(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像されるべき試料の走査点に同時にまたは特定の時間遅延で入射する、別個の波長を備えた少なくとも２つのパルスレーザビームを用いる調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡であって、
第１の別個波長を含む第１のレーザパルスを供給する第１のパルスレーザ光源と、
第２の別個波長を含む第２のレーザパルスを供給する第２のパルスレーザ光源と、
通過送信される前記第１および第２のレーザパルスの少なくとも１つの波長を調整するための音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ）と、
前記第１および第２のレーザパルスの少なくとも１つを遅延させるために、前記音響光学可変フィルタの上流に、前記音響光学可変フィルタと並列に設けられた遅延ステージと、
前記音響光学可変フィルタの下流での前記第１および第２のレーザパルス間の前記時間遅延に応じて、前記遅延ステージを移動させるためのアクチュエータと、
を備えて構成される調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項２】
前記アクチュエータが電動化され、前記時間遅延に応じて前記電動アクチュエータを制御するための制御部が設けられる、請求項１に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項３】
前記音響光学可変フィルタの下流で、前記第１および前記第２のレーザパルス間の時間遅延を検出するための遅延検出器をさらに備えて構成される、請求項１に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項４】
前記遅延検出器へ一部のビームを抽出する、前記音響光学可変フィルタの下流に設けられたビームスプリッタをさらに備えて構成される、請求項３に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項５】
前記第１のパルスレーザ光源が第１のレーザを含み、前記第２のパルスレーザ光源が第２のレーザを含む、請求項１に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項６】
前記第１および前記第２のパルスレーザ光源が、ポンプレーザ光を別個波長の前記第１および前記第２のレーザパルスに変換する光パラメトリック発振器と組み合わされた１つのポンプレーザを備えて構成される、請求項１に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項７】
前記遅延ステージの上流で前記第１および前記第２のレーザパルスを空間的に分割する第１のダイクロイックと、
前記遅延ステージの下流で前記第１および前記第２のレーザパルスを再結合する第２のダイクロイックと、
をさらに備えて構成される、請求項６に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項８】
前記顕微鏡が共焦点顕微鏡である、請求項１に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項９】
前記顕微鏡が、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）顕微鏡、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）顕微鏡、ラマン誘起カー効果散乱（ＲＩＫＥＳ）顕微鏡、光和周波発生（ＳＦＧ）顕微鏡および誘導放出抑制（ＳＴＥＤ）顕微鏡からなる群からの１つである、請求項８に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項１０】
前記音響光学可変フィルタが、単一チャネル音響光学可変フィルタであり、前記第１および前記第２のレーザパルスの１つだけが、前記音響光学可変フィルタを通過して送信される、請求項１に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項１１】
前記音響光学可変フィルタが、マルチチャネル音響光学可変フィルタであり、前記第１および前記第２のレーザパルスの両方が、前記音響光学可変フィルタを通過して送信される、請求項１に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項１２】
前記遅延検出器が、ＬＥＤベースの２光子吸収（ＴＰＡ）検出器として構成される、請求項３に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡。
【請求項１３】
同時にまたは特定の時間遅延で結像されるべき試料の走査点に、同時にまたは特定の時間遅延で入射する、別個の波長を備えた少なくとも２つのパルスレーザビームを用いる調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡であって、第１の別個波長を含む第１のレーザパルスを供給する第１のパルスレーザ光源と、第２の別個波長を含む第２のレーザパルスを供給する第２のパルスレーザ光源と、通過送信される前記第１および第２のレーザパルスの少なくとも１つの波長を調整するための音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ）と、前記第１および第２のレーザパルスの少なくとも１つを遅延させるために、前記音響光学可変フィルタの上流に、前記音響光学可変フィルタと並列に設けられた遅延ステージと、前記音響光学可変フィルタの下流での前記第１および前記第２のレーザパルス間の前記時間遅延に応じて、前記遅延ステージを移動させるためのアクチュエータと、を備えて構成される前記多重レーザパルス走査顕微鏡を操作する方法であって、
前記第１および前記第２のパルスレーザ光源を点灯するステップと、
前記第１および第２のレーザパルスの１つにおける波長の少なくとも１つを所望の波長に調整するステップと、
前記第１および前記第２のレーザパルス間の時間遅延を判定して、この時間遅延を表す遅延信号を生成するステップと、
前記遅延信号を処理して、前記遅延ステージを移動させるための制御信号を生成するステップと、
前記制御信号に従って前記遅延ステージを移動させるステップと、
前記試料を結像するステップと、
を有する、方法。
【請求項１４】
同時にまたは特定の時間遅延で結像されるべき試料の走査点に、互いに同時にまたは特定の時間遅延で入射する、別個の波長を備えた少なくとも３つのパルスレーザビームを用いる調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡であって、第１の別個波長を含む第１のレーザパルスを供給する第１のパルスレーザ光源と、第２の別個波長を含む第２のレーザパルスを供給する第２のパルスレーザ光源と、第３の波長を含む第３のレーザパルスを供給する第３のパルスレーザ光源と、第１および第２の音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ）またはマルチチャネルＡＯＴＦを通過して送信される前記第１、前記第２および前記第３のレーザパルスのうちの少なくとも２つのレーザパルスの波長を調整するための前記第１および前記第２の音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ）またはマルチチャネルＡＯＴＦと、前記第１、第２および第３のレーザパルスのうちの２つのレーザパルスを遅延させるために、前記音響光学可変フィルタまたはマルチチャネルＡＯＴＦの上流にそれらと並列に設けられた第１および第２の遅延ステージと、前記時間遅延に応じて、前記第１および第２の遅延ステージを移動させるためのアクチュエータと、を備えて構成される前記多重レーザパルス走査顕微鏡を操作する方法であって、
前記第１および前記第２のパルスレーザ光源を点灯して、前記第３のパルスレーザ光源を切るステップと、
前記第２のレーザパルスの波長を所望の波長に調整するステップと、
前記第１および前記第２のレーザパルス間の時間遅延を判定して、この時間遅延を表す第１の遅延信号を生成するステップと、
前記第１の遅延信号を処理して、前記第１の遅延ステージを移動させるための第１の制御信号を生成するステップと、
前記第１の制御信号に従って前記第１の遅延ステージを移動させるステップと、
前記第１および前記第３のパルスレーザ光源を点灯して、前記第２のパルスレーザ光源を切るステップと、
前記第３のレーザパルスの波長を所望の波長に調整するステップと、
前記第１および前記第３のレーザパルス間の時間遅延を判定して、この時間遅延を表す第２の遅延信号を生成するステップと、
前記第２の遅延信号を処理して、前記第２の遅延ステージを移動させるための第２の制御信号を生成するステップと、
前記第２の制御信号に従って前記第２の遅延ステージを移動させるステップと、
前記第１、第２および第３のパルスレーザ光源を点灯して前記試料を結像するステップと、
を有する、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡を操作する方法を、非縮退反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）顕微鏡検査に適用することをさらに備えて構成される、多重レーザパルス走査顕微鏡を操作する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
パルスレーザビームを用いる顕微鏡、特に別個の波長における２つ以上のパルスレーザビームを用いる共焦点顕微鏡が、当該技術分野において周知である。２つ以上のレーザパルスは、時間的および空間的に同期され、かつ異なる波長である。レーザパルスは、顕微鏡の特定のタイプに依存して、同時にまたは異なる波長のレーザパルス間の特定の時間遅延で、結像される試料の特定の走査点に到達しなければならない。２つの異なるレーザパルスを用いる顕微鏡の例は、例えば、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）顕微鏡、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）顕微鏡、ラマン誘起カー効果散乱（ＲＩＫＥＳ）顕微鏡、光和周波発生（ＳＦＧ）顕微鏡、および誘導放出抑制（ＳＴＥＤ）顕微鏡である。明確な所定の時間遅延または重複を伴って試料に入射する３つの別個の波長を用いる顕微鏡の例は、例えば、非縮退反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）顕微鏡である。
【背景技術】
【０００２】
これらのタイプの顕微鏡の様々な適用のために、別個の波長のレーザパルスの１つ以上において送信波長を選択することが望ましい。波長を選択するために、音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ）を使用できることが知られている。無線周波数が、特定の波長のそれぞれのレーザパルスを送信するＡＯＴＦ結晶に加えられ、かつ無線周波数を変更することによって、特定の変更された無線周波数に相関するレーザ光の特定の波長のみが、結晶を通って送信される。
【０００３】
ＡＯＴＦの特有の一特性は、ＡＯＴＦを通して伝播する異なる中心波長のレーザパルスが、様々な時間遅延を経験すること、すなわち異なる速度でＡＯＴＦを通して伝播することである。したがって、換言すれば、異なる有効屈折率を経験する異なる波長の２つのレーザパルスが、異なる時間にＡＯＴＦから現れる。時間的「ウォークオフ」の量は、２つのレーザビーム間の波長分離に依存する。しかしながら、上記の顕微鏡に関して、２つ以上のパルスレーザビームは、強い信号を生成するために、所与の時間遅延または時間的重複で、試料に到達する必要がある。この時間遅延は、ゼロまたは非ゼロとすることができるが、しかし各特定の用途に対して特有でなければならない。波長差は、数ナノメートルから数百ナノメートルにわたってもよい。波長の少なくとも１つを調整することは、パルス間の時間遅延の変更に帰着し、したがって、結果としての時間遅延が最適でない場合に、最適でない結像に帰着する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、レーザパルスの少なくとも１つにおける波長を調整できるようにする、さらに異なる波長の２つのレーザパルス間の特定の時間遅延を調整できるようにする調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡を提供することである。この時間遅延は、ゼロまたは非ゼロであってもよい。
【０００５】
本発明のさらなる目的は、レーザパルスの少なくとも１つにおける波長が調整されるように、前述の調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡を操作するための、一方でまた２つのレーザパルス間の時間遅延を特定の値に調整するための方法を提供することである。この時間遅延は、顕微鏡の特定の用途およびタイプに依存して、ゼロまたは非ゼロであってもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これは、本発明によれば、結像される試料の走査点に同時にまたは特定の時間遅延で入射する、別個の波長を備えた２つのパルスレーザビームを用いる調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡であって、第１の別個波長を含む第１のレーザパルスを供給する第１のパルスレーザ光源と、第２の別個波長を含む第２のレーザパルスを供給する第２のパルスレーザ光源と、第１および第２のレーザパルスの少なくとも１つの波長を調整するための音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ）と、第１および第２のレーザパルスの少なくとも１つを遅延させるために、音響光学可変フィルタの上流に設けられた遅延ステージと、音響光学可変フィルタの下流で、第１および第２のレーザパルス間の時間遅延を検出するための遅延検出器と、遅延検出器によって検出された時間遅延に依存して、遅延ステージを移動させるためのアクチュエータと、を含む調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡によって達成される。
【０００７】
本発明の顕微鏡を操作するための第１の発明に係る方法によれば、方法には、第１および第２のパルスレーザ光源を点灯することと、第１および第２のレーザパルスの１つにおける波長を所望の波長に調整することと、第１および第２のレーザパルス間の時間遅延を遅延検出器によって検出し、この時間遅延を表す遅延信号を生成することと、遅延ステージを移動させるための制御信号を生成するために遅延信号を処理することと、制御信号に従って遅延ステージを移動させることと、試料を結像することと、が含まれる。
【０００８】
本発明が、２つの異なる波長だけのパルスに制限されるのではなく、３つ以上の波長に適用可能であることを理解されたい。明確な所定の時間遅延で試料に入射する３つの別個波長を用いる顕微鏡用の例は、例えば、非縮退コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）顕微鏡である。この目的のために、顕微鏡には、２つの遅延ステージおよび３つのレーザ光源を含むことができる。これら３つのレーザ光源は、必ずしも３つの異なるレーザを必要とするのではなく、放射されたレーザ光をアイドラおよび信号波長に分割する１つまたは複数の光パラメトリック発振器と組み合わせた１つまたは２つのレーザによって作ることもまたできる。３つの異なる波長のレーザパルスを含む顕微鏡を操作するための発明的な方法には、第１および第２のパルスレーザ光源を点灯して、第３のパルスレーザ光源を切ることと、第２のレーザパルスの波長を所望の波長に調整することと、第１および第２のレーザパルス間の時間遅延を遅延検出器によって検出して、この時間遅延を表す第１の遅延信号を生成することと、第１の遅延ステージを移動させるための第１の制御信号を生成するために第１の遅延信号を処理することと、第１の制御信号に従って第１の遅延ステージを移動させることと、第１および第３のパルスレーザ光源を点灯して、第２のパルスレーザ光源を切ることと、第３のレーザパルスの波長を所望の波長に調整することと、第１および第３のレーザパルス間の時間遅延を遅延検出器によって検出して、この時間遅延を表す第２の遅延信号を生成することと、第２の遅延ステージを移動させるための第２の制御信号を生成するために第２の遅延信号を処理することと、第２の制御信号に従って第２の遅延ステージを移動させることと、第１、第２および第３のパルスレーザ光源を点灯して試料を結像することと、が含まれる。
【０００９】
この方法は、同様に、別個の波長の４つ以上のレーザパルスに拡張することができ、そこでは例えば、第１のステップにおいてレーザ光源１および２が点灯され、一方でレーザ光源３および４が切られ、次にレーザ光源１および３が点灯され、一方でレーザ光源２および４が切られ、次にレーザ光源１および４が点灯され、一方でレーザ光源２および３が切られる。レーザパルス間の時間遅延がＴＰＡ検出器によって測定される場合に、前述の連続ステップにおいて第１および他のレーザ光源間の様々な時間遅延を検出できるただ１つのＴＰＡ検出器だけが必要である。次に、結像は、全ての遅延ステージの位置が設定された後で、４つのレーザ光源を有するこの例では３つの遅延ステージの位置が設定された後で、行われる。
【００１０】
１つまたは複数の遅延ステージの位置を調整する最も単純な方法は、顕微鏡試料画像の質を監視しながら、ステージを手動で移動させることによる。しかしながら、よりよい性能は、パルス間の遅延を測定し、かつルックアップテーブルから読み取ることができる位置に従って遅延ステージの位置を調整することによって達成される。この表は、関連パラメータ、例えば、調整されたパルスの波長、適用される顕微鏡検査のタイプからなり、ＡＯＴＦの特性を考慮する。代替として、測定は、特定の波長セットに対して実行することができ、他の波長における特有の遅延は、計算され調整される。
【００１１】
さらに、遅延ステージは電動化することができ、遅延検出器によって検出された時間遅延に依存して電動遅延ステージを制御するための制御が、提供可能である。これによって、次の点で閉ループ制御さえ可能になる。すなわち、制御装置が、ＴＰＡ検出器から遅延信号を受信して、遅延ステージを移動させるための制御信号を生成し、ＴＰＡ検出器によって再び検出される異なる時間遅延を結果としてもたらし、遅延ステージの駆動機構に供給される制御信号を制御装置において生成することに再び帰着し、したがって調整された時間遅延を再び測定することによって別のフィードバックに帰着する等という点で可能になる。制御装置は、単純なＣＰＵまたは市販パーソナルコンピュータＰＣであってもよい。ＴＰＡ検出器以外の検出器が適用可能であるが、これらのＴＰＡ検出器は、特にＬＥＤベースのＴＰＡ検出器として設計された場合に、超高速レーザ用途に特に適切であると分かり、かつコスト効率がよく堅牢である。
【００１２】
遅延検出器へのビーム部分を抽出する、音響光学可変フィルタの下流に設けられたビームスプリッタによるレーザパルスの取得サンプルを、ＴＰＡ検出器に供給することができる。好ましくは、このビームスプリッタは、音響光学可変フィルタから下流の第１および第２のレーザパルスの強度の約５％を遅延検出器へ方向転換し、強度の９５％が試料を結像するために試料に入射できるようにする。５％の取得された強度は、レーザパルス間の時間遅延を適切に検出するために十分な量であると分かり、一方で１〜１０％間の任意の取得された強度が機能する、すなわちより低い強度割合でさえ十分である可能性があり、他方で、より高い強度もまた、許容できるかまたは有用にさえなり得る。
【００１３】
第１のパルスレーザ光源には、第１のレーザが含まれ、第２のパルスレーザ光源には、第２のレーザが含まれる。好ましくは、これらのレーザ光源は、プリチャープレーザビームを放射するように設計される。代替において、第１および第２のパルスレーザ光源には、ポンプレーザ光を別個の波長の第１および第２のレーザパルスに変換する光パラメトリック発振器と組み合わされた１つのポンプレーザを含んでもよい。この後者の代替は、特に堅牢でコスト効率がよい。なぜなら、それは、１つのレーザだけを必要として、第２のレーザのコストを節約し、同時に故障のリスクをただ１つのレーザに低減するからである。
【００１４】
さらなる好ましい実施形態によれば、第１のダイクロイックが、遅延ステージの上流で第１および第２のレーザパルスを空間的に分割し、第２のダイクロイックが、遅延ステージの下流で第１および第２のレーザパルスを再結合する。この実施形態によれば、ただ１つのタイプのレーザパルス、例えば第１のレーザパルスが、ＡＯＴＦを通って送信されて調整され、一方で他方の、すなわち第２のレーザパルスは、ＡＯＴＦを完全に迂回し、ＡＯＴＦの下流で空間的に再結合される。この場合、ＡＯＴＦと遅延ステージは並列に設けられるか、直列に設けられる。したがって、音響光学可変フィルタは、単一チャネル音響光学可変フィルタであり、第１および第２のレーザパルスの１つだけが、この音響光学可変フィルタを通って送信される。代替において、音響光学可変フィルタは、マルチチャネル音響光学可変フィルタであり、第１および第２のレーザパルスの両方が、音響光学可変フィルタを通って送信される。
【００１５】
好ましくは、本発明による調整可能な多重レーザパルス走査顕微鏡は、共焦点顕微鏡であるが、しかし本発明はまた、他のタイプの顕微鏡、例えばライン走査顕微鏡に適用可能である。特に共焦点顕微鏡に関して、好ましい用途は、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）顕微鏡、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）顕微鏡、ラマン誘起カー効果散乱（ＲＩＫＥＳ）顕微鏡、光和周波発生（ＳＦＧ）顕微鏡、および誘導放出抑制（ＳＴＥＤ）顕微鏡の形態である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】遅延ステージの手動調整を適用する本発明の第１の実施形態を概略的に示す。
【図２】遅延ステージの制御された調整を適用する本発明の第２の実施形態を概略的に示す。
【図３】遅延ステージの制御された調整を適用する、かつ２つの出力波長を伴うただ１つの単一レーザ光源を含む本発明の第３の実施形態を概略的に示す。
【図４】遅延ステージの手動調整と、ＡＯＴＦを通って送信され調整されるただ１つの波長と、を適用する本発明の第４の実施形態を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態の基本設計を示す。この実施形態には、第１のレーザ１および第２のレーザ２が含まれる。両方のレーザは、パルスレーザであるのが好ましいが、しかしまた連続波レーザを使用し、それらを、連続レーザ光をパルスレーザ光に変換するためのパルス発生器と組み合わせることが可能である。第１のレーザ１によって放射されるレーザ光には、第１の波長が含まれ、第２のレーザ２によって放射されるレーザ光には、他方の第１の波長とは区別される第２の波長が含まれる。第１のレーザ１によって放射されるレーザ光用のビーム経路は、参照数字３で示され、第２のレーザ２によって放射されるレーザ光のビーム経路は、４で示されている。ビーム経路３および４は、ＡＯＴＦ８の光学軸７と一致してもよく、または図１に示すように、光学軸７からオフセットされ、かつ前記ＡＯＴＦに入る直前にＡＯＴＦの光学軸７と一致するようにミラー５および６によって偏向されることが可能である。この実施形態において、ＡＯＴＦは、マルチチャネルＡＯＴＦとして設計され、第１のレーザ１および第２のレーザ２の両方から来るレーザ光を送信する。ＡＯＴＦの入力側において、第２のレーザ２から来るレーザパルスは、参照数字９で示され、かつＡＯＴＦの出力側では参照数字１０で示され、一方で入力および出力は、ＡＯＴＦの光学軸７に沿って行われる。
【００１８】
並行して、光学ビーム経路３に沿って第１のレーザ１により放射されるレーザパルスが、矢印１３で示すように前後に移動可能な可動遅延ステージ１２へとミラー１１によって偏向される。遅延ステージ１２には、この実施形態では９０度の角度を間に囲む２つの反射面１５および１６を含む反射要素１４が含まれる。これによって、面１５に入射するビームは、反射面１６上へ反射し、そこから反対方向へ、しかし横方向オフセットを伴い、かつ反射面１５に入射するビームと平行に反射することが可能になる。矢印１３に沿って遅延ステージを移動させることは、第１のレーザ１とＡＯＴＦとの間のビーム経路の全長を延長または短縮し、したがって第１のレーザ１から生じるレーザパルスの到達を遅延させる。全ビーム経路がより長くされた場合に、これによって、レーザパルスは、より遅れてＡＯＴＦに到達することが可能になり、より短くされた場合に、それに応じて、より早くＡＯＴＦに到達することが可能になる。遅延ステージ１２から来るビームのビーム経路、およびミラー６から来るビーム経路は、第２のレーザ２から生じてミラー６から来るレーザパルスがダイクロイック２０を通過できるようにするダイクロイック２０によって合併することができ、一方で第１のレーザ１から生じて遅延ステージ１２から来るレーザパルスは、ビーム経路７へと９０度の角度で反射される。
【００１９】
遅延ステージ１２の機能を証明するための概略的に示す実施形態において、遅延ステージ１２の位置は、第１のレーザ１から来るレーザパルス１７が、第２のレーザ２から生じるレーザパルス９と同時にＡＯＴＦ８の入力側に到達するように調整される。レーザパルス９およびレーザパルス１７が異なる波長なので、それらは、ＡＯＴＦ８を通して異なる速度で伝播し、その結果、本実施例によれば、第１のレーザ１に由来するレーザ光からのレーザパルス１８は、第２のレーザ２から生じるレーザパルス１０より早くＡＯＴＦの出力側に到達する。第２のレーザ２から来る、結果としてのレーザパルス１０と、第１のレーザ１から来る、結果としてのレーザパルス１８との間の時間遅延は、Δｔで示される。２つのレーザパルス１０および１８は、試料１９に入射する。試料１９の完全な画像を作成するために、試料は、当該技術分野において周知のように、典型的な走査顕微鏡、例えば共焦点走査顕微鏡によって走査される。
【００２０】
コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）顕微鏡、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）顕微鏡、ラマン誘起カー効果散乱（ＲＩＫＥＳ）顕微鏡、光和周波発生（ＳＦＧ）顕微鏡、および誘導放出抑制（ＳＴＥＤ）顕微鏡などの特定の顕微鏡に依存して、かつ波長または２つの異なるパルス間の波長差などの、特定の用途のパラメータに依存して、２つのパルス間の特定の時間差およびΔｔが、最良の結像結果を生じる。前述の要因に依存する最良の時間差は、ゼロまたは非ゼロであってもよいが、いずれにせよ明確である。Δｔの最も単純な調整は、例えば、調整ノブを回転させると同時に、遅延ステージ１２を移動させるトランスミッションを作動させる回転可能な調整ノブによって、手動で遅延ステージ１２を矢印１３に沿って移動できるようにする機構である。遅延ステージ１２用の最良の位置は、遅延ステージ１２の位置を調整しながら画像を観察することによって達成することができる。代替において、遅延Δｔは、個別の外部検出器によって測定することができ、遅延ステージの最適位置は、特定の適用パラメータに依存して表から読み取ることができる。次に、遅延ステージの調整は、その位置を、ルックアップテーブルから読み取られた位置に調整して、手動で実行することができる。代替において、調整は、オープンループ制御の形態で、動力付きのアクチュエータによって行うことができる。
【００２１】
図２は、遅延ステージ１２の調整に関して、より高度な実施形態を証明する。図１に示す実施形態に加えて、図２の実施形態には、遅延検出器２１が含まれる。この特定の実施形態において、遅延検出器２１は、しばしば頭字語ＴＰＡで呼ばれるように、ＬＥＤベースの２光子吸収検出器として設計される。たとえ他のタイプの検出器が使用可能であっても、ＴＰＡ検出器は、単純で安価であるという利点を有し、かつ超高速レーザ用途用の堅牢でコスト効率のよい自己相関器の構成を可能にする。このＴＰＡ検出器は、レーザパルス１０および１８間の遅延Δｔを検出し、この遅延Δｔを表す信号を生成し、かつこの信号を、遅延信号線２３を介して制御装置２２に送信することができる。この制御装置２２は、遅延信号線２３を通る遅延信号入力を処理することができる任意の制御装置とすることができ、かつ制御信号線２４を通して制御信号を出力することができる。遅延ステージ１２は、電動化してもよく、例えば、ここでは歯付きラック２６と噛み合う歯車２５によって示された適切な伝達機構と組み合わされたステッピングモータによって移動してもよい。他の適切な駆動機構には、ウォームギアを含んでもよい。
【００２２】
ＴＰＡ検出器には、５％の反射率および９５％の透過率を有し、かつＡＯＴＦ８の下流のレーザパルス１０および１８の強度の５％だけをＴＰＡ検出器２１へ方向転換する、９５％（Ｔ）−５％（Ｒ）ビームスプリッタと呼ばれることが多いビームスプリッタ２７を介して、試料レーザパルスを供給してもよい。ＴＰＡ検出器が、２つのパルス１０および１８間の時間遅延Δｔを検出する必要があるだけなので、比較的低い光強度が必要とされる。図２に示す実施形態によって、閉ループ制御およびしたがって閉制御ループにおいてフィードバックされる被制御変数として遅延Δｔを微調整することが可能になる。制御装置２２は、単純な中央処理装置ＣＰＵであってもよく、または恐らく所望の制御ステップを実行するように構成された市販のパーソナルコンピュータＰＣであってもよい。制御の目的で、波長および調整可能なレーザ光源に対応する遅延ステージの最適位置を見つける較正表が、ＰＣ上に予め記憶可能である。一般に、この較正手順は、ＡＯＴＦの特定のモデル用に一度だけ行う必要があり、かつＡＯＴＦ結晶の群遅延特性を構成する。群遅延特性が周知の場合に、このステップは、完全にさえも回避することができ、適切なデータは、較正表に記憶して、較正手順を実行する必要を回避することができる。
【００２３】
図３は、ただ１つの単一レーザ１を有するように管理する、図２に示す実施形態の変形を示す。レーザ１によって放射されるレーザ光は、放射されたレーザ光を「アイドラ」波長を有するレーザ光および「信号」波長を有するレーザ光に分割する光パラメトリック発振器３６によって、２つの異なる波長のレーザパルスに分割される。これらの異なる２つの波長の、これらの結果としてのレーザ光パルスは、ダイクロイック２８を用いて空間的に分割される。例えば「信号」波長に対応するパルスセットは、ミラー２９、３０および３１の配列によって、空間的に分割されたパルスを再結合するダイクロイック３２に案内され、一方で、例えばアイドラ波長に対応するもう一方のパルスセットは、ミラー３３を介して再結合ダイクロイック３２の上流で遅延ステージ１２に案内され、次に、前述のダイクロイック３２によって再結合される。ミラー３４および３５の別の配列は、同じビーム経路に沿った２つのレーザパルスをＡＯＴＦ８に案内する。ビームスプリッタ２７、ＴＰＡ検出器２１、遅延信号線２３、制御装置２２、および制御信号線２４を含む残りの要素は、図２に示す実施形態におけるのと同じものである。図面を単純にしておくために、電動遅延ステージ１２を駆動する駆動機構の要素は、図３では省略されているが、しかし図２に示す実施形態におけるのと同じものであると理解されたい。
【００２４】
図４は、簡単にするために図１に示す実施形態の変形として示された、前述の実施形態の別の変形を示す。しかしながら、その同じ変形が、制御部と組み合わされた電動遅延ステージ１２を含む、図２および３に示す実施形態に適用可能であることを理解されたい。図４に示す実施形態において、第１のレーザ１によって生成されたレーザパルスは、遅延ステージ１２を通ってＡＯＴＦ８へと、図１に示す実施形態におけるのと正確に同じ経路に従う。しかしながら、第２のレーザによって生成されたレーザパルスは、ＡＯＴＦ８を全く通らずに案内されるが、しかし第１のレーザ１から未調整パルスとして生じてＡＯＴＦ８により調整された調整済み出力パルスと、ＡＯＴＦ８の下流で再結合される。この場合に、再結合は、ミラー３７およびダイクロイック３８によって達成され、ダイクロイック３８は、ＡＯＴＦ８の下流で２つのレーザパルス１０および１８を再結合する。この実施形態、すなわち波長の１つだけ、つまり第１のレーザ１から生じたレーザパルスだけが調整される実施形態において、制御部を実現することが特に簡単である。なぜなら、波長に依存して、レーザ光がＡＯＴＦ８を伝播する速度に関してＡＯＴＦ８の仕様だけを知る必要があり、かつ特定の用途に依存して、遅延ステージ位置を、調整されたレーザパルスの波長に依存してあらかじめ記憶することができるからである。この場合には、閉ループフィードバック制御さえ必要ではなく、単純なオープンループ制御で十分であろう。なぜなら、最適な遅延を決定するための全てのパラメータが、知られているからである。
【符号の説明】
【００２５】
１  第１のレーザ
２  第２のレーザ
３  第１のレーザのビーム経路
４  第２のレーザのビーム経路
５  ミラー
６  ミラー
７  光学軸
８  ＡＯＴＦ
９  ＡＯＴＦの入力側におけるレーザパルス
１０  ＡＯＴＦの出力側におけるレーザパルス
１１  ミラー
１２  遅延ステージ
１３  矢印
１４  反射要素
１５  反射面
１６  反射面
１７  ＡＯＴＦの入力側におけるレーザパルス
１８  ＡＯＴＦの出力側におけるレーザパルス
１９  試料
２０  ダイクロイック
２１  遅延検出器
２２  制御装置
２３  遅延信号線
２４  制御信号線
２５  歯車
２６  歯付きラック
２７  ビームスプリッタ
２８  ダイクロイック
２９  ミラー
３０  ミラー
３１  ミラー
３２  ダイクロイック
３３  ミラー
３４  ミラー
３５  ミラー
３６  光パラメトリック発振器
３７  ミラー
３８  ダイクロイック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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