JPH07261027A - ベッセルビーム発生素子 - Google Patents
ベッセルビーム発生素子Info
- Publication number
- JPH07261027A JPH07261027A JP5419594A JP5419594A JPH07261027A JP H07261027 A JPH07261027 A JP H07261027A JP 5419594 A JP5419594 A JP 5419594A JP 5419594 A JP5419594 A JP 5419594A JP H07261027 A JPH07261027 A JP H07261027A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bessel beam
- optical fiber
- generating element
- beam generating
- light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ベッセルビームの特性を劣化させることな
く、かつ適用する光学機器の設計の自由度を向上させ得
るベッセルビーム発生素子を提供する。 【構成】 ベッセルビーム発生素子２を構成する光ファ
イバー４の一端部にフェルール５が嵌着されるととも
に、その端部が円錐状に成形された光入射端４ａとされ
ている。一方、ベッセルビーム発生素子２の他端部は平
坦な光出射端４ｂとされて、レーザ顕微鏡３における対
物レンズ１１の前段に配置されている。
く、かつ適用する光学機器の設計の自由度を向上させ得
るベッセルビーム発生素子を提供する。 【構成】 ベッセルビーム発生素子２を構成する光ファ
イバー４の一端部にフェルール５が嵌着されるととも
に、その端部が円錐状に成形された光入射端４ａとされ
ている。一方、ベッセルビーム発生素子２の他端部は平
坦な光出射端４ｂとされて、レーザ顕微鏡３における対
物レンズ１１の前段に配置されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ顕微鏡等の光学
機器においてベッセルビームを利用する際に用いられる
ベッセルビーム発生素子に関するものである。
機器においてベッセルビームを利用する際に用いられる
ベッセルビーム発生素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、光学機器の一つであるレーザ顕
微鏡において、厚みのある試料を観察する場合にボケの
ない画像を得るための一つの手法として、試料に照射す
る光としてベッセルビームと称されるレーザ光を使用す
る場合がある。ベッセルビームとは、光軸に垂直な断面
の強度分布が変化することなく伝播する、すなわち非常
に長い焦点深度をもつ光のことである。通常、焦点深度
内に位置する試料の画像はぼけることがないので、焦点
深度が充分に長ければ、厚みのある試料であっても画像
がぼけることなく観察が行なえるというわけである。
微鏡において、厚みのある試料を観察する場合にボケの
ない画像を得るための一つの手法として、試料に照射す
る光としてベッセルビームと称されるレーザ光を使用す
る場合がある。ベッセルビームとは、光軸に垂直な断面
の強度分布が変化することなく伝播する、すなわち非常
に長い焦点深度をもつ光のことである。通常、焦点深度
内に位置する試料の画像はぼけることがないので、焦点
深度が充分に長ければ、厚みのある試料であっても画像
がぼけることなく観察が行なえるというわけである。
【０００３】従来、レーザ顕微鏡においてベッセルビー
ムを発生させる手段としては、図４に示すように、レー
ザ光Ｓの光軸上に円錐形のプリズム、いわゆるアキシコ
ン・プリズム１を設置し、これに平行なレーザ光Ｓを入
射させることによりベッセルビームＪ0 を発生させてい
た。すなわち、アキシコン・プリズム１に平行光を入射
させると、光は全て光軸方向に等しい角度で屈折し、円
錐状の波面ができる。そして、光軸上で互いに干渉し、
その干渉領域に伝播してもスポット径が変化せず、焦点
深度の長いベッセルビームＪ0 が発生するのである。
ムを発生させる手段としては、図４に示すように、レー
ザ光Ｓの光軸上に円錐形のプリズム、いわゆるアキシコ
ン・プリズム１を設置し、これに平行なレーザ光Ｓを入
射させることによりベッセルビームＪ0 を発生させてい
た。すなわち、アキシコン・プリズム１に平行光を入射
させると、光は全て光軸方向に等しい角度で屈折し、円
錐状の波面ができる。そして、光軸上で互いに干渉し、
その干渉領域に伝播してもスポット径が変化せず、焦点
深度の長いベッセルビームＪ0 が発生するのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
に、光学系にアキシコン・プリズム１を用いる場合、ア
キシコン・プリズム１の後段でベッセルビームＪ0 が発
生するが、その後方でビームは拡散してしまう。そこ
で、ベッセルビームＪ0 をアキシコン・プリズム１から
離れた位置まで伝播させる場合には、アキシコン・プリ
ズム１後段のベッセルビームＪ0 が発生する位置にレン
ズを設置することによりベッセルビームＪ0を集光し、
そのレンズ後段のベッセルビームＪ0 の発生位置にまた
別のレンズを設置するといった構成を繰り返す。すなわ
ち、ベッセルビームＪ0 を複数のレンズで順次集光しな
がら所定の位置までベッセルビームＪ0 を誘導するよう
にしていた。
に、光学系にアキシコン・プリズム１を用いる場合、ア
キシコン・プリズム１の後段でベッセルビームＪ0 が発
生するが、その後方でビームは拡散してしまう。そこ
で、ベッセルビームＪ0 をアキシコン・プリズム１から
離れた位置まで伝播させる場合には、アキシコン・プリ
ズム１後段のベッセルビームＪ0 が発生する位置にレン
ズを設置することによりベッセルビームＪ0を集光し、
そのレンズ後段のベッセルビームＪ0 の発生位置にまた
別のレンズを設置するといった構成を繰り返す。すなわ
ち、ベッセルビームＪ0 を複数のレンズで順次集光しな
がら所定の位置までベッセルビームＪ0 を誘導するよう
にしていた。
【０００５】しかしながら、複数のレンズを用いてベッ
セルビームＪ0 を所定の位置まで誘導する場合、レンズ
の収差により焦点深度等のベッセルビームＪ0 の諸特性
が劣化してしまうという問題があった。また、複数のレ
ンズをレーザ顕微鏡内の正確な位置に設置、調整する手
間がかかるとともに、ベッセルビームＪ0 を照射すべき
位置に自由に誘導することが難しいことからレーザ顕微
鏡の設計に対する自由度が小さくなるといった問題もあ
り、これらの点を解決し得るベッセルビーム発生手段の
提供が望まれていた。
セルビームＪ0 を所定の位置まで誘導する場合、レンズ
の収差により焦点深度等のベッセルビームＪ0 の諸特性
が劣化してしまうという問題があった。また、複数のレ
ンズをレーザ顕微鏡内の正確な位置に設置、調整する手
間がかかるとともに、ベッセルビームＪ0 を照射すべき
位置に自由に誘導することが難しいことからレーザ顕微
鏡の設計に対する自由度が小さくなるといった問題もあ
り、これらの点を解決し得るベッセルビーム発生手段の
提供が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１記載のベッセルビーム発生素子は、光フ
ァイバーで構成され、その一端部が９０°から１７０°
の範囲の頂角を有する円錐状に成形されて光入射端とさ
れるとともに、他端部が平坦な光出射端とされているこ
とを特徴とするものである。
めに、請求項１記載のベッセルビーム発生素子は、光フ
ァイバーで構成され、その一端部が９０°から１７０°
の範囲の頂角を有する円錐状に成形されて光入射端とさ
れるとともに、他端部が平坦な光出射端とされているこ
とを特徴とするものである。
【０００７】また、請求項２記載のベッセルビーム発生
素子は、前記光ファイバーの一端部にフェルールが嵌着
されるとともに、該光ファイバーの一端部と前記フェル
ールの端部とが円錐状に一体的に成形されていることを
特徴とするものである。
素子は、前記光ファイバーの一端部にフェルールが嵌着
されるとともに、該光ファイバーの一端部と前記フェル
ールの端部とが円錐状に一体的に成形されていることを
特徴とするものである。
【０００８】
【作用】請求項１記載のベッセルビーム発生素子は、９
０°から１７０°の範囲の頂角を有する円錐状に成形さ
れた光ファイバーの光入射端がアキシコン・プリズムと
同等の機能を有することで、この光入射端から光が入射
したときに光ファイバー内部にベッセルビームが発生す
ることを利用したものである。そして、図３に示すよう
に、光ファイバー４の内部にベッセルビームＪ0 が一度
発生すると、ベッセルビームＪ0 が光ファイバー４のコ
ア１４に閉じ込められた状態で伝播していき、光出射端
から出射される。
０°から１７０°の範囲の頂角を有する円錐状に成形さ
れた光ファイバーの光入射端がアキシコン・プリズムと
同等の機能を有することで、この光入射端から光が入射
したときに光ファイバー内部にベッセルビームが発生す
ることを利用したものである。そして、図３に示すよう
に、光ファイバー４の内部にベッセルビームＪ0 が一度
発生すると、ベッセルビームＪ0 が光ファイバー４のコ
ア１４に閉じ込められた状態で伝播していき、光出射端
から出射される。
【０００９】また、請求項２記載のベッセルビーム発生
素子においては、光ファイバーの入射端側にフェルール
が嵌着された状態で、光ファイバーとフェルールが円錐
状に一体的に加工されるので、加工を容易に精度良く行
なうことができる。
素子においては、光ファイバーの入射端側にフェルール
が嵌着された状態で、光ファイバーとフェルールが円錐
状に一体的に加工されるので、加工を容易に精度良く行
なうことができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明のベッセルビーム発生素子の一
実施例を図１および図２を参照して説明する。なお、本
実施例では、ベッセルビーム発生素子２をレーザ顕微鏡
３に適用した例について説明する。
実施例を図１および図２を参照して説明する。なお、本
実施例では、ベッセルビーム発生素子２をレーザ顕微鏡
３に適用した例について説明する。
【００１１】図２は、本実施例のベッセルビーム発生素
子２の一端部を示す図である。コア径ｄが２００μｍ程
度の光ファイバー４の端部にフェルール５が嵌着されて
おり、光ファイバー４の端部とフェルール５の端部とが
円錐状に一体的に研磨加工されて光入射端４ａが形成さ
れている。また、この円錐状の光入射端４ａの頂角αは
１６０°となるようにに設定されている。その一方、図
１に示すように、ベッセルビーム発生素子２の他端部は
平坦な光出射端４ｂとされている。
子２の一端部を示す図である。コア径ｄが２００μｍ程
度の光ファイバー４の端部にフェルール５が嵌着されて
おり、光ファイバー４の端部とフェルール５の端部とが
円錐状に一体的に研磨加工されて光入射端４ａが形成さ
れている。また、この円錐状の光入射端４ａの頂角αは
１６０°となるようにに設定されている。その一方、図
１に示すように、ベッセルビーム発生素子２の他端部は
平坦な光出射端４ｂとされている。
【００１２】図１は、前記ベッセルビーム発生素子２を
具備したレーザ顕微鏡３の構成の一部を示す図であり、
レーザ発振器（図示せず）から出射されたレーザ光Ｓ
（光）の光軸Ｓ0 上には、レンズ６、ピンホール７、コ
リメータレンズ８、ビームスプリッタ９、１／４波長板
１０、ベッセルビーム発生素子２、対物レンズ１１が順
次設置されている。また、ベッセルビーム発生素子２の
光入射端４ａの頂点４ｃは光軸Ｓ0 上に配置されてい
る。なお、図中符号１２はビームスプリッタ９から出射
された反射光Ｓ’を受光するための光電子増倍管であ
る。
具備したレーザ顕微鏡３の構成の一部を示す図であり、
レーザ発振器（図示せず）から出射されたレーザ光Ｓ
（光）の光軸Ｓ0 上には、レンズ６、ピンホール７、コ
リメータレンズ８、ビームスプリッタ９、１／４波長板
１０、ベッセルビーム発生素子２、対物レンズ１１が順
次設置されている。また、ベッセルビーム発生素子２の
光入射端４ａの頂点４ｃは光軸Ｓ0 上に配置されてい
る。なお、図中符号１２はビームスプリッタ９から出射
された反射光Ｓ’を受光するための光電子増倍管であ
る。
【００１３】レーザ光Ｓは、レンズ６で収束されてピン
ホール７を通過し、コリメータレンズ８で平行光とされ
てビームスプリッタ９に入射する。ついで、ビームスプ
リッタ９を透過したレーザ光Ｓは、１／４波長板１０を
透過し、ベッセルビーム発生素子２の光入射端４ａに入
射する。すると、ベッセルビーム発生素子２の内部でベ
ッセルビームＪ0 が発生して、光ファイバー４内を伝播
していき、光出射端４ｂから出射される。そして、その
ベッセルビームＪ0 は、対物レンズ１１を透過した後、
試料１３に照射される。
ホール７を通過し、コリメータレンズ８で平行光とされ
てビームスプリッタ９に入射する。ついで、ビームスプ
リッタ９を透過したレーザ光Ｓは、１／４波長板１０を
透過し、ベッセルビーム発生素子２の光入射端４ａに入
射する。すると、ベッセルビーム発生素子２の内部でベ
ッセルビームＪ0 が発生して、光ファイバー４内を伝播
していき、光出射端４ｂから出射される。そして、その
ベッセルビームＪ0 は、対物レンズ１１を透過した後、
試料１３に照射される。
【００１４】前記構成のベッセルビーム発生素子２にお
いては、光ファイバー４の一端部が円錐状の光入射端４
ａとされたことで、この光入射端４ａにレーザ光Ｓが入
射されるとその部分がアキシコン・プリズムと同等の機
能を果たし、光ファイバー４の内部にベッセルビームＪ
0 が発生する。そして、このベッセルビームＪ0 が光フ
ァイバー４のコア１４に閉じ込められることにより特性
を維持した状態で伝播され、光出射端４ｂから出射す
る。すなわち、従来の場合のように、ベッセルビームＪ
0 を集光するために複数のレンズを用いる必要がないた
め、レンズの収差により焦点深度等の特性が劣化した
り、伝播方向での強度変化が生じることがなく、ベッセ
ルビームＪ0 を有効に利用することができる。
いては、光ファイバー４の一端部が円錐状の光入射端４
ａとされたことで、この光入射端４ａにレーザ光Ｓが入
射されるとその部分がアキシコン・プリズムと同等の機
能を果たし、光ファイバー４の内部にベッセルビームＪ
0 が発生する。そして、このベッセルビームＪ0 が光フ
ァイバー４のコア１４に閉じ込められることにより特性
を維持した状態で伝播され、光出射端４ｂから出射す
る。すなわち、従来の場合のように、ベッセルビームＪ
0 を集光するために複数のレンズを用いる必要がないた
め、レンズの収差により焦点深度等の特性が劣化した
り、伝播方向での強度変化が生じることがなく、ベッセ
ルビームＪ0 を有効に利用することができる。
【００１５】そこで、このベッセルビーム発生素子２を
適用したレーザ顕微鏡３では、焦点深度が充分に長いベ
ッセルビームＪ0 が試料に照射されることによりボケが
なく解像度の高い画像を得ることができる。さらに、レ
ーザ顕微鏡３内でベッセルビーム発生素子２を自由に湾
曲させて配設し、光出射端４ｂを対物レンズ１１前段の
適切な位置に配置することができるので、ベッセルビー
ムＪ0 の発生位置に合わせて複数のレンズを設置してい
た従来の場合に比べて、レーザ顕微鏡３の設計の自由度
を向上させることができる。
適用したレーザ顕微鏡３では、焦点深度が充分に長いベ
ッセルビームＪ0 が試料に照射されることによりボケが
なく解像度の高い画像を得ることができる。さらに、レ
ーザ顕微鏡３内でベッセルビーム発生素子２を自由に湾
曲させて配設し、光出射端４ｂを対物レンズ１１前段の
適切な位置に配置することができるので、ベッセルビー
ムＪ0 の発生位置に合わせて複数のレンズを設置してい
た従来の場合に比べて、レーザ顕微鏡３の設計の自由度
を向上させることができる。
【００１６】また、本実施例においては、ベッセルビー
ム発生素子２を構成する光ファイバー４にフェルール５
を取り付けたうえで一端部を円錐状に加工するようにし
ており、取り扱いが容易になるので、端部の加工を容易
に、かつ高い加工精度で行なうことができる。
ム発生素子２を構成する光ファイバー４にフェルール５
を取り付けたうえで一端部を円錐状に加工するようにし
ており、取り扱いが容易になるので、端部の加工を容易
に、かつ高い加工精度で行なうことができる。
【００１７】なお、本実施例においては、ベッセルビー
ム発生素子２の円錐状の光入射端４ａの頂角αを１６０
°となるように設定したが、この頂角αは１６０°に限
るものでは勿論なく、レーザ光Ｓが反射することなく確
実に入射され、かつベッセルビームＪ0 を発生し得る９
０°から１７０°の範囲内で適宜設定することができ
る。また、本実施例では、ベッセルビーム発生素子２を
レーザ顕微鏡３に適用した場合について説明したが、こ
れ以外に、例えばレーザ描画装置等、ベッセルビームを
使用する種々の光学機器に適用することが可能である。
ム発生素子２の円錐状の光入射端４ａの頂角αを１６０
°となるように設定したが、この頂角αは１６０°に限
るものでは勿論なく、レーザ光Ｓが反射することなく確
実に入射され、かつベッセルビームＪ0 を発生し得る９
０°から１７０°の範囲内で適宜設定することができ
る。また、本実施例では、ベッセルビーム発生素子２を
レーザ顕微鏡３に適用した場合について説明したが、こ
れ以外に、例えばレーザ描画装置等、ベッセルビームを
使用する種々の光学機器に適用することが可能である。
【００１８】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
記載のベッセルビーム発生素子は、素子を構成する光フ
ァイバーの一端部が９０°から１７０°の範囲の頂角を
有する円錐状の光入射端とされたことにより、この光入
射端にレーザ光が入射されるとベッセルビームが発生
し、このベッセルビームが伝播して、光出射端から出射
される。したがって、光学機器にこの素子を用いた場
合、従来のような複数のレンズを用いる必要がないた
め、焦点深度等の特性が劣化したり、伝播方向での強度
変化が生じるといった恐れがなく、ベッセルビームを有
効に利用することができる。また、光学機器内でベッセ
ルビーム発生素子を自由に湾曲させて配設し、光出射端
をベッセルビームを照射すべき位置に対応して配置する
ことができるので、従来の場合に比べて、光学機器の設
計の自由度を向上させることができる。
記載のベッセルビーム発生素子は、素子を構成する光フ
ァイバーの一端部が９０°から１７０°の範囲の頂角を
有する円錐状の光入射端とされたことにより、この光入
射端にレーザ光が入射されるとベッセルビームが発生
し、このベッセルビームが伝播して、光出射端から出射
される。したがって、光学機器にこの素子を用いた場
合、従来のような複数のレンズを用いる必要がないた
め、焦点深度等の特性が劣化したり、伝播方向での強度
変化が生じるといった恐れがなく、ベッセルビームを有
効に利用することができる。また、光学機器内でベッセ
ルビーム発生素子を自由に湾曲させて配設し、光出射端
をベッセルビームを照射すべき位置に対応して配置する
ことができるので、従来の場合に比べて、光学機器の設
計の自由度を向上させることができる。
【００１９】また、請求項２記載のベッセルビーム発生
素子においては、光ファイバーにフェルールを取り付け
たうえでこれらの端部を円錐状に一体的に加工するよう
にしているため、加工を容易に行なうことができ、高い
加工精度を維持することができる。
素子においては、光ファイバーにフェルールを取り付け
たうえでこれらの端部を円錐状に一体的に加工するよう
にしているため、加工を容易に行なうことができ、高い
加工精度を維持することができる。
【図１】本発明の一実施例であるベッセルビーム発生素
子を適用したレーザ顕微鏡の構成を示す図である。
子を適用したレーザ顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】同ベッセルビーム発生素子の光入射端を拡大視
した側断面図である。
した側断面図である。
【図３】同ベッセルビーム発生素子におけるビームの伝
播状態を示す図である。
播状態を示す図である。
【図４】従来のベッセルビーム発生手段であるアキシコ
ン・プリズムを示す図である。
ン・プリズムを示す図である。
２ ベッセルビーム発生素子 ４ 光ファイバー ４ａ 光入射端 ４ｂ 光出射端 ５ フェルール Ｊ0 ベッセルビーム Ｓ レーザ光（光） α 頂角
Claims (2)
- 【請求項１】 光が入射されたときに内部でベッセルビ
ームを発生させるとともにそのベッセルビームを外部に
出射するベッセルビーム発生素子であって、 光ファイバーで構成され、その一端部が９０°から１７
０°の範囲の頂角を有する円錐状に成形されて光入射端
とされるとともに、他端部が平坦な光出射端とされてい
ることを特徴とするベッセルビーム発生素子。 - 【請求項２】 請求項１記載のベッセルビーム発生素子
において、 前記光ファイバーの一端部にフェルールが嵌着されると
ともに、該光ファイバーの一端部と前記フェルールの端
部とが円錐状に一体的に成形されていることを特徴とす
るベッセルビーム発生素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5419594A JPH07261027A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | ベッセルビーム発生素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5419594A JPH07261027A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | ベッセルビーム発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07261027A true JPH07261027A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=12963771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5419594A Pending JPH07261027A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | ベッセルビーム発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07261027A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1233483A1 (en) * | 2001-02-19 | 2002-08-21 | VDM Laser Optics | Method and device for generating an optical invariant field |
| WO2002057822A3 (de) * | 2001-01-20 | 2003-05-01 | Deutsche Telekom Ag | Optik zur einkopplung von licht aus einer lichtquelle in ein medium |
| US20110235166A1 (en) * | 2008-10-17 | 2011-09-29 | The Arizona Board of Regents on Behalf of the Univerity of Arizona | Apparatus and Method of Generating Nearly Non-Diffracting Beams from Multimode Optical Fibers |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP5419594A patent/JPH07261027A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002057822A3 (de) * | 2001-01-20 | 2003-05-01 | Deutsche Telekom Ag | Optik zur einkopplung von licht aus einer lichtquelle in ein medium |
| EP1233483A1 (en) * | 2001-02-19 | 2002-08-21 | VDM Laser Optics | Method and device for generating an optical invariant field |
| US20110235166A1 (en) * | 2008-10-17 | 2011-09-29 | The Arizona Board of Regents on Behalf of the Univerity of Arizona | Apparatus and Method of Generating Nearly Non-Diffracting Beams from Multimode Optical Fibers |
| US8717669B2 (en) * | 2008-10-17 | 2014-05-06 | The Arizona Board Of Regents | Apparatus and method of generating nearly non-diffracting beams from multimode optical fibers |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020409 |