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OPTICAL PULSE PAIR GENERATION DEVICE, LIGHT DETECTION DEVICE, AND LIGHT DETECTION METHOD

Foreign code F200010016
File No. (S2018-0528-N0)
Posted date Jan 30, 2020
Country WIPO
International application number 2019JP016860
International publication number WO 2019220863
Date of international filing Apr 19, 2019
Date of international publication Nov 21, 2019
Priority data
  • P2018-093067 (May 14, 2018) JP
Title OPTICAL PULSE PAIR GENERATION DEVICE, LIGHT DETECTION DEVICE, AND LIGHT DETECTION METHOD
Abstract Provided is an optical pulse pair generation device that generates an optical pulse pair that includes first pulse light and second pulse light, which each have a central wavelength with a predetermined wavelength difference and which are set to be substantially identical target time waveforms, the optical pulse pair generation device including: a branching part which branches incident pulse light into two beams; a first shaping part which shapes one of the pulse light beams branched by the branching part into the target time waveform and sets the center frequency thereof so as to obtain the first pulse light; and a second shaping part which shapes the other pulse light beam branched by the branching part into the target time waveform so as to obtain the second pulse light.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
The coherent Raman scattering microscopy, molecules present in tissue or cells of non-staining and at a high speed known as imaging techniques can image. The coherent Raman scattering microscopy, and coherent anti-Stokes Raman scattering (Coherent Anti-stokes Raman Scattering; CARS) such as the stimulated Raman scattering (Stimulated Raman Scattering; SRS) is used as the non-linear optical processes. The coherent Raman scattering microscopy, these nonlinear optical processes to interactions with light and detecting Raman scattered light generated by the acquired information of the molecular vibration is reflected on the basis of the level of the signal, the distribution of the concentration of chemical substances to the diffraction limit of light level (for example, 1μm (micrometer) or less) in the spatial resolution of the drawing device. For example see, Coherent Raman scattering microscopy, J.-X. Cheng and X. S. Xie Eds, (Taylor and Francis Books Inc., 2011)..
The conventional, coherent Raman scattering microscope have been known several methods, among others, time-resolved coherent Raman scattering microscopy, cells and tissue to reduce the background noise itself, such as small molecule drug is the signal of the molecular vibrations of a particular frequency having high contrast has been attracting attention as a method of detecting. For example, A. Volkmer, L. D. Book, and X. S. Xie, "Time-resolved coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy: Imaging based on Raman free induction decay,"Appl. Phys. Lett. 80, 1505-1507 (2002). reference.
In recent years, as a development of the technique of time resolved coherent Raman microscope, the spectral collection to achieve high spectral resolution using the irregularities by a technique has been proposed. See for example T. Ito, Y. Obara and K. Misawa, "Single-beam phase-modulated stimulated Raman scattering microscopy with spectrally focused detection,"J. Opt. Soc. Am. B 34, 1005-1017 (2017)., P. K. Upputuri, L. Gong, and H. Wang, "Chirped time-resolved CARS microscopy with square-pulse excitation,"Opt. Express 22, 9611-9626 (2014). and. Spectrum and the light collection method, for example femtosecond pulse 2 is generated for the same one of the group delay dispersion of the given (linear chirp), the frequency of the beat of the peak in the Raman vibration corresponding to the selective excitation, or by the probe, high resolution microscopic spectroscopy technique implemented., T. Hellerer, A. M. K. Enejder and A. Zumbusch, "Spectral focusing for example: high spectral resolution spectroscopy with broad-bandwidth laser pulses,"Appl. Phys. Lett. 85, 25-27 (2004). reference.
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
 予め定められた波長差の中心波長を各々有するとともに、略同一の目標時間波形とされた第1のパルス光と第2のパルス光を含む光パルス対を生成する光パルス対生成装置であって、
 入射パルス光を2分岐する分岐部と、
 前記分岐部で分岐された一方のパルス光を前記目標時間波形に整形するとともに中心周波数を設定して前記第1のパルス光とする第1の整形部と、
 前記分岐部で分岐された他方のパルス光を前記目標時間波形に整形して前記第2のパルス光とする第2の整形部と、を含む
 光パルス対生成装置。

[請求項2]
 前記第1の整形部は、前記一方のパルス光の前記目標時間波形に対応する帯域幅を有するとともに前記一方のパルス光の伝搬方向と交差する方向に回転可能とされた第1のバンドパスフィルタ、および前記一方のパルス光に可変の時間遅延を与える遅延部材を備え、
 前記第2の整形部は、前記他方のパルス光の前記目標時間波形に対応する帯域幅を有する第2のバンドパスフィルタを備える
 請求項1に記載の光パルス対生成装置。

[請求項3]
 前記第1のバンドパスフィルタおよび前記遅延部材により前記波長差を走査する波長走査部が構成され、
 前記第1のパルス光と前記第2のパルス光とは時間的に重畳されており、
 前記波長走査部は、前記第1のバンドパスフィルタの回転角によって前記波長差を設定し、前記遅延部材の前記時間遅延によって前記第1のバンドパスフィルタの回転に伴う前記第1のパルス光と前記第2のパルス光との間の時間差を補償する
 請求項2に記載の光パルス対生成装置。

[請求項4]
 前記分岐部は前記第2のバンドパスフィルタで構成される
 請求項2または請求項3に記載の光パルス対生成装置。

[請求項5]
 前記第1のパルス光および前記第2のパルス光は立ち上がり時間よりも立下り時間の方が大きくされた非対称波形とされるとともに時間的に重畳されている
 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光パルス対生成装置。

[請求項6]
 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光パルス対生成装置を含み、励起パルス光、第1のプローブパルス光、および第2のプローブパルス光を用いて光検出を行う光検出装置であって、前記第1のパルス光が前記第1のプローブパルス光とされ、
 光源パルス光を発生するレーザ光源と、
 前記光源パルス光を2分岐して前記励起パルス光および前記入射パルス光とする光源分岐部と、
 前記第2のパルス光を位相変調して第2のプローブパルス光とする変調部と、
 前記励起パルス光、前記第1のプローブパルス光、および前記第2のプローブパルス光を合波し合波光を生成する合波部と、
 前記合波光を試料に照射する照射部と、
 前記合波光が前記試料に照射され前記励起パルス光により励起された分子振動を前記第1のプローブパルス光および第2のプローブパルス光によるヘテロダイン干渉を用いて検出する検出部と、
 を含む光検出装置。

[請求項7]
 前記第1のプローブパルス光および前記第2のプローブパルス光は立ち上がり時間よりも立下り時間の方が大きくされた非対称波形とされるとともに時間的に重畳され、かつ前記励起パルス光から予め定められた遅延時間だけ遅延している
 請求項6に記載の光検出装置。

[請求項8]
 前記励起パルス光は予め偏光されており、
 前記第1のプローブパルス光の波長と前記第2のプローブパルス光の波長が異なり、
 前記照射部が顕微鏡を含んで構成され、
 前記検出部は、前記試料に照射された後の前記合波光から前記励起パルス光を除去する偏光子、前記第2のプローブパルス光を除去する光学フィルタ、および前記第1のプローブパルス光を受光する受光部を備える
 請求項6または請求項7に記載の光検出装置。

[請求項9]
 前記第1の整形部は前記波長差を走査する波長走査部を備え、前記波長走査部は前記一方のパルス光の前記目標時間波形に対応する帯域幅を有するとともに前記一方のパルス光の伝搬方向と交差する方向に回転可能とされた第1のバンドパスフィルタ、および前記一方のパルス光に可変の時間遅延を与える遅延部材を含み、
 前記第1のバンドパスフィルタの回転角によって前記波長差を設定し、前記遅延部材の前記時間遅延によって前記第1のバンドパスフィルタの回転に伴う前記第1のプローブパルス光と前記第2のプローブパルス光との間の時間差を補償するように前記波長走査部を制御するとともに、前記目標時間波形に対応する帯域幅を有する第2のバンドパスフィルタを透過した第2のプローブパルス光に対して位相が線形に変化する領域と位相差2πだけ急峻に変化する接続領域を含むノコギリ型波形の変調信号による位相変調が施されるように前記変調部を制御する制御部をさらに含む
 請求項8に記載の光検出装置。

[請求項10]
 前記制御部は前記受光部から出力された受光信号を受け取るとともに、前記受光信号および前記変調信号によりロックインアンプを構成し、前記ロックインアンプによりヘテロダイン干渉の結果第1のプローブパルス光に施された振幅変調信号を誘導ラマン散乱信号に対応する信号として検出する
 請求項9に記載の光検出装置。

[請求項11]
 前記第1のバンドパスフィルタは前記第1のプローブパルス光に予め定められた奇数次高次分散を付与し、
 前記第2のバンドパスフィルタは前記第2のプローブパルス光に前記予め定められた奇数次高次分散を付与する
 請求項10に記載の光検出装置。

[請求項12]
 光源パルス光を発生するレーザ光源、前記光源パルス光を3分岐して励起パルス光と予め定められた波形を有する第1のプローブパルス光と第2のプローブパルス光とする分岐部、前記第1のプローブパルス光を前記予め定められた波形に整形するとともに中心周波数を設定する第1の整形部、前記第2のプローブパルス光を前記予め定められた波形に整形する第2の整形部、前記第2のプローブパルス光に位相変調を施す変調部、前記励起パルス光、第1のプローブパルス光、および第2のプローブパルス光を合波し合波光を生成する合波部、および前記合波光を試料に照射する照射部を含む光検出装置を用いた分子振動の光検出方法であって、
 前記第1のプローブパルス光の中心波長と前記第2のプローブパルス光の中心波長との差が前記分子振動の周波数に対応する波長差となるようにし、
 前記予め定められた波形を、立ち上がり時間よりも立下り時間の方が大きい略同一の非対称波形とし、
 前記第1のプローブパルス光および前記第2のプローブパルス光を時間的に重畳させるとともに前記励起パルス光から予め定められた遅延時間だけ遅延させ、
 検出部により、前記合波光が前記試料に照射され前記励起パルス光により励起された分子振動を前記第1のプローブパルス光および第2のプローブパルス光によるヘテロダイン干渉を用いて検出する
 光検出方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND TECHNOLOGY
  • Inventor
  • MISAWA, Kazuhiko
  • ITO, Terumasa
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DJ DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JO JP KE KG KH KN KP KR KW KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG
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