JP6480152B2 - Light source device and light generation method - Google Patents
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Description
本発明は、光源装置及び光生成方法に関する。 The present invention relates to a light source device and a light generation method.
近年、所望の光強度分布を生成するために、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）が用いられることがある。ＤＯＥを用いて所望の光強度分布を生成するためには、ＤＯＥの位相分布を設計する必要がある。例えば特許文献１には、反復フーリエ変換アルゴリズム（ＩＦＴＡ：Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて、所望の光強度分布をＤＯＥの位相分布に変換することが記載されている。 In recent years, a diffractive optical element (DOE) is sometimes used to generate a desired light intensity distribution. In order to generate a desired light intensity distribution using the DOE, it is necessary to design the phase distribution of the DOE. For example, Patent Document 1 describes that a desired light intensity distribution is converted into a DOE phase distribution using an iterative Fourier transform algorithm (IFTA).
さらに、近年、高強度領域が暗領域を囲んでいる光（例えば、中空ビーム）が利用されている。このような光は、例えば、光トラップに利用されている。非特許文献１には、ホログラムにより、このような光を生成することが記載されている。 Further, in recent years, light (for example, a hollow beam) in which a high intensity region surrounds a dark region has been used. Such light is used, for example, in an optical trap. Non-Patent Document 1 describes that such light is generated by a hologram.
さらに、非特許文献２には、互いに異なる波長を有するポンプ光及びイレース光を蛍光顕微鏡に利用することが記載されている。イレース光は、空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＳＬＭ）により生成したベッセル−ガウスビーム（中空ビーム）である。そしてポンプ光は、イレース光の中心に照射される。この場合、イレース光が照射される領域において蛍光を消失させる一方で、ポンプ光が照射される領域で蛍光を観測することができる。 Furthermore, Non-Patent Document 2 describes that pump light and erase light having different wavelengths are used in a fluorescence microscope. The erase light is a Bessel-Gauss beam (hollow beam) generated by a spatial light modulator (SLM). And pump light is irradiated to the center of erase light. In this case, the fluorescence can be observed in the region irradiated with the pump light while the fluorescence disappears in the region irradiated with the erase light.
一部の光源装置では、高強度の光によって囲まれる領域に光をさらに照射することが必要とされる。 In some light source devices, it is necessary to further irradiate light to a region surrounded by high-intensity light.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新規な方法で、高強度の光によって囲まれる領域に光をさらに照射することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to further irradiate light to a region surrounded by high-intensity light by a novel method.
本発明によれば、
第１波長の第１入射光及び前記第１波長と異なる第２波長の第２入射光を出射する光学系と、
回折光学素子と、
を備え、
前記第１入射光及び前記第２入射光は、同軸の光として前記回折光学素子に入射し、第１出射光及び第２出射光として、それぞれ、前記回折光学素子から出射され、
前記第１入射光は、前記第１入射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１入射光の中心にピークを有する強度分布を備え、
前記第１出射光は、前記第１出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１出射光の中心を囲む領域にピークを有する強度分布を備え、
前記第２入射光は、前記第２入射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２入射光の中心にピークを有する強度分布を備え、
前記第２出射光は、前記第２出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２出射光の中心にピークを有する強度分布を備える光源装置が提供される。
According to the present invention,
An optical system that emits first incident light having a first wavelength and second incident light having a second wavelength different from the first wavelength ;
A diffractive optical element;
With
The first incident light and the second incident light are incident on the diffractive optical element as coaxial light, and are emitted from the diffractive optical element as first outgoing light and second outgoing light, respectively.
The first incident light has an intensity distribution having a peak at the center of the first incident light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first incident light,
The first outgoing light has an intensity distribution having a peak in a region surrounding the center of the first outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first outgoing light,
The second incident light has an intensity distribution having a peak at the center of the second incident light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second incident light,
A light source device is provided in which the second emitted light has an intensity distribution having a peak at the center of the second emitted light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second emitted light.
本発明によれば、
第１波長の第１入射光及び前記第１波長と異なる第２波長の第２入射光を同軸の光として回折光学素子に入射し、
前記第１入射光及び前記第２入射光を、第１出射光及び第２出射光として、それぞれ、前記回折光学素子から出射し、
前記第１入射光は、前記第１入射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１入射光の中心にピークを有する強度分布を備え、
前記第１出射光は、前記第１出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１出射光の中心を囲む領域にピークを有する強度分布を備え、
前記第２入射光は、前記第２入射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２入射光の中心にピークを有する強度分布を備え、
前記第２出射光は、前記第２出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２出射光の中心にピークを有する強度分布を備える、光生成方法が提供される。
According to the present invention,
A first incident light having a first wavelength and a second incident light having a second wavelength different from the first wavelength are incident on the diffractive optical element as coaxial light,
The first incident light and the second incident light are respectively emitted from the diffractive optical element as first emitted light and second emitted light ,
The first incident light has an intensity distribution having a peak at the center of the first incident light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first incident light,
The first outgoing light has an intensity distribution having a peak in a region surrounding the center of the first outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first outgoing light,
The second incident light has an intensity distribution having a peak at the center of the second incident light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second incident light,
There is provided a light generation method in which the second emitted light has an intensity distribution having a peak at the center of the second emitted light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second emitted light.
本発明によれば、新規な方法で、高強度の光によって囲まれる領域に光をさらに照射することができる。 According to the present invention, light can be further irradiated to a region surrounded by high-intensity light by a novel method.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。この光源装置は、光学系１００及び回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）２００を備えている。光学系１００は、第１波長の第１入射光及び第２波長の第２入射光を出射する。第１入射光及び第２入射光は、同軸の光としてＤＯＥ２００に入射する。ＤＯＥ２００は、第１入射光の出射光である第１出射光を出射する。さらに、ＤＯＥ２００は、第２入射光の出射光である第２出射光を出射する。第１出射光は、第１出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に第１出射光の中心を囲む領域にピークを有する強度分布を備える。第２出射光は、第２出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に第２出射光の中心にピークを有する強度分布を備える。以下、詳細に説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a light source device according to the first embodiment. The light source device includes an optical system 100 and a diffractive optical element (DOE) 200. The optical system 100 emits first incident light having a first wavelength and second incident light having a second wavelength. The first incident light and the second incident light are incident on the DOE 200 as coaxial light. The DOE 200 emits first outgoing light that is outgoing light of the first incident light. Further, the DOE 200 emits second outgoing light that is outgoing light of the second incident light. The first outgoing light has an intensity distribution having a peak in a region surrounding the center of the first outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first outgoing light. The second outgoing light has an intensity distribution having a peak at the center of the second outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second outgoing light. Details will be described below.
光学系１００は、第１光源１１０、第２光源１２０、及びダイクロイックミラー１３０（合波部）を備えている。第１光源１１０及び第２光源１２０それぞれは、例えば、レーザダイオードである。第１光源１１０及び第２光源１２０は、それぞれ、第１入射光及び第２入射光を出射する。第１入射光及び第２入射光は、ガウシアンビームである。詳細を後述するように、第１入射光の波長（第１波長）と第２入射光の波長（第２波長）は、互いに異なっている。 Optical system 100 includes a first light source 110, second light source 120 and the die click B A Kkumira 130, (multiplexing unit). Each of the first light source 110 and the second light source 120 is, for example, a laser diode. The first light source 110 and the second light source 120 emit first incident light and second incident light, respectively. The first incident light and the second incident light are Gaussian beams. As will be described in detail later, the wavelength of the first incident light (first wavelength) and the wavelength of the second incident light (second wavelength) are different from each other.
第１光源１１０からの第１入射光は、フィルタ１１２を介してダイクロイックミラー１３０に入射し、ダイクロイックミラー１３０を透過する。これに対して、第２光源１２０からの第２入射光は、フィルタ１２２を介してダイクロイックミラー１３０に入射し、ダイクロイックミラー１３０で反射する。フィルタ１１２，１２２それぞれは、透過率可変フィルタである。第１入射光及び第２入射光は、ダイクロイックミラー１３０のほぼ同じ位置から出射される。これにより、光学系１００は、第１入射光及び第２入射光を同軸の光として出射する。 First incident light from the first light source 110 enters the die click B A Kkumira 130 via the filter 112, passes through the die click B A Kkumira 130. In contrast, the second incident light from the second light source 120 enters the die click B A Kkumira 130 via the filter 122, is reflected by the die click B A Kkumira 130. Each of the filters 112 and 122 is a transmittance variable filter. First incident light and second incident light is emitted from nearly the same position of the die click B A Kkumira 130. Thereby, the optical system 100 emits the first incident light and the second incident light as coaxial light.
光学系１００は、制御部３００によって制御されている。これにより、第１入射光の強度と第２入射光の強度の比を変化させることができる。例えば、制御部３００は、第１光源１１０の出力及び第２光源１２０の出力を制御することにより、上記した強度比を変化させることができる。さらに、制御部３００は、フィルタ１１２（第１光源１１０のフィルタ）の透過率及びフィルタ１２２（第２光源１２０のフィルタ）の透過率を制御することにより、上記した強度比を変化させてもよい。 The optical system 100 is controlled by the control unit 300. Thereby, the ratio of the intensity of the first incident light and the intensity of the second incident light can be changed. For example, the control unit 300 can change the intensity ratio described above by controlling the output of the first light source 110 and the output of the second light source 120. Furthermore, the control unit 300 may change the intensity ratio described above by controlling the transmittance of the filter 112 (filter of the first light source 110) and the transmittance of the filter 122 (filter of the second light source 120). .
第１入射光及び第２入射光は、光学系１００から出射され、その後、レンズ系４００に入射する。レンズ系４００は、第１入射光及び第２入射光それぞれのスポット直径を大きくするための光学系である。本図に示す例では、レンズ系４００は、平凹レンズ及び両凸レンジを含んでいる。平凹レンズ及び両凸レンズは、光学系１００から離れる方向にこの順で並んでいる。そして平凸レンズは、入射側が平坦になっており、出射側が凹部となっている。 The first incident light and the second incident light are emitted from the optical system 100 and then enter the lens system 400. The lens system 400 is an optical system for increasing the spot diameter of each of the first incident light and the second incident light. In the example shown in this figure, the lens system 400 includes a plano-concave lens and a biconvex range. The plano-concave lens and the biconvex lens are arranged in this order in the direction away from the optical system 100. The plano-convex lens is flat on the incident side and concave on the output side.
第１入射光及び第２入射光は、レンズ系４００を通過し、その後、ＤＯＥ２００に入射する。その後、第１入射光及び第２入射光は、ＤＯＥ２００を通過し、その後、それぞれ、第１出射光及び第２出射光としてＤＯＥ２００から出射される。この場合、ＤＯＥ２００は、第１出射光及び第２出射光を同軸の光として出射する。 The first incident light and the second incident light pass through the lens system 400 and then enter the DOE 200. Thereafter, the first incident light and the second incident light pass through the DOE 200, and then are emitted from the DOE 200 as the first emitted light and the second emitted light, respectively. In this case, the DOE 200 emits the first outgoing light and the second outgoing light as coaxial light.
詳細を後述するように、ＤＯＥ２００は、第１波長のガウシアンビームを中空ビームに変換するように設計されている。このため、第１波長（設計波長）と異なる波長の出射光は、ほとんどＤＯＥ２００の０次光となる。言い換えると、第１波長と異なる波長の光がＤＯＥ２００に入射しても、その光の強度分布はほとんど変化しない。これにより、第１入射光は、ガウシアンビームから中空ビーム（第１出射光）に変換される。これに対して、第２入射光は、第２出射光になってもガウシアンビームのままである。このようにして、第１出射光の強度分布は、第１出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に第１出射光の中心を囲む領域にピークを有する。これに対して、第２出射光の強度分布は、第２出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に第２出射光の中心にピークを有する。 As will be described in detail later, the DOE 200 is designed to convert a first wavelength Gaussian beam into a hollow beam. For this reason, the emitted light having a wavelength different from the first wavelength (design wavelength) is almost 0th order light of the DOE 200. In other words, even when light having a wavelength different from the first wavelength is incident on the DOE 200, the intensity distribution of the light hardly changes. As a result, the first incident light is converted from a Gaussian beam into a hollow beam (first outgoing light). On the other hand, the second incident light remains a Gaussian beam even when it becomes the second outgoing light. In this way, the intensity distribution of the first outgoing light has a peak in a region surrounding the center of the first outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first outgoing light. On the other hand, the intensity distribution of the second emitted light has a peak at the center of the second emitted light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second emitted light.
第２入射光の強度分布がＤＯＥ２００で変換されないようにするために、第２入射光の波長（第２波長）は、第１波長と異なっている必要がある。具体的には、第１波長と第２波長の差は、好ましくは１００ｎｍ以上であり、より好ましくは５００ｎｍ以上である。具体的には、第１波長及び第２波長は、それぞれ、例えば、５３２ｎｍ及び１０６４ｎｍである。なお、第２波長は、第１波長より長くてもよいし、又は短くてもよい。 In order to prevent the intensity distribution of the second incident light from being converted by the DOE 200, the wavelength of the second incident light (second wavelength) needs to be different from the first wavelength. Specifically, the difference between the first wavelength and the second wavelength is preferably 100 nm or more, and more preferably 500 nm or more. Specifically, the first wavelength and the second wavelength are, for example, 532 nm and 1064 nm, respectively. Note that the second wavelength may be longer or shorter than the first wavelength.
なお、ＤＯＥ２００の設計波長は、第２波長（第２光源１２０からの第２入射光の波長）にしてもよい。この場合、第２入射光（第２光源１２０からの光）がＤＯＥ２００でガウシアンビームから中空ビームに変換されるのに対して、第１入射光（第１光源１１０からの光）はＤＯＥ２００において中空ビームに変換されない。この場合においても、第１出射光及び第２出射光は、ＤＯＥ２００から同軸の光として出射することができる。 The design wavelength of the DOE 200 may be the second wavelength (the wavelength of the second incident light from the second light source 120). In this case, the second incident light (light from the second light source 120) is converted from a Gaussian beam to a hollow beam by the DOE 200, whereas the first incident light (light from the first light source 110) is hollow in the DOE 200. It is not converted to a beam. Also in this case, the first outgoing light and the second outgoing light can be emitted from the DOE 200 as coaxial light.
第１出射光及び第２出射光は、ＤＯＥ２００から出射され、その後、レンズ５００に入射する。レンズ５００は、第１出射光及び第２出射光を集光するためのレンズである。第１出射光及び第２出射光は、レンズ５００を通過し、その後、光源装置から出射される。この場合、第１出射光及び第２出射光は、同軸の光である。これにより、この軸に垂直な断面で見た場合、ガウシアンビームの第２出射光のピークは、中空ビームの第１出射光のピークに囲まれる領域に位置している。 The first emitted light and the second emitted light are emitted from the DOE 200 and then enter the lens 500. The lens 500 is a lens for collecting the first outgoing light and the second outgoing light. The first emitted light and the second emitted light pass through the lens 500 and are then emitted from the light source device. In this case, the first outgoing light and the second outgoing light are coaxial light. As a result, when viewed in a cross section perpendicular to this axis, the peak of the second emitted light of the Gaussian beam is located in a region surrounded by the peak of the first emitted light of the hollow beam.
さらに、第１出射光のピーク強度及び第２出射光のピーク強度は、第１入射光の強度及び第２入射光の強度によってそれぞれ制御することができる。そして上記したように、第１入射光の強度及び第２入射光の強度は、制御部３００によって制御されている。 Furthermore, the peak intensity of the first emitted light and the peak intensity of the second emitted light can be controlled by the intensity of the first incident light and the intensity of the second incident light, respectively. As described above, the intensity of the first incident light and the intensity of the second incident light are controlled by the control unit 300.
図２は、図１に示したＤＯＥ２００の２次元位相分布の一例を示す図である。本図（ｂ）は、本図（ａ）の矢印における断面図である。本図に示すように、この２次元位相分布は、等値線が同心円上に位置している。詳細を後述するように、このような２次元位相分布により、中空ビームを生成することができる。本図に示す例において、この２次元位相分布は、例えば、ＤＯＥ２００の表面にレリーフ（凹凸）を形成することで形成される。さらに、この２次元位相分布は、ＤＯＥ２００の屈折率を変調させることで形成してもよい。なお、ＤＯＥ２００の表面にレリーフを形成する場合、その凹凸の分布は上記した２次元位相分布と相似するものとなる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the two-dimensional phase distribution of the DOE 200 shown in FIG. This figure (b) is sectional drawing in the arrow of this figure (a). As shown in this figure, in this two-dimensional phase distribution, the isolines are located on concentric circles. As will be described in detail later, a hollow beam can be generated by such a two-dimensional phase distribution. In the example shown in this figure, this two-dimensional phase distribution is formed by forming a relief (unevenness) on the surface of the DOE 200, for example. Further, the two-dimensional phase distribution may be formed by modulating the refractive index of the DOE 200. When a relief is formed on the surface of the DOE 200, the uneven distribution is similar to the two-dimensional phase distribution described above.
図３〜図６の各図は、図２に示した２次元位相分布の算出方法の一例を示す図である。まず、図３に示すように、２点の明点ＬＰ１，ＬＰ２の光強度分布をシミュレートする。これら２点の明点ＬＰ１，ＬＰ２は、等しい強度分布を有している。さらにこれら２点の明点ＬＰ１，ＬＰ２それぞれの波長は第１波長である。これにより、ＤＯＥ２００の設計波長は、第１波長となる。なお、本図（ｂ）は、本図（ａ）の矢印における断面図である。 Each of FIGS. 3 to 6 is a diagram illustrating an example of a calculation method of the two-dimensional phase distribution illustrated in FIG. First, as shown in FIG. 3, the light intensity distribution of the two bright spots LP1 and LP2 is simulated. These two bright spots LP1 and LP2 have an equal intensity distribution. Further, the wavelengths of these two bright spots LP1 and LP2 are the first wavelengths. As a result, the design wavelength of the DOE 200 becomes the first wavelength. In addition, this figure (b) is sectional drawing in the arrow of this figure (a).
次いで、図４に示すように、図３に示した２点の明点ＬＰ１，ＬＰ２を生成するためのＤＯＥの２次元位相分布を生成する。この２次元位相分布は、図３に示した強度分布を例えば反復フーリエ変換アルゴリズム（ＩＦＴＡ：Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）により変換することで算出される。本図に示すように、この２次元位相分布では、等値線は、上記した分布の中心に線対称に配置され、かつ互いに平行である。なお、本図（ｂ）は、本図（ａ）の矢印における断面図である。 Next, as shown in FIG. 4, a two-dimensional phase distribution of DOE for generating the two bright points LP1 and LP2 shown in FIG. 3 is generated. This two-dimensional phase distribution is calculated by transforming the intensity distribution shown in FIG. 3 by, for example, an iterative Fourier transform algorithm (IFTA) (Iterative Fourier Transform Algorithm). As shown in this figure, in this two-dimensional phase distribution, the isolines are arranged symmetrically with respect to the center of the distribution and are parallel to each other. In addition, this figure (b) is sectional drawing in the arrow of this figure (a).
次いで、図５に示すように、図４に示した２次元位相分布の一部を読み出す。具体的には、図４に示した２次元位相分布を等値線に垂直な断面で見た場合に現れる１次元位相分布は、この分布を対称に分割する第１軸（対称軸）を有している。そして本図に示す例では、この第１軸を介して互いに逆側に位置する分布のうち一方が読み出されている。 Next, as shown in FIG. 5, a part of the two-dimensional phase distribution shown in FIG. 4 is read. Specifically, the one-dimensional phase distribution that appears when the two-dimensional phase distribution shown in FIG. 4 is viewed in a cross section perpendicular to the isolines has a first axis (symmetric axis) that divides this distribution symmetrically. doing. In the example shown in the figure, one of the distributions located on the opposite sides of each other is read through the first axis.
次いで、図６に示すように、上記した第１軸を回転軸として、図５に示した１次元位相分布を回転させる。これにより、図２に示した２次元位相分布が算出される。本図に示す例において、この２次元位相分布は、図３に示した明点ＬＰ１，ＬＰ２が生成される際の１次元位相分布の回転体に相当する。この場合、図２に示した２次元位相分布の回折光は、図３に示したＬＰ１，ＬＰ２の回転体に相当する光（つまり、中空ビーム）となる。 Next, as shown in FIG. 6, the one-dimensional phase distribution shown in FIG. 5 is rotated using the first axis as a rotation axis. Thereby, the two-dimensional phase distribution shown in FIG. 2 is calculated. In the example shown in this figure, this two-dimensional phase distribution corresponds to a rotating body of the one-dimensional phase distribution when the bright points LP1 and LP2 shown in FIG. 3 are generated. In this case, the diffracted light of the two-dimensional phase distribution shown in FIG. 2 becomes light (that is, a hollow beam) corresponding to the rotating bodies LP1 and LP2 shown in FIG.
図７は、図１に示した光源装置から出射した中空ビームの測定結果の一例を示す図である。本図に示す例では、第１光源１１０から波長５３２ｎｍの第１入射光（ガウシアンビーム）を出射させた。これに対して、第２光源１２０からは光を出射させなかった。ＤＯＥ２００の設計波長は、５３２ｎｍ（第１波長）とした。本図に示すように、第１出射光は、中空ビームとなった。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a measurement result of the hollow beam emitted from the light source device illustrated in FIG. 1. In the example shown in the figure, first incident light (Gaussian beam) having a wavelength of 532 nm is emitted from the first light source 110. On the other hand, no light was emitted from the second light source 120. The design wavelength of the DOE 200 was 532 nm (first wavelength). As shown in the figure, the first outgoing light was a hollow beam.
図８は、図１に示した光源装置から出射したガウシアンビームの測定結果の一例を示す図である。本図に示す例では、第２光源１２０から波長１０６４ｎｍの第２入射光（ガウシアンビーム）を出射させた。これに対して、第１光源１１０からは光を出射させなかった。ＤＯＥ２００の設計波長は、５３２ｎｍ（第１波長）とした。本図に示すように、第２出射光は、ガウシアンビームとなった。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a measurement result of a Gaussian beam emitted from the light source device illustrated in FIG. In the example shown in the figure, second incident light (Gaussian beam) having a wavelength of 1064 nm is emitted from the second light source 120. In contrast, no light was emitted from the first light source 110. The design wavelength of the DOE 200 was 532 nm (first wavelength). As shown in the figure, the second outgoing light was a Gaussian beam.
図９は、図１に示した光源装置から出射した光の測定結果の第１例を示す図である。本図に示す例では、第１光源１１０から波長５３２ｎｍの第１入射光（ガウシアンビーム）を出射させた。第２光源１２０から波長１０６４ｎｍの第２入射光（ガウシアンビーム）を出射させた。第２入射光の強度分布のピーク値は、第１入射光の強度分布のピーク値のほぼ半分とした。ＤＯＥ２００の設計波長は、５３２ｎｍ（第１波長）とした。本図に示すように、強度分布の中心のピーク値は、この中心を囲む領域のピーク値のほぼ半分となった。この結果は、第１出射光と第２出射光が同軸の光として出射されたことを示唆している。 FIG. 9 is a diagram illustrating a first example of a measurement result of light emitted from the light source device illustrated in FIG. 1. In the example shown in the figure, first incident light (Gaussian beam) having a wavelength of 532 nm is emitted from the first light source 110. Second incident light (Gaussian beam) having a wavelength of 1064 nm was emitted from the second light source 120. The peak value of the intensity distribution of the second incident light was approximately half the peak value of the intensity distribution of the first incident light. The design wavelength of the DOE 200 was 532 nm (first wavelength). As shown in this figure, the peak value at the center of the intensity distribution was almost half of the peak value in the region surrounding the center. This result suggests that the first outgoing light and the second outgoing light are emitted as coaxial light.
図１０は、図１に示した光源装置から出射した光の測定結果の第２例を示す図である。本図に示す例は、第１入射光の強度分布のピーク値と第２入射光の強度分布のピーク値がほぼ等しい点を除いて、図９に示した例と同様である。本図に示すように、強度分布の中心からその周囲の領域にかけて、ピーク値はほぼ一定となった。言い換えると、トップハットの強度分布が生成された。この結果は、第１出射光と第２出射光が同軸の光として出射されたことを示唆している。 FIG. 10 is a diagram illustrating a second example of a measurement result of light emitted from the light source device illustrated in FIG. The example shown in this figure is the same as the example shown in FIG. 9 except that the peak value of the intensity distribution of the first incident light and the peak value of the intensity distribution of the second incident light are substantially equal. As shown in the figure, the peak value was almost constant from the center of the intensity distribution to the surrounding area. In other words, a top hat intensity distribution was generated. This result suggests that the first outgoing light and the second outgoing light are emitted as coaxial light.
図１１（ａ）は、図１に示した光源装置の使用方法の第１例を示す図である。本図に示す例において、光源装置は、物体６００のレーザ加工に用いられている。本図に示すように、物体６００の第１領域６０２にガウシアンビームの第２出射光（本図において実線矢印で図示）を照射する。同時に、第１領域６０２を囲む第２領域６０４に中空ビームの第１出射光（本図において破線矢印で図示）を照射する。後述するように、レーザ加工の研削速度は、第１領域６０２と第２領域６０４において互いに異なっている。これにより、第１領域６０２と第２領域６０４の間には、段差ΔＨが生じる。 FIG. 11A is a diagram showing a first example of how to use the light source device shown in FIG. In the example shown in this figure, the light source device is used for laser processing of the object 600. As shown in the figure, the first region 602 of the object 600 is irradiated with the second outgoing light of the Gaussian beam (shown by a solid arrow in the figure). At the same time, the second region 604 surrounding the first region 602 is irradiated with the first outgoing light of the hollow beam (illustrated by a broken line arrow in the figure). As will be described later, the grinding speed of laser processing is different between the first region 602 and the second region 604. Thereby, a step ΔH is generated between the first region 602 and the second region 604.
段差ΔＨは、例えば、第１入射光の波長（第１波長）と第２入射光の波長（第２波長）を調整することにより、生成される。例えば、第１波長には物体６００が吸収しやすい波長を用いるのに対して、第２波長には物体６００が吸収しにくい波長を用いる。この場合、第２領域６０４での研削速度は、第１領域６０２での研削速度よりも高いものとなる。これにより、段差ΔＨが生じる。さらに、第１入射光にエネルギーの高い光（つまり、波長の短い光）を用い、かつ第２入射光にエネルギーの低い光（つまり、波長の長い光）を用いることでも、段差ΔＨを生成することができる。 The step ΔH is generated, for example, by adjusting the wavelength of the first incident light (first wavelength) and the wavelength of the second incident light (second wavelength). For example, a wavelength that is easily absorbed by the object 600 is used as the first wavelength, whereas a wavelength that is difficult for the object 600 to absorb is used as the second wavelength. In this case, the grinding speed in the second region 604 is higher than the grinding speed in the first region 602. As a result, a step ΔH occurs. Furthermore, the step ΔH is also generated by using light having high energy (that is, light having a short wavelength) as the first incident light and light having low energy (that is, light having a long wavelength) as the second incident light. be able to.
図１１（ｂ）は、図１に示した光源装置の使用方法の第２例を示す図である。本図に示す例においても、図１０（ａ）に示した例と同様にして、光源装置は、物体６００のレーザ加工に用いられている。本図に示す例は、第１領域６０２での研削速度が第２領域６０４での研削速度よりも高いものになっている点を除いて、図１０（ａ）に示した例と同様である。 FIG.11 (b) is a figure which shows the 2nd example of the usage method of the light source device shown in FIG. Also in the example shown in this figure, the light source device is used for laser processing of the object 600 in the same manner as the example shown in FIG. The example shown in this figure is the same as the example shown in FIG. 10A except that the grinding speed in the first region 602 is higher than the grinding speed in the second region 604. .
さらに、図１に示した光源装置は、蛍光顕微鏡の光源に用いることもできる。この場合、観察対象には、予め蛍光体の分子が含浸されている。この蛍光体の分子は、ガウシアンビームである第２出射光で励起されることにより蛍光発光する。一方、この蛍光体の分子は、中空ビームである第１出射光では励起されない。これにより、蛍光発光は、中空ビームの第１出射光によって囲まれた領域でのみ観測される。そして第１出射光によって囲まれた領域を第２出射光のスポット直径よりも小さいものにする。この場合、第２出射光のスポット直径よりも小さい解像を達成することができる。 Furthermore, the light source device shown in FIG. 1 can also be used as a light source of a fluorescence microscope. In this case, the observation target is impregnated with phosphor molecules in advance. The phosphor molecules emit fluorescence when excited by the second emitted light which is a Gaussian beam. On the other hand, the molecules of the phosphor are not excited by the first outgoing light which is a hollow beam. Thereby, the fluorescence emission is observed only in a region surrounded by the first outgoing light of the hollow beam. The area surrounded by the first outgoing light is made smaller than the spot diameter of the second outgoing light. In this case, resolution smaller than the spot diameter of the second emitted light can be achieved.
さらに、図１に示した光源装置は、光トラップに用いることもできる。例えば、中空ビームである第１出射光により原子又は分子をトラップする。そしてこの原子又は分子に第２出射光を照射する。この場合、第２出射光により、上記した原子又は分子にエネルギーを伝達することができる。 Furthermore, the light source device shown in FIG. 1 can also be used for an optical trap. For example, atoms or molecules are trapped by the first outgoing light that is a hollow beam. The atoms or molecules are irradiated with the second outgoing light. In this case, energy can be transmitted to the atoms or molecules described above by the second emitted light.
以上、本実施形態によれば、第１入射光及び第２入射光は、同軸の光としてＤＯＥ２００に入射する。そして第１出射光及び第２出射光は、同軸の光としてＤＯＥ２００から出射される。第１出射光は、中空ビームである。第２出射光は、ガウシアンビームである。これにより、ガウシアンビームの第２出射光のピークは、中空ビームの第１出射光のピークに囲まれる領域に位置するようになる。 As described above, according to the present embodiment, the first incident light and the second incident light are incident on the DOE 200 as coaxial light. The first emitted light and the second emitted light are emitted from the DOE 200 as coaxial light. The first outgoing light is a hollow beam. The second outgoing light is a Gaussian beam. As a result, the peak of the second outgoing light of the Gaussian beam is located in a region surrounded by the peak of the first outgoing light of the hollow beam.
（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態に係る光源装置の構成を示す図であり、第１の実施形態の図１に対応する。本実施形態に係る光源装置は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る光源装置と同様の構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the light source device according to the second embodiment, and corresponds to FIG. 1 of the first embodiment. The light source device according to the present embodiment has the same configuration as the light source device according to the first embodiment except for the following points.
本図に示すように、光学系１００は、第１光源１１０及び波長変換素子１４０（波長変換部）を含んでいる。第１光源１１０は、第１波長の第１入射光を出射する。そして第１入射光は、フィルタ１１２を通過し、その後、波長変換素子１４０に入射する。 As shown in the figure, the optical system 100 includes a first light source 110 and a wavelength conversion element 140 (wavelength conversion unit). The first light source 110 emits first incident light having a first wavelength. The first incident light passes through the filter 112 and then enters the wavelength conversion element 140.
本図に示す例において、波長変換素子１４０は、分極反転構造１４２を含んでいる。分極反転構造１４２は、擬似位相整合素子である。そして分極反転構造１４２は、例えば、第２高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ＳＨＧ）により、第１入射光の第２高調波を発生させる。これにより、第１入射光の一部は、分極反転構造１４２において第２高調波（第２入射光）に変換される。一方、第１入射光の他の一部は、分極反転構造１４２において第２高調波に変換されることなく、分極反転構造１４２を通過する。このようにして、分極反転構造１４２からは、第１入射光及び第２入射光が同軸の光として出射される。 In the example shown in the drawing, the wavelength conversion element 140 includes a polarization inversion structure 142. The domain inversion structure 142 is a quasi phase matching element. And the polarization inversion structure 142 generates the 2nd harmonic of 1st incident light by 2nd harmonic generation (Second Harmonic Generation: SHG), for example. Thereby, a part of the first incident light is converted into the second harmonic (second incident light) in the domain-inverted structure 142. On the other hand, the other part of the first incident light passes through the domain-inverted structure 142 without being converted into the second harmonic in the domain-inverted structure 142. In this way, the first incident light and the second incident light are emitted from the polarization inverting structure 142 as coaxial light.
波長変換素子１４０において変換される第１入射光の割合は、制御部３００によって調整される。制御部３００は、波長変換素子１４０を制御している。具体的には、制御部３００は、例えば、波長変換素子１４０の温度を制御している。なお、波長変換素子１４０の温度は、例えば、発熱機能（例えば、ヒータ）及び吸熱機能（例えば、ペルティエ素子）の少なくとも一方を備える温度調節素子により調節される。波長変換素子１４０の温度を制御することにより、波長変換素子１４０において変換される第１入射光の割合を変化させることができる。 The ratio of the first incident light converted by the wavelength conversion element 140 is adjusted by the control unit 300. The control unit 300 controls the wavelength conversion element 140. Specifically, the control unit 300 controls the temperature of the wavelength conversion element 140, for example. The temperature of the wavelength conversion element 140 is adjusted by, for example, a temperature adjustment element having at least one of a heat generation function (for example, a heater) and a heat absorption function (for example, a Peltier element). By controlling the temperature of the wavelength conversion element 140, the ratio of the first incident light converted by the wavelength conversion element 140 can be changed.
さらに、制御部３００は、第１光源１１０を回転させることにより、波長変換素子１４０に入射する第１入射光の入射角を変化させてもよい。この場合、第１入射光の入射角を制御することにより、波長変換素子１４０において変換される第１入射光の割合を変化させることができる。 Further, the controller 300 may change the incident angle of the first incident light incident on the wavelength conversion element 140 by rotating the first light source 110. In this case, the ratio of the first incident light converted by the wavelength conversion element 140 can be changed by controlling the incident angle of the first incident light.
第１入射光及び第２入射光は、分極反転構造１４２から出射し、その後、第１の実施形態と同様にして、レンズ系４００及びＤＯＥ２００をこの順で通過する。この場合、ＤＯＥ２００は、第１入射光及び第２入射光をそれぞれ第１出射光及び第２出射光として出射する。そして第１出射光及び第２出射光は、レンズ５００に入射し、その後、光源装置から出射される。 The first incident light and the second incident light are emitted from the polarization inversion structure 142, and then pass through the lens system 400 and the DOE 200 in this order in the same manner as in the first embodiment. In this case, the DOE 200 emits the first incident light and the second incident light as the first outgoing light and the second outgoing light, respectively. The first emitted light and the second emitted light are incident on the lens 500 and then emitted from the light source device.
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態においては、波長変換素子１４０を用いて第１入射光及び第２入射光を生成している。この場合、第１入射光及び第２入射光は、波長変換素子１４０から同軸の光として出射される。このため、第１入射光及び第２入射光を同軸の光としてＤＯＥ２００に入射することが容易となる。 Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, the wavelength conversion element 140 is used to generate the first incident light and the second incident light. In this case, the first incident light and the second incident light are emitted from the wavelength conversion element 140 as coaxial light. For this reason, it becomes easy for the first incident light and the second incident light to enter the DOE 200 as coaxial light.
なお、光学系１００は、第１光源１１０に代えて、第２光源１２０（図１）を含んでいてもよい。この場合、第２光源１２０は、第２波長の第２入射光を出射する。そして波長変換素子１４０は、上記した例と同様にして、第２入射光の一部から第１入射光を生成し、この第１入射光を出射する。さらに、波長変換素子１４０は、第２入射光の他の一部を通過させる。 The optical system 100 may include a second light source 120 (FIG. 1) instead of the first light source 110. In this case, the second light source 120 emits the second incident light having the second wavelength. And the wavelength conversion element 140 produces | generates 1st incident light from a part of 2nd incident light like the above-mentioned example, and radiate | emits this 1st incident light. Furthermore, the wavelength conversion element 140 allows another part of the second incident light to pass therethrough.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 第１波長の第１入射光及び第２波長の第２入射光を出射する光学系と、
前記第１入射光及び前記第２入射光が同軸の光として入射し、前記第１入射光の出射光である第１出射光及び前記第２入射光の出射光である第２出射光を出射する回折光学素子と、
を備え、
前記第１出射光は、前記第１出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１出射光の中心を囲む領域にピークを有する強度分布を備え、
前記第２出射光は、前記第２出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２出射光の中心にピークを有する強度分布を備える光源装置。
２． １．に記載の光源装置において、
前記光学系は、
前記第１入射光を出射する第１光源と、
前記第２入射光を出射する第２光源と、
前記第１入射光及び前記第２入射光を結合し、かつ前記第１入射光及び前記第２入射光を同軸の光として出射する合波部と、
を備える光源装置。
３． １．に記載の光源装置において、
前記光学系は、
前記第１入射光及び前記第２入射光の一方を出射する光源と、
前記一方の一部を前記第１入射光及び前記第２入射光の他方に変換し、かつ前記一方の他の一部を通過させる波長変換部と、
を備える光源装置。
４． ２．又は３．に記載の光源装置において、
前記光学系を制御することにより、前記第１入射光の強度と前記第２入射光の強度の比を変化させる制御部を備える光源装置。
５． １．〜４．のいずれか一つに記載の光源装置において、
前記第１波長と前記第２波長は、１００ｎｍ以上互いに離れている光源装置。
６． 第１波長の第１入射光及び第２波長の第２入射光を同軸の光として回折光学素子に入射し、
前記第１入射光の出射光である第１出射光及び前記第２入射光の出射光である第２出射光を前記回折光学素子から出射し、
前記第１出射光は、前記第１出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１出射光の中心を囲む領域にピークを有する強度分布を備え、
前記第２出射光は、前記第２出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２出射光の中心にピークを有する強度分布を備える、光生成方法。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
Hereinafter, examples of the reference form will be added.
1. An optical system that emits first incident light having a first wavelength and second incident light having a second wavelength;
The first incident light and the second incident light are incident as coaxial light, and the first outgoing light that is the outgoing light of the first incident light and the second outgoing light that is the outgoing light of the second incident light are emitted. A diffractive optical element,
With
The first outgoing light has an intensity distribution having a peak in a region surrounding the center of the first outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first outgoing light,
The light source device including the second outgoing light having an intensity distribution having a peak at the center of the second outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second outgoing light.
2. 1. In the light source device described in
The optical system is
A first light source that emits the first incident light;
A second light source that emits the second incident light;
A combining unit that combines the first incident light and the second incident light and emits the first incident light and the second incident light as coaxial light;
A light source device comprising:
3. 1. In the light source device described in
The optical system is
A light source that emits one of the first incident light and the second incident light;
A wavelength converter that converts the one part into the other of the first incident light and the second incident light and passes the other part of the one;
A light source device comprising:
4). 2. Or 3. In the light source device described in
A light source device comprising a control unit that controls a ratio of the intensity of the first incident light and the intensity of the second incident light by controlling the optical system.
5). 1. ~ 4. In the light source device according to any one of
The light source device wherein the first wavelength and the second wavelength are separated from each other by 100 nm or more.
6). The first incident light of the first wavelength and the second incident light of the second wavelength are incident on the diffractive optical element as coaxial light,
The first outgoing light that is the outgoing light of the first incident light and the second outgoing light that is the outgoing light of the second incident light are emitted from the diffractive optical element,
The first outgoing light has an intensity distribution having a peak in a region surrounding the center of the first outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first outgoing light,
The light generation method, wherein the second emitted light has an intensity distribution having a peak at the center of the second emitted light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second emitted light.
１００ 光学系
１１０ 第１光源
１１２ フィルタ
１２０ 第２光源
１２２ フィルタ
１３０ ダイクロイックミラー
１４０ 波長変換素子
１４２ 分極反転構造
２００ ＤＯＥ
３００ 制御部
４００ レンズ系
５００ レンズ
６００ 物体
６０２ 第１領域
６０４ 第２領域
ＬＰ１ 明点
ＬＰ２ 明点
100 optical system 110 the first light source 112 filter 120 the second light source 122 filter 130 die click B A Kkumira 140 wavelength converting element 142 poled 200 DOE
300 Control Unit 400 Lens System 500 Lens 600 Object 602 First Area 604 Second Area LP1 Bright Point LP2 Bright Point
Claims (6)
回折光学素子と、
を備え、
前記第１入射光及び前記第２入射光は、同軸の光として前記回折光学素子に入射し、第１出射光及び第２出射光として、それぞれ、前記回折光学素子から出射され、
前記第１入射光は、前記第１入射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１入射光の中心にピークを有する強度分布を備え、
前記第１出射光は、前記第１出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１出射光の中心を囲む領域にピークを有する強度分布を備え、
前記第２入射光は、前記第２入射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２入射光の中心にピークを有する強度分布を備え、
前記第２出射光は、前記第２出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２出射光の中心にピークを有する強度分布を備える光源装置。 An optical system that emits first incident light having a first wavelength and second incident light having a second wavelength different from the first wavelength ;
A diffractive optical element;
With
The first incident light and the second incident light are incident on the diffractive optical element as coaxial light, and are emitted from the diffractive optical element as first outgoing light and second outgoing light, respectively.
The first incident light has an intensity distribution having a peak at the center of the first incident light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first incident light,
The first outgoing light has an intensity distribution having a peak in a region surrounding the center of the first outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first outgoing light,
The second incident light has an intensity distribution having a peak at the center of the second incident light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second incident light,
The light source device including the second outgoing light having an intensity distribution having a peak at the center of the second outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second outgoing light.
前記光学系は、
前記第１入射光を出射する第１光源と、
前記第２入射光を出射する第２光源と、
前記第１入射光及び前記第２入射光を結合し、かつ前記第１入射光及び前記第２入射光を同軸の光として出射する合波部と、
を備える光源装置。 The light source device according to claim 1,
The optical system is
A first light source that emits the first incident light;
A second light source that emits the second incident light;
A combining unit that combines the first incident light and the second incident light and emits the first incident light and the second incident light as coaxial light;
A light source device comprising:
前記光学系は、
前記第１入射光及び前記第２入射光の一方を出射する光源と、
前記一方の一部を前記第１入射光及び前記第２入射光の他方に変換し、かつ前記一方の他の一部を通過させる波長変換部と、
を備える光源装置。 The light source device according to claim 1,
The optical system is
A light source that emits one of the first incident light and the second incident light;
A wavelength converter that converts the one part into the other of the first incident light and the second incident light and passes the other part of the one;
A light source device comprising:
前記光学系を制御することにより、前記第１入射光の強度と前記第２入射光の強度の比を変化させる制御部を備える光源装置。 The light source device according to claim 2 or 3,
A light source device comprising a control unit that controls a ratio of the intensity of the first incident light and the intensity of the second incident light by controlling the optical system.
前記第１波長と前記第２波長は、１００ｎｍ以上互いに離れている光源装置。 In the light source device according to any one of claims 1 to 4,
The light source device in which the first wavelength and the second wavelength are separated from each other by 100 nm or more.
前記第１入射光及び前記第２入射光を、第１出射光及び第２出射光として、それぞれ、前記回折光学素子から出射し、
前記第１入射光は、前記第１入射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１入射光の中心にピークを有する強度分布を備え、
前記第１出射光は、前記第１出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第１出射光の中心を囲む領域にピークを有する強度分布を備え、
前記第２入射光は、前記第２入射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２入射光の中心にピークを有する強度分布を備え、
前記第２出射光は、前記第２出射光の進行方向に垂直な断面から見た場合に前記第２出射光の中心にピークを有する強度分布を備える、光生成方法。 A first incident light having a first wavelength and a second incident light having a second wavelength different from the first wavelength are incident on the diffractive optical element as coaxial light,
The first incident light and the second incident light are respectively emitted from the diffractive optical element as first emitted light and second emitted light ,
The first incident light has an intensity distribution having a peak at the center of the first incident light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first incident light,
The first outgoing light has an intensity distribution having a peak in a region surrounding the center of the first outgoing light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the first outgoing light,
The second incident light has an intensity distribution having a peak at the center of the second incident light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second incident light,
The light generation method, wherein the second emitted light has an intensity distribution having a peak at the center of the second emitted light when viewed from a cross section perpendicular to the traveling direction of the second emitted light.
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