JP5603880B2 - 円錐屈折に基づく新規な光デバイス - Google Patents
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Description
レーザーのバイオフォトニクスへの応用は最適化されていないと広く認識されており、最適なレーザータイプを考慮せず、利用可能な光源を単に使用して応用されている。このことはまた、レーザー顕微解剖についても言える。3D顕微解剖および電顕外科に求められる一要件は、1×106Wよりも高いピークパワーがサブピコ秒持続する超短パルスである。また、このパワー範囲では、ファイバレーザーでは損傷閾値を超えてしまうことが知られている。このパワーレベルは、追加の増幅を行わないコンパクトな構成では実現することができない。しかし、円錐屈折レーザーは、かかるパラメータを非常にコンパクトな構成で生成する能力を有し得る。
本発明はまた、光ピンセット用の低コスト高パワーCWレーザーシステムとして使用することができる。
DPSS(ダイオード励起固体)バルクレーザーの利得媒質としてのCR素子。
典型的な希土類イオンをドープした二軸結晶利得媒質を、CR現象を利用する方向にカットしたものに基づいたレーザーによって、非常に広いスペクトル範囲をカバーすることが可能な新世代の超効率自己整合型DPSSバルクレーザーが得られる。
CR発振器の効率は、際立っている。市販の高パワーディスクレーザーおよびファイバレーザーでは、今日、10〜15%の電力変換効率が示されている。非常に優れたビーム品質が生成されること、およびCR生成ビームの非ガウス的な振舞いをおそらくは関連付けると、CRレーザーは、遙かに高い効率に達する可能性を有する。
図10aおよび10bに、CRレーザーが複雑でないこと、およびビーム品質の改善を示す。このことによって、より迅速な製造、よりコンパクトなデバイスが大幅に低いコストで得られることにつながることが期待される。
CR素子通過後に出現する特有の円錐形ビームを、非常に特殊な特性を有する光ピンセットとして使用することができる。ドーナツ形ビーム断面を用いて対象物を取り囲み、それらの環境内で個々に動かすことが可能となるため、既存の技術で見られる困難な単一細胞ソーティングを解決することができる。
Claims (20)
- 入力ビームを光軸に沿って投射する入力光源と光素子とを備える光学システムであって、
前記入力ビームがガウス型ビームのプロファイルを持ち、
前記光素子は、前記入力ビームから円錐屈折ビームを生成するように構成された第1の円錐屈折素子を備え、
前記光素子は、前記円錐屈折ビームに位相シフトを印加するように構成された復元光素子を備え、
前記光素子は、前記入力ビームからの前記円錐屈折ビームが前記復元光素子を用いて復元されるように配置され、それにより復元された復元ビームが前記入力ビームと実質的に同一のガウス型ビームのプロファイルを持つ、光学システム。 - 前記第1の円錐屈折素子が、第1の擬ベクトルを印加することによって円錐屈折ビームを生成するように構成され、前記復元光素子が、前記円錐屈折ビームに逆向きの第2の擬ベクトルを印加することによって前記入力ビームを復元するように構成される、請求項1に記載の光学システム。
- 前記第2の擬ベクトルが、前記第1の擬ベクトルとは実質的に逆向きである、請求項2に記載の光学システム。
- 前記第2の擬ベクトルが、複数の擬ベクトルを含み、それらの向きの総計によって前記位相シフトを与える、請求項3に記載の光学システム。
- 前記第1の素子が、入力ビームが透過して前記円錐屈折ビームを生成する所定の光路長を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記復元光素子が、前記円錐屈折ビームが透過して前記復元ビーム生成する所定の光路長を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記復元光素子が、第2の円錐屈折素子である、請求項1から6のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記復元光素子が、前記円錐屈折ビームの光経路に沿って配置された1つまたは複数の追加の円錐屈折素子を備える、請求項1から7のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記復元素子が、反射器を備え、前記反射器が、前記第1の円錐屈折素子を介して前記円錐屈折ビームを反射し返し、それによって前記円錐屈折ビームに位相シフトを印加し、前記入力ビームを復元する、請求項1から8のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記第1の円錐屈折素子及び前記復元光素子を介して位相シフトが印加される前記経路長が実質的に同一である、請求項1から9のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記位相シフトが、180°である、請求項1から10のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記光源が、コヒーレント源ビームを供給する、請求項1から11のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記光源が、非コヒーレントビームを供給する、請求項1から11のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記ビームが、偏光されている、請求項1から13のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記ビームが、円形偏光されている、請求項1から14のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記第1の円錐屈折素子が、円錐屈折が可能となる方向にカットした希土類イオンドープ二軸結晶を備える、請求項1から15のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記結晶が、ネオジムがドープされたカリウムガドリニウムタングステン酸塩結晶である、請求項16に記載の光学システム。
- ガウス型ビームのプロファイルを持つ入力ビームから円錐屈折ビームを生成するように構成された第1の円錐屈折素子、及び
反射器、第2の円錐屈折素子、又は反射器と第2の円錐屈折素子の組み合わせのいずれか一つを備える復元光素子を備えるレーザー用利得媒質であって、
前記復元光素子は、前記円錐屈折ビームに位相シフトを印加して前記円錐屈折ビームを復元するように配置され、それにより復元された復元ビームが前記入力ビームと実質的に同一のガウス型ビームのプロファイルを持つ、利得媒質。 - ガウス型ビームのプロファイルを持つ入力ビームから円錐屈折ビームを生成するように構成された第1の円錐屈折素子、及び
反射器、第2の円錐屈折素子、又は反射器と第2の円錐屈折素子の組み合わせのいずれか一つを備える復元光素子を備え、
前記復元光素子は、前記円錐屈折ビームに位相シフトを印加して前記円錐屈折ビームを復元するように配置され、それにより復元された復元ビームが前記入力ビームと実質的に同一のガウス型ビームのプロファイルを持つ利得媒質を有するレーザー。 - 前記レーザーがキャビティを備え、当該キャビティは、前記キャビティの第1の端部にある入力ミラーと、前記キャビティの第2の端部に配置された出力ミラーとの間に配置される光学素子を備え、前記レーザーが、前記キャビティの前記第1の端部から励起され、前記出力ミラーが、前記光素子を介して前記ビームを位相シフトを付加して反射し返す、請求項19に記載のレーザー。
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