(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光の光パラメトリック結晶への入射方向とは反対方法に光発振出力する周波数変化に伴うシグナル光およびアイドラー光の出射位置不変の光パラメトリック発振器と、光パラメトリック発振のシグナル光とアイドラー光を励起２波長とし、シグナル光とアイドラー光の差周波数を変調しＣＡＲＳ光の強度変調成分を計測することを特徴とするＣＡＲＳ計測装置
【請求項２】
前記光パラメトリック発振器は、光パラメトリック増幅の励起光を閉じ込める光閉じ込め器と、光パラメトリック増幅用非線形素子を用いて光パラメトリック増幅光を発振させる為の光共振器とを共有する事を特徴とした請求項１記載のCARS計測装置。
【請求項３】
前記シグナル光と前記アイドラー光の差周波数δ の変調範囲が複数分子のラマン振動数ω ｎ を含む範囲（δ min ＜ ω ｎ ＜ δ max）であり、この変調範囲内で発生する複数のCARS信号を波長分離したCARS強度変調信号として計測することを特徴とする請求項１記載のCARS計測装置。
【請求項４】
複数分子がグルコース、ヘモクロビン、ヘモクロビンA1cであることを特徴とする請求項３記載のCARS計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変調CARS（コヒーレント反ストークスラマン散乱、以下、単に「CARS」と言う。）計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子同定の技術には、赤外振動吸収分光法がある。これは図６（a）に示したように、各分子の指紋領域の分子振動数の赤外光の吸収(周波数差 Δ ω のある基底状態 V０ から励起状態 V １ )を測定するものである。しかし生体内分子の測定には、生体組織の主成分が水であり赤外光は吸収が大きいため、適用する事が困難である。これに対してラマン散乱測定法は入射光に対し分子振動周波数分だけ周波数シフトしたラマン散乱光を測定するので、水に対する吸収が少なくて生体内を透過させる入射光として近赤外光を選択することで該方法は生体内分子の測定への適用が可能である。しかしラマン散乱光は極めて弱く、高感度化が課題である。
【０００３】
この感度の問題を解決したのがCARS（コヒーレント反ストークスラマン散乱）技術である。CARSは、図６（ｂ）に示すように分子の振動吸収バンドに対応した周波数差 Δ ω のあるポンプ光パルスとストークス光パルスを時空間的において同時に照射すると、分子はポンプ光パルスにより基底準位 V = ０ から上準位へ上がるとともに、ストークス光パルスにより励起準位 V = １に誘導される。さらに、ポンプ光パルスにより上準位へ上がった後、基底準位 V = ０ に緩和する過程でアンチストークス光を生じる。エネルギー準位の関係から、ストークス光とアンチストークス光のそれぞれの周波数は６図(c)に示すようにポンプ光 ω p を中心に Δ ω 折り返された周波数であり、 ω s＝ ω p − Δ ω、ω a s ＝ ２ ω p − ω s となる。
ω p とω s はあらかじ設定可能なので、近赤外域でこれを設定すれば近赤外域の２波長のポンプ光、ストークス光により、赤外振動吸収の Δ ω の情報をアンチストークス光により計測できる。
【０００４】
しかし、CARSの課題として非共鳴信号がある。CARS信号には、分子振動の V = １準位を介したアンチストークス光生成による V = ０ 準位への緩和である共鳴過程（図７(a)）と V = １ 準位を介さない（仮想準位aを介した）アンチストークス光生成による V = ０ 準位への緩和である非共鳴過程（図７(b)）に基づく２種類がある。従って、CARS信号のＳ/Ｎ比は、該非共鳴信号のCARS信号に占める割合を最小限に抑制する（共鳴信号／非共鳴信号比の最大化）事で向上する。このため共鳴信号／非共鳴信号比がとれるパルス幅としてP秒パルスが用いられたりするものの、共鳴信号／非共鳴信号比の向上が常に課題となっている。
【０００５】
この共鳴信号／非共鳴信号比の向上を実現するものとして、周波数変調CARS技術が知られている。CARSは３次の非線形光学効果の一種で、CARS光の光電界は３次非線形感受率χ (3) に比例し、CARS信号強度I CARS (Ω)は、下記の数式１によって定まることが既に知られている。
【０００６】
【数１】
0006606803.tif 000002
となる。ここで、χ (3) R(Ω)は共鳴信号の３次非線形感受率、χ (3) NRは非共鳴信号の３次非線形感受率である。図８(a)は[数１]の３つの項の特性を共鳴周波数近傍について示したものである。図８(b)は[数１]の３つの項の和としてI CARS (Ω)  と(χ (3) NR) 2 を示したものである。いまポンプ光とストークス光の差周波数 δ ＝ ω p −ω s を時間的に変化させる（周波数変調）と、I CARS (Ω)は直流成分の非共鳴信号に交流成分の共鳴信号が重畳した信号となる。すなわちI CARS (Ω)の直流成分は非共鳴信号、交流成分は共鳴信号のため、交流成分の振幅レベルを測定することで、共鳴信号のみの選択的検出が可能となる。
【０００７】
図９は周波数変調CARSの構成である。Nd:YVO4 p秒レーザーAからの1064 nm光をビームスプリッターBSで２分し、一方をストークス光とする。他方はNd:YVO4 p秒レーザーAからの1064 nm光を非線形結晶SHG（例えば、リチウムトリボレート、以下、「LBO」と言う。）で532 nm光に変換し（C）、光パラメトリック発振器OPOの励起光とする。光パラメトリック発振器OPOからのシグナル光を、ミラーMを経由してCARS励起のポンプ光１（周波数ω 1 ）とする。またNd:YVO4  p秒レーザーAからの同期信号で駆動するTi:Al2O3 p秒レーザー光BをCARS励起のポンプ光２（周波数 ω2 ）とし、ポンプ光１とポンプ光２の偏光を利用してグランテーラープリズムGTayP上で同軸に重ね合わせる。（ポンプ光１及びポンプ光２のODLは後述する如く、ポンプ光１及びポンプ光２の時間をグランテーラープリズムGTayPに合わせるための遅延機構である。）グランテーラープリズムGTayP上で同軸に重ね合わせられたポンプ光１とポンプ光２はポッケルズセルPCとグラントンプソンプリズムGThoPでポッケルズセルPCのON−OFFにより時間的に切り替えられて、ダイクロイックミラーDM上でストークス光と同軸上に重ね合わされ、測定対象へと照射される。ポッケルズセルPC のON−OFFに同期してポンプ光とストークス光の差周波数は ω 2 −ω stokes とω 1 −ω stokes に周波数変調される。
【０００８】
Nd:YVO4 p秒レーザーAに同期して光パラメトリック発振器CならびにTi:Al2O3 p秒レーザー光Bは発振するが、DM上でのタイミングはストークス光、ポンプ光１、ポンプ光２は一致しない。時間タイミングを一致させるためにポンプ光１およびポンプ光２の光路内に光学遅延装置ODLが必要となる。Nd:YVO4レーザーAおよびTi:Al2O3 p秒レーザー光Bはモードロックレーザーのため、繰返し周波数は通常80MHz程度である。すなわちパルス周期は12.5nsである。このため光学遅延装置ODLは1/2周期以上の調整範囲が必要で、7ns×3×108 ＝ 2.1ｍより ２ｍ程度となる。また数p秒のパルス幅のパルス同士を時間的に一致させる必要があるため、光学遅延装置ODLに求められる移動精度は1ps×3×108 ＝ 3×10-4 m ＝ 0.3mmとなる。このような長距離を高い移動精度で調整可能な光学遅延装置は小型化、経時安定化は極めて困難である。また周波数変調CARSでは同期発振する３つの光源、即ち、Nd:YVO4 p秒レーザーA、Ti:Al2O3 p秒レーザーB及び非線形結晶SHGで532nm光に変換する光源Cが必要となり、低コスト化も難しいのが現状である。このように周波数変調CARSには実用面で大きな課題を内包している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−５０６２公報
【特許文献２】特開２０１３−１７４５３０公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Optics Letters. ２００６ Vol.31(12)：1872-1874
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
周波数変調CARSの小型化、経時安定化、低コスト化の課題を解決し、実用性の高い周波数変調CARS計測を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
周波数変化に伴うシグナル光およびアイドラー光の出射位置不変の光パラメトリック発振器と、光パラメトリック発振のシグナル光とアイドラー光を励起２波長とし、シグナル光とアイドラー光の差周波数を変調しCARS光の強度変調成分を計測することを特徴とするCARS計測装置。
【００１３】
光パラメトリック発振器は、光パラメトリック増幅の励起光を閉じ込める光閉じ込め器と、光パラメトリック増幅光を発振させる光共振器が光パラメトリック増幅非線形素子を共有することを特徴とする上記記載のCARS計測装置。
【００１４】
シグナル光とアイドラー光の差周波数δ の変調範囲が複数分子のラマン振動数ω ｎ を含む範囲（δ min ＜ω ｎ ＜δ max ）であり、この変調範囲内で発生する複数のCARS信号を波長分離したCARS強度変調信号として計測することを特徴とする上記記載のCARS計測装置。
【００１５】
複数分子がグルコース、ヘモクロビン、ヘモクロビンA1cであることを特徴とする上記記載のCARS計測装置。
【発明の効果】
【００１６】
周波数変化に伴うシグナル光およびアイドラー光の出射位置不変の光パラメトリック発振器と、光パラメトリック発振のシグナル光とアイドラー光を励起２波長とし、シグナル光とアイドラー光の差周波数を変調しCARS光の強度変調成分を計測することで、共鳴信号を選択的に検出し、特定分子の測定を実現する。
【００１７】
光パラメトリック増幅の励起光を閉じ込める光閉じ込め器と、光パラメトリック増幅光を発振させる光共振器が光パラメトリック増幅非線形素子を共有することを特徴とするCARS計測装置により実現する。
【００１８】
光パラメトリック発振のシグナル光とアイドラー光をCARS励起光とすることで、CARS励起のポンプ光とストークス光の空間的および時間的重なりのための調整機構を不要とし、システムの簡略化、小型化および安定化を実現する。
【００１９】
またシグナル光とアイドラー光の差周波数δ の変調範囲が被測定複数分子のラマン振動数 ω n を含む範囲（δ min ＜ω n ＜δ max）であり、この変調範囲内で発生する複数のCARS信号を波長分離したCARS強度変調信号として計測することで、複数分子の同時計測を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例を示す構成図。
【図２】本発明の第２実施例を示す構成図。
【図３】本発明の第３実施例を示す構成図。
【図４】本発明の第４実施例を示す構成図。
【図５】本発明のOPO発信波長特性と分子振動バンドおよびCARS波長の関係を示す説明図。
【図６】（a）ないし（c ）は、赤外振動吸収分光特性及びCARS特性を示す図。
【図７】（a）及び（b ）は、共鳴過程及び非共鳴過程を表す図。
【図８】（a）及び（b ）は、アンチストークス光の直流成分及び交流成分を表す図。
【図９】従来の周波数変調CARSを表す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施例１を図１、実施例２を図２、実施例３を図３にそれぞれ示す。それぞれの違いは、光パラメトリック発振の波長を変化させても発振光の出射位置が不変な光パラメトリック発振器の構成の相違である。
【実施例１】
【００２２】
図１に示す実施例１の光パラメトリック発振器は、基本波を発生する基本波レーザーKLで発生する基本波ω 0 (1064 nm)を第二高調波発生用の非線形光学結晶SHGに入射し、そこで発生した2ω 0 光(例えば532nm)を、ダイクロイックミラーDMを経由して光パラメトリック結晶KTP（カリウムチタンリン酸塩）に入射してω 1 とω 2 への波長変換が行われる。また、ω 1 とω 2 は全反射ミラーM１で反射し、再び光パラメトリック結晶KTP、ダイクロイックミラーDMを経由して、出力ミラーM２に導くものである。出力ミラーM２は2ω 0 光(例えば532nm)の光路からずらされている。ここで、ダイクロイックミラーDMのS１面が532nmに対するAR（Anti - Reflection）特性を、S２面が900〜1200nmに対するTR（Total Reflection）特性かつ532nmに対しAR特性を有している。全反射ミラーM１のS３面は532nm 及び900〜1200nmに対するTR特性を有している。また、出力ミラーM２のS５面は900〜1200nmに対しAR特性を、S６面は900〜1200nmに対し70％PR（Partial Reflection）特性を有している。このようにして、2ω 0 光（532nm）の励起光を光パラメトリック結晶KTPに戻すこと（ダブルパス励起）し、出力ミラーM２を経由して出力することで、光パラメトリック結晶の角度変化に伴う発振光の位置ずれを補償している。
【実施例２】
【００２３】
図２に示す実施例２の光パラメトリック発振器は、基本レーザーKLから発するレーザー光(1064nm)が、ダイクロイックミラーDM１を経由して第二高調波発生用の非線形光学結晶SHGに入射して2ω 0 光(例えば532nm)を発生させる。2ω 0 光(例えば532nm)は、ダイクロイックミラーDM２を経由して光パラメトリック結晶KTPに入射して、ω 1 とω 2 への波長変換が行われる。ここで、ダイクロイックミラーDM１のS１面が1064nmに対するAR特性を、S２面が1064nmに対するAR特性かつ532nmに対するTR特性となっている。ダイクロイックミラーDM２のS３ 面は532nmに対するAR特性を、S４面は900〜1200nm に対するTR特性及び532nmに対するAR特性を持つ。全反射ミラーM１のS５面は532nm及び900〜1200nmに対しTR特性を有している。出力ミラーM２のS７面は900〜1200nmに対するAR特性を、S８面は900〜1200nmに対し70％PR特性を有している。
【００２４】
ダイクロイックミラーDM１及び全反射ミラーM１で構成される空間（cavity）が532 nmに対する閉じ込め空間を形成する。2ω 0 光(例えば532nm)は光パラメトリック結晶KTPを通過する度にω 1 とω 2 への光増幅が生じる。また、全反射ミラーM１、ダイクロイックミラーDM２及び出力ミラーM２で形成されるL型の空間（OPO cavity）が光共振器を形成し、光共振器内のω 1 とω 2 は光増幅を繰返し、発振閾値を超えると出力ミラーM２から光エネルギーが取り出される（発振する）。このようにして、2ω 0 (例えば532nm)の励起光を光パラメトリック結晶KTPに戻し（ダブルパス励起）、出力ミラーM２を経由して出力するとこで光パラメトリック結晶の角度変化に伴う発振光の位置ずれを補償している。
【００２５】
ω 0 とω 1 およびω 2 を分離するため、SHG結晶と出力ミラーM２の間にダイクロイックミラーDM２を配置し、発振したω 1 とω 2 を取り出す。更に、この例では出力ミラーM２を2ω 0 光(例えば532nm)の光軸上から外し、ダイクロイックミラーDM２と全反射ミラーM１及び出力ミラーM２でL型光共振器（OPO cavity）を構成したものである。更にこの例ではω 1 とω 2 が光パラメトリック結晶KTPを往復した後に光共振器から光を取り出す構成のため、光パラメトリック結晶KTPの回転に伴う光出射位置ずれは発生しない。
【実施例３】
【００２６】
図３に示す実施例３の光パラメトリック発振器は、励起レーザーがp秒あるいはf秒のモードロックレーザーになると、パルス時間が極短なので１パルス時間内での光パラメトリック増幅と発振は困難である。しかし励起パルス2ω 0 光(例えば532nm)を閉じ込めてパルス周期内で光パラメトリック結晶KTPを複数回励起できれば光パラメトリック増幅と発振は可能となる。(ダイクロイックミラーDM１と全反射ミラーM１で形成される2ω 0 光(例えば532nm)の光閉じ込め器にダイクロイックミラーDM１を載置し光路長を制御する移動ステージMV１を設けて、ダイクロイックミラーDM１と全反射ミラーM１との間の空間に532 nmに対する閉じ込め空間（cavity）を形成する。また、出力ミラーM２にこれを載置し光路長を制御する移動ステージMV２を設けて、全反射ミラーM１、ダイクロイックミラーDM２及び出力ミラーM２からなるL 型の空間（OPO cavity）に光共振器を形成し、2ω 0 (例えば532 nm)光がKTP結晶を通過する度にω 1 とω 2 への光増幅が生じる。全反射ミラーM１と出力ミラーM２で構成される光共振器内のω 1 とω 2 は光増幅を繰返し、発振閾値を超えると出力ミラーM２から光エネルギーが取り出される（発振する）。2ω 0 光(例えば532nm)の光閉じ込め器往復時間と光パラメトリック発振のω 1 とω 2 の光パラメトリック共振器往復時間を一致させ、2ω 0 光(例えば532nm)の１パルス内で2ω 0 光(例えば532nm)による光パラメトリック結晶の複数回励起を行うことで、光パラメトリック増幅と発振を実現する。
【００２７】
実施例２の光パラメトリック発振器は、光パラメトリック発振の励起レーザーがn秒レーザー用のもの。実施例３の光パラメトリック発振器はn秒、p秒、f秒いずれの励起レーザーにも対応可能なものである。いずれの光パラメトリック発振器からも、直交した偏光成分のシグナル光とアイドラー光が空間的にも時間的にも重なりあった状態で出射される。また該シグナル光とアイドラー光の波長が変化しても発振光の出射位置と出射方向は常に同一である。
【００２８】
実施例１、２、３いずれもの励起2ω 0 光を光パラメトリック結晶KTPに戻し（ダブルパス励起）、出力ミラーM２で出力するので、光パラメトリック結晶KTPの角度変化に伴う発振光の位置ずれを補償している。実施例２及び３の光パラメトリック発振器は、前記光閉じ込め器と前記光共振器とが光パラメトリック増幅非線形素子（KTP）を共有することを特徴とする。
【００２９】
また、実施例１、２、３いずれも光パラメトリック発振器から以降は共通なので、その後の動作説明は図３に示す実施例３で行うこととする。直交偏光２周波のシグナル光ω １ とアイドラー光ω ２ は、光軸方向を直交軸に対し45°傾けた偏光子Hを通過し、45°方向に偏光方向が一致したシグナル光ω １ とアイドラー光ω ２ となる。この両光はロングパス特性のダイクロイックミラーDM３を透過し、レンズLにより測定対象試料T（皮下血管）へ集束される。集束点近傍ではCARS光が誘起され、発生したCARS光はレンズLにより集められ、ロングパス特性のダイクロイックミラーDM３で反射される。その後CARS光よりも長波長の雑音光がショートパスフィルターSPFでカットされ、CARS光のみが光検出器Dによって検出され、ログインアンプLIAに入力される。本実施例ではCARS励起・検出光学系を反射型で示しているが、透過型であっても構わない。
【００３０】
光パラメトリック発振器ではガルバノモーター駆動部GMKに設置されたガルバノ駆動信号GMSがKTP結晶の角度を変化させる。これにより励起レーザーの532nm光の入射角とKTP結晶の光学軸の角度を変化させて、位相整合条件を変えることで発振するシグナル光とアイドラー光の波長（周波数）が変化する。
【００３１】
図５にOPO発振２波長特性（KTP結晶）の角度とシグナル光とアイドラー光の波長の関係を示している。図５の特性のKTPは結晶光軸を64°でカットしているので、図５のグルコースC−Oバンドに示す如くKTP結晶の入射面への励起光の入射角が0°が光軸角64°となり、図中のシグナル光1004nm、アイドラー光1132nmで、シグナル光とアイドラー光の差周波数δ は1130cm-1となる。図中の実細線が入射角に対するシグナル光とアイドラー光の波長（周波数）の変化特性を示している。したがって被測定分子（皮下血管）の振動バンドに対応した差周波数のなる角度を中心にプラスマイナスにKTPの角度を変化させることで、被測定分子（皮下血管）の振動バンドを中心とした周波数変調が生じる。すると図８にあるようにCARS光は強度変調される。
【００３２】
再び、図３に戻ってKTP結晶駆動のガルバノモーターGMKの駆動信号GMSを参照信号としてロックインアンプLIAに入力し、光検出器Dからの強度変調されたCARS信号を同期検出し、変調信号のレベル検出出力を計測することで、被測定分子の共鳴CARS信号の選択的検出が行える。
【実施例４】
【００３３】
図４に実施例４を示す。ここではシグナル光とアイドラー光の差周波数δ の変調範囲が複数分子のラマン振動数ω n を含む範囲（δ min ＜ ω n ＜ δ max ）であり、この変調範囲内で発生する複数のCARS信号を波長分離したCARS強度変調信号として計測することで、複数の被測定分子の同時測定を可能とする構成である。
【００３４】
動作説明には被測定分子が具体的である方が記載しやすくまた理解しやすいので、被測定分子を血中のグルコース、ヘモグロビン（以降、Hbと略記する。）、ヘモグロビンエイワンシー（以降、HbA1cと略記する。）として説明する。図５に示す通りグルコースは1130cm-1にC-Oの振動バンドがある。Hbは1652cm-1に、HbA1cは827cm-1にそれぞれ振動バンドがある。図５にはシグナル光とアイドラー光の波長（周波数）特性の線上に両光の差周波数が各振動バンドと一致する位置を●で示してある。また図中の太実線はシグナル光に対し差周波数分だけ高周波数の波長（周波数）すなわち、シグナル光（CARSポンプ光）とアイドラー光（CARSストークス光）によって生じるCARS光の波長（周波数）位置を示している。したがってグルコースでは901nm、Hbでは842nm、HbA1cでは940nmがそれぞれCARS光の波長となる。
【００３５】
いまシグナル光とアイドラー光の差周波数δ をHbA1c、グルコース、Hbの３つの振動バンドを含む範囲、例えば700cm-1 ＜ δ ＜ 1800cm-1 で変化させると、シグナル光（CARSポンプ光）の最短波長は971nmで、CARS光の最長波長は940nmとなり、被測定分子が複数であってもCARS励起の光とCARS光は波長で分離できる。したがって光パラメトリック発振のシグナル光とアイドラー光の差周波数δを700cm-1 ＜ δ ＜ 1800cm-1 で変調すれば、グルコース、Hb、HbA1cを波長の異なる変調信号で同時に弁別検出できる。
【００３６】
図４の光パラメトリック発振器以降の動作で説明する。直交偏光２周波のシグナル光とアイドラー光は、光軸方向を直交軸に対し45°傾けた偏光子Hを通過し、45°方向に偏光方向が一致したシグナル光とアイドラー光となる。この両光は960nmロングパス特性のダイクロイックミラーLPDM960を透過し、レンズLにより測定対象試料（皮下血管）Tへ集束される。集束点近傍ではCARS光が誘起され、発生したCARS光はレンズLにより集められ、960nmロングパスダイクロイックミラーLPDM960で反射される。反射された光は次に920nmロングパスダイクロイックミラーLPDM920で940nmCARS光は透過し、901nmCARS光と842nmCARS光は反射される。920nmロングパスダイクロイックミラーLPDM920を透過した940nmCARS光は光検出器D1で検出される。920nmロングパスダイクロイックミラーLPDM920で反射された光はさらに880nmロングパスダイクロイックミラーLPDM880で842nmCARS光は反射され、901nmCARS光は透過し、それぞれ光検出器D2及びD３で検出される。
【００３７】
光パラメトリック発振器ではシグナル光とアイドラー光の差周波数δ が700cm-1 ＜ δ ＜ 1800cm-1 の範囲で連続的に変化するようにKTPの角度がガルバノモーター駆動部GMKで制御される。これにより差周波数δ は700cm-1＜ δ ＜ 1800cm-1 の範囲で変調され、それぞれのCARS光は強度変調される。ガルバノ駆動信号GMSを参照信号としてロックインアンプLIAに入力し、それぞれ波長分離された光検出器（D1 〜D３）からの強度変調された３つCARS信号を３チャンネルロックインアンプLIAで同期検出し、それぞれの変調信号のレベル検出出力を計測することで、グルコース、Hb、HbA1c、コレステロールの共鳴CARS信号が同時に弁別検出される。
【００３８】
現在糖尿病管理の指標として用いられるHbA1cは総ヘモグロビン量Hbに対するHbA1cの比率（％）である。図５に示す1652cm-1のバンド信号はすべての型のヘモグロビンHｂから、827cm-1のバンド信号はHbA1cのみからの信号であるので、図４に示すロックインアップLIA の出力信号からの940nmCARS信号レベル及び842nmCARS信号レベルを信号処理SSすることで、現行のHbA1cの指標値を検出することができる。
【００３９】
周波数変化に伴うシグナル光およびアイドラー光の出射位置不変の光パラメトリック発振器と、光パラメトリック発振のシグナル光とアイドラー光を励起２波長とし、シグナル光とアイドラー光の差周波数を変調しCARS光の強度変調成分を計測し共鳴信号を選択的に検出することで、特定分子の高感度測定が実現する。
【００４０】
また光パラメトリック発振のシグナル光とアイドラー光をCARS励起光とすることで、CARS励起のポンプ光とストークス光の空間的および時間的重なりのための調整機構を不要とし、システムの簡略化、小型化および安定化が実現する。
【００４１】
さらにシグナル光とアイドラー光の差周波数δ の変調範囲が被測定複数分子のラマン振動数ω nを含む範囲（δ min ＜ ωn ＜ δ max ）にあり、この変調範囲内で発生する複数のCARS信号を波長分離したCARS強度変調信号として計測することで、複数分子の同時弁別計測が実現する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
これらは従来実用性が極めて乏しかった周波数変調CARSに、大きな実用性をもたらし、本来CARS技術が有する生体内分子計測の特徴を汎用化させる効果がある。
【符号の説明】
【００４３】
KL      基本レーザー
SHG    非線形結晶
DM      ダイクロイックミラー
KTP     光パラメトリック結晶
M１      全反射ミラー
M２      出力ミラー
H            ４５度偏光子
DM３        ロングパスダイクロイックミラー
SPF          ショートパスフィルター
D、D1〜３    光検出器
LPDM960    960nm以上の光を透過するダイクロイックミラー
LPDM920    920nm以上の光を透過するダイクロイックミラー
LPDM880    880nm以上の光を透過するダイクロイックミラー
GMK          ガルバノモーター駆動部
GMS          ガルバノ駆動信号 
LIP            ロックインアンプ
SS            信号処理機構
【図１】
0006606803.tif 000003
【図２】
0006606803.tif 000004
【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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【図９】
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