JP6765648B2 - 光検出装置、光検出方法および光検出プログラム - Google Patents
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Description
つぎの手順T4では、位相変調された第1のパルス光と、第2のパルス光とを合波する。
つぎの手順T6では、試料において発生した信号光を分光する。
つぎの手順T8では、当該電気信号に対し所定の光検出信号処理を実行することにより、CARS光のスペクトルを抽出する。
ただし、アイソレータ44は必要に応じて設ければよいものであり、必須のものではない。
つまり、振動の緩和時間が速い物質の検出が困難になる。
ここで、EpumpはCARS過程のうちの励起光、ストークス光を兼ねた広帯域の励起光パルスPeによる電場であり、Eprobeは狭帯域のプローブ光パルスPpによる電場である。また、
は各々、非共鳴過程の3次非線形感受率、ラマン過程の3次非線形感受率である。
ただし、Re(f)はfの実部を表わし、Im(f)はfの虚部を表わしている。また、
は複素数として扱う。一方、
は物質の振動に非共鳴な電場成分に対する感受率なので実部のみとして扱う。
ここで、α=tan−1(C/B)であり、このαがラマン散乱による位相の変化分を表わしている。
すなわち、(式9)から、入射電場とNRBの電場との位相差θを含む位相角を求めることができる。
とみなせることから、以下に示す(式14)、(式15)が得られる。
(1)励起光パルスPe(図2に示すパルス光PD):チタン・サファイアレーザ、
中心波長=800nm
帯域幅=130nm
(2)プローブ光パルスPp(図2に示すパルス光PB)
中心波長=779.65nm
帯域幅=1nm
(3)励起光パルスPeに対するプローブ光パルスPpの遅延時間τ
τ=0.2ps
ただし、τ=0の基準は非共鳴スペクトルが最大となる遅延時間としている。
(4)SLM50への入力パターン
試料26上でフーリエ変換限界パルスになるように分散調整部40の、特にSLM50への入力パターンが調整される。また、調整時の試料26上のパルスの位相の状態はMIIPS(Multiphoton Interpulse Interference Phase Scan)法などの位相測定法を用いて測定される場合もある。
(5)試料:DMSO原液を滴下したプレパラート
手順1:直交4位相スペクトルから、X(変調位相0、πにおける強度スペクトルの差分)、およびY(変調位相π/2、3π/2における強度スペク卜ルの差分)を用いて位相角−tan−1(Y/X)のプロファイル(位相プロファイル、上記(式9)に対応)を演算する。ここで、位相角に負号がつくのは、直交4位相の極性とラマン遅延応答方向の極性との相対関係によるものである。
手順2:得られた位相プロファイルから位相角がほぼ一定の部分、すなわちベースラインBLを抽出し、これを基準位相とする。ベースラインBLの抽出においては、たとえば強度が最頻値となる位相角、すなわち位相角のヒストグラムがピークとなる位相角をベースラインBLとしてもよい。
手順3:基準位相に相当する分のオフセットを補償して、励起光の位相を基準とした真の位相角を求める。
手順4:従来技術に係る直交4位相法のアルゴリズムによって、位相変調による変動成分の振幅の絶対値を求める。
手順5:手順4で求めた振幅の絶対値と、手順3で求めた真の位相角とに基づいて、散乱スペクトル(複素非線形感受率χ(3))の実数成分と虚数成分を抽出する。
12 光源
14 光変調器
16 分光器
18 受光部
20 制御部
24 バンドパスフィルタ
26 試料
28 ショートパスフィルタ
30、32 対物レンズ
34 可動ミラー
36A,36B,36C 反射鏡
40 分散調整部
42 変調部
44 アイソレータ
46 回折格子
48 反射鏡
50 SLM
52 凹面鏡
54 ハーフミラー
80 ラマン分光装置
82 第1レーザパルス光源
84 第2レーザパルス光源
86 光学系
88 試料
FR スペクトルピーク
PA〜PG パルス光
Pe 励起光パルス
Pp プローブ光パルス
PK1、PK2、PK3 スペクトルピーク
Sm スペクトルマーカー
SC、SN、SP スペクトル
SR スペクトルピーク
NS、CS 強度スペクトル
Sn、So CARSスペクトル
τ、τL、τS 遅延時間
Claims (9)
- 第1の帯域を有する第1のパルス光を発生する第1のレーザ光源と、
前記第1の帯域より狭い第2の帯域を有する第2のパルス光を発生する第2のレーザ光源と、
前記第2のパルス光を複数の位相で変調するとともに前記第1のパルス光に対し0を含む予め定められた時間だけ遅延させ複数の位相変調パルス光として出力する位相変調部と、
前記第1のパルス光と前記複数の位相変調パルス光とを合波し合波パルス光として出力する合波部と、
前記合波パルス光が対象物に照射されて発生した散乱光を分光し受光する受光部と、
前記受光部で受光された前記散乱光の周波数スペクトルから特定の物質に起因する周波数スペクトルを検出する検出部であって、前記複数の位相変調パルス光に同期する複数の周波数スペクトルから前記第1のパルス光と前記第2のパルス光の位相差を基準位相として取得するとともに、前記複数の周波数スペクトルの位相を前記基準位相に揃えることにより前記散乱光の周波数スペクトルに基づいて取得される複素非線形感受率の実部と虚部とを分離し前記虚部を用いて前記特定の物質に起因する周波数スペクトルを検出する検出部と、
を含む光検出装置。 - 前記予め定められた時間が前記第2のパルス光のパルス幅より小さい
請求項1に記載の光検出装置。 - 前記第1のパルス光の分散を補償し前記第1のパルス光をフーリエ限界パルスに近似したパルスとする分散補償部をさらに含む
請求項1または請求項2に記載の光検出装置。 - 前記検出部は、前記散乱光の位相スペクトルにおいて前記特定の物質に起因する周波数スペクトルが存在しない周波数領域の位相のオフセット値を前記基準位相として取得する 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の光検出装置。
- 前記第1のレーザ光源は超短パルスレーザを用いた光源であり、
前記第2のレーザ光源は前記第1のレーザ光源の出力を分岐するとともに帯域を制限して構成された
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 前記第1のパルス光を励起光とし、前記複数の位相変調パルス光をプローブ光とし、
前記散乱光の周波数スペクトルがコヒーレントアンチストークスラマン散乱光の周波数スペクトルである
請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 前記複数の位相が直交する4つの位相であり、前記4つの位相のうち位相がπだけ異なる位相変調パルス光に同期する周波数スペクトルの差分の一方をX、他方をYとした場合、前記検出部は、前記基準位相を、式−tan−1(Y/X)の算出結果から取得する
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 第1の帯域を有する第1のパルス光を発生する第1のレーザ光源と、前記第1の帯域より狭い第2の帯域を有する第2のパルス光を発生する第2のレーザ光源と、前記第2のパルス光を複数の位相で変調するとともに前記第1のパルス光に対し0を含む予め定められた時間だけ遅延させ複数の位相変調パルス光として出力する位相変調部と、前記第1のパルス光と前記複数の位相変調パルス光とを合波し合波パルス光として出力する合波部と、前記合波パルス光が対象物に照射されて発生した散乱光を分光し受光する受光部と、前記受光部で受光された前記散乱光の周波数スペクトルから特定の物質に起因する周波数スペクトルを検出する検出部と、を含む光検出装置を用いた光検出方法であって、
前記検出部により、前記複数の位相変調パルス光に同期する複数の周波数スペクトルから前記第1のパルス光と前記第2のパルス光の位相差を基準位相として取得するとともに、前記複数の周波数スペクトルの位相を前記基準位相に揃えることにより前記散乱光の周波数スペクトルに基づいて取得される複素非線形感受率の実部と虚部とを分離し前記虚部を用いて前記特定の物質に起因する周波数スペクトルを検出する
光検出方法。 - 第1の帯域を有する第1のパルス光を発生する第1のレーザ光源と、前記第1の帯域より狭い第2の帯域を有する第2のパルス光を発生する第2のレーザ光源と、前記第2のパルス光を複数の位相で変調するとともに前記第1のパルス光に対し0を含む予め定められた時間だけ遅延させ複数の位相変調パルス光として出力する位相変調部と、前記第1のパルス光と前記複数の位相変調パルス光とを合波し合波パルス光として出力する合波部と、前記合波パルス光が対象物に照射されて発生した散乱光を分光し受光する受光部と、を含む光検出装置を制御するための光検出プログラムであって、
コンピュータを、
前記受光部で受光された前記散乱光の周波数スペクトルから特定の物質に起因する周波数スペクトルを検出する検出部であって、前記複数の位相変調パルス光に同期する複数の周波数スペクトルから前記第1のパルス光と前記第2のパルス光の位相差を基準位相として取得するとともに、前記複数の周波数スペクトルの位相を前記基準位相に揃えることにより前記散乱光の周波数スペクトルに基づいて取得される複素非線形感受率の実部と虚部とを分離し前記虚部を用いて前記特定の物質に起因する周波数スペクトルを検出する検出部
として機能させるための光検出プログラム。
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