(57)【要約】  【課題】  小型で低価格かつ直接的に紫外域において波長可変なピコ秒レーザー及びそれを用いた分析装置を提供すること。  【解決手段】  ±１次の回折光を色素セルの上で重畳させてレーザー光を発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有するピコ秒レーザー及びそれを用いる分析装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
±１次の回折光を色素セルの上で重畳させてレーザーを発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有することを特徴とする小型ピコ秒レーザー。
【請求項２】
励起光源が、ヤグレーザーの第四高調波（２６６ｎｍ）又は第三高調波（３５５ｎｍ）である請求項１に記載の小型ピコ秒レーザー。
【請求項３】
±１次の回折光を色素セルの上で重畳させてレーザーを発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有するとともに、レーザー光のパルス幅をナノ秒からピコ秒に切り換えるための、透過鏡と反射鏡からなるクエンチング共振器を、色素セルに着脱自在に配設してなる小型ピコ秒レーザー。
【請求項４】
±１次の回折光を色素セルの上で重畳させてレーザーを発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有するとともに、発振レーザー光を折り返させて再度色素セルを通過させ、励起光の０次回折光を用いて増幅するための反射鏡または直角プリズムを配設してなる小型ピコ秒レーザー。
【請求項５】
±１次の回折光を色素セルの上で重畳させてレーザーを発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有するとともに、発振レーザー光を折り返させて再度色素セルを通過させ、励起光の０次回折光を用いて増幅するための、直角プリズムと色素セルの間に、石英ブロックを介挿して、波長変動に起因する光路変化を補償するよう構成してなる小型ピコ秒レーザー。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の小型ピコ秒レーザーを、蛍光寿命ならびに時間分解スペクトル測定装置に装着してなる分析装置。
【請求項７】
時間分解スペクトル測定装置が、ストリークカメラが組み込まれているものである請求項６に記載の分析装置。
【請求項８】
時間分解スペクトル測定装置が、時間分解スペクトル測定用ゲート機能付カメラが組み込まれているものである請求項６に記載の分析装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項５に記載の小型ピコ秒レーザーを、マトリクス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）質量分析装置に装着してなる分析装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項５に記載の小型ピコ秒レーザーを、超音速分子ジェット分光分析装置に装着してなる分析装置。
【請求項１１】
ダイオキシンの濃度測定を行うものである請求項９または請求項１０に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピコ秒波長可変色素レーザーおよびそれを構成要素とする分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
±１次の回折光を色素セル上で重畳させ干渉縞を形成してレーザー光を発生させる分布帰還型色素レーザーは、ピコ秒単位のパルス幅を有する波長可変レーザーとして機能することができる。通常、この分布帰還型色素レーザーにおいては、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、反射型回折格子が用いられている。しかし、装置が大型化する難点がある。図５（Ｃ）に示すように、透過型回折格子を用いれば、レーザーを小型化できる。
【０００３】
一方、小さなピッチで回折格子を形成する手段として、リソグラフィーによって回折格子を形成することが知られている（例えば、特許文献1参照。）。
【特許文献１】特開平６−２６５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、１ｍＪ以上の励起光エネルギー（ポンピングレーザー）に耐え得る、１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の紫外光透過型回折格子であって、±１次の回折光を等強度で発生できるブレーズなし回折格子は、現在までの処、分布帰還型色素レーザーには用いられていない。本発明は、前記条件を満足するブレーズなし紫外光透過型回折格子を配設した、小型で低価格かつ直接的に紫外域において波長可変なピコ秒レーザーおよびそれを用いた分析装置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】
【０００５】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、±１次の回折光を色素セルの上で重畳させてレーザー光を発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有することを特徴とする小型ピコ秒レーザーである。この発明によれば、きわめて小型のナノ秒・ピコ秒波長可変色素レーザーを提供できる。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、励起光源（ポンピングレーザー）が、ヤグレーザーの第四高調波（２６６ｎｍ）又は第三高調波（３５５ｎｍ）である請求項１に記載の小型ピコ秒レーザーである。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、±１次の回折光を色素セル上で重畳させてレーザー光を発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有するとともに、レーザー光のパルス幅をナノ秒からピコ秒に切り換えるための、透過鏡と反射鏡からなるクエンチング共振器を、色素セルに着脱自在に配設してなる小型ピコ秒レーザーである。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、±１次の回折光を色素セル上で重畳させてレーザー光を発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有するとともに、発振レーザー光を折り返させて再度色素セルを通過させ、励起光の０次回折光を用いて増幅するための反射鏡又は直角プリズムを配設してなる小型ピコ秒レーザーである。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、±１次の回折光を色素セル上で重畳させてレーザー光を発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有するとともに、発振レーザー光を折り返させて再度色素セルを通過させ、励起光の０次回折光を用いて増幅するための直角プリズムと色素セルの間に、石英ブロックを介挿して、波長変動に起因する光路変化を補償するよう構成してなる小型ピコ秒レーザーである。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５に記載の小型ピコ秒レーザーを、蛍光寿命ならびに時間分解スペクトル測定装置に装着してなる分析装置である。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、時間分解スペクトル測定装置が、ストリークカメラが組み込まれているものである請求項６に記載の分析装置である。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、時間分解スペクトル測定装置が、時間分解スペクトル測定用ゲート機能付カメラが組み込まれているものである請求項６に記載の分析装置である。
【００１３】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項５に記載の小型ピコ秒レーザーを、マトリクス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）質量分析装置に装着してなる分析装置である。
【００１４】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項５に記載の小型ピコ秒レーザーを、超音速分子ジェット分光分析装置に装着してなる分析装置である。
【００１５】
請求項１１に記載の発明は、ダイオキシンの濃度測定を行うものである請求項９又は請求項１０に記載の分析装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、分布帰還型色素レーザーを小型化、低価格化できる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によるときは、励起光源（ポンピングレーザー）にヤグレーザーの第四高調波（２６６ｎｍ）又は第三高調波（３５５ｎｍ）を用いて紫外域において直接波長可変ピコ秒レーザー光を発生させ得る。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、パルス幅がナノ秒およびピコ秒の何れかを容易に選択できる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によるときは、１つの色素セルを用いてレーザー光発振と増幅を同時に行うことができる。これによってレーザーを小型化できる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、波長変動に起因する光路変化の影響を最小限度に止め得る。
【００２１】
請求項６乃至請求項１０に記載の発明によるときは、分析装置を大きく小型化、低価格化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
±１次の回折光を色素セル上で重畳させてレーザー光を発生させる分布帰還型色素レーザーであって、１ｍＪ以上のエネルギーに耐えられる、石英板上に１００本／ｍｍ以上（ピッチ：１０μｍ以下）の金属薄膜のストライプを、リソグラフィーによって形成した、ブレーズなし透過型回折格子を有するとともに、発振レーザー光を折り返させて再度色素セルを通過させ、励起光の０次回折光を用いて増幅するための直角プリズムと色素セルの間に、石英ブロックを介挿して、波長変動に起因する光路変化を補償するよう構成する。これによって、きわめて小型で調整が容易なピコ秒分布帰還型色素レーザーとすることができる。さらに、透過鏡と反射鏡からなるクエンチング共振器を、色素セルに着脱自在に配設する。これによって、ナノ秒パルスおよびピコ秒パルスの何れかを容易に選択できる。
【実施例１】
【００２３】
図１に、本発明の一実施例に係る小型ピコ秒レーザーの構成を示す（簡略化のため、クエンチング共振器を省略してある）。ヤグレーザーの第四高調波（２６６ｎｍ）または第三高調波（３５５ｎｍ）を励起用レーザー光１として、シリンドリカルレンズ２に通し、色素セル３表面上で集光させる。励起用レーザー光１は、ブレーズなし透過型回折格子４を通して±１次の回折光に分割する。分割された±１次の回折光をミラー５で反射し、色素セル３表面のプリズム６を通し、色素セル３上で干渉縞を形成させ、レーザー光を発振させる。
【００２４】
色素セル３からのレーザー光は、レンズ７によって平行ビームとされ、石英ブロック８を通過せしめられた後、直角プリズム９で反転して、再度色素セル３に入射して増幅される。色素セル３における増幅部には、図１に示すように、０次の回折光を励起光として用いている。このように本発明においては、１つの色素セル３でレーザー光発振と増幅を併せ行わしめることができるから、小型の分布帰還型色素レーザーとすることができる。
【００２５】
一方、色素セル３の両側に、図２に示すように、透過鏡１０と反射鏡１１からなる共振器１２が着脱自在に配設されており、このクエンチング共振器１２を用いるときは、ピコ秒パルスレーザー光を、また、クエンチング共振器１２を用いない場合は、ナノ秒パルスレーザー光を発振する。
【００２６】
また、色素セル３は傾斜しているため、レーザー光の波長変動に起因して、図２に破線で示すように、光路が変化する問題を生じる。そこで本発明においては、色素セル３と直角プリズム９の間に石英ブロック８を介挿させることによって、光路の変化を最小限度に止めるようにしている。
【００２７】
図３に、本発明の小型ピコ秒レーザーによって得られたパルスレーザー光の波形の実測値を示す。図３から明らかなように、ナノ秒のパルス発振ヤグレーザー（２６６ｎｍ、３ｎｓ）を励起用光源とした場合でも、６０ｐｓ（ピコ秒）の単一パルスレーザー光が発生していることが分かる。また、図４に示すように、ヤグレーザーの第四高調波（２６６ｎｍ、３ｎｓ）を励起用光源とすることにより、紫外域において波長可変なレーザー光を直接発生させることができる。
【実施例２】
【００２８】
実施例１による小型ピコ秒レーザーを、蛍光寿命ならびに時間分解スペクトル測定装置におけるレーザー光源として適用することができる。即ち、時間分析スペクトル法（time-resolved spectroscopy，ＴＲＳ）は、化学反応、分子エネルギー移動、電子移動などの動的過程において、一時的に生成する中間体や励起分子など短寿命の吸収或は発光スペクトルを瞬間的に測定してその化学種を同定し、併せて時間的経過を追跡する方法であり、レーザー光源、マルチチャンネルアナライザー、ストリークカメラなど高速で広い波長領域のスペクトルを得る技術を必要とするものである。この分析法におけるレーザー光源として、本発明の小型ピコ秒レーザーを好適に用いることができる。また、時間分解スペクトル測定装置にゲート機能付カメラが組み込まれているものも勿論対象とし得る。
【実施例３】
【００２９】
実施例１による小型ピコ秒レーザーを、マトリクス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ：matrix- assisted laser desorption ionization）質量分析装置におけるレーザー光源として好適に用いることができる。マトリクス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）質量分析装置においては、固体または液体試料をマトリクスと呼ばれるシナピン酸、グリセリン等の物質に混入し、サンプルスライドと呼ばれる金属板の上に塗布する。これを真空室の中に装入し、サンプルスライドとその前方に設けられているグリッド電極との間に高電圧を印加しつつマトリックスにレーザー光を照射する。これにより試料がマトリクスと共に加熱、イオン化され、マトリクスから放出されてグリッド電極によって加速される。こうして加速されたイオンの飛行時間（ＴＯＦ：time of flight）を測定することによって、イオンの質量／電荷比を算出して、分子種の同定、定量化を行う。この質量分析装置において、パルスレーザー光源として実施例１による小型ピコ秒レーザーを構成要素として組み込むことができる。
【実施例４】
【００３０】
実施例１による小型ピコ秒レーザーを、発明者が特開平１１−３２９３４５号公報において開示した超音速分子ジェット多光子イオン化質量分析装置におけるパルスレーザー光源として好適に用いることができる。この超音速分子ジェット多光子イオン化質量分析装置においては、試料ガスが、ノズルから間歇的に真空室中に噴出・導入されて分子ジェットが形成される。この分子ジェットにパルスレーザー光が照射されて分子をイオン化する。レペラー電極によってイオンはノズルの方向に直進し、次いで、高電圧引出し電極によって加速される。その後、第１のグランド電極のイオン通過メッシュを通り、さらに対向配置されている第２のグランド電極のイオン通過メッシュを通り、イオンを感知するマイクロチャンネルプレートによって検出される。こうしてイオンの飛行時間（ＴＯＦ）が測定され、分子種の同定、定量化が行われる。実施例１による小型ピコ秒レーザーは、この質量分析装置におけるパルスレーザー光源として好適にbuilt-inすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の小型ピコ秒レーザーは、各種分光分析装置や質量分析装置のパルスレーザー光源として好適に利用できるほか、ＣＣＤカメラと顕微鏡の組み合わせによる細胞映像計測装置における撮像用光源等として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の小型ピコ秒レーザーの最良の実施形態における構成を示す模式図
【図２】本発明の小型ピコ秒レーザーの一実施例に係る、波長変動に起因する光路変化を補償するために、色素セルと直角プリズム間に石英ブロックを介挿した構成を示す模式図
【図３】本発明の小型ピコ秒レーザーによって得られたレーザー光のパルス波形（実測値）を示すグラフ
【図４】本発明の小型ピコ秒レーザーの波長とエネルギーの関係を示すグラフ
【図５】反射型回折格子を用いた分布帰還型色素レーザーの構成（Ａ）、（Ｂ）および透過型回折格子を用いた分布帰還型色素レーザーの構成（Ｃ）
【符号の説明】
【００３３】
１  励起用レーザー光
２  シリンドリカルレンズ
３  色素セル
４  透過型回折格子
５  ミラー
６  プリズム
７  レンズ
８  石英ブロック
９  直角プリズム
１０  透過鏡
１１  反射鏡
１２  共振器
【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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