(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造化された材料の寸法特徴づけのための方法であって、前記方法において：
−  コヒーレント非線形顕微鏡法に適当な励起レーザビームを生成し、ここで、前記励起レーザビームの波面が、変調デバイスにより成形される空間プロファイルを有しているものとし、そして、前記励起レーザビームが、前記構造化された材料内部の焦点容量内で焦点を合わせられるものとする；
−  前記構造化された材料により放出される信号を検出し；
−  複数の放出パターンを生成し、ここで、前記放出パターンの各々が前記焦点容量の特定の形状に対応しているものとし、そして、前記特定の形状が、前記励起レーザビーム波面の種々の非ガウス空間プロファイルに対して得られるものとする；
−  前記構造化された材料の寸法特徴を、そのように生成された前記放出パターンから演繹する；
前記方法。
【請求項２】
励起レーザビームの位相を修正することによって空間プロファイルを修正することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
励起レーザビームの強度を修正することによって空間プロファイルを修正することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
励起レーザビームの偏光を修正することによって空間プロファイルを修正することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
構造化された材料により後方に放出される又は後方散乱される信号から、検出パターンを生成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
構造化された材料の下流に発生する透過信号から、検出パターンを生成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
同じ空間プロファイルに対して、構造化された材料の後方放出又は後方散乱信号と透過信号との両方の検出を行うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
放出パターンである前方／後方放出効率を決定して、次に、前記前方／後方放出効率を比較基準として使用してデジタルモデルと比較して演繹し、寸法特徴を得ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
そのように生成された放出パターンを所定のデジタルモデルと比較することによって、寸法特徴の演繹を行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
種々の空間プロファイルが、放射対称性同心位相プロファイルを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
これらの同心位相プロファイルが、ラゲール−ガウス型、ベッセル型、又は「ボトルビーム」型であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
種々の空間プロファイルが、放射逆対称性位相プロファイルを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
これらの放射逆対称性位相プロファイルが、エルミート−ガウス型であることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
構造化された材料にわたって又は構造化された材料中で、励起レーザビームを使用する走査を行うことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
寸法特徴が、以下のグループ：周期性、距離、及び角度、からの少なくとも１項目を含むことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
種々の放出パターンを、種々の波長に対して生成することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法を実施するための、構造化された材料の寸法特徴づけのためのシステムであって、前記システムが：
−  コヒーレント非線形顕微鏡法に適当な励起レーザビームを生成することができるレーザ光源レーザと；
−  前記励起レーザビームの波面の空間プロファイルを非ガウス空間プロファイルに修正するための空間光変調器と；
−  前記構造化された材料内部の焦点容量内でこの励起レーザビームの焦点を合わせるためのレンズと；
−  前記構造化された材料により放出される信号を検出するための検出器と；
−  複数の放出パターンを生成するための、及び、そのように生成される前記放出パターンから前記構造化された材料の寸法特徴を演繹するための処理ユニットであって、ここで、前記複数の放出パターンの各々が、焦点容量の特定の形状に対応しているものとし、そして、前記特定の形状が、前記励起レーザビームの波面の種々の非ガウス空間プロファイルに対して得られるものとする、前記処理ユニットと；
を含む前記システム。
【請求項１８】
検出器を、構造化された材料により後方散乱される信号を検出するような方法で配置することを特徴とする、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
検出器を、構造化された材料の下流に発生する透過信号を検出するような方法で配置することを特徴とする、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
検出器が、空間フィルタを有する又は有しない一点型であることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
検出器がカメラであることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
構造化された材料にわたって励起レーザビームを走査させるための走査デバイスを含むことを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
空間光変調器が、位相での波面の空間成形のためのデバイスであることを特徴とする、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２４】
変調器が位相板であることを特徴とする、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
変調器が液晶マトリクスであることを特徴とする、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
変調器が変形可能な鏡であることを特徴とする、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
空間光変調器が、強度での波面の空間成形のためのデバイスであることを特徴とする、請求項１７〜２６のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、構造化された材料を特徴づけるためのコヒーレント非線形顕微鏡法に関する。本発明は、前記方法を実施するシステムにも関する。
【０００２】
本発明は、構造化された人工的又は生物学的材料（例えば、コラーゲン（角膜、骨など）、筋肉線維、生体鉱物構造の秩序のある構造）の特徴づけの分野において、特に有利な適用を有する。本発明は、特に、ナノ材料の欠陥の診断、又はそのような材料の秩序の破壊により特徴づけられる異常の診断の状況で使用されることができる。
【０００３】
従来技術では、ナノメートルスケール（２０ｎｍ〜１μｍ）で組織化された厚い材料の構造を探索するために、例えば、電子顕微鏡、Ｘ線散乱、又は原子間力顕微鏡法の手法が使用されてきた。これらは試料の準備及び幾何形状に制約を課し、特に、生きている生物学的組織の研究と適合性がない。
【０００４】
組織化された構造の非線形光学顕微鏡法も公知である。一定の組織化された構造を非線形顕微鏡法で検出することができることが分かっている。特に、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation、第二高調波発生）顕微鏡法によって、線維状コラーゲン、筋肉線維などを検出することができる。しかし、従来技術の現在の手法は、サブマイクロメートルスケールで構造のパラメータ（周期性、秩序パラメータ）を入手することができない。
【０００５】
更に、焦点容量（focal volume）の変調を伴う非線形顕微鏡法も公知である。現在、焦点容量の変調を伴うコヒーレント非線形顕微鏡法の２つの適用が提案されている：
−  Yew et al.、「Second harmonic generation polarization microscopy with tightly focused linearly and radially polarized beams」、E.Y.S. Yew & C.J.R. Sheppard、Optics Commun. 275、453(2007)による文献には、軸方向を向いたコラーゲンの線維を検出するためにＳＨＧ顕微鏡法を使用して強い軸方向の偏光（polarization）を伴う焦点容量を生成することができる顕微鏡法を開示している。この程度では、一般にこの方向のコラーゲン線維はほとんど信号を示さない；
−  Krishnamachari et al.、「Imaging chemical interfaces perpendicular to the optical axis with focus-engineered coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy」、V.V. Krishnamachari & E.O. Potma、Chemical Physics(2007)による文献には、小さな物体及び界面を目立たせるために、ＣＡＲＳ顕微鏡法で一様な背景を「抑制する」ことができる逆対称性（antisymmetric）焦点容量を生成する方法を開示している。Ｙｅｗ及びＫｒｉｓｈｎａｍａｃｈａｒｉによる文献は、サブマイクロメートル構造で情報を得ることを目的とする方法について開示していない。
【０００６】
本発明の目的は、構造化された材料のサブマイクロメートルパラメータを非侵襲的方法で測定することである。本発明の別の目的は、材料の構造の３次元測定である。本発明の更に別の目的は、構造化された材料を特徴づけるための複雑でない方法である。
【０００７】
上記の目的の少なくとも１つが、構造化された材料の寸法特徴づけのための方法を使って達成され、前記方法において：
−  コヒーレント非線形顕微鏡法に適当な励起レーザビームを生成し、ここで、前記励起レーザビームの波面が、変調デバイスにより成形される空間プロファイル（強度、位相、偏光）を有しているものとし、そして、前記励起レーザビームが、前記構造化された材料内部の焦点容量内で焦点を合わせられるものとする；
−  前記構造化された材料により放出される信号を検出し；
−  複数の放出パターンを生成し、ここで、前記放出パターンの各々が前記焦点容量の特定の形状に対応しているものとし、そして、前記特定の形状が、前記励起レーザビーム波面の種々の非ガウス空間プロファイルに対して得られるものとする；
−  前記構造化された材料の寸法特徴を、そのように生成された前記放出パターンから演繹する。
【０００８】
本発明は、３次元の構造化された生物学的又は人工的材料の非破壊的特徴づけのための、及び、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍまでの範囲のスケールでコヒーレント非線形顕微鏡法信号を提供するための新しい光学的方法である。本発明は、光学顕微鏡法ではナノメートルの距離の測定がほとんど不可能であるという、一般に受け入れられている先入観に反するものである。現在まで、電子走査顕微鏡法又はＸ線が代わりに使用されてきた。本発明による励起レーザビームは、一般に、一連のピコ秒パルス又はフェムト秒パルスである。
【０００９】
本発明による方法を使って、構造化された材料のナノメートル構造が探索され、更に非侵襲的方法で探索される。励起レーザビームは有利なことに、構造化された材料中にｉｎ−ｓｉｔｕで焦点を合わせられることができ、また、ｉｎ−ｖｉｖｏでも焦点を合わせられることができ、このことは従来技術方法の大部分では当てはまらない。
【００１０】
更に、従来技術の別の方法は、２次元に限定されるか（原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ））、又は、より短い波長の放射に基づいている（電子顕微鏡法、Ｘ線）。これらは試料準備に関してはるかに制約が多く、特に、損なわれていない生物学的組織、厚い試料、又は水和媒質の３次元イメージングに適用されない。これに反して、本発明は有利なことに、例えばｉｎ−ｓｉｔｕで３次元的に準備なしに、生体材料（角膜など）又はナノ構造材料の組織の状態の診断に適用することができる。特に、本発明による方法は、水性の厚い試料と適合性がある。
【００１１】
ＹＥＷの文献に関しては、本発明による方法は、各測定に対して種々の非ガウス空間プロファイルを使用する。生成される一連の放出パターンによって、それから観測された材料の構造的特徴を演繹することができる。
【００１２】
非限定的な例によれば、寸法特徴又は構造的特徴は、以下のグループ：周期性、距離、及び角度、からの少なくとも１項目を含む。当業者は、観測された材料及び使用される空間プロファイルに応じて、他の特徴を決定することができることを容易に理解するであろう。
【００１３】
本発明の有利な特徴によれば、種々の空間プロファイルは、例えば、ラゲール−ガウス型、ベッセル型、又は「ボトルビーム」型であることができる放射対称性同心位相プロファイルを含む。
【００１４】
別のタイプの空間プロファイルを使用することができ、特に、例えば、エルミート−ガウス型の放射逆対称性位相プロファイルを使用することができる。
【００１５】
各プロファイルは、励起レーザビームの波面を、位相及び／又は強度において、成形することにより得られる。実際には、空間光変調器を使用することができる。非限定的な例として、この空間光変調器は：
−  回転ホイール上に配置される１つの位相板又はいくつかの位相板であって、ここで、各板は所定の成形に対応し、この方法では、種々の位相板に対していくつかの放出パターンが生成されるものとする、前記位相板；
−  液晶マトリクス；
−  変形可能な鏡；又は
−  それらの組合せ；
であることができる。
【００１６】
換言すれば、各焦点容量は、励起レーザビームの位相を修正することにより、及び／又は励起レーザビームの強度を修正することにより得られる所与の空間プロファイルに対応する。更に、より多くの放出パターンの変動を有するように、励起レーザビームの偏光を修正することも可能である。同様に、種々の波長に対して種々の放出パターンを生成することも可能である。
【００１７】
本発明の有利な特徴によれば、検出パターンは、構造化された材料により後方へ放出される信号から生成される。換言すれば、これは後検出（epidetection）の問題である。後方放出は、焦点容量の成形に起因するか、又は厚い材料による放射の一部の後方散乱に起因し得る。
【００１８】
構造化された材料の下流に発生する透過（transmission）信号から、すなわち構造化された材料により後方散乱されない信号から、検出パターンを生成することも可能である。一般に、前方放出は透過と呼ばれ、後方放出は後方散乱と呼ばれる。有利なことには、本発明による方法を使って、前方／後方放出比に影響を及ぼすような方法で、及び、放出パターンの分析を効果的に高めるような方法で、空間プロファイルを修正することができる。より詳細には、前方／後方放出効率を決定することができ、これは後で、寸法特徴の演繹の間に比較基準として使用される。特に、同じ空間プロファイルに対して、構造化された材料の後方散乱信号と透過信号との両方の検出を行うことができる。
【００１９】
構造化された材料により放出される信号の検出については、空間フィルタを有する又は有しない一点型（one-point type）の検出器、又は一般にはカメラを使用することができる。この後者の場合には、構造化された材料から得られる信号全体が、任意の特定の方向を優先することなく拾い上げられる。
【００２０】
本発明の有利な実施態様によれば、寸法特徴の演繹は、そのようにして生成される放出パターンを所定のデジタルモデルと比較することにより行われる。これらのデジタルモデルは、較正段階の間に、寸法特徴が公知の「対照」の構造化された材料を使用して得ることができる。
【００２１】
本発明の変形によれば、励起レーザビームは、構造化された材料にわたって又は構造化された材料の中を走査する。
【００２２】
本発明の別の観点によれば、構造化された材料の寸法特徴づけのためのシステムが、上述の方法を実施するために提案される。前記システムは：
−  コヒーレント非線形顕微鏡法に適当な励起レーザビームを生成することができるレーザ光源レーザと；
−  前記励起レーザビームの波面の空間プロファイルを非ガウス空間プロファイルに修正するための空間光変調器と；
−  前記構造化された材料内部の焦点容量内でこの励起レーザビームの焦点を合わせるためのレンズと；
−  前記構造化された材料により放出される信号を検出するための検出器と；
−  複数の放出パターンを生成するための、及び、そのように生成される前記放出パターンから前記構造化された材料の寸法特徴を演繹するための処理ユニットであって、ここで、前記複数の放出パターンの各々が、焦点容量の特定の形状に対応しているものとし、そして、前記特定の形状が、前記励起レーザビームの波面の種々の非ガウス空間プロファイルに対して得られるものとする、前記処理ユニットと；
を含む。
【００２３】
有利なことに、検出器を、構造化された材料により後方に放出される、又は、後方散乱される信号を検出するような方法で構成する。この検出器を、構造化された材料の下流に発生する透過信号を検出するような方法で構成することもできる。システムは、構造化された材料にわたって又は構造化された材料の中をレーザビーム走査するための、走査デバイスを含むことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明の別の利点及び特徴は、決して限定しない実施態様の詳細な説明、及び添付の図面を検討することにより明らかになるであろう。
【図１】本発明の３つの本質的なパラメータを示す簡略化された図である。
【図２】構造化された材料中の焦点容量を示す簡略化された図である。
【図３】波面の転換を示す簡略化された図である。
【図４】本発明によるシステムの構成図である。
【図５】後方散乱信号及び透過信号を示す簡略化された図である。
【図６】種々のタイプの空間プロファイルを示す図である。
【図７】種々の励起プロファイルで探索されたナノ構造材料の後方ＴＨＧ（Third Harmonic Generation、第三高調波発生）放出効率を、材料の特徴的サイズに応じて示すグラフである。
【図８】種々の励起プロファイルで探索されたマイクロ構造材料の前方ＴＨＧ（Third Harmonic Generation、第三高調波発生）放出効率を、材料の特徴的サイズに応じて示すグラフである。
【００２５】
本発明による方法を実施する原理を図１に示す。３つのパラメータが、３つのブロックのそれぞれに１つずつ示されている。パラメータ１「励起レーザビームの空間プロファイル」は、実際には修正されることができる変数である。パラメータ２「材料の構造」は、特徴づけられるべきパラメータであり、従って、材料内に存在するが未知である。パラメータ３「放出パターン」はデータであり、前記データからパラメータ２「材料の構造」を演繹する。理想的には、種々の空間プロファイルに対していくつかの放出パターンを生成し、次に、これらの放出パターンを所定のデジタルモデルと比較する。
【００２６】
本発明は、別の特徴に加えて、非ガウス空間プロファイルを用いて材料のナノメートル構造を探索するための、焦点容量の変調を伴うコヒーレント非線形顕微鏡法を使用する。
【００２７】
一般に、コヒーレント非線形顕微鏡法によって、非線形で非ゼロの２次又は３次の感受率を有する偏光性材料の画像を得ることができる。コントラスト機構は、レーザの合焦点（focussing point）の近傍の限られた容積境界における、焦点を合わせられた一連のパルス（フェムト秒又はピコ秒のレーザ）と観測される媒質との間の相互作用に基づく。図２では、構造化された材料７内部の焦点容量６内にレンズ５を用いて焦点を合わせられたレーザビーム４を見ることができる。この焦点容量６は、例えば、幅１．５μｍ及び高さ０．４μｍの卵形の物体の形状を有することができる。次に、２次元又は３次元で合焦点を走査することにより画像が生成される。利用可能な光学的効果は、特に、第二高調波発生（ＳＨＧ）、第三高調波発生（ＴＨＧ）、コヒーレントアンチストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）、和周波発生（ＳＦＧ）、差周波発生（ＤＦＧ）、インパルス誘導ラマン散乱（ＩＳＲＳ；Impulsive Stimulated Raman Scattering）、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ）などを含む。このタイプの顕微鏡法では、検出された信号は、励起容量内部の誘起双極子により放射される波の検出器のレベルにあるコヒーレントな重ね合わせ（superimposition）である。
【００２８】
本発明の目的は、空間プロファイル励起レーザビーム４を修正することによりいくつかの放出パターンを生成することである。図３は平面プロファイルを所与のプロファイルに修正する一例を示す。特に、観測される材料のある種の寸法特徴をそのようなプロファイルにより際立たせることができることが実験から又は較正により公知であるので、所与のプロファイルが選択される。従って、本発明はレーザビームの空間プロファイルの変動が放出パターンを修正するという事実により注目に値する。これらの修正は構造化された材料のナノメートル特徴に関連付けられる。
【００２９】
図４は、構造化された材料を特徴づけるための本発明によるシステムを説明する。前記システムは：
−  線形顕微鏡法に適当なパルスレーザ光源８、すなわち、ピコ秒又はフェムト秒の一連のパルスの高速放出、又は、調整可能な中心波長の１つ又は２つのビームの放出；
−  励起ビーム４を使って走査するためのデバイス９であって、ここで、代わりに、この走査デバイスは、構造化された材料７を使って走査するためのデバイス（図示せず）により置き換えられることができ、この場合、励起レーザビームは固定されたままとすることができる、前記デバイス９；及び
−  構造化された材料７に励起レーザビーム４の焦点を合わせるためのレンズ１０；
を含む非線形顕微鏡を含む。
【００３０】
システムはまた有利なことに、励起レーザビーム４の波面の空間的成形のための空間光変調器１１を含む。この空間光変調器は、位相変調器、又は、場合により、振幅（強度）変調器であることができる。
【００３１】
システムはまた、構造化された材料７により放出され、そして、セパレータ１６を介してレンズ１０により収集される光（信号）を検出するための一点型の、又は空間的に解像されるタイプの検出器１２を含む。構造化された材料の幾何形状がこのために適切な場合、凝縮装置１３及び第２の検出器１４が、別の方向に放出される光を検出することができるようにする第２の任意選択の検出経路を構成する。ある種の応用では、２つの検出経路が同時に使用されることができる。特に、レーザ光源８、空間的光変調器１１、走査デバイス９、並びに検出器１２及び１４へ接続する処理ユニット１５によって、処理ユニット１５へ接続するこれらの種々の構成要素を制御することができ、それにより、放出パターンを取り出し、構造化された材料７の構造的特徴を放出パターンから演繹する。
【００３２】
従って、図４に示されるシステムは、特に、走査型顕微鏡及び調節可能な波長を有するフェムト秒レーザ（特に、前記レーザは、波面の種々の非ガウス性空間的成形に対する複数の放出パターンの生成を更に伴う、波面の空間的成形のためのデバイスを有する）を含む非線形システムと、前記放出パターンから演繹するための、材料の前記構造的特徴とを結びつける。
【００３３】
コヒーレント非線形顕微鏡法（第二高調波発生（ＳＨＧ）顕微鏡法、第三高調波発生（ＴＨＧ）顕微鏡法、ＣＡＲＳ顕微鏡法など）では、画像を形成するために検出される光が、一方ではサブマイクロメートルスケールで構造化された材料７の幾何形状により決定され、他方ではレンズ１０の焦点の近傍の光場（light field）の分布により決定される方向に放出される。従来、励起ビームはガウスビームであり、放出は一般にこのビームの伝播の方向で起きる。しかしながら、本発明では、非ガウスビームを使用してレンズの焦点での場の分布を修正することによって、放出強度だけでなく、放出の角度及び／又は放出の方向も、特に、前方／後方比も修正する。このことは、空間的光変調器１１を使用して、レンズ１０への入力でビームの空間プロファイルを制御することにより行うことができる。１μｍのオーダの長さでほとんど周期的な方法で繰り返されるナノメートル構造を有する組織化された材料の場合、種々のビーム形状を使って得られるいくつかの信号又は放出パターンを処理ユニット１５により記録することによって、波長よりも小さなスケールで、構造化された材料７の特性長さ又は秩序パラメータを演繹することができる。実際には、所与の方向に（例えば、後方に）放出される信号強度は、励起の空間プロファイルと、探索されるべき特性長さの分布とに依存する。
【００３４】
本発明の前記システムを使ったイメージングでは、画素当たりの処理時間は数μｓとなり得る。
【００３５】
従って、本発明によるシステムを使って、焦点容量内の励起場の３次元分布を、強度、位相、及び、場合により、偏光によって制御する。強め合う干渉現象又は弱め合う干渉現象は、特定の方向の（例えば、前方ではなくむしろ後方の）放出を優先させることができる。図５は、特性周期δｅの構造化された材料７内の励起ビーム４の合焦点の近傍にある焦点容量６を示す。Ｂ−ＴＨＧ（後方−ＴＨＧ）信号は、ＴＨＧ（第三高調波発生）後方放出、すなわち検出器１２により検出されることができる後検出を表す。Ｆ−ＴＨＧ（前方−ＴＨＧ）信号は、ＴＨＧ（第三高調波発生）前方放出、すなわち第２の検出器１４により検出されることができる放出を表す。
【００３６】
光軸に沿って約２ミクロンにわたり延びる周期的構造を有する材料の場合、前方／後方放出効率は、焦点容量内の励起場の軸方向分布に強く依存する。示されるように、この分布は、レンズ１０の上流の励起レーザビームの空間プロファイルを修正することにより制御することができる。特に、放射対称性同心位相プロファイル（例えば、ラゲール−ガウス、ベッセル、「ボトルビーム」など）を使用することができる。図６は、ラゲール−ガウス型の位相プロファイルの３つの例、すなわち：
【数１】
0005453407.tif 000002
【数２】
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【数３】
0005453407.tif 000004
を示す。従って、励起レーザビーム４のいくつかの形状に対する信号又は信号の空間放出プロファイルを記録することにより、構造化された材料７の周期性又は秩序パラメータを測定することができる。
【００３７】
同様に、サブマイクロメートルの側面構造（界面又は周期的媒質）を有する材料については、放出の方向及び効率が焦点容量の側面構造により制御され、前記焦点容量は、放射対称性を破るビームプロファイル（例えば、エルミート−ガウス又は別のプロファイル）を使用することにより修正することができる。図６は、エルミート−ガウス型の位相プロファイルの４つの例、すなわちＨＧ００、ＨＧ０１、ＨＧ１０、ＨＧ２０を示す。従って、励起容積のいくつかの形状についての放出パターンを記録することにより、サブマイクロメートルスケールで、側面の特徴的大きさ（例えば、周期性、距離、及び角度など）を演繹することができる。構造化された材料７に関連する制約に応じて、例えば、場合により、図４におけるような空間フィルタ１７を使用する一点検出器（例えば、検出器１２など）での後検出によって、又は、撮像装置（すなわち、カメラ（図示せず））による後検出によって、又は、透過における後検出と検出とを組み合わせることによって（検出器１２及び１４）、測定を行うことができる。
【００３８】
図７及び８は、図６に示される各空間プロファイル対する、周期的材料の特性長さに応じた放出効率を示す。この放出効率は、光軸に沿って配向される構造化された材料について、焦点容量の形状に対する放出の感度を図示する。これらの図は、１２００ｎｍで励起された周期構造による後方ＴＨＧ（Ｂ−ＴＨＧ）及び前方ＴＨＧ（Ｆ−ＴＨＧ）に対応する。種々の空間成形に対して放出されるこれらの信号の測定によって、特性長さを１４０ｎｍ〜２４０ｎｍ、及び０．７μｍ〜７μｍの範囲で特徴づけることができる。励起周波数を例えば６００ｎｍ〜１６００ｎｍまで変更することにより、そして、励起ビームの形状（すなわち、ラゲール−ガウス、ベッセル、放射対称性同心位相プロファイル、特に、「ボトルビーム」など）を変更することにより、他の周期性を探索することができる。
【００３９】
従って、本発明は、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍまでの範囲のスケールでコヒーレント非線形顕微鏡法信号を提供する、構造化された材料の特徴づけのための光学的方法に関する。本発明は有利なことに、人工的又は生物学的に構造化された材料の特徴づけに関係する応用に適用される。特に、そのような応用は：
−  コラーゲン（すなわち、角膜、骨など）の秩序構造の特徴づけ；
−  筋肉構造の特徴づけ；
−  生物学的構造（すなわち、バイオクリスタル、針状体など）の特徴づけ；
−  これらのタイプの構造の組織崩壊（すなわち、角膜のジストロフィ、浮腫、筋ジストロフィなど）により特徴づけられる病理の診断；
−  薄膜材料の特徴づけ；
−  マクロキャビティ、ナノ構造材料などの特徴づけ；及び
−  メタ材料の特徴づけ；
を含む。
【００４０】
当然ながら、本発明は本明細書中に説明された実施例に限定されず、本発明の範囲を超えることなくこれらの実施例に多数の修正を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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