JPH11218490A - 短パルスレーザビームを顕微鏡ビーム行程へ結合するための装置 - Google Patents
短パルスレーザビームを顕微鏡ビーム行程へ結合するための装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 改良された短パルスレーザの結合、たとえば
二光子顕微鏡検査法の場合、顕微鏡ビーム行程へ特にレ
ーザ走査型顕微鏡を結合すること。 【解決手段】 特に短パルスレーザ（ピコ秒からフェム
ト秒までのパルス幅の）をレーザ走査型顕微鏡へ光ファ
イバの助けをかりて結合する。
二光子顕微鏡検査法の場合、顕微鏡ビーム行程へ特にレ
ーザ走査型顕微鏡を結合すること。 【解決手段】 特に短パルスレーザ（ピコ秒からフェム
ト秒までのパルス幅の）をレーザ走査型顕微鏡へ光ファ
イバの助けをかりて結合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ走査型顕微
鏡の光学的配列における短パルスレーザビームの結合に
関する。
鏡の光学的配列における短パルスレーザビームの結合に
関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明が記述するのは、チャープ状態
（スペクトル成分の時間的な順番）を短レーザパルスに
よって変更するためのコンパクトなユニットである。短
パルスレーザの使用はUS 5034613の「二光子レーザ顕微
鏡検査法」によって知られている。US5161053によって
レーザ光源の光を光ファイバを通じて共焦点走査ビーム
行程へ結合することが知られている。
（スペクトル成分の時間的な順番）を短レーザパルスに
よって変更するためのコンパクトなユニットである。短
パルスレーザの使用はUS 5034613の「二光子レーザ顕微
鏡検査法」によって知られている。US5161053によって
レーザ光源の光を光ファイバを通じて共焦点走査ビーム
行程へ結合することが知られている。
【０００３】通例は短パルスが分散媒質を通過する際、
群速度分散(GVD: group velocitydispersion)の現象に
基づいてパルス継続時間が変化する（一般に延長を生じ
る）。その上分散媒質中では、短パルスにつきものの高
いパルスピーク電力とパルス強度に基づいて、非線型の
光学現象（たとえば自己位相変調、ブリリユアン散乱、
ラーマン散乱等のような）が実際に重要となり、これら
が短パルスのスペクトル分布に影響を与える。
群速度分散(GVD: group velocitydispersion)の現象に
基づいてパルス継続時間が変化する（一般に延長を生じ
る）。その上分散媒質中では、短パルスにつきものの高
いパルスピーク電力とパルス強度に基づいて、非線型の
光学現象（たとえば自己位相変調、ブリリユアン散乱、
ラーマン散乱等のような）が実際に重要となり、これら
が短パルスのスペクトル分布に影響を与える。
【０００４】「生物学用共焦点顕微鏡検査法ハンドブッ
ク」447,448ページには、プリズム配列または格子配列
によって光学ガラスのGVDを補償することが提案されて
いる。とは言うものの、複雑な調整の問題やエネルギー
損失が原因でこれが改善に役立つかどうかは疑問であ
る。
ク」447,448ページには、プリズム配列または格子配列
によって光学ガラスのGVDを補償することが提案されて
いる。とは言うものの、複雑な調整の問題やエネルギー
損失が原因でこれが改善に役立つかどうかは疑問であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】発明の課題は改良され
た短パルスレーザの結合、たとえば二光子顕微鏡検査法
の場合、顕微鏡ビーム行程へ特にレーザ走査型顕微鏡を
結合することである。この課題は請求項１の特徴によっ
て解決する。さらに役立つように構築することは従属請
求の対象となっている。
た短パルスレーザの結合、たとえば二光子顕微鏡検査法
の場合、顕微鏡ビーム行程へ特にレーザ走査型顕微鏡を
結合することである。この課題は請求項１の特徴によっ
て解決する。さらに役立つように構築することは従属請
求の対象となっている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は特に短パルスレ
ーザ（ピコ秒からフェムト秒までのパルス幅の）をレー
ザ走査型顕微鏡へ光ファイバの助けをかりて結合するこ
とに関するものである。これによって短パルスレーザを
励起源として使用することが、主として２光子顕微鏡検
査法と時間位置解像の顕微鏡検査法に可能であり、その
際これらの技術にファイバ結合の長所すべてが、たとえ
ば光学構成の高い柔軟性、高いレーザビーム方向安定
性、良いレーザビーム品質のようなものが、特に単一モ
ードファイバシステムの結合によって役立つ。
ーザ（ピコ秒からフェムト秒までのパルス幅の）をレー
ザ走査型顕微鏡へ光ファイバの助けをかりて結合するこ
とに関するものである。これによって短パルスレーザを
励起源として使用することが、主として２光子顕微鏡検
査法と時間位置解像の顕微鏡検査法に可能であり、その
際これらの技術にファイバ結合の長所すべてが、たとえ
ば光学構成の高い柔軟性、高いレーザビーム方向安定
性、良いレーザビーム品質のようなものが、特に単一モ
ードファイバシステムの結合によって役立つ。
【０００７】本発明によってパルスは光ファイバ内へ入
って行く前に、パルス形とパルス長が検査されるべき試
料中の出力でのパルス形とパルス長に実際に一致するの
に有利な仕方で準備される。こうすることによって短パ
ルスを使用することと光ファイバを使用することの長所
が結び合わされる。既存の分散媒質（光ファイバを含
む）を通る短パルスのさまざまなスペクトル成分の所要
時間の違いを防ぐため、光学系全体のGVDと高次の分散
を補償できる光学装置が使用される。
って行く前に、パルス形とパルス長が検査されるべき試
料中の出力でのパルス形とパルス長に実際に一致するの
に有利な仕方で準備される。こうすることによって短パ
ルスを使用することと光ファイバを使用することの長所
が結び合わされる。既存の分散媒質（光ファイバを含
む）を通る短パルスのさまざまなスペクトル成分の所要
時間の違いを防ぐため、光学系全体のGVDと高次の分散
を補償できる光学装置が使用される。
【０００８】本発明装置は短パルスのスペクトル成分の
うち長周期のものに、これらの成分に作用する短くした
光の行程を介して時間的な優位性を与えるものである。
この装置を技術的に実現するには、実施例で説明するよ
うに、プリズム配列か格子配列、または両者の組み合わ
せか、反射素子との組み合わせを用いることができる。
短パルスはその際、光ファイバの入り口の前に十分な大
きさの負のGVDを印加されるので、ファイバと試料内の
残りの光学系を通過した後、試料内で元来のパルス形を
取り戻す。
うち長周期のものに、これらの成分に作用する短くした
光の行程を介して時間的な優位性を与えるものである。
この装置を技術的に実現するには、実施例で説明するよ
うに、プリズム配列か格子配列、または両者の組み合わ
せか、反射素子との組み合わせを用いることができる。
短パルスはその際、光ファイバの入り口の前に十分な大
きさの負のGVDを印加されるので、ファイバと試料内の
残りの光学系を通過した後、試料内で元来のパルス形を
取り戻す。
【０００９】適合した「プレチャーピング・ユニット」
の働きによってパルスに印加された光ファイバ入り口の
負のGVDは、短パルスを時間的に大きく広げるので、パ
ルスピーク電力と強度が出口のところで非線型現象の臨
界値以下となる。こうすることによって、短パルスが光
ファイバを通過する際、たしかに時間的に形を変える
が、スペクトル分布に影響を与えないことが保証され
る。“Laser-Spektroskopie”W. Demtoder著、Springer
出版1991, 418ページ以下に、光学的パルス圧縮の項で
述べられている「自己位相変調」はそれゆえ現れないと
いう利点がある。特に単一モード光ファイバを使用する
とき、ファイバが空間フィルターとして作用するのに基
づき、レーザ放射の空間的ビームプロファイルは試料中
で励起レーザのレーザ出力での空間的ビームプロファイ
ルに比べて改善することができる。
の働きによってパルスに印加された光ファイバ入り口の
負のGVDは、短パルスを時間的に大きく広げるので、パ
ルスピーク電力と強度が出口のところで非線型現象の臨
界値以下となる。こうすることによって、短パルスが光
ファイバを通過する際、たしかに時間的に形を変える
が、スペクトル分布に影響を与えないことが保証され
る。“Laser-Spektroskopie”W. Demtoder著、Springer
出版1991, 418ページ以下に、光学的パルス圧縮の項で
述べられている「自己位相変調」はそれゆえ現れないと
いう利点がある。特に単一モード光ファイバを使用する
とき、ファイバが空間フィルターとして作用するのに基
づき、レーザ放射の空間的ビームプロファイルは試料中
で励起レーザのレーザ出力での空間的ビームプロファイ
ルに比べて改善することができる。
【００１０】これは特に２光子顕微鏡検査法のような技
術で有利であるが、それは励起ビームの集束性がよいこ
とと、その結果としての２光子励起確率の高いことと
が、きれいなレーザビームプロファイルをどうしても要
求するからである。短パルスを伝達するために使用され
る同じ光ファイバによって、同時に他のレーザもレーザ
走査型顕微鏡へ結合することができる。
術で有利であるが、それは励起ビームの集束性がよいこ
とと、その結果としての２光子励起確率の高いことと
が、きれいなレーザビームプロファイルをどうしても要
求するからである。短パルスを伝達するために使用され
る同じ光ファイバによって、同時に他のレーザもレーザ
走査型顕微鏡へ結合することができる。
【００１１】これによって同じ対象点がいくつかのレー
ザによって同時に、または時間的に前後して照射される
ことができる。単一モード光ファイバかマルチモード光
ファイバを、接続している回折で制限された集光と、励
起レーザビームプロファイルを空間的にフィルターする
ための絞りを通して結合して、短パルスレーザと結合し
て使用すると、よりよい励起レーザビームの集光性が認
められ、それによってより高い空間解像度もしくは２光
子励起確率も認められる。ビーム方向安定性の改善が短
パルスレーザと結合することによって達成される。この
ことによって特に、一般に複雑で強力な調整を要する短
パルスレーザの最適化が、レーザ走査型顕微鏡の再調整
を必要としないで可能となる。短パルスレーザを最適化
した後は単に光ファイバの結合効率を最大にするだけで
あるが、顕微鏡内部のビーム行程は変わらない。
ザによって同時に、または時間的に前後して照射される
ことができる。単一モード光ファイバかマルチモード光
ファイバを、接続している回折で制限された集光と、励
起レーザビームプロファイルを空間的にフィルターする
ための絞りを通して結合して、短パルスレーザと結合し
て使用すると、よりよい励起レーザビームの集光性が認
められ、それによってより高い空間解像度もしくは２光
子励起確率も認められる。ビーム方向安定性の改善が短
パルスレーザと結合することによって達成される。この
ことによって特に、一般に複雑で強力な調整を要する短
パルスレーザの最適化が、レーザ走査型顕微鏡の再調整
を必要としないで可能となる。短パルスレーザを最適化
した後は単に光ファイバの結合効率を最大にするだけで
あるが、顕微鏡内部のビーム行程は変わらない。
【００１２】本発明に従うユニットは、特にコンパクト
な構成法によって、単一な格子を使用することが際立っ
た特徴である（この目的のため通例使用される２ないし
４個の格子の代わりに）。これによってコンパクトな、
それとともに特に安定な光学系の構成のほか、特にユニ
ットの調整が単純になることが保証されている。波長に
適応させること、または分散を変更することが、この構
成では有利にその都度単一の自由度を調整することによ
って実現される。
な構成法によって、単一な格子を使用することが際立っ
た特徴である（この目的のため通例使用される２ないし
４個の格子の代わりに）。これによってコンパクトな、
それとともに特に安定な光学系の構成のほか、特にユニ
ットの調整が単純になることが保証されている。波長に
適応させること、または分散を変更することが、この構
成では有利にその都度単一の自由度を調整することによ
って実現される。
【００１３】このユニットは模範的に、短レーザパルス
のチャープにある仕方で変更を加えて、レーザパルスが
有利に、たとえば分散光学系、模範的にいえばファイバ
伝達系によって伝達できるようになり、レーザパルスが
その際非可逆的にスペクトル分布を変更されることはな
い。これによって有利に短パルスを任意の場所に伝送す
ることが自由にできるようになる。
のチャープにある仕方で変更を加えて、レーザパルスが
有利に、たとえば分散光学系、模範的にいえばファイバ
伝達系によって伝達できるようになり、レーザパルスが
その際非可逆的にスペクトル分布を変更されることはな
い。これによって有利に短パルスを任意の場所に伝送す
ることが自由にできるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明を以下図示に基づいてより
詳細に説明する。図１では短パルスレーザ光源１があ
り、これはたとえばパルス幅約100fsのオーダーのチタ
ン・サファイアレーザか、それともパルス幅psの領域の
レーザでもよく、その光はここでは４個の格子2.1, 2.
2, 2.3, 2.4から成る「プレチャーピング・ユニット」P
U 2へ到達する。単一パルスIが模範的に示されている。
最初の格子2.1での波長に依存する回折、その後、格子
2.2での視準、またビーム径と平行性に関するビームの
状況の格子2.3, 2.4による修復を通じ、青色光成分は赤
色光成分より時間的にリードしている。このことにより
時間的に広がったレーザパルスI’は結合素子３と単一
モードファイバ４を通じて共焦点走査顕微鏡５のビーム
行程へ達し、ここでは結合出口光学系5.1と付属のピン
ホール5.2, 部分透過鏡5.3, X/Y走査ユニット5.4,結像
光学系5.5, 試料5.6, 結像光学系5.7, ピンホール5.8,
検出器5.9の図によって示されている。
詳細に説明する。図１では短パルスレーザ光源１があ
り、これはたとえばパルス幅約100fsのオーダーのチタ
ン・サファイアレーザか、それともパルス幅psの領域の
レーザでもよく、その光はここでは４個の格子2.1, 2.
2, 2.3, 2.4から成る「プレチャーピング・ユニット」P
U 2へ到達する。単一パルスIが模範的に示されている。
最初の格子2.1での波長に依存する回折、その後、格子
2.2での視準、またビーム径と平行性に関するビームの
状況の格子2.3, 2.4による修復を通じ、青色光成分は赤
色光成分より時間的にリードしている。このことにより
時間的に広がったレーザパルスI’は結合素子３と単一
モードファイバ４を通じて共焦点走査顕微鏡５のビーム
行程へ達し、ここでは結合出口光学系5.1と付属のピン
ホール5.2, 部分透過鏡5.3, X/Y走査ユニット5.4,結像
光学系5.5, 試料5.6, 結像光学系5.7, ピンホール5.8,
検出器5.9の図によって示されている。
【００１５】図２には格子2.1-2.4の代わりにPU 2内に
４個のプリズム6.1, 6.2,6.3, 6.4が配置されていて、
格子2.1-2.4と同様のスペクトル分解とそれに続く視準
とビーム統合の作用をする。ここに配置されている４個
ずつの格子か４個ずつのプリズムの代わりに、ここに図
示されていない２個ずつの格子だけか２個ずつのプリズ
ムだけと1枚の鏡を選択することもでき、ここでは鏡で
反射された後ビーム走路を逆行させ、それによって格子
の組み合わせかプリズムの組み合わせを２倍に通過させ
るように作用する。数枚の鏡を使用することによって、
さらにPU 2を数倍に通過させることもできる。
４個のプリズム6.1, 6.2,6.3, 6.4が配置されていて、
格子2.1-2.4と同様のスペクトル分解とそれに続く視準
とビーム統合の作用をする。ここに配置されている４個
ずつの格子か４個ずつのプリズムの代わりに、ここに図
示されていない２個ずつの格子だけか２個ずつのプリズ
ムだけと1枚の鏡を選択することもでき、ここでは鏡で
反射された後ビーム走路を逆行させ、それによって格子
の組み合わせかプリズムの組み合わせを２倍に通過させ
るように作用する。数枚の鏡を使用することによって、
さらにPU 2を数倍に通過させることもできる。
【００１６】図３にはプリズム7.1-7.4から成るPU 7と
格子8.1-8.4から成るPU 8の組み合わせによって得られ
る効果がさらに強められている。ここでは特に、光学的
パルス圧縮の場合の記述（Laser-Spektroskopie”W. De
mtoder著、Springer出版 1991,418ページ以下）のよう
に、高次の分散効果も均衡させることができる。
格子8.1-8.4から成るPU 8の組み合わせによって得られ
る効果がさらに強められている。ここでは特に、光学的
パルス圧縮の場合の記述（Laser-Spektroskopie”W. De
mtoder著、Springer出版 1991,418ページ以下）のよう
に、高次の分散効果も均衡させることができる。
【００１７】図１と図２に図示したように、一方では格
子2.1, 2.4間の、他方では2.2, 2.3間の距離の増大、ま
たは一方ではプリズム6.1, 6.4間の、他方では6.2, 6.3
間の距離の増大によって、つまり素子2.2; 2.3または6.
2;6.3を、示した矢印の方向に沿って押し動かすことに
よって、スペクトル別の行程の差を設定して大きくでき
る、または距離を短くすることによって小さくできる。
模範的なものとしてここに点線で格子またはプリズム2.
2; 2.3; 6.2; 6.3の第２の位置を１つずつ示した。
子2.1, 2.4間の、他方では2.2, 2.3間の距離の増大、ま
たは一方ではプリズム6.1, 6.4間の、他方では6.2, 6.3
間の距離の増大によって、つまり素子2.2; 2.3または6.
2;6.3を、示した矢印の方向に沿って押し動かすことに
よって、スペクトル別の行程の差を設定して大きくでき
る、または距離を短くすることによって小さくできる。
模範的なものとしてここに点線で格子またはプリズム2.
2; 2.3; 6.2; 6.3の第２の位置を１つずつ示した。
【００１８】こうしてパルス幅の調節ができるので、光
ファイバによって惹き起こされた走行時間差が補償され
るばかりでなく、その他の分散媒質を通じて惹き起こさ
れる走行時間差も均衡することができ、特に共焦点顕微
鏡のビーム行程、たとえば対物レンズ、特に開口数の大
きなもの、走査対物レンズ、円筒レンズ、また他のガラ
ス製光学素子のようなものである。格子かプリズムを図
示した矢印の方向に沿って押し動かすのは、ここに示さ
れていない、しかし専門的には普通に行われよく知られ
ている取り扱い法、手動または電気的な操作法によって
行われる。
ファイバによって惹き起こされた走行時間差が補償され
るばかりでなく、その他の分散媒質を通じて惹き起こさ
れる走行時間差も均衡することができ、特に共焦点顕微
鏡のビーム行程、たとえば対物レンズ、特に開口数の大
きなもの、走査対物レンズ、円筒レンズ、また他のガラ
ス製光学素子のようなものである。格子かプリズムを図
示した矢印の方向に沿って押し動かすのは、ここに示さ
れていない、しかし専門的には普通に行われよく知られ
ている取り扱い法、手動または電気的な操作法によって
行われる。
【００１９】本発明は図4から図9までにしたがって、入
射する短パルスレーザビーム・イン、レーザパルスの分
散のための手段PU, 射出するレーザパルスビーム・アウ
トから成る。発明に従う構成の実施形態を図4から図6ま
でにスケッチしてある。発明に従うユニットをプリズム
４個配列の場合と比較したものが、図8aと図8bに示され
ている。図４から図６まで：入射短パルスレーザビーム
・インは光学格子(G)上へ、ここでは反射格子上へ来
る。格子の法線ｎは入射レーザビームの方向と角αをな
す。フーリエ定理に従って入射レーザパルスに周波数空
間内の決まったスペクトル分布が対応している。格子の
分散作用によって入射レーザパルスは、図７に示した格
子方程式に対応してスペクトル成分へと分解される。ブ
レーズド格子を使用するとここで1次の回折のみが現れ
る。
射する短パルスレーザビーム・イン、レーザパルスの分
散のための手段PU, 射出するレーザパルスビーム・アウ
トから成る。発明に従う構成の実施形態を図4から図6ま
でにスケッチしてある。発明に従うユニットをプリズム
４個配列の場合と比較したものが、図8aと図8bに示され
ている。図４から図６まで：入射短パルスレーザビーム
・インは光学格子(G)上へ、ここでは反射格子上へ来
る。格子の法線ｎは入射レーザビームの方向と角αをな
す。フーリエ定理に従って入射レーザパルスに周波数空
間内の決まったスペクトル分布が対応している。格子の
分散作用によって入射レーザパルスは、図７に示した格
子方程式に対応してスペクトル成分へと分解される。ブ
レーズド格子を使用するとここで1次の回折のみが現れ
る。
【００２０】このように変更を加えた発散レーザビーム
は、２枚の互いに垂直に配列された鏡から成る水平に配
列されたレフレクター系DK1、すなわち主として屋根型
プリズムシステムを形づくる平面鏡の方向へ偏向され、
この鏡系がレーザビームを格子と同じビーム高度に、す
なわちある平面内で同一の方向（角a）で格子へ反射し
返す。この種のレフレクターを使用することによって保
証されるという長所としては、格子にレーザビームが２
回の通過のたびに同一の入射角で当たることである。
は、２枚の互いに垂直に配列された鏡から成る水平に配
列されたレフレクター系DK1、すなわち主として屋根型
プリズムシステムを形づくる平面鏡の方向へ偏向され、
この鏡系がレーザビームを格子と同じビーム高度に、す
なわちある平面内で同一の方向（角a）で格子へ反射し
返す。この種のレフレクターを使用することによって保
証されるという長所としては、格子にレーザビームが２
回の通過のたびに同一の入射角で当たることである。
【００２１】この状況下でのみ、入射してくる、光軸の
まわりに回転対称なレーザビームが格子を２倍に通過し
た後にもなお回転対称なビームプロファイルをもつこと
が保証される。このことを通じて、本発明に従った構成
の作用の仕方について重要なのは、スペクトル経過の順
番が再帰レフレクター系DK1で反射する際元に戻ること
である（スペクトルが広げられたレーザビームを単純に
反射しても同じ結果は得られない）。
まわりに回転対称なレーザビームが格子を２倍に通過し
た後にもなお回転対称なビームプロファイルをもつこと
が保証される。このことを通じて、本発明に従った構成
の作用の仕方について重要なのは、スペクトル経過の順
番が再帰レフレクター系DK1で反射する際元に戻ること
である（スペクトルが広げられたレーザビームを単純に
反射しても同じ結果は得られない）。
【００２２】格子は主としてブレーズド格子であるの
で、第１次のビーム偏向のみ利用ができる。レーザビー
ムが格子を通じて２倍に通過した後、レーザビームは平
行なレーザ光束から成り、その波長はビーム断面を通じ
て連続的に「赤」から「青」まで変化する。この平行な
レーザ光束は第２の、DK1に垂直に配列されたレフレク
ター系DK2に当たり、これも屋根型プリズムシステム
で、光束を再び角aで格子の方向へ、しかし格子Gに関し
てもっと深い位置にある平面内で反射する。このもっと
深い位置にある平面上で次に２回格子Gを通過する上述
のビーム行程が反復されるので、全部で４回レーザビー
ムが格子Gを通過した後、入射ビーム・インはしかし今
やユニットによって印加された負の分散を得て、本発明
に従うユニットの出口にあるもっと深い平面内で、偏向
鏡M1を通じて結合され、ビーム・アウトとして利用に供
される。
で、第１次のビーム偏向のみ利用ができる。レーザビー
ムが格子を通じて２倍に通過した後、レーザビームは平
行なレーザ光束から成り、その波長はビーム断面を通じ
て連続的に「赤」から「青」まで変化する。この平行な
レーザ光束は第２の、DK1に垂直に配列されたレフレク
ター系DK2に当たり、これも屋根型プリズムシステム
で、光束を再び角aで格子の方向へ、しかし格子Gに関し
てもっと深い位置にある平面内で反射する。このもっと
深い位置にある平面上で次に２回格子Gを通過する上述
のビーム行程が反復されるので、全部で４回レーザビー
ムが格子Gを通過した後、入射ビーム・インはしかし今
やユニットによって印加された負の分散を得て、本発明
に従うユニットの出口にあるもっと深い平面内で、偏向
鏡M1を通じて結合され、ビーム・アウトとして利用に供
される。
【００２３】このユニットはこれによって、図１に従っ
て個々の格子４個から成る在来型プレチャープユニット
のハイコンパクトな実施形態となっている（図８と図９
に記入された赤と青の波長の比較を参照）。多格子配列
のとき個々の格子を調整するのは、互いに合わせあわな
ければならぬ骨の折れる仕事であるが、他方本発明に従
うただ１個の格子のみをもつユニットでは調整がまった
くたやすい。こうしたことから本発明に従うユニットは
４格子配列に比べてはっきりコンパクトであり、従って
安定がよい。
て個々の格子４個から成る在来型プレチャープユニット
のハイコンパクトな実施形態となっている（図８と図９
に記入された赤と青の波長の比較を参照）。多格子配列
のとき個々の格子を調整するのは、互いに合わせあわな
ければならぬ骨の折れる仕事であるが、他方本発明に従
うただ１個の格子のみをもつユニットでは調整がまった
くたやすい。こうしたことから本発明に従うユニットは
４格子配列に比べてはっきりコンパクトであり、従って
安定がよい。
【００２４】ビーム・インとビーム・アウトの図１から
図３までに示したレーザ光源１から光ファイバ４へのビ
ーム行程に関する出入りの結合は、図１から図３までに
対して変更を加えて、PUは図４から図６までに従ってレ
ーザ光源１と入結合ユニット３の間に配列されるように
する。図１０には偏向鏡M1のみを示して、ある仕方の配
列が図示されている。ビーム・インとビーム・アウトが
ここでは図１から図３までとは逆に互いに垂直である。
図３までに示したレーザ光源１から光ファイバ４へのビ
ーム行程に関する出入りの結合は、図１から図３までに
対して変更を加えて、PUは図４から図６までに従ってレ
ーザ光源１と入結合ユニット３の間に配列されるように
する。図１０には偏向鏡M1のみを示して、ある仕方の配
列が図示されている。ビーム・インとビーム・アウトが
ここでは図１から図３までとは逆に互いに垂直である。
【００２５】本発明に従うユニットPUの構成要素である
１個の格子G1は、図４に模範的に示したように、入射ビ
ームと格子表面の交点によって作られる、信号平面に垂
直な回転中心ｄのまわりに、駆動ユニットS1を通じてま
たは手動によって回転可能なように据えられている。格
子が単独にこの軸（ビーム平面に垂直で上述の回転中心
を通って伸びている軸）のまわりに角aだけ回転するこ
とによって、ユニットは格子方程式（図７）に対応して
フーリエスペクトルのある決まった波長l0に対して最適
となり、他の光学成分は動かす必要がない。
１個の格子G1は、図４に模範的に示したように、入射ビ
ームと格子表面の交点によって作られる、信号平面に垂
直な回転中心ｄのまわりに、駆動ユニットS1を通じてま
たは手動によって回転可能なように据えられている。格
子が単独にこの軸（ビーム平面に垂直で上述の回転中心
を通って伸びている軸）のまわりに角aだけ回転するこ
とによって、ユニットは格子方程式（図７）に対応して
フーリエスペクトルのある決まった波長l0に対して最適
となり、他の光学成分は動かす必要がない。
【００２６】このことは入射するレーザの波長を変える
際、レフレクターDK1とDK2に関してシステムを調整する
ために重要となってくる。格子を――格子効率を好適に
選択した場合、この配列を波長に対して十分に敏感でな
いようにできるので、格子効率を選択して格子の作用度
が波長領域の内部で変わらないようにすれば、この配列
は問題なく二三百ナノメートルの広い波長範囲にわたっ
て好適に使用できるようになる。回転中心ｄは、まわり
を格子（G）が波長に同調して回転されなければならな
い点である。その際回転運動はS1の並進運動によって格
子へ伝達される。
際、レフレクターDK1とDK2に関してシステムを調整する
ために重要となってくる。格子を――格子効率を好適に
選択した場合、この配列を波長に対して十分に敏感でな
いようにできるので、格子効率を選択して格子の作用度
が波長領域の内部で変わらないようにすれば、この配列
は問題なく二三百ナノメートルの広い波長範囲にわたっ
て好適に使用できるようになる。回転中心ｄは、まわり
を格子（G）が波長に同調して回転されなければならな
い点である。その際回転運動はS1の並進運動によって格
子へ伝達される。
【００２７】DK1とDK2は屋根型プリズム系という特徴を
もつ。レーザビームは格子へ当たる前に、ここに示して
いないビーム広げ装置を介して適合するビーム径へと広
げられる。これはレーザ強度を格子上で減少させる（格
子表面が一般的に強いレーザ照射によって破壊するのを
避けるため）。このことから本発明に従う構成で、レー
ザ照射の偏光が格子表面上で反射するごとに同一である
（特に、偏光が格子の溝の方向に垂直のとき反射率が最
も高い）ということが保証される。矢印は、構成全体の
分散を連続的に変化させるため、再帰レフレクターDK1
がS2を通じて押し動かされなければならない方向を示
す。格子とDK1の間の距離を減少させると一般に、ユニ
ットによってレーザビームへ印加される負の分散値が減
少する。
もつ。レーザビームは格子へ当たる前に、ここに示して
いないビーム広げ装置を介して適合するビーム径へと広
げられる。これはレーザ強度を格子上で減少させる（格
子表面が一般的に強いレーザ照射によって破壊するのを
避けるため）。このことから本発明に従う構成で、レー
ザ照射の偏光が格子表面上で反射するごとに同一である
（特に、偏光が格子の溝の方向に垂直のとき反射率が最
も高い）ということが保証される。矢印は、構成全体の
分散を連続的に変化させるため、再帰レフレクターDK1
がS2を通じて押し動かされなければならない方向を示
す。格子とDK1の間の距離を減少させると一般に、ユニ
ットによってレーザビームへ印加される負の分散値が減
少する。
【００２８】再帰レフレクター系DK1と格子との距離を
駆動ユニットを通じ、または手動で変えることによっ
て、本発明に従うユニットの（一般に負の）分散は連続
的に変更が加えられる。これによってユニットはたやす
い方法で、すなわち１自由度を調整するだけで、レーザ
ビームのチャープを光学系が要求するものへ適合させる
ことを可能にする。レフレクターシステムDK2を鏡とし
て作ると、DK1を動かしたときビームアウトの位置変化
を伴って結合され、ファイバ入力結合の際相応の調整が
なされなければならない。格子Gを回転中心ｄのまわり
に回転する際には、ビームアウトの位置に関して調整の
必要ない仕方の配列が利用できる。
駆動ユニットを通じ、または手動で変えることによっ
て、本発明に従うユニットの（一般に負の）分散は連続
的に変更が加えられる。これによってユニットはたやす
い方法で、すなわち１自由度を調整するだけで、レーザ
ビームのチャープを光学系が要求するものへ適合させる
ことを可能にする。レフレクターシステムDK2を鏡とし
て作ると、DK1を動かしたときビームアウトの位置変化
を伴って結合され、ファイバ入力結合の際相応の調整が
なされなければならない。格子Gを回転中心ｄのまわり
に回転する際には、ビームアウトの位置に関して調整の
必要ない仕方の配列が利用できる。
【図１】数個の格子を通じての結合
【図２】数個のプリズムを通じての結合
【図３】格子とプリズムを通じての結合
【図４】長所をもつプレチャーピングユニットPUのビー
ム走路の平面図
ム走路の平面図
【図５】図４の方向Aから見た側面図
【図６】図５の方向Bから見た俯瞰図
【図７】格子方程式のグラフ表示、すなわち格子回折角
βの、入射角α, レーザビームの波長λ, 格子周期d,
回折序数mへの従属関係図
βの、入射角α, レーザビームの波長λ, 格子周期d,
回折序数mへの従属関係図
【図８】図４に従う配列と、赤色波長Rと青色波長Bにつ
いて模範的に示したビーム走路図
いて模範的に示したビーム走路図
【図９】図１に従う配列と、４個の格子G1-G4と波長Rと
B
B
【図１０】ユニットPUの図4から図6までに従うレーザ走
査型顕微鏡への組み込み
査型顕微鏡への組み込み
１ パルスレーザ光源 ２ 格子 ３ 結合素子 ４ モノモードファイバ ５ 共焦点走査型顕微鏡 ５.１ 出口光学系 ５.２ ピンホール ５.３ 部分透過鏡 ５.４ Ｘ/Ｙ走査ユニット ５.５ 結像光学系 ５.６ 試料 ５.７ 結像光学系 ５.８ ピンホール ５.９ 検出器 ６、７ プリズム ８ 格子 Ｍ1 偏向鏡 Ｓ1 駆動ユニット ＰＵ プレチャーピングユニット Ｇ1 格子 ＤＫ レフレクター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウルリッヒ シモン （氏名原語表記） Ｕｌｒｉｃｈ Ｓｉｍｏｎ ドイツ国 Ｄ−07751 ローテンスタイン ブルグストラッセ 35 （住所又は居所 原語表記） Ｂｕｒｇｓｔｒ． 35， Ｄ −7751 Ｒｏｔｈｅｎｓｔｅｉｎ， Ｇｅ ｒｍａｎｙ (72)発明者 ラルフ ヴォレシェンスキー （氏名原語 表記） Ｒａｌｆ Ｗｏｌｌｅｓｃｈｅｎ ｓｋｙ ドイツ国 Ｄ−99510 シェッテン アン デル プロムナーデ ３ （住所又は居 所原語表記） Ａｎ ｄｅｒ Ｐｒｏｍｅ ｎａｄｅ ３， Ｄ−99510 Ｓｃｈｏｅ ｔｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
Claims (8)
- 【請求項１】 短パルスレーザビームを顕微鏡のビーム
行程へ結合するための、少なくとも１本のレーザに接続
された光ファイバを介して結合された装置。 - 【請求項２】 共焦点ビーム行程へ結合され、ファイバ
終端が対物レンズ上へ結像する請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 顕微鏡がレーザ走査型顕微鏡である請求
項１または２に記載の装置。 - 【請求項４】 少なくとも１本の単一モードファイバを
通じて結合される前記請求項の少なくとも１つに記載の
装置。 - 【請求項５】 レーザと光ファイバとの間に、レーザパ
ルスを波長に依存する仕方で時間的変化の調整のための
光学的配列が配置されている前記請求項の少なくとも１
つに記載の装置。 - 【請求項６】 光学的配列が１個の回折格子と、１つの
レフレクター系と１枚の鏡と、または１個の回折格子と
２つのレフレクター系とを含み、レーザビームが４回同
じ回折格子を通じて導かれる請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】 配列がただ１個の回折格子と、１つの再
帰レフレクター系と１枚の鏡と、または１個の回折格子
と２つの再帰レフレクター系とを含み、ビームが４回同
じ回折格子を通じて導かれ、ユニットをレーザ波長に関
して１個の格子を単独に回転させることによって調整す
ることができる請求項５に記載の装置。 - 【請求項８】 配列が１個の回折格子と、１つのレフレ
クター系と１枚の鏡と、または１個の回折格子と２つの
レフレクター系とを含み、ビームが４回同じ回折格子を
通じて導かれ、分散値が回折格子と１つのレフレクター
系との距離が変化することによって変化する請求項５に
記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19622359A DE19622359B4 (de) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | Vorrichtung zur Einkopplung der Strahlung von Kurzpulslasern in einem mikroskopischen Strahlengang |
| DE19622359.8 | 1996-06-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11218490A true JPH11218490A (ja) | 1999-08-10 |
| JP4336787B2 JP4336787B2 (ja) | 2009-09-30 |
Family
ID=7796087
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9160631A Pending JPH1068889A (ja) | 1996-06-04 | 1997-06-04 | 顕微鏡光路中の短パルスレーザビームの結合のための装置およびその方法 |
| JP28462598A Expired - Lifetime JP4336787B2 (ja) | 1996-06-04 | 1998-10-06 | 短パルスレーザビームを顕微鏡ビーム行程へ結合するための装置 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9160631A Pending JPH1068889A (ja) | 1996-06-04 | 1997-06-04 | 顕微鏡光路中の短パルスレーザビームの結合のための装置およびその方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6178041B1 (ja) |
| JP (2) | JPH1068889A (ja) |
| DE (1) | DE19622359B4 (ja) |
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| JP2006229080A (ja) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Olympus Corp | 超短パルスレーザ伝達装置 |
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| JP2007286043A (ja) * | 2006-04-15 | 2007-11-01 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | 回折格子を備えるスペクトル分析ユニット |
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| WO2011027617A1 (ja) * | 2009-09-01 | 2011-03-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | パルス幅変換装置および光増幅システム |
| JP2013131778A (ja) * | 2013-03-29 | 2013-07-04 | Hamamatsu Photonics Kk | パルス幅変換装置および光増幅システム |
| US8912508B2 (en) | 2008-06-24 | 2014-12-16 | Olympus Corporation | Multiphoton-excited measuring device |
| JP2019207338A (ja) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | オリンパス株式会社 | 観察装置、対物レンズ |
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| DE19733195B4 (de) * | 1997-08-01 | 2006-04-06 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Hoch-Kompaktes Laser Scanning Mikroskop mit integriertem Kurzpuls Laser |
| US6855941B1 (en) * | 1998-03-11 | 2005-02-15 | Olympus Optical Co., Ltd. | Laser microscope |
| DE19827139C2 (de) * | 1998-06-18 | 2002-01-31 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Mikroskop mit einem über eine Lichtleitfaser eingekoppelten Kurzpulslaser |
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| DE20122782U1 (de) * | 2000-06-17 | 2007-11-15 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Beleuchtungseinrichtung |
| DE20122791U1 (de) | 2000-06-17 | 2007-11-29 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Scanmikroskop |
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| EP1164406B1 (de) * | 2000-06-17 | 2019-04-17 | Leica Microsystems CMS GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts |
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