JPWO2016143084A1 - 光計測装置及び光計測方法 - Google Patents
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Abstract
多色ＣＡＲＳにおいて指紋領域は信号が密集している領域であり、これら信号の強度や空間分布の情報は細胞解析にとって重要であるが、信号強度が低いという課題があった。そこで、フォトニック結晶ファイバ７０５への入射光とポンプ光とのパワー分岐比調整機構７０２，７０３、ポンプ光の発散収束状態調整機構７１０，７１１、ストークス光の発散収束状態調整機構７０６，２１０１を備え、所望の波長帯域の強調調整を可能とした。
Description
本発明は、コヒーレント・アンチストークス・ラマン散乱を利用する光計測装置及び光計測方法に関する。
光学顕微鏡は自然科学、工学、産業分野において必須の装置として発展してきた。特に近年は再生医療や創薬の分野で細胞観察用途として高機能化のニーズが高まっている。現在の細胞解析では試薬を用いて細胞を染色し、顕微鏡等で観察する方法が一般的である。しかし、この方法は染色による細胞への影響のため、同一の細胞の継続的な解析や検査した細胞をそのまま医療向けに用いることが困難である。
ＣＡＲＳ（Coherent Anti-Stokes Raman Scattering）顕微鏡は、非線形光学効果の応用によってラマン顕微鏡と比較して高速に分子同定が可能であり、非侵襲特性を有することから細胞観察用途に好適である。以下にラマン散乱とＣＡＲＳについて簡単に説明する。図１は、通常のラマン散乱におけるストークス散乱のエネルギー準位図である。ラマン散乱にはストークス散乱とアンチストークス散乱とがあるが、図１ではストークス散乱のみを示した。１０１は分子の基底状態を表し、１０２は振動励起状態を表す。周波数ωPのポンプ光を分子に照射すると、中間状態１０３を経て、周波数ωSの光を散乱する。このとき、分子は振動励起状態１０２の一つに帰着する。散乱光は、周波数ωSがポンプ光の周波数ωPより低いストークス光となっている。分子の振動励起状態の準位は複数あり、分子の種類によって振動励起状態が異なり、また中間状態から振動励起状態の準位への遷移確率が異なるため、分子特有のスペクトルが形成される。ラマンシフト周波数ΩはΩ＝ωP−ωSで表され、ストークス散乱の場合は正の値となる。アンチストークス光の場合は、始状態が分子の振動励起状態１０２であり、中間状態１０３を経て分子の状態が基底状態１０１に帰着する。この場合、ωASをアンチストークス光の周波数とすると、ωP＜ωASとなっており、アンチストークスラマン散乱光の方がポンプ光より周波数が高い。
上記のラマン散乱は得られる散乱光の強度が弱いため測定に時間を要する。強い散乱光が得られる方式として、非線形ラマン散乱であるＣＡＲＳを利用する分光方法が挙げられる。ＣＡＲＳ光の発生のためにはピークパワーの高いパルスレーザを用いる。このパルスレーザ光によって発生するＣＡＲＳは非線形光学効果によるものであり、その強度はピークパワーの増加に伴ってラマン散乱と比べて桁違いに強いものとなる。これにより、高い信号雑音比の信号が得られ、計測時間を格段に短くすることができる。
ＣＡＲＳは３次の分極による発光であり、ＣＡＲＳを発生させるためには、ポンプ光、ストークス光、プローブ光が必要とされる。一般的には、光源の数を少なくするために、プローブ光はポンプ光で代用される。この場合、誘起される３次の分極は
ＰAS (3)(ωAS)=|χr (3)(ωAS)+χnr (3)|ＥP 2(ωP)Ｅ* S(ωS)
で表される。ここに、χr (3)(ωAS)は３次の電気感受率の分子振動の共鳴項であり、周波数依存性のないχnr (3)は非共鳴項である。また、ポンプ光及びプローブ光の電場をＥPで表し、ストークス光の電場はＥSで表している。上式中でＥSの肩についたアスタリスクは複素共役を示す。ＣＡＲＳ光の強度は以下のように表される。
ＩCARS(ωAS)∝|ＰAS (3)(ωAS)|2
ＰAS (3)(ωAS)=|χr (3)(ωAS)+χnr (3)|ＥP 2(ωP)Ｅ* S(ωS)
で表される。ここに、χr (3)(ωAS)は３次の電気感受率の分子振動の共鳴項であり、周波数依存性のないχnr (3)は非共鳴項である。また、ポンプ光及びプローブ光の電場をＥPで表し、ストークス光の電場はＥSで表している。上式中でＥSの肩についたアスタリスクは複素共役を示す。ＣＡＲＳ光の強度は以下のように表される。
ＩCARS(ωAS)∝|ＰAS (3)(ωAS)|2
図２は、ＣＡＲＳにおけるエネルギー準位図である。ＣＡＲＳ光が発生する機構を、図２に示した分子のエネルギー準位図を用いて説明する。本図は共鳴項のプロセスを示している。図１と同様に、１０１は分子の基底状態を表し、１０２は振動励起状態を表す。周波数ωPのポンプ光と周波数ωSのストークス光を同時に照射する。このとき分子は中間状態１０３を介して、１０２のある振動励起準位に励起される。この励起状態にある分子に周波数ωPのプローブ光を照射すると、中間状態１０４を介して周波数ωASのＣＡＲＳ光を発生しながら、分子は基底状態に戻る。このときのＣＡＲＳ光の周波数はωAS＝２・ωP−ωSと表される。
上記３次の分極のうち非共鳴項χnr (3)に関係する一つのプロセスを図３に示す。周波数ωPのポンプ光と周波数ω’Sのストークス光の同時照射によって誘起される状態が振動励起状態ではなく、１０５の中間状態が励起されるプロセスである。周波数ωPのプローブ光を照射することにより、中間状態１０４を介して周波数ωASの非共鳴のＣＡＲＳ光が発生する。
ＣＡＲＳ顕微鏡のうち、図４に示すようにストークス光として広帯域な光源を用い、発生するＣＡＲＳ光を分光検出するものは多色ＣＡＲＳ顕微鏡（もしくはマルチプレックスＣＡＲＳ顕微鏡）と呼ばれる。多色ＣＡＲＳ顕微鏡は、ＣＡＲＳ光の分光スペクトルからラマンスペクトルを推定できるため、特許文献１のように特定のスペクトル成分のみを検出する方式（これを便宜的に単色ＣＡＲＳもしくはシングルＣＡＲＳと呼ぶ）に比べて取得できる情報が多く、測定対象のより詳細な解析に適している。
図５は、従来の多色ＣＡＲＳ顕微鏡の構成を示す図である。短パルスレーザ光源５０１からの出力はビームスプリッタ５０２で２分岐され、一方がフォトニック結晶ファイバ５０３などの光ファイバに導入され、内部で広帯域な光（スーパーコンティニューム光と呼ばれる）が発生する。スーパーコンティニューム光はファイバからの出射後に所望の波長成分（励起光よりも波長が長い成分）のみがロングパスフィルタ５０４により抽出され、これがストークス光として用いられる。もう一方の励起光とストークス光はダイクロイックミラー５０５等により合波され、サンプル５０６に集光、照射されてＣＡＲＳ光が発生し、これを分光器５０７で検出してスペクトルを取得する。
前述のように、多色ＣＡＲＳ顕微鏡は複数の分子振動に対応したＣＡＲＳ信号を同時に取得可能な方式であるが、その信号強度は波数帯域によって大きく異なる。図６は、従来のＣＡＲＳスペクトルを示し、脂肪細胞のＣＡＲＳスペクトルの例である。脂肪細胞からは、２９００ｃｍ-1近傍のＣＨ伸縮に対応する大きなＣＡＲＳ信号のほかに、約８００〜１８００ｃｍ-1の指紋領域内にアミドIII、ＣＨ変角、アミドＩなどの信号が得られる。指紋領域は各分子振動に対応した信号が密集している領域であり、これら信号の強度や空間分布の情報は細胞解析にとって重要であるが、図６に示すように信号強度が弱いことが課題である。特に物質の空間分布を示すＣＡＲＳスペクトルイメージを取得する場合には、信号強度の弱さに起因して測定時間が数分から数十分必要であった。
本発明者らは、多色ＣＡＲＳ顕微鏡は調整によって所望波数帯域のＳ／Ｎが変化することを新たに見出した。
第一に、ＣＡＲＳ信号強度はポンプ光強度の２乗とストークス光強度の１乗に比例する。従って、一つの短パルスレーザ光源からの出射光をポンプ光とフォトニック結晶ファイバへの入射光に分岐する場合、ストークス光となる広帯域光の強度を確保しながらポンプ光へパワー配分することが重要である。また、スーパーコンティニューム光のスペクトルは、フォトニック結晶ファイバへの入射光強度に依存して変化する。従って、必要なＣＡＲＳ光の波数帯域によってポンプ光とフォトニック結晶ファイバ入射光のパワー分岐比の最適値が変化することを見出した。
第二に、ＣＡＲＳ過程は非線形光学効果の一つである。そのため、サンプル中でポンプ光とストークス光が同じ位置に集光することが重要である。多色ＣＡＲＳの場合、ストークス光は広帯域であるため対物レンズによる色収差が発生し、サンプル中でのポンプ光とストークス光の合波調整により生成されるＣＡＲＳ光スペクトルが変化することを見出した。
本発明は、これらの新たに見出された現象に対してなされたものであり、上記第一の課題に対応して、光計測装置にポンプ光とフォトニック結晶ファイバ入射光のパワー分岐比を調整する機構を設けた。また、第二の課題に対応して、光計測装置にサンプル中での広帯域ストークス光及び／又はポンプ光の集光位置を調整する機構を設けた。
すなわち、本発明の一態様の光計測装置は、短パルスレーザ光源と、短パルスレーザ光源からの出射光を第一の光束と第二の光束とに分岐する分岐部と、第一の光束からスーパーコンティニューム光を生成させる光ファイバと、スーパーコンティニューム光のうちの長波長成分をストークス光とし第二の光束をポンプ光として両者を合波する合波部と、合波部で合波された光をサンプルに集光する集光光学系と、サンプルより生じた光を検出する分光器と、分光器で検出されたスペクトルの所望帯域の強度に基づいて分岐部における第一の光束と第二の光束の光量比を調整する光量比調整部と、を有する。
また、本発明の別の態様の光計測装置は、短パルスレーザ光源と、短パルスレーザ光源からの出射光を第一の光束と第二の光束とに分岐する分岐部と、第一の光束からスーパーコンティニューム光を生成させる光ファイバと、スーパーコンティニューム光のうちの長波長成分をストークス光とし第二の光束をポンプ光として両者を合波する合波部と、合波部で合波された光をサンプルに集光する集光光学系と、サンプルより生じた光を検出する分光器と、分光器で検出されたスペクトルの所望帯域の強度に基づいてストークス光のサンプル中の集光位置を調整する調整部と、を有する。
また、本発明の別の態様の光計測装置は、短パルスレーザ光源と、短パルスレーザ光源からの出射光を第一の光束と第二の光束とに分岐する分岐部と、第一の光束からスーパーコンティニューム光を生成させる光ファイバと、スーパーコンティニューム光のうちの長波長成分をストークス光とし第二の光束をポンプ光として両者を合波する合波部と、合波部で合波された光をサンプルに集光する集光光学系と、サンプルより生じた光を検出する分光器と、分光器で検出されたスペクトルの所望帯域の強度に基づいて前記ポンプ光のサンプル中の集光位置を調整する調整部と、を有する。
また、本発明による光計測方法は、短パルスレーザ光源からの出射光を第一の光束と第二の光束とに分岐し、第一の光束から生成したスーパーコンティニューム光のうちの長波長成分をストークス光とし第二の光束をポンプ光として同軸上に合波し、合波した光をサンプルに集光することによって生じるスペクトルを検出する光計測方法であって、検出されたスペクトルの所望帯域の強度に基づいて下記（１）（２）（３）の少なくともいずれかの調整を行う。
（１）第一の光束と第二の光束の光量比調整
（２）ストークス光のサンプル中の集光位置調整
（３）ポンプ光のサンプル中の集光位置調整
（１）第一の光束と第二の光束の光量比調整
（２）ストークス光のサンプル中の集光位置調整
（３）ポンプ光のサンプル中の集光位置調整
本発明によれば、ＣＡＲＳスペクトルのうち所望の物質に対応した波数帯域を強調することができ、高Ｓ／Ｎ化を図ることができる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施例１］
本実施例では、ポンプ光パワーとフォトニック結晶ファイバに集光するパワーの比を調整する装置や動作の例を説明する。
本実施例では、ポンプ光パワーとフォトニック結晶ファイバに集光するパワーの比を調整する装置や動作の例を説明する。
（装置構成）
図７は、パワー分岐比調整機構を備えた本実施例の光計測装置の基本的な構成例を示す模式図である。本装置は、１／２波長板７０２と偏光ビームスプリッタ７０３によるパワー分岐比調整機構を備えている。本調整機構は、分光器７１９からの信号を受け取るコントローラ７００の指示に基づいて動作する。以下、各構成要素について詳細に説明する。
図７は、パワー分岐比調整機構を備えた本実施例の光計測装置の基本的な構成例を示す模式図である。本装置は、１／２波長板７０２と偏光ビームスプリッタ７０３によるパワー分岐比調整機構を備えている。本調整機構は、分光器７１９からの信号を受け取るコントローラ７００の指示に基づいて動作する。以下、各構成要素について詳細に説明する。
コントローラ７００は、調整機構を含む装置全体の制御を行うとともに、ユーザからの測定指示の受け付けや測定結果の表示を行うインターフェースを備える。短パルスレーザ光源７０１は、コントローラ７００の指示に基づいて短パルスレーザ光を出射する。短パルスレーザ光源７０１はチタンサファイアレーザやファイバレーザ、マイクロチップレーザなどであり、パルス幅はナノ秒以下である。また、ピークパワーは非線形光学効果を誘起可能なキロワットオーダ以上が望ましい。波長については測定対象の吸収帯域や用いる光学部品の対応波長から選定すればよいが、８００ｎｍや１０６４ｎｍなどとすることができる。
レーザ光はパワー分岐比調整機構である１／２波長板７０２及び偏光ビームスプリッタ７０３に入射する。１／２波長板７０２はコントローラ７００の指示に基づいてレーザ光の偏光方向を変化させ、偏光ビームスプリッタ７０３は偏光方向に基づいたパワー分岐比でレーザ光を透過成分と反射成分とに分岐する。偏光ビームスプリッタ７０３を透過したレーザ光は、集光レンズ７０４によってフォトニック結晶ファイバ７０５の端面に集光される。フォトニック結晶ファイバはコアの周囲に蜂の巣状の中空のクラッドが形成された光ファイバであり、入射光をコアに強く閉じ込める。短パルスレーザ光を入射することによって自己位相変調や四光波混合等の非線形光学現象が誘起され、幅広いスペクトルを有するスーパーコンティニューム光が生成される。生成されたスーパーコンティニューム光は、コリメートレンズ７０６によって平行光となり、ロングパスフィルタ７０７によって短波長成分がカットされたのち、ポンプ光波長を反射しそれ以外の波長の光を透過するダイクロイックミラー７０８を透過してストークス光として対物レンズ７１３に入射する。
一方、偏光ビームスプリッタ７０３を反射したレーザ光は、ミラー７０９、ミラー７１２、及びダイクロイックミラー７０８によって反射され、ポンプ光として対物レンズ７１３に入射する。対物レンズ７１３は、ダイクロイックミラー７０８によって同軸上に合波された広帯域ストークス光とポンプ光とをサンプル７１４に集光する。サンプル７１４内でのストークス光とポンプ光のエネルギー密度を増加させ、ＣＡＲＳ光生成効率を向上させるため、対物レンズ７１３の開口数は例えば０．８以上など高いほうが望ましい。
サンプル７１４では前述のＣＡＲＳ過程が誘起され、サンプル７１４の分子種に対応する波長のＣＡＲＳ光が生成される。ＣＡＲＳ光はコリメートレンズ７１５にて平行光となり、ノッチフィルタ７１７及びショートパスフィルタ７１８によってポンプ光及びストークス光の透過成分がカットされ、分光器７１９に入射する。分光器７１９はＣＡＲＳスペクトルを検出し、コントローラ７００にフィードバックを行う。
なお、図７ではポンプ光及びストークス光の入射方向と同方向に伝播するＣＡＲＳ光を検出する透過型ＣＡＲＳシステムを示したが、図８に示すように反射ＣＡＲＳ光を検出してもよい。この場合には、ポンプ光波長より短波長成分を反射し、長波長成分を透過するロングパスフィルタ７２４を用いて反射ＣＡＲＳ光を分光器７１９に導入すればよい。
図９は、コントローラ７００に表示されるユーザインターフェースの例を示す模式図である。測定範囲の指定、測定開始の指示、再調整の実施指示などユーザからの指示を受け付けるとともに、「調整中」などのステータス表示や測定結果の表示機能を備える。なお、ユーザインターフェースは必ずしもコントローラに備わっている必要はなく、パーソナルコンピュータ用の制御ソフトなどを用意し、図示しないモニタに別途表示してもよい。
（調整機構とＣＡＲＳスペクトルの関係）
パワー分岐比調整機構とＣＡＲＳスペクトルの関係について説明する。図１０は、フォトニック結晶ファイバ（以下ＰＣＦと略記する）によって生成した広帯域ストークス光のスペクトルをＰＣＦへの入射パワーごとに示した図である。横軸はポンプ光の波長１０６４ｎｍを基準とした波数で表示しており、生成されるＣＡＲＳ光の波数に直接対応する。なおＰＣＦ出射直後のスーパーコンティニューム光は負の波数側にもスペクトルが広がっているが、ここではロングパスフィルタ７０７によってカットした後のスペクトルを示した。
パワー分岐比調整機構とＣＡＲＳスペクトルの関係について説明する。図１０は、フォトニック結晶ファイバ（以下ＰＣＦと略記する）によって生成した広帯域ストークス光のスペクトルをＰＣＦへの入射パワーごとに示した図である。横軸はポンプ光の波長１０６４ｎｍを基準とした波数で表示しており、生成されるＣＡＲＳ光の波数に直接対応する。なおＰＣＦ出射直後のスーパーコンティニューム光は負の波数側にもスペクトルが広がっているが、ここではロングパスフィルタ７０７によってカットした後のスペクトルを示した。
ＰＣＦへの入射パワーが増加するのに伴ってスペクトルが広がっており、３０００ｃｍ-1以上のＣＡＲＳ光を得るためには５０ｍＷ以上必要である。一方、必要なＣＡＲＳ光の波数帯域が１０００ｃｍ-1までの場合には２０ｍＷ以上入射すればよい。ＣＡＲＳは非線形光学効果の一つであり、その信号強度はポンプ光強度の２乗及びストークス光強度の１乗に比例する。したがって、一つの短パルスレーザ光源からスーパーコンティニューム光の生成光とポンプ光とに分岐する図７のシステムでは、両者のパワー分岐比がＣＡＲＳ光強度にとって重要となる。
以上のスーパーコンティニューム光及びＣＡＲＳ光の生成特性から、パワー分岐比とＣＡＲＳ光強度の関係をシミュレーションした。ここで、短パルスレーザ光源のパワー２００ｍＷ、短パルスレーザ光源からＰＣＦ入射までの光利用効率０．７５を仮定した。図１１は、パワー分岐比とＣＡＲＳ光強度の関係を示す図である。１０００ｃｍ-1までのＣＡＲＳ光が必要な場合に比べ、３０００ｃｍ-1のＣＡＲＳ信号が必要な場合にはＰＣＦへの入射パワーをより高く取る必要がある。すなわち、着目するＣＡＲＳ光の帯域によって最適な分岐比が異なることを示している。本実施例では、所望の波数帯域に応じてパワー分岐比を調整することにより高Ｓ／Ｎ化を図ることができる。
（装置動作）
図１２は、光計測装置のコントローラがユーザによる測定対象物質の指定を受けてから測定終了までの処理の例を示すフローチャートである。Ｓ１４０１にてコントローラ７００は、ユーザインターフェースを介してユーザからアミドＩなどの測定対象物質の指定を受ける。Ｓ１４０２にてコントローラ７００は、測定対象物質に対応するＣＡＲＳ光の波数を求める、すなわち測定対象物質を対応する波数に変換する。例えばアミドＩでは１６５０ｃｍ-1などである。Ｓ１４０３にてコントローラ７００は、ユーザインターフェースに「調整中」などの表示を行う。Ｓ１４０４にてコントローラ７００は、１／２波長板７０２を回転することによりパワー分岐比を変化させながら、Ｓ１４０２で決定した波数における信号強度をモニタし両者の関係を取得する。ここで用いる信号は測定対象から得られるＣＡＲＳ光でもよいし、培地などから得られる非共鳴光でもよい。Ｓ１４０５にてコントローラ７００は、Ｓ１４０４で求めた関係から信号強度最大となるパワー分岐比に設定する。Ｓ１４０８にてコントローラ７００は、ユーザインターフェースに調整完了などの表示を行い、Ｓ１４０９にて測定を開始する。なお、ここで測定とは指定された領域のＣＡＲＳスペクトル、又は指定された領域のＣＡＲＳスペクトルイメージを取得することである。
図１２は、光計測装置のコントローラがユーザによる測定対象物質の指定を受けてから測定終了までの処理の例を示すフローチャートである。Ｓ１４０１にてコントローラ７００は、ユーザインターフェースを介してユーザからアミドＩなどの測定対象物質の指定を受ける。Ｓ１４０２にてコントローラ７００は、測定対象物質に対応するＣＡＲＳ光の波数を求める、すなわち測定対象物質を対応する波数に変換する。例えばアミドＩでは１６５０ｃｍ-1などである。Ｓ１４０３にてコントローラ７００は、ユーザインターフェースに「調整中」などの表示を行う。Ｓ１４０４にてコントローラ７００は、１／２波長板７０２を回転することによりパワー分岐比を変化させながら、Ｓ１４０２で決定した波数における信号強度をモニタし両者の関係を取得する。ここで用いる信号は測定対象から得られるＣＡＲＳ光でもよいし、培地などから得られる非共鳴光でもよい。Ｓ１４０５にてコントローラ７００は、Ｓ１４０４で求めた関係から信号強度最大となるパワー分岐比に設定する。Ｓ１４０８にてコントローラ７００は、ユーザインターフェースに調整完了などの表示を行い、Ｓ１４０９にて測定を開始する。なお、ここで測定とは指定された領域のＣＡＲＳスペクトル、又は指定された領域のＣＡＲＳスペクトルイメージを取得することである。
Ｓ１４１０でコントローラ７００は、ユーザインターフェースに測定結果を表示し、Ｓ１４１１にてユーザから再測定指示がなければＳ１４１２にてユーザからの再調整指示を確認し、指示がなければ終了する。コントローラ７００は、Ｓ１４１１にて再測定指示があればＳ１４０９に戻り再測定を行う。また、Ｓ１４１２にて再調整指示があればＳ１４０３に戻り調整を再度実施する。
図１２では所望の波数帯域のＳ／Ｎを向上させるフローチャートの例を示したが、複数の波数帯域で本動作を実施し、結果を連結することで全波数帯域にわたって高Ｓ／Ｎ化を図ることも可能である。図１３は、複数の波数帯域でパワー分岐比調整と測定を実施し、結果を表示する処理の例を示すフローチャートである。
Ｓ１５０１にてコントローラ７００は、対象物質の指定なしに測定開始指示を受ける。Ｓ１５０２にてコントローラ７００は、調整及び測定を行う波数帯域を決定する。測定する波数帯域については、例えば測定する全波数帯域を適当な数で等分して決定すればよい。例えば、０−３０００ｃｍ-1まで測定する場合には、０〜１０００ｃｍ-1、１０００〜２０００ｃｍ-1、２０００〜３０００ｃｍ-1に分割し、それぞれＳ１５０３からＳ１４０９までの調整及び測定を行えばよい。Ｓ１５０３にてコントローラ７００は、ユーザインターフェースに「波数帯域（１）測定中」などの表示を行う。Ｓ１４０４からＳ１４０９までは図１２と同様なので説明を省略する。Ｓ１５０４にてコントローラ７００は、分割した波数帯域の全ての測定が完了したかを確認し、完了していなければＳ１５０２に戻り次の波数帯域の調整と測定を行う。Ｓ１５０４の判定にて全ての測定が完了している場合にはコントローラ７００は、Ｓ１５０５にてＳ１４０９で測定した各測定スペクトルを連結表示することで全ての波数帯域にわたって高Ｓ／Ｎなスペクトルが得られる。またＣＡＲＳスペクトルイメージが必要な場合には、Ｓ１４０９で測定した各物質に対応したＣＡＲＳスペクトルイメージを一覧表示する。なお、Ｓ１４０４の情報は装置の出荷時などに取得しておき、測定時にはその情報を用いて調整してもよい。
（効果）
本実施例の効果を図１４に示す。図１４は、指紋領域のＳ／Ｎ向上の例を示す図である。図１４には、調整を行う前の脂肪細胞の図６に示したスペクトル１８０１も同時に示した。調整を行う前には２９００ｃｍ-1近傍のＣＨ伸縮に対応する信号が高強度で得られているが、指紋領域内の信号が殆ど得られていない。一方、スペクトル１８０２はスペクトル１８０１と同じ細胞の同じ位置において、本実施例に従う装置及び調整方法によって指紋領域の強調調整を行い得られたスペクトルである。本調整によって指紋領域内のアミドIII、ＣＨ変角、アミドＩなどの信号が得られている。
本実施例の効果を図１４に示す。図１４は、指紋領域のＳ／Ｎ向上の例を示す図である。図１４には、調整を行う前の脂肪細胞の図６に示したスペクトル１８０１も同時に示した。調整を行う前には２９００ｃｍ-1近傍のＣＨ伸縮に対応する信号が高強度で得られているが、指紋領域内の信号が殆ど得られていない。一方、スペクトル１８０２はスペクトル１８０１と同じ細胞の同じ位置において、本実施例に従う装置及び調整方法によって指紋領域の強調調整を行い得られたスペクトルである。本調整によって指紋領域内のアミドIII、ＣＨ変角、アミドＩなどの信号が得られている。
図１５は、脂肪細胞の明視野像と、本実施例に従う装置にて取得したアミドＩ（１６５０ｃｍ-1）の空間分布を示すＣＡＲＳスペクトル像である。本実施例により細胞中の脂肪滴１９０１に対応してＣＡＲＳ像の強度が強く得られている。
本実施例によって、波長板や偏光ビームスプリッタなどの簡便な構成により必要十分な波長帯域を有する広帯域ストークス光を生成するとともに、ポンプ光に適切なパワーを配分することが可能となる。これにより、安価かつ短時間で所望の波数帯域の高Ｓ／Ｎ化を実現できる。
［実施例２］
本実施例では、ストークス光のフォーカス調整を行う装置や動作の例を説明する。なお実施例１と同様な内容については説明を省略する。
本実施例では、ストークス光のフォーカス調整を行う装置や動作の例を説明する。なお実施例１と同様な内容については説明を省略する。
（装置構成）
図１６は、本実施例の光計測装置の基本的な構成例を示す模式図である。本装置は、ストークス光のサンプル中の集光位置を調整する調整部として、コリメートレンズ７０６によるスーパーコンティニューム光の発散収束状態調整機構を備えている。本調整機構は、分光器７１９からの信号を受け取ったコントローラ７００の指示に基づいて動作する。
図１６は、本実施例の光計測装置の基本的な構成例を示す模式図である。本装置は、ストークス光のサンプル中の集光位置を調整する調整部として、コリメートレンズ７０６によるスーパーコンティニューム光の発散収束状態調整機構を備えている。本調整機構は、分光器７１９からの信号を受け取ったコントローラ７００の指示に基づいて動作する。
ＰＣＦ７０５によって生成されたスーパーコンティニューム光は、コリメートレンズ７０６のＺ位置を変化させることにより発散収束状態が変化する。コリメートレンズ７０６のＺ位置の調整にはステッピングモータを備えたステージ２１０１を用いてもよいし、ピエゾ等を用いてもよい。スーパーコンティニューム光はロングパスフィルタ７０７によって短波長成分がカットされたのち、ポンプ光波長を反射しそれ以外の波長の光を透過するダイクロイックミラー７０８を透過してストークス光として対物レンズ７１３に入射する。対物レンズ７１３に入射する際のストークス光の発散収束状態に応じて、ストークス光のサンプル７１４内のＺ方向の集光位置が変化する。その他の構成については実施例１と同様であるので説明を省略する。
（調整機構とＣＡＲＳスペクトルの関係）
スーパーコンティニューム光の発散収束状態調整機構とＣＡＲＳスペクトルの関係について説明する。ＣＡＲＳ過程は非線形光学効果の一つであり、サンプル中でポンプ光とストークス光の集光位置がずれている場合、ＣＡＲＳ光生成効率が急激に低下する。すなわち、ポンプ光とストークス光が同じ位置に集光している領域のみからＣＡＲＳ光が生成される。
スーパーコンティニューム光の発散収束状態調整機構とＣＡＲＳスペクトルの関係について説明する。ＣＡＲＳ過程は非線形光学効果の一つであり、サンプル中でポンプ光とストークス光の集光位置がずれている場合、ＣＡＲＳ光生成効率が急激に低下する。すなわち、ポンプ光とストークス光が同じ位置に集光している領域のみからＣＡＲＳ光が生成される。
図１７は、広帯域ストークス光とポンプ光を対物レンズでサンプルに集光する様子を示す模式図である。多色ＣＡＲＳではストークス光が広帯域のため、波長によって集光位置が変化する色収差が発生する。ストークス光のうち、ポンプ光と集光位置が一致している波長成分がＣＡＲＳ光生成に寄与するため、両者の合波状態によって生成されるＣＡＲＳ光の波長が変化し、結果としてスペクトルが変化する。本実施例では、コリメートレンズ７０６のＺ位置を調整することによってストークス光の発散収束状態が変化する。これによってサンプル内のストークス光の集光位置を調整することができ、ポンプ光との合波状態を変化させることにより所望の波数帯域の高Ｓ／Ｎ化を図ることができる。なお、図１７では説明を分かりやすくするため、広帯域ストークス光が３種類の波長のみ含むように表示しているが、実際には広帯域ストークス光は図１０に示すような連続的なスペクトルを有している。また、ビーム径や対物レンズの大きさと色収差の大きさの関係は実際と異なり誇張して表現している。
（装置動作）
図１８は、ユーザによる測定対象物質の指定を受けてから測定終了までの処理の例を示すフローチャートである。Ｓ１４０１からＳ１４０３までは実施例１と同様である。
図１８は、ユーザによる測定対象物質の指定を受けてから測定終了までの処理の例を示すフローチャートである。Ｓ１４０１からＳ１４０３までは実施例１と同様である。
Ｓ１４０６にてコントローラ７００は、コリメートレンズ７０６のＺ位置を変化させることによりストークス光の発散収束状態を変化させ、サンプル内でのストークス光のフォーカス位置を変化させる。コントローラ７００は、フォーカス位置を変化させながらＳ１４０２で決定した波数における信号強度をモニタし、両者の関係を取得する。Ｓ１４０７にてコントローラ７００は、Ｓ１４０６で取得した関係から信号強度最大となるフォーカス位置に設定する。なお、Ｓ１４０６の情報は装置の出荷時などに取得しておき、測定時にはその情報を用いて調整してもよい。以降の動作は実施例１と同様であるので説明を省略する。
図１８では所望の波数帯域のＳ／Ｎを向上させるフローチャートの例を示したが、複数の波数帯域で本動作を実施し、結果を連結することで全波数帯域にわたって高Ｓ／Ｎ化を図ることも可能である。図１９は、複数の波数帯域でスーパーコンティニューム光のフォーカス調整及び測定を実施し、結果を表示する処理の例を示すフローチャートである。図１９に示したフローチャートは、図１３に示したフローチャートのＳ１４０４及びＳ１４０５を図１８のＳ１４０６及びＳ１４０７で置き換えたものに相当する。各ステップの詳細はこれまで説明したのと同様であるので説明を省略する。
（効果）
本実施例によってコリメートレンズのＺ位置調整のみの簡便な構成および方法により広帯域ストークス光のポンプ光との合波状態およびサンプル中の集光状態を調整することが可能となる。これによって安価かつ短時間で所望の波数帯域の高Ｓ／Ｎ化を実現できる。なお実施例１とは原理が異なるが、調整によって誘起される現象については同様であるので具体的な例については説明を省略する。
本実施例によってコリメートレンズのＺ位置調整のみの簡便な構成および方法により広帯域ストークス光のポンプ光との合波状態およびサンプル中の集光状態を調整することが可能となる。これによって安価かつ短時間で所望の波数帯域の高Ｓ／Ｎ化を実現できる。なお実施例１とは原理が異なるが、調整によって誘起される現象については同様であるので具体的な例については説明を省略する。
［実施例３］
本実施例では、ポンプ光のフォーカス調整を行う装置や動作の例を説明する。なお実施例１と同様な内容については説明を省略する。
本実施例では、ポンプ光のフォーカス調整を行う装置や動作の例を説明する。なお実施例１と同様な内容については説明を省略する。
（装置構成）
図２０は、本実施例の光計測装置の基本的な構成例を示す模式図である。本装置は、ポンプ光のサンプル中の集光位置を調整する調整部として、レンズ７１０及び７１１によるポンプ光の発散収束状態調整機構を備えている。本調整機構は、分光器７１９からの信号を受け取ったコントローラ７００の指示に基づいて動作する。
図２０は、本実施例の光計測装置の基本的な構成例を示す模式図である。本装置は、ポンプ光のサンプル中の集光位置を調整する調整部として、レンズ７１０及び７１１によるポンプ光の発散収束状態調整機構を備えている。本調整機構は、分光器７１９からの信号を受け取ったコントローラ７００の指示に基づいて動作する。
レンズ７１０及び７１１はビームエキスパンダを構成しており、両者の相対Ｚ位置によってレーザ光の発散収束状態を調整する。Ｚ位置の調整にはステッピングモータを備えたステージ２３０１を用いてもよいし、ピエゾ等を用いてもよい。対物レンズ７１３に入射する際のポンプ光の発散収束状態に応じて、ポンプ光のサンプル７１４内でのＺ方向の集光位置が変化する。その他の構成については実施例１と同様であるので説明を省略する。
なお図２０では空間光学系を用いてポンプ光を伝播させる例を示したが、図２１に示すように集光レンズ７２０、光ファイバ７２１、コリメートレンズ７２２によるファイバ光学系をポンプ光の光路に用いて装置の小型化を図ってもよい。この場合にはコリメートレンズ７２２のＺ位置調整によってポンプ光の発散収束状態を調整可能である。
また、発散収束状態の調整には必ずしもレンズを用いる必要はなく、例えばレーザ光のビームプロファイル中のＸＹ平面位置ごとに位相を変調することで発散収束状態を制御可能な空間位相変調器を用いてもよい。図２２は、ポンプ光の発散収束状態の調整に空間位相変調器を用いた光学観察装置の例を示す図である。図２２の例では、ビームエキスパンダを構成するレンズ７１０，７１１、及びミラー７１２を反射型の空間位相変調器７２３で置き換えている。
（調整機構とＣＡＲＳスペクトルの関係）
ポンプ光の発散収束状態調整機構とＣＡＲＳスペクトルの関係について説明する。実施例２で述べた通り、ポンプ光とストークス光の合波状態によって生成されるＣＡＲＳ光の波長が変化し、結果としてスペクトルが変化する。本実施例では、ポンプ光の発散収束状態が変化することにより、図１７においてポンプ光のＺ集光位置が変化する。そのため、サンプル７１４中でポンプ光と空間的に重なるストークス光の波長が変化し、その合波状態によりＣＡＲＳ光の発生条件が変化する。
ポンプ光の発散収束状態調整機構とＣＡＲＳスペクトルの関係について説明する。実施例２で述べた通り、ポンプ光とストークス光の合波状態によって生成されるＣＡＲＳ光の波長が変化し、結果としてスペクトルが変化する。本実施例では、ポンプ光の発散収束状態が変化することにより、図１７においてポンプ光のＺ集光位置が変化する。そのため、サンプル７１４中でポンプ光と空間的に重なるストークス光の波長が変化し、その合波状態によりＣＡＲＳ光の発生条件が変化する。
（装置動作）
本実施例における装置動作は実施例２の図１８の動作と同様である。Ｓ１４０６にてレンズ７１０とレンズ７１１の相対Ｚ位置を変化させることによりポンプ光の発散収束状態を変化させ、サンプル内でのポンプ光のフォーカス位置を変化させる。フォーカス位置を変化させながらＳ１４０２で決定した波数における信号強度をモニタし、両者の関係を取得する。その他の動作については実施例２と同様であるため説明を省略する。
本実施例における装置動作は実施例２の図１８の動作と同様である。Ｓ１４０６にてレンズ７１０とレンズ７１１の相対Ｚ位置を変化させることによりポンプ光の発散収束状態を変化させ、サンプル内でのポンプ光のフォーカス位置を変化させる。フォーカス位置を変化させながらＳ１４０２で決定した波数における信号強度をモニタし、両者の関係を取得する。その他の動作については実施例２と同様であるため説明を省略する。
（効果）
本実施例によってコリメートレンズのZ位置調整のみの簡便な構成および方法によりポンプ光のストークス光との合波状態およびサンプル中の集光状態を調整することが可能となる。これによって安価かつ短時間で所望の波数帯域の高Ｓ／Ｎ化を実現できる。なお実施例１とは原理が異なるが、調整によって誘起される現象については同様であるので具体的な例については説明を省略する。
本実施例によってコリメートレンズのZ位置調整のみの簡便な構成および方法によりポンプ光のストークス光との合波状態およびサンプル中の集光状態を調整することが可能となる。これによって安価かつ短時間で所望の波数帯域の高Ｓ／Ｎ化を実現できる。なお実施例１とは原理が異なるが、調整によって誘起される現象については同様であるので具体的な例については説明を省略する。
［実施例４］
本実施例では、ポンプ光パワーとフォトニック結晶ファイバに集光するパワーの比、ポンプ光のフォーカス、及びストークス光のフォーカスの調整を行う装置や動作の例を説明する。なお、実施例１と同様な内容については説明を省略する。
本実施例では、ポンプ光パワーとフォトニック結晶ファイバに集光するパワーの比、ポンプ光のフォーカス、及びストークス光のフォーカスの調整を行う装置や動作の例を説明する。なお、実施例１と同様な内容については説明を省略する。
（装置構成）
図２３は、本実施例の光計測装置の基本的な構成例を示す模式図である。本装置は、第一の調整機構である１／２波長板７０２及び偏光ビームスプリッタ７０３によるパワー分岐比調整機構、第二の調整機構であるコリメートレンズ７０６によるスーパーコンティニューム光の発散収束状態調整機構、第三の調整機構であるレンズ７１０及び７１１によるポンプ光の発散収束状態調整機構を備えている。それぞれの調整機構は、分光器７１９からの信号を受け取るコントローラ７００の指示に基づいて動作する。その他の構成については実施例１と同様であるので説明を省略する。
図２３は、本実施例の光計測装置の基本的な構成例を示す模式図である。本装置は、第一の調整機構である１／２波長板７０２及び偏光ビームスプリッタ７０３によるパワー分岐比調整機構、第二の調整機構であるコリメートレンズ７０６によるスーパーコンティニューム光の発散収束状態調整機構、第三の調整機構であるレンズ７１０及び７１１によるポンプ光の発散収束状態調整機構を備えている。それぞれの調整機構は、分光器７１９からの信号を受け取るコントローラ７００の指示に基づいて動作する。その他の構成については実施例１と同様であるので説明を省略する。
（装置動作）
図２４は、ユーザによる測定対象物質の指定を受けてから測定終了までの処理の例を示すフローチャートである。Ｓ１４０１からＳ１４０３までは実施例１と同様である。Ｓ１４０４にてコントローラ７００は、第一の調整機によってパワー分岐比と、Ｓ１４０２で決定した波数における信号強度の関係を取得する。ここで用いる信号は測定対象から得られるＣＡＲＳ光でもよいし、培地などから得られる非共鳴光でもよい。Ｓ１４０５にてコントローラ７００は、Ｓ１４０４で求めた関係から信号強度最大となるパワー分岐比に設定する。
図２４は、ユーザによる測定対象物質の指定を受けてから測定終了までの処理の例を示すフローチャートである。Ｓ１４０１からＳ１４０３までは実施例１と同様である。Ｓ１４０４にてコントローラ７００は、第一の調整機によってパワー分岐比と、Ｓ１４０２で決定した波数における信号強度の関係を取得する。ここで用いる信号は測定対象から得られるＣＡＲＳ光でもよいし、培地などから得られる非共鳴光でもよい。Ｓ１４０５にてコントローラ７００は、Ｓ１４０４で求めた関係から信号強度最大となるパワー分岐比に設定する。
Ｓ１４０６にてコントローラ７００は、第二及び第三の調整機構であるポンプ光とストークス光の発散収束状態を変化させることにより、サンプル内のフォーカス位置をそれぞれ変化させ信号強度との関係を２次元的にマッピングする。Ｓ１４０７にてコントローラ７００は、Ｓ１４０６で取得した関係から信号強度最大となるフォーカス位置に設定する。コントローラ７００は、Ｓ１４０８にてユーザインターフェースに調整完了などの表示を行い、Ｓ１４０９にて測定を開始する。以降の動作は実施例１と同様であるので説明を省略する。
なお、Ｓ１４０４やＳ１４０６など、調整のための情報は装置の出荷時などに取得しておき、測定時にはその情報を用いて調整してもよい。特にＳ１４０６のポンプ光とストークス光の２次元スキャンを行う場合には完了までに時間を要する場合がある。従って、例えば図２５に示すような２次元スキャンの結果である２次元マップを出荷時に取得しておき、測定時には図２６に矢印１７０１で示すようにストークス光フォーカスあるいはポンプ光フォーカスの１軸スキャンを行い、信号最大となるフォーカス位置から矢印１７０２のように出荷時に取得した等高線の傾きなどポンプ光とストークス光の特徴的な関係に沿ってスキャンを行ってもよい。
図２４では所望の波数帯域のＳ／Ｎを向上させるフローチャートの例を示したが、複数の波数帯域で本動作を実施し、結果を連結することで全波数帯域にわたって高Ｓ／Ｎ化を図ることも可能である。図２７は、複数の波数帯域でパワー分岐比調整及びポンプ光／スーパーコンティニューム光のフォーカス調整を実施し、測定を行って結果を表示する処理の例を示すフローチャートである。Ｓ１５０１にてコントローラ７００は、対象物質の指定なしに測定開始指示を受ける。その後の各ステップの詳細は実施例１〜３までと同様であるため説明を省略する。
（効果）
本実施例によって必要十分な波長帯域を有する広帯域ストークス光を生成するとともに、ポンプ光とストークス光との合波集光状態を調整することが可能となる。これらの調整によって、実施例１から３までと比較してより高Ｓ／Ｎ化を実現できる。本実施例の構成及び調整方法は、微小な信号が密集している指紋領域のスペクトル取得やイメージングに極めて有効である。なお調整によって誘起される現象については実施例１と同様であるので具体的な例については説明を省略する。
本実施例によって必要十分な波長帯域を有する広帯域ストークス光を生成するとともに、ポンプ光とストークス光との合波集光状態を調整することが可能となる。これらの調整によって、実施例１から３までと比較してより高Ｓ／Ｎ化を実現できる。本実施例の構成及び調整方法は、微小な信号が密集している指紋領域のスペクトル取得やイメージングに極めて有効である。なお調整によって誘起される現象については実施例１と同様であるので具体的な例については説明を省略する。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１０１ 分子の基底状態
１０２ 振動励起状態
１０３ 中間状態
１０４ 中間状態
１０５ 中間状態
７００ コントローラ
７０１ 短パルスレーザ光源
７０２ １／２波長板
７０３ 偏光ビームスプリッタ
７０４ 集光レンズ
７０５ フォトニック結晶ファイバ
７０６ コリメートレンズ
７０７ ロングパスフィルタ
７０８ ダイクロイックミラー
７０９ ミラー
７１０ レンズ
７１１ レンズ
７１２ ミラー
７１３ 対物レンズ
７１４ サンプル
７１５ コリメートレンズ
７１７ ノッチフィルタ
７１８ ショートパスフィルタ
７１９ 分光器
７２０ 集光レンズ
７２１ 光ファイバ
７２２ コリメートレンズ
７２３ 空間位相変調器
７２４ ロングパスフィルタ
１９０１ 脂肪滴
１０２ 振動励起状態
１０３ 中間状態
１０４ 中間状態
１０５ 中間状態
７００ コントローラ
７０１ 短パルスレーザ光源
７０２ １／２波長板
７０３ 偏光ビームスプリッタ
７０４ 集光レンズ
７０５ フォトニック結晶ファイバ
７０６ コリメートレンズ
７０７ ロングパスフィルタ
７０８ ダイクロイックミラー
７０９ ミラー
７１０ レンズ
７１１ レンズ
７１２ ミラー
７１３ 対物レンズ
７１４ サンプル
７１５ コリメートレンズ
７１７ ノッチフィルタ
７１８ ショートパスフィルタ
７１９ 分光器
７２０ 集光レンズ
７２１ 光ファイバ
７２２ コリメートレンズ
７２３ 空間位相変調器
７２４ ロングパスフィルタ
１９０１ 脂肪滴
Claims (13)
- 短パルスレーザ光源と、
前記短パルスレーザ光源からの出射光を第一の光束と第二の光束とに分岐する分岐部と、
前記第一の光束からスーパーコンティニューム光を生成させる光ファイバと、
前記スーパーコンティニューム光のうちの長波長成分をストークス光とし前記第二の光束をポンプ光として両者を合波する合波部と、
前記合波部で合波された光をサンプルに集光する集光光学系と、
前記サンプルより生じた光を検出する分光器と、
前記分光器で検出されたスペクトルの所望帯域の強度に基づいて前記分岐部における前記第一の光束と前記第二の光束の光量比を調整する光量比調整部と、
を有する光計測装置。 - 請求項１記載の光計測装置において、
前記ポンプ光となる前記第二の光束を伝播させる第二の光ファイバを有する光計測装置。 - 請求項１又は２記載の光計測装置において、
前記ストークス光のサンプル中の集光位置を調整する調整部を有する光計測装置。 - 請求項１又は２記載の光計測装置において、
前記ポンプ光のサンプル中の集光位置を調整する調整部を有する光計測装置。 - 請求項４記載の光計測装置において、
前記調整部は空間光位相変調器を備える光計測装置。 - 短パルスレーザ光源と、
前記短パルスレーザ光源からの出射光を第一の光束と第二の光束とに分岐する分岐部と、
前記第一の光束からスーパーコンティニューム光を生成させる光ファイバと、
前記スーパーコンティニューム光のうちの長波長成分をストークス光とし前記第二の光束をポンプ光として両者を合波する合波部と、
前記合波部で合波された光をサンプルに集光する集光光学系と、
前記サンプルより生じた光を検出する分光器と、
前記分光器で検出されたスペクトルの所望帯域の強度に基づいて前記ストークス光のサンプル中の集光位置を調整する調整部と、
を有する光計測装置。 - 請求項６記載の光計測装置において、
前記調整部は前記ストークス光の発散収束量を調整する光計測装置。 - 請求項６記載の光計測装置において、
前記ポンプ光となる前記第二の光束を伝播させる第二の光ファイバを有する光計測装置。 - 短パルスレーザ光源と、
前記短パルスレーザ光源からの出射光を第一の光束と第二の光束とに分岐する分岐部と、
前記第一の光束からスーパーコンティニューム光を生成させる光ファイバと、
前記スーパーコンティニューム光のうちの長波長成分をストークス光とし前記第二の光束をポンプ光として両者を合波する合波部と、
前記合波部で合波された光をサンプルに集光する集光光学系と、
前記サンプルより生じた光を検出する分光器と、
前記分光器で検出されたスペクトルの所望帯域の強度に基づいて前記ポンプ光のサンプル中の集光位置を調整する調整部と、
を有する光計測装置。 - 請求項９記載の光計測装置において、
前記調整部は前記ポンプ光の発散収束量を調整する光計測装置。 - 請求項９記載の光計測装置において、
前記ポンプ光となる前記第二の光束を伝播させる第二の光ファイバを有する光計測装置。 - 請求項９記載の光計測装置において、
前記調整部は空間光位相変調器を備える光計測装置。 - 短パルスレーザ光源からの出射光を第一の光束と第二の光束とに分岐し、
前記第一の光束から生成したスーパーコンティニューム光のうちの長波長成分をストークス光とし前記第二の光束をポンプ光として同軸上に合波し、
合波した光をサンプルに集光することによって生じるスペクトルを検出する光計測方法であって、
前記検出されたスペクトルの所望帯域の強度に基づいて下記（１）（２）（３）の少なくともいずれかの調整を行う光計測方法。
（１）前記第一の光束と前記第二の光束の光量比調整
（２）前記ストークス光のサンプル中の集光位置調整
（３）前記ポンプ光のサンプル中の集光位置調整
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