JP4897821B2 - 光学ヘテロダインサンプリング装置 - Google Patents
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Description
ここにおいてdは遅延線の長さであり、cは光速である。
Tp−Ts=ΔF/FpFs
である。
lp(2ΠFp(t−Tps(t)))=lp((2ΠFst)をプローブパルス列とする。
遅延における線形変動は、プローブパルス列の周波数が下記の一定量だけオフセットされると得られる。
従って、遅延は、ゼロからTpに変化する(時間分解能に従って、離散的に)。パルス列の周期は、うなり周波数ΔFの逆数に等しい時間において走査される。サンプル反応は、ΔTps/Δt=ΔF/Fpである、転置された時間スケールにおいて観測される。この時間スケールの拡大により、反応信号のスペクトルが、検出器の帯域幅において転置されるようになる。
τ≧|ΔF|/(Fs.Fp)
ゆえに、ΔFmax=τFpFsとなる。
所望の時間分解能τeffは、転置された時間において、ローパスフィルタの反応時間τRになる。
τeff≒ΔF/(BdFp)と、推測できる。
Claims (33)
- ジッターを有し、それぞれが、Fs≠Fpであるパルス周波数FsとFpを有するポンプビームとプローブビームを放射するように適合された2つのパルスレーザー源(10、15)と、サンプル(200)上に導かれる前記ポンプビームおよび前記プローブビームを連結するための連結要素(20)と、を具備し、更にサンプル反応信号用の光検出システム(50)を有する信号経路(51)と、前記信号経路に接続される前記検出光信号を取得するための取得システム(70)と、を具備する光学ヘテロダインサンプリング装置(150)であって、
FsとFpは実質的に一定であり、
前記取得システムは、取得トリガー要素(71)を具備し、
当該装置は、
前記トリガー要素に接続され、うなり周波数|Fs−Fp|を測定し、前記ポンプビームおよび前記プローブビームパルスが一致するたびに、パルスから構成される同期信号を生成するように適合される測定装置(91)を有する同期経路(90)を具備することを特徴とする装置。 - 前記測定装置(91)は、2光子フォトダイオードを具備する請求項1に記載の装置。
- 1つのレーザー源を他のレーザー源に結合するための結合装置(5)を具備する請求項1または2に記載の装置。
- 前記結合装置(5)は、前記1つのレーザー源の出力に配置される周波数分周器(6)と、前記分周器(6)と前記他方のレーザー源に接続される周波数合成器(7)と、を具備する請求項1から3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記光検出システム(50)は、光検出器、または光検出器の列、または光検出器の格子である請求項1から4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記レーザー源(10、15)は異なる波長を有する請求項1から5のいずれか1項に記載の装置。
- 前記パルス周波数FsとFpは、1kHzと10GHzの間である請求項1から6のいずれか1項に記載の装置。
- 前記パルス周波数FsとFpは、1kHzと100MHzの間である請求項1から6のいずれか1項に記載の装置。
- |Fs−Fp|を測定するための前記測定装置(91)を具備する前記同期経路(90)は、前記サンプル反応信号の前記経路内に配置される請求項1から8のいずれか1項に記載の装置。
- 2つの経路内にサンプル反応信号分離器(80)を具備し、前記信号経路(51)は一方の経路上に配置され、前記同期経路(90)は他方の経路上に配置される請求項1から9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記同期経路(90)は、前記サンプルに導かれる前記ポンプビームおよび前記プローブビームの前記経路内に配置される請求項1から8のいずれか1項に記載の装置。
- 前記光検出システム(50)の前記入力に配置される、前記サンプルからの前記ポンプビーム用のフィルタ(60)を具備する請求項1から11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記反応信号光検出システム(50)の前記出力に配置されるローパスフィルタ(55)を具備する請求項1から12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記うなり周波数|Fs−Fp|は、1Hzと100kHzの間である請求項1から13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記レーザー源(10、15)は、10フェムト秒と10ピコ秒の間の持続時間を有するパルスを放射するように適合されている請求項1から14のいずれか1項に記載の装置。
- 前記時間分解能は、約1ピコ秒に等しい請求項1から15のいずれか1項に記載の装置。
- 前記サンプル(200)上への前記ポンプビームおよび/または前記プローブビームを走査するための走査装置(300)を具備する請求項1から16のいずれか1項に記載の装置。
- 前記走査装置は、2つのレンズ(301、302)と、前記ビームまたは前記複数のビームを変位させる変位要素(303)を具備する請求項1から17のいずれか1項に記載の装置。
- 前記変位要素(303)は、レンズ(301または302)の平行移動プレートであるか、または2つのそれぞれ直交する軸の周りを回転できる2つの検流ミラーを具備する請求項1から18のいずれか1項に記載の装置。
- 前記走査装置(300)は、前記ポンプビームと前記プローブビームを変位でき、前記連結器(20)は、前記走査装置を具備する請求項17から19のいずれか1項に記載の装置。
- 前記走査装置(300)は、前記ポンプビームまたは前記プローブビームを変位でき、前記連結器(20)の下流に配置される請求項17から19のいずれか1項に記載の装置。
- 前記走査装置(300)は、前記サンプルを平行移動させる平行移動プレート(200)を具備する請求項17に記載の装置。
- ジッターを有し、それぞれが、Fs≠Fpであるパルス周波数FsとFpを有するポンプパルスビームとプローブパルスビームを放射できる2つのレーザー源(10、15)を具備する装置を使用する、光学ヘテロダインサンプリングの方法であって、前記ポンプビームおよび前記プローブビームを連結するステップと、前記連結されたポンプビームおよびプローブビームをソース(200)上に導くステップと、サンプル反応を光検出するステップと、前記検出光信号を取得するステップを含む方法であって、FsとFpは実質的に一定であり、前記方法は、前記うなり周波数|Fs−Fp|を測定して、前記ポンプビームおよび前記プローブパルス間の一致の瞬間を隔離するステップを更に含み、前記取得ステップは、前記一致の瞬間の関数としてトリガーされる方法。
- 1つのレーザー源を他のレーザー源に結合するステップを更に具備する請求項23に記載の方法。
- 前記うなり周波数|Fs−Fp|は、実質的にτFsFpと等しく、ここにおいてτは、前記プローブビームのパルスの持続時間である請求項23または24に記載の方法。
- 前記サンプル反応は、前記ポンプビームと前記プローブビームの反射または透過により取得される請求項23から25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記サンプル上への前記ポンプビームおよび/または前記プローブビームを走査するステップを具備する請求項23から26のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ポンプビームと前記プローブビームは重ね合わされる請求項23から27のいずれか1項に記載の方法。
- 前記サンプルは、薄い層における物質、集積回路、半導体、生体細胞、または化学試薬である請求項23から28のいずれか1項に記載の方法。
- 前記サンプリングは、ピコ秒のオーダーの時間分解能を有する請求項23から29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記レーザー源は、約100フェムト秒の持続時間を有するパルスを放射できる請求項23から30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記うなり周波数|Fs−Fp|は、10Hzと100kHzの間である請求項23から31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記パルス周波数FsとFpは、0.1MHzと100MHzの間である請求項23から32のいずれか1項に記載の方法。
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