザ光L2’’の周波数スペクトル帯域に関わらず、2つの光路35,36に分岐されたパルスレーザ光を干渉させて、標本S内の特定の分子振動を励起する振動周波数で繰り返されるポンプパルス列L5に変換することができる。また、分岐部32aに導光されるパルスレーザ光L2’’の周波数分散量を調節することで、ポンプパルス列L5の繰り返し周波数を変化させることができる。   Moreover, by providing the pulse train conversion device 30 with the frequency dispersion amount adjusting device 31, the frequency component of the pulsed laser light L2 '' guided to the branching portion 32a can be dispersed on the time axis. For this reason, even a pulse laser beam having a relatively wide frequency spectrum band such as a femtosecond laser beam can be converted into a pulse laser beam having a relatively narrow frequency spectrum band at each time on the time axis. it can. As a result, regardless of the frequency spectrum band of the pulsed laser light L2 ″ guided to the branching part 32a, the pulsed laser light branched into the two optical paths 35 and 36 is caused to interfere with each other, so that a specific molecule in the sample S It can be converted into a pump pulse train L5 that is repeated at the vibration frequency that excites the vibration. Further, the repetition frequency of the pump pulse train L5 can be changed by adjusting the frequency dispersion amount of the pulsed laser light L2 '' guided to the branching section 32a.

また、レーザ光源4から射出されたパルスレーザ光を2つの光路6,7に分岐し、これらパルスレーザ光L1,L2の周波数を互いに異なる周波数に変換することで、単一のレーザ光源4から発生したパルスレーザ光から、2つの異なる周波数(色)を有するパルスレーザ光を得ることができる。これにより、これらパルスレーザ光を容易に分光することができるとともに、これらパルスレーザ光のレーザ光源4を共通化して装置構成を簡略化することができる。   In addition, the pulse laser beam emitted from the laser light source 4 is branched into two optical paths 6 and 7, and the frequency of the pulse laser beams L1 and L2 is converted into different frequencies to generate from a single laser light source 4. A pulsed laser beam having two different frequencies (colors) can be obtained from the pulsed laser beam. Thus, the pulse laser light can be easily dispersed, and the laser light source 4 for the pulse laser light can be shared to simplify the apparatus configuration.

なお、集光レンズ13とレンズ群20との間に、所定の透過/反射率を有するビームスプリッタ、その後段にフィルタと光検出器とを設け、ビームスプリッタにより分岐された標本Sからの光を検出することとしてもよい。   A beam splitter having a predetermined transmittance / reflectance is provided between the condensing lens 13 and the lens group 20, and a filter and a photodetector are provided at the subsequent stage, and light from the sample S branched by the beam splitter is received. It may be detected.

また、2つの光路6,7のいずれか一方に、光路長を調節する光路調節装置を設けることで、2つの光路6,7を導光されるパルスレーザ光の標本S面上における時間的なタイミングを調節することができる。   Further, by providing an optical path adjusting device for adjusting the optical path length in either one of the two optical paths 6 and 7, the time of the pulse laser beam guided through the two optical paths 6 and 7 on the sample S surface is temporally adjusted. The timing can be adjusted.

〔第1の変形例〕
本実施形態に係るレーザ顕微鏡装置1の第1の変形例について以下に説明する。
本変形例に係る周波数調節装置9は、プローブパルス列の周波数分散を調節するものである。この場合において、分散調節装置9を通過するパルスレーザ光L1には、所定の周波数分散量が与えられる。その結果、図10に示すように、プローブパルス列(パルスレーザ光)L1’の時間幅は広がる。プローブパルス列L1’の時間幅を、ポンプパルス列(パルスレーザ光)L5の時間幅に近づくように周波数分散を調節し、ポンプパルス列L5とプローブパルス列L1’の時間的な重なりを大きくすることで、インパルシブ誘導ラマン散乱に起因したプローブパルス列L1’の強度変化を効率化することができる。
[First Modification]
A first modification of the laser microscope apparatus 1 according to this embodiment will be described below.
The frequency adjusting device 9 according to this modification adjusts the frequency dispersion of the probe pulse train. In this case, a predetermined frequency dispersion amount is given to the pulsed laser light L1 passing through the dispersion adjusting device 9. As a result, as shown in FIG. 10, the time width of the probe pulse train (pulse laser beam) L1 ′ is widened. By adjusting the frequency dispersion so that the time width of the probe pulse train L1 ′ approaches the time width of the pump pulse train (pulse laser beam) L5, the time overlap between the pump pulse train L5 and the probe pulse train L1 ′ is increased. The intensity change of the probe pulse train L1 ′ due to stimulated Raman scattering can be made efficient.

本変形例に係る周波数調節装置9は、例えば、所定の周波数分散量を有したガラス部材(図示略)で構成されていても良い。また、例えば、相互の間隔を調節可能な一対のプリズム(図示略)と、ミラー(図示略)で構成されていても良い。一対のプリズムを通過したパルスレーザ光L1は、ミラーによって折り返された後に再度プリズム対を通過し、同一の光路6上に戻されるようになっている。この場合に、プリズムの間隔を調節することにより、周波数調節装置9を通過するパルスレーザ光L1’に与える周波数分散量を調節することができるようになっている。また、上記一対のプリズムの代わりに一対の回折格子(図示略)を用いてもよい。   The frequency adjusting device 9 according to the present modification may be constituted by, for example, a glass member (not shown) having a predetermined frequency dispersion amount. Further, for example, it may be configured by a pair of prisms (not shown) and a mirror (not shown) whose distance can be adjusted. The pulse laser beam L1 that has passed through the pair of prisms is returned by the mirror, then passes through the prism pair again, and is returned to the same optical path 6. In this case, the amount of frequency dispersion given to the pulse laser beam L1 'passing through the frequency adjusting device 9 can be adjusted by adjusting the interval between the prisms. A pair of diffraction gratings (not shown) may be used instead of the pair of prisms.

図11に示すように、本変形例に係るレーザ顕微鏡装置101は、図1に示す構成要素に加えて、光検出器16の前段に周波数選択装置(周波数選択手段)14’を備えている。光検出器16で検出される標本Sからの光(プローブパルス列)には、コヒーレントアンチストークスラマン散乱光(CARS光)が含まれている。このCARS光はポンプパルス列とプローブパルス列により発生し、そのエネルギーはプローブパルス列に比べ、周波数が標本S中の特定の分子振動のエネルギー分(テラヘルツ領域の振動相当分)だけ大きい。図1に示す本発明の第1の実施形態におけるフィルタ14では、このCARS光成分は除去されないため、光検出器16において標本Sからの光(プローブパルス列の強度変化)を検出する際に、このCARS光も含まれた状態で検出される。そこで、本変形例に係るレーザ顕微鏡装置101では、周波数選択装置(周波数選択手段)14’により、CARS光成分を除去することができる。こうすることで、プローブパルス列の強度変化をコントラスト良く検出することが可能となる。   As shown in FIG. 11, the laser microscope apparatus 101 according to this modification includes a frequency selection device (frequency selection means) 14 ′ in front of the photodetector 16 in addition to the components shown in FIG. The light (probe pulse train) from the sample S detected by the photodetector 16 includes coherent anti-Stokes Raman scattering light (CARS light). This CARS light is generated by a pump pulse train and a probe pulse train, and the energy of the CARS light is larger than that of the probe pulse train by the energy of specific molecular vibration in the sample S (corresponding to vibration in the terahertz region). In the filter 14 in the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, this CARS light component is not removed. Therefore, when the light from the sample S (intensity change of the probe pulse train) is detected by the photodetector 16, this CARS light component is removed. It is detected in a state where CARS light is also included. Therefore, in the laser microscope apparatus 101 according to this modification, the CARS light component can be removed by the frequency selection device (frequency selection means) 14 '. By doing so, it is possible to detect the intensity change of the probe pulse train with good contrast.

周波数選択装置14’は、例えば、特定の周波数帯域を通過させるフィルタ(図示略)であってもよい。また、周波数選択装置14’は、例えば、回折格子で構成される分光装置(図示略)であってもよい。   The frequency selection device 14 ′ may be, for example, a filter (not shown) that allows a specific frequency band to pass. Further, the frequency selection device 14 ′ may be, for example, a spectroscopic device (not shown) configured with a diffraction grating.

また、周波数選択装置14’において、プローブパルス列を除去し、標本Sからの光としてCARS光のみを光検出器16で検出してもよい。CARS光も標本中の特定の分子振動の情報が反映した光であるため、標本中の特定の分子振動の2次元イメージングが可能となる。   In the frequency selection device 14 ′, the probe pulse train may be removed and only the CARS light as the light from the sample S may be detected by the photodetector 16. Since the CARS light also reflects information on specific molecular vibrations in the sample, two-dimensional imaging of specific molecular vibrations in the sample becomes possible.

また、周波数選択装置14’は、図1に示すフィルタ14の役割も兼ね、フィルタ14を除いても良い。このようにすることで、装置構成を簡略化することが可能となる。   Further, the frequency selection device 14 ′ also serves as the filter 14 shown in FIG. 1 and may omit the filter 14. By doing in this way, it becomes possible to simplify an apparatus structure.

また、周波数変換手段10として、フォトニッククリスタルファイバの代わりに、周波数変換機能・作用を持つ、バルク、薄膜、フィルム、フォトニック結晶構造体、OPO(Optical Parameteric Amplifier)のいずれかを用いても良い。   Further, as the frequency conversion means 10, any of bulk, thin film, film, photonic crystal structure, and OPO (Optical Parameteric Amplifier) having a frequency conversion function / action may be used instead of the photonic crystal fiber. .

〔第2の変形例〕
本実施形態に係るレーザ顕微鏡装置1の第2の変形例について以下に説明する。
図12に示すように、本変形例に係るレーザ顕微鏡装置101は、図1に示す構成要素に加えて、光路6に配置された強度変調素子(強度変調手段)41と、光検出器16の感度を調節するロックインアンプ(感度調節手段)42とを備えている。
[Second Modification]
A second modification of the laser microscope apparatus 1 according to this embodiment will be described below.
As shown in FIG. 12, the laser microscope apparatus 101 according to the present modification includes an intensity modulation element (intensity modulation means) 41 disposed in the optical path 6 in addition to the components shown in FIG. And a lock-in amplifier (sensitivity adjusting means) 42 for adjusting the sensitivity.

強度変調素子41は、光路6を導光されるパルスレーザ光L1’の注目成分の強度を変調するようになっている。
ロックインアンプ42は、強度変調素子41に同期して、光検出器16における強度変調素子41により強度の変調された注目成分の検出感度を調節するようになっている。
The intensity modulation element 41 modulates the intensity of the target component of the pulsed laser beam L1 ′ guided through the optical path 6.
The lock-in amplifier 42 adjusts the detection sensitivity of the target component whose intensity is modulated by the intensity modulation element 41 in the photodetector 16 in synchronization with the intensity modulation element 41.

本変形例に係るレーザ顕微鏡装置101によれば、パルスレーザ光L1’の注目成分に対応する標本Sからの光の検出感度を向上することができる。これにより、ノイズを低減しつつ、パルスレーザ光L1’の注目成分に対応する部分が強調された標本Sのイメージを生成することができる。
なお、本変形例に係るレーザ顕微鏡装置101において、強度変調素子41を光路7に配置して、パルスレーザ光L2’の注目成分の強度を変調することとしてもよい。
According to the laser microscope apparatus 101 according to this modification, it is possible to improve the detection sensitivity of light from the specimen S corresponding to the component of interest of the pulsed laser light L1 ′. As a result, it is possible to generate an image of the sample S in which the portion corresponding to the target component of the pulsed laser light L1 ′ is emphasized while reducing noise.
In the laser microscope apparatus 101 according to the present modification, the intensity modulation element 41 may be disposed in the optical path 7 to modulate the intensity of the target component of the pulsed laser light L2 ′.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態に係るレーザ顕微鏡装置102について、主に図13から図21を参照して説明する。
本実施形態に係るレーザ顕微鏡装置102が第1の実施形態に係るレーザ顕微鏡装置1と異なる点は、プローブ光自体の強度変化ではなく、ポンプパルス列によって励起される標本中の特定の分子振動に起因する、標本における過渡的な屈折率変化(ラマン誘起カー効果)の異方性によって生ずる、プローブ光の偏光の変化を検出する点である。以下、本実施形態のレーザ顕微鏡装置102について、第1の実施形態に係るレーザ顕微鏡装置1と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a laser microscope apparatus 102 according to the second embodiment of the present invention will be described mainly with reference to FIGS.
The difference between the laser microscope apparatus 102 according to the present embodiment and the laser microscope apparatus 1 according to the first embodiment is not due to a change in the intensity of the probe light itself but to a specific molecular vibration in the sample excited by the pump pulse train. In other words, the change in the polarization of the probe light caused by the anisotropy of the transient refractive index change (Raman induced Kerr effect) in the sample is detected. Hereinafter, with respect to the laser microscope apparatus 102 of the present embodiment, a description of points that are common to the laser microscope apparatus 1 according to the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.

本実施形態に係るレーザ顕微鏡装置102は、図13に示されるように、レーザ光源装置62と、レーザ光源装置62からのレーザ光を標本Sに照射して標本Sを観察するための顕微鏡本体63とを備えている。   As shown in FIG. 13, the laser microscope apparatus 102 according to the present embodiment includes a laser light source apparatus 62 and a microscope main body 63 for observing the specimen S by irradiating the specimen S with laser light from the laser light source apparatus 62. And.

レーザ光源装置62は、図1に示すレーザ光源装置2の構成要素に加えて、光路6に設けられた偏光素子(第1の偏光素子)51およびλ/4波長板54と、光路7に設けられた偏光素子(第3の偏光素子)53とを備えている。
顕微鏡本体63は、図1に示す顕微鏡本体3の構成要素に加えて、標本Sと光検出器16との間に設けられた偏光素子(第2の偏光素子)52を備えている。
In addition to the components of the laser light source device 2 shown in FIG. 1, the laser light source device 62 is provided in the optical path 7 with a polarizing element (first polarizing element) 51 and a λ / 4 wavelength plate 54 provided in the optical path 6. The polarizing element (third polarizing element) 53 is provided.
The microscope main body 63 includes a polarizing element (second polarizing element) 52 provided between the specimen S and the photodetector 16 in addition to the components of the microscope main body 3 shown in FIG.

偏光素子51は、光路6における周波数調節装置9とレーザコンバイナ8との間に設けられており、光路6を導光されるパルスレーザ光L1’の偏光を所定の直線偏光に設定するようになっている。   The polarizing element 51 is provided between the frequency adjusting device 9 and the laser combiner 8 in the optical path 6, and sets the polarization of the pulsed laser light L1 ′ guided through the optical path 6 to a predetermined linearly polarized light. ing.

偏光素子53は、光路7におけるパルス列変換装置30とレーザコンバイナ8との間に設けられており、偏光素子51の偏光軸に対して0°から90°の範囲の角をなす所定方向に偏光軸が設定されている。ここでは、偏光素子53は、偏光素子51の偏光軸に対して45°をなす方向に偏光軸が設定されていることとして説明する。   The polarizing element 53 is provided between the pulse train converter 30 and the laser combiner 8 in the optical path 7, and has a polarization axis in a predetermined direction that forms an angle in the range of 0 ° to 90 ° with respect to the polarization axis of the polarizing element 51. Is set. Here, the polarization element 53 will be described as having a polarization axis set in a direction of 45 ° with respect to the polarization axis of the polarization element 51.

偏光素子52は、標本Sと光検出器16との間に設けられており、偏光素子51の偏光軸に直交する方向に偏光軸が設定されている。   The polarization element 52 is provided between the sample S and the photodetector 16, and the polarization axis is set in a direction orthogonal to the polarization axis of the polarization element 51.

λ/4波長板54は、直交する偏光成分の間に位相差を生じさせる複屈折素子であり、偏光素子51とレーザコンバイナ8との間に設けられている。具体的には、λ/4波長板54は、光路6を導光されるパルスレーザ光L1’の互いに直交する偏光成分の間に位相差π/2(90°)を生じさせ、パルスレーザ光L1’を楕円偏光もしくは円偏光から直線偏光に変換するようになっている。すなわち、λ/4波長板54は、偏光素子51で直線偏光に設定されたパルスレーザ光L1’が、レンズ群20および集光レンズ13を経由することで標本S上の地点Eにおいて楕円偏光となる場合に、再び直線偏光となるように補正できるようになっている。   The λ / 4 wavelength plate 54 is a birefringent element that generates a phase difference between orthogonally polarized components, and is provided between the polarizing element 51 and the laser combiner 8. Specifically, the λ / 4 wavelength plate 54 generates a phase difference π / 2 (90 °) between mutually orthogonal polarization components of the pulse laser beam L1 ′ guided through the optical path 6, and the pulse laser beam L1 ′ is converted from elliptically polarized light or circularly polarized light into linearly polarized light. In other words, the λ / 4 wavelength plate 54 is configured so that the pulsed laser light L1 ′ set to linearly polarized light by the polarizing element 51 passes through the lens group 20 and the condenser lens 13 and becomes elliptically polarized at a point E on the sample S. In such a case, it can be corrected so as to become linearly polarized light again.

上記構成を有するレーザ顕微鏡装置102の作用について以下に説明する。
レーザ光源4を作動させてパルスレーザ光を出射させると、レーザ光源4から発せられたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ5により2つの光路6,7に分岐される。
光路6に分岐されたパルスレーザ光L1の一部は、光路6上に配置されている周波数調節装置9(バンドパスフィルタ)によって選択される(パルスレーザ光L1’)。このパルスレーザ光L1’はプローブパルス列として用いられ、そのエネルギー幅が10から数10波数程度であって、かつ時間幅が数ピコ秒から10ピコ秒程度の光パルスである。
The operation of the laser microscope apparatus 102 having the above configuration will be described below.
When the laser light source 4 is operated to emit pulsed laser light, the pulsed laser light emitted from the laser light source 4 is branched into two optical paths 6 and 7 by the beam splitter 5.
A part of the pulsed laser light L1 branched to the optical path 6 is selected by the frequency adjusting device 9 (bandpass filter) disposed on the optical path 6 (pulsed laser light L1 ′). This pulse laser beam L1 ′ is used as a probe pulse train, and is an optical pulse having an energy width of about 10 to several tens of wave numbers and a time width of about several picoseconds to about 10 picoseconds.

一方、第2の光路7に分岐されたパルスレーザ光L2は、ミラー19によって偏向された後、周波数変換手段10を通過させられることにより、光路6のパルスレーザ光L1と異なる周波数帯域を有するパルスレーザ光L2’となる。また、同時に、パルスレーザ光L2’には周波数変換手段10を通過することにより所定の周波数分散量が与えられる。   On the other hand, the pulse laser beam L2 branched to the second optical path 7 is deflected by the mirror 19 and then passed through the frequency conversion means 10, whereby a pulse having a frequency band different from that of the pulse laser beam L1 in the optical path 6 is obtained. The laser beam L2 ′ is obtained. At the same time, the pulse laser beam L2 'is given a predetermined frequency dispersion amount by passing through the frequency converting means 10.

周波数変換手段10としては、フォトニッククリスタルファイバ、非線形光学結晶、ラマンシフタなどを用いることができる。その他に、周波数変換作用を有するバルク、薄膜、フィルム、フォトニック結晶構造体のいずれかを用いてもよい。   As the frequency conversion means 10, a photonic crystal fiber, a nonlinear optical crystal, a Raman shifter, or the like can be used. In addition, any of a bulk, a thin film, a film, and a photonic crystal structure having a frequency conversion function may be used.

周波数変換手段10を通過したパルスレーザ光L2’は、フィルタ11を透過することで不要成分(パルスレーザ光L2)が除去されてパルス列変換装置30に入射する。   The pulsed laser light L2 'that has passed through the frequency converting means 10 passes through the filter 11 to remove unnecessary components (pulsed laser light L2) and enters the pulse train converting device 30.

パルス列変換装置30では、周波数調節装置31によりパルスレーザ光L2’に周波数分散量が与えられ、分岐合波器32により光路長の異なる2つの光路35,36に分岐される。また、光路35,36に分岐されたパルスレーザ光L3,L4は、反射器33,34によりそれぞれ反射され、分岐合波器32により合波される。これにより、2つの光路35,36に分岐されたパルスレーザ光L3,L4を干渉させて、テラヘルツ周波数領域において一定の繰り返し周波数を有する光パルス列である、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)が発生する。このパルスレーザ光L5の光パルス列の繰り返し周波数は、標本内の特定の分子振動の振動周波数(もしくはその振動周波数を正の整数値で割算した周波数)に同調させることが可能であり、マルチパルスインパルシブ誘導ラマン散乱の励起光として用いられる。   In the pulse train converter 30, the frequency adjusting device 31 gives a frequency dispersion amount to the pulsed laser light L <b> 2 ′, and the branching multiplexer 32 branches the optical paths 35 and 36 with different optical path lengths. Further, the pulse laser beams L3 and L4 branched to the optical paths 35 and 36 are reflected by the reflectors 33 and 34, respectively, and are combined by the branching multiplexer 32. As a result, the pulsed laser beams L3 and L4 branched into the two optical paths 35 and 36 are caused to interfere with each other to generate a pulsed laser beam L5 (pump pulse train) that is an optical pulse train having a constant repetition frequency in the terahertz frequency region. . The repetition frequency of the optical pulse train of the pulse laser beam L5 can be tuned to the vibration frequency of a specific molecular vibration in the sample (or a frequency obtained by dividing the vibration frequency by a positive integer value). Used as excitation light for impulsive stimulated Raman scattering.

その後、パルスレーザ光L1’(プローブパルス列)とパルスレーザ光L5(ポンプパルス列)は、レーザコンバイナ8によって同軸に合波され、合波されたパルスレーザ光L6は顕微鏡本体63に入射する。顕微鏡本体63に入射したパルスレーザ光L6は、スキャナ12によって2次元的に走査された後、レンズ群20と集光レンズ13を介して標本S面上に集光される。   Thereafter, the pulse laser beam L 1 ′ (probe pulse train) and the pulse laser beam L 5 (pump pulse train) are coaxially combined by the laser combiner 8, and the combined pulse laser beam L 6 is incident on the microscope body 63. The pulsed laser light L6 incident on the microscope body 63 is two-dimensionally scanned by the scanner 12 and then condensed on the sample S surface via the lens group 20 and the condenser lens 13.

ここで、図14に、地点Eにおけるパルスレーザ光L1’(プローブパルス列)及びパルスレーザ光L5(ポンプパルス列)の偏光状態を示す。地点Eにおいて、偏光素子51の偏光軸、すなわちパルスレーザ光L1’(プローブパルス列)の偏光方向に対して、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)の偏光方向は45°、偏光素子52の偏光軸は90°に設定されている。したがって、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)が標本Sへ照射されない場合には、パルスレーザ光L1’は偏光素子52を透過しないようになっている。   Here, FIG. 14 shows the polarization states of the pulse laser beam L1 '(probe pulse train) and the pulse laser beam L5 (pump pulse train) at the point E. At point E, the polarization direction of the pulse laser beam L5 (pump pulse train) is 45 ° with respect to the polarization axis of the polarization device 51, that is, the polarization direction of the pulse laser beam L1 ′ (probe pulse train), and the polarization axis of the polarization element 52 is It is set to 90 °. Therefore, when the sample laser S is not irradiated with the pulsed laser beam L5 (pump pulse train), the pulsed laser beam L1 'does not pass through the polarizing element 52.

図15は、パルスレーザ光L6が標本Sに照射される場合に、標本Sを透過したパルスレーザ光L1’の偏光状態の変化を示している。標本S面上のパルスレーザ光L6が集光された各位置において、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)により、ポンプパルス列の繰り返し周波数と等しい周波数を有する、標本S中の特定の分子振動が励起される(マルチパルスインパルシブ誘導ラマン散乱)。この分子振動によって、標本Sにおいて分子振動の周波数で変化する過渡的な屈折率変化(ラマン誘起カー効果)が生じる。ここでパルスレーザ光L5の偏光によって、標本Sに過渡的な屈折率変化に異方性が生じているために、標本Sを透過するパルスレーザ光L1’(プローブパルス列)の偏光は、図15に示すように直線偏光から楕円偏光へと変化する。   FIG. 15 shows a change in the polarization state of the pulsed laser beam L1 'that has passed through the sample S when the sampled laser beam L6 is irradiated to the sample S. At each position where the pulse laser beam L6 on the sample S surface is condensed, the pulse laser beam L5 (pump pulse train) excites a specific molecular vibration in the sample S having a frequency equal to the repetition frequency of the pump pulse train. (Multipulse impulse stimulated Raman scattering). This molecular vibration causes a transient refractive index change (Raman induced Kerr effect) that changes at the frequency of the molecular vibration in the sample S. Here, since anisotropy is caused in the change in refractive index in the sample S due to the polarization of the pulse laser beam L5, the polarization of the pulse laser beam L1 ′ (probe pulse train) transmitted through the sample S is as shown in FIG. Changes from linearly polarized light to elliptically polarized light.

このように標本Sを透過し、楕円偏光となったパルスレーザ光L1’およびパルスレーザ光L5光は、標本Sを挟んで集光レンズ13とは反対側に配置された集光レンズ15によって集光され、フィルタ14により不要成分(パルスレーザ光L5)が除去される。   The pulsed laser light L1 ′ and the pulsed laser light L5 that have been transmitted through the sample S and thus become elliptically polarized light are collected by the condensing lens 15 disposed on the opposite side of the condensing lens 13 across the sample S. The filter 14 removes unnecessary components (pulse laser light L5).

その後、偏光素子52により、楕円偏光となったパルスレーザ光L1’のうち、偏光素子52の偏光軸に平行な偏光成分のみが選択され、光検出器16により検出される。このように検出されたパルスレーザ光L1’光の偏光変化成分(標本Sからの信号光)の強度と、パルスレーザ光L6の標本S面上での集光位置の座標とを対応づけて記憶することにより、2次元的な標本Sのイメージを得ることができる。   Thereafter, only the polarization component parallel to the polarization axis of the polarization element 52 is selected from the pulsed laser light L <b> 1 ′ that has become elliptically polarized light by the polarization element 52, and is detected by the photodetector 16. The intensity of the polarization change component (signal light from the sample S) of the pulse laser beam L1 ′ thus detected and the coordinates of the condensing position of the pulse laser beam L6 on the sample S surface are stored in association with each other. By doing so, an image of the two-dimensional specimen S can be obtained.

以下に、テラヘルツ領域の分子振動の検出原理について図16から図21を用いて詳細に説明する。
図16において、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)の強度の時間プロファイルを細い実線で、パルスレーザ光L1’の強度の時間プロファイルを点線で示す。パルスレーザ光L5は、一定の繰り返し周波数を有する光パルスの繰り返し列であり、その光パルス列の繰り返し周波数がωであるとする。一方、パルスレーザ光L1’は、その時間幅が数ピコ秒から10ピコ秒程度であって、パルスレーザ光L5における光パルスの繰り返しの持続時間程度もしくはそれ以上である。
Hereinafter, the detection principle of the molecular vibration in the terahertz region will be described in detail with reference to FIGS.
In FIG. 16, the time profile of the intensity of the pulse laser beam L5 (pump pulse train) is indicated by a thin solid line, and the time profile of the intensity of the pulse laser beam L1 ′ is indicated by a dotted line. The pulse laser beam L5 is a repetition train of optical pulses having a constant repetition frequency, and the repetition frequency of the optical pulse train is ω. On the other hand, the pulse laser beam L1 ′ has a time width of about several picoseconds to about 10 picoseconds, and is about the duration of repetition of the optical pulse in the pulse laser beam L5 or more.

図17において、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)の強度の時間プロファイルを実線で、パルスレーザ光L5が標本Sへ非照射の場合において、光検出器16により検出される、標本Sからの信号光の強度の時間プロファイルを太い実線で示す。パルスレーザ光L5の非照射時には、パルスレーザ光L1’の偏光が変化せずに直線偏光となっているため、プローブ光は偏光素子52により遮断され、光検出器16により標本Sからの信号光は検出されない。   In FIG. 17, the time profile of the intensity of the pulse laser beam L5 (pump pulse train) is a solid line, and the signal light from the sample S detected by the photodetector 16 when the pulse laser beam L5 is not irradiated onto the sample S. The time profile of the intensity is shown by a thick solid line. When the pulsed laser beam L5 is not irradiated, the polarization of the pulsed laser beam L1 ′ does not change and is linearly polarized. Therefore, the probe beam is blocked by the polarizing element 52, and the signal light from the sample S is detected by the photodetector 16. Is not detected.

一方、図18では、パルスレーザ光L5が標本Sへ照射され、かつポンプパルス列の繰り返し周波数が標本Sの特定の分子振動の周波数に非共鳴の場合において、光検出器16により検出される、標本Sからの信号光の強度の時間プロファイルが示されている。ここで、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)の強度の時間プロファイルは実線、標本Sに照射されるパルスレーザ光L1’の時間プロファイルは点線、標本Sを透過するパルスレーザ光L1’のうち、偏光素子52で偏光選択されて光検出器16により検出される成分、すなわち、標本Sからの信号光の強度の時間プロファイルは太い実線でそれぞれ表されている。   On the other hand, in FIG. 18, the sample is detected by the photodetector 16 when the sample S is irradiated with the pulsed laser light L5 and the repetition frequency of the pump pulse train is not resonant with the frequency of the specific molecular vibration of the sample S. A time profile of the intensity of the signal light from S is shown. Here, the time profile of the intensity of the pulsed laser beam L5 (pump pulse train) is a solid line, the time profile of the pulsed laser beam L1 ′ applied to the sample S is a dotted line, and the polarized laser beam L1 ′ transmitted through the sample S is polarized. The components selected for polarization by the element 52 and detected by the photodetector 16, that is, the time profiles of the intensity of the signal light from the sample S are respectively represented by thick solid lines.

この場合には、偏光素子52を透過するパルスレーザ光L1’の成分、すなわち標本Sからの信号光は、ポンプパルス列に誘起される標本S中の分子の電子分極の変化に起因する。このような物理機構による標本Sからの信号光を非共鳴信号光と称する。分子の電子分極の変化は光照射に対して瞬間的に発生するため、標本Sからの信号光の強度は、繰り返し周波数がωのポンプパルス列強度の時間変化に追随してほぼ同一の時間挙動を示す。したがって図18に示すように、光検出器16において、標本Sからの信号光(非共鳴信号光)は、繰り返し周期ωを有するパルス列として検出されることとなる。   In this case, the component of the pulsed laser light L1 'that passes through the polarizing element 52, that is, the signal light from the sample S, is caused by a change in the electronic polarization of the molecules in the sample S induced by the pump pulse train. Signal light from the specimen S by such a physical mechanism is referred to as non-resonant signal light. Since the change in the electronic polarization of the molecule occurs instantaneously upon light irradiation, the intensity of the signal light from the specimen S follows the time change of the pump pulse train intensity with a repetition frequency of ω and has almost the same time behavior. Show. Therefore, as shown in FIG. 18, in the photodetector 16, the signal light (non-resonant signal light) from the sample S is detected as a pulse train having a repetition period ω.

また、図19は、光検出器16により検出される標本Sからの信号光、すなわち、図18における標本Sからの信号光をフーリエ変換した周波数スペクトルである。ここでωprobeは、パルスレーザ光L1’の中心周波数である。図18で示したように、標本Sからの信号光(非共鳴信号光)は、周波数ωprobeのパルスレーザ光L1’を、ポンプパルス列の繰り返し周波数ωで強度変調された光に相当するため、図19で示すように、その周波数スペクトルにおいては、パルスレーザ光L1’の周波数ωprobeの側波帯として、ωprobe±ωの周波数に非共鳴信号のバンドが現れることになる。   FIG. 19 shows a frequency spectrum obtained by Fourier transforming the signal light from the sample S detected by the photodetector 16, that is, the signal light from the sample S in FIG. Here, ωprobe is the center frequency of the pulsed laser light L1 '. As shown in FIG. 18, the signal light (non-resonant signal light) from the sample S corresponds to light obtained by intensity-modulating the pulse laser light L1 ′ having the frequency ωprobe with the repetition frequency ω of the pump pulse train. As indicated by 19, in the frequency spectrum, a non-resonant signal band appears at a frequency of ωprobe ± ω as a sideband of the frequency ωprobe of the pulse laser beam L1 ′.

さらに、図20は、パルスレーザ光L5が標本Sへ照射され、かつポンプパルス列の繰り返し周波数が標本Sの特定の分子振動の周波数に共鳴の場合において、光検出器16により検出される、標本Sからの信号光の強度の時間プロファイルを示している。ここで、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)の強度の時間プロファイルは実線、標本Sに照射されるパルスレーザ光L1’の強度の時間プロファイルは点線、および標本Sを透過するパルスレーザ光L1’のうち、偏光素子52で偏光選択されて光検出器16により検出される成分、すなわち、標本Sからの信号光の強度の時間プロファイルは太い実線でそれぞれ表されている。   Furthermore, FIG. 20 shows that the sample S is detected by the photodetector 16 when the sample S is irradiated with the pulsed laser light L5 and the repetition frequency of the pump pulse train resonates with the specific molecular vibration frequency of the sample S. 2 shows a time profile of the intensity of the signal light from. Here, the time profile of the intensity of the pulse laser beam L5 (pump pulse train) is a solid line, the time profile of the intensity of the pulse laser beam L1 ′ irradiated to the sample S is a dotted line, and the pulse laser beam L1 ′ transmitted through the sample S. Among them, the components selected by the polarization element 52 and detected by the photodetector 16, that is, the time profiles of the intensity of the signal light from the specimen S are respectively represented by thick solid lines.

この場合には、ポンプパルス列によりインパルシブ誘導ラマン散乱が励起され、特定の分子振動の振動周波数ωで変化する3次非線形分極を発生する結果、ラマン誘起カー効果による屈折率変化が標本S中に誘起されている。前述したように、この屈折率変化の異方性により標本Sからの信号光が発生するが、このような物理機構による標本Sからの信号光を共鳴信号光と称する。この共鳴信号光の強度は、3次非線形分極の2乗に比例する量であるので、光検出器16において、標本Sからの信号光(共鳴信号光)は繰り返し周期2ωを有するパルス列として検出されることになる。さらに、光検出器16においては、標本Sからの信号光(非共鳴信号光)も検出されるが、この非共鳴信号光の時間変化は、前述したようにポンプパルス列強度の時間変化と同一であり、周波数ωで振動する。   In this case, impulsive stimulated Raman scattering is excited by the pump pulse train, and third-order nonlinear polarization that changes at a specific molecular vibration frequency ω is generated. As a result, a refractive index change due to the Raman-induced Kerr effect is induced in the sample S. Has been. As described above, the signal light from the sample S is generated by the anisotropy of the refractive index change. The signal light from the sample S by such a physical mechanism is referred to as resonance signal light. Since the intensity of the resonance signal light is an amount proportional to the square of the third-order nonlinear polarization, the signal light (resonance signal light) from the sample S is detected by the photodetector 16 as a pulse train having a repetition period 2ω. Will be. Further, in the photodetector 16, signal light (non-resonant signal light) from the specimen S is also detected. As described above, the time change of the non-resonant signal light is the same as the time change of the pump pulse train intensity. Yes, it vibrates at frequency ω.

また、図21は、光検出器16により検出される標本Sからの信号光、すなわち、図20における標本Sからの信号光をフーリエ変換した周波数スペクトルである。ここでωprobeは、パルスレーザ光L1’の中心周波数である。図20で示したように、標本Sからの信号光は、周波数ωprobeのパルスレーザ光L1’が周波数2ωおよびωで強度変調された光に相当するため、図21で示すように、その周波数スペクトルにおいては、パルスレーザ光L1’の周波数ωprobeの側波帯として、ωprobe±2ωおよびωprobe±ωの周波数に共鳴信号光および非共鳴信号光のバンドが現れることになる。   FIG. 21 is a frequency spectrum obtained by Fourier transforming the signal light from the sample S detected by the photodetector 16, that is, the signal light from the sample S in FIG. Here, ωprobe is the center frequency of the pulsed laser light L1 '. As shown in FIG. 20, the signal light from the sample S corresponds to the light in which the pulse laser light L1 ′ having the frequency ωprobe is intensity-modulated at the frequencies 2ω and ω. In FIG. 2, the bands of the resonance signal light and the non-resonance signal light appear at the frequencies of ωprobe ± 2ω and ωprobe ± ω as the sidebands of the frequency ωprobe of the pulsed laser light L1 ′.

以上のように、本実施形態に係るレーザ顕微鏡装置102によれば、偏光素子51により偏光されたパルスレーザ光L1’(プローブパルス列)を偏光素子52により遮断する一方、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)で標本Sの特定の分子運動を励起し、これによって標本Sに過渡的な屈折率異方性を発生させて、標本Sからの信号光を透過させることができる。これにより、光検出器16において、標本Sの特定の分子振動によって偏光方向が変化した標本Sからの信号光を検出することができ、分子振動が励起された分子の位置および状態が表示された標本Sのイメージを生成することができる。   As described above, according to the laser microscope apparatus 102 according to the present embodiment, the pulsed laser light L1 ′ (probe pulse train) polarized by the polarizing element 51 is blocked by the polarizing element 52, while the pulsed laser light L5 (pump pulse train). ) To excite a specific molecular motion of the sample S, thereby generating a transient refractive index anisotropy in the sample S and transmitting the signal light from the sample S. Thereby, the light detector 16 can detect the signal light from the sample S whose polarization direction has changed due to the specific molecular vibration of the sample S, and the position and state of the molecule excited by the molecular vibration are displayed. An image of the specimen S can be generated.

ここで、偏光素子52と光検出器16との間に波長選択素子55を配し、前述した標本Sからの信号光において、標本の分子振動に起因する共鳴信号光の強度変化の周波数が2ω、電子分極に起因する非共鳴信号光の強度変化の周波数がωであること着目して、共鳴信号光のみを選択して光検出器16で検出するようにしてもよい。このようにすることで、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)に励起された標本Sの特定の分子振動によって生ずる、標本Sからの光(共鳴信号光)のみを検出することができ、コントラストの良好な標本Sのイメージイメージを生成することができる。   Here, the wavelength selection element 55 is disposed between the polarization element 52 and the photodetector 16, and the frequency of the intensity change of the resonance signal light caused by the molecular vibration of the sample is 2ω in the signal light from the sample S described above. In consideration of the fact that the frequency of intensity change of the non-resonant signal light due to the electronic polarization is ω, only the resonant signal light may be selected and detected by the photodetector 16. By doing so, it is possible to detect only light (resonance signal light) from the sample S caused by specific molecular vibration of the sample S excited by the pulsed laser light L5 (pump pulse train), and good contrast. An image of a sample S can be generated.

上記の波長選択素子55としては、分光器、エタロンもしくは干渉フィルタのいずれかを用いればよい。   As the wavelength selection element 55, a spectroscope, an etalon, or an interference filter may be used.

また、偏光素子51とレーザコンバイナ8との間にλ/4波長板54を備えることで、偏光素子52へ入射するパルスレーザ光L1’(プローブパルス列)を楕円偏光から直線偏光に変換することができる。これにより、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)により励起された標本Sの特定の分子振動によって偏光が変化した標本Sからの光のみを光検出器16で検出することができ、標本Sのイメージのコントラストを向上することができる。   Further, by providing the λ / 4 wavelength plate 54 between the polarizing element 51 and the laser combiner 8, the pulsed laser light L1 ′ (probe pulse train) incident on the polarizing element 52 can be converted from elliptically polarized light to linearly polarized light. it can. Thereby, only the light from the sample S whose polarization has been changed by the specific molecular vibration of the sample S excited by the pulse laser beam L5 (pump pulse train) can be detected by the photodetector 16, and the image of the sample S can be detected. Contrast can be improved.

〔第1の変形例〕
本実施形態に係るレーザ顕微鏡装置102の第1の変形例について以下に説明する。
図22に示すように、本変形例に係るレーザ顕微鏡装置103は、図13に示す構成要素に加えて、光路7にλ/4波長板71を備えている。
[First Modification]
A first modification of the laser microscope apparatus 102 according to this embodiment will be described below.
As shown in FIG. 22, the laser microscope apparatus 103 according to this modification includes a λ / 4 wavelength plate 71 in the optical path 7 in addition to the components shown in FIG.

λ/4波長板71は、直交する偏光成分の間に位相差を生じさせる複屈折素子であり、偏光素子53とレーザコンバイナ8との間に設けられている。具体的には、λ/4波長板54は、光路7を導光されるパルスレーザ光L5の互いに直交する偏光成分の間に位相差π/2(90°)を生じさせ、図23に示すように、パルスレーザ光L5(ポンプ光)を直線偏光から円偏光に変換するようになっている。   The λ / 4 wavelength plate 71 is a birefringent element that causes a phase difference between orthogonally polarized components, and is provided between the polarizing element 53 and the laser combiner 8. Specifically, the λ / 4 wavelength plate 54 generates a phase difference π / 2 (90 °) between mutually orthogonal polarization components of the pulsed laser light L5 guided through the optical path 7, as shown in FIG. As described above, the pulsed laser light L5 (pump light) is converted from linearly polarized light to circularly polarized light.

ポンプパルス列が円偏光である場合に、ポンプパルス列よって誘起される、標本中の分子の3次非線形感受率は、以下の(2)式で与えられることが知られている(参照文献:
Harvey AB. Chemical Applications of Nonlinear Raman Spectroscopy, Academic Press: New York, 1981.)。
When the pump pulse train is circularly polarized, it is known that the third-order nonlinear susceptibility of the molecules in the sample induced by the pump pulse train is given by the following equation (2) (reference:
Harvey AB. Chemical Applications of Nonlinear Raman Spectroscopy, Academic Press: New York, 1981.).

Figure 0005508899
Figure 0005508899

上記の(2)式において、ρは偏光解消比、ω1およびω2はインパルシブ誘導ラマン散乱過程に寄与する光パルス周波数を表していて、ポンプパルス列が有する周波数帯域に含まれる。また、σはラマン散乱断面積、Tは温度である。インパルシブ誘導ラマン散乱により励起される標本S中の分子の電子分極に起因する光、すなわち非共鳴信号光の偏光解消比ρは1/3であり、上記の(2)式から非共鳴信号光は原理的には消光される。   In the above equation (2), ρ represents the depolarization ratio, ω1 and ω2 represent the optical pulse frequency contributing to the impulsive stimulated Raman scattering process, and are included in the frequency band of the pump pulse train. Further, σ is a Raman scattering cross section, and T is a temperature. The light resulting from the electronic polarization of the molecules in the sample S excited by impulsive stimulated Raman scattering, that is, the depolarization ratio ρ of the non-resonant signal light is 1/3. From the above equation (2), the non-resonant signal light is In principle, it is quenched.

図24は、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)が標本Sへ照射され、かつパルス列の繰り返し周波数が標本Sの特定の分子振動の周波数に非共鳴の場合において、光検出器16により検出される、標本Sからの信号光強度の時間プロファイルを示している。ここで、ポンプパルス列の強度の時間プロファイルは実線、パルスレーザ光L1’の時間プロファイルは点線、標本Sからの信号光強度の時間プロファイルは太い実線でそれぞれ表される。   FIG. 24 shows the case where the pulse laser beam L5 (pump pulse train) is irradiated onto the sample S and the repetition frequency of the pulse train is non-resonant with the frequency of a specific molecular vibration of the sample S. The time profile of the signal light intensity from the sample S is shown. Here, the time profile of the intensity of the pump pulse train is represented by a solid line, the time profile of the pulse laser beam L1 'is represented by a dotted line, and the time profile of the signal light intensity from the sample S is represented by a thick solid line.

この場合には、分子振動に起因する標本Sからの信号光(共鳴信号光)は発生せず、光検出器16では、分子振動によらない標本からの光が検出される。この標本からの光に寄与するのは、ラマン誘起カー効果による非共鳴信号光、および同時に発生するコヒーレントアンチストークスラマン散乱における非共鳴信号光であるが、前述したようにラマン誘起カー効果による非共鳴信号光は消光される。したがって、図24に示しように、図18に図示した場合と比較して、強度が低減された繰り返し周波数ωの信号が検出されることになる。   In this case, the signal light (resonance signal light) from the sample S due to molecular vibration is not generated, and the light from the sample not due to molecular vibration is detected by the photodetector 16. The non-resonant signal light due to the Raman-induced Kerr effect and the non-resonant signal light in the coherent anti-Stokes Raman scattering that occurs at the same time contribute to the light from this sample. The signal light is quenched. Therefore, as shown in FIG. 24, a signal having a repetition frequency ω with a reduced intensity is detected as compared with the case shown in FIG.

図25は、パルスレーザ光L5(ポンプパルス列)が標本Sへ照射され、かつパルス列の繰り返し周波数が標本Sの特定の分子振動の周波数に共鳴している場合において、光検出器16により検出される、標本Sからの信号光強度の時間プロファイルを示している。ここで、ポンプパルス列の強度の時間プロファイルは細い実線、標本Sに照射されるパルスレーザ光L1’の時間プロファイルは点線、および標本Sからの信号光の強度の時間プロファイルは太い実線でそれぞれ表されている。   FIG. 25 shows the case where the pulse laser beam L5 (pump pulse train) is irradiated onto the sample S and the repetition frequency of the pulse train resonates with the frequency of a specific molecular vibration of the sample S. 2 shows a time profile of signal light intensity from the specimen S. FIG. Here, the time profile of the intensity of the pump pulse train is represented by a thin solid line, the time profile of the pulsed laser light L1 ′ irradiated to the sample S is represented by a dotted line, and the time profile of the intensity of the signal light from the sample S is represented by a thick solid line. ing.

この場合には、ポンプパルス列に励起される標本中の特定の分子振動による共鳴信号光として、強度が該振動の有する偏光解消比に従い、繰り返し周波数2ωの光が発生する。したがって、図25に示すように、強度が低減された非共鳴信号が繰り返し周期ωで検出されるとともに、共鳴信号光が繰り返し周期2ωで検出されることとなる。   In this case, light having a repetition frequency of 2ω is generated as resonance signal light due to specific molecular vibration in the sample excited by the pump pulse train in accordance with the depolarization ratio of the vibration. Therefore, as shown in FIG. 25, the non-resonant signal with reduced intensity is detected at the repetition period ω, and the resonance signal light is detected at the repetition period 2ω.

本変形例に係るレーザ顕微鏡装置103によれば、λ/4波長板71を備えることで、ポンプパルス列の偏光を直線偏光から円偏光に変化させることができ、ポンプパルス列に励起される、標本S中の分子の分子振動によらない光(非共鳴信号光)を低減することができる。これにより、標本S中の分子の特定の分子振動による光(共鳴信号光)のみを検出することができ、鮮明な標本Sのイメージを生成することができる。   According to the laser microscope apparatus 103 according to the present modification, by providing the λ / 4 wavelength plate 71, the polarization of the pump pulse train can be changed from linearly polarized light to circularly polarized light, and the sample S excited by the pump pulse train. Light (non-resonant signal light) that does not depend on molecular vibrations of the molecules inside can be reduced. Thereby, only light (resonance signal light) due to specific molecular vibrations of molecules in the sample S can be detected, and a clear image of the sample S can be generated.

非共鳴信号成分が共鳴信号成分に比して弱い場合には、偏光素子52を透過してくる標本Sからの光を光検出器16で直接検出すれば、特定のテラヘルツ振動による信号成分を検出することが可能であり、標本Sのイメージのコントラストを向上することができる。   When the non-resonant signal component is weaker than the resonant signal component, the light from the sample S that is transmitted through the polarizing element 52 is directly detected by the photodetector 16 to detect a signal component due to a specific terahertz vibration. The contrast of the image of the sample S can be improved.

また、波長選択素子を光検出器16の前段に配置して、共鳴信号成分のみを選択して検出するようにしてもよい。このようにすることで、非共鳴信号成分が共鳴信号成分に比して相対的に強い場合でも、標本Sのイメージのコントラストを向上することができる。   In addition, a wavelength selection element may be disposed in front of the photodetector 16 so that only the resonance signal component is selected and detected. By doing so, the contrast of the image of the specimen S can be improved even when the non-resonant signal component is relatively stronger than the resonant signal component.

〔第2の変形例〕
本実施形態に係るレーザ顕微鏡装置102の第2の変形例について以下に説明する。
図26に示すように、本変形例に係るレーザ顕微鏡装置104は、図22に示す構成要素に加えて、標本Sの後段に、λ/4波長板75と、偏光素子(分岐手段)76と、光検出器(第1の検出器)16aおよび光検出器(第2の検出器)16bと、差分算出部77とを備えている。
[Second Modification]
A second modification of the laser microscope apparatus 102 according to this embodiment will be described below.
As shown in FIG. 26, in addition to the components shown in FIG. 22, the laser microscope apparatus 104 according to this modification includes a λ / 4 wavelength plate 75, a polarizing element (branching means) 76, and a subsequent stage of the sample S. , A photodetector (first detector) 16a, a photodetector (second detector) 16b, and a difference calculation unit 77.

λ/4波長板75は、直交する偏光成分の間に位相差を生じさせる複屈折素子であり、フィルタ14と偏光素子76との間に設けられている。具体的には、λ/4波長板75は、標本Sからの光の互いに直交する偏光成分の間に位相差π/2(90°)を生じさせ、標本Sからの光を直線偏光から円偏光に変換するようになっている。   The λ / 4 wavelength plate 75 is a birefringent element that generates a phase difference between orthogonal polarization components, and is provided between the filter 14 and the polarizing element 76. Specifically, the λ / 4 wavelength plate 75 generates a phase difference of π / 2 (90 °) between mutually orthogonal polarization components of light from the sample S, and converts the light from the sample S from linearly polarized light into a circle. It converts to polarized light.

偏光素子76は偏光ビームプリッタであり、λ/4波長板75を透過した標本Sからの光を互いに直交する偏光成分を有する光に分岐するようになっている。光検出器16aと光検出器16bは、偏光素子76によって分岐された互いに直交する偏光成分を検出するようになっている。差分算出部77は、光検出器16aおよび検出器16bにより検出された、互いに直交する偏光成分の差分を算出するようになっている   The polarization element 76 is a polarization beam splitter, and branches light from the specimen S that has passed through the λ / 4 wavelength plate 75 into light having polarization components orthogonal to each other. The light detector 16a and the light detector 16b are configured to detect polarized components orthogonal to each other branched by the polarizing element 76. The difference calculation unit 77 calculates the difference between the polarization components orthogonal to each other detected by the photodetector 16a and the detector 16b.

上記構成を有するレーザ顕微鏡装置104の作用について以下に説明する。
ポンプパルス列の非照射時には、図27(a)に示すように、標本Sを透過するプローブパルス列は直線偏光である。このプローブパルス列は、λ/4波長板75を通過することで、図27(b)に示すように、円偏光に変換される。円偏光に変換されたプローブパルス列は、偏光素子76により互いに直交する偏光を有する成分に分岐され、各成分が光検出器16aおよび光検出器16bに検出される。この場合、差分算出部77により算出される各成分の差分は、図27(c)に示すように零となる。
The operation of the laser microscope apparatus 104 having the above configuration will be described below.
When the pump pulse train is not irradiated, the probe pulse train that passes through the sample S is linearly polarized light, as shown in FIG. This probe pulse train passes through the λ / 4 wavelength plate 75 and is converted to circularly polarized light as shown in FIG. The probe pulse train converted into circularly polarized light is branched into components having mutually orthogonal polarization by the polarizing element 76, and each component is detected by the photodetector 16a and the photodetector 16b. In this case, the difference between the components calculated by the difference calculation unit 77 is zero as shown in FIG.

一方、ポンプパルス列の照射時には、ラマン誘起カー効果によって標本Sに過渡的な屈折率変化の異方性が生じるため、標本Sを透過したプローブパルス列は、図28(a)に示すように楕円偏光となっている。このプローブパルス列は、λ/4波長板75を通過しても、図28(b)に示すように、円偏光ではなく楕円偏光のままである。この楕円偏光に変換されたプローブパルス列は、偏光素子76により互いに直交する偏光を有する成分に分岐され、各成分が光検出器16aおよび光検出器16bに検出される。この場合、差分算出部77により算出される各成分の差分は、図28(c)に示すように非零値となる。   On the other hand, during the irradiation of the pump pulse train, the anisotropy of the transient refractive index change occurs in the sample S due to the Raman induced Kerr effect, so that the probe pulse train transmitted through the sample S is elliptically polarized as shown in FIG. It has become. Even when the probe pulse train passes through the λ / 4 wavelength plate 75, it remains elliptically polarized light instead of circularly polarized light as shown in FIG. The probe pulse train converted into the elliptically polarized light is branched into components having mutually orthogonal polarization by the polarizing element 76, and each component is detected by the photodetector 16a and the photodetector 16b. In this case, the difference of each component calculated by the difference calculation unit 77 becomes a non-zero value as shown in FIG.

ここから、本変形例における標本からの信号光の検出方法を用いる場合に、生ずる効果について説明する。まず、第2の実施形態およびその第1の変形例に記載される検出法を用いる場合を想定する。図13または図22において、偏光素子51で設定されるプローブパルス列の直線偏光が、偏光素子52へ入射する直前までに経由する光学素子によって変化しないとする。   From here, the effect which arises when using the detection method of the signal light from the sample in this modification is demonstrated. First, the case where the detection method described in 2nd Embodiment and its 1st modification is used is assumed. In FIG. 13 or FIG. 22, it is assumed that the linearly polarized light of the probe pulse train set by the polarizing element 51 is not changed by the optical element that passes immediately before entering the polarizing element 52.

この場合には、偏光素子51の偏光軸に対して、偏光軸を直交するように設定した偏光素子52によりプローブパルス列は遮断される。この遮断の程度(偏光素子の消光比)が大きいほど、光検出器16で検出される標本Sからの信号光以外の背景光の強度を抑制することができ、コントラストの良好な標本Sのイメージを取得することができる。しかしながら、パルスレーザ光L6を標本Sへ集光する際に、集光レンズ13および15として、対物レンズのような開口数の大きなレンズが使用される場合には、偏光素子52の直前の地点におけるプローブパルス列の偏光としては、特定方向への直線偏光が保存されずに偏光が変化した成分が発生し、標本のイメージのコントラストを劣化させる原因となる。   In this case, the probe pulse train is blocked by the polarizing element 52 set so that the polarizing axis is orthogonal to the polarizing axis of the polarizing element 51. As the degree of blocking (extinction ratio of the polarizing element) is larger, the intensity of the background light other than the signal light from the sample S detected by the photodetector 16 can be suppressed, and the image of the sample S having a good contrast. Can be obtained. However, when condensing the pulsed laser light L6 onto the sample S, when a lens with a large numerical aperture such as an objective lens is used as the condensing lenses 13 and 15, at a point immediately before the polarizing element 52. As the polarization of the probe pulse train, a linearly polarized light in a specific direction is not stored and a component in which the polarization is changed is generated, which causes a deterioration in the contrast of the sample image.

一方、本変形例によれば、図26のλ/4波長板75の直前におけるプローブパルス列の偏光成分について、図27(a)に示されるような、偏光素子51で設定された方向の直線偏光を保持している成分については、前述したように差分算出部77で算出される差分値は零値である。さらに、図29(a)に示すように、λ/4波長板75の直前において、レンズ等の光学素子によって偏光が変化したプローブパルス列の偏光成分の中には、プローブパルス列の偏光方向を対称軸として、標本面内において線対称の関係を満足する偏光成分(例えば、図29(a)のプローブパルス列Aとプローブパルス列B)が生じている。   On the other hand, according to the present modification, the linearly polarized light in the direction set by the polarizing element 51 as shown in FIG. 27A with respect to the polarization component of the probe pulse train immediately before the λ / 4 wavelength plate 75 in FIG. As described above, the difference value calculated by the difference calculation unit 77 is a zero value. Furthermore, as shown in FIG. 29 (a), the polarization direction of the probe pulse train is the axis of symmetry among the polarization components of the probe pulse train whose polarization has been changed by an optical element such as a lens immediately before the λ / 4 wavelength plate 75. As a result, polarization components satisfying a line-symmetrical relationship in the sample plane (for example, probe pulse train A and probe pulse train B in FIG. 29A) are generated.

このような偏光成分については、λ/4波長板75透過後には、図29(b)に示すように、それぞれプローブパルス列の偏光方向を対称軸とする楕円偏光(プローブパルス列Cとプローブパルス列D)となっている。この場合には、図29(c)に示すように、各々の楕円偏光(プローブパルス列Cとプローブパルス列D)は、偏光素子76により互いに直交する偏光を有する成分に分岐され、光検出器16aおよび光検出器16bで検出後に差分算出部77でその差分が算出されるが、これら楕円偏光の対についての差分の総和は零値となる。   For such a polarization component, after passing through the λ / 4 wavelength plate 75, as shown in FIG. 29B, elliptically polarized light (probe pulse train C and probe pulse train D) having the polarization direction of the probe pulse train as the axis of symmetry, respectively. It has become. In this case, as shown in FIG. 29 (c), each of the elliptically polarized light (probe pulse train C and probe pulse train D) is branched into components having polarizations orthogonal to each other by the polarizing element 76, and the photodetector 16a and The difference is calculated by the difference calculation unit 77 after detection by the photodetector 16b, and the sum of the differences for the pair of elliptically polarized light is zero.

このように本変形例の検出方法によれば、パルスレーザ光L1’(プローブパルス列)が光学素子群を経由することにより、偏光素子51で設定される直線偏光を擾乱された結果、背景光が標本Sのイメージを劣化させる場合であっても、差分算出部77において擾乱で生じた偏光変化成分の一部を相殺できるために、背景光の影響を抑制して標本Sのイメージのコントラストを改善する効果がある。   As described above, according to the detection method of the present modified example, the pulsed laser light L1 ′ (probe pulse train) passes through the optical element group, so that the linearly polarized light set by the polarizing element 51 is disturbed. Even when the image of the sample S is deteriorated, the difference calculation unit 77 can cancel a part of the polarization change component caused by the disturbance, so that the influence of the background light is suppressed and the contrast of the image of the sample S is improved. There is an effect to.

以上のように、本変形例に係るレーザ顕微鏡装置104によれば、標本Sからの光をλ/4波長板75により直線偏光から円偏光に変換し、その光の直交方向の差分を算出することで、ポンプ光により誘発された標本Sの分子運動によって偏光方向が変化した標本Sからの光を検出することができ、パルスレーザ光L5(ポンプ光)により運動が誘発された分子の位置および状態を標本Sのイメージに表示することができる。
なお、本変形例に係るレーザ顕微鏡装置104において、λ/4波長板71のない構成としてもよく、またλ/4波長板71を挿脱可能な構成としてもよい。
As described above, according to the laser microscope apparatus 104 according to this modification, the light from the sample S is converted from linearly polarized light to circularly polarized light by the λ / 4 wavelength plate 75 and the difference in the orthogonal direction of the light is calculated. Thus, it is possible to detect the light from the sample S whose polarization direction has been changed by the molecular motion of the sample S induced by the pump light, and the position of the molecule whose motion is induced by the pulse laser beam L5 (pump light) and The state can be displayed on the image of the sample S.
Note that the laser microscope apparatus 104 according to this modification may have a configuration without the λ / 4 wavelength plate 71 or a configuration in which the λ / 4 wavelength plate 71 can be inserted and removed.

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、周波数調節装置9および周波数調節装置31として、プリズム対とミラーとを備えて、周波数分散量を連続的に変更可能なものを例示したが、これに代えて、周波数分散量が固定のもの、それらを複数用意し、段階的に切り替える方式のものや、光路上に挿脱されてパルスレーザ光に与える分散量を切り替える方式のものを採用してもよい。
As mentioned above, although each embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. .
For example, the frequency adjusting device 9 and the frequency adjusting device 31 are provided with prism pairs and mirrors, and the frequency dispersion amount can be changed continuously, but instead, the frequency dispersion amount is fixed. Alternatively, a method of preparing a plurality of them and switching them in stages, or a method of switching the amount of dispersion applied to the pulsed laser light by being inserted into and removed from the optical path may be adopted.

S 標本
L1,L2,L2’,L2’’,L3,L4,L6 パルスレーザ光
L1’ パルスレーザ光(プローブ光)
L5 パルスレーザ光(ポンプ光、パルス列)
1,101,102,103,104 レーザ顕微鏡装置
2,62 レーザ光源装置
3,63 顕微鏡本体
4 レーザ光源
5 ビームスプリッタ(分岐手段)
6,7 光路
8 レーザコンバイナ(合波手段)
9 周波数調節装置(周波数分散量調節手段)
10 フォトニッククリスタルファイバ(周波数変換手段)
11 フィルタ
12 スキャナ(走査手段)
13 集光レンズ(照射手段)
14 フィルタ
14’周波数選択装置(周波数選択手段)
16 光検出器(光検出手段)
16a 光検出器(第1の検出器)
16b 光検出器(第2の検出器)
30 パルス列変換装置(パルス列変換手段)
31 周波数調節装置(周波数分散調節手段)
32 分岐合波器
32a 分岐部
32b 合波部
33,34 反射器
35,36 光路
41 強度変調素子(強度変調手段)
42 ロックインアンプ(感度調節手段)
51 偏光素子(第1の偏光素子)
52 偏光素子(第2の偏光素子)
53 偏光素子(第3の偏光素子)
54 λ/4波長板
71 λ/4波長板
75 λ/4波長板
76 偏光素子(分岐手段)
77 差分算出部
S Sample L1, L2, L2 ′, L2 ″, L3, L4, L6 Pulse laser beam L1 ′ Pulse laser beam (probe beam)
L5 Pulse laser light (pump light, pulse train)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101,102,103,104 Laser microscope apparatus 2,62 Laser light source apparatus 3,63 Microscope main body 4 Laser light source 5 Beam splitter (branching means)
6,7 Optical path 8 Laser combiner
9 Frequency adjuster (Frequency dispersion adjusting means)
10 Photonic crystal fiber (frequency conversion means)
11 Filter 12 Scanner (Scanning means)
13 Condensing lens (irradiation means)
14 filter 14 'frequency selection device (frequency selection means)
16 photodetector (light detection means)
16a photodetector (first detector)
16b Photodetector (second detector)
30 Pulse train converter (pulse train converter)
31 Frequency adjusting device (frequency dispersion adjusting means)
32 branching multiplexer 32a branching portion 32b multiplexing portion 33, 34 reflector 35, 36 optical path 41 intensity modulation element (intensity modulation means)
42 Lock-in amplifier (sensitivity adjusting means)
51 Polarizing element (first polarizing element)
52 Polarizing element (second polarizing element)
53 Polarizing element (third polarizing element)
54 λ / 4 wave plate 71 λ / 4 wave plate 75 λ / 4 wave plate 76 Polarizing element (branching means)
77 Difference calculator

Claims (10)

2つの異なる周波数を有するパルスレーザ光を導光する2つの光路と、
該2つの光路を導光されてきたパルスレーザ光を同軸に合波する合波手段と、
該合波手段により合波されたパルスレーザ光を標本上で走査する走査手段と、
前記標本からの光を検出する光検出手段と、
前記2つの光路の一方に設けられ、該一方の光路を導光されてきたパルスレーザ光を、前記標本内の特定の分子振動の周波数と同じ周波数で繰り返されるパルス列に変換するパルス列変換手段と
を備えるレーザ顕微鏡装置。
Two optical paths for guiding pulsed laser light having two different frequencies;
A multiplexing means for coaxially multiplexing the pulsed laser light guided through the two optical paths;
Scanning means for scanning the sample with the pulse laser beam combined by the combining means;
Light detection means for detecting light from the specimen;
Pulse train conversion means that is provided in one of the two optical paths and converts the pulse laser light guided through the one optical path into a pulse train repeated at the same frequency as the frequency of the specific molecular vibration in the sample. Laser microscope apparatus provided.
前記パルス列変換手段が、
前記一方の光路を導光されてきたパルスレーザ光を光路長が互いに異なる2つの光路に分岐する分岐部と、
該分岐部により分岐された2つの光路を導光されてきたパルスレーザ光を合波する合波部と
を備える請求項1に記載のレーザ顕微鏡装置。
The pulse train converting means is
A branching portion for branching the pulsed laser light guided through the one optical path into two optical paths having different optical path lengths;
The laser microscope apparatus according to claim 1, further comprising: a multiplexing unit that combines the pulsed laser beams guided through the two optical paths branched by the branching unit.
前記パルス列変換手段が、
前記分岐部に導光されるパルスレーザ光の周波数分散量を調節する周波数分散量調節手段を備える請求項2に記載のレーザ顕微鏡装置。
The pulse train converting means is
The laser microscope apparatus according to claim 2, further comprising a frequency dispersion amount adjusting unit that adjusts a frequency dispersion amount of the pulsed laser light guided to the branching unit.
パルスレーザ光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源から射出されたパルスレーザ光を前記2つの光路に分岐する分岐手段と、
前記2つの光路の少なくとも一方に設けられ、前記2つの光路を導光されてきたパルスレーザ光の周波数を互いに異なる周波数に変換する周波数変換手段と、
前記2つの光路の少なくとも一方に設けられ、前記2つのパルスレーザ光の周波数分散および/または周波数帯域を調節する周波数調節手段と
を備える請求項1に記載のレーザ顕微鏡装置。
A laser light source for emitting pulsed laser light;
Branching means for branching the pulsed laser light emitted from the laser light source into the two optical paths;
A frequency conversion unit that is provided in at least one of the two optical paths and converts the frequency of the pulsed laser light guided through the two optical paths into different frequencies;
The laser microscope apparatus according to claim 1, further comprising: a frequency adjusting unit that is provided in at least one of the two optical paths and adjusts frequency dispersion and / or a frequency band of the two pulsed laser beams.
前記2つの光路の少なくとも一方に設けられ、前記周波数調節手段により周波数帯域が調節されたパルスレーザ光であって、前記光検出手段により検出される前記標本からの光と同じ周波数のパルスレーザ光である注目成分の強度を変調する強度変調手段と、
該強度変調手段に同期して、前記光検出手段における前記強度変調手段により強度の変調されたパルスレーザ光の検出感度を調節する感度調節手段と
を備える請求項に記載のレーザ顕微鏡装置。
A pulsed laser beam provided in at least one of the two optical paths and having a frequency band adjusted by the frequency adjusting unit, the pulsed laser beam having the same frequency as the light from the sample detected by the photodetecting unit and intensity modulation means for modulating the intensity of certain components of interest,
The laser microscope apparatus according to claim 4 , further comprising: a sensitivity adjusting unit that adjusts detection sensitivity of the pulsed laser light whose intensity is modulated by the intensity modulating unit in the light detecting unit in synchronization with the intensity modulating unit.
前記2つの光路のうち他方の光路に設けられ、該他方の光路を導光されるパルスレーザ光の偏光方向を設定する第1の偏光素子と、
前記標本と前記光検出手段との間に設けられ、前記第1の偏光素子の偏光軸に直交する方向に偏光軸が設定された第2の偏光素子と、
前記2つの光路のうち一方の光路に設けられ、前記第1の偏光素子の偏光軸に対して0°から90°の範囲の方向に偏光軸が設定された第3の偏光素子と
を備える請求項1に記載のレーザ顕微鏡装置。
A first polarizing element that is provided in the other optical path of the two optical paths and sets the polarization direction of the pulsed laser light guided through the other optical path;
A second polarizing element that is provided between the sample and the light detection means and has a polarization axis set in a direction perpendicular to the polarization axis of the first polarizing element;
And a third polarizing element provided in one of the two optical paths and having a polarization axis set in a range of 0 ° to 90 ° with respect to the polarization axis of the first polarizing element. Item 2. The laser microscope apparatus according to Item 1.
前記第2の偏光素子と前記光検出手段との間に設けられ、選択された波長成分のみを透過させる波長選択手段を備える請求項6に記載のレーザ顕微鏡装置。   The laser microscope apparatus according to claim 6, further comprising a wavelength selection unit that is provided between the second polarizing element and the light detection unit and transmits only a selected wavelength component. 前記第1の偏光素子と前記合波手段との間にλ/4波長板を備える請求項6に記載のレーザ顕微鏡装置。   The laser microscope apparatus according to claim 6, further comprising a λ / 4 wavelength plate between the first polarizing element and the multiplexing unit. 前記第3の偏光素子と前記合波手段との間にλ/4波長板を備える請求項6に記載のレーザ顕微鏡装置。   The laser microscope apparatus according to claim 6, further comprising a λ / 4 wavelength plate between the third polarizing element and the multiplexing unit. 前記光検出手段が、互いに直交する成分を検出する第1の検出器と第2の検出器とを有し、
前記標本と前記光検出手段との間に設けられたλ/4波長板と、
該λ/4波長板を透過した光を互いに直交する成分に分岐する分岐手段と、
前記第1の検出器により検出された成分と前記第2の検出器により検出された成分との差分を算出する差分算出部と
を備える請求項6に記載のレーザ顕微鏡装置。
The light detection means includes a first detector and a second detector for detecting components orthogonal to each other;
A λ / 4 wavelength plate provided between the specimen and the light detection means;
Branching means for branching light transmitted through the λ / 4 wavelength plate into components orthogonal to each other;
The laser microscope apparatus according to claim 6, further comprising: a difference calculation unit that calculates a difference between the component detected by the first detector and the component detected by the second detector.
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