(57)【要約】  広い周波数帯域に渡ってノイズを低減することができるノイズ低減装置及びそれを備える検出装置を提供すること。  第１の周期で生成されるパルス光を３つ以上のパルス光に分波する分波手段１７と、３つ以上のパルス光の夫々に対して互いに異なる遅延時間を付与する遅延手段１９と、３つ以上のパルス光を合波する合波手段２１と、を有し、３つ以上のパルス光のうち、遅延手段１９により付与される遅延時間が最も近い２つのパルス光について、該遅延時間同士の差は第１の周期と同じである。
2016079845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周期で生成されるパルス光を３つ以上のパルス光に分波する分波手段と、
前記３つ以上のパルス光の夫々に対して互いに異なる遅延時間を付与する遅延手段と、
前記３つ以上のパルス光を合波する合波手段と、を有し、
前記３つ以上のパルス光のうち、前記遅延手段により付与される遅延時間が最も近い２つのパルス光について、該遅延時間同士の差は前記第１の周期と同じであることを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項２】
前記３つ以上のパルス光のうち、前記遅延手段により付与される遅延時間が最も近い２つのパルス光について、該遅延時間同士の差をｔｋとし、前記第１の周期をＴとするとき、
ｔｋ−Ｔ＜Ｔ／６
なる式を満足することを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
【請求項３】
前記分波手段は、前記パルス光を第１、第２・・・第ｎ（ｎは３以上の整数）のパルス光に分波しており、前記合波手段により合波された後の前記第１、第２・・・第ｎのパルス光の夫々の光強度比をａｋ（ｋは０〜ｎ−１の各整数）とするとき、
【数１】
2016079845.tif 000010
なる式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のノイズ低減装置。
【請求項４】
前記分波手段は、前記パルス光を第１、第２・・・第ｎ（ｎは３以上の整数）のパルス光に分波しており、前記遅延手段は、前記第１、第２・・・第ｎのパルス光に対して第１、第２・・・第ｎの遅延時間を付与しており、前記第１の遅延時間と前記第２の遅延時間との差をｔ０、・・・前記第ｎ−１の遅延時間と第ｎの遅延時間との差をｔｎ−２、とするとき、
ｔ０＝・・・＝ｔｎ−２＝Ｔ
なる式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。
【請求項５】
前記分波手段は、前記パルス光を第１、第２・・・第ｎ（ｎは３以上の整数）のパルス光に分波しており、前記遅延手段は、前記第１のパルス光に付与する遅延時間を基準として、前記第１、第２・・・第ｎのパルス光に対して第１、第２・・・第ｎの相対遅延時間を付与しており、前記第１の周期をＴとするとき、前記第１、第２・・・第ｎの相対遅延時間の夫々は０、Ｔ・・・（ｎ−１）Ｔであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。
【請求項６】
前記遅延手段は、前記３つ以上のパルス光の夫々に対応する３つ以上の光路を成す光ファイバを含み、前記３つ以上の光路の光学距離は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。  
【請求項７】
前記３つ以上のパルス光の夫々の光強度を調整する調整手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。  
【請求項８】
前記３つ以上のパルス光の夫々を導光する光ファイバを備え、前記調整手段は、その前後でパルス光の偏光方向を変化させるように前記光ファイバを融着する融着箇所を含むことを特徴とする請求項７に記載のノイズ低減装置。
【請求項９】
前記３つ以上のパルス光の夫々を導光する光ファイバを備え、前記調整手段は、前記光ファイバにより導光されたパルス光が入射するファイバタイプ偏光ビームスプリッタを含むことを特徴とする請求項７又は８に記載のノイズ低減装置。
【請求項１０】
前記光ファイバは、偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項８又は９に記載のノイズ低減装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のノイズ低減装置と、前記第１の周期でパルス光を生成する生成手段と、を備えることを特徴とする検出装置。
【請求項１２】
パルス光を生成する第１の生成手段と、前記第１の生成手段により生成されるパルス光とは異なる光周波数を有するパルス光を前記第１の周期で生成する第２の生成手段と、前記第１の生成手段により生成されるパルス光と、前記第２の生成手段により生成されて前記ノイズ低減装置を介したパルス光と、が試料に照射されることにより強度変調された光を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載の検出装置。
【請求項１３】
前記第１の生成手段は、前記第１の周期の整数倍の周期でパルス光を生成することを特徴とする請求項１２に記載の検出装置。
【請求項１４】
前記検出手段は、前記第１の生成手段により生成されるパルス光の繰り返し周期をロックイン周期としてロックイン検出を行うロックインアンプを含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の検出装置。
【請求項１５】
前記第１の生成手段により生成されるパルス光から抽出する光の光周波数を変化させる抽出手段を備えることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１６】
前記抽出手段により抽出される光周波数の夫々に対して強度変調された光を検出することを特徴とする請求項１５に記載の検出装置。
【請求項１７】
前記検出手段は、前記第１の生成手段により生成されるパルス光と、前記第２の生成手段により生成されて前記ノイズ低減装置を介したパルス光と、が試料に照射されることにより生じる誘導ラマン散乱により強度変調された光を検出することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１８】
パルス光を生成する第１及び第２の生成手段と、
該第２の生成手段により生成されるパルス光を３つ以上のパルス光に分波する分波手段と、前記３つ以上のパルス光の夫々に対して互いに異なる遅延時間を付与する遅延手段と、前記３つ以上のパルス光を合波する合波手段と、を有するノイズ低減装置と、
前記第１の生成手段により生成されるパルス光と、前記第２の生成手段により生成されて前記ノイズ低減装置を介したパルス光と、が試料に照射されることにより生じる光の強度変調を検出する検出手段と、を備え、
前記３つ以上のパルス光のうち、前記遅延手段により付与される遅延時間が最も近い２つのパルス光について、該遅延時間同士の差は前記強度変調が生じる周期の２分の一と同じであることを特徴とする検出装置。
【請求項１９】
前記第２の生成手段は第１の周期でパルス光を生成し、前記第２の生成手段は前記第１の周期よりも短い第２の周期でパルス光を生成しており、前記強度変調は前記第１の周期で生じることを特徴とする請求項１８に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形ラマン散乱を利用した顕微鏡等の検出装置に用いられるノイズ低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自発ラマン散乱検出装置よりも検出時間を短縮可能な装置として、非線形光学過程を利用した非線形ラマン散乱検出装置が提案されている。特許文献１には、非線形ラマン散乱検出装置として、誘導ラマン散乱（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＳＲＳ）顕微鏡が記載されている。このＳＲＳ顕微鏡によれば、互いに光周波数（波長）が異なる２色のパルス光を試料に照射し、生じたパルス光の強度変化をＳＲＳ信号としてロックイン検出することで、試料に含まれる分子の同定や区別を行うことができる。【０００３】
また、特許文献１に記載のＳＲＳ顕微鏡においては、２色のパルス光のうち一方の光路を２つに分岐させて、一方に時間遅延を与えてから合波することにより、パルス光の強度ノイズを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１４−５０７６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ＳＲＳ信号を高速に計測する場合は、ロックイン検出により取り出される周波数帯域が広帯域となる。しかしながら、特許文献１に記載の構成では、ノイズを低減できる周波数帯域が限られており、広帯域に渡って十分にノイズを低減することが困難である。【０００６】
本発明の目的は、広い周波数帯域に渡ってノイズを低減することができるノイズ低減装置及びそれを備える検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための、本発明の一側面としてのノイズ低減装置は、第１の周期で生成されるパルス光を３つ以上のパルス光に分波する分波手段と、前記３つ以上のパルス光の夫々に対して互いに異なる遅延時間を付与する遅延手段と、前記３つ以上のパルス光を合波する合波手段と、を有し、前記３つ以上のパルス光のうち、前記遅延手段により付与される遅延時間が最も近い２つのパルス光について、該遅延時間同士の差は前記第１の周期と同じであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、広い周波数帯域に渡ってノイズを低減することができるノイズ低減装置及びそれを備える検出装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る非線形ラマン散乱検出装置の要部概念図。
【図２】パルス光の分波数及び光強度比とノイズ透過率との関係を示す図。
【図３】本発明の実施形態に係るノイズ透過率スペクトルを示す図。
【図４】本発明の実施例１に係るノイズ低減装置の要部概略図。
【図５】本発明の実施例１における融着ずれによる影響を説明するための図。
【図６】本発明の実施例２に係るノイズ低減装置の要部概略図。
【図７】本発明の実施例３に係るノイズ低減装置の要部概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係るノイズ低減装置１００を備える検出装置としてのＳＲＳ顕微鏡５０の要部概念図である。ＳＲＳ顕微鏡５０は、第１の光周波数を有する第１のパルス光７０を生成する第１の生成手段１と、第１の光周波数とは異なる第２の光周波数を有する第２のパルス光８０を生成する第２の生成手段２と、を備えている。本実施形態では、第１の光周波数よりも第２の光周波数の方が高く、第１のパルス光７０はストークス光、第２のパルス光８０はポンプ光となる。ラマンスペクトルを測定する際の分解能を高めるために、ポンプ光及びストークス光は試料に照射される時点でピコ秒オーダーのパルス幅を持つように調整されている。
【００１２】
第１の生成手段１は、第１のパルス光７０を繰り返し周期：２５ｎｓ（繰り返し周波数：４０ＭＨｚ）で生成しており、第２の生成手段２は、第２のパルス光８０を繰り返し周期：１２．５ｎｓ（繰り返し周波数：８０ＭＨｚ）で生成している。このように、本実施形態においては、第１のパルス光７０と第２のパルス光８０との繰り返し周期の比が２：１となるように（繰り返し周波数の比が１：２となるように）構成している。なお、本実施形態では、第１の生成手段１及び第２の生成手段２の夫々の光源としてパルスレーザを用いているが、必要に応じてＣＷレーザから出射した連続光をパルス化する構成を用いてもよい。また、１つの光源からの光を分岐させて第１のパルス光７０及び第２のパルス光８０を生成する構成を採ってもよい。
【００１３】
ＳＲＳ顕微鏡５０において、第１の生成手段１から出射した第１のパルス光７０は、ビームスプリッタ３によりパルス光４及びパルス光５に分波される。抽出手段６は、パルス光４から任意の周波数帯域を切り出すための波長可変バンドパスフィルタである。抽出手段６は、抽出する光周波数を選択可能であり、その抽出周波数（抽出波長）を変化させることによって、ポンプ光とストークス光との光周波数差を可変にしている。パルス光５は、ミラー７によりダイクロイックミラー１１に導かれる。また、第２の生成手段２から出射した第２のパルス光８０は、ビームスプリッタ８によりパルス光９及びパルス光１０に分波される。
【００１４】
そして、パルス光５及びパルス光１０は、ダイクロイックミラー１１により同軸に合波され、偏光板１２により互いの偏光が揃えられる。合波されたパルス光５及びパルス光１０は、レンズ１３により集光され、その焦点に配置された光検出器１４に互いのスポットが重なるように照射される。光検出器１４にパルス光５及びパルス光１０が同時に照射されると、パルス光５に含まれるフォトンとパルス光１０に含まれるフォトンとによって二光子吸収が生じる。光検出器１４は、この二光子吸収による信号を得ることによって、第１の生成手段１と第２の生成手段２とのパルス光の生成タイミングのずれに応じて電気信号を出力する。
【００１５】
フィードバック回路１５は、光検出器１４からの電気信号を受けて、第１の生成手段１が有する共振器長調整手段１６に対して出力を行う。本実施形態に係る共振器長調整手段１６はピエゾアクチュエータであり、フィードバック回路１５の出力に応じて共振器長を変化させることにより、第１のパルス光７０の繰り返し周波数を調整することができる。光検出器１４においては、パルス光５とパルス光１０との到達タイミングが一致したときに、二光子吸収によって電気信号が増加する。よって、光検出器１４から出力される電気信号の増減を、フィードバック回路１５及び共振器長調整手段１６により一定にすることによって、パルス光５とパルス光１０との繰り返し周波数の比が１：２となる状態を維持することができる。
【００１６】
ノイズ低減装置１００は、ビームスプリッタ８からのパルス光９を受けて、ノイズが低減されたパルス光２８を生成する（詳細は後述）。そして、パルス光４及びパルス光２８は、ダイクロイックミラー２９により同軸に合波され、スキャナミラー３０に導かれる。スキャナミラー３０は、パルス光の反射角度を２軸方向に変化させるための手段であり、本実施形態ではレゾナントミラー及びガルバノミラーで構成される。一般に、レゾナントミラーはガルバノミラーよりも高速に角度を変えることができるため、パルス光の照射位置をラスタースキャンする際には、高速軸方向に対してはレゾナントミラーを用い、低速軸方向に対してはガルバノミラーを用いることが好ましい。
【００１７】
スキャナミラー３０により反射されたパルス光は、レンズ３１及びレンズ３２を透過した後、ミラー３３により偏向されて対物レンズ３４に導かれ、試料３５に照射される。スキャナミラー３０と対物レンズ３４の入射瞳とは、レンズ３１及びレンズ３２により互いに共役な関係となっているため、スキャナミラー３０を駆動した際に、パルス光が遮光されて試料３５における光量が変化することを抑制することができる。また、レンズ３１及びレンズ３２の焦点距離は、対物レンズ３４に入射するパルス光のビームサイズと対物レンズ３４の入射瞳のサイズとが等しくなるように調整されているため、試料３５に照射されるパルス光のスポットサイズを最小にすることができる。
【００１８】
試料３５を透過したパルス光は、対物レンズ３６によって平行光となり、光学フィルタ３７に導かれる。光学フィルタ３７は、試料３５を透過したパルス光のうち、ストークス光であるパルス光４を遮蔽し、ポンプ光であるパルス光２８のみを透過させる。また、光学フィルタ３７は、ＣＡＲＳ等のＳＲＳ以外の非線形光学現象によって発生する光も遮蔽している。光学フィルタ３７を透過したパルス光２８は、レンズ３８によって集光され、その焦点に配置された光検出器３９に導かれる。光検出器３９により出力された電気信号は、プリアンプ４０により増幅され、ロックインアンプ４１に入力される。この光検出器３９とプリアンプ４０とロックインアンプ４１とにより検出手段が構成されている。
【００１９】
ＳＲＳ顕微鏡５０においては、ポンプ光及びストークス光が同時に試料３５に照射されたときに、互いの光周波数の差が試料３５の分子振動数と一致すると、その照射位置でＳＲＳが生じ、ストークス光のエネルギーが増加し、ポンプ光のエネルギーが減少する。本実施形態では、上述したように、ＳＲＳを効率よく発生させかつ効率よく検出するために、パルス光４とパルス光２８との繰り返し周波数の比が１：２となるように調整されている。すなわち、試料３５には、ポンプ光のみの照射とポンプ光及びストークス光の照射とが交互に行われ、ＳＲＳによる強度変調は、ストークス光の繰り返し周波数で生じる。よって、ポンプ光であるパルス光２８は、ストークス光であるパルス光４の繰り返し周波数：４０ＭＨｚで強度変調される。この強度変調をＳＲＳ信号（ＳＲＳ強度）として検出することで、試料３５に含まれる分子の同定や区別を行うことができる。
【００２０】
ロックインアンプ４１は、プリアンプ４０を介した電気信号を４０ＭＨｚでロックイン検出することで、ＳＲＳ信号を取得することができる。計算機４２は、ロックインアンプ４１によって取得されたＳＲＳ信号を受け取り、記憶及び画像化などの処理を行う。なお、抽出手段６を用いてパルス光４及びパルス光２８の光周波数差を掃引することにより、各光周波数差に対応して生じる、試料３５に含まれる分子の振動数に応じたＳＲＳ強度の変化を、ラマンスペクトルとして取得することができる。また、スキャナミラー３０の角度を変えることで、試料３５でのパルス光の照射位置を変化させて、照射位置毎にＳＲＳ信号を検出することができる。
【００２１】
ここで、ポンプ光の強度変調としてのＳＲＳ強度は非常に小さいため、ラマンスペクトルを効率よく取得するためには、ポンプ光の光強度ノイズを低減することが必要となる。このことについて、以下に詳細に説明する。
【００２２】
本実施形態において、試料に入射するポンプ光の強度をＩｐ、試料に入射するストークス光の強度をＩＳ、とするとき、ＳＲＳ強度はＩＳＲＳ  ＝αχ（３）ｉｍＩｐＩＳなる式で表すことができる。ここで、αは比例係数であり、χ（３）ｉｍは試料の３次の非線形感受率である。このとき、試料を介して散乱したポンプ光の強度Ｉは、以下の数式（１）を満たす。
Ｉ∝Ｉｐ−ＩＳＲＳ＝Ｉｐ−αχ（３）ｉｍＩｐＩＳ      （１）
【００２３】
数式（１）において、ポンプ光及びストークス光にノイズが含まれる場合を考える。まず、ノイズが含まれたポンプ光の強度をＩｐ＝Ｉｐ０＋ΔＩｐとし、ノイズが含まれたストークス光の強度をＩＳ＝ＩＳ０＋ΔＩＳとする。ただし、Ｉｐ０はＩｐの定常成分、ΔＩｐはＩｐのノイズ成分であり、ＩＳ０はＩＳの定常成分、ΔＩＳはＩＳのノイズ成分である。ここで、ΔＩｐ及びΔＩＳは、Ｉｐ及びＩＳと比べて十分に小さい一次の微小項である。また、一般に、ＩＳＲＳ（比例係数α）は、Ｉｐ及びＩＳよりも３〜５桁程度小さい微小項であることを考慮し、数式（１）を一次の微小項まで書き下すと、以下の数式（２）が導出される。
Ｉ＝Ｉｐ０＋ΔＩｐ−αχ（３）ｉｍ（Ｉｐ０＋ΔＩｐ）（ＩＳ０＋ΔＩＳ）
＝Ｉｐ０＋ΔＩｐ−αχ（３）ｉｍＩｐ０ＩＳ０      （２）
【００２４】
数式（２）において、ストークス光のノイズ成分ΔＩＳを含む項は二次の微小項となるため消すことができるが、ポンプ光のノイズ成分ΔＩｐは残存する。すなわち、ＳＲＳ強度に対しては、ストークス光のノイズよりもポンプ光のノイズの方が大きく寄与するため、ポンプ光のノイズを低減することが重要となる。ただし、本実施形態とは逆に、ストークス光の強度変調をＳＲＳ強度として検出する場合は、数式（１）及び（２）におけるポンプ光とストークス光との添え字を入れ替え、αの符号を反転させた場合に相当し、ストークス光のノイズを低減することが重要となる。
【００２５】
次に、本実施形態に係るノイズ低減装置１００について、図１を用いて詳細に説明する。ノイズ低減装置１００は、分波手段１７と、遅延手段１９と、調整手段２０と、合波手段２１と、を備える。まず、ノイズ低減装置１００に入射したパルス光９は、分波手段１７によってｎ個のパルス光１８−１〜１８−ｎに分波される。ただし、ｎは３以上の整数である。
【００２６】
分波手段１７により生成されたパルス光１８−１〜１８−ｎの夫々には、遅延手段１９が有するｎ個の遅延部１９−１〜１９−ｎによって、互いに異なる遅延時間が与えられる。また、パルス光１８−１〜１８−ｎの夫々の光強度は、調整手段２０が有するｎ個の調整部２０−１〜２０−ｎによって調整される。なお、遅延手段１９と調整手段２０との配置を入れ替えることで、パルス光１８−１〜１８−ｎに対する遅延時間の付与と光強度の調整との順番を入れ替えてもよい。
【００２７】
そして、パルス光１８−１〜１８−ｎの夫々は合波手段２１によって同軸に合波され、ノイズが低減されたパルス光２８として射出される。このように、ノイズ低減装置１００によれば、ポンプ光を３以上のパルス光に分波し、夫々に異なる遅延時間を与えてから合波することにより、ポンプ光のノイズを良好に低減することができる。なお、ストークス光の強度変調をＳＲＳ強度として検出する場合は、ノイズ低減装置１００によりストークス光のノイズを低減すればよい。
【００２８】
ここで、ノイズ低減装置１００によってパルス光のノイズが低減される原理について説明する。パルス光に含まれるノイズの周波数特性は、パルス光の時間波形のフーリエ変換によって得られるスペクトルから求まる。本実施形態では、光パワー（光強度）で規格化したとき（光パワーが互いに同じであるとしたとき）、パルス光２８のスペクトルをパルス光９のスペクトルで除して得られるスペクトルを、ノイズ透過率スペクトルとする。このノイズ透過率スペクトルは、ノイズ低減装置１００によるノイズ低減効果の周波数特性を表す。
【００２９】
ＳＲＳ顕微鏡５０では、ロックインアンプ４１により、ストークス光の繰り返し周波数である４０ＭＨｚをロックイン周波数として（ストークス光の繰り返し周期である２５ｎｓをロックイン周期として）ＳＲＳ信号を取得する。このとき、ロックインアンプ４１は、ロックイン周波数を中心とする特定幅の周波数帯域の電気信号を取り出す処理を行う。よって、ノイズ低減装置１００のノイズ透過率スペクトルのうち、ロックインアンプ４１が取り出す周波数帯域においてノイズを低減することが望まれる。この周波数帯域の幅は、ロックインアンプ４１の時定数で決まっており、高速にロックイン検出を行うためには、４０ＭＨｚを中心とした広い周波数帯域で信号を取り出す必要がある。
【００３０】
例えば、ラスタースキャンによりＳＲＳ信号を取得し、縦５００ピクセル、横１０００ピクセルの画像を毎秒３０枚で取得する場合を考える。このとき、横方向はレゾナントミラーによって走査される高速軸であるとする。なお、レゾナントミラーによりパルス光の反射角度を変化させると、振り角の両端ではレゾナントミラーの速度が落ちるため、結果としてラスタースキャンの高速軸方向である横方向の両端で画像が歪んでしまう。この画像の歪みを避けるために、横方向は縦方向よりも多い１０００ピクセルを取得し、中心部分の５００ピクセルを残して両端のデータをトリミングすることで、縦５００ピクセル、横５００ピクセルの画像を得るようにする。
【００３１】
以上の条件では、一秒あたりに１５００万ピクセルの画像を取得することになる。この条件で取得される信号をロックインアンプ４１により取り出すためには、ナイキストの定理より、サンプリングレート：１５ＭＨｚの１／２である７．５ＭＨｚの周波数帯域が必要となる。すなわち、ロックインアンプ４１により信号を取り出す周波数帯域を、４０±７．５ＭＨｚとなるように設定する必要がある。この場合、４０±７．５ＭＨｚの周波数帯域のノイズがＳＲＳ信号に重畳することになる。
【００３２】
フーリエ変換の平行移動の基本的性質より、関数ｆ（ｔ）のフーリエ変換がＦ（ω）の場合、任意実数τに対して、ｆ（ｔ−τ）のフーリエ変換はｅｉωτＦ（ω）で表される。また、τのｊ倍（ただし、ｊは整数）の遅延を与えた場合のフーリエ変換は、ｅｉｊωτＦ（ω）で表すことができる。このため、ノイズ低減装置１００のノイズ透過率スペクトルＮ（ω）は、以下の数式（３）で表される。ただし、ωはノイズ透過率スペクトルの角周波数、ａは合波手段２１により合波された後の各パルス光１８−１〜１８−ｎの光強度比、ｋは各パルス光の番号から１を引いた値（０〜ｎ−１の各整数）、Ｔはポンプ光の繰り返し周期（第１の周期）、である。
【００３３】
【数１】
2016079845.tif 000003
【００３４】
例として、ｎ＝２かつａ０＝ａ１＝１（光強度比が１：１）である場合と、ｎ＝３かつａ０＝ａ１＝ａ２＝１（光強度比が１：１：１）である場合と、ｎ＝３かつａ０＝ａ２＝１，ａ１＝２（光強度比が１：２：１）である場合と、を考える。この３つのケースにおけるノイズ透過率スペクトルＮ１１（ω），Ｎ１１１（ω），Ｎ１２１（ω）の夫々を、以下の数式（４），（５），（６）及び図２における実線，破線，点線の夫々で示す。
【００３５】
【数２】
2016079845.tif 000004
【００３６】
【数３】
2016079845.tif 000005
【００３７】
【数４】
2016079845.tif 000006
【００３８】
図２の実線で表されるノイズ透過率スペクトルＮ１１（ω）においては、横軸の周波数（ＲＦ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が４０ＭＨｚであるときにはノイズ透過率が略０まで低減されているが、４０ＭＨｚから離れるにつれてノイズ透過率が大きくなっている。そのため、ロックインアンプ４１で取り出す周波数帯域が広くなるにつれて、計測されるＳＲＳ信号に含まれるノイズが増大してしまう。
【００３９】
一方で、図２の破線で表されるノイズ透過率スペクトルＮ１１１（ω）においては、４０ＭＨｚに対するノイズ透過率が０になってはいないが、ノイズ透過率スペクトルＮ１１（ω）よりも広い周波数帯域でノイズ透過率が低くなっている。よって、高速にＳＲＳ信号を取得するために、ロックインアンプ４１により広い周波数帯域で信号を取り出す際には、ｎ＝２の場合よりもｎ＝３の場合の方が、ノイズ低減効果が大きくなる。さらに、図２の点線で表されるノイズ透過率スペクトルＮ１２１（ω）においては、４０ＭＨｚに対するノイズ透過率が略０になる性質と、広い周波数帯域でノイズ透過率が低減する性質と、を両立させることができている。すなわち、ｎ＝３の場合の分波された３つのパルス光の光強度比に関しては、１：１：１の場合よりも１：２：１の場合の方が望ましい。
【００４０】
一般化すると、第１の周期で生成されるパルス光を３つ以上のパルス光に分波する場合は、その３つ以上のパルス光のうち付与される遅延時間が最も近い２つのパルス光について、該遅延時間同士の差が第１の周期と同じになるように構成すればよい。具体的には、パルス光１８−１〜１８−ｎの夫々に対して第１〜第ｎの遅延時間を与える場合は、第１の遅延時間と第２の遅延時間との差ｔ０、・・・第ｎ−１の遅延時間と第ｎの遅延時間との差ｔｎ−２、の全てが第１の周期Ｔと同じになるようにすればよい。これにより、広い周波数帯域に渡ってノイズを低減することが可能になる。
【００４１】
理想的には、以下の数式（７）を満たすように構成することがより好ましい。
ｔ０＝・・・＝ｔｎ−２＝Ｔ      （７）
【００４２】
この数式（７）を満たすために、本実施形態では、各パルス光１８−１〜１８−ｎに与える第１〜第ｎの遅延時間の夫々がｋＴとなるように設定している。すなわち、パルス光１８−１に与える第１の遅延時間を０Ｔ、パルス光１８−２に与える第２の遅延時間を１Ｔ、・・・パルス光１８−ｎに与える第ｎの遅延時間を（ｎ−１）Ｔ、としている。ただし、数式（７）を満たすようにすればこの構成に限られるものではなく、例えば、各遅延時間をαだけずらしてｋＴ＋αとしてもよい。言い換えると、第１〜第ｎの遅延時間のうち、最も短い時間を基準としたときの相対遅延時間が、夫々ｋＴとなるように設定すればよい。
【００４３】
なお、「遅延時間同士の差が第１の周期と同じになる」とは、遅延時間同士の差が正確に第１の周期に一致しない場合、すなわち厳密に数式（７）を満たさない場合も含んでいる。例えば、本実施形態に係る遅延部１９−ｎの光路において光学距離（光路長）に３ｃｍの誤差が生じた場合、この光学距離３ｃｍを光が伝搬するのに掛かる時間は約０．１ｎｓであるため、第ｎの遅延時間は約０．１ｎｓだけずれることになる。一方で、第１の周期Ｔ＝１２．５ｎｓであり、第ｎの遅延時間の誤差は第１の周期の１％程度であるため、十分に小さいとみなせる。
【００４４】
ただし、この誤差の例は大きく見積もった場合であり、一般的な光学装置の各部材の配置は、ミリメートルオーダー以下で制御されているため、実際は遅延時間の誤差による影響はさらに小さくなる。よって、各遅延時間の誤差がノイズ透過率スペクトルに与える影響も十分に小さいため、各遅延時間同士の差が正確にＴに一致しない場合にも、本発明の効果を得ることができる。具体的には、以下の条件式（８）を満たすことが望ましく、この場合に「遅延時間同士の差が第１の周期と同じ」であるとみなすことができる。
ｔｋ−Ｔ＜Ｔ／６      （８）
【００４５】
さらに、パルス光１８−１〜１８−ｎ同士の干渉を避けようとする場合には、遅延時間がピコ秒オーダー程度ずれていた方が望ましい。ただし、各遅延時間同士の差の第１の周期Ｔからのずれ量は、第１の周期Ｔのオーダーよりも小さい方がより望ましい。
【００４６】
そして、合波手段２１により合波された後のパルス光１８−１〜１８−ｎの夫々の光強度比（係数ａｋ）についても一般化すると、以下の数式（９）を満たすことが望ましい。
【００４７】
【数５】
2016079845.tif 000007
【００４８】
例えば、ｎ＝３の場合はａ０：ａ１：ａ２＝１：２：１、ｎ＝４の場合はａ０：ａ１：ａ２：ａ３＝１：３：３：１、ｎ＝５の場合はａ０：ａ１：ａ２：ａ３：ａ４＝１：４：６：４：１、となるように構成することが望ましい。ただし、係数ａの値が数式（９）から多少ずれたとしても、本発明の効果を得ることができる。数式（７）及び数式（９）を数式（３）に代入すると、以下の数式（１０）が導出される。
【００４９】
【数６】
2016079845.tif 000008
【００５０】
図３は、ｎ＝２，３，４，５の場合のノイズ透過率スペクトルＮｎ（ω）を示す図であり、Ｎ２（ω）を実線、Ｎ３（ω）を点線、Ｎ４（ω）を一点鎖線、Ｎ５（ω）を二点鎖線で夫々示している。なお、図３におけるノイズ透過率スペクトルＮ２（ω）及びＮ３（ω）は、図２におけるノイズ透過率スペクトルＮ１１（ω）及びＮ１２１（ω）と同じである。  図３において、ノイズ透過率スペクトルＮｎ（ω）は、横軸の周波数（ＲＦ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が４０ＭＨｚであるとき、すなわちωＴ＝πであるときには、ｎ≧２において常に略０となる。また、数式（１０）は１より小さい関数形のべき乗で表されるため、図３に示すように、ｎの値が大きくなるに従ってより広い周波数帯域でノイズが低減されている。
【００５１】
なお、ノイズ低減装置１００において、パルス光１８−１〜１８−ｎの少なくとも１つを、さらに複数の子パルス光に分波してもよい。この場合、子パルス光同士のパルス間隔がＴに比べて十分に小さければ、各子パルス光をまとめて１つのパルス光とみなすことができるため、本発明の効果を得ることができる。
【００５２】
以上、本実施形態に係るノイズ低減装置１００によれば、広い周波数帯域に渡ってパルス光のノイズを低減することができる。
【００５３】
［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係るノイズ低減装置１００及びそれを備えるＳＲＳ顕微鏡５０について詳細に説明する。本実施例に係るＳＲＳ顕微鏡５０において、ノイズ低減装置１００以外の構成は、図１に示した実施形態に係る構成と同様である。
【００５４】
本実施例では、第１の生成手段１の光源としてイッテルビウム（Ｙｂ）ファイバレーザを用い、第２の生成手段２の光源としてエルビウム（Ｅｒ）ファイバレーザを用いている。Ｙｂファイバレーザから出射するパルス光の中心波長は１０３０ｎｍ、波長幅は約３０ｎｍであり、このパルス光を第１のパルス光７０として用いる。また、Ｅｒファイバレーザから出射するパルス光の中心波長は１５８０ｎｍであり、第２の生成手段２は、このパルス光をスペクトル幅０．６ｎｍでモードロックさせた後、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）により第二高調波を発生させる。これにより、中心波長７９０ｎｍの第２のパルス光８０が得られる。
【００５５】
なお、第１のパルス光７０及び第２のパルス光８０はいずれも直線偏光であり、互いの光周波数差はラマンシフトにおける２８００〜３１００ｃｍ−１の範囲の値であるため、試料３５に含まれる分子のＣＨ結合によるＳＲＳ信号を検出することができる。
【００５６】
図４は、本実施例に係るノイズ低減装置１００の要部概略図である。本実施例に係るノイズ低減装置１００は、入射したパルス光９を３つのパルス光に分波し、その３つのパルス光の夫々の光強度比を１：２：１とし、夫々を合波してパルス光２８を生成している。本実施例に係る分波手段１０１７、遅延手段１０１９、調整手段１０２０、合波手段１０２１の夫々は、図１における分波手段１７、遅延手段１９、調整手段２０、合波手段２１の夫々に対応している。
【００５７】
分波手段１０１７は、ファイバタイプＰＢＳ（ファイバタイプ偏光ビームスプリッタ）１０３，１０６、偏波保持光ファイバ（ＰＭファイバ）１０４、及び融着箇所１０５、を含み、遅延手段１０１９は、ＰＭファイバ１０７，１０８，１０９を含む。また、合波手段１０２１は、ファイバタイプＰＢＳ１１０，１１３、ＰＭファイバ１１１、及び融着箇所１１２を含み、調整手段１０２０は、融着箇所１１２及びファイバタイプＰＢＳ１１３を含む。
【００５８】
まず、ノイズ低減装置１００に入射したパルス光９は、半波長板１０１及びファイバコリメータ１０２を介してファイバタイプＰＢＳ１０３に導かれ、ファイバタイプＰＢＳ１０３により横方向偏光成分と縦方向偏光成分とに分波される。半波長板１０１は、パルス光９の偏光方向を回転させており、半波長板１０１の角度を調整することによって、横方向偏光成分と縦方向偏光成分との光強度の比を１：２にしている。そして、横方向偏光成分はＰＭファイバ１０７によりファイバタイプＰＢＳ１１３に導かれ、縦方向偏光成分はＰＭファイバ１０４によりファイバタイプＰＢＳ１０６に導かれる。
【００５９】
ＰＭファイバ１０４は、融着箇所１０５の前後で偏光方向が４５°回転するように形成されている。よって、ＰＭファイバ１０４に導かれたパルス光の縦方向偏光成分は、ファイバタイプＰＢＳ１０６により光強度の比が１：１となるように分波され、夫々がＰＭファイバ１０８とＰＭファイバ１０９とに導かれる。なお、ＰＭファイバ１０４を融着箇所１０５で融着する際に、偏光方向の回転角度が４５°から多少ずれたとしても、ノイズ低減の効果に対して実質的な影響は無い（詳細は後述）。
【００６０】
ここで、遅延手段１０１９が有する遅延部としてのＰＭファイバ１０７、ＰＭファイバ１０８、及びＰＭファイバ１０９の夫々の長さは互いに異なっており、各ＰＭファイバは分波された各パルス光に対して夫々の光学距離に応じた遅延時間を与えている。本実施例では、ＰＭファイバ１０８がパルス光に付与する遅延時間を基準として、ＰＭファイバ１０８，１０７，１０９がパルス光に付与する相対遅延時間の夫々が順に０、Ｔ、２Ｔとなるように、各ＰＭファイバの長さが調整されている。すなわち、ＰＭファイバ１０８とＰＭファイバ１０７とがパルス光に付与する遅延時間の差、及びＰＭファイバ１０７とＰＭファイバ１０９とがパルス光に付与する遅延時間の差、がいずれもＴとなるように構成されている。
【００６１】
なお、上述したように、必要に応じて各遅延時間をシフトさせてもよいし、各遅延時間の差がＴからずれるようにしてもよい。ただし、ＰＭファイバ内で生じる非線形光学効果によるパルス光の乱れを抑制するために、できるだけＰＭファイバの長さを短くすることが好ましい。
【００６２】
ＰＭファイバ１０８及びＰＭファイバ１０９を通ったパルス光は、ファイバタイプＰＢＳ１１０により合波されてＰＭファイバ１１１に導かれる。ＰＭファイバ１１１は、融着箇所１１２の前後で偏光方向が４５°回転するように形成されている。よって、ＰＭファイバ１０８を通ったパルス光の縦方向偏光成分と横方向偏光成分との比、及びＰＭファイバ１０９を通ったパルス光の縦方向偏光成分と横方向偏光成分との比、の夫々が１：１となるように構成することができる。
【００６３】
そして、ＰＭファイバ１０７により導光されたパルス光の横方向偏光成分及びＰＭファイバ１１１により導光されたパルス光の縦方向偏光成分は、ファイバタイプＰＢＳ１１３により合波されてパルス光２８となり、ファイバコリメータ１１４により射出される。このとき、ＰＭファイバ１１１により導光されたパルス光の横方向偏光成分は遮蔽される。よって、相対遅延時間０、Ｔ、２Ｔを付与された各パルス光の、ファイバタイプＰＢＳ１１３により合波された後の光強度比は１：２：１となる。このように、本実施例に係るノイズ低減装置１００によれば上記数式（６）及び数式（１０）におけるｎ＝３の場合を満足するパルス光２８を生成することができる。
【００６４】
上述したように、本実施例では、調整手段１０２０としての融着箇所の融着角度の調整や、ファイバタイプＰＢＳによる遮蔽によって、パルス光の光強度の調整を行っている。このとき、融着ずれにより、ＰＭファイバの融着箇所の前後における偏光方向の回転角度が、設計値から多少ずれたとしても、ノイズ低減の効果に対して実質的な影響は無い。例として、偏光方向の回転角度が４５°に対して３°ずれた場合について考える。この場合、ＰＭファイバ１０８とＰＭファイバ１０９とに導かれる光強度の比が１：１に対してΔだけずれるとすると、数式（６）を変形して、以下の数式（１１）が導出できる。
【００６５】
【数７】
2016079845.tif 000009
【００６６】
ここで、回転角度が４５°に対して３°ずれた場合、Δは以下の数式（１２）で表される。
Δ＝１−２｛ｃｏｓ（４５°＋３°）｝２      （１２）
【００６７】
数式（１２）を解くと、Δは約０．１であることがわかる。図５（ａ）は、このΔの値を数式（１１）に代入して得られるノイズ透過率スペクトルＮ’１２１（ω）を破線で示し、数式（６）で表されるノイズ透過率スペクトルＮ１２１（ω）を実線で示した図である。また、図５（ｂ）は、ノイズ透過率スペクトルＮ’１２１（ω）とノイズ透過率スペクトルＮ１２１（ω）との差スペクトルを示した図である。
【００６８】
図５（ａ）より、両ノイズ透過率スペクトルは略一致しており、図５（ｂ）より、融着ずれがある場合とない場合とでのノイズ透過率の差は全帯域で０．００６以下となっていることがわかる。したがって、融着ずれが生じたとしても、ノイズ透過率スペクトルの変化は十分に小さく、本発明の効果を得ることができる。なお、一般的に、ＰＭファイバを融着するためのファイバ融着器によれば、偏光方向の回転角度を１°以下の精度で調整することができるため、実際のノイズ透過率スペクトルの変化はさらに小さくなる。
【００６９】
［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係るノイズ低減装置２００及びそれを備えるＳＲＳ顕微鏡５０について詳細に説明する。本実施例に係るＳＲＳ顕微鏡５０において、ノイズ低減装置２００以外の構成は、上述した実施例１に係る構成と同様である。
【００７０】
図６は、本実施例に係るノイズ低減装置２００の要部概略図である。本実施例に係るノイズ低減装置２００は、実施例１に係るノイズ低減装置１００とは異なり、入射したパルス光９を５つのパルス光に分波し、その５つのパルス光の夫々の光強度比を１：４：６：４：１とし、夫々を合波してパルス光２８を生成している。本実施例に係るノイズ低減装置２００によれば、ノイズ低減装置１００よりもさらにノイズを低減することができる。
【００７１】
本実施例に係る分波手段２０１７、遅延手段２０１９、調整手段２０２０、合波手段２０２１の夫々は、図１における分波手段１７、遅延手段１９、調整手段２０、合波手段２１の夫々に対応している。分波手段２０１７は、ファイバタイプＰＢＳ２０３，２０６，２０９，２１３と、ＰＭファイバ２０４，２０７，２１０，２１１と、融着箇所２０５，２０８，２１２と、を含む。遅延手段２０１９は、ＰＭファイバ２１１，２１４，２１５，２１６，２１７を含む。合波手段２０２１は、ファイバタイプＰＢＳ２１８，２２１，２２５，２２８と、融着箇所２１９，２２３，２２６と、ＰＭファイバ２２０，２２４，２２７と、を含む。調整手段２０２０は、融着箇所２１９，２２３，２２６と、ファイバタイプＰＢＳ２２５，２２８と、を含む。
【００７２】
まず、ノイズ低減装置２００に入射したパルス光９は、半波長板２０１及びファイバコリメータ２０２を介してファイバタイプＰＢＳ２０３に導かれ、ファイバタイプＰＢＳ２０３により横方向偏光成分と縦方向偏光成分とに分波される。半波長板２０１は、パルス光９の偏光方向を回転させており、半波長板２０１の角度を調整することによって、横方向偏光成分と縦方向偏光成分との光強度の比を４：５にしている。そして、横方向偏光成分はＰＭファイバ２０７に導かれ、縦方向偏光成分はＰＭファイバ２０４に導かれる。
【００７３】
ＰＭファイバ２０４は、融着箇所２０５の前後で偏光方向が回転するように形成されている。ＰＭファイバ２０４に導かれたパルス光の縦方向偏光成分は、ファイバタイプＰＢＳ２０６により光強度の比が２：３となるように分波され、夫々がＰＭファイバ２１０とＰＭファイバ２１１とに導かれる。また、ＰＭファイバ２１０は、融着箇所２１２の前後で偏光方向が４５°回転するように形成されている。そして、ＰＭファイバ２１０を通ったパルス光は、ファイバタイプＰＢＳ２１３によって光強度の比が１：１となるように分波され、夫々がＰＭファイバ２１６とＰＭファイバ２１７とに導かれる。
【００７４】
同様に、ＰＭファイバ２０７は、融着箇所２０８の前後で偏光方向が４５°回転するように形成されている。そして、ＰＭファイバ２０７を通ったパルス光は、ファイバタイプＰＢＳ２０９によって光強度の比が１：１となるように分波され、夫々がＰＭファイバ２１４とＰＭファイバ２１５とに導かれる。
【００７５】
ここで、遅延手段２０１９が有する遅延部としてのＰＭファイバ２１７，２１５，２１１，２１４，２１６の夫々の長さは互いに異なっている。本実施例では、ＰＭファイバ２１７がパルス光に付与する遅延時間を基準として、ＰＭファイバ２１７，２１５，２１１，２１４，２１６がパルス光に付与する相対遅延時間の夫々が順に０，Ｔ，２Ｔ，３Ｔ，４Ｔとなるように、夫々の長さが調整されている。すなわち、パルス光に付与する遅延時間が最も近い２つのＰＭファイバを、該遅延時間同士の差がＴと同じになるように構成している。
【００７６】
ＰＭファイバ２１４及びＰＭファイバ２１５を通ったパルス光は、ファイバタイプＰＢＳ２１８により合波されてＰＭファイバ２２０に導かれる。ＰＭファイバ２２０は、融着箇所２１９の前後で偏光方向が４５°回転するように形成されている。よって、ＰＭファイバ２１４を通ったパルス光の縦方向偏光成分と横方向偏光成分との比、及びＰＭファイバ２１５を通ったパルス光の縦方向偏光成分と横方向偏光成分との比、の夫々が１：１となるように構成することができる。
【００７７】
ＰＭファイバ２１６及びＰＭファイバ２１７を通ったパルス光は、ファイバタイプＰＢＳ２２１により合波されてＰＭファイバ２２４に導かれる。ＰＭファイバ２２４は、融着箇所２２３の前後で偏光方向が４５°回転するように形成されている。そして、ＰＭファイバ２１１により導光されたパルス光及びＰＭファイバ２２４により導光されたパルス光は、ファイバタイプＰＢＳ２２５により合波されてＰＭファイバ２２７に導かれる。このとき、ＰＭファイバ２２４により導光されたパルス光の縦方向偏光成分は、ファイバタイプＰＢＳ２２５によって遮蔽される。また、ＰＭファイバ２２７は、融着箇所２２６の前後で偏光方向が４５°回転するように形成されている。
【００７８】
そして、ＰＭファイバ２２０により導光されたパルス光の縦方向偏光成分及びＰＭファイバ２２７により導光されたパルス光の横方向偏光成分は、ファイバタイプＰＢＳ２２８により合波されてパルス光２８となり、ファイバコリメータ２２９により射出される。このとき、ＰＭファイバ２２０により導光されたパルス光の横方向偏光成分及びＰＭファイバ２２７により導光されたパルス光の縦方向偏光成分は、ファイバタイプＰＢＳ２２８によって遮蔽される。
【００７９】
これにより、相対遅延時間０，Ｔ，２Ｔ，３Ｔ，４Ｔを付与された各パルス光の、ファイバタイプＰＢＳ２２８により合波された後の光強度比は１：４：６：４：１となる。このように、本実施例に係るノイズ低減装置２００によれば、上記数式（１０）におけるｎ＝５の場合を満足するノイズ透過率スペクトルを得ることができる。実施例に係るノイズ透過率スペクトルＮ５（ω）は、図３に示した二点鎖線のようになり、点線で示した実施例１に係るノイズ透過率スペクトルＮ３（ω）と比較すると、より広い周波数帯域でノイズが良好に低減されていることがわかる。
【００８０】
［実施例３］
以下、本発明の実施例３に係るノイズ低減装置３００及びそれを備えるＳＲＳ顕微鏡５０について詳細に説明する。本実施例に係るＳＲＳ顕微鏡５０において、ノイズ低減装置３００以外の構成は、上述した実施例１に係る構成と同様である。
【００８１】
図７は、本実施例に係るノイズ低減装置３００の要部概略図である。本実施例に係るノイズ低減装置３００は、実施例１に係るノイズ低減装置１００と同等の光学系を、光ファイバを用いずに構成している。本実施例に係る分波手段３０１７、遅延手段３０１９、調整手段３０２０、合波手段３０２１の夫々は、図１における分波手段１７、遅延手段１９、調整手段２０、合波手段２１の夫々に対応している。
【００８２】
分波手段３０１７は、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）３０２，３０７及び半波長板３０６を含み、遅延手段３０１９は、ミラー３１１，３１２，３１３，３１４，３２１，３２２，３２３，３２４を含む。また、合波手段３０２１は、ミラー３１５，３２０、ＰＢＳ３１６，３２５、半波長板３１８、及び偏光板３１９を含み、調整手段３０２０は、半波長板３１８及び偏光板３１９を含む。
【００８３】
まず、ノイズ低減装置３００に入射したパルス光９は、半波長板３０１を介してＰＢＳ３０２に導かれ、ＰＢＳ３０２によりパルス光３０３とパルス光３０４とに分波される。半波長板３０１は、パルス光９の偏光方向を回転させており、半波長板３０１の角度を調整することによって、パルス光３０３とパルス光３０４との光強度の比を１：１にしている。パルス光３０３は、ミラー３０５により半波長板３０６に導かれ、パルス光３０３の偏光方向は半波長板３０６により回転させられる。半波長板３０６を通過したパルス光３０３は、ＰＢＳ３０７によりパルス光３０８とパルス光３０９とに分波される。パルス光３０８とパルス光３０９との光強度の比は、半波長板３０６を回転させることによって調整可能である。
【００８４】
遅延手段３０１９は、ミラー３１１，３１２，３１３，３１４から成る遅延部としての第１のリレー光学系と、ミラー３２１，３２２，３２３，３２４から成る遅延部としての第２のリレー光学系と、を含んでいる。遅延手段３０１９は、パルス光３０４、パルス光３０８、及びパルス光３０９の夫々に対して、第１及び第２のリレー光学系の光学距離に応じた遅延時間を与えている。
【００８５】
本実施例では、パルス光３０９に付与される遅延時間を基準として、パルス光３０９、パルス光３０４、パルス光３０８に付与される相対遅延時間の夫々が順に０、Ｔ、２Ｔとなるように、第１及び第２のリレー光学系の光学距離（光路長）が調整されている。すなわち、第１のリレー光学系がパルス光３０８とパルス光３０９とに付与する遅延時間の差、及び第２のリレー光学系がパルス光３０４とパルス光３０９とに付与する遅延時間の差、がいずれもＴとなるように構成されている。
【００８６】
ミラー３１５により導光されたパルス光３０８及びパルス光３０９は、ＰＢＳ３１６により合波されてパルス光３１７として射出される。このとき、パルス光３０８及びパルス光３０９は、互いの偏光方向が直交した状態で合波される。パルス光３１７は、半波長板３１８及び偏光板３１９を介してミラー３２０に導かれる。半波長板３１８は、パルス光３１７の偏光方向を回転させており、偏光板３１９は、パルス光３１７の偏光方向に応じて光強度を減衰させている。
【００８７】
また、半波長板３０６及び半波長板３１８の角度を調整することによって、偏光板３１９を透過するパルス光３１７のうち、付与される相対遅延時間が０である成分と付与される相対遅延時間が２Ｔである成分との光強度比を調整することができる。本実施例では、パルス光３０８とパルス光３０９との光強度比が１：１となるように半波長板３０６の偏光方向を調整し、かつパルス光３１７に含まれる２つの直交する偏光成分の夫々に対して４５°となる角度に偏光板３１９の透過方向を設定している。
【００８８】
そして、第２のリレー光学系により導光されたパルス光３０４及びミラー３２０により導光されたパルス光３１７は、ＰＢＳ３２５により合波されてパルス光２８として射出される。これにより、相対遅延時間０、Ｔ、２Ｔを付与された各パルス光の、ＰＢＳ３２５により合波された後の光強度比は１：２：１となる。このように、本実施例に係るノイズ低減装置３００によれば上記数式（６）及び数式（１０）におけるｎ＝３の場合を満足するパルス光２８を生成することができる。さらに、ノイズ低減装置３００では光ファイバを用いていないため、光ファイバ内で生じる非線形光学効果によるパルス光の変形を抑制することができる。
【００８９】
［変形例］
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
【００９０】
本実施形態では、非線形ラマン散乱検出装置としてのＳＲＳ顕微鏡にノイズ低減装置を設けた場合について説明したが、これに限られるものではない。本実施形態に係るノイズ低減装置は、パルス光の強度変調を検出するための検出装置であれば、どのようなものに対しても好適である。例えば、誘導ラマン散乱以外の非線形ラマン散乱を利用した非線形ラマン散乱顕微鏡や、非線形ラマン散乱内視鏡などの非線形ラマン散乱検出装置に対して、本実施形態に係るノイズ低減装置を適用してもよい。
【００９１】
また、本実施形態に係る検出装置では、第１の生成手段の繰り返し周期が第２の生成手段の繰り返し周期の２倍となるように（第１の生成手段の繰り返し周波数が第２の生成手段の繰り返し周波数の２分の一となるように）構成しているが、これに限られない。少なくとも、第１の生成手段の繰り返し周期が第２の生成手段の繰り返し周期の整数倍となるように（第１の生成手段の繰り返し周波数が第２の生成手段の繰り返し周波数の整数分の一となるように）構成すればよい。この場合、遅延手段が付与する遅延時間同士の差が、ノイズを低減したい周期、すなわちパルス光の強度変調が生じる周期（第１の生成手段の繰り返し周期）の２分の一と同じになるように、第２の生成手段の繰り返し周期の整数倍となるように構成すればよい。
【００９２】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
【符号の説明】
【００９３】
１７  分波手段
１９  遅延手段
２１  合波手段
１００  ノイズ低減装置
【図１】
2016079845.tif 000011
【図２】
2016079845.tif 000012
【図３】
2016079845.tif 000013
【図４】
2016079845.tif 000014
【図５】
2016079845.tif 000015
【図６】
2016079845.tif 000016
【図７】
2016079845.tif 000017
【国際調査報告】
2016079845.tif 000018
2016079845.tif 000019