(57)【要約】  パルス光生成装置１Ａは、パルス光を波長毎に分散する分散部１２と、分散されたパルス光を波長毎に変調する偏光依存型の空間光変調器１４と、空間光変調器１４から出力されたパルス光の各波長成分を合成する合成部１６とを備える。空間光変調器１４に入力するパルス光の偏光面は、空間光変調器１４が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜している。空間光変調器１４は、偏光方向に沿ったパルス光の第１の偏光成分と、その第１の偏光成分と交差するパルス光の第２の偏光成分との間に時間差を生じさせる。これにより、２つのパルス光成分の時間差の変動を抑えることが容易なパルス光生成装置が実現される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を波長毎に分散する分散部と、
分散された前記パルス光を波長毎に変調する偏光依存型の空間光変調器と、
前記空間光変調器から出力された前記パルス光の各波長成分を合成する合成部と、を備え、
前記空間光変調器に入力する前記パルス光の偏光面は、前記空間光変調器が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜しており、
前記空間光変調器は、前記偏光方向に沿った前記パルス光の第１の偏光成分と、前記第１の偏光成分と交差する前記パルス光の第２の偏光成分との間に時間差を生じさせる、パルス光生成装置。
【請求項２】
前記空間光変調器に入力される前記パルス光の偏光面を回転させる偏光制御部を更に備える、請求項１に記載のパルス光生成装置。
【請求項３】
前記偏光制御部の偏光面回転角は、変更できる、請求項２に記載のパルス光生成装置。
【請求項４】
前記偏光制御部は、前記分散部に入力される前記パルス光の偏光面を回転させる、請求項２または３に記載のパルス光生成装置。
【請求項５】
前記空間光変調器は透過型空間光変調器であり、
前記分散部は、第１の分散素子を含み、前記合成部は、前記第１の分散素子とは異なる第２の分散素子を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパルス光生成装置。
【請求項６】
前記空間光変調器は反射型空間光変調器であり、
前記分散部は、分散素子を含み、前記合成部は、前記分散素子を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパルス光生成装置。
【請求項７】
前記合成部から出力された前記パルス光の前記第１の偏光成分及び前記第２の偏光成分の波長を互いに異ならせる波長変換部を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパルス光生成装置。
【請求項８】
合成された前記パルス光を変調する第２の空間光変調器を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のパルス光生成装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
前記第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び前記第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方を対象物に照射する照射光学系と、を備える、光照射装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
加工対象物の加工を行うために、前記第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び前記第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方を前記加工対象物に照射する照射光学系と、を備える、光加工装置。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
前記第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び前記第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち一方のサブパルス光を測定対象物に照射して光反応を生じさせるとともに、前記測定対象物を透過した他方のサブパルス光を取り出す照射・測定光学系と、
前記他方のサブパルス光を検出する光検出器と、を備える、光応答測定装置。
【請求項１２】
前記照射・測定光学系は、前記一方のサブパルス光と前記他方のサブパルス光とを分離する偏光分離部を有する、請求項１１に記載の光応答測定装置。
【請求項１３】
請求項７に記載のパルス光生成装置と、
前記第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び前記第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち一方のサブパルス光を測定対象物に照射して光反応を生じさせるとともに、前記測定対象物を透過した他方のサブパルス光を取り出す照射・測定光学系と、
前記他方のサブパルス光を検出する光検出器と、を備え、
前記照射・測定光学系は、前記一方のサブパルス光と前記他方のサブパルス光とを分離する波長フィルタを有する、光応答測定装置。
【請求項１４】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
前記第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び前記第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方のサブパルス光を観察対象物に照射する照射光学系と、
前記少なくとも一方のサブパルス光の照射に伴い前記観察対象物から出力される光を検出する光検出器と、を備える、顕微鏡装置。
【請求項１５】
パルス光を波長毎に分散する分散ステップと、
分散された前記パルス光を、偏光依存型の空間光変調器を用いて波長毎に変調する変調ステップと、
前記空間光変調器から出力された前記パルス光の各波長成分を合成する合成ステップと、を含み、
前記空間光変調器に入力する前記パルス光の偏光面は、前記空間光変調器が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜し、
前記変調ステップにおいて、前記偏光方向に沿った前記パルス光の第１の偏光成分と、前記第１の偏光成分と交差する前記パルス光の第２の偏光成分との間に時間差を生じさせる、パルス光生成方法。
【請求項１６】
前記空間光変調器に入力される前記パルス光の偏光面を回転させる偏光面回転ステップを更に備える、請求項１５に記載のパルス光生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パルス光生成装置、光照射装置、光加工装置、光応答測定装置、顕微鏡装置、及びパルス光生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、時間差を有する複数のパルス光成分を、空間光変調器を用いて生成するシステムが開示されている。このシステムでは、空間光変調器に提示される変調パターンを制御することにより、複数のパルス光成分を生成している。なお、このようなシステムにおいて液晶型の空間光変調器が用いられる場合には、変調効率を高める為に、空間光変調器への入力光の偏光方向と液晶の配向方向とを一致させることが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１８７２０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
時間差を有する複数のパルス光成分は、例えばポンプ・プローブ法などに応用される。ポンプ・プローブ法とは、光の照射によって試料に生じる光化学反応を観察するための手法であって、まずパルス状のポンプ光を試料に照射し、少し遅れてパルス状のプローブ光を試料に照射する。これにより、ポンプ光によって生じた光化学反応を、プローブ光の透過光または散乱光を分析して知ることができる。【０００５】
図１１は、一例として、時間差を有する２つのパルス光成分を生成する装置１００の構成を示す。この装置１００は、光源１０１と、ハーフミラー１０２，１０３と、ミラー１０４〜１０９とを備える。【０００６】
光源１０１は、一つのパルス光Ｌｐを出力する。このパルス光Ｌｐは、ハーフミラー１０２によって２つのパルス光成分であるパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2に分岐される。一方のパルス光Ｌｐ1は、ミラー１０４〜１０７を含む第１の光路を通ってハーフミラー１０３に達する。また、他方のパルス光Ｌｐ2は、ミラー１０８，１０９を含む第２の光路を通ってハーフミラー１０３に達する。これら第１及び第２の光路の光路長は僅かに異なる。従って、ハーフミラー１０３に達したとき、パルス光Ｌｐ1及びパルス光Ｌｐ2の一方は他方よりも僅かな時間だけ早く到達する。その後、ハーフミラー１０３によってパルス光Ｌｐ1及びパルス光Ｌｐ2は再び同一の光路を進む。【０００７】
また、図１２は、別の例として、時間差を有する２つのパルス光成分を生成する装置２００の構成を示す。この装置２００は、光源２０１と、ミラー２０２，２０３と、回折格子等の分散素子２０４，２０５と、レンズ２０６，２０７と、透過型の空間光変調器２０８とを備える。【０００８】
光源２０１は、一つのパルス光Ｌｐを出力する。このパルス光Ｌｐは、ミラー２０２によって進行方向を変更したのち、分散素子２０４によって各波長成分に分光される。その後、パルス光Ｌｐの各波長成分はレンズ２０６によって空間光変調器２０８上に集光される。空間光変調器２０８から出力されたパルス光Ｌｐの各波長成分は、レンズ２０７によってコリメート（平行化）されながら分散素子２０５に達し、分散素子２０５において合波される。このとき、或る変調パターンが空間光変調器２０８に提示されると、パルス光Ｌｐが、時間差を有する２つのパルス光成分であるパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2に分割される。その後、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2はミラー２０３によって進行方向を変更したのち出力される。【０００９】
しかしながら、図１１に示された例のように２本の光路を設ける場合、ミラー１０４〜１０９の振動や空気の揺らぎ等の影響によって、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の時間差が変動し易いという問題がある。例えばポンプ・プローブ法においては、ポンプ光とプローブ光との時間差の変動は時間分解能を低下させる要因となる。【００１０】
また、図１１及び図１２に示された各例では、２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を分岐し、少なくとも一方を独立して検出することが難しい。このことは、パルス光生成装置の用途によっては問題となる。例えば、これらの構成をポンプ・プローブ法に適用する際には、ポンプ光を排除してプローブ光のみを検出することが容易ではない。【００１１】
実施形態は、パルス光生成装置、光照射装置、光加工装置、光応答測定装置、顕微鏡装置、及びパルス光生成方法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】
【００１２】
本発明の実施形態は、パルス光生成装置である。パルス光生成装置は、パルス光を波長毎に分散する分散部と、分散されたパルス光を波長毎に変調する偏光依存型の空間光変調器と、空間光変調器から出力されたパルス光の各波長成分を合成する合成部と、を備え、空間光変調器に入力するパルス光の偏光面は、空間光変調器が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜しており、空間光変調器は、偏光方向に沿ったパルス光の第１の偏光成分と、第１の偏光成分と交差するパルス光の第２の偏光成分との間に時間差を生じさせる。【００１３】
このパルス光生成装置では、パルス光が各波長成分に分散されたのち、波長毎に変調される。そして、変調後のパルス光の各波長成分が合成される。故に、空間光変調器に提示される変調パターンを制御することによって、パルス光に任意の時間遅れを付与することができる。更には、パルス光の形状（時間幅など）を変更することもできる。加えて、このパルス光生成装置では、空間光変調器が偏光依存型であり、空間光変調器に入力するパルス光の偏光面は、空間光変調器が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜している。すなわち、偏光方向に沿ったパルス光の第１の偏光成分は変調され、第１の偏光成分と交差するパルス光の第２の偏光成分は変調されない。従って、例えば第１の偏光成分に時間遅れを付与することにより、第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に時間差が生じる。これにより、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光と、第２の偏光成分からなり第１のサブパルス光に対して時間差を有する第２のサブパルス光とが好適に生成される。【００１４】
上記のパルス光生成装置によれば、図１１に示された装置１００とは異なり、２つのサブパルス光成分が同一の光軸上を進むので、分散部、空間光変調器、合成部、及びその他の光学要素の振動や空気の揺らぎ等に影響されにくく、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えることができる。例えばポンプ・プローブ法においては、ポンプ光とプローブ光との時間差の変動を抑え、時間分解能を向上させることができる。また、上記のパルス光生成装置によれば、生成される２つのサブパルス光成分の偏光面が互いに異なっているので、例えば偏光分離素子を利用してこれらのサブパルス光成分を分岐することが容易にできる。【００１５】
また、別の実施形態は、光照射装置である。光照射装置は、上記構成のパルス光生成装置と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方を対象物に照射する照射光学系と、を備える。【００１６】
さらに、別の実施形態は、光加工装置である。光加工装置は、上記構成のパルス光生成装置と、加工対象物の加工を行うために、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方を加工対象物に照射する照射光学系と、を備える。【００１７】
これらの光照射装置及び光加工装置によれば、上記構成のパルス光生成装置を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えつつ、２つのサブパルス光成分のうち少なくとも一方を対象物または加工対象物に独立して照射することができる。【００１８】
さらに、別の実施形態は、光応答測定装置である。この光応答測定装置は、上記構成のパルス光生成装置と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち一方のサブパルス光を測定対象物に照射して光反応を生じさせるとともに、測定対象物を透過した他方のサブパルス光を取り出す照射・測定光学系と、他方のサブパルス光を検出する光検出器と、を備える。【００１９】
この光応答測定装置によれば、上記構成のパルス光生成装置を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えることができる。また、例えば照射・測定光学系が、一方のサブパルス光と他方のサブパルス光とを分離する偏光分離部を有することにより、２つのサブパルス光成分のうち少なくとも一方を独立して検出することが容易にできる。【００２０】
さらに、別の実施形態は、光応答測定装置である。この光応答測定装置は、波長変換部を備える上記構成のパルス光生成装置と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち一方のサブパルス光を測定対象物に照射して光反応を生じさせるとともに、測定対象物を透過した他方のサブパルス光を取り出す照射・測定光学系と、他方のサブパルス光を検出する光検出器と、を備え、照射・測定光学系は、一方のサブパルス光と他方のサブパルス光とを分離する波長フィルタを有する。波長変換部は、合成部から出力されたパルス光の第１の偏光成分及び第２の偏光成分の波長を互いに異ならせる。【００２１】
この光応答測定装置によれば、上記構成のパルス光生成装置を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えることができる。また、照射・測定光学系が、一方のサブパルス光と他方のサブパルス光とを分離する波長フィルタを有することにより、２つのサブパルス光成分のうち少なくとも一方を独立して検出することができる。【００２２】
さらに、別の実施形態は、顕微鏡装置である。顕微鏡装置は、上記構成のパルス光生成装置と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方のサブパルス光を観察対象物に照射する照射光学系と、少なくとも一方のサブパルス光の照射に伴い観察対象物から出力される光を検出する光検出器と、を備える。【００２３】
この顕微鏡装置によれば、上記構成のパルス光生成装置を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えつつ、観察対象物に照射することができる。【００２４】
本発明の実施形態は、パルス光生成方法である。パルス光生成方法は、パルス光を波長毎に分散する分散ステップと、分散されたパルス光を、偏光依存型の空間光変調器を用いて波長毎に変調する変調ステップと、空間光変調器から出力されたパルス光の各波長成分を合成する合成ステップと、を含み、空間光変調器に入力するパルス光の偏光面は、空間光変調器が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜し、変調ステップにおいて、偏光方向に沿ったパルス光の第１の偏光成分と、第１の偏光成分と交差するパルス光の第２の偏光成分との間に時間差を生じさせる。【００２５】
このパルス光生成方法によれば、上述したパルス光生成装置と同様に、２つのパルス光成分の時間差の変動を抑えることが容易となる。
【発明の効果】
【００２６】
実施形態によれば、２つのパルス光成分の時間差の変動を抑えることが容易なパルス光生成装置、光照射装置、光加工装置、光応答測定装置、顕微鏡装置、及びパルス光生成方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、一実施形態に係るパルス光生成装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、光パルス整形部の構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、（ａ）光源から出力されたパルス光の時間波形の一例、（ｂ）空間光変調器から出力された２つのパルス光成分の時間波形の一例、及び（ｃ）時間波形が互いに相違し且つ時間差を有する２つのパルス光成分の時間波形の一例を示す図である。
【図４】図４は、パルス光生成方法の例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第１実施形態の変形例に係る光パルス整形部の構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、第１実施形態の変形例に係る光パルス整形部の構成を概略的に示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る光応答測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態の変形例に係る光応答測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】図９は、第３実施形態に係る光加工装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、第４実施形態に係る顕微鏡装置の構成を概略的に示す図である。
【図１１】図１１は、時間差を有する２つのパルス光成分を生成する装置の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、時間差を有する２つのパルス光成分を生成する装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照しながら、パルス光生成装置、光照射装置、光加工装置、光応答測定装置、顕微鏡装置、及びパルス光生成方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２９】
（第１実施形態）
【００３０】
図１は、一実施形態に係るパルス光生成装置１Ａの構成を概略的に示す図である。図２は、パルス光生成装置１Ａの光パルス整形部１０Ａの構成を示す斜視図である。図１に示されるように、パルス光生成装置１Ａは、時間差を有する２つのパルス光成分であるパルス光Ｌｐ1，及びパルス光Ｌｐ2を試料Ｐへ照射する装置であって、光源２１、偏光制御部２２、及び光パルス整形部１０Ａを備えている。また、図１及び図２に示されるように、光パルス整形部１０Ａは、ミラー１１、分散部１２、集光光学系１３、空間光変調器（Spatial Light Modulator；ＳＬＭ）１４、コリメート光学系１５、合成部１６、及びミラー１７を有する。
【００３１】
光源２１は、例えばレーザ光といったコヒーレントなパルス光Ｌｐを出力する。光源２１は、例えば固体レーザ、ファイバーレーザ、或いは半導体レーザによって構成される。パルス光Ｌｐの時間幅は、例えば１ｆｓ〜１００ｐｓである。パルス光Ｌｐの波長は、例えば２００ｎｍ〜２０００ｎｍである。パルス光Ｌｐは直線偏光を有し、図中の矢印Ａ１はパルス光Ｌｐの偏光方向を表す。図３（ａ）は、光源２１から出力されたパルス光Ｌｐの時間波形の一例を示す。図３（ａ）の縦軸は光強度を示す。
【００３２】
偏光制御部２２は、光源２１と光学的に結合され、ＳＬＭ１４に入力されるパルス光Ｌｐの偏光面を回転させる光学素子である。これにより、図１に示されるように、ＳＬＭ１４に入力するパルス光Ｌｐは、偏光方向Ａ１の偏光成分と、偏光方向Ａ１に交差する偏光方向Ａ２の偏光成分とを含む。本実施形態では、偏光方向Ａ２は偏光方向Ａ１に直交している。偏光制御部２２としては、例えばλ／２板等の波長板、偏光素子、ファラデーローテータ、バリアブルローテータ、偏光変調型空間光変調器などが用いられ得る。更に、偏光制御部２２の偏光面回転角は可変であることが望ましい。また、本実施形態の偏光制御部２２は分散部１２の前段の光路上に配置され、分散部１２に入力されるパルス光Ｌｐの偏光面を回転させるが、偏光制御部２２の配置はこれに限られず、ＳＬＭ１４の前段の光路上であれば何れの位置に配置されてもよい。例えば、偏光制御部２２は、分散部１２とＳＬＭ１４との間（より好適には集光光学系１３とＳＬＭ１４との間）の光路上に配置されてもよい。
【００３３】
ミラー１１は、全反射ミラーであって、偏光制御部２２と分散部１２との間の光路に配置され、偏光制御部２２から出力されたパルス光Ｌｐの進行方向を分散部１２に向ける。なお、ミラー１１は、偏光制御部２２と分散部１２との相対位置関係に応じて適宜設けられ、その関係によっては省略され得る。
【００３４】
分散部１２は、パルス光Ｌｐを波長毎に分散（分光）する光学素子である。図１及び図２には、理解の容易のため５つの波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5が示されている。本実施形態では、分散部１２は分散素子（例えば回折格子）によって構成されている。回折格子では、波長によって回折角が異なるので、広い帯域の波長成分を有するパルス光Ｌｐが入力すると、各波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5が互いに異なる方向に回折される。分散部１２としては、回折格子に限らず例えばプリズムなど様々な分散素子が適用され得る。また、分散部１２は、複数の分散素子によって構成されてもよい。
【００３５】
集光光学系１３は、分散部１２から拡がりながら出力されたパルス光Ｌｐの各波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5をＳＬＭ１４上の異なる位置に集光させる。具体的には、集光光学系１３は、分散部１２の波長分散方向を含む平面内においてレンズパワーを有し、波長分散方向に垂直な平面内においてはレンズパワーを有していない。このような集光光学系１３としては、例えばシリンドリカルレンズが用いられる。
【００３６】
ＳＬＭ１４は、透過型のＳＬＭであって、分散後のパルス光（分散されたパルス光）Ｌｐを波長毎に変調する。すなわち、ＳＬＭ１４の変調面は、複数の波長成分にそれぞれ対応する複数の変調領域を含んでおり、これらの変調領域は分散部１２の分散方向に並んでいる。そして、各波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5は、対応する変調領域に入力され、その変調領域に提示された変調パターンに応じて各々独立に変調される。また、ＳＬＭ１４は偏光依存性を有しており、或る偏光成分については変調作用を有するが、それ以外の偏光成分については変調作用を有しない。一例として、ＳＬＭ１４は液晶型（Liquid Crystal on Silicon；ＬＣＯＳ）のＳＬＭである。液晶型ＳＬＭでは、液晶の配向方向に沿った偏光成分が変調され、その偏光成分と交差する偏光成分は変調されない。
【００３７】
ＳＬＭ１４に入力するパルス光Ｌｐ（波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5）の偏光面は、偏光制御部２２によって回転された結果、ＳＬＭ１４が変調作用を有する偏光方向（すなわち配向方向）に対して傾斜している（回転している）。その回転角は例えば４５°である。そのため、ＳＬＭ１４が変調作用を有する偏光方向（配向方向）Ａ１に沿った第１の偏光成分は、ＳＬＭ１４によって変調されるが、偏光方向Ａ１と交差する偏光方向Ａ２に沿った第２の偏光成分は、変調されることなくＳＬＭ１４をそのまま通過する。従って、時間的に遅延させる位相パターンをＳＬＭ１４に提示させて第１の偏光成分の位相スペクトルを制御することにより、第１の偏光成分からなるパルス光（第１のサブパルス光）Ｌｐ1と、第２の偏光成分からなるパルス光（第２のサブパルス光）Ｌｐ2との間に時間差が生じることとなる。例えば下記の数式（１）で表される位相変調を行うことにより、パルス光Ｌｐ1に時間遅延を生じさせることができる。
【数１】
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ここで、Φは位相、λは波長、λ0は中心波長、τは遅延時間である。図３（ｂ）は、ＳＬＭ１４から出力されたパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の時間波形の一例を示す。
【００３８】
なお、ＳＬＭ１４は、第１の偏光成分が時間的に遅延する位相パターンに重畳して、パルス光Ｌｐ1の時間波形が変化する（例えば時間幅が拡がる）ような位相パターンを更に提示してもよい。その場合、図３（ｃ）に示されるように、時間波形が互いに相違し且つ時間差を有するパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を容易に生成できる。なお、パルス光Ｌｐ1の時間波形は任意の波形に整形されることができ、例えばパルス光Ｌｐ1を更に複数のパルス光成分（パルス列）に分割する、或いはチャープパルスとする等が可能である。
【００３９】
コリメート光学系１５は、ＳＬＭ１４から出力されたパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を、合成部１６へ向けてコリメートする。具体的には、コリメート光学系１５は、分散部１２の波長分散方向を含む平面内においてレンズパワーを有し、波長分散方向に垂直な平面内においてはレンズパワーを有していない。このようなコリメート光学系１５としては、例えばシリンドリカルレンズが用いられる。
【００４０】
合成部１６は、ＳＬＭ１４から出力されたパルス光Ｌｐ1の各波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5を合成するとともに、ＳＬＭ１４から出力されたパルス光Ｌｐ2の各波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5を合成する。本実施形態の合成部１６は、分散部１２とは別個に設けられた一つの分散素子（例えば回折格子）によって構成されている。回折格子では、波長によって回折角が異なるので、波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5が分散部１２における回折角と同じ角度で入力すると、各波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5は互いに同じ方向に回折される。合成部１６としては、回折格子に限らず例えばプリズムなど様々な分散素子が適用され得る。
【００４１】
ミラー１７は、全反射ミラーであって、合成部１６と試料Ｐとの間の光路に配置され、合成部１６から出力されたパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の進行方向を試料Ｐに向ける。なお、ミラー１７は、合成部１６と試料Ｐとの相対位置関係に応じて適宜設けられ、その関係によっては省略され得る。
【００４２】
なお、ミラー１７と試料Ｐとの間には、集光光学系２３が設けられてもよい。集光光学系２３は、試料Ｐに向けてパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を集光する。この集光光学系２３の作用により、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の集光点が、試料Ｐの任意の位置（例えば試料Ｐの内部または表面）に形成される。
【００４３】
図４は、本実施形態のパルス光生成装置１Ａを用いたパルス光生成方法の例を示すフローチャートである。図４に示されるように、このパルス光生成方法では、まず光源２１から出力されたパルス光Ｌｐの偏光面を、偏光制御部２２によって回転させる（偏光面回転ステップＳ１）。このとき、パルス光Ｌｐは、ＳＬＭ１４が変調作用を有する偏光方向Ａ１の第１の偏光成分と、偏光方向Ａ１に交差する偏光方向Ａ２の第２の偏光成分とを含む。次に、分散部１２によってパルス光Ｌｐを波長毎に分散する（分散ステップＳ２）。続いて、分散後のパルス光（分散されたパルス光）Ｌｐの位相を、偏光依存型のＳＬＭ１４を用いて波長毎に変調する（変調ステップＳ３）。このとき、パルス光Ｌｐの第１の偏光成分はＳＬＭ１４によって変調されるが、第２の偏光成分は変調されない。そのため、パルス光Ｌｐの第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に時間差が生じる。これにより、第２の偏光成分からなるパルス光Ｌｐ2と、第１の偏光成分からなりパルス光Ｌｐ2に対して時間差を有するパルス光Ｌｐ1とが生成される。続いて、ＳＬＭ１４から出力されたパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の各波長成分Ｌλ1〜Ｌλ5を、合成部１６によってそれぞれ合成する（合成ステップＳ４）。最後に、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2が集光光学系２３を介して試料Ｐに照射される（照射ステップＳ５）。
【００４４】
以上に説明した本実施形態のパルス光生成装置１Ａ及びパルス光生成方法によれば、２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2が同一の光軸上を進むので、分散部１２、ＳＬＭ１４、合成部１６、及びその他の光学要素の振動や空気の揺らぎ等に影響されにくく、２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の時間差の変動を抑えることができる。例えばポンプ・プローブ法においては、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の一方をポンプ光として用い、他方をプローブ光として用いることにより、ポンプ光とプローブ光との時間差の変動を抑え、時間分解能を向上させることができる。また、生成される２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の偏光面が互いに異なっているので、例えば偏光分離素子を利用してこれらのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を分岐することが容易にできる。
【００４５】
また、図３（ｃ）に示されるように、一方のパルス光Ｌｐ1のパルス波形を他方のパルス光Ｌｐ2のパルス波形に対して変形することも容易にでき、更に、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の時間差を任意に変えることができる。また、分岐光学系を用いた場合（図１１参照）と比較して、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の時間差をより高い精度で制御することができる。例えば、ＳＬＭ１４の位相分解能が２π／２５５である場合、中心波長８００ｎｍ、時間幅１００ｆｓのパルス光の時間分解能は１ｆｓ程度と見積もられる。これは、分岐光学系において光路長を３００ｎｍ以下の誤差範囲内で調整することに相当する。
【００４６】
また、本実施形態のように、パルス光生成装置１Ａは、ＳＬＭ１４に入力されるパルス光Ｌｐの偏光面を回転させる偏光制御部２２を更に備えてもよい。これにより、ＳＬＭ１４が変調作用を有する偏光方向（配向方向）に対してパルス光Ｌｐの偏光面を容易に傾斜させることができる。また、偏光制御部２２における偏光面回転角が可変であることによって、第１の偏光成分と第２の偏光成分との強度比すなわち２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の強度比を容易に変更することができる。
【００４７】
（第１変形例）
【００４８】
図５は、第１実施形態の変形例に係る光パルス整形部１０Ｂの構成を示す斜視図である。この光パルス整形部１０Ｂと上記実施形態の光パルス整形部１０Ａ（図２を参照）との主な相違点は、ＳＬＭの形態である。すなわち、上記実施形態の光パルス整形部１０Ａは透過型のＳＬＭ１４を有するが、本変形例の光パルス整形部１０Ｂは反射型のＳＬＭ２４を有する。但し、ＳＬＭ２４の作用は上記実施形態のＳＬＭ１４と同様である。
【００４９】
ＳＬＭ２４が反射型であるため、本変形例では、分散部１２及び合成部１６が共通の分散素子２５により構成されている。具体的には、分散素子２５は例えば回折格子であり、分散素子２５の一の領域において変調前のパルス光Ｌｐを回折させ、別の領域において変調後のパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を回折させる。集光光学系１３及びコリメート光学系１５もまた、共通のシリンドリカルレンズ２６に置き換えられている。
【００５０】
この光パルス整形部１０Ｂに入力されたパルス光Ｌｐは、ミラー２７〜２９によってその進行方向の調整を受けたのち、分散素子２５の分散部１２に入力する。パルス光Ｌｐは、ここで複数の波長成分に分散されたのち、シリンドリカルレンズ２６を介してＳＬＭ２４に入力する。ここで、ＳＬＭ２４の光入力面の法線方向はパルス光Ｌｐの入力方向に対して僅かに傾いており、そのためＳＬＭ２４から出力されるパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の光路はパルス光Ｌｐの光路に対して傾斜する。従って、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2は、分散素子２５においてパルス光Ｌｐとは異なる領域（合成部１６）を通過する。その後、ミラー２９，２８によってパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の進行方向が変更されたのち、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2は、ミラー２７の側方を通ってパルス光Ｌｐの入力方向とは異なる方向へ出力される。
【００５１】
前述した実施形態では、ＳＬＭ１４が透過型であり、分散部１２及び合成部１６はそれぞれ別個の分散素子により構成されている。これに対し、本変形例では、ＳＬＭ２４が反射型であり、分散部１２及び合成部１６が共通の分散素子２５により構成されている。このような構成であっても、前述した実施形態の作用効果を好適に得ることができる。
【００５２】
（第２変形例）
【００５３】
図６は、第１実施形態の変形例に係る光パルス整形部１０Ｃの構成を概略的に示す図である。この光パルス整形部１０Ｃと上記実施形態の光パルス整形部１０Ａ（図１を参照）との主な相違点は、反射素子１８及び空間制御用のＳＬＭ１９をミラー１７と集光光学系２３の間に設ける点である。
【００５４】
反射素子１８は、ミラー１７によって反射されたパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2をＳＬＭ１９に向けて反射する。ＳＬＭ１９は、偏光依存性を有する反射型のＳＬＭであって、合成後のパルス光Ｌｐ1もしくはパルス光Ｌｐ2を変調する。ＳＬＭ１９は、その変調作用を有する偏光方向（配向方向）が、パルス光Ｌｐ2の偏光成分（第２の偏光成分）に沿った偏光方向Ａ２に沿うように配置された場合、パルス光Ｌｐ2を変調する。このとき、偏光方向Ａ２と交差する偏光方向Ａ１に沿った第１の偏光成分を有するパルス光Ｌｐ1は、変調されることなくＳＬＭ１９から出力される。一方、ＳＬＭ１９は、その変調作用を有する偏光方向（配向方向）が、パルス光Ｌｐ1の偏光成分（第１の偏光成分）に沿った偏光方向Ａ１に沿うように配置された場合、パルス光Ｌｐ1を変調する。このとき、偏光方向Ａ１と交差する偏光方向Ａ２に沿った第２の偏光成分を有するパルス光Ｌｐ2は、変調されることなくＳＬＭ１９から出力される。
【００５５】
このように、合成後のパルス光Ｌｐ1もしくはパルス光Ｌｐ2を空間的に変調するＳＬＭ１９を設けることにより、パルス光Ｌｐ1もしくはパルス光Ｌｐ2の空間的な形状等を制御することができる。なお、ＳＬＭ１９は透過型のＳＬＭでもよい。この場合、反射素子１８は不要になる。
【００５６】
（第２実施形態）
【００５７】
図７は、第２実施形態に係る光応答測定装置１Ｂの構成を概略的に示す図である。この光応答測定装置１Ｂは、測定対象物Ｑに光を照射することにより生じる光化学反応をポンプ・プローブ法により計測するための装置であって、第１実施形態のパルス光生成装置１Ａと、照射・測定光学系３０Ａと、光検出器４１，４２とを備える。
【００５８】
照射・測定光学系３０Ａは、パルス光の第１の偏光成分すなわちパルス光（第１のサブパルス光）Ｌｐ1、及び第２の偏光成分すなわちパルス光（第２のサブパルス光）Ｌｐ2を測定対象物Ｑに順次照射し、一方の偏光成分の照射による光反応を測定対象物Ｑに生じさせるとともに、測定対象物Ｑを透過した他方の偏光成分を取り出す。具体的には、照射・測定光学系３０Ａは、集光光学系２３と、コリメート光学系３１と、偏光分離部３２とを有する。
【００５９】
集光光学系２３は、第１実施形態と同様に、測定対象物Ｑに向けてパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を集光する。この集光光学系２３の作用により、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の集光点が、測定対象物Ｑの任意の位置（例えば測定対象物Ｑの内部または表面）に形成される。また、コリメート光学系３１は、集光光学系２３との間に測定対象物Ｑを挟む位置に設けられ、測定対象物Ｑを透過したパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を平行化（コリメート）する。
【００６０】
偏光分離部３２は、偏光フィルタを有する光学素子である。偏光分離部３２は、偏光フィルタによって、入力光に含まれる一方の偏光成分と他方の偏光成分とを分離する。具体的には、偏光分離部３２は、互いに偏光面が交差するパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2のうち一方のパルス光Ｌｐ1を透過し、他方のパルス光Ｌｐ2を反射する。パルス光Ｌｐ1は光検出器４１に入力され、パルス光Ｌｐ2は光検出器４２に入力される。
【００６１】
光検出器４１は、入力されたパルス光Ｌｐ1の光強度に応じた電気信号を生成する。光検出器４２は、入力されたパルス光Ｌｐ2の光強度に応じた電気信号を生成する。生成された電気信号は演算部４３に送られる。演算部４３は、これらの電気信号の何れか少なくとも一方に基づいて、光応答測定に必要な演算を行う。なお、演算部４３は、光検出器４１及び光検出器４２と電気的に接続し、光検出器４１及び光検出器４２から出力された検出信号を処理する。演算部４３は、演算処理回路或いは、演算処理回路を有するコンピュータである。演算部４３は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートデバイス、マイクロコンピュータ、またはクラウドサーバなどである。
【００６２】
ポンプ・プローブ法では、まずポンプ光を測定対象物に照射し、光化学反応を開始させる。少し遅れてプローブ光を測定対象物に照射し、測定対象物を透過した光、あるいは測定対象物から散乱した光を検出し、分析する。これにより、プローブ光が照射された時点での測定対象物の様子を知ることができる。プローブ光のパルス幅が例えば１００フェムト秒であるとすると、この測定によって知り得るのはその１００フェムト秒間の様子である。次に、ポンプ光とプローブ光との時間差を僅かに変えて、再びポンプ光及びプローブ光を測定対象物に照射し、透過光または散乱光を検出・分析する。このような動作を繰り返すことにより、化学反応の開始以降における分子の変化の様子を刻々と追跡することができる。
【００６３】
本実施形態において、時間差を制御するためだけに光パルス整形部１０Ａを用いる場合には、第１の偏光成分（パルス光Ｌｐ1）をポンプ光とし、第２の偏光成分（パルス光Ｌｐ2）をプローブ光としてもよく、或いは、第２の偏光成分（パルス光Ｌｐ2）をポンプ光とし、第１の偏光成分（パルス光Ｌｐ1）をプローブ光としてもよい。偏光分離部３２を透過する第１の偏光成分（パルス光Ｌｐ1）の検出結果を用いて分析を行う場合には、第２の偏光成分（パルス光Ｌｐ2）をポンプ光とするとよい。また、偏光分離部３２において反射する第２の偏光成分（パルス光Ｌｐ2）の検出結果を用いて分析を行う場合には、第１の偏光成分（パルス光Ｌｐ1）をポンプ光とするとよい。
【００６４】
また、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の何れをポンプ光とするかについては、光検出器４１，４２の種類をも考慮する必要がある。光検出器４１，４２として分光器を用いる場合には、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の何れをポンプ光としてもよい。これに対し、光検出器４１，４２として光電子増倍管やフォトダイオード等を用い、ロックイン検出を行う場合には、光源２１のトリガ信号と同期をとりつつ時間遅延が生じないパルス光Ｌｐ2を計測するため、パルス光Ｌｐ1をポンプ光とするとよい。
【００６５】
また、光パルス整形部１０Ａにおいてパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の時間差を制御するだけでなくパルス光Ｌｐ1のパルス幅を拡げる場合には、パルス光Ｌｐ1をポンプ光とするとよい。通常のポンプ・プローブ法では、ポンプ光及びプローブ光のパルス幅が相互に等しいので、光照射後の現象をパルス幅と同等の分解能で計測するが、ポンプ光であるパルス光Ｌｐ1のパルス幅を拡げた場合、光照射中の現象を照射時間よりも短い時間分解能で計測することが可能となる。
【００６６】
以上に説明した本実施形態の光応答測定装置１Ｂによれば、第１実施形態のパルス光生成装置１Ａを備えることにより、光学要素の振動や空気の揺らぎ等に起因する２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2（すなわちポンプ光及びプローブ光）の時間差の変動を抑えることができる。これにより、時間分解能を向上させることができる。また、照射・測定光学系３０Ａが、一方の偏光成分から他方の偏光成分を分離する偏光分離部３２を有することにより、２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2をそれぞれ独立して検出することが容易にできる。
【００６７】
また、従来のポンプ・プローブ法では、ポンプ光とプローブ光とを観察対象物の内部において交差させることが一般的である。その場合、交差した点での光反応しか計測できず、感度が低いという課題がある。また、ポンプ光及びプローブ光の集光位置を精密に重ね合わせることは難しく、それらの集光位置のずれもまた感度を低減させる要因となる。これに対し、本実施形態ではポンプ光及びプローブ光が同軸上を伝搬するので、それらの集光位置が精度良く合致し、感度を高めることができる。
【００６８】
また、従来のポンプ・プローブ法では、ポンプ光とプローブ光との干渉を防ぐために、ポンプ光とプローブ光との交差角を大きくしてこれらを空間的に分離させる必要があり、例えば対物レンズといった高い開口数（ＮＡ）のレンズが用いられる顕微鏡下での測定は困難となる。これに対し、本実施形態ではポンプ光及びプローブ光の偏光面が互いに交差しているので干渉することがなく、ポンプ光及びプローブ光を同じ光軸上にて伝搬させることができ、高い開口数のレンズを用いることが可能である。
【００６９】
（第２変形例）
【００７０】
図８は、第２実施形態の変形例に係る光応答測定装置１Ｃの構成を概略的に示す図である。この光応答測定装置１Ｃは、パルス光生成装置１Ｄと、照射・測定光学系３０Ｂとを備える。パルス光生成装置１Ｄは、第１実施形態のパルス光生成装置１Ａの構成に加えて、波長変換部３３を更に備える。波長変換部３３は、合成部１６を経た第１の偏光成分すなわちパルス光（第１のサブパルス光）Ｌｐ1及び第２の偏光成分すなわちパルス光（第２のサブパルス光）Ｌｐ2の波長を互いに異ならせるための光学要素である。波長変換部３３としては、例えば入力光の第二高調波、第三高調波等を発生する非線形光学結晶が好適に用いられる。このような非線形光学結晶は偏光依存性を有しており、或る偏光方向については波長変換作用を有するが、その偏光方向と交差する別の偏光方向については波長変換作用を有しない。波長変換部３３は、このような特性を利用して、第１の偏光成分（パルス光Ｌｐ1）及び第２の偏光成分（パルス光Ｌｐ2）のうち一方の偏光成分のみ波長変換を行い、他方の偏光成分の波長変換を行わない。
【００７１】
照射・測定光学系３０Ｂは、第２実施形態の偏光分離部３２に代えて、波長フィルタ３４を有する。波長フィルタ３４は、例えばバンドパスフィルタ、ダイクロイックミラー等であり、一方の偏光成分が含まれる波長帯域の光と、他方の偏光成分が含まれる波長帯域の光とを分離する。一例として、波長フィルタ３４は、第１の偏光成分（パルス光Ｌｐ1）が含まれる波長帯域の光を透過し、第２の偏光成分（パルス光Ｌｐ2）が含まれる波長帯域の光を反射する。パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2は、それぞれ別個の光検出器４１，４２に入力される。なお、集光光学系２３及びコリメート光学系３１の作用は第２実施形態と同様である。
【００７２】
本変形例の光応答測定装置１Ｃによれば、パルス光生成装置１Ａを備えることにより、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。また、パルス光生成装置１Ｄが波長変換部３３を有し、照射・測定光学系３０Ｂが波長フィルタ３４を有することによって、２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2をそれぞれ独立して検出することが容易にできる。
【００７３】
（第３実施形態）
【００７４】
図９は、第３実施形態に係る光加工装置１Ｅの構成を概略的に示す図である。この光加工装置１Ｅは、加工対象物Ｒにレーザ光を照射することにより加工対象物Ｒの切断等の加工を行うための装置であって、第１実施形態のパルス光生成装置１Ａと、照射光学系３０Ｃと、加工対象物Ｒを載置するステージ５１と、制御ユニット（コントローラ）５６と、表面観察ユニット５９と、オートフォーカスユニット６０とを備えている。
【００７５】
照射光学系３０Ｃは、パルス光生成装置１Ａから出力された第１の偏光成分すなわちパルス光（第１のサブパルス光）Ｌｐ1及び第２の偏光成分すなわちパルス光（第２のサブパルス光）Ｌｐ2のうち少なくとも一方を加工対象物Ｒに照射することにより、加工対象物Ｒの加工を行う。照射光学系３０Ｃは、例えば集光レンズ５２、凸レンズ５４、及び凸レンズ５５を有する。凸レンズ５５及び凸レンズ５４は、結像光学系を構成しており、合成部１６で合成された光を集光レンズ５２の瞳面に結像する。これにより、レーザ光が伝搬する際に生じる空間的な歪を低減することが可能となる。集光レンズ５２は、凸レンズ５４からのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を、ステージ５１上に配置される加工対象物Ｒ内部の所定の加工位置（深さ）へ集光する。集光レンズ５２は、対物レンズ駆動機構５３によって移動可能となっている。対物レンズ駆動機構５３は、例えば、ピエゾアクチュエータ、ステッピングモータ、或いはリニアステージである。また、加工対象物Ｒも、ステージ５１によって移動可能となっている。ステージ５１及び対物レンズ駆動機構５３は制御ユニット５６によって制御される。
【００７６】
凸レンズ５４と集光レンズ５２との間の光路上には、表面観察ユニット５９及びオートフォーカスユニット６０のための偏光分離部５７，５８が順次に配置されている。表面観察ユニット５９は、加工対象物Ｒから反射されたパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の一方を偏光分離部５７を介して受け、加工対象物Ｒの表面を観察する。表面観察ユニット５９は、例えば、エリアイメージセンサ、或いはアバランシェフォトダイオードなどのフォトダイオードを含む。オートフォーカスユニット６０は、偏光分離部５８を介して加工対象物Ｒから反射されたパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の一方を受け、加工対象物Ｒの表面までの距離を検出する。オートフォーカスユニット６０は、例えば、エリアイメージセンサ、或いはアバランシェフォトダイオードなどのフォトダイオードを含む。制御ユニット５６は、光源２１におけるレーザ光の出力／出力停止、偏光制御部２２の回転角度すなわちパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の強度比、ＳＬＭ１４の位相パターン、表面観察ユニット５９及びオートフォーカスユニット６０の動作をそれぞれ制御する。制御ユニット５６は、制御処理回路或いは制御処理回路を有するコンピュータである。
【００７７】
本実施形態の光加工装置１Ｅによれば、第１実施形態のパルス光生成装置１Ａを備えることにより、光学要素の振動や空気の揺らぎ等に起因する２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の時間差の変動を抑えることができる。また、照射光学系３０Ｃが、一方の偏光成分から他方の偏光成分を分離する偏光分離部５７，５８を有することにより、表面観察ユニット５９及びオートフォーカスユニット６０において、２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2のうち一方を加工対象物Ｒに独立して照射することが容易にできる。
【００７８】
（第４実施形態）
【００７９】
図１０は、第４実施形態に係る顕微鏡装置１Ｆの構成を概略的に示す図である。この顕微鏡装置１Ｆは、観察対象物Ｓに２つのパルス光成分を連続的に照射することにより観察対象物Ｓにおいて生じる光（蛍光等）の観察を行うための装置である。一例では、顕微鏡装置１Ｆは多光子励起顕微鏡或いはＳＴＥＤ顕微鏡である。顕微鏡装置１Ｆは、第１実施形態のパルス光生成装置１Ａと、照射光学系３０Ｄと、観察対象物Ｓを載置するステージ５１と、制御ユニット（コントローラ）６２と、光検出器（フォトディテクタ）６３とを備えている。
【００８０】
照射光学系３０Ｄは、パルス光生成装置１Ａから出力された第１の偏光成分すなわちパルス光（第１のサブパルス光）Ｌｐ1及び第２の偏光成分すなわちパルス光（第２のサブパルス光）Ｌｐ2を観察対象物Ｓに照射することにより、観察対象物Ｓから蛍光等の光を生じさせる。照射光学系３０Ｄは、例えば集光レンズ５２、凸レンズ５４、及び凸レンズ５５を有する。凸レンズ５５及び凸レンズ５４は、結像光学系を構成しており、合成部１６で合成された光を、集光レンズ５２の瞳面に結像する。これにより、レーザ光が伝搬する際に生じる空間的な歪を低減することが可能となる。集光レンズ５２は、凸レンズ５４からのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2を、ステージ５１上に配置される観察対象物Ｓ内部の所定の観察位置（深さ）へ集光する。集光レンズ５２は、対物レンズ駆動機構５３によって移動可能となっている。また、観察対象物Ｓも、ステージ５１によって移動可能となっている。ステージ５１及び対物レンズ駆動機構５３は制御ユニット６２によって制御される。
【００８１】
凸レンズ５４と集光レンズ５２との間の光路上には、波長フィルタ（ダイクロイックミラー）６４及び光スキャナ６５が順次に配置されている。ダイクロイックミラー６４は、パルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の波長（すなわち励起波長）の光を透過し、観察対象物Ｓの蛍光波長の光を反射する。光検出器６３は、ダイクロイックミラー６４を介して観察対象物Ｓからの蛍光等の光を受け、その光の強度を検出する。光検出器６３は、例えば光電子増倍管（PhotoMultiplier Tube；ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオードなどのフォトダイオード、またはエリアイメージセンサによって構成され得る。光スキャナ６５は、観察対象物Ｓにおける観察位置（すなわちパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の集光位置）のスキャンを行う。制御ユニット６２は、光源２１におけるレーザ光の出力／出力停止、偏光制御部２２の回転角度すなわちパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の強度比、ＳＬＭ１４の位相パターン、光スキャナ６５の動作をそれぞれ制御する。また、制御ユニット６２は、光検出器６３から出力される検出信号を取得する。制御ユニット６２は、制御処理回路或いは制御処理回路を有するコンピュータである。
【００８２】
本実施形態の顕微鏡装置１Ｆによれば、第１実施形態のパルス光生成装置１Ａを備えることにより、光学要素の振動や空気の揺らぎ等に起因する２つのパルス光Ｌｐ1，パルス光Ｌｐ2の時間差の変動を抑えることができる。従って、励起光のパルス間隔を精度良く制御することができる。
【００８３】
パルス光生成装置、光照射装置、光加工装置、光応答測定装置、顕微鏡装置、及びパルス光生成方法は、上述した各実施形態及び各変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した各実施形態及び各変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、上記実施形態では、ＳＬＭが変調作用を有する偏光方向に対し、ＳＬＭに入力するパルス光の偏光面を偏光制御部によって傾斜させているが、ＳＬＭ自体を傾けてもよい。すなわち、ＳＬＭに入力するパルス光の偏光面に対し、変調作用を有する偏光方向が傾斜するようにＳＬＭを傾けることによって、偏光制御部を不要にできる。
【００８４】
また、上述した各実施形態及び各変形例では、ＳＬＭとしてＬＣＯＳ型のものを例示したが、ＳＬＭとして、他の液晶型ＳＬＭ（例えば電気アドレス型、光アドレス型等）を適用してもよい。
【００８５】
上記実施形態によるパルス光生成装置では、パルス光を波長毎に分散する分散部と、分散されたパルス光を波長毎に変調する偏光依存型の空間光変調器と、空間光変調器から出力されたパルス光の各波長成分を合成する合成部と、を備え、空間光変調器に入力するパルス光の偏光面は、空間光変調器が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜しており、空間光変調器は、偏光方向に沿ったパルス光の第１の偏光成分と、第１の偏光成分と交差するパルス光の第２の偏光成分との間に時間差を生じさせる構成としている。
【００８６】
上記のパルス光生成装置は、空間光変調器に入力されるパルス光の偏光面を回転させる偏光制御部を更に備えてもよい。これにより、空間光変調器が変調作用を有する偏光方向に対してパルス光の偏光面を容易に傾斜させることができる。その場合、偏光制御部の偏光面回転角は、変更できてもよい。これにより、第１の偏光成分と第２の偏光成分との強度比すなわち２つのサブパルス光成分の強度比を容易に変更することができる。また、この場合、偏光制御部は空間光変調器の前段であれば何処に配置されてもよく、例えば分散部の前段に配置されて、分散部に入力されるパルス光の偏光面を回転させてもよい。
【００８７】
上記のパルス光生成装置において、空間光変調器が透過型空間光変調器であり、分散部が分散素子（第１の分散素子）であり、合成部が分散部の分散素子とは異なる分散素子（第２の分散素子）であってもよい。或いは、上記のパルス光生成装置において、空間光変調器が反射型空間光変調器であり、分散部が分散素子であり、合成部が分散部の分散素子であってもよい。その何れの構成であっても、上記のパルス光生成装置の構成を好適に実現することができる。
【００８８】
上記のパルス光生成装置は、合成部から出力されたパルス光の第１の偏光成分及び第２の偏光成分の波長を互いに異ならせる波長変換部を更に備えてもよい。これにより、パルス光生成装置から出力された２つのサブパルス光成分の波長が互いに異なることとなり、例えば波長選択フィルタ等を利用してこれらのサブパルス光成分を分岐しやすくできる。
【００８９】
上記のパルス光生成装置は、合成されたパルス光を変調する第２の空間光変調器を更に備えてもよい。これにより、パルス光の第１の偏光成分及び第２の偏光成分の空間的な形状等を制御することができる。
【００９０】
上記実施形態による光照射装置では、上記構成のパルス光生成装置と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方を対象物に照射する照射光学系と、を備える構成としている。
【００９１】
上記実施形態による光加工装置では、上記構成のパルス光生成装置と、加工対象物の加工を行うために、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方を加工対象物に照射する照射光学系と、を備える構成としている。
【００９２】
これらの光照射装置及び光加工装置によれば、上記構成のパルス光生成装置を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えつつ、２つのサブパルス光成分のうち少なくとも一方を対象物あるいは加工対象物に独立して照射することができる。
【００９３】
上記実施形態による第１の光応答測定装置では、上記構成のパルス光生成装置と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち一方のサブパルス光を測定対象物に照射して光反応を生じさせるとともに、測定対象物を透過した他方のサブパルス光を取り出す照射・測定光学系と、他方のサブパルス光を検出する光検出器と、を備える構成としている。
【００９４】
この第１の光応答測定装置によれば、上記構成のパルス光生成装置を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えることができる。また、例えば照射・測定光学系が、一方のサブパルス光と他方のサブパルス光とを分離する偏光分離部を有することにより、２つのサブパルス光成分のうち少なくとも一方を独立して検出することが容易にできる。
【００９５】
上記実施形態による第２の光応答測定装置では、波長変換部を備える上記構成のパルス光生成装置と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち一方のサブパルス光を測定対象物に照射して光反応を生じさせるとともに、測定対象物を透過した他方のサブパルス光を取り出す照射・測定光学系と、他方のサブパルス光を検出する光検出器と、を備え、照射・測定光学系は、一方のサブパルス光と他方のサブパルス光とを分離する波長フィルタを有する構成としている。
【００９６】
この第２の光応答測定装置によれば、上記構成のパルス光生成装置を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えることができる。また、照射・測定光学系が、一方のサブパルス光と他方のサブパルス光とを分離する波長フィルタを有することにより、２つのサブパルス光成分のうち少なくとも一方を独立して検出することができる。
【００９７】
上記実施形態による顕微鏡装置では、上記構成のパルス光生成装置と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方のサブパルス光を観察対象物に照射する照射光学系と、少なくとも一方のサブパルス光の照射に伴い観察対象物から出力される光を検出する光検出器と、を備える構成としている。
【００９８】
この顕微鏡装置によれば、上記構成のパルス光生成装置を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えつつ、観察対象物に照射することができる。
【００９９】
上記実施形態によるパルス光生成方法では、パルス光を波長毎に分散する分散ステップと、分散されたパルス光を、偏光依存型の空間光変調器を用いて波長毎に変調する変調ステップと、空間光変調器から出力されたパルス光の各波長成分を合成する合成ステップと、を含み、空間光変調器に入力するパルス光の偏光面は、空間光変調器が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜し、変調ステップにおいて、偏光方向に沿ったパルス光の第１の偏光成分と、第１の偏光成分と交差するパルス光の第２の偏光成分との間に時間差を生じさせる構成としている。
【０１００】
このパルス光生成方法によれば、上述したパルス光生成装置と同様に、２つのパルス光成分の時間差の変動を抑えることができる。
【０１０１】
上記のパルス光生成方法は、空間光変調器に入力されるパルス光の偏光面を回転させる偏光面回転ステップを更に備えてもよい。これにより、空間光変調器が変調作用を有する偏光方向に対してパルス光の偏光面を容易に傾斜させることができる。その場合、偏光面回転ステップにおける偏光面回転角は、変更できてもよい。これにより、第１の偏光成分と第２の偏光成分との強度比すなわち２つのサブパルス光成分の強度比を容易に変更することができる。また、この場合、偏光面回転ステップは、分散ステップの前に行われてもよく、分散ステップと変調ステップの間に行われてもよい。
【０１０２】
上記のパルス光生成方法において、空間光変調器が透過型空間光変調器であり、分散ステップ及び合成ステップは、異なる分散素子で行われてもよい。或いは、上記のパルス光生成方法において、空間光変調器が反射型空間光変調器であり、分散ステップ及び合成ステップは、同じ分散素子で行われてもよい。その何れの構成であっても、上記のパルス光生成方法の構成を好適に実現することができる。
【０１０３】
上記のパルス光生成方法は、合成ステップにより合成されたパルス光の第１の偏光成分及び第２の偏光成分の波長を互いに異ならせる波長変換ステップを更に備えてもよい。これにより、合成ステップによって得られた２つのサブパルス光成分の波長が互いに異なることとなり、例えば波長選択フィルタ等を利用してこれらのサブパルス光成分を分岐しやすくできる。
【０１０４】
上記のパルス光生成方法は、第２の空間光変調器により、合成ステップによって得られたパルス光を変調する第２の変調ステップを更に備えてもよい。これにより、パルス光の第１の偏光成分及び第２の偏光成分の空間的な形状等を制御することができる。
【０１０５】
上記実施形態による光照射方法では、上記構成のパルス光生成方法と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方を対象物に照射する照射ステップと、を備える構成としている。
【０１０６】
上記実施形態による光加工方法では、上記構成のパルス光生成方法と、加工対象物の加工を行うために、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方を加工対象物に照射する照射ステップと、を備える構成としている。
【０１０７】
これらの光照射方法及び光加工方法によれば、上記構成のパルス光生成方法を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えつつ、２つのサブパルス光成分のうち少なくとも一方を対象物あるいは加工対象物に独立して照射することができる。
【０１０８】
上記実施形態による第１の光応答測定方法では、上記構成のパルス光生成方法と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち一方のサブパルス光を測定対象物に照射して光反応を生じさせるとともに、測定対象物を透過した他方のサブパルス光を取り出す照射・測定ステップと、他方のサブパルス光を検出する検出ステップと、を備える構成としている。
【０１０９】
この第１の光応答測定方法によれば、上記構成のパルス光生成方法を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えることができる。また、例えば照射・測定ステップにより、一方のサブパルス光と他方のサブパルス光とを分離する偏光分離ステップを有することにより、２つのサブパルス光成分のうち少なくとも一方を独立して検出することが容易にできる。
【０１１０】
上記実施形態による第２の光応答測定方法では、波長変換ステップを備える上記構成のパルス光生成方法と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち一方のサブパルス光を測定対象物に照射して光反応を生じさせるとともに、測定対象物を透過した他方のサブパルス光を取り出す照射・測定ステップと、他方のサブパルス光を検出する検出ステップと、を備え、照射・測定ステップでは、波長フィルタにより、一方のサブパルス光と他方のサブパルス光とを分離する構成としている。
【０１１１】
この第２の光応答測定方法によれば、上記構成のパルス光生成方法を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えることができる。また、照射・測定ステップにおいて、波長フィルタにより、一方のサブパルス光と他方のサブパルス光とを分離することにより、２つのサブパルス光成分のうち少なくとも一方を独立して検出することができる。
【０１１２】
上記実施形態による顕微鏡方法では、上記構成のパルス光生成方法と、第１の偏光成分からなる第１のサブパルス光及び第２の偏光成分からなる第２のサブパルス光のうち少なくとも一方のサブパルス光を観察対象物に照射する照射ステップと、少なくとも一方のサブパルス光の照射に伴い観察対象物から出力される光を検出する検出ステップと、を備える構成としている。
【０１１３】
この顕微鏡方法によれば、上記構成のパルス光生成方法を備えることにより、２つのサブパルス光成分の時間差の変動を抑えつつ、観察対象物に照射することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
実施形態は、パルス光生成装置、光照射装置、光加工装置、光応答測定装置、顕微鏡装置、及びパルス光生成方法として利用可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１Ａ…パルス光生成装置、１Ｂ，１Ｃ…光応答測定装置、１Ｄ…パルス光生成装置、１Ｅ…光加工装置、１Ｆ…顕微鏡装置、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…光パルス整形部、１１，１７…ミラー、１２…分散部、１３…集光光学系、１４，１９，２４…空間光変調器（ＳＬＭ）、１５…コリメート光学系、１６…合成部、２１…光源、２２…偏光制御部、２３…集光光学系、２５…分散素子、２６…シリンドリカルレンズ、２７〜２９…ミラー、３０Ａ，３０Ｂ…照射・測定光学系、３０Ｃ，３０Ｄ…照射光学系、３１…コリメート光学系、３２…偏光分離部、３３…波長変換部、３４…波長フィルタ、４１，４２…光検出器、４３…演算部、５１…ステージ、５２…集光レンズ、５３…対物レンズ駆動機構、５４…凸レンズ、５５…凸レンズ、５６…制御ユニット、５７，５８…偏光分離部、５９…表面観察ユニット、６０…オートフォーカスユニット、６２…制御ユニット、６３…光検出器、６４…ダイクロイックミラー、６５…光スキャナ、Ａ１，Ａ２…偏光方向、Ｌｐ，Ｌｐ1，Ｌｐ2…パルス光、Ｌλ1〜Ｌλ5…波長成分、Ｐ…試料、Ｑ…測定対象物、Ｒ…加工対象物、Ｓ…観察対象物。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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