(57)【要約】本発明は、関心ボリュームの分子構成を解析する分光分析システムのベースステーション及びプローブヘッドを接続する光ファイバを提供する。光ファイバは、ベースステーションからプローブヘッドに励起放射線を送るためのコアと、プローブヘッドからベースステーションの分光分析ユニットへの戻りの放射線のマルチモード伝送のための第１クラッドとを含む。好ましくは、第１クラッドは、第２クラッドにより囲繞され、それ故に、それ自体によりマルチモード導波管を提供する。コアの寸法を適切に設計することで、第１及び第２クラッドは、光ファイバの最適な収集効率及び結合効率を提供する。光ファイバの遠方側の端部の小平面を多層コーティングでコーティングすることで、光学フィルタにより、分光分析に対して効果的である弾性及び非弾性散乱放射線の効率的な分離が可能となる。
2007534994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心ボリュームを解析する分光分析システムのベースステーション及びプローブヘッドを接続する光ファイバであって、
前記関心ボリュームに励起放射線を送るためのコアと、
前記関心ボリュームからの戻りの放射線のマルチモード伝送のための第１クラッドとを含む、光ファイバ。
【請求項２】
前記コアの屈折率が前記第１クラッドの屈折率よりも大きい、請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記コアが、前記励起放射線に対してシングルモード導波管を提供するように構成される、請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コアの近傍側の端部が、前記励起放射線を生成する放射源に結合されるように構成される、請求項１〜３の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記第１クラッドの近傍側の端部が、検出器素子に結合されるように構成される、請求項１〜４の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記第１クラッドの遠方側の端部に第１フィルタ素子を有する、請求項１〜５の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記コアの遠方側の端部に第２フィルタ素子を有する、請求項１〜６の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記コアの遠方側の端部且つ前記第１クラッドの遠方側の端部に第１フィルタ素子を有する、請求項１〜６の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記コアの近傍側の端部が、前記第１クラッドの近傍側の端部を越えて突出する、請求項１〜８の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記コアの近傍側の端部が、前記コア内への励起放射線の結合のため反射素子に結合される、請求項１〜９の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記コアの屈折率及び前記第１クラッドの屈折率が、前記コアの中心からの半径方向の距離に対して一定である、請求項１〜１０の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項１２】
前記コアの屈折率及び前記第１クラッドの屈折率が、前記コアの中心からの半径方向の距離に対して一定でない徐々に変化する屈折率特性を形成する、請求項１〜１１の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項１３】
光ファイバにより接続されるベースステーション及びプローブヘッドを有し、関心ボリュームの分光分析を実行する分光分析システムであって、
前記光ファイバが、
前記関心ボリュームに励起放射線を送るためのコアと、
前記関心ボリュームからの戻りの放射線のマルチモード伝送のための第１クラッドとを含む、分光分析システム。
【請求項１４】
関心ボリュームの分光分析を実行する分光分析システムのプローブヘッドであって、光ファイバによりベースステーションに接続されるように構成されたプローブヘッドにおいて、
前記光ファイバが、
前記関心ボリュームに励起放射線を送るためのコアと、
前記関心ボリュームからの戻りの放射線のマルチモード伝送のための第１クラッドとを含む、プローブヘッド。
【請求項１５】
関心ボリュームの分光分析を実行する分光分析システムのベースステーションであって、光ファイバによりプローブヘッドに接続されるように構成されたベースステーションにおいて、
前記光ファイバが、
前記関心ボリュームに励起放射線を送るためのコアと、
前記関心ボリュームからの戻りの放射線のマルチモード伝送のための第１クラッドとを含む、ベースステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光法の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
解析的な目的での光学的分光法技術の利用は、先行技術から知られている（例えば、特許文献１,２参照）。特許文献１,２は、患者の毛細血管を介して流れる血の成分の生体内（インビボ）非侵襲性分光分析のための分光分析装置を開示する。毛細血管の位置は、分光分析用の励起ビームが方向付けられるべき関心領域を特定するために、イメージングシステムにより判断される。
【０００３】
多くのアプリケーションに対しては、分光分析システムをベースステーションと、小型のコンパクトで可撓性のあるプローブヘッドに分割することは効果的である。典型的には、ベースステーションは、サイズが比較的大きいレーザー光源及び分光計を有する。それ故に、プローブは、プローブのコンパクトなジオメトリ及びロバストな操作を可能とする限られた数の部品を利用することにより設計されることができる。プローブヘッドは、関心ボリューム内に励起ビームを合焦し、関心ボリュームからの戻りの放射線を収集するための対物レンズを有する。
【０００４】
プローブヘッドは、そのサイズの制約に起因して、戻りの放射線の分光分析を提供できない。それ故に、プローブヘッドをベースステーションに、光信号の双方向伝送を提供する光ファイバにより接続することが現実的に用いられる。一方、例えば近赤外線レーザーの、励起ビームは、プローブヘッドにベースステーションから伝送される必要がある。他方、関心ボリュームから戻る散乱した放射線のスペクトルは、関心ボリュームの分子構成を示す。空間的に解析されるためには、戻りの放射線は、プローブヘッドにより収集され且つベースステーションの分光計にプローブヘッドから伝送される必要がある。
【０００５】
特許文献３は、生物学的組織の分光分析のためのシステム及び方法を開示する。このシステムは、特に、光ファイバプローブを近傍側及び遠方側端部に含む。１つの伝送光ファイバ（若しくは複数の光ファイバ）は、光源に近傍側の端部で結合されるプローブ内に含められる。システムは、組織からのラマン散乱放射線を収集する１つの収集光ファイバ（若しくは複数の光ファイバ）をプローブ内に含み、収集光ファイバは、検出器に近傍の端部側で結合される。ここで、プローブは、第１の半径で伝送用ファイバまわりに同心状に配置される第１の複数の収集用ファイバと、第１の半径よりも大きい第２の半径で伝送用ファイバまわりに同心状に配置される第２の複数の収集用ファイバとを含む。
【０００６】
従って、特許文献３の光ファイバプローブは、ある半径で伝送用ファイバまわりに同心状に配置される複数の収集用ファイバを用い、光ファイバプローブの断面全体は、収集された放射線の伝送のために用いることができない。収集用ファイバ及び励起用ファイバは、円形の断面を特徴として有するので、複数の収集用ファイバの如何なる配置も、否応無しに、収集用ファイバ間に、光信号を案内できない隙間ないしギャップを特徴として持つことになる。
【０００７】
特許文献３の光ファイバプローブが、限られた結合効率若しくはベースステーションにプローブヘッドから伝送されるべき放射線に対する収集効率を特徴として有するのは、これらの隙間ないしギャップに起因する。
【特許文献１】ＷＯ０２／０５７７５８Ａ１
【特許文献２】ＷＯ０２／０５７７５９Ａ１
【特許文献３】米国特許公開２００３／０１９１３９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明は、分光分析システムのベースステーションとプローブヘッド間の励起放射線及び戻り放射線の伝送用の改善された光ファイバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、関心ボリュームを解析する分光分析システムのベースステーション及びプローブヘッドを接続する光ファイバを提供する。光ファイバは、関心ボリュームに励起放射線を送るためのコアと、関心ボリュームからの戻りの放射線のマルチモード伝送のための第１クラッドとを含む。コアは、典型的には、ロッドとして設計され、コアを囲繞する第１クラッドの中心に配置される。好ましくは、コアの直径は、第１クラッドの直径よりも十分に小さい。第１クラッド自体は、プローブヘッドの対物レンズにより関心ボリュームから収集される戻りの放射線に対するマルチモード導波管として機能する。
【００１０】
更に、第１クラッドは、第１クラッドの導波作用を保証すべく、第２クラッドにより囲繞される。
【００１１】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、コアの屈折率が第１クラッドの屈折率よりも大きい。更に、第２クラッドの屈折率は、第１クラッドの屈折率よりも小さい。かくして、コア及び第１クラッドは、励起放射線用の導波構造として機能し、第１クラッドは、第２クラッドとの組み合わせにより、戻りの放射線に対するマルチモード導波構造として機能する。
【００１２】
先行技術とは対照的に、本発明の光ファイバは、励起放射線及び戻りの放射線の双方向伝送を提供するため、最大で３つの異なる構成要素、即ち第１コア、第１クラッド、及び、第２クラッドに基づく。先行技術において開示されるような別個のパターンにより配置される必要のある複数の収集用ファイバを使用するのに代えて、本発明は、大きな径を有しそれ自体によりマルチモード導波管を提供する第１クラッドを効率的に利用する。
【００１３】
更に、本発明のクラッドの断面全体が、光信号の伝送用に使用できる。これは、複数の異なる光ファイバ間の隙間ないしギャップが本構成においては現れないので、光ファイバの結合及び収集効率を最大化する。
【００１４】
それ故に、本発明の光ファイバは、コンパクトで断面が複雑でない設計と組み合わせて、高い光収集効率を提供する。
【００１５】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、光ファイバのコアは、励起放射線に対してシングルモード導波管を提供するように適合される。例えば励起放射線がラマン分光を実行するために近赤外（ＮＩＲ）の範囲内にあるとき、コアの直径は、数マイクロメートルを超えるべきでない。好ましくは、コアの直径は、２から５マイクロメートルの範囲内である。かかるコアの小さな直径は、１００マイクロメートルをも超える第１クラッドの大きな径との組み合わせで、戻りの放射線に対して高い収集及び結合効率を生む。この特徴は、関連する分光データの検出効率を高めるために特に効果的である。
【００１６】
励起放射線用のシングルモード導波管としてコアを設計することは、更なる効果を提供する。シングルモードファイバ内の伝播の結果、コアを通って伝播する励起ビームのビームプロフィールは、ガウス形若しくはガウス状の形状となる。かかるガウスビームプロフィールは、励起ビームがプローブヘッドの対物レンズにより関心ボリューム内に合焦される時に高品質の合焦を達成するために効果的である。更に、レーザー光源は、必ずしも完全なガウスビームプロフィールを提供する必要はない。従って、レーザー光源又は励起放射線を提供する光源の性能要求は、横方向のビームプロフィールに関する上位レベルの規準を要求しない。従って、低品質の横方向のビームプロフィールを提供する低コストのレーザー光源でさえも原理上実現されうる。
【００１７】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、コアの近傍側の端部が、励起放射線を生成する放射源に結合されるように適合される。例えば、近赤外レーザーの高強度レーザービームは、集約的な光ファイバのコア内に結合される。それ故に、ファイバの近傍側の端部は、レーザー光源を収容する分光分析システムのベースステーション内に配置される。
【００１８】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、第１クラッドの近傍側の端部は、更に、分光計若しくはその類の検出器素子に結合されるように適合される。
【００１９】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、光ファイバは、記第１クラッドの遠方側の端部に第１フィルタ素子を有する。好ましくは、第１フィルタは、励起放射線に対して高い反射性を提供し、戻りの放射線の周波数若しくは波長シフトされた部分に対して高い透過性を提供する誘電性材料の多層フィルタとして実現される。
【００２０】
励起ビームを関心ボリューム内に合焦させることによって、複数の異なる散乱作用が生じることができる。戻りの放射線の大部分は、励起放射線の周波数を変化しないままにするレイリー散乱ないし弾性散乱に起因する。典型的には、戻りの放射線の少数部分は、散乱した放射線の周波数シフトをもたらす励起放射線の非弾性散乱に起因する。この周波数シフトは、関心ボリュームに位置する分子の種々のエネルギレベルを指示する。この戻りの放射線のラマンシフトした部分は、それ故に、関心ボリュームの分子構成を指示する。
【００２１】
従って、第１フィルタ素子は、戻りの放射線の周波数シフトされた成分を選択的にフィルタするように適合される。このようにして、第１フィルタ素子は、弾性及び非弾性散乱プロセスに起因した放射線を分離するダイクロイックミラーとして機能する。
【００２２】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、光ファイバは、コアの遠方側の端部に第２フィルタ素子を有する。同様に、このフィルタ素子は、好ましくは、励起放射線によりファイバ内に生成された蛍光を阻止すべくシングルモードコアの遠方側の小平面（ファセット：facet）上にナローバンドパスフィルタを生成するため多層コーティングとして設計される。光ファイバのコア内の励起放射線の伝播は、ジオメトリ、特にファイバの長さ、使用される材料、シングルモードコアの開口数及び入射励起放射線の強度に依存して、測定結果を顕著に悪化させうる無視できない背景蛍光及びラマン信号を生む。この励起放射線に対してのみ高い透過性を有する第２フィルタ素子を用いることによって、ファイバのコア内の励起ビームの伝播中に生成される望まれない背景信号が関心ボリュームに入ることを効果的に防止することができる。
【００２３】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、第１フィルタ素子は、コアの遠方側の端部且つ第１クラッドの遠方側の端部にある。即ち、励起放射線に対して高い反射率ないし吸収率を有し、周波数シフトされた戻りの放射線に対しては高い透過率を有する第１フィルタ素子は、本発明の光ファイバ遠方側の端部の断面全体を覆う。第１フィルタ素子は、励起放射線が放出されるのを効果的に防止するが、この実施例は、ファイバの製造プロセスに対して効果的であり、特に、適切な多層コーティングでファイバの遠方側の小平面をコーティングすることに対して効果的である。
【００２４】
特に、第１フィルタ素子が、励起放射線に対して高い吸収係数を特徴として有するとき、シングルモードコアにファイバの近傍側の端部に高出力レーザーを結合させることは、高い量のエネルギ印加に起因してコアの近傍の第１フィルタ素子を局所的に破壊することになる。このとき、第１フィルタ素子の残り部分は、ノッチフィルタとして機能し、光ファイバのクラッドを覆うだけである。
【００２５】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、コアの近傍側の端部は、第１クラッドの近傍側の端部を越えて突出する。コアは、プローブヘッドに励起放射線を供給するように適合され、第１クラッドは、ベースステーションに及びそれゆえに第１クラッドの近傍側の端部に戻りの放射線を供給するように適合され、ファイバ内への放射線の結合及びファイバから放出する放射線の検出は、幾つかの手段により分離される必要がある。第１クラッドの近傍側の端部に対するコアの近傍側の端部の突出は、本発明の光ファイバのコア及び第１クラッドへの別々のアクセスを可能とする。
【００２６】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、コアの近傍側の端部は、更に、コア内への励起放射線の結合のために反射素子に結合される。突出するコアが、例えば、約９０度の放射線の反射を可能とするマイクロプリズムに結合されるとき、必要とされる励起放射線を生成するレーザー光源は、分光分析システムのベースステーション内部の分光分析ユニットから空間的に分離されることができる。例えば９０度反射型プリズムを用いることは、レーザー光に対する入力角度が第１クラッドによりガイドされる収集された戻りの放射線の伝播方向に略垂直になる光学的構成を実現することを可能とする。
【００２７】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、第１クラッドの近傍側の端部を突出するコアの近傍側の端部は、第１クラッドの長手方向に対してある角度だけ曲げられるように適合される。このようにして、光ファイバにより伝送される異なる光信号は、分光分析システムのベースステーション内で効率的に分離されることができる。
【００２８】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、コアの屈折率及び第１クラッドの屈折率が、コアの中心からの半径方向の距離に対して一定である。従って、コア及び第１クラッドは、一定の屈折率を特徴として有する。それ故に、コア及び第１クラッドにより形成される導波構造は、ステップインデックス型導波管（a stepped index wave guide）を表す。
【００２９】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、コアの屈折率及び第１クラッドの屈折率が、コアの中心からの半径方向の距離に対して一定でない徐々に変化する屈折率特性を形成する。従って、コア及び第１クラッドにより形成される導波構造は、グレーデッドインデックス型導波管として実現され、全体の光ファイバは、グレーデッドインデックス型ファイバ（a
graded index fiber）として実現される。
【００３０】
その他の局面によると、本発明は、関心ボリュームの分光分析を実行する分光分析システムを提供する。分光分析システムは、光ファイバにより接続されるベースステーション及びプローブヘッドを有する。光ファイバは、関心ボリュームに励起放射線を送るためのコア、即ちベースステーションからプローブヘッドに励起放射線を伝送するためのコアを含む。光ファイバは、更に、関心ボリュームからの戻りの放射線のマルチモード伝送のための第１クラッド、即ちプローブヘッドからベースステーションに収集された戻りの放射線を伝送するための第１クラッドを含む。
【００３１】
その他の局面では、本発明は、関心ボリュームの分光分析を実行する分光分析システムのプローブヘッドを提供する。プローブヘッドは、光ファイバにより分光分析システムのベースステーションに接続されるように適合される。光ファイバは、関心ボリュームに励起放射線を伝送するためのコアと、関心ボリュームからの戻りの放射線をマルチモード伝送するための第１クラッドとを含む。
【００３２】
更なるその他の局面では、本発明は、関心ボリュームの分光分析を実行する分光分析システムのベースステーションを提供する。ベースステーションは、光ファイバにより分光分析システムのプローブヘッドに接続されるように適合される。光ファイバは、関心ボリュームに励起放射線を伝送するためのコアと、関心ボリュームからの戻りの放射線をマルチモード伝送するための第１クラッドとを含む。
【００３３】
尚、本発明は、例えばラマン分光のような、特定タイプの分光技術に限定されず、他の分光技術も用いることができる。これは、（ｉ）誘導ラマン分光（stimulated Raman spectroscopy）及びコヒーレントアンチストークスラマン分光（CARS）を含むラマン散乱に基づく他の方法、（ｉｉ）赤外分光、特に赤外吸収分光、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光、及び近赤外（ＮＩＲ）拡散反射分光（diffusive reflection spectroscopy）、（ｉｉｉ）他の散乱分光技術、特には、蛍光分光、多光子蛍光分光及び反射分光（reflectance spectroscopy）、及び、（ｉｖ）光子音響分光（photo−acoustic spectroscopy）、偏光法及びポンププローブ分光（polarimetry and pump−probe spectroscopy）のような他の分光技術、を含む。本発明の適用に好ましい分光技術は、ラマン分光及び蛍光分光である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明の好ましい実施例が、図面を参照して詳説される。
【００３５】
図１は、本発明の光ファイバ１００の断面図である。光ファイバ１００は、コア１０２と、第１クラッド１０４と、第２クラッド１０６とを有する。コア１０２は、特に、分光分析システムのプローブヘッドに分光分析システムのベースステーションから伝送される励起放射線に対するシングルモード導波管として設計される。それ故に、コア１０２の直径は、十分小さくなければならない。近赤外線を用いる場合、コアは、直径が約２から５マイクロメートルである。効率的な導波管を提供するために、コア１０２は、コアの屈折率よりも小さい屈折率を特徴として有する第１クラッド１０４により囲繞される。
【００３６】
第１クラッド１０４は、マルチモード導波構造としてそれ自体が機能する。第１クラッド１０４の導波は、第１クラッド１０４を囲繞する第２クラッド１０６により効率的に実現されることができる。第１クラッド１０４は、それ故に、第２クラッド１０６よりも大きな屈折率を有することを特徴とする。このようにして、光ファイバ１００は、励起放射線に対してシングルモード導波管、収集された戻りの放射線に対してマルチモード導波管を提供し、従って、分光分析システムのプローブヘッドとベースステーションの間のフレキシブルな光伝送として機能するのに理想的に適するものとなる。
【００３７】
励起放射線は、ベースステーションからプローブヘッドへ伝送され、収集された戻りの放射線は、プローブヘッドからベースステーションへと伝送される必要がある。励起放射線及び戻りの放射線は、それ故に、対向する伝播路で光ファイバにより伝送される。更に、コア及び第１クラッドは、互いに対して固定されているので、ファイバは、本質的に励起ボリュームと関心ボリューム内の検出ボリュームとの間の十分な重なりを提供する。励起ボリュームの位置は、ファイバのコアにより支配される一方で、検出ボリュームは、ファイバの第１クラッドにより支配される。クラッド及びコアは、互いに対して固定されているので、検出ボリュームと励起ボリュームが実質的に重なることが効率的に保証される。それ故に、励起ボリュームの位置若しくは検出ボリュームの位置を手動で調整する必要はない。
【００３８】
第１クラッド１０４は、コア１０２の直径よりも実質的に大きい直径を有する。典型的には、第１クラッド１０４の直径は、１００マイクロメートル周辺若しくはそれさえも超えるものであってよい。このようにして、シングルモードコア１０２の断面の表面積は、第１クラッド１０４の断面積の小数部分だけである。結果として、戻りの放射線の収集効率及び第１クラッド１０４への結合効率は、戻りの放射線が励起用ファイバまわりに同心状に配置された複数の異なる光ファイバにより伝送される多様な従来技術の解決策に比べて、大幅に大きくなる。従来技術で知られるようなこれらの別個の収集用ファイバに比べて、収集用ファイバとして機能する本発明のマルチモード第１クラッド１０４は、戻りの放射線に対して高い収集効率を提供する。
【００３９】
励起放射線用のシングルモード導波管として光ファイバ１００のコア１０２を設計することによって、励起ビームの横方向のプロフィールは、ガウス形若しくはガウス状の形状となる。光ファイバの遠方側の端部から現れるかかるガウス励起ビームは、出現するレーザービームがプローブヘッドの対物レンズによる合焦を受けるとき高品質の合焦を提供する。このようにして、励起ビームの合焦スポットサイズが所要の範囲内になることが効率的に保証される。
【００４０】
図２は、光ファイバ１００の縦断面を示す。コア１０２は、光ファイバ１００の中心に配置され、更に、第１クラッド１０４により何れの側も囲繞される。第１クラッドは、第２クラッド１０６により囲繞される。励起放射線２００は、コアに左側から入り、右にコアから出る。戻り放射線２０２は、光ファイバ１００を通った対向する伝播路で伝送される。戻りの放射線２０２は、右側から第１クラッド１０４に入り、第１クラッド１０４から左へと出て行く。
【００４１】
光ファイバ１００の左側端部は、分光分析システムのベースステーションに接続されるように適合され、ベースステーションは、励起放射線２００を生成するレーザー光源を有し、更に、戻り放射線２０２を空間的に解析する分光計を有する。光ファイバ１００の左側端部は、更に、近傍側の端部と指示される。光ファイバ１００の遠方側の端部は、光ファイバ１００の右側を指す。遠方側の端部は、分光分析システムのプローブヘッドに接続されるように適合される。プローブヘッドは、更に、対物レンズを用いて関心ボリューム内に励起放射線２００を合焦するように構成される。同一の対物レンズにより、測定ヘッドは、関心ボリュームから現れる戻りの放射線を収集するように適合される。
【００４２】
合焦された励起放射線２００は、関心ボリュームにおいて生成される多数の散乱プロセス、即ちレイリー散乱のような弾性散乱プロセス、及び、散乱された放射線の周波数シフトを生むストークス若しくはアンチストークスプロセスのような非弾性散乱を含む。非弾性散乱光のスペクトルは、検出ボリュームにおける分子の振動エネルギレベルに関する情報を表す。この情報は、例えば患者の組織や血液内の種々の物質（analytes）を特定及び定量化するために効率的に用いることができる。
【００４３】
図３は、第１フィルタ１１０を遠方側の端部に有する光ファイバの縦断面を示す。フィルタ１１０は、励起放射線に対して高い吸収率を有するが、ラマンシフトされた戻りの放射線に対して高い透過率を有する特徴がある。フィルタ１１０は、コア１０２、第１クラッド１０４及び第２クラッド１０６の断面を覆う光ファイバ１００の端部の小平面全体上における多層コーティングとして実現されることができる。このフィルタは、周波数シフトされた分光信号をフィルタリングし、クラッド１０４に弾性散乱した放射線が入るのを防止するように適合される。励起放射線と同一の波長を有する弾性散乱した放射線は、フィルタ１１０により効率的に吸収される。
【００４４】
高強度のレーザー光がコア１０２の近傍側の端部に結合されるとき、放射線は、フィルタ１１０により吸収され、フィルタ１１０が局所的に破壊され励起放射線の放出の経路を付与するような態様で、フィルタ内における局所的なエネルギの印加をもたらす。このようにして、図４に示すようなノッチフィルタ１１２は、効率的に用いることができる。ノッチフィルタ１１２は、基本的には、光ファイバ１００のコア１０２を覆う領域の局所的除去後のフィルタ１１０の残り部分である。ノッチフィルタ１１２は、ドーナツ状の断面形状を有し、第１クラッド１０４の少なくとも断面全体を覆い、最終的には、第２クラッド１０６の断面全体をも覆う。ノッチフィルタ１１２は、ラマンシフトされた戻り放射線に対して高い透過率を有するが、弾性散乱した放射線、即ち励起ビームと同一周波数を有する放射線に対して高い反射率ないし高い吸収率を有する特徴がある。
【００４５】
図５は、光ファイバ１００の縦断面を示す。図４に比べて、図５の実施例は、コア１０２の断面を覆う追加のフィルタ１１４を有する。好ましくは、フィルタ１１４は、励起放射線に対してナローバンドパスフィルタとして機能する。それは、フィルタ１００のコア１０２を通って伝播する励起放射線の散乱プロセスにより生成される蛍光を効率的に阻止（ブロック）する。戻りの放射線は、分光器により空間的に解析されるので、励起ビームはフィルタ１１４により効率的に達成できる高い単色性であることが重要である。
【００４６】
図６は、コア１０２の近傍側の端部が第１クラッド１０４及び第２クラッド１０６の近傍側の端部を超えて突出しているファイバ１００の縦断面を示す。更に、コア１０２は、その近傍側の端部にて、約９０度側方に向けて曲げられ、対向して伝播する励起放射線２００と戻りの放射線２０２とを空間的に分離することを可能とする。励起放射線２００は、合焦レンズ１２０によりコア１０２の近傍側の屈曲端部内に効率的に合焦されることができる。励起ビーム２００は、それ故に、ファイバ１００のクラッド１０４から出てくる戻りの放射線２０２に略垂直に伝播することができる。例えば第１及び第２クラッド１０４，１０６が、第１及び第２クラッドにより形成される管の外側にコアを曲げるための適切なノッチを有するとき、コア１０２の近傍側の端部若しくはクラッド１０４，１０６を任意的に延長することも可能である。その結果、２つのクラッド１０４，１０６は、分光計に結合されることができ、コア１０２は、任意の可撓性の構成によりレーザー光源に結合されることができる。
【００４７】
図７は、コア１０２がファイバ１００の第１及び第２クラッド１０４，１０６を超えて突出するが、側方に曲げられていない一実施例を示す。ここで、コア１０２の近傍側の端部は、ファイバ１０２のコア内に励起ビーム２００を結合させるため励起ビーム２００を方向変換させる反射素子１０２に結合される。反射素子１２２は、シングルモードコア１０２に、例えば光接着（optical glue）により取り付けられたマイクロプリズムとして設計されることができる。図６に示したものと同様に、ここでも、励起ビーム２００は、垂直な経路で光ファイバ１００のコア１０２内に結合される。好ましくは、コアの近傍側の端部は、コア自体が反射素子として機能するような態様で、斜面を付与されることができる。その結果、別個の反射素子は、実質的に不要となり、反射素子をコアの近傍側の端部に固定するいささか骨の折れる仕事を無くすことができる。
【００４８】
図８は、分光分析システム３００のブロック図である。分光分析システム３００は、ベースステーション３０２、光ファイバ３０４及びプローブヘッド３０６に基本的に分割される。ベースステーションは、分光計３１８、レーザー光源３１６と共に結合手段３１４を有する。プローブヘッド３０６は、結合手段３１２及び対物レンズ３１０を有する。ベースステーション３０２においてレーザー３１６により生成される励起ビームは、結合手段３１４を用いることにより光ファイバ３０４内に結合される。光ファイバ３０４は、上述の図面に示すように、光ファイバ１００と同一の特徴を提供する。励起ビームは、連続的に光ファイバ３０４のコア内に結合される。高強度励起ビームは、プローブヘッド３０６に伝送され、対物レンズ３１０により関心ボリューム３０８内に合焦される。結合手段３１２は、フィルタ１１０，１１２，１１４を提供する。
【００４９】
関心ボリューム３０８内における励起放射線の非弾性散乱プロセスに起因した戻りの放射線は、対物レンズ３１０により収集され、結合手段３１２を用いることにより光ファイバ３０４の第１クラッド内に結合される。戻りの放射線は、次いで、ベースステーション３０２の結合手段３１４に光ファイバ３０４により伝送される。結合手段３１４は、更に、ファイバ３０４のコア及びファイバ３０４のクラッドを空間的に分離するように適合されている。戻りの放射線に対してマルチモード導波管として機能するクラッドは、好ましくは、関心ボリューム３０８内に生ずる非弾性散乱プロセスに起因した周波数シフトされた放射線の分光分析のため、ベースステーション３０２の分光計３１８に結合される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の光ファイバの断面図。
【図２】本発明の光ファイバの縦断面図。
【図３】ファイバ素子を備える光ファイバの縦断面図。
【図４】ノッチフィルタ素子を備えるファイバの縦断面図。
【図５】２つの異なるフィルタ素子を備えるファイバの縦断面図。
【図６】突出したコアを備えるファイバの縦断面図。
【図７】コアに結合される反射素子を備えるファイバの縦断面図。
【図８】分光分析システムのブロック図。
【符号の説明】
【００５１】
１００    光ファイバ
１０２    コア
１０４    第１クラッド
１０６    第２クラッド
１１０    フィルタ
１１２    フィルタ
１１４    フィルタ
１２０    結合レンズ
１２２    反射素子
２００    励起放射線
２０２    戻りの放射線
３００    分光分析システム
３０２    ベースステーション
３０４    光ファイバ
３０６    プローブヘッド
３０８    関心ボリューム
３１０    対物レンズ
３１２    結合手段
３１４    結合手段
３１６    レーザー
３１８    分光計
【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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【国際調査報告】
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