JP2015158482A - Stimulated raman scattering measuring device - Google Patents

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact stimulated Raman scattering (SRS) measuring device capable of stably performing measurement.SOLUTION: A stimulated Raman scattering measuring device comprises: first light generating means 100 for generating first light; second light generating means 150 for generating second light having a light frequency different from the first light; optical systems 117 and 120 which irradiate a sample with the first light and the second light; and light detecting means 122 for detecting the first light intensity-modulated due to stimulated Raman scattering caused when the sample is irradiated with the first light and the second light. At least one of the first light generating means and the second light generating means includes an Nd-doped fiber laser or an Nd-doped fiber optical amplifier.

本発明は、誘導ラマン散乱（Stimulated Raman Scattering：ＳＲＳ）を利用して分子振動イメージング等の計測を行う誘導ラマン散乱計測装置に関し、例えば顕微鏡や内視鏡等の観察装置に好適なものに関する。   The present invention relates to a stimulated Raman scattering measurement apparatus that performs measurement such as molecular vibration imaging using stimulated Raman scattering (SRS), and relates to an apparatus suitable for an observation apparatus such as a microscope or an endoscope.

コヒーレントラマン散乱（Coherent Raman Scattering：ＣＲＳ）を利用すると生体内分子の３次元分布や体内組成を観察することが可能であり、ＣＲＳの中でも特にＳＲＳを利用するとスペクトル歪みなく、定量的な観察が可能である。このようなＳＲＳを利用した計測装置では、互いに波長が異なる２つの光パルス（２波長光パルス）を試料に同時に照射してＳＲＳを誘起する。２波長光パルスの光周波数の差が試料の分子振動数と一致すると、それら光パルスの集光点にて誘導ラマン散乱が生じる。そして、試料を透過した２波長光パルスのうち、光周波数が高い、すなわち波長が短い光パルスの強度が減少し（誘導ラマンロス）、光周波数が低い、すなわち波長が長い光パルスの強度が増大する（誘導ラマンゲイン）。この誘導ラマンロスまたは誘導ラマンゲイン（以下、ともにＳＲＳ信号という場合がある）を検出することによって、試料の分子の振動情報を反映した分子振動イメージングを行うことができる。   Coherent Raman Scattering (CRS) can be used to observe the three-dimensional distribution and composition of molecules in the body, and SRS can be used for quantitative observation without spectral distortion. It is. In such a measuring apparatus using SRS, the sample is simultaneously irradiated with two light pulses having different wavelengths (two-wavelength light pulses) to induce SRS. When the difference between the optical frequencies of the two-wavelength light pulses matches the molecular frequency of the sample, stimulated Raman scattering occurs at the focal point of the light pulses. Of the two-wavelength light pulses transmitted through the sample, the intensity of the light pulse having a high optical frequency, that is, a short wavelength is reduced (induced Raman loss), and the intensity of the light pulse having a low optical frequency, that is, a long wavelength is increased. (Induced Raman gain). By detecting this induced Raman loss or induced Raman gain (hereinafter, both may be referred to as SRS signals), molecular vibration imaging reflecting the vibration information of the molecules of the sample can be performed.

また、２波長光パルスの光周波数を変化させることによって、光周波数に対するＳＲＳ信号の依存性（ラマンスペクトル）の検出が可能であり、試料の組織構造や組成の特定が可能である。言い換えると、様々な分子や組織を観察するためには、観察対象の分子振動数と２波長光パルスの光周波数の差が一致するように光源の光周波数（波長）を選択する必要がある。   In addition, by changing the optical frequency of the two-wavelength light pulse, the dependency (Raman spectrum) of the SRS signal with respect to the optical frequency can be detected, and the tissue structure and composition of the sample can be specified. In other words, in order to observe various molecules and tissues, it is necessary to select the light frequency (wavelength) of the light source so that the difference between the molecular frequency of the observation object and the light frequency of the two-wavelength light pulse matches.

分子振動の中でも特に約６５０〜１３００ｃｍ^−１の領域は、物質固有の特徴的なラマンスペクトルが得られることから、一般に「指紋領域」と呼ばれ、物質の同定に用いられる。指紋領域の観察には、指紋領域の分子振動数領域に含まれる光周波数の差を持つ２波長光パルスを生成可能な光源装置が必要である。さらに、生体試料の観察には、生体透過性の高い近赤外光を用いる必要がある。 In particular, a region of about 650 to 1300 cm ⁻¹ in molecular vibrations is called a “fingerprint region” because a characteristic Raman spectrum unique to the material is obtained, and is used for identification of the material. Observation of the fingerprint region requires a light source device capable of generating a two-wavelength light pulse having a difference in optical frequency included in the molecular frequency region of the fingerprint region. Furthermore, it is necessary to use near-infrared light having high biological permeability for observing a biological sample.

指紋領域を観察可能なＳＲＳ計測装置として、特許文献１や非特許文献１にて開示されたものがある。特許文献１には、繰り返し周波数が２：１であるチタンサファイアレーザとＹｂファイバレーザを同期させて試料に同時に集光するＳＲＳ計測装置を開示されている。この構成では、チタンサファイアレーザ内部のチタンサファイア結晶等の光学素子を調整して、発振波長を９００ｎｍ近傍へ設定することによって、指紋領域での観察を行うことができる。また、非特許文献１には、１台のファイバレーザからの光パルスを分岐させ、一方の光パルスの波長をフォトニック結晶ファイバにより変換する（長波長側にシフトさせる）ことで、指紋領域での観察を可能とするＳＲＳ計測装置が開示されている。   As an SRS measuring device capable of observing a fingerprint region, there are devices disclosed in Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1. Patent Document 1 discloses an SRS measurement device that synchronizes a titanium sapphire laser having a repetition frequency of 2: 1 and a Yb fiber laser and simultaneously focuses on a sample. In this configuration, observation in the fingerprint region can be performed by adjusting an optical element such as a titanium sapphire crystal inside the titanium sapphire laser and setting the oscillation wavelength to around 900 nm. In Non-Patent Document 1, a light pulse from one fiber laser is branched, and the wavelength of one light pulse is converted by a photonic crystal fiber (shifted to the longer wavelength side), thereby enabling a fingerprint region An SRS measuring apparatus that enables observation of the above is disclosed.

ＷＯ２０１０／１４０６１４号公報WO2010 / 140614

OPTICS LETTERS/Vol.36,No.13/pp.2387-2389(2011)OPTICS LETTERS / Vol.36, No.13 / pp.2387-2389 (2011)

しかしながら、特許文献１にて開示されたＳＲＳ計測装置では、一般に大型であり、しかもメンテナンス性が低い固体レーザを用いる必要がある。また、非特許文献１にて開示されたＳＲＳ計測装置では、ソリトン自己周波数シフトを用いた低効率な波長変換が必要となる。このため、波長変換光のパワーが小さかったり、指紋領域を計測するために必要な波長変換光の波長帯域が一般的な光増幅器の利得帯域と一致しないために光増幅が困難であったりする。したがって、指紋領域におけるＳＲＳ観察時のＳＮ比が低下し、高速での画像取得が困難である。   However, in the SRS measuring device disclosed in Patent Document 1, it is necessary to use a solid laser that is generally large and has low maintainability. In addition, the SRS measuring device disclosed in Non-Patent Document 1 requires low-efficiency wavelength conversion using soliton self-frequency shift. For this reason, the power of the wavelength-converted light is small, or the wavelength band of the wavelength-converted light necessary for measuring the fingerprint region does not match the gain band of a general optical amplifier, so that optical amplification is difficult. Therefore, the SN ratio at the time of SRS observation in the fingerprint region is lowered, and it is difficult to acquire an image at high speed.

本発明は、コンパクトで、しかも指紋領域における計測を行えるＳＲＳ計測装置を提供する。   The present invention provides an SRS measuring apparatus that is compact and can perform measurement in a fingerprint region.

本発明の誘導ラマン散乱計測装置は、第１の光を生成する第１の光生成手段と、第１の光とは異なる光周波数を有する第２の光を生成する第２の光生成手段と、第１および第２の光を試料に照射する光学系と、第１および第２の光が試料に照射されることで生じる誘導ラマン散乱により強度変調された第１の光を検出する光検出手段とを有し、第１および第２の光生成手段の内、少なくとも一方は、Ｎｄ添加ファイバレーザまたはＮｄ添加ファイバ光増幅器を含んでいる。   The stimulated Raman scattering measurement apparatus of the present invention includes a first light generation unit that generates first light, and a second light generation unit that generates second light having an optical frequency different from that of the first light. , An optical system for irradiating the sample with the first and second light, and light detection for detecting the first light intensity-modulated by stimulated Raman scattering generated by irradiating the sample with the first and second light And at least one of the first and second light generation means includes an Nd-doped fiber laser or an Nd-doped fiber optical amplifier.

本発明によれば、第１または第２の光の光源として、小型で、かつ波長変換による光パワーの損失がないＮｄファイバレーザまたはＮｄファイバ光増幅器を用いる。このため、コンパクトでありながらも安定的に指紋領域における高速かつ高感度な計測を行えるＳＲＳ計測装置を実現することができる。   According to the present invention, an Nd fiber laser or an Nd fiber optical amplifier that is small and has no loss of optical power due to wavelength conversion is used as the light source of the first or second light. For this reason, it is possible to realize an SRS measuring apparatus that can perform high-speed and high-sensitivity measurement in the fingerprint region stably while being compact.

本発明の実施例１であるＳＲＳ顕微鏡の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of an SRS microscope that is Embodiment 1 of the present invention. 実施例１におけるパルスタイミング検出手段の構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a pulse timing detection unit according to the first embodiment. 実施例１における遅延光路付加手段の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a delayed optical path adding unit in the first embodiment. 実施例１におけるＮｄファイバレーザの構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of an Nd fiber laser in Example 1. FIG. 実施例１におけるＮｄファイバレーザの別の構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing another configuration of the Nd fiber laser in the first embodiment. 本発明の実施例２であるＳＲＳ顕微鏡の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the SRS microscope which is Example 2 of this invention. 本発明の実施例３であるＳＲＳ顕微鏡の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the SRS microscope which is Example 3 of this invention. 本発明の実施例４であるＳＲＳ顕微鏡の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the SRS microscope which is Example 4 of this invention. 本発明の実施例５であるＳＲＳ顕微鏡の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the SRS microscope which is Example 5 of this invention. 本発明の実施例６であるＳＲＳ顕微鏡の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the SRS microscope which is Example 6 of this invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１には、本発明の実施例１である誘導ラマン散乱計測装置としてのＳＲＳ顕微鏡の構成を示す。   In FIG. 1, the structure of the SRS microscope as a stimulated Raman scattering measuring device which is Example 1 of this invention is shown.

図１において、１００は第１の光生成手段であり、１０１は第１の光生成手段１００の種光源として用いられるパルス発振Ｎｄ添加ファイバレーザ（以下、単にＮｄファイバレーザという）である。１０２はＮｄファイバレーザ１０１からの光の波長帯域において光増幅可能なＮｄ添加ファイバ光増幅器（以下、単にＮｄファイバ光増幅器という）である。１０３，１０６はビームスプリッタであり、１０４，１１０，１１１，１１６はミラーである。   In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a first light generation unit, and 101 denotes a pulsed Nd-doped fiber laser (hereinafter simply referred to as an Nd fiber laser) used as a seed light source for the first light generation unit 100. Reference numeral 102 denotes an Nd-doped fiber optical amplifier (hereinafter simply referred to as an Nd fiber optical amplifier) capable of optical amplification in the wavelength band of light from the Nd fiber laser 101. 103 and 106 are beam splitters, and 104, 110, 111, and 116 are mirrors.

１５０は第２の光生成手段であり、１０５は第２の光生成手段の種光源として用いられるパルス発振Ｙｂ添加ファイバレーザ（以下、単にＹｂファイバレーザという）である。１０７は可変波長選択フィルタ（波長フィルタおよび可変波長選択手段）であり、１０８はＹｂファイバレーザからの光の波長帯域において増幅可能なＹｂ添加ファイバ光増幅器（以下、単にＹｂファイバ光増幅器という）である。１０９は合波ダイクロイックミラーである。   Reference numeral 150 denotes a second light generation unit, and reference numeral 105 denotes a pulsed Yb-doped fiber laser (hereinafter simply referred to as a Yb fiber laser) used as a seed light source for the second light generation unit. Reference numeral 107 denotes a variable wavelength selection filter (wavelength filter and variable wavelength selection means), and 108 denotes a Yb-doped fiber optical amplifier (hereinafter simply referred to as a Yb fiber optical amplifier) that can be amplified in the wavelength band of light from the Yb fiber laser. . Reference numeral 109 denotes a multiplexing dichroic mirror.

１１２はパルスタイミング検出手段（時間差検出手段）であり、１１３はパルス同期制御回路（同期手段）である。１１４は遅延光路付加手段であり、１１５は光偏向素子（走査手段）である。   112 is a pulse timing detection means (time difference detection means), and 113 is a pulse synchronization control circuit (synchronization means). Reference numeral 114 denotes delay optical path adding means, and 115 denotes an optical deflection element (scanning means).

１１７，１２０はそれぞれ集光レンズとしての第１の対物レンズおよび第２の対物レンズである。１１８は試料であり、１１９は試料駆動ステージ（試料移動手段）である。１２１は非検出光カットフィルタである。１２２は光検出器（光検出手段）であり、１２３はロックインアンプ（信号検出手段）である。１２４はコンピュータ（処理手段）である。   Reference numerals 117 and 120 denote a first objective lens and a second objective lens as condenser lenses, respectively. 118 is a sample, and 119 is a sample drive stage (sample moving means). Reference numeral 121 denotes a non-detection light cut filter. 122 is a photodetector (light detection means), and 123 is a lock-in amplifier (signal detection means). Reference numeral 124 denotes a computer (processing means).

１２５は試料１１８に照射される第１の光を、１２６は第２の光をそれぞれ示す。なお、各構成部品を結ぶ太い直線および矢印付き直線はそれぞれ、光路および電気配線を表す。光路は可能な限り、ファイバ系で構成するのがよい。   125 indicates first light irradiated on the sample 118, and 126 indicates second light. A thick straight line connecting each component and a straight line with an arrow represent an optical path and an electrical wiring, respectively. The optical path is preferably composed of a fiber system as much as possible.

本実施例では、試料１１８に照射する２波長光パルスのうち、ＳＲＳを検出する光を第１の光とし、検出しない光を第２の光とする。本実施例では、第１の光１２５を生成する第１の光生成手段１００は、種光源となるＮｄファイバレーザ１０１からミラー１０４までを指す。また、第１の光１２５とは異なる光周波数を有する第２の光１２６を生成する第２の光生成手段１５０は、Ｙｂファイバレーザ１０５からＹｂファイバ光増幅器１０８までを指す。   In the present embodiment, among the two-wavelength light pulses applied to the sample 118, the light that detects SRS is the first light, and the light that is not detected is the second light. In the present embodiment, the first light generation means 100 that generates the first light 125 refers to from the Nd fiber laser 101 to the mirror 104 serving as a seed light source. The second light generation means 150 for generating the second light 126 having an optical frequency different from that of the first light 125 refers to from the Yb fiber laser 105 to the Yb fiber optical amplifier 108.

なお、第１の光生成手段１００と第２の光生成手段１５０はそれぞれ試料１１８に照射される第１の光１２５と第２の光１２６を生成するために必要な構成要素を全て含むものであるが、本実施例における構成要素に限定されるものではない。すなわち、使用する光の波長やパルス幅等に応じて適宜、第１の光生成手段１００および第２の光生成手段１５０から不必要な要素をなくしてもよい。また、第１の光１２５および第２の光１２６を生成するために必要となる別の構成要素が含まれていてもよい。このことは、後述する他の実施例においても同様である。   Note that the first light generation unit 100 and the second light generation unit 150 include all the components necessary for generating the first light 125 and the second light 126 that are irradiated on the sample 118, respectively. However, the present invention is not limited to the components in the present embodiment. That is, unnecessary elements may be omitted from the first light generation unit 100 and the second light generation unit 150 as appropriate according to the wavelength of light to be used, the pulse width, and the like. Further, other components necessary for generating the first light 125 and the second light 126 may be included. The same applies to other embodiments described later.

Ｎｄファイバレーザ１０１は、第１の光１２５を発する第１の光生成手段１００において種光源として用いられる。Ｇ．Ｐ．アグラワール著「非線形ファイバー光学」によれば、Ｎｄファイバは９２０ｎｍ，１０６０ｎｍ，１３５０ｎｍの３つのエネルギー遷移を持つことから、これらの３波長の近傍での発振が可能である。また、上記「非線形ファイバー光学」によれば、９２０ｎｍ帯では９００〜９４５ｎｍでの発振が、１０６０ｎｍ帯では１０７０〜１１４０ｎｍでの発振が、１３５０ｎｍ帯では１３３０〜１３４０ｎｍでの発振がそれぞれ報告されている。   The Nd fiber laser 101 is used as a seed light source in the first light generation unit 100 that emits the first light 125. G. P. According to “Nonlinear Fiber Optics” by Agrawar, the Nd fiber has three energy transitions of 920 nm, 1060 nm, and 1350 nm, and therefore can oscillate in the vicinity of these three wavelengths. Further, according to the “nonlinear fiber optics”, oscillation at 900 to 945 nm in the 920 nm band, oscillation at 1070 to 1140 nm in the 1060 nm band, and oscillation at 1330 to 1340 nm in the 1350 nm band are reported.

このため、所望の波長で発振させるには、試料１１８に照射したい波長の光のみを透過または反射し、それ以外の波長の光を遮断する分光透過率または分光反射率を有する光学素子を共振器内に設けるとよい。   For this reason, in order to oscillate at a desired wavelength, an optical element having a spectral transmittance or a spectral reflectance that transmits or reflects only light having a wavelength desired to be irradiated on the sample 118 and blocks light having other wavelengths is used as a resonator. It should be provided inside.

パルス幅は、ラマンスペクトルの高分解能とＳＲＳ信号の高感度検出を両立させる観点から、１〜１０ｐｓ程度が望ましい。このパルス幅で発振するＮｄファイバレーザは、非線形偏波回転法や半導体可飽和吸収ミラー等の可飽和吸収体を用いた一般的なモードロック手法を用いて共振器を構成可能である。環境変化に対して安定的に発振させるため、共振器を偏波保持型とするとよい。   The pulse width is preferably about 1 to 10 ps from the viewpoint of achieving both high resolution of the Raman spectrum and high sensitivity detection of the SRS signal. The Nd fiber laser that oscillates with this pulse width can constitute a resonator by using a general mode-locking technique using a saturable absorber such as a nonlinear polarization rotation method or a semiconductor saturable absorber mirror. In order to oscillate stably with respect to environmental changes, the resonator is preferably a polarization maintaining type.

Ｎｄファイバ光増幅器１０２は、Ｎｄファイバレーザ１０１からの光（以下、Ｎｄファイバレーザ光という）を増幅する。Ｎｄファイバ光増幅器１０２の構成は、励起光源により励起された希土類添加ゲインファイバ中に入射光を通過させることで光増幅を行う、一般的な希土類添加ファイバ光増幅器と同じ構成でよい。   The Nd fiber optical amplifier 102 amplifies light from the Nd fiber laser 101 (hereinafter referred to as Nd fiber laser light). The configuration of the Nd fiber optical amplifier 102 may be the same as that of a general rare earth doped fiber optical amplifier that performs optical amplification by allowing incident light to pass through a rare earth doped gain fiber pumped by a pump light source.

Ｎｄファイバレーザ１０１からの光の波長とＮｄファイバ光増幅器１０２の利得帯域とを一致させるには、Ｎｄファイバ光増幅器１０２のゲインファイバにＮｄファイバレーザの共振器内と同様にＮｄファイバを用いればよい。Ｎｄファイバレーザ１０１を偏波保持型とした場合には、Ｎｄファイバ光増幅器１０２も同じく偏波保持型で構成することで、環境変化に伴う偏光状態の変化に対する安定性を向上させる（偏光状態の変化に起因する不安定性を排除する）ことができる。さらに、Ｎｄファイバ光増幅器１０２は、多段構成とすることで高出力化が可能である。   In order to make the wavelength of light from the Nd fiber laser 101 coincide with the gain band of the Nd fiber optical amplifier 102, an Nd fiber may be used for the gain fiber of the Nd fiber optical amplifier 102 as in the resonator of the Nd fiber laser. . When the Nd fiber laser 101 is a polarization maintaining type, the Nd fiber optical amplifier 102 is also configured as a polarization maintaining type, thereby improving the stability against changes in the polarization state due to environmental changes (the polarization state Instability due to change). Further, the Nd fiber optical amplifier 102 can have a high output by adopting a multi-stage configuration.

Ｙｂファイバレーザ１０５は、第２の光１２６を発する第２の光生成手段１５０において種光源として用いられる。一般にＹｂファイバレーザは、波長１０００〜１１００ｎｍ程度の範囲で発振が可能である。本実施例では、Ｙｂファイバレーザ１０５からの光の一部を可変波長選択フィルタ１０７によってフィルタリングすることにより、試料１１８に照射する第２の光１２６の波長を可変とする。このため、Ｙｂファイバレーザ１０５として、広帯域発振するレーザを用いることが好ましい。   The Yb fiber laser 105 is used as a seed light source in the second light generation means 150 that emits the second light 126. In general, a Yb fiber laser can oscillate in the wavelength range of about 1000 to 1100 nm. In the present embodiment, a part of the light from the Yb fiber laser 105 is filtered by the variable wavelength selection filter 107 so that the wavelength of the second light 126 applied to the sample 118 is variable. For this reason, it is preferable to use a laser that oscillates in a wide band as the Yb fiber laser 105.

また、本実施例では、ロックイン検出を高速化して検出感度を最大化するため、Ｙｂファイバレーザ１０５の繰り返し周波数をＮｄファイバレーザ１０１の繰り返し周波数の１／２となるように共振器を構成している。Ｎｄファイバレーザと同様に、環境変化に対して安定的に発振させるため、共振器を偏波保持型とするとよい。   In this embodiment, the resonator is configured so that the repetition frequency of the Yb fiber laser 105 is ½ of the repetition frequency of the Nd fiber laser 101 in order to speed up lock-in detection and maximize the detection sensitivity. ing. As with the Nd fiber laser, the resonator should be a polarization maintaining type in order to oscillate stably against environmental changes.

本実施例では第２の光生成手段１５０において波長選択を行うが、同様な波長選択を第１の光生成手段１００において行うように系を構成してもよい。一般に、ＳＲＳでは試料に照射する２波長光パルスのうち、波長の短い光をポンプ光といい、波長の長い光をストークス光というため、本実施例でも第１の光１２５をポンプ光とし、第２の光１２６をストークス光とする。   In this embodiment, the second light generation unit 150 performs wavelength selection, but the system may be configured such that similar wavelength selection is performed by the first light generation unit 100. In general, in SRS, light having a short wavelength out of two-wavelength light pulses irradiated on a sample is referred to as pump light, and light having a long wavelength is referred to as Stokes light. The second light 126 is Stokes light.

なお、本実施例では、Ｎｄファイバレーザ１０１の繰り返し周波数をＹｂファイバレーザ１０５の繰り返し周波数の２倍とする場合について説明するが、２以上の整数倍であればよい。   In the present embodiment, the case where the repetition frequency of the Nd fiber laser 101 is set to be twice the repetition frequency of the Yb fiber laser 105 will be described.

可変波長選択フィルタ１０７は、Ｙｂファイバレーザ１０５からの光（以下、Ｙｂファイバレーザ光という）のうち、選択された特定波長の光のみを透過（通過）させる。可変波長選択フィルタ１０７としては、回折格子とスリット、音響光学可変波長選択フィルタ、導波路型回折格子、ＦＢＧ等、一般的に可変波長フィルタとして用いられているものを用いればよい。可変波長選択フィルタ１０７によって選択する波長幅は、第１の光１２５と同様に、第２の光１２６についてもパルス幅は１〜１０ｐｓが好ましいため、フーリエ変換限界パルス幅から０．１〜１ｎｍ程度とするとよい。   The variable wavelength selection filter 107 transmits (passes) only light having a specific wavelength selected from light from the Yb fiber laser 105 (hereinafter referred to as Yb fiber laser light). As the variable wavelength selection filter 107, a diffraction grating and slit, an acousto-optic variable wavelength selection filter, a waveguide type diffraction grating, an FBG, or the like that is generally used as a variable wavelength filter may be used. The wavelength width selected by the variable wavelength selection filter 107 is preferably about 1 to 10 ps for the second light 126 in the same manner as the first light 125, and is about 0.1 to 1 nm from the Fourier transform limit pulse width. It is good to do.

コンピュータ１２４は、可変波長選択フィルタ１０７での選択波長を制御する。例えば、回折格子とスリットを可変波長選択フィルタ１０７として用いる場合には、可動ステージ上に設置したスリットの位置や掃引速度を制御する。波長選択によって減衰した光強度はＹｂファイバ光増幅器１０８によって必要な光強度まで増幅される。   The computer 124 controls the wavelength selected by the variable wavelength selection filter 107. For example, when a diffraction grating and a slit are used as the variable wavelength selection filter 107, the position and sweep speed of the slit installed on the movable stage are controlled. The light intensity attenuated by the wavelength selection is amplified to the required light intensity by the Yb fiber optical amplifier 108.

さらに、Ｙｂファイバ光増幅器１０８は、多段構成とすることで高出力化が可能である。Ｙｂファイバレーザ１０５を偏波保持型とした場合には、Ｙｂファイバ光増幅器１０８も同じく偏波保持型で構成することで、環境変化に伴う偏光の変化に対する安定性を向上させることができる。   Furthermore, the Yb fiber optical amplifier 108 can be increased in output by adopting a multi-stage configuration. When the Yb fiber laser 105 is a polarization maintaining type, the Yb fiber optical amplifier 108 is also configured as a polarization maintaining type, so that stability against changes in polarization due to environmental changes can be improved.

ビームスプリッタ１０３，１０６はパルスタイミング検出用の光を分岐する。ビームスプリッタ１０３，１０６としては、偏光依存型および偏光無依存型のどちらを用いてもよいし、ハーフミラーを用いてもよい。光パワーの分岐比は１：１である必要はなく、同期用に分岐された光がパルスタイミング検出手段１１２においてパルスタイミングの検出が可能となる強度であればよい。偏光依存型のビームスプリッタを用いる場合、ビームスプリッタの前段にλ／２波長板を挿入し、これを回転することによって、ビームスプリッタにおける分岐比を連続的に変更できる。   The beam splitters 103 and 106 branch light for pulse timing detection. As the beam splitters 103 and 106, either a polarization dependent type or a polarization independent type may be used, or a half mirror may be used. The branching ratio of the optical power does not need to be 1: 1, and it is sufficient that the light branched for synchronization can be detected at the pulse timing detecting unit 112. When a polarization-dependent beam splitter is used, a branching ratio in the beam splitter can be continuously changed by inserting a λ / 2 wavelength plate in front of the beam splitter and rotating it.

また、ビームスプリッタ１０３，１０６はそれぞれＮｄファイバ光増幅器１０２の前、可変波長選択フィルタ１０７またはＹｂファイバ光増幅器１０８の後段に配置してもよい。   The beam splitters 103 and 106 may be arranged before the Nd fiber optical amplifier 102 and after the variable wavelength selection filter 107 or Yb fiber optical amplifier 108, respectively.

パルスタイミング検出手段１１２は、Ｎｄファイバレーザ光とＹｂファイバレーザ光の光パルス間のタイミングのずれ（相対時間差）を検出する。タイミングのずれを検出するには、同軸に合成（合波）したＮｄファイバレーザ光とＹｂファイバレーザ光を対物レンズでフォトダイオード上に集光し、両光パルス間の二光子吸収強度を検出すればよい。この場合、フォトダイオードは入射する両光パルスの波長に対する感度が低く、両光パルスの間で生じる二光子吸収に高い感度を有するものを用いる。例えば、ＧａＡｓＰ製の半導体からなるフォトダイオードは、波長が９２０ｎｍであるＮｄファイバレーザ光と１０３０ｎｍであるＹｂファイバレーザ光には感知しないが、これら両光による二光子吸収を高い感度で検出することができる。   The pulse timing detection unit 112 detects a timing shift (relative time difference) between optical pulses of the Nd fiber laser light and the Yb fiber laser light. In order to detect the timing shift, the Nd fiber laser beam and Yb fiber laser beam combined (combined) on the same axis are focused on the photodiode by the objective lens, and the two-photon absorption intensity between the two light pulses is detected. That's fine. In this case, a photodiode having a low sensitivity to the wavelengths of both incident light pulses and having a high sensitivity to two-photon absorption generated between the two light pulses is used. For example, a photodiode made of a semiconductor made of GaAsP is not sensitive to Nd fiber laser light having a wavelength of 920 nm and Yb fiber laser light having a wavelength of 1030 nm, but can detect two-photon absorption by both these lights with high sensitivity. it can.

図２には、パルスタイミング検出手段１１２の構成例を示す。２０１はＮｄファイバレーザ光の光路を、２０２はＹｂファイバレーザ光の光路をそれぞれ示す。２０３はＮｄファイバレーザ光を反射するミラーである。２０４はＹｂファイバレーザ光を透過し、Ｎｄファイバレーザ光を反射するダイクロイックミラーであり、Ｎｄファイバレーザ光とＹｂファイバレーザ光を同軸に合波する。合波された両ファイバレーザ光は、対物レンズ２０５に入射し、該対物レンズ２０５によってフォトダイオード２０６上の同一位置に集光される。   FIG. 2 shows a configuration example of the pulse timing detection unit 112. 201 indicates the optical path of the Nd fiber laser beam, and 202 indicates the optical path of the Yb fiber laser beam. Reference numeral 203 denotes a mirror that reflects Nd fiber laser light. A dichroic mirror 204 transmits Yb fiber laser light and reflects Nd fiber laser light. The Nd fiber laser light and Yb fiber laser light are coaxially combined. The combined fiber laser beams are incident on the objective lens 205 and are collected at the same position on the photodiode 206 by the objective lens 205.

両ファイバレーザ光が集光されたフォトダイオード上では両ファイバレーザ光が時間的に重なる時間幅に応じて二光子吸収が発生する。両ファイバレーザ光の二光子吸収は、２波長光パルスが重なる時間が長いほど強く生じるため、２波長光パルスのタイミングのずれを評価する指標として用いることができる。   Two-photon absorption occurs on the photodiode on which both fiber laser beams are collected in accordance with the time width in which both fiber laser beams overlap in time. Since the two-photon absorption of both fiber laser beams is more intense as the time for which the two-wavelength light pulses overlap, it can be used as an index for evaluating the timing shift of the two-wavelength light pulses.

このようなパルスタイミング検出手段１１２を用いることで、２波長の光パルスに対してＳＲＳを効率的に誘起することができ、ＳＲＳに対する感度を向上させることができる。   By using such a pulse timing detection means 112, SRS can be efficiently induced with respect to two-wavelength optical pulses, and the sensitivity to SRS can be improved.

２０７はパルスタイミング検出手段１１２で得られたパルスタイミングのずれに相当する電気信号を図１のパルス同期制御回路１１３に送信する電気配線である。   Reference numeral 207 denotes an electrical wiring for transmitting an electrical signal corresponding to the pulse timing shift obtained by the pulse timing detection means 112 to the pulse synchronization control circuit 113 in FIG.

以下、図１に戻り、説明する。パルスタイミング検出手段１１２からの電気信号を受けたパルス同期制御回路１１３は、上記パルスタイミングのずれをなくするように（相殺するように）Ｙｂファイバレーザ１０５の共振器長の調整によりその繰り返し周波数を調整して、パルス同期制御を行う。また、パルス同期制御は、Ｎｄファイバレーザ１０１の共振器長の調整によってその繰り返し周波数を調整することで行ってもよい。   Hereinafter, returning to FIG. The pulse synchronization control circuit 113 that has received the electrical signal from the pulse timing detection means 112 adjusts the repetition frequency by adjusting the resonator length of the Yb fiber laser 105 so as to eliminate (cancel) the pulse timing deviation. Adjust and perform pulse synchronization control. Further, the pulse synchronization control may be performed by adjusting the repetition frequency by adjusting the resonator length of the Nd fiber laser 101.

図３には、遅延光路付加手段１１４の構成例を示す。３０１はＮｄファイバレーザ光の光路を示す。３０２〜３０５はミラーであり、３０６はミラー３０３，３０４を一方向に駆動する駆動手段である。駆動手段３０６は本実施例では手動ステージを用いるが、コンピュータ１２４と連携して駆動させる場合には自動ステージを用いる。駆動手段３０６を矢印方向に駆動させることでＮｄファイバレーザ光の光路長を変化させる。遅延光路付加手段１１４により、ビームスプリッタ１０３，１０６からパルスタイミング検出手段１１２までのＮｄおよびＹｂファイバレーザ光の光路長差と、ビームスプリッタ１０３，１０６から試料１１８までのＮｄおよびＹｂファイバレーザ光の光路長差とを一致させる。   FIG. 3 shows a configuration example of the delay optical path adding unit 114. Reference numeral 301 denotes an optical path of the Nd fiber laser light. Reference numerals 302 to 305 denote mirrors, and reference numeral 306 denotes driving means for driving the mirrors 303 and 304 in one direction. The driving means 306 uses a manual stage in this embodiment, but uses an automatic stage when driven in cooperation with the computer 124. By driving the driving means 306 in the direction of the arrow, the optical path length of the Nd fiber laser light is changed. The optical path length difference of the Nd and Yb fiber laser beams from the beam splitters 103 and 106 to the pulse timing detection unit 112 and the optical path of the Nd and Yb fiber laser beams from the beam splitters 103 and 106 to the sample 118 by the delay optical path adding unit 114. Match the length difference.

遅延光路付加手段１１４としては、ファイバディレイラインやその他、市販のディレイラインを用いてもよい。また、ファイバレーザや光増幅器等のファイバ長調整や光学素子の配置方法によって光路長差が無視できる場合には遅延光路付加手段１１４は不要である。   As the delay optical path adding means 114, a fiber delay line or other commercially available delay lines may be used. In addition, when the optical path length difference can be ignored by adjusting the fiber length of a fiber laser, an optical amplifier, or the like or by the arrangement method of the optical elements, the delay optical path adding unit 114 is not necessary.

再び図１において、第１の光１２５と第２の光１２６は、ミラー１０４および合波ダイクロイックミラー１０９の姿勢を調整することで同軸に合波される。光偏向素子１１５は、試料１１８上で集光点の走査を行うために、合波された両光の射出角度を偏向する。光偏向素子１１５としては、本実施例ではガルバノミラーを用いるが、高速走査のためにレゾナントミラーやポリゴンミラーを用いてもよい。顕微鏡を構成する際には、ガルバノミラーを２個用意して２次元走査を行う。集光点が試料１１８上で２次元に走査されることで試料１１８の分子振動情報が画像として取得できる。   In FIG. 1 again, the first light 125 and the second light 126 are combined coaxially by adjusting the postures of the mirror 104 and the combining dichroic mirror 109. The light deflection element 115 deflects the emission angle of the combined light in order to scan the focal point on the sample 118. As the light deflection element 115, a galvanometer mirror is used in this embodiment, but a resonant mirror or a polygon mirror may be used for high-speed scanning. When constructing a microscope, two galvanometer mirrors are prepared and two-dimensional scanning is performed. The molecular vibration information of the sample 118 can be acquired as an image by scanning the focal point two-dimensionally on the sample 118.

ミラー１１６は、合波ダイクロイックミラー１０９で合波された第１の光１２５と第２の光１２６を第１の対物レンズ１１７に導く。第１の対物レンズ１１７は、入射した光を試料１１８上に集光する。試料１１８は試料駆動ステージ１１９上に設置されている。試料駆動ステージ１１９は、ＸＹＺ方向に駆動することで、集光点の走査領域に試料１１８を移動させる。   The mirror 116 guides the first light 125 and the second light 126 combined by the combining dichroic mirror 109 to the first objective lens 117. The first objective lens 117 condenses incident light on the sample 118. The sample 118 is installed on the sample driving stage 119. The sample drive stage 119 moves the sample 118 to the scanning region of the condensing point by driving in the XYZ directions.

第２の対物レンズ１２０は試料１１８からの光を採光し、かつ集光する。光偏向素子１１５の走査時における試料１１８上の光量分布を均一にして画像周辺部で暗くなることを防ぐためには、光偏向素子１１５のガルバノミラー面と第１の対物レンズ１１７の入射瞳面とを共役関係とするリレーレンズ対（走査光学系）を挿入すればよい。また、試料１１８からの散乱光を高効率に採光して、アーティファクトを低減するために、第２の対物レンズ１２０の開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）は第１の対物レンズ１１７よりも大きくしておくことが好ましい。   The second objective lens 120 collects and collects light from the sample 118. In order to make the light amount distribution on the sample 118 uniform during scanning of the light deflection element 115 and prevent darkening at the periphery of the image, the galvanometer mirror surface of the light deflection element 115 and the entrance pupil surface of the first objective lens 117 A relay lens pair (scanning optical system) having a conjugate relationship may be inserted. Further, in order to collect scattered light from the sample 118 with high efficiency and reduce artifacts, the numerical aperture (NA) of the second objective lens 120 is made larger than that of the first objective lens 117. It is preferable to keep it.

非検出光カットフィルタ１２１はバンドパスフィルタであり、第１の光１２５および第２の光１２６の内、繰り返し周波数の高い方のみを透過させる。光検出器１２２は、入射した光パルスを電気信号に変換する。光検出器１２２の受光部に対して効率的に集光するために、対物レンズ１２０と光検出器１２２の間にレンズを挿入してもよい。   The non-detection light cut filter 121 is a band pass filter, and transmits only the higher one of the first light 125 and the second light 126 having a higher repetition frequency. The photodetector 122 converts the incident light pulse into an electric signal. A lens may be inserted between the objective lens 120 and the photodetector 122 in order to efficiently collect light on the light receiving portion of the photodetector 122.

ロックインアンプ１２３は、光検出器１２２からの電気信号中から、第２の光１２６の繰り返し周波数と同じ周波数でＳＲＳ信号（誘導ラマン散乱信号）をロックイン検出（同期検波）する。ロックイン検出の参照信号には、Ｙｂファイバレーザ１０５からの電気信号を用いる。例えば、Ｙｂファイバレーザ１０５の一部の光を分岐し、受光することによって参照用の電気信号を得ることができる。ロックイン検出時のノイズを低減するために、ロックインアンプ１２３の前段に、検出する繰り返し周波数帯のみを通過させるバンドパスフィルタを挿入してもよい。   The lock-in amplifier 123 performs lock-in detection (synchronous detection) of the SRS signal (stimulated Raman scattering signal) at the same frequency as the repetition frequency of the second light 126 from the electrical signal from the photodetector 122. An electrical signal from the Yb fiber laser 105 is used as a reference signal for lock-in detection. For example, a reference electrical signal can be obtained by branching and receiving a part of the light from the Yb fiber laser 105. In order to reduce noise at the time of lock-in detection, a band-pass filter that passes only the repetitive frequency band to be detected may be inserted before the lock-in amplifier 123.

コンピュータ１２４は、ロックイン検出されたＳＲＳ信号を読み出す。このＳＲＳ信号には、試料１１８に関する情報が含まれる。そして、コンピュータ１２４は、ＳＲＳ信号に対する信号処理を行って各波長での試料１１８に関する分子振動情報を画像化したＳＲＳ画像データ（２次元画像データ）を生成し、これらＳＲＳ画像データをディスプレイに表示する。画像化する上では、光偏向素子１１５からの信号をデータ収録開始のトリガー信号として用いるとよい。   The computer 124 reads the SRS signal detected as being locked-in. This SRS signal includes information regarding the sample 118. Then, the computer 124 performs signal processing on the SRS signal to generate SRS image data (two-dimensional image data) obtained by imaging molecular vibration information regarding the sample 118 at each wavelength, and displays these SRS image data on a display. . In imaging, the signal from the light deflection element 115 may be used as a trigger signal for starting data recording.

また、コンピュータ１２４は、得られた各波長のＳＲＳ画像データに対して主成分分析、独立成分分析またはＭＣＲ−ＡＬＳ等といったスペクトル分析手法を適用し、特徴的な成分に注目して疑似カラー化してディスプレイ上に表示してもよい。ＭＣＲ−ＡＬＳは、multivariate spectrum decomposition-alternating least squaresの略である。   In addition, the computer 124 applies a spectral analysis method such as principal component analysis, independent component analysis, or MCR-ALS to the obtained SRS image data of each wavelength, and performs pseudo-coloring focusing on characteristic components. You may display on a display. MCR-ALS is an abbreviation for multivariate spectrum decomposition-alternating least squares.

さらに、コンピュータ１２４は、可変波長選択フィルタ１０７を制御して、可変波長選択フィルタ１０７を透過する波長を選択することができる。また、コンピュータ１２４は試料駆動ステージ１１９を制御して、試料１１８における観察部位を３次元的に設定することができる。   Further, the computer 124 can control the variable wavelength selection filter 107 to select a wavelength that passes through the variable wavelength selection filter 107. In addition, the computer 124 can control the sample driving stage 119 to set the observation site on the sample 118 three-dimensionally.

本実施例では、光偏向素子１１５としてガルバノミラーを用いて試料１１８上で集光点の２次元走査を行う場合について説明した。しかし、１軸のガルバノミラーによる走査（ラインスキャン）とその走査方向に直交する方向への試料駆動ステージ１１９の駆動とを組み合わせて試料１１８上で集光点の２次元走査を行ってもよい。また、試料駆動ステージ１１９のみを２次元面内で駆動してもよい。また、画像化する必要がなければ、光偏向素子１１５を走査せずに、試料１１８上の１点におけるラマンスペクトル計測を行えばよい。   In the present embodiment, a case where a two-dimensional scanning of a condensing point is performed on the sample 118 using a galvanometer mirror as the light deflection element 115 has been described. However, two-dimensional scanning of the focal point may be performed on the sample 118 by combining scanning (line scanning) with a uniaxial galvanometer mirror and driving of the sample driving stage 119 in a direction orthogonal to the scanning direction. Further, only the sample driving stage 119 may be driven in a two-dimensional plane. If it is not necessary to form an image, the Raman spectrum measurement at one point on the sample 118 may be performed without scanning the light deflection element 115.

本実施例において、ＳＲＳ計測が可能なラマンスペクトル領域（波数域）を算出する。ポンプ光の波長をλ_１、ストークス光の波長をλ_２とすると、それらの光の波数差ｋ（ラマンシフト）は式（１）となる。さらに、ポンプ光およびストークス光の波長が可変で、ポンプ光の最大波長をｍａｘ（λ_１）、最小波長をｍｉｎ（λ_１）、ストークス光の最大波長をｍａｘ（λ_２）、最小波長をｍｉｎ（λ_２）とする。このとき、ポンプ光とストークス光で計測可能な波数域の最大波数ｋ_ｍａｘ、最小波数ｋ_ｍｉｎは式（２）に示すようになる。 In this embodiment, a Raman spectrum region (wave number region) where SRS measurement is possible is calculated. When the wavelength of the pump light is λ ₁ and the wavelength of the Stokes light is λ ₂ , the wave number difference k (Raman shift) of these lights is expressed by Equation (1). Further, the wavelengths of the pump light and the Stokes light are variable, the maximum wavelength of the pump light is max (λ ₁ ), the minimum wavelength is min (λ ₁ ), the maximum wavelength of the Stokes light is max (λ ₂ ), and the minimum wavelength is min. (Λ ₂ ). At this time, the maximum wave number k _max and the minimum wave number k _{min in the} wave number region that can be measured with the pump light and the Stokes light are as shown in Expression (2).

本実施例では、ポンプ光であるＮｄファイバレーザ光の波長を９２０ｎｍとし、ストークス光であるＹｂファイバレーザ光の波長を１０３０ｎｍとし、波長掃引幅を±１５ｎｍとする。このとき、式（２）より、ＳＲＳ計測が可能な波数域は最小１０１７ｃｍ^−１から最大１３００ｃｍ^−１までとなる。これは、指紋領域でのＳＲＳ計測が可能であることを示す。 In this embodiment, the wavelength of the Nd fiber laser light that is pump light is 920 nm, the wavelength of the Yb fiber laser light that is Stokes light is 1030 nm, and the wavelength sweep width is ± 15 nm. At this time, from Equation (2), the wave number range in which SRS measurement is possible is from a minimum of 1017 cm ⁻¹ to a maximum of 1300 cm ⁻¹ . This indicates that SRS measurement in the fingerprint area is possible.

また、Ｎｄファイバレーザ１０１およびＹｂファイバレーザ１０５はそれぞれ、Ｎｄファイバ光増幅器１０２およびＹｂファイバ光増幅器１０８を用いて光増幅が可能である。このため、高非線形ファイバやフォトニック結晶ファイバを用いた波長変換等の変換効率の低い手法に比べて高出力化が可能である。これにより、ＳＲＳ検出感度を向上させることができる。   The Nd fiber laser 101 and the Yb fiber laser 105 can be optically amplified using the Nd fiber optical amplifier 102 and the Yb fiber optical amplifier 108, respectively. For this reason, it is possible to increase the output as compared with a method with low conversion efficiency such as wavelength conversion using a highly nonlinear fiber or a photonic crystal fiber. Thereby, SRS detection sensitivity can be improved.

本実施例では、Ｎｄファイバレーザ１０１の繰り返し周波数をＹｂファイバレーザ１０５の繰り返し周波数の２倍となるように構成したが、繰り返し周波数が同じファイバレーザを用いてもよい。この場合、強度、波長および偏光状態のいずれかを外部入力によって変調する方法を用いて、任意の繰り返し周波数で第１の光１２５または第２の光１２６を変調し、変調されていない光を変調周波数においてロックイン検出する。   In this embodiment, the repetition frequency of the Nd fiber laser 101 is set to be twice the repetition frequency of the Yb fiber laser 105, but a fiber laser having the same repetition frequency may be used. In this case, the first light 125 or the second light 126 is modulated at an arbitrary repetition frequency by using a method of modulating any one of the intensity, the wavelength, and the polarization state by an external input, and the unmodulated light is modulated. Lock-in detection at frequency.

また、本実施例では第２の光生成手段１５０において波長選択することによってラマンスペクトルを計測するが、非特許文献１に記載のスペクトラルフォーカシング法と呼ばれるラマンスペクトル計測手法を用いてもよい。   In this embodiment, the Raman spectrum is measured by selecting the wavelength in the second light generation means 150. However, a Raman spectrum measurement method called a spectral focusing method described in Non-Patent Document 1 may be used.

スペクトラルフォーカシング法では、ポンプ光とストークス光のチャープ率を一致させた状態で試料に照射し、試料照射時の両光パルスタイミングをパルス幅内で相対的に変化させることで、ＳＲＳを誘起するラマンシフトを変化させ、ラマンスペクトルを計測する。したがって、スペクトラルフォーカシング法を用いるためには、ポンプ光、ストークス光のチャープ率を一致させるチャープ率調整手段とポンプ光、ストークス光の試料上への到達時間差を可変とする可変時間差付加手段を設ける必要が生じる。ただし、可変波長選択フィルタはなくしてもよい。   In the spectral focusing method, the sample is irradiated with the chirp rate of the pump light and the Stokes light matched, and the Raman pulse that induces SRS is obtained by changing both optical pulse timings within the pulse width relatively during the sample irradiation. Change the shift and measure the Raman spectrum. Therefore, in order to use the spectral focusing method, it is necessary to provide a chirp rate adjusting means for matching the chirp rates of the pump light and Stokes light and a variable time difference adding means for making the arrival time difference of the pump light and Stokes light on the sample variable. Occurs. However, the variable wavelength selection filter may be omitted.

チャープ率調整手段には、ガラスブロックや回折格子対等を用いればよく、これを対物レンズ１１７までの光路中に適宜設置すればよい。
チャープ率Ｃはωを角周波数、ｔを時間として式（３）で定義される角周波数の変化率である。 As the chirp rate adjusting means, a glass block, a diffraction grating pair or the like may be used, and this may be appropriately installed in the optical path to the objective lens 117.
The chirp rate C is a change rate of the angular frequency defined by the equation (3) where ω is an angular frequency and t is a time.

スペクトラルフォーカシング法では、ポンプ光とストークス光のチャープ率の一致度が高いほど、ラマンスペクトル分解能が向上する。   In the spectral focusing method, the higher the coincidence between the chirp rates of the pump light and the Stokes light, the higher the Raman spectral resolution.

可変時間差付加手段は、コンピュータ１２４と連動して時間差を付加できるように構成しておくとよい。例えば図３の遅延光路付加手段１１４において駆動手段３０６を自動ステージとしてコンピュータ１２４から駆動量を制御する等である。可変時間差付加手段はビームスプリッタ１０３と合波ダイクロイックミラー１０９の間、またはビームスプリッタ１０６と合波ダイクロイックミラー１０９の間、のいずれかに１つ設置すればよい。   The variable time difference adding means may be configured to add a time difference in conjunction with the computer 124. For example, the drive amount is controlled from the computer 124 using the drive means 306 as an automatic stage in the delay optical path adding means 114 of FIG. One variable time difference adding means may be installed either between the beam splitter 103 and the combining dichroic mirror 109 or between the beam splitter 106 and the combining dichroic mirror 109.

次に、図４および図５を用いて本実施例のＮｄファイバレーザ１０１の構成例について説明する。本構成例では、Ｎｄファイバレーザ１０１の発振波長を適宜切り替えることによって観察可能なラマンスペクトル領域を拡大する例を示す。   Next, a configuration example of the Nd fiber laser 101 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In this configuration example, an example in which the observable Raman spectrum region is expanded by appropriately switching the oscillation wavelength of the Nd fiber laser 101 is shown.

４０１はレーザダイオードであり、４０２は波長多重カプラである。４０３はＮｄ添加ファイバ（以下、Ｎｄファイバという）である。４０４，４１７はファイバコリメータであり、４０５は波長選択フィルタである。４０６はフィルタ駆動ステージであり、４０７はコンピュータである。４０８，４１６はλ／４波長板、４０９はλ／２波長板であり、４１０，４１１は回折格子である。４１２，４１３はミラーであり、４１４はビームスプリッタである。４１５は光アイソレータであり、４１８はシングルモードファイバである。   401 is a laser diode, and 402 is a wavelength multiplexing coupler. Reference numeral 403 denotes an Nd-doped fiber (hereinafter referred to as Nd fiber). Reference numerals 404 and 417 denote fiber collimators, and reference numeral 405 denotes a wavelength selection filter. Reference numeral 406 denotes a filter driving stage, and reference numeral 407 denotes a computer. Reference numerals 408 and 416 denote λ / 4 wavelength plates, 409 denotes a λ / 2 wavelength plate, and 410 and 411 denote diffraction gratings. 412 and 413 are mirrors, and 414 is a beam splitter. Reference numeral 415 denotes an optical isolator, and reference numeral 418 denotes a single mode fiber.

図４に示した共振器構成は、非線形偏波回転を利用したモードロック手法を用いる構成である。非線形偏波回転とは、ファイバ中の光強度に応じて光の偏光状態が変化していく現象である。光強度の高い部分のみの透過率が高くなるように光路中の波長板角度を調整すれば、強度の大きい部分のみが残存し、増幅されることによって光パルスが生成される。   The resonator configuration shown in FIG. 4 is a configuration that uses a mode-locking method that utilizes nonlinear polarization rotation. Nonlinear polarization rotation is a phenomenon in which the polarization state of light changes according to the light intensity in the fiber. If the angle of the wave plate in the optical path is adjusted so that the transmittance of only the portion with high light intensity is increased, only the portion with high intensity remains and is amplified to generate an optical pulse.

レーザダイオード４０１は、波長多重カプラ４０２を介してＮｄファイバ４０３を励起する。レーザダイオード４０１の出力光は、９２０ｎｍ帯の励起に適した８０８ｎｍ付近が望ましい。励起されたＮｄファイバ４０３から放出される光は、ファイバコリメータ４０４で平行光に変換されて空間に出力される。   The laser diode 401 excites the Nd fiber 403 via the wavelength multiplexing coupler 402. The output light of the laser diode 401 is preferably around 808 nm suitable for excitation in the 920 nm band. The light emitted from the excited Nd fiber 403 is converted into parallel light by the fiber collimator 404 and output to the space.

空間に出力された光は波長選択フィルタ４０５に入射し、ここでＮｄファイバ４０３の利得域の一部の波長の光のみが透過し、その他の波長の光はカットされる。波長選択フィルタ４０５は、試料に照射する光の波長とは異なる波長での利得を抑制する抑制手段に相当する。波長選択フィルタ４０５は、誘電体多層膜で構成されており、入射角度を変更することで透過する光の波長を変更することができる。   The light output to the space is incident on the wavelength selection filter 405, where only light having a part of the wavelength in the gain region of the Nd fiber 403 is transmitted, and light having other wavelengths is cut. The wavelength selection filter 405 corresponds to a suppression unit that suppresses a gain at a wavelength different from the wavelength of light irradiated on the sample. The wavelength selection filter 405 is composed of a dielectric multilayer film, and can change the wavelength of light to be transmitted by changing the incident angle.

波長選択フィルタ４０５は並進機能と回転機能を有するフィルタ駆動ステージ４０６上に設置されており、並進によって光路への挿入と退避とが切り替えられ、回転によってレーザ光に対する角度が変更される。発振波長が数個の波長に切り替えられればよいので、複数の波長選択フィルタ４０５を用意し、選択的に光路に挿入してもよい。   The wavelength selection filter 405 is installed on a filter driving stage 406 having a translation function and a rotation function. The translation is switched between insertion and withdrawal into the optical path by translation, and the angle with respect to the laser beam is changed by rotation. Since the oscillation wavelength may be switched to several wavelengths, a plurality of wavelength selection filters 405 may be prepared and selectively inserted into the optical path.

コンピュータ４０７は、フィルタ駆動ステージ４０６を制御する。   The computer 407 controls the filter driving stage 406.

波長板４０８，４０９，４１６は、ビームスプリッタ４１４で反射する光のパワーが最大となるように角度を調整する。４１０，４１１は回折格子対であり、共振器内、特にファイバ部で生じる分散の補償を行う。   Wave plates 408, 409, and 416 adjust the angles so that the power of light reflected by beam splitter 414 is maximized. Reference numerals 410 and 411 denote diffraction grating pairs, which compensate for dispersion generated in the resonator, particularly in the fiber portion.

ミラー４１２は、入射光軸の少し下に配置されたミラー４１３の反射面内に光が入射するように光軸を傾ける。ビームスプリッタ４１４は、入射した光の一部をレーザ出力として共振器の外部へ出射させる。光アイソレータ４１５は、光の伝搬方向を一方向のみに限定する。ファイバコリメータ４１７は、空間伝搬光をファイバにカップリングする。   The mirror 412 tilts the optical axis so that light enters the reflecting surface of the mirror 413 disposed slightly below the incident optical axis. The beam splitter 414 emits part of the incident light as a laser output to the outside of the resonator. The optical isolator 415 limits the light propagation direction to only one direction. The fiber collimator 417 couples the spatially propagated light to the fiber.

シングルモードファイバ４１８は、励起されたＮｄファイバ４０３に再び光を導く。共振器を伝搬する光は周回を重ねることで、光強度の大きい部分のみが増幅された結果、パルス化される。共振器内の損失が大きく、セルフスタート発振が困難である場合は、位相変調器等の外部変調素子を挿入して繰り返し周波数と同じ周波数の交流信号を入力するとよい。   The single mode fiber 418 guides light again to the pumped Nd fiber 403. The light propagating through the resonator is cycled so that only the portion with high light intensity is amplified and is pulsed. If the loss in the resonator is large and self-start oscillation is difficult, an external modulation element such as a phase modulator may be inserted to input an AC signal having the same frequency as the repetition frequency.

本実施例において、波長選択フィルタ４０５として９２０ｎｍおよび９４５ｎｍの光をそれぞれ透過する別々のフィルタを切り替えて用いてもよい。これにより、波長９２０ｎｍと波長９４５ｎｍのそれぞれでＮｄファイバレーザ１０１の発振波長を切り替える（変更する）ことができる。これにより、Ｎｄファイバレーザ１０１の発振波長を変更する発振波長変更手段が構成される。   In the present embodiment, separate filters that transmit light of 920 nm and 945 nm may be switched and used as the wavelength selection filter 405. Thereby, the oscillation wavelength of the Nd fiber laser 101 can be switched (changed) at each of the wavelength 920 nm and the wavelength 945 nm. Thus, an oscillation wavelength changing unit that changes the oscillation wavelength of the Nd fiber laser 101 is configured.

ポンプ光であるＮｄファイバレーザ光の波長を９２０ｎｍまたは９４５ｎｍとし、ストークス光であるＹｂファイバレーザ光の波長を１０３０ｎｍとし、波長掃引幅を±１５ｎｍとする。このとき、上述した式（２）より、観察可能なラマンスペクトルは、１０１７〜１３００ｃｍ^−１まで又は７３０〜１０１３ｃｍ^−１までとなる。したがって、指紋領域のほぼ全域でのラマンスペクトルの取得が可能となる。この結果、ＳＲＳ顕微鏡の物質同定能が向上する。 The wavelength of the Nd fiber laser light that is pump light is 920 nm or 945 nm, the wavelength of the Yb fiber laser light that is Stokes light is 1030 nm, and the wavelength sweep width is ± 15 nm. In this case, the equation (2) above, the Raman spectrum can be observed, the up to 1017～1300Cm ^-1 or 730~1013cm ^-1. Therefore, it is possible to obtain a Raman spectrum over almost the entire fingerprint area. As a result, the substance identification ability of the SRS microscope is improved.

発振波長の変更は、波長選択フィルタ４０５を回転させることで、９２０ｎｍ帯域内で連続的に行うことができる。また、波長選択フィルタ４０５をさらに追加することにより、３波長以上の切り替えも可能である。   The oscillation wavelength can be changed continuously within the 920 nm band by rotating the wavelength selection filter 405. Further, by further adding a wavelength selection filter 405, it is possible to switch three or more wavelengths.

また、発振波長の切り替えを、図５に示すようなファイバ光路で行ってもよい。５０１〜５０４および５０５〜５１５の符号を付した構成要素はそれぞれ、図４の４０１〜４０４および４０８〜４１８の符号を付した構成要素と同じであるため、それらの説明は省略する。   Further, the oscillation wavelength may be switched by a fiber optical path as shown in FIG. The constituent elements denoted by reference numerals 501 to 504 and 505 to 515 are the same as the constituent elements denoted by reference numerals 401 to 404 and 408 to 418 in FIG.

５１６はファイバ接続型波長可変フィルタモジュールであり、５１７は波長切替え制御用コンピュータである。ファイバ接続型波長可変フィルタモジュール５１６はファイバコネクタ、ファイバコリメータおよび波長選択フィルタにより構成されるデバイスである。このデバイスは、例えば、ファイバコネクタが両端にあり、入射側ファイバコリメータから波長選択フィルタに光を出射し、透過光が出射側ファイバコリメータに入射し、再びファイバ伝搬させる。   Reference numeral 516 denotes a fiber connection type tunable filter module, and 517 denotes a wavelength switching control computer. The fiber connection type tunable filter module 516 is a device including a fiber connector, a fiber collimator, and a wavelength selection filter. This device has, for example, fiber connectors at both ends, and emits light from the incident side fiber collimator to the wavelength selection filter, and transmitted light enters the emission side fiber collimator and propagates the fiber again.

ファイバ接続型波長可変フィルタモジュール５１６には、回転角度の調整が可能なマイクロメータが付属しており、ファイバ接続型波長可変フィルタモジュール５１６内の波長選択フィルタ角度を変えることで透過波長を選択することができる。ファイバ接続型波長可変フィルタモジュール５１６の波長選択フィルタの角度と透過波長との関係が既知であれば、所望の発振波長に応じて角度を手動もしくはコンピュータ５１７からの制御信号によって切り替えればよい。このようにして、発振波長変更手段が構成される。   The fiber connection type tunable filter module 516 includes a micrometer capable of adjusting the rotation angle, and the transmission wavelength can be selected by changing the wavelength selection filter angle in the fiber connection type tunable filter module 516. Can do. If the relationship between the angle of the wavelength selection filter of the fiber connection type tunable filter module 516 and the transmission wavelength is known, the angle may be switched manually or by a control signal from the computer 517 according to the desired oscillation wavelength. In this way, the oscillation wavelength changing means is configured.

また、発振波長変更手段としては図５に示した例に限らず、共振器内での透過波長を任意に切替え可能なフィルタであれば、どのような素子やデバイスを用いてもよい。   Further, the oscillation wavelength changing means is not limited to the example shown in FIG. 5, and any element or device may be used as long as it can switch the transmission wavelength in the resonator arbitrarily.

本実施例によれば、小型でメンテナンスの必要性が低く、かつ波長変換による光パワーの損失がないファイバレーザを用いるため、コンパクトな構成で安定的に高速かつ高感度な計測を行えるＳＲＳ顕微鏡を実現することができる。   According to the present embodiment, since the fiber laser that is small in size and does not require maintenance and does not lose optical power due to wavelength conversion is used, an SRS microscope that can stably perform high-speed and high-sensitivity measurement with a compact configuration. Can be realized.

また、入手が容易であるＮｄファイバレーザおよびＹｂファイバレーザを用いているため、容易にＳＲＳ計測装置および顕微鏡を製造することができる。   In addition, since an Nd fiber laser and a Yb fiber laser, which are easily available, are used, an SRS measuring device and a microscope can be easily manufactured.

また、Ｎｄファイバレーザの発振波長を切り替えることで、指紋領域のほぼ全域でのＳＲＳ検出が可能なＳＲＳ顕微鏡を実現することができる。   Further, by switching the oscillation wavelength of the Nd fiber laser, it is possible to realize an SRS microscope capable of detecting SRS in almost the entire fingerprint region.

次に、図６を用いて、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、発振波長帯が異なるＮｄファイバレーザを多段化することによって、さらなるラマンスペクトル取得領域の拡大がなされたＳＲＳ顕微鏡を提供する。光学系や計測系の構成は実施例１とほぼ同じであるが、発振波長帯域が異なる別のＮｄファイバレーザがもう１つ含まれている点が実施例１と異なる。   Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, an SRS microscope in which the Raman spectrum acquisition region is further expanded by providing a multistage Nd fiber laser having different oscillation wavelength bands is provided. The configuration of the optical system and the measurement system is almost the same as that of the first embodiment, but is different from the first embodiment in that another Nd fiber laser having a different oscillation wavelength band is included.

図６に本実施例のＳＲＳ顕微鏡の構成を示す。６００は第１の光生成手段であり、６０１は第１の光生成手段６００の種光源である第１のＮｄファイバレーザである。６０２は第１のＮｄファイバ光増幅器である。６０３，６０７，６１０はビームスプリッタであり、６０４，６１４，６１５，６１６，６２３はミラーである。６０８，６１３，６１７，６２９はダイクロイックミラーである。   FIG. 6 shows the configuration of the SRS microscope of this example. Reference numeral 600 denotes a first light generation unit, and reference numeral 601 denotes a first Nd fiber laser which is a seed light source of the first light generation unit 600. Reference numeral 602 denotes a first Nd fiber optical amplifier. Reference numerals 603, 607, and 610 denote beam splitters, and reference numerals 604, 614, 615, 616, and 623 denote mirrors. Reference numerals 608, 613, 617, and 629 denote dichroic mirrors.

６０５は第１の光生成手段６００の別の種光源である第２のＮｄファイバレーザであり、第１のＮｄファイバレーザ６０１とは異なる波長帯で発振する。６０６は第１のＮｄファイバレーザ６０５からの光を増幅する第２のＮｄファイバ光増幅器である。６２５は試料であり、６３４，６３５はそれぞれ、試料６２５に照射される第１の光および第２の光を示す。   Reference numeral 605 denotes a second Nd fiber laser which is another seed light source of the first light generation means 600, and oscillates in a wavelength band different from that of the first Nd fiber laser 601. Reference numeral 606 denotes a second Nd fiber optical amplifier that amplifies the light from the first Nd fiber laser 605. Reference numeral 625 denotes a sample, and reference numerals 634 and 635 denote first light and second light irradiated on the sample 625, respectively.

６５０は第２の光生成手段であり、６０９は第２の光生成手段６５０の種光源であるＹｂファイバレーザである。６１１は可変波長選択フィルタであり、６１２はＹｂファイバ光増幅器である。６１８はパルスタイミング検出手段であり、６１９はパルス同期制御回路である。６２０，６２１は遅延光路付加手段である。６２２は光偏向素子であり、６２４，６２７はそれぞれ第１の対物レンズおよび第２の対物レンズである。６２６は試料駆動ステージである。６２８は非検出光カットフィルタであり、６３０，６３１は光検出器である。６３２はロックインアンプ（ロックイン検波回路）であり、６３３はコンピュータである。   Reference numeral 650 denotes a second light generation unit, and reference numeral 609 denotes a Yb fiber laser which is a seed light source of the second light generation unit 650. Reference numeral 611 denotes a variable wavelength selection filter, and 612 denotes a Yb fiber optical amplifier. 618 is a pulse timing detection means, and 619 is a pulse synchronization control circuit. Reference numerals 620 and 621 denote delay optical path adding means. Reference numeral 622 denotes an optical deflection element, and 624 and 627 denote a first objective lens and a second objective lens, respectively. Reference numeral 626 denotes a sample driving stage. 628 is a non-detection light cut filter, and 630 and 631 are photodetectors. Reference numeral 632 denotes a lock-in amplifier (lock-in detection circuit), and reference numeral 633 denotes a computer.

なお、各構成部品を結ぶ太い直線および矢印付き直線はそれぞれ、光路および電気配線を表す。光路は可能な限り、ファイバ系で構成するのがよい。   A thick straight line connecting each component and a straight line with an arrow represent an optical path and an electrical wiring, respectively. The optical path is preferably composed of a fiber system as much as possible.

図６中の６０１〜６０４の符号を付した構成要素はそれぞれ、図１中の１０１〜１０４の符号を付した構成要素と同じである。第２のＮｄファイバレーザ６０５は、Ｎｄファイバの１０６０ｎｍ帯での利得を利用したものであり、波長約１０６０〜１１２０ｎｍの間で発振する。   The constituent elements denoted by reference numerals 601 to 604 in FIG. 6 are the same as the constituent elements denoted by reference numerals 101 to 104 in FIG. The second Nd fiber laser 605 uses the gain of the Nd fiber in the 1060 nm band, and oscillates between wavelengths of about 1060 to 1120 nm.

ダイクロイックミラー６０８，６１３は、第２のＮｄファイバレーザ６０５からの光をＹｂファイバレーザ６０９からの光へ合波する。パルスタイミング検出と試料照射に用いるＮｄファイバレーザ光の切替えはＮｄファイバ光増幅器６０２，６０６の電源のオンオフによって行うが、第１および第２のＮｄファイバレーザ６０１，６０５の電源のオンオフによって行うこともできる。また、ダイクロイックミラー６０８，６１７に切替え機構を備えることによって行ってもよい。   The dichroic mirrors 608 and 613 multiplex the light from the second Nd fiber laser 605 with the light from the Yb fiber laser 609. Switching of the Nd fiber laser light used for pulse timing detection and sample irradiation is performed by turning on and off the power supplies of the Nd fiber optical amplifiers 602 and 606, but may also be performed by turning on and off the power supplies of the first and second Nd fiber lasers 601 and 605. it can. Alternatively, the dichroic mirrors 608 and 617 may be provided with a switching mechanism.

図６中の６０９〜６１３の符号を付した構成要素はそれぞれ、図１中の１０５〜１０９の符号を付した構成要素と同じである。ビームスプリッタ６０３，６０７は、図１のビームスプリッタ１０３，１０６と同様に、第１および第２のＮｄファイバレーザ６０１，６０５とＹｂファイバレーザ６０９からパルスタイミング検出用に必要な光を分岐させる。分岐された光は、パルスタイミング検出手段６１８に入射する。   Components denoted by reference numerals 609 to 613 in FIG. 6 are the same as those denoted by numerals 105 to 109 in FIG. The beam splitters 603 and 607 branch the light necessary for pulse timing detection from the first and second Nd fiber lasers 601 and 605 and the Yb fiber laser 609 in the same manner as the beam splitters 103 and 106 in FIG. The branched light is incident on the pulse timing detection means 618.

パルスタイミング検出手段６１８は、試料６２５に照射される光に応じて、第１のＮｄファイバレーザ６０１とＹｂファイバレーザ６０９との間または第２のＮｄファイバレーザ６０５とＹｂファイバレーザ６０９との間のパルスタイミングのずれを検出する。   The pulse timing detection means 618 is provided between the first Nd fiber laser 601 and the Yb fiber laser 609 or between the second Nd fiber laser 605 and the Yb fiber laser 609 according to the light irradiated on the sample 625. Detects pulse timing deviation.

そして、パルスタイミング検出手段６１８から出力される上記パルスタイミングのずれに相当する電気信号が、パルス同期制御回路６１９に送出される。パルス同期制御回路６１９は、入力された信号に応じて、Ｙｂファイバレーザ６０９の共振器長を制御し、同期制御を行う。   Then, an electric signal corresponding to the pulse timing deviation output from the pulse timing detection means 618 is sent to the pulse synchronization control circuit 619. The pulse synchronization control circuit 619 controls the resonator length of the Yb fiber laser 609 according to the input signal, and performs synchronization control.

遅延光路付加手段６２０，６２１は、図１の遅延光路付加手段１１４と同様に、パルスタイミング検出手段６１８と試料６２５上での第１の光６３４と第２の光６３５の光路長差を一致させる。   The delay optical path adding means 620 and 621 make the optical path length difference between the first light 634 and the second light 635 on the pulse timing detection means 618 and the sample 625 the same as the delay optical path adding means 114 in FIG. .

図６中の６２２〜６２８の符号を付した構成要素はそれぞれ、図１中の１１５〜１２１の符号を付した構成要素と同じである。分波ダイクロイックミラー６２９は、同軸で入射する第１および第２のＮｄファイバレーザ６０１，６０５からの光を、波長に応じて一方を透過し、他方を反射する。透過または反射した光はそれらの波長に対応する光検出器６３０，６３１によって受光される。そして、光検出器６３０，６３１からの信号からロックインアンプ６３２によりＳＲＳ信号がロックイン検出され、コンピュータ６３３でデータ収録、信号処理、画像生成、分析および画像表示が行われる。   The constituent elements denoted by reference numerals 622 to 628 in FIG. 6 are the same as the constituent elements denoted by reference numerals 115 to 121 in FIG. The demultiplexing dichroic mirror 629 transmits one of the coaxially incident first and second Nd fiber lasers 601 and 605 according to the wavelength and reflects the other. The transmitted or reflected light is received by the photodetectors 630 and 631 corresponding to those wavelengths. Then, the lock-in amplifier 632 detects the lock-in of the SRS signal from the signals from the photodetectors 630 and 631, and the computer 633 performs data recording, signal processing, image generation, analysis, and image display.

本実施例では、発振波長帯域が互いに異なるＮｄファイバレーザを２つ用い、さらに各Ｎｄファイバレーザにおいても発振波長を切り替える。具体的には、第１のＮｄファイバレーザ６０１の発振波長を９２０ｎｍと９４５ｎｍとに切り替え、第２のＮｄファイバレーザ６０５の発振波長を１０９０ｎｍと１１２０ｎｍとに切り替える。   In this embodiment, two Nd fiber lasers having different oscillation wavelength bands are used, and the oscillation wavelength is also switched in each Nd fiber laser. Specifically, the oscillation wavelength of the first Nd fiber laser 601 is switched between 920 nm and 945 nm, and the oscillation wavelength of the second Nd fiber laser 605 is switched between 1090 nm and 1120 nm.

本実施例では第１の光６３４の波長により、第１の光６３４がポンプ光、ストークス光のいずれにもなる。具体的には、第２の光６３５の波長を１０３０ｎｍとすると、第１の光生成手段６００において第１のＮｄファイバ光増幅器６０２をオン、第２のＮｄファイバ光増幅器６０６オフにすると、第１の光６３４の波長は９２０ｎｍまたは９４５ｎｍとなる。これにより、第１の光６３４がポンプ光となり、第２の光６３５がストークス光となる。逆に、第１の光生成手段６００において第１のＮｄファイバ光増幅器６０２をオフ、第２のＮｄファイバ光増幅器６０６をオンにすると、第１の光６３４の波長は１０９０ｎｍまたは１１２０ｎｍとなる。これにより、第１の光６３４がストークス光となり、第２の光６３５がポンプ光となる。   In the present embodiment, the first light 634 becomes either pump light or Stokes light depending on the wavelength of the first light 634. Specifically, when the wavelength of the second light 635 is 1030 nm, the first Nd fiber optical amplifier 602 is turned on and the second Nd fiber optical amplifier 606 is turned off in the first light generation means 600. The wavelength of the light 634 is 920 nm or 945 nm. Thus, the first light 634 becomes pump light, and the second light 635 becomes Stokes light. On the other hand, when the first Nd fiber optical amplifier 602 is turned off and the second Nd fiber optical amplifier 606 is turned on in the first light generation means 600, the wavelength of the first light 634 becomes 1090 nm or 1120 nm. As a result, the first light 634 becomes Stokes light, and the second light 635 becomes pump light.

このとき、第２のＮｄファイバレーザの導入によって拡大されるラマンスペクトル領域は、以下のようになる。波長λ_１をＹｂファイバレーザ光の波長１０３０ｎｍとし、波長掃引幅を±１５ｎｍとし、波長λ_２を１０９０ｎｍまたは１１２０ｎｍとすると、式（２）より、３９５〜６７８ｃｍ^−１まで又は６４１〜９２３ｃｍ^−１までとなる。したがって、実施例１よりも指紋領域の低波数域での計測が可能となる。 At this time, the Raman spectrum region expanded by the introduction of the second Nd fiber laser is as follows. Assuming that the wavelength λ ₁ is 1030 nm of the Yb fiber laser light, the wavelength sweep width is ± 15 nm, and the wavelength λ ₂ is 1090 nm or 1120 nm, from equation (2) to 395 to 678 cm ⁻¹ or 641 to 923 cm ^−1. It becomes. Therefore, it is possible to measure the fingerprint region in a lower wavenumber region than in the first embodiment.

このように、Ｎｄファイバレーザを多段化することによって、指紋領域のより低波数域でのＳＲＳ検出が可能となる。低波数域でのＳＲＳ検出が可能となることで、指紋領域全域でのラマンスペクトル取得が可能となり、ＳＲＳ顕微鏡の物質同定能がさらに向上する。   As described above, the SRS detection in the lower wave number region of the fingerprint region can be performed by making the Nd fiber laser multistage. By enabling SRS detection in the low wavenumber region, it becomes possible to acquire a Raman spectrum in the entire fingerprint region, and the substance identification ability of the SRS microscope is further improved.

本実施例では第２の光生成手段６５０において波長選択を行うが、同様な波長選択を第１の光生成手段６００において行うように系を構成してもよい。   In this embodiment, the second light generation means 650 performs wavelength selection, but the system may be configured so that similar wavelength selection is performed by the first light generation means 600.

本実施例によれば、異なる波長帯域で発振するＮｄファイバレーザを用いて光源を多段化し、これを切り替えて使用することで、指紋領域の全域でのＳＲＳ検出が可能なＳＲＳ顕微鏡を実現することができる。   According to the present embodiment, an SRS microscope capable of detecting SRS in the entire fingerprint region is realized by using multiple Nd fiber lasers that oscillate in different wavelength bands and switching the light source. Can do.

次に、図７を用いて本発明の実施例３について説明する。本実施例では、第１のファイバレーザとして、Ｎｄファイバレーザとは発振波長帯が異なるＥｒファイバレーザを追加することによって、さらなるラマンスペクトル取得領域の拡大を可能とする。   Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the addition of an Er fiber laser having a different oscillation wavelength band from that of the Nd fiber laser as the first fiber laser enables further expansion of the Raman spectrum acquisition region.

図７に、本実施例のＳＲＳ顕微鏡の構成を示す。光学系や計測系は実施例２とほぼ同じであるが、第２のＮｄファイバレーザの代わりにＥｒファイバレーザと第２高調波発生素子とが含まれている点が異なる。   In FIG. 7, the structure of the SRS microscope of a present Example is shown. The optical system and the measurement system are substantially the same as those in the second embodiment, except that an Er fiber laser and a second harmonic generation element are included instead of the second Nd fiber laser.

７０１〜７０４および７０８〜７３６の符号を付した構成要素は、図５中の６０１〜６０４および６０７〜６３５の符号を付した構成要素と同じである。   Components denoted by reference numerals 701 to 704 and 708 to 736 are the same as constituent elements denoted by reference numerals 601 to 604 and 607 to 635 in FIG.

７００は第１の光生成手段であり、７０５はＮｄファイバレーザ７０１とは別の種光源であるパルス発振Ｅｒ添加ファイバレーザ（以下、単にＥｒファイバレーザという）である。７０６はＥｒファイバレーザからの光の波長帯域において光増幅可能なＥｒ添加ファイバ光増幅器（以下、単にＥｒファイバ光増幅器という）である。７０７は第２高調波発生素子である。   Reference numeral 700 denotes a first light generation means, and reference numeral 705 denotes a pulsed Er-doped fiber laser (hereinafter simply referred to as an Er fiber laser) which is a seed light source different from the Nd fiber laser 701. Reference numeral 706 denotes an Er-doped fiber optical amplifier (hereinafter simply referred to as an Er fiber optical amplifier) capable of optical amplification in the wavelength band of light from an Er fiber laser. Reference numeral 707 denotes a second harmonic generation element.

７５０は第２の光生成手段であり、Ｅｒファイバレーザ７０５は、波長１５８０ｎｍの光（Ｅｒファイバレーザ光）を発振する。Ｅｒファイバ光増幅器７０６は、Ｅｒファイバレーザ７０５の発振帯域において光増幅を行う。   Reference numeral 750 denotes second light generation means, and the Er fiber laser 705 oscillates light having a wavelength of 1580 nm (Er fiber laser light). The Er fiber optical amplifier 706 performs optical amplification in the oscillation band of the Er fiber laser 705.

第２高調波発生素子７０７は、入射したＥｒファイバレーザ光の第２高調波を出射する。Ｅｒファイバレーザ７０５の波長が１５８０ｎｍであるので、第２高調波発生素子７０７の出射光波長は７９０ｎｍとなる。第２高調波発生素子７０７には、周期分極反転ＬｉＮｂＯ_３結晶（Periodically Poled Lithium Niobate：ＰＰＬＮ）を用いることができる。入射光および目標とする出射光の特性に応じて適切に設計されたＰＰＬＮを用いた第２高調波発生素子は、ソリトン自己周波数シフトよりも高効率に波長変換が可能である。その結果、十分な強度のポンプ光を試料７２６に照射することができ、高速で高感度な計測が可能となる。 The second harmonic generation element 707 emits the second harmonic of the incident Er fiber laser light. Since the wavelength of the Er fiber laser 705 is 1580 nm, the emission light wavelength of the second harmonic generation element 707 is 790 nm. As the second harmonic generation element 707, a periodically poled LiNbO ₃ crystal (Periodically Poled Lithium Niobate: PPLN) can be used. The second harmonic generation element using PPLN appropriately designed according to the characteristics of the incident light and the target outgoing light can perform wavelength conversion with higher efficiency than the soliton self-frequency shift. As a result, it is possible to irradiate the sample 726 with pump light having sufficient intensity, and high-speed and highly sensitive measurement is possible.

このようにして得られたＥｒファイバレーザ７０５の第２高調波は、ＳＲＳ検出のためのポンプ光として用いられる。第２高調波発生素子７０７以降の構成やＳＲＳ検出方法は実施例２と同じであるため、説明は省略する。   The second harmonic of the Er fiber laser 705 thus obtained is used as pump light for SRS detection. Since the second harmonic generation element 707 and subsequent configurations and the SRS detection method are the same as those in the second embodiment, description thereof is omitted.

図７に示した光検出器７３１，７３２は、Ｎｄファイバレーザ光の検出用とＥｒファイバレーザ７０５の第２高調波の検出用とに分けて設けられている。ただし、Ｎｄファイバレーザ７０１の波長が９００ｎｍ帯であれば、Ｓｉフォトダイオードを用いればＮｄファイバレーザ光とＥｒファイバレーザ７０５の第２高調波の両方に検出感度を持つため、光検出器を１つにすることができる。   The photodetectors 731 and 732 shown in FIG. 7 are provided separately for detecting Nd fiber laser light and for detecting the second harmonic of the Er fiber laser 705. However, if the wavelength of the Nd fiber laser 701 is in the 900 nm band, if a Si photodiode is used, both the Nd fiber laser light and the second harmonic of the Er fiber laser 705 have detection sensitivity. Can be.

本実施例において、第１の光７３５の波長は７９０ｎｍ、９２０ｎｍまたは９４５ｎｍであり、第２の光７３６の波長は１０３０ｎｍである。このため、第１の光７３５の波長の変更にかかわらず、第１の光７３５がポンプ光となり、第２の光７３６がストークス光となる。   In this embodiment, the wavelength of the first light 735 is 790 nm, 920 nm, or 945 nm, and the wavelength of the second light 736 is 1030 nm. For this reason, regardless of the change in the wavelength of the first light 735, the first light 735 becomes pump light and the second light 736 becomes Stokes light.

したがって、Ｅｒファイバレーザの導入によって拡大されるラマンスペクトル領域は以下のようになる。ポンプ光であるＥｒファイバレーザ光の第２高調波の波長を７９０ｎｍとし、ストークス光であるＹｂファイバレーザ光の波長を１０３０ｎｍ、波長掃引幅を±１５ｎｍとすると、式（２）より、２８０６〜３０８９ｃｍ^−１までとなる。この領域はＣＨの伸縮振動が観察可能であることから、ＣＨ基が豊富に含まれる脂質や繊維質等の観察が可能であり、生体観察において重要な領域である。Ｎｄファイバレーザでの観察を組み合わせることで、物質同定能の高い指紋領域と生体からの信号が大きいＣＨ伸縮帯での観察が可能となる。 Therefore, the Raman spectrum region expanded by the introduction of the Er fiber laser is as follows. When the wavelength of the second harmonic of the Er fiber laser light that is pump light is 790 nm, the wavelength of the Yb fiber laser light that is Stokes light is 1030 nm, and the wavelength sweep width is ± 15 nm, from Expression (2), 2806 to 3089 cm Up to ^-1 . Since this region can observe the stretching vibration of CH, it is possible to observe lipids and fibers containing abundant CH groups, and is an important region in living body observation. By combining observation with an Nd fiber laser, it is possible to observe in a fingerprint region with high substance identification ability and a CH stretch band with a large signal from a living body.

本実施例によれば、第１の光生成手段の種光源としてＥｒファイバレーザを用いることで、指紋領域に加えて生体観察にも適したＣＨ伸縮帯でのＳＲＳ検出が可能なＳＲＳ顕微鏡を実現することができる。   According to the present embodiment, by using an Er fiber laser as a seed light source of the first light generation means, an SRS microscope capable of SRS detection in a CH stretch band suitable for living body observation in addition to a fingerprint region is realized. can do.

次に、図８を用いて本発明の実施例４について説明する。本実施例では、第１および第２の光を生成する光生成手段として、単一のスーパーコンティニウム（Super Continuum；ＳＣ）光発生手段と２つの光増幅器を用いることによって、パルス同期手段を不要とし、さらなるコンパクト化を可能とする。   Next, Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a single super continuum (SC) light generation means and two optical amplifiers are used as the light generation means for generating the first and second lights, thereby eliminating the need for pulse synchronization means. And further downsizing is possible.

図８には、本実施例のＳＲＳ顕微鏡の構成を示す。光照射部や計測系は実施例３とほぼ同じであるが、少なくとも２つの光増幅器により、ＳＣ光の一部の波長帯域を、それぞれの光増幅器の利得域において増幅し、第１の光と第２の光を生成する点が異なる。   In FIG. 8, the structure of the SRS microscope of a present Example is shown. The light irradiation unit and the measurement system are substantially the same as those in the third embodiment, but a part of the wavelength band of the SC light is amplified in the gain region of each optical amplifier by at least two optical amplifiers, and the first light and The difference is that the second light is generated.

８１２，８１３および８１４〜８２５の符号を付した構成要素は、それぞれ図１中の１０９，１１４および１１５〜１２６の符号を付した構成要素と同じである。   The constituent elements denoted by reference numerals 812, 813 and 814 to 825 are the same as the constituent elements denoted by reference numerals 109, 114 and 115 to 126 in FIG.

８００は第１の光生成手段であり、８５０は第２の光生成手段である。８０１は第１の光生成手段８００と第２の光生成手段８５０の共通の種光源であるＥｒファイバレーザである。８０２はＥｒファイバ光増幅器であり、８０３は光パルス圧縮手段である。８０４はＳＣ光生成手段であり、８０５は光分岐手段である。８０６および８０９は可変波長選択フィルタであり、８０７はＮｄファイバ光増幅器である。８０８はミラーであり、８１０はＹｂファイバ光増幅器である。８１１は強度変調器である。   Reference numeral 800 denotes a first light generation means, and reference numeral 850 denotes a second light generation means. Reference numeral 801 denotes an Er fiber laser which is a seed light source common to the first light generation means 800 and the second light generation means 850. Reference numeral 802 denotes an Er fiber optical amplifier, and reference numeral 803 denotes an optical pulse compression means. Reference numeral 804 denotes SC light generation means, and 805 denotes light branching means. Reference numerals 806 and 809 denote variable wavelength selection filters, and 807 denotes an Nd fiber optical amplifier. Reference numeral 808 denotes a mirror, and reference numeral 810 denotes a Yb fiber optical amplifier. Reference numeral 811 denotes an intensity modulator.

なお、各構成部品を結ぶ太い直線および矢印付き直線はそれぞれ、光路および電気配線を表す。光路は可能な限り、ファイバ系で構成するのがよい。   A thick straight line connecting each component and a straight line with an arrow represent an optical path and an electrical wiring, respectively. The optical path is preferably composed of a fiber system as much as possible.

Ｅｒファイバレーザ８０１は、波長１５６０ｎｍ付近の光（Ｅｒファイバレーザ光）を発振する。後段のＳＣ光生成の効率化のため、フェムト秒発振するように構成するとよい。Ｅｒファイバ光増幅器８０２は、Ｅｒファイバレーザ８０１の発振帯域において光増幅を行う。   The Er fiber laser 801 oscillates light having a wavelength of about 1560 nm (Er fiber laser light). In order to improve the efficiency of SC light generation in the subsequent stage, it is preferable to configure so that femtosecond oscillation occurs. The Er fiber optical amplifier 802 performs optical amplification in the oscillation band of the Er fiber laser 801.

光パルス圧縮手段８０３は、パルス幅を短縮する。パルス幅を短縮し、光パルスのピークパワーを上げることでＳＣ光生成効率が向上する。光パルス圧縮手段には、分散補償ファイバ、ファイバブラッググレーティングおよび回折格子対等を用いればよい。ただし、Ｅｒファイバレーザ８０１のパルス幅が狭く、ピークパワーが十分大きければ、光パルス圧縮手段８０３はなくしてもよい。   The optical pulse compression means 803 shortens the pulse width. The SC light generation efficiency is improved by shortening the pulse width and increasing the peak power of the optical pulse. For the optical pulse compression means, a dispersion compensating fiber, a fiber Bragg grating, a diffraction grating pair, or the like may be used. However, if the pulse width of the Er fiber laser 801 is narrow and the peak power is sufficiently large, the optical pulse compression means 803 may be omitted.

ＳＣ光生成手段８０４は、入射光を広帯域化する。ＳＣ光生成手段には、フォトニック結晶ファイバや高非線形ファイバを用いればよい。変換効率向上のためには、ゼロ分散波長を入射光の中心波長付近へシフトしたフォトニック結晶ファイバを用いるとよい。   The SC light generation means 804 broadens the incident light. As the SC light generation means, a photonic crystal fiber or a highly nonlinear fiber may be used. In order to improve the conversion efficiency, it is preferable to use a photonic crystal fiber in which the zero dispersion wavelength is shifted to the vicinity of the center wavelength of the incident light.

光分岐手段８０５は、光を分岐する。光分岐手段８０５には、ファイバカプラやビームスプリッタを用いればよい。   The light branching means 805 branches light. A fiber coupler or a beam splitter may be used for the light branching means 805.

可変波長選択フィルタ８０６，８０９はそれぞれ、ＳＣ光からそれぞれ波長を選択する。可変波長選択フィルタ８０６は、Ｎｄファイバの利得帯域内で波長を可変選択し、可変波長選択フィルタ８０９は、Ｙｂファイバの利得帯域内で波長を可変選択する。波長幅は前述したように０．１〜１ｎｍ程度とするとよい。   Each of the variable wavelength selection filters 806 and 809 selects a wavelength from the SC light. The variable wavelength selection filter 806 variably selects a wavelength within the gain band of the Nd fiber, and the variable wavelength selection filter 809 variably selects a wavelength within the gain band of the Yb fiber. The wavelength width is preferably about 0.1 to 1 nm as described above.

Ｎｄファイバ光増幅器８０７およびＹｂファイバ光増幅器８１０はそれぞれ、可変波長選択フィルタ８０６，８０９を透過することで低下したパワーを増幅する。広帯域なＳＣ光のスペクトル全体に渡って増幅可能な手段は存在しないが、ファイバ増幅器の利得域に限れば十分に光増幅が可能であるため、ＳＣ光生成に伴う光の損失はファイバ増幅器の利得域において補償可能である。   The Nd fiber optical amplifier 807 and the Yb fiber optical amplifier 810 amplify the reduced power by passing through the variable wavelength selection filters 806 and 809, respectively. Although there is no means capable of amplifying the entire spectrum of the broadband SC light, it is possible to sufficiently amplify the light within the gain range of the fiber amplifier. Can be compensated in the region.

強度変調器８１１は、ＳＲＳ信号を検出するために第２の光８２５を強度変調する。該強度変調周波数においてＳＲＳ信号をロックイン検出する。強度変調器８１１には、繰り返し周波数を半分とするパルスピッカーを用いてもよいし、第１の光８２４を生成する光路中へ繰り返し周波数を倍加するディレイラインを挿入してもよい。この場合、低い方の繰り返し周波数と同じ周波数においてＳＲＳ信号をロックイン検出する。また、スペクトラルフォーカシング法を用いる場合は、第１の光８２４と第２の光８２５のどちらかの光路中または両光路中にチャープ率調整手段と可変時間差付加手段を挿入する。この場合、可変波長選択フィルタ８０６，８０９をなくしてもよい。   The intensity modulator 811 modulates the intensity of the second light 825 to detect the SRS signal. The SRS signal is locked in at the intensity modulation frequency. A pulse picker that halves the repetition frequency may be used for the intensity modulator 811, or a delay line that doubles the repetition frequency may be inserted into the optical path that generates the first light 824. In this case, lock-in detection of the SRS signal is performed at the same frequency as the lower repetition frequency. When the spectral focusing method is used, a chirp rate adjusting unit and a variable time difference adding unit are inserted in one or both of the first light 824 and the second light 825. In this case, the variable wavelength selection filters 806 and 809 may be omitted.

本実施例では、共通の種光源（Ｅｒファイバレーザ８０１）から第１の光８２４と第２の光８２５を生成するため、パルス同期機構が不要となり、ＳＲＳ顕微鏡の小型単純化および安定化が可能となる。   In this embodiment, since the first light 824 and the second light 825 are generated from a common seed light source (Er fiber laser 801), a pulse synchronization mechanism is not necessary, and the SRS microscope can be simplified and stabilized. It becomes.

本実施例によれば、第１の光と第２の光を、共通の光源とＮｄファイバ光増幅器を含む少なくとも２つの光増幅器から生成することで、小型で安定した、かつ指紋領域でのＳＲＳ検出が可能なＳＲＳ顕微鏡を実現することができる。   According to the present embodiment, the first light and the second light are generated from at least two optical amplifiers including a common light source and an Nd fiber optical amplifier, so that the SRS in the fingerprint region is small and stable. An SRS microscope capable of detection can be realized.

次に、図９を用いて本発明の実施例５について説明する。本実施例では、実施例４の構成における種光源からの光を一部分岐し、別途波長変換して試料に照射することで、パルス同期手段を不要とし、さらなるラマンスペクトル取得領域の拡大を可能とする。   Next, Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. In this example, a part of the light from the seed light source in the configuration of Example 4 is partially branched, and the wavelength is separately converted and irradiated to the sample, so that the pulse synchronization means is unnecessary, and the Raman spectrum acquisition region can be further expanded. To do.

図９に、本実施例のＳＲＳ顕微鏡の構成を示す。光照射部や計測系は実施例４とほぼ同じであるが、種光源直後で分岐し、波長変換素子で波長を変換し、試料に照射する光として用いる点が異なる。   In FIG. 9, the structure of the SRS microscope of a present Example is shown. The light irradiation unit and the measurement system are almost the same as those in the fourth embodiment, except that the light is branched immediately after the seed light source, the wavelength is converted by the wavelength conversion element, and the sample is used as light to be irradiated.

９０６〜９１１、９１３〜９１６および９１９〜９３０の符号を付した構成要素は、図８中の８０２〜８０７、８０９〜８１２および８１４〜８２５の符号を付した構成要素と同じである。   Components denoted by reference numerals 906 to 911, 913 to 916, and 919 to 930 are the same as those denoted by reference numerals 802 to 807, 809 to 812, and 814 to 825 in FIG.

９００は第１の光生成手段であり、９５０は第２の光生成手段である。９０１は第１の光生成手段９００と第２の光生成手段９５０の共通の種光源であるＥｒファイバレーザである。９０２は光分岐手段であり、９０３はＥｒファイバ光増幅器である。９０４は第２高調波発生素子であり、９０５はミラーである。９１２，９１６は合波ダイクロイックミラーであり、９１７，９１８は遅延光路付加手段である。   Reference numeral 900 denotes a first light generation unit, and reference numeral 950 denotes a second light generation unit. Reference numeral 901 denotes an Er fiber laser which is a seed light source common to the first light generation unit 900 and the second light generation unit 950. Reference numeral 902 denotes an optical branching unit, and reference numeral 903 denotes an Er fiber optical amplifier. Reference numeral 904 denotes a second harmonic generation element, and reference numeral 905 denotes a mirror. Reference numerals 912 and 916 denote multiplexing dichroic mirrors, and 917 and 918 denote delayed optical path adding means.

なお、各構成部品を結ぶ太い直線および矢印付き直線はそれぞれ、光路および電気配線を表す。光路は可能な限り、ファイバ系で構成するのがよい。   A thick straight line connecting each component and a straight line with an arrow represent an optical path and an electrical wiring, respectively. The optical path is preferably composed of a fiber system as much as possible.

Ｅｒファイバレーザ９０１は、波長１５８０ｎｍ付近の光（Ｅｒファイバレーザ光）を発振する。光分岐手段９０２は、光を分岐する。光分岐手段９０２にはファイバカプラやビームスプリッタを用いればよい。Ｅｒファイバ光増幅器９０３は、後段の第２高調波発生素子９０４での波長変換のために光を増幅する。   The Er fiber laser 901 oscillates light (Er fiber laser light) having a wavelength near 1580 nm. The light branching means 902 branches light. A fiber coupler or a beam splitter may be used for the light branching means 902. The Er fiber optical amplifier 903 amplifies the light for wavelength conversion by the second harmonic generation element 904 at the subsequent stage.

第２高調波発生素子９０４は、１５８０ｎｍ付近の光を７９０ｎｍ付近の光へと波長変換する。ミラー９０５および合波ダイクロイックミラー９１２，９１６は、その姿勢の調整によりビームを合波する。   The second harmonic generation element 904 converts the wavelength of light near 1580 nm into light near 790 nm. The mirror 905 and the combining dichroic mirrors 912 and 916 combine beams by adjusting their postures.

本実施例では、共通の種光源（Ｅｒファイバレーザ９０１）から第１の光９２９と第２の光９３０を生成する。第１の光９２９は、Ｎｄファイバ光増幅器９１１で増幅される光とＥｒファイバ光増幅器９０３で増幅される光の第２高調波の両方からなる光である。また、第２の光９３０は、Ｙｂファイバ光増幅器９１４で増幅される光である。このため、本実施例でも、実施例４と同様に、スペクトル計測領域が拡大し、かつパルス同期機構が不要となり、ＳＲＳ顕微鏡の小型単純化および安定化が可能となる。   In this embodiment, the first light 929 and the second light 930 are generated from a common seed light source (Er fiber laser 901). The first light 929 is light composed of both the light amplified by the Nd fiber optical amplifier 911 and the second harmonic of the light amplified by the Er fiber optical amplifier 903. The second light 930 is light that is amplified by the Yb fiber optical amplifier 914. For this reason, also in the present embodiment, as in the fourth embodiment, the spectrum measurement region is expanded and the pulse synchronization mechanism is not required, and the SRS microscope can be simplified and stabilized.

本実施例によれば、実施例３と同様に、Ｅｒファイバレーザ光の第２高調波を試料に照射できるため、指紋領域の観察と同時にＣＨの伸縮振動が観察可能であることから、ＣＨ基が豊富に含まれる脂質や繊維質等の観察が可能となる。さらにパルス同期手段を不要とし、小型で安定した、かつ指紋領域とＣＨ伸縮振動域でのＳＲＳ検出が可能なＳＲＳ顕微鏡を実現することができる。   According to the present embodiment, since the second harmonic of the Er fiber laser light can be irradiated onto the sample as in the third embodiment, the stretching vibration of CH can be observed simultaneously with the observation of the fingerprint region. It is possible to observe lipids and fibers that are abundant in. Furthermore, it is possible to realize an SRS microscope that eliminates the need for pulse synchronization means, is small and stable, and can detect SRS in the fingerprint region and the CH stretching vibration region.

次に、図１０を用いて本発明の実施例６について説明する。本実施例では、実施例５の構成における種光源をＮｄファイバレーザとし、Ｎｄファイバレーザ光の一部を分岐し、広帯域化してＹｂファイバ光増幅器で増幅した後に試料に照射することで、パルス同期手段を不要とし、さらなる信号対雑音比の向上を可能とする。   Next, Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the seed light source in the configuration of the fifth embodiment is an Nd fiber laser, a part of the Nd fiber laser beam is branched, the bandwidth is broadened and amplified by a Yb fiber optical amplifier, and then irradiated to the sample, thereby pulse synchronization. Means are not required, and the signal-to-noise ratio can be further improved.

図１０に、本実施例のＳＲＳ顕微鏡の構成を示す。光照射部や計測系は実施例４とほぼ同じであるが、種光源をＮｄファイバレーザとし、種光源直後で分岐し、ＳＣ光生成手段で波長を広帯域化して、試料照射光として用いる点が異なる。   In FIG. 10, the structure of the SRS microscope of a present Example is shown. The light irradiator and measurement system are almost the same as in Example 4, except that the seed light source is an Nd fiber laser, the light is branched immediately after the seed light source, the wavelength is broadened by the SC light generation means, and used as sample irradiation light. Different.

１００５および１００９〜１０２５の符号を付した構成要素は、図８中の８０８および８０９〜８２５の符号を付した構成要素と同じである。１０００は第１の光生成手段であり、１０５０は第２の光生成手段である。１００１はＮｄファイバレーザであり、１００２は光分岐手段である。１００３は可変波長選択フィルタであり、１００４，１００６はＮｄファイバ光増幅器である。１００７は光パルス圧縮手段であり、１００８はＳＣ光生成手段である。   The components denoted by reference numerals 1005 and 1009 to 1025 are the same as the components denoted by reference numerals 808 and 809 to 825 in FIG. 1000 is a first light generation means, and 1050 is a second light generation means. Reference numeral 1001 denotes an Nd fiber laser, and reference numeral 1002 denotes an optical branching unit. Reference numeral 1003 denotes a variable wavelength selection filter, and reference numerals 1004 and 1006 denote Nd fiber optical amplifiers. Reference numeral 1007 denotes an optical pulse compression unit, and reference numeral 1008 denotes an SC light generation unit.

なお、各構成部品を結ぶ太い直線および矢印付き直線はそれぞれ、光路および電気配線を表す。光路は可能な限り、ファイバ系で構成するのがよい。   A thick straight line connecting each component and a straight line with an arrow represent an optical path and an electrical wiring, respectively. The optical path is preferably composed of a fiber system as much as possible.

Ｎｄファイバレーザ１００１は、９００ｎｍ付近の光（Ｎｄファイバレーザ光）を発振する。光分岐手段１００２は、光を分岐する。可変波長選択フィルタ１００３は、Ｎｄファイバレーザ光の一部の光を選択（抽出）する。   The Nd fiber laser 1001 oscillates light in the vicinity of 900 nm (Nd fiber laser light). The light branching unit 1002 branches light. The variable wavelength selection filter 1003 selects (extracts) part of the Nd fiber laser light.

Ｎｄファイバ光増幅器１００４，１００６は、Ｎｄファイバレーザ光を増幅する。光圧縮手段１００７は、パルス幅を短縮する。ＳＣ光生成手段１００８は、入射光を広帯域光に変換する。   The Nd fiber optical amplifiers 1004 and 1006 amplify the Nd fiber laser light. The optical compression unit 1007 shortens the pulse width. The SC light generation means 1008 converts incident light into broadband light.

本実施例では、ＳＲＳ信号の検出に用いる第１の光１０２４を生成する際に種光源（Ｎｄファイバレーザ１００１）の光に対して波長変換等を行わず、後段の光増幅器でそのまま増幅することができるため、ＳＲＳ検出感度の向上が可能となる。また、共通の種光源からＮｄファイバレーザ光である第１の光１０２４と、Ｙｂファイバ光増幅器１０１０で増幅される光である第２の光１０２５を生成する。そのため、パルス同期機構が不要となり、ＳＲＳ顕微鏡の小型単純化および安定化が可能となる。   In this embodiment, when generating the first light 1024 used for detecting the SRS signal, the light of the seed light source (Nd fiber laser 1001) is not subjected to wavelength conversion or the like, and is amplified as it is by the subsequent optical amplifier. Therefore, the SRS detection sensitivity can be improved. Further, the first light 1024 that is Nd fiber laser light and the second light 1025 that is light amplified by the Yb fiber optical amplifier 1010 are generated from a common seed light source. This eliminates the need for a pulse synchronization mechanism, and enables the SRS microscope to be simplified and stabilized.

本実施例によれば、第１の光を生成する種光源であるＮｄファイバレーザ光の波長変換が不要であり、さらに第１の光と第２の光の光増幅が可能であることから信号対雑音比を向上させることができる。さらに、本実施例によれば、パルス同期手段を不要とし、小型で安定した、かつ指紋領域でのＳＲＳ検出が可能なＳＲＳ顕微鏡を実現することができる。   According to the present embodiment, the wavelength conversion of the Nd fiber laser light, which is a seed light source for generating the first light, is unnecessary, and further the optical amplification of the first light and the second light is possible. The noise-to-noise ratio can be improved. Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to realize an SRS microscope that eliminates the need for pulse synchronization means, is small and stable, and can detect SRS in a fingerprint region.

以上説明した各実施例では、試料を透過した光に対する計測を行う構成例を示したが、試料からの後方散乱光に対する計測を行うように構成を変更してもよい。また、試料への光の照射部をプローブ化して、誘導ラマン散乱観察装置の１つである内視鏡を構成してもよい。   In each of the embodiments described above, the configuration example for measuring the light transmitted through the sample is shown. However, the configuration may be changed so that the measurement is performed on the backscattered light from the sample. Further, an endoscope, which is one of the stimulated Raman scattering observation devices, may be configured by using a probe for irradiating the sample with light.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

広い波長帯域で物質の特定が可能なＳＲＳ計測装置やこれを用いた顕微鏡等の観察装置を提供することができる。   An SRS measuring device capable of specifying a substance in a wide wavelength band and an observation device such as a microscope using the same can be provided.

１００ 第１の光生成手段
１０１ Ｎｄ添加ファイバレーザ
１０２ Ｎｄ添加ファイバ光増幅器
１２２ 光検出器
１５０ 第２の光生成手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 1st light production | generation means 101 Nd addition fiber laser 102 Nd addition fiber optical amplifier 122 Photodetector 150 2nd light production | generation means