(57)【要約】【課題】限られたポンプ光の強度であっても、より効率良く、かつ、より安定的にポンプ光の波長変換を行うこと。【解決手段】本開示に係る光パラメトリック発振器は、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、を備える。非線形光学結晶ユニットは、複数の非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、それぞれの非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、可動軸に対して位置決めされており、それぞれの非線形光学結晶の基準面から測った位相整合角が、複数の非線形光学結晶の間で互いに異なっており、可動部が可動することで、複数の非線形光学結晶のうちの１つが集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される。【選択図】図１
2016053616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、
光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、
を備え、
前記非線形光学結晶ユニットは、
複数の前記非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、
それぞれの前記非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、前記可動軸に対して位置決めされており、
それぞれの前記非線形光学結晶の前記基準面から測った位相整合角が、前記複数の非線形光学結晶のうち少なくとも２つの間で互いに異なっており、
前記可動部が可動することで、複数の前記非線形光学結晶のうちの１つが前記集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される、光パラメトリック発振器。
【請求項２】
前記それぞれの非線形光学結晶での集光位置における前記ポンプ光のビーム半径の半値が、当該それぞれの非線形光学結晶の間での、結晶全長分で生じるウォークオフに伴うビームの位置シフト量の変化分よりも大きい、請求項１に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項３】
前記ビームの位置シフト量の変化分は、前記ポンプ光のビーム半径の半値の１０％以下である、請求項２に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項４】
前記非線形光学結晶に集光される前記ポンプ光の集光角が、当該非線形光学結晶の位相整合の角度許容半値幅よりも大きい、請求項１に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項５】
前記それぞれの非線形光学結晶の端面には、少なくとも１層の光学薄膜が形成されており、
当該光学薄膜の屈折率及び膜厚の組み合わせが、前記それぞれの非線形光学結晶の間で互いに異なる、請求項１に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項６】
前記それぞれの非線形光学結晶について、前記位置決めにおける前記可動部への配設誤差に伴うビームの位置シフト量は、前記ビームの位置シフト量の変化分よりも小さい、請求項２に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項７】
前記可動部は、前記可動軸に沿った平行移動を実現するスライド機構、又は、前記可動軸を中心とする回転を実現する回転機構を備える、請求項１に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項８】
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、
光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、
を有し、
前記非線形光学結晶ユニットは、
複数の前記非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、
それぞれの前記非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、前記可動軸に対して位置決めされており、
それぞれの前記非線形光学結晶の前記基準面から測った位相整合角が、前記複数の非線形光学結晶のうち少なくとも２つの間で互いに異なっており、
前記可動部が可動することで、複数の前記非線形光学結晶のうちの１つが前記集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される、光パラメトリック発振器と、
前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、
を備える、光源ユニット。
【請求項９】
前記レーザ光源は、半導体レーザ及び共振器から構成される主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、から構成される主発振器出力増幅器（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＭＯＰＡ）を有する光源である、請求項８に記載の光源ユニット。
【請求項１０】
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、
光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、
を有し、
前記非線形光学結晶ユニットは、
複数の前記非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、
それぞれの前記非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、前記可動軸に対して位置決めされており、
それぞれの前記非線形光学結晶の前記基準面から測った位相整合角が、前記複数の非線形光学結晶のうち少なくとも２つの間で互いに異なっており、
前記可動部が可動することで、複数の前記非線形光学結晶のうちの１つが前記集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される、光パラメトリック発振器と、
前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、
を有する光源ユニットと、
前記光源ユニットから射出された照明光を観察対象物へと導光するとともに、当該観察対象物からの光を光検出部へと導光する顕微鏡光学系と、
を備える、顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光パラメトリック発振器、光源ユニット及び顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光顕微鏡を用いて生体観察を行うにあたり、近年、観察対象物に含まれる蛍光体を多光子励起することで、観察対象物から蛍光を発生させることが行われるようになってきた。かかる多光子励起蛍光顕微鏡の光源として、波長を自由に選択可能な短パルス光源が望まれている。短パルス光源から得られる短パルス光の波長を変換する方法として、非線形光学結晶を用いた光パラメトリック発振器の手法がある。
【０００３】
波長変換に利用する非線形光学結晶にも様々なものが存在するが、分極反転結晶を利用した疑似位相整合法で位相整合を行う場合、タイムウォークオフが大きいため不都合である。従って、角度位相整合法による非線形光学結晶を用いて位相整合角を変更することが好ましい。角度位相整合法による非線形光学結晶を用いた光パラメトリック発振器の一つに、下記の特許文献１に開示されているような、結晶角度を変更するための機構を設けたものがある。
【０００４】
また、下記の特許文献２には、角度位相整合法による非線形光学結晶を複数用い、これら非線形光学結晶を入れ替えることで、波長変換を可能にした光パラメトリック発振器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１８４３８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７３５２６号公報
【特許文献３】特開平９−６１８６６号公報
【特許文献４】特開２００１−６６６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている光パラメトリック発振器のように、結晶角度をそのまま変更してしまうと、共振器の条件が変わってしまい、光パラメトリック発振器の構成を工夫したとしても、機構が複雑になってしまう。
【０００７】
また、上記特許文献２に開示されているように複数の非線形光学結晶を入れ替えて用いる場合、非線形光学結晶の機械的な配置誤差や位相整合角のずれに起因して、共振条件が不安定になったり、発振波長が所望の波長からずれてしまったりする場合がある。
【０００８】
更に、光パラメトリック発振器を小型化する際は、低パワーのポンプ光でも効率良く発振可能であることが望まれるが、上記特許文献３や特許文献４に開示されているような方式ではロスが多く、高パワーのポンプ光を用いざるを得なかった。
【０００９】
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、限られたポンプ光の強度であっても、より効率良く、かつ、より安定的にポンプ光の波長変換を行うことが可能な光パラメトリック発振器と、かかる光パラメトリック発振器を利用した光源ユニット及び顕微鏡と、を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示によれば、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、を備え、前記非線形光学結晶ユニットは、複数の前記非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、それぞれの前記非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、前記可動軸に対して位置決めされており、それぞれの前記非線形光学結晶の前記基準面から測った位相整合角が、前記複数の非線形光学結晶のうち少なくとも２つの間で互いに異なっており、前記可動部が可動することで、複数の前記非線形光学結晶のうちの１つが前記集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される、光パラメトリック発振器が提供される。
【００１１】
また、本開示によれば、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、を有し、前記非線形光学結晶ユニットは、複数の前記非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、それぞれの前記非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、前記可動軸に対して位置決めされており、それぞれの前記非線形光学結晶の前記基準面から測った位相整合角が、前記複数の非線形光学結晶のうち少なくとも２つの間で互いに異なっており、前記可動部が可動することで、複数の前記非線形光学結晶のうちの１つが前記集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される、光パラメトリック発振器と、前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、を備える光源ユニットが提供される。
【００１２】
また、本開示によれば、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、を有し、前記非線形光学結晶ユニットは、複数の前記非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、それぞれの前記非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、前記可動軸に対して位置決めされており、それぞれの前記非線形光学結晶の前記基準面から測った位相整合角が、前記複数の非線形光学結晶のうち少なくとも２つの間で互いに異なっており、前記可動部が可動することで、複数の前記非線形光学結晶のうちの１つが前記集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される、光パラメトリック発振器と、前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、を有する光源ユニットと、前記光源ユニットから射出された照明光を観察対象物へと導光するとともに、当該観察対象物からの光を光検出部へと導光する顕微鏡光学系と、を備える、顕微鏡が提供される。
【００１３】
本開示によれば、結晶方位の互いに異なる非線形光学結晶が複数用いられ、これら複数の非線形光学結晶が、可動部に対して位置決めされている。可動部が稼働することで、一つの非線形光学結晶が光の集光された位置へと配設され、配設された非線形光学結晶の結晶方位に応じて、ポンプ光が所定波長のシグナル光へと波長変換される。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本開示によれば、限られたポンプ光の強度であっても、より効率良く、かつ、より安定的にポンプ光の波長変換を行うことが可能となる。
【００１５】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の実施形態に係る光パラメトリック発振器の構成の一例を模式的に示した模式図である。
【図２Ａ】同実施形態に係る非線形光学結晶ユニットの一例を模式的に示した模式図である。
【図２Ｂ】同実施形態に係る非線形光学結晶ユニットの一例を模式的に示した模式図である。
【図３】非線形光学結晶における屈折率楕円体について説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る非線形光学結晶ユニットについて説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係る非線形光学結晶ユニットについて説明するための説明図である。
【図６】非線形光学結晶におけるウォークオフ量について説明するための説明図である。
【図７】非線形光学結晶におけるウォークオフ量について説明するための説明図である。
【図８Ａ】同実施形態に係る非線形光学結晶に設けられる光学薄膜について説明するための説明図である。
【図８Ｂ】同実施形態に係る非線形光学結晶に設けられる光学薄膜について説明するための説明図である。
【図９Ａ】同実施形態に係る非線形光学結晶ユニットの他の一例を模式的に示した模式図である。
【図９Ｂ】同実施形態に係る非線形光学結晶ユニットの他の一例を模式的に示した模式図である。
【図１０】同実施形態に係る光パラメトリック発振器を有する光源ユニットの構成を模式的に示したブロック図である。
【図１１Ａ】同実施形態に係る光源ユニットで用いられるレーザ光源の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１１Ｂ】同実施形態に係る光源ユニットで用いられるレーザ光源の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１１Ｃ】同実施形態に係る光源ユニットで用いられるレーザ光源の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１２】同実施形態に係る光源ユニットを有する顕微鏡の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１３】本開示の実施形態に係る制御部のハードウェア構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１４】実施例１及び実施例３における光パラメトリック発振器の光学系を模式的に示した模式図である。
【図１５】実施例２における光パラメトリック発振器の光学系を模式的に示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態
１．１．光パラメトリック発振器の構成について
１．２．光源ユニットの構成について
１．３．顕微鏡の構成について
１．４．制御部のハードウェア構成について
２．実施例
【００１９】
（第１の実施形態）
＜光パラメトリック発振器の構成について＞
まず、図１〜図９Ｂを参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る光パラメトリック発振器１０の構成について、詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る光パラメトリック発振器の構成の一例を模式的に示した模式図である。図２Ａ〜図２Ｂは、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニットの一例を模式的に示した模式図である。図３は、非線形光学結晶における屈折率楕円体について説明するための説明図である。図４〜図５は、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニットについて説明するための説明図である。図６〜図７は、非線形光学結晶におけるウォークオフ量について説明するための説明図である。図８Ａ〜図８Ｂは、本実施形態に係る非線形光学結晶に設けられる光学薄膜について説明するための説明図である。図９Ａ〜図９Ｂは、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニットの他の一例を模式的に示した模式図である。
【００２０】
［光パラメトリック発振器１０の全体構成について］
本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、図１に模式的に示したように、非線形光学結晶ユニット１１と、共振器光学系と、を備える。共振器光学系は、図１に示したように、少なくとも２つの共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂと、ポンプ光入力カプラＩＣ、ダイクロイックミラーＤＭ、エンドミラーＥＭ、シグナル光出力カプラＯＣ等といった各種の光学素子と、から構成されている。また、共振器光学系には、これらの光学素子以外にも、各種のレンズやミラーやフィルタ等といった、公知の光学素子が設けられていても良い。
【００２１】
光パラメトリック発振器１０の内部へと導光された光は、少なくとも２つの共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂによって、これら共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂを結ぶ光軸上に集光される。その上で、非線形光学結晶ユニット１１に設けられている複数の非線形光学結晶のうちの一つが、形成された光の集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される。
【００２２】
ここで、光の集光状態のウェスト（ｗａｉｓｔ）部とは、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂによって形成される光の集光状態のうち、ビーム半径が最小となる位置（いわゆる、ビームウェスト（ｂｅａｍ  ｗａｉｓｔ））を意味する。また、レーリー長（Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ｌｅｎｇｔｈ）とは、ビームウェスト（ビーム半径Ｗ０）から、ビーム半径が２０．５Ｗ０に拡がる位置までの光軸方向の距離を意味する。
【００２３】
本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０のエンドミラーＥＭやシグナル光出力カプラＯＣには、それぞれ駆動部１５が設けられている。
【００２４】
また、非線形光学結晶ユニット１１及び駆動部１５を含む光パラメトリック発振器１０の全体的な動作は、制御部１７によって統括的に制御されている。
【００２５】
未図示のレーザ光源から射出されたレーザ光は、ポンプ（ｐｕｍｐ）光（励起光）として、ポンプ光入力カプラＩＣから光パラメトリック発振器１０の内部へと導光される。その後、ポンプ光は、ダイクロイックミラーＤＭ、共振器ミラー１３Ａ、非線形光学結晶ユニット１１、共振器ミラー１３Ｂ、エンドミラーＥＭ、共振器ミラー１３Ｂ、非線形光学結晶ユニット１１、共振器ミラー１３Ａ、ダイクロイックミラーＤＭ、ポンプ光入力カプラＩＣ・・・という光路をたどる。かかる第１の光路が、ポンプ光を増幅するための第１の共振器として機能する。
【００２６】
また、ポンプ光が非線形光学結晶ユニット１１中の１つの非線形光学結晶を透過することで、シグナル（ｓｉｇｎａｌ）光及びアイドラー（Ｉｄｌｅｒ）光という、励起光とは波長の異なる光が発生する。本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、シグナル光を外部に取り出して光源として利用することも可能であるし、アイドラー光を外部に取り出して光源として利用することも可能である。以下では、シグナル光を外部に取り出す場合を例に挙げて説明を行うものとする。
【００２７】
非線形光学結晶ユニット１１中の非線形光学結晶から発生したシグナル光は、共振器ミラー１３Ｂ、エンドミラーＥＭ、共振器ミラー１３Ｂ、非線形光学結晶ユニット１１、共振器ミラー１３Ａ、ダイクロイックミラーＤＭ、シグナル光出力カプラＯＣ、ダイクロイックミラーＤＭ、共振器ミラー１３Ａ、非線形光学結晶ユニット１１・・・という光路をたどる。かかる第２の光路が、出力光（本説明では、シグナル光）を生成するとともに、出力光の強度を増幅する第２の共振器として機能する。
【００２８】
ここで、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１には、複数の非線形光学結晶が配設されており、制御部１７による制御のもとで可動部１０３が駆動することで、ある一つの非線形光学結晶が光の集光状態の中へと配設される。非線形光学結晶を光の集光状態の中（より詳細には、ウェスト部のレーリー長内）へと配設することで、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、共振器の条件を安定に維持することが可能となる。この非線形光学結晶ユニット１１の詳細な構成については、以下で改めて詳細に説明する。
【００２９】
また、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂ（以下、まとめて共振器ミラー１３とも称する。）、ポンプ光入力カプラＩＣ、エンドミラーＥＭ、シグナル光出力カプラＯＣについては、特に限定されるものではなく、公知のものを利用すればよい。また、ダイクロイックミラーＤＭは、ポンプ光及び出力光の双方に対して低ロスなものであれば、特に限定されるものではなく、公知のものを利用することが可能である。
【００３０】
このように、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、上記のような２つの光路を内部に有する、２軸光学系となっている。また、第１の光路に対応する第１の共振器と、第２の光路に対応する第２の共振器は、各共振器を構成する光学素子の一方の端部が、エンドミラーＥＭで共通であり、他方の端部が、第１の共振器の場合にはポンプ光入力カプラＩＣであり、第２の共振器の場合にはシグナル光出力カプラＯＣである。
【００３１】
本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、このようなパンプレゾナント系を導入することによって、光パラメトリック発振器１０の内部で、ポンプ光と、ＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）光（より詳細には、２つの発振光のうち少なくとも１つ）とを共振させることが求められる。ここで、「共振」のためには、ポンプ光の光源であるレーザ（例えば、半導体パルスレーザ）の発振周期と完全に一致したタイミングで、それぞれの光が共振器内を周回するように、共振器長（すなわち、上記２種類の光路の光路長）を調整することが求められる（発振条件Ａ）。
【００３２】
しかしながら、光パラメトリック発振器１０は、後述するような非線形光学結晶を備えるため、結晶の色分散によって、光の波長に応じて光学的距離が変化してしまう。その結果、波長の異なるポンプ光及びＯＰＯ光がそれぞれ発振条件Ａを満たすように、光路を別にした上記のような２軸光学系を導入することが有効となる。
【００３３】
この２つの共振器の光路長を調整するために、第１の光路の一方の端部に位置するエンドミラーＥＭに対してサーボ機構等の駆動部１５を設けるとともに、第２の光路のもう一方の端部に位置するシグナル光出力カプラＯＣに対してサーボ機構等の駆動部１５を設ける。ここで、エンドミラーＥＭ及びシグナル光出力カプラＯＣに設けられる駆動部１５は、互いに独立して制御可能なようにする。このような駆動部１５を設け、制御部１７により駆動部１５を制御させることで、第１の光路の光路長と、第２の光路の光路長とを、互いに独立して制御することが可能となる。
【００３４】
ここで、駆動部１５による第１の光路の光路長の制御方法は、特に限定されるものではなく、例えば、適切な光路長を実現するエンドミラーＥＭの位置をテーブル等のデータ形態で記憶しておき、かかる位置を保持するようにエンドミラーＥＭの位置を制御してもよい。また、光パラメトリック発振器１０からのポンプ光の反射光の強度を随時検出し、検出した反射光の強度に応じてエンドミラーＥＭの位置を制御する等といった、公知の制御方法を利用することも可能である。
【００３５】
また、駆動部１５による第２の光路の光路長の制御方法についても、特に限定されるものではなく、例えば、非線形光学結晶ごと（換言すれば、シグナル光の波長ごと）に適切な光路長を実現するシグナル光出力カプラＯＣの位置をテーブル等のデータ形態で記憶しておき、かかる位置を保持するようにシグナル光出力カプラＯＣの位置を制御してもよい。また、光パラメトリック発振器１０の内部におけるシグナル光の強度を随時検出し、検出したシグナル光の強度に応じてシグナル光出力カプラＯＣの位置を制御する等といった、公知の制御方法を利用することも可能である。
【００３６】
以上のような駆動部１５は、特に限定されるものではなく、ボイスコイルモータやピエゾ素子等といった公知の駆動機構を利用することができる。
【００３７】
なお、上記では、第１の光路の光路長を、エンドミラーＥＭの位置を駆動部１５により制御することで調整する場合について説明したが、エンドミラーＥＭを固定しておき、ポンプ光入力カプラＩＣの位置を駆動部１５により制御するようにしてもよい。
【００３８】
制御部１７は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等により実現されるユニットである。制御部１７は、光パラメトリック発振器１０の動作を全般的に統括する処理部であり、光パラメトリック発振器１０を構成する様々なユニットの制御を実施する。例えば、制御部１７は、ユーザ操作に応じて後述する非線形光学結晶ユニット１１の可動部１０３を制御し、ユーザの所望するシグナル光波長を提供する非線形光学結晶を、光の集光状態の中へと移動させる。また、制御部１７は、共振器光学系を構成する光学素子に設けられた駆動部１５を制御して、ポンプ光及びシグナル光のそれぞれに適切な光路長を維持させる。
【００３９】
なお、制御部１７は、光パラメトリック発振器１０に接続されているパーソナルコンピュータや各種サーバ等の情報処理装置により実現されていてもよいし、光パラメトリック発振器１０内に実装されるＩＣチップや演算処理ボード等として実現されていてもよい。また、制御部１７は、必要に応じて、光パラメトリック発振器１０に接続される各種機器（例えば、レーザ光源や、顕微鏡ユニット等）の機能を更に制御することも可能である。
【００４０】
以上、図１を参照しながら、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０の全体構成について説明した。
【００４１】
なお、図１では、共振器光学系として、いわゆるＢｏｗ  ｔｉｅ型の光学配置を図示しているが、共振器光学系は図１に示した例に限定されるものではなく、いわゆるＺ型の光学配置であってもよい。
【００４２】
［非線形光学結晶ユニット１１の構成について］
続いて、図２〜図９Ｂを参照しながら、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０が備える非線形光学結晶ユニット１１の構成を、詳細に説明する。
【００４３】
本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１は、図２Ａ及び図２Ｂに模式的に示したように、複数の非線形光学結晶１０１と、可動部１０３と、を有している。
【００４４】
非線形光学結晶１０１は、入射したポンプ光の波長を、角度位相整合法により異なる波長へと変換する結晶である。かかる非線形光学結晶１０１は、ポンプ光の波長に応じて、利用可能な結晶が決まっている。例えば、ポンプ光として青色光を利用する場合、非線形光学結晶１０１として、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）、ＢｉＢＯ（ＢｉＢ３Ｏ６）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）、ＬＴ（ＬｉＴａＯ３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）等といった公知の青色光用の非線形光学結晶を利用することができる。また、ポンプ光として、青色光以外の光を用いる場合には、ポンプ光の波長に対応した公知の非線形光学結晶を用いればよい。
【００４５】
可動部１０３は、所定の可動軸に基づいて稼働可能な部材である。可動部１０３の少なくとも１つの表面は、平坦面となるように加工されており、この平坦面上に複数の非線形光学結晶１０１が配設される。平坦面上への非線形光学結晶１０１の固定方法については、特に限定されるものではなく、公知の方法を利用することが可能である。また、可動部１０３の形状は、特に限定されるものではなく、複数の非線形光学結晶１０１を設置することが可能な形状であれば、多角形状であってもよいし、略円形状であってもよい。
【００４６】
以下では、便宜的に、可動部１０３が図２Ａ及び図２Ｂに示したような直方体形状を有しているものとして、説明を行う。また、説明の都合上、レーザ光の進行方向と平行な方向をａ軸とし、複数の非線形光学結晶１０１の配設方向（換言すれば、可動部１０３の長手方向）をｂ軸とし、可動部１０３の高さ方向をｃ軸とする。
【００４７】
図２Ａ及び図２Ｂに示した例では、可動部１０３の可動軸は、ｂ軸方向と平行となるように設定され、ｂ軸方向に沿って複数の非線形光学結晶１０１が配設されている。従って、可動部１０３が可動軸であるｂ軸に沿ってスライドすることで、複数の非線形光学結晶１０１のうちの１つが選択され、レーザ光が入射することとなる。
【００４８】
本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、複数の非線形光学結晶１０１のそれぞれは、非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面とし、かかる基準面が可動軸に対して位置決めされている。図２Ａ及び図２Ｂに示した非線形光学結晶ユニット１１の場合、ｂ軸及びｃ軸で規定されるｂｃ平面と、ａ軸及びｃ軸で規定されるａｃ平面に平行な平面と、を２つの基準面としている。その上で、複数の非線形光学結晶１０１におけるこれらの基準面が、可動軸であるｂ軸に対して位置決めされている。
【００４９】
かかる非線形光学結晶１０１にポンプ光を透過させることで、ポンプ光とは波長の異なる出力光を得ることができる。なお、一般に、非線形光学結晶１０１により生成される出力光の波長は、非線形光学結晶の設置角度又は温度を制御することで切り替えることが可能である。本実施形態に係る非線形光学結晶１０１においては、非線形光学結晶に関する角度を制御することで、入射するポンプ光から、ポンプ光とは波長の異なる出力光を発生させる。以下、図３〜図７を参照しながら、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１における波長変換機構について、具体的に説明する。
【００５０】
非線形光学結晶１０１は、複屈折性を有している結晶であり、かかる屈折率の異方性を示すために、図３に示したような屈折率楕円体（ｉｎｄｅｘ  ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ）を考えることができる。ここで、図３において、ｋは、波数ベクトルであり、Ｄは、電束密度を表わすベクトルであり、Ｅは、電場を表わすベクトルであり、Ｓは、エネルギーの進行方向を表わすポインティングベクトルである。
【００５１】
本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、非線形光学結晶の結晶方位の切り出し方向を複数の非線形光学結晶１０１のうち少なくとも２つの間で互いに相違させることで、非線形光学結晶１０１の結晶方位とポンプ光との相対的な角度関係を、複数の非線形光学結晶１０１のうち少なくとも２つの間で互いに変化させる。これにより、図２Ａ、図２Ｂ及び図４に模式的に示したように、可動部１０３への設置角度が同じであっても、非線形光学結晶１０１のうち少なくとも２つの間で、屈折率楕円体の傾き度合いが互いに相違することとなる。その結果、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、非線形光学結晶１０１の基準面（図２Ａにおけるｂｃ平面）から測った位相整合角が、複数の非線形光学結晶１０１のうち少なくとも２つの間で互いに相違する。これにより、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、位相整合条件に基づいて、得られる出力光の波長を、複数の非線形光学結晶１０１のうち少なくとも２つの間で互いに相違させることができる。なお、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、非線形光学結晶１０１の基準面から測った位相整合角が、複数の非線形光学結晶１０１の全ての間で互いに相違することがより好ましい。これにより、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、位相整合条件に基づいて、得られる出力光の波長を、複数の非線形光学結晶１０１の全ての間で互いに相違させることができる。
【００５２】
また、図２Ａ及び図２Ｂに模式的に示したように、それぞれの非線形光学結晶１０１の結晶長（ａ軸方向の長さ）は、非線形光学結晶１０１間で互いに等しくなるようにする。これにより、共振器のキャビティ長をある一定の長さに維持することができる。
【００５３】
ここで、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、図５に模式的に示したように、それぞれの非線形光学結晶１０１に集光されるポンプ光の集光角が、非線形光学結晶１０１の位相整合の許容角よりも大きくなるように、共振光学系が調整される。
【００５４】
従来の光パラメトリック発振器では、位相整合の許容角（角度許容幅）との兼ね合いから、強度の大きなポンプ光を用い、かつ、ポンプ光の集光角を許容角よりも狭くして、浅く集光することが行われてきた。かかる場合、集光角の狭さを補うために、非線形光学結晶の長さ（ポンプ光の光軸に沿った長さ）を長くすることで、変換効率を維持していた。しかしながら、非線形光学結晶の長さが長くなると、わずかな構造精度の誤差や、複数個の非線形光学結晶間のウォークオフの変化に起因する位置ズレで、ビームポインティングが変化してしまい、シグナル光の発振状態を再現させるのが困難になってしまう。
【００５５】
一方、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、従来とは逆に、ポンプ光の集光角を許容角よりも大きくなるようにする。これにより、非線形光学結晶１０１の結晶長を従来よりも短くすることが可能となり、より安定かつ効率的に、光パラメトリック発振を実現することが可能となる。
【００５６】
以下、図６及び図７を参照しながら、ポンプ光の集光角を許容角よりも大きくすることにより得ることができる利点について、詳細に説明する。
【００５７】
先述のように、ポンプ光の波長を変換するために非線形光学結晶１０１の結晶方位の切り出し角度を変えると、結晶内部では、屈折率楕円体の向きが変化する。一方、非線形光学結晶１０１に入射するポンプ光の波数ベクトルｋは、常に同じ方向に向いているとすると、波数ベクトルｋに対する屈折率楕円体の向きの変化によって、切り出し角度が互いに異なる非線形光学結晶１０１において、ポインティングベクトルＳの向きが変化する。従って、波数ベクトルｋとポインティングベクトルＳとのなす角として定義されるウォークオフ角φ（図３を参照。）の大きさは、非線形光学結晶１０１間で互いに相違するようになる。非線形光学結晶１０１の結晶長をＬとし、ウォークオフ角をφ［ｒａｄ］とすると、非線形光学結晶の末端でのウォークオフ量ｄは、ｄ＝Ｌ・φで表わされる。従って、非線形光学結晶１０１間でウォークオフ角φが異なると、結晶間で、ウォークオフ量ｄに相当するビームの位置ずれが生じることとなる。
【００５８】
いま、図６に模式的に示したように、結晶方向の切り出し角度の異なる２つの非線形光学結晶１０１があるとする。ウォークオフ角がφである非線形光学結晶Ａにおいて、結晶長がＬ２であったとすると、ａ＝Ｌ２におけるウォークオフ量ｄ２＝Ｌ２・φとなる。一方、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１のように、ポンプ光の集光角を許容角よりも大きくすると、非線形光学結晶１０１における光密度が増加し、結晶長を短くしても、安定した波長変換が実現できる。いま、非線形光学結晶Ａの結晶長がＬ１（＜Ｌ２）になったとすると、ａ＝Ｌ１におけるウォークオフ量ｄ１＝Ｌ１・φとなり、従来の非線形光学結晶よりもウォークオフ量ｄを小さな値に抑制することができる。
【００５９】
一方、ウォークオフ角がφ’（＞φ）である非線形光学結晶Ｂにおいて、結晶長がＬ２であったとすると、ａ＝Ｌ２におけるウォークオフ量ｄ２＝Ｌ２・φ’となり、ａ＝Ｌ１におけるウォークオフ量ｄ１＝Ｌ１・φ’となる。
【００６０】
従来のように、非線形光学結晶の結晶長がＬ２である場合、ａ＝Ｌ２における非線形光学結晶Ａと非線形光学結晶Ｂとのビーム位置のズレ量は、ウォークオフ量ｄの変化分として表わすことができ、ビーム位置のズレ量Δｄ＝｜ｄ２（Ａ）−ｄ２（Ｂ）｜となる。一方、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、結晶長を短くすることが可能となるため、例えば図６に示したように結晶長をＬ１まで小さくできた場合、ビーム位置のズレ量Δｄ＝｜ｄ１（Ａ）−ｄ１（Ｂ）｜となる。その結果、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、非線形光学結晶１０１間でのビーム位置のズレ量Δｄを、極めて小さな値まで抑制できる。これにより、たとえ位相整合の許容角やポンプ光のビーム半径が小さくなったとしても、各非線形光学結晶１０１間で、ビーム位置のズレ量Δｄを抑制することが可能となる。
【００６１】
ここで、共振器中でガウスビームが形成されている際に、上記のようなウォークオフに伴うビーム位置のズレが生じた場合を想定し、ズレ量がΔｓである場合の２つのガウスビームの重なり積分の大きさを計算した。得られた結果を、図７に示した。
【００６２】
図７左側に示したように、ガウスビームのビーム半径ｒは、ビーム強度が、中心０におけるビーム強度の１／ｅ２（約１３．５％）となる位置として規定される。いま、図７右側上段に示したように、Δｓ＝ｒ／２である場合には、重なり積分の大きさは約８０％以上となり、シフト後のガウスビームは、シフト前のビーム位置とほぼ重なることがわかった。この結果は、Δｓ＝ｒ／２以下である場合には、波長変換が効率良く実現されることを意味している。
【００６３】
一方、図７右側下段に示したように、Δｓ＝ｒである場合には、重なり積分の大きさは３６％程度となり、ビームのモードが不安定となってしまうことがわかった。この結果は、Δｓ＝ｒ以上である場合には、波長変換の効率が低下することを意味している。
【００６４】
図７に示した結果から、非線形光学結晶間でのビーム位置のズレ量Δｄをウェスト部のビーム半径ｒの半値よりも小さくすることで、ビームシフトはビーム直径の１／４まで抑制され、かつ、強度比で半分以上の光量がシフト前のビームパスに重なり合うことがわかる。従って、それぞれの非線形光学結晶１０１間において、Δｄ≦ｒ／２とすることで、安定な共振状態が保持され、波長変換が可能となる。
【００６５】
なお、実際には、ビームウェストが非線形光学結晶の結晶中心に位置した場合、結晶端面ではｄｅｆｏｃｕｓによりビーム半径は拡がることとなる。しかしながら、上記条件（Δｄ≦ｒ／２）であれば、非線形光学結晶１０１の端面にビームウェストを位置させた場合であっても、シフト後のビームのパスはシフト前のパスに重なり合う。そのため、安定な共振状態を維持しつつ波長変換を実施することが可能となる。
【００６６】
ここで、非線形光学結晶間でのビーム位置のズレ量Δｄをポンプ光のビーム半径ｒの半値の１０％以下とすることが、更に好ましい。ズレ量Δｄをポンプ光のビーム半径ｒの半値の１０％以下とすることで、更に波長変換効率を向上させることが可能となる。なお、ビーム位置のズレ量Δｄの下限値は特に規定するものではなく、小さければ小さいほど良いことは言うまでもない。
【００６７】
本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１では、複数存在する非線形光学結晶１０１のうち、シグナル光が発振しにくい波長に対応する非線形光学結晶１０１について、まず、共振器光学系の調整を行って、安定的な光学系の条件を選択する。この際、それぞれの非線形光学結晶１０１がビームの集光位置に配設されるように、可動部１０３の可動条件を調整しておく。その上で、対極的な波長に対応する非線形光学結晶１０１において波長変換が実現するか否かを比較しつつ、共振器光学系の更なる調整を行っていく。具体的には、用いる非線形光学結晶１０１の種類や結晶長を決定した後に、発振しにくい波長について、まず、共振器光学系の調整を行う。その後、対極的な波長に対応する非線形光学結晶１０１において波長変換が実現されるように、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂの鏡面の曲率を調整したり、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂ間の距離を調整したりして、全ての非線形光学結晶１０１間において、Δｄ≦ｒ／２となるように、共振器光学系の調整を行う。
【００６８】
以上のような光学系の調整を行うことで、それぞれの非線形光学結晶１０１は、ビームの集光位置に配設されるようになり、共振器の条件を安定に維持することが可能となる。また、非線形光学結晶１０１の許容角よりもポンプ光の集光角を大きくすることで、短い結晶長でビームの位置シフト量の変換分であるΔｄを小さくし、各非線形光学結晶１０１が安定にシグナル光を発振可能な条件を実現することができる。更に、Δｄ≦ｒ／２という条件を満足することで、可動部１０３を稼働させて非線形光学結晶１０１を交換した場合であっても、安定に発振状態を維持することができる。
【００６９】
なお、より安定した波長変換を実現するため、各非線形光学結晶１０１では、位置決めにおける可動部１０３への配設誤差に伴うビームの位置シフト量が、上記のようなウォークオフに伴うビームの位置シフト量の変化分Δｄよりも小さくなることが好ましい。
【００７０】
以上、図３〜図７を参照しながら、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット１１における波長変換機構について、具体的に説明した。
【００７１】
ここで、本実施形態に係る非線形光学結晶１０１では、効率のロスを最小限にとどめて発振閾値をより低下させるために、図８Ａに模式的に示したように、反射防止膜として機能する光学薄膜１１１を形成することが好ましい。ここで、光学薄膜１１１の屈折率ｎや膜厚ｄＬについては、各非線形光学結晶１０１に対応したシグナル光の波長に応じて、最適な条件を個別に設定する。
【００７２】
また、かかる光学薄膜１１１は、図８Ｂに模式的に示したように、２つの薄膜１１１ａ，１１１ｂから構成されていてもよいし、３つ以上の薄膜から構成されていてもよい。
【００７３】
○可動部１０３の変形例
次に、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら、本実施形態に係る可動部１０３の変形例について、簡単に説明する。
上記の説明では、矩形状の可動部１０３が可動軸に沿って平行移動することで、複数の非線形光学結晶１０１の入れ替えを実現する場合を例に挙げた。ここで、図２Ａ及び図２Ｂに示した非線形光学結晶ユニット１１において、ｃ軸方向に沿って複数の非線形光学結晶１１を配設し、可動軸をｃ軸方向と平行となるように設定してもよいことは、言うまでもない。また、可動部１０３の形状については、図２Ａ及び図２Ｂに示したものに限定されるものではなく、図９Ａに示したような円盤形状であってもよい。
【００７４】
可動部１０３の形状が図９Ａに示したような円盤形状である場合、可動部１０３の可動軸は、円盤の中心軸と同軸となるように設定される。この場合、可動部１０３が可動軸を中心に回転することにより、円盤の表面上に配設された複数の非線形光学結晶１０１の中の１つが、レーザ光の集光位置へと配設されることとなる。
【００７５】
円盤表面上への非線形光学結晶１０１の固定方法については、特に限定されるものではない。しかしながら、より安定的に非線形光学結晶１０１を固定するために、図９Ｂに示したように可動部１０３に対して凹部１０５を設け、かかる凹部１０５に非線形光学結晶１０１をはめ込むことで非線形光学結晶１０１を固定することが好ましい。
【００７６】
以上、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら、本実施形態に係る可動部１０３の変形例について、簡単に説明した。
【００７７】
＜光源ユニットの構成について＞
続いて、図１０〜図１１Ｃを参照しながら、以上説明したような光パラメトリック発振器１０を有する光源ユニットの構成について、簡単に説明する。
図１０は、本実施形態に係る光パラメトリック発振器を有する光源ユニットの構成を模式的に示したブロック図である。図１１Ａ〜図１１Ｃは、本実施形態に係る光源ユニットで用いられるレーザ光源の一例を模式的に示したブロック図である。
【００７８】
以上説明したような光パラメトリック発振器１０を利用して、光源ユニットを実現することが可能である。かかる光源ユニットは、図１０に模式的に示したように、上記の光パラメトリック発振器１０と、かかる光パラメトリック発振器１０の前段に設けられたレーザ光源２０と、を備える。かかる光源ユニット３０では、レーザ光源２０から射出された所定波長のポンプ光が、各種のレンズ、ミラー、フィルタ等といった光学素子（図示せず。）により光パラメトリック発振器１０へと導光される。その後、光パラメトリック発振器１０によって、ポンプ光とは異なる波長のシグナル光へと変換され、かかるシグナル光が光源ユニット３０の外部へと取り出される。
【００７９】
ここで、レーザ光源２０については、特に限定されるものではなく、光パラメトリック発振を実現可能なレーザパワーを有するものであれば、パルスレーザであっても、ＣＷレーザであってもよい。また、レーザ光源２０の種類についても特に限定されるものではなく、各種の固体レーザやガスレーザ等であってもよいし、各種の半導体レーザであってもよい。ただ、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、より小さなレーザパワーであっても効率良くかつ安定に波長変換を行うことが可能であるため、レーザ光源２０として半導体レーザを用いることで、光源ユニット３０の小型化を実現可能である。
【００８０】
また、かかるレーザ光源２０には、レーザ光源２０からのポンプ光の発振を制御するための制御ドライバ等が更に設けられていても良い。また、光パラメトリック発振器１０の制御部１７が、レーザ光源２０の制御ドライバを兼ねていても良い。
【００８１】
レーザ光源２０として利用可能な半導体レーザの一例として、例えば図１１Ａ〜図１１Ｃに示したような半導体レーザを用いることが可能である。
【００８２】
図１１Ａは、レーザ光源部に適用可能な半導体レーザの一例である、半導体レーザと共振器とから構成される主発振器２０１を模式的に示したものである。レーザ光源２０として用いられる主発振器２０１は、所定波長（例えば、波長４０５ｎｍ）のレーザ光を射出可能な半導体レーザユニット２０３と、半導体レーザユニット２０３から射出されたレーザ光を増幅させるための共振器部２０５と、から構成されている。
【００８３】
図１１Ｂは、レーザ光源部に適用可能な半導体レーザの一例である、半導体レーザ及び共振器から構成される主発振器と、かかる主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、から構成される主発振器出力増幅器（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＭＯＰＡ）を有する光源を、模式的に示したものである。かかる光源では、図１１Ａに示した主発振器２０１の後段に、射出されたレーザ光を更に増幅させるための光増幅器２１１が設けられている。光増幅器２１１としては、例えば、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）等を好適に用いることができる。
【００８４】
図１１Ｃは、レーザ光源部に適用可能な半導体レーザの一例である、主発振器２０１と光増幅器２１１とビーム形状補正部２１３とを有する光源を、模式的に示したものである。かかる光源では、図１１Ｂに示した光増幅器２１１の後段に、レーザ光のビーム形状を補正するためのビーム形状補正部２１３が設けられている。ビーム形状補正部２１３によりレーザ光のビーム形状を補正することにより、光パラメトリック発振器１０における波長変換効率を更に向上させることが可能となる。
【００８５】
以上、図１０〜図１１Ｃを参照しながら、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０を有する光源ユニット３０の構成について、簡単に説明した。
【００８６】
＜顕微鏡の構成について＞
続いて、図１２を参照しながら、以上説明したような光パラメトリック発振器１０を有する光源ユニット３０を用いた顕微鏡の構成について、簡単に説明する。
図１２は、本実施形態に係る光源ユニットを有する顕微鏡の一例を模式的に示したブロック図である。
【００８７】
以上説明したような光パラメトリック発振器１０を有する光源ユニット３０を用いて、顕微鏡を実現することが可能である。かかる顕微鏡は、図１２に模式的に示したように、光パラメトリック発振器１０及びレーザ光源２０を有する光源ユニット３０と、光源ユニット３０から射出された照明光を観察対象物へと導光するとともに、観察対象物からの光を光検出部へと導光する顕微鏡光学系４０と、を備える。
【００８８】
光源ユニット３０から射出されたシグナル光は、顕微鏡光学系４０へと導光される。顕微鏡光学系４０内では、レンズＬやミラーＭを介して、シグナル光がＸＹ−ガルバノミラーＸＹ−ｇａｌまで導光され、かかるガルバノミラーにより、ステージ上に載置されたサンプル（観察対象物）への結像位置が制御される。
【００８９】
ガルバノミラーを経たシグナル光は、リレーレンズＲＬ、ミラーＭ、ダイクロイックミラーＤＭを経て、対物レンズＯｂｊへと導光され、対物レンズＯｂｊを透過したシグナル光がステージ上に載置されたサンプルへと照射される。
【００９０】
サンプルから出た光（例えば、サンプルとシグナル光とが相互作用することで発生する蛍光等）は、対物レンズＯｂｊ、ダイクロイックミラーＤＭ、レンズＬ、ノッチフィルタＦ等を経て、光検出器へと導光される。
【００９１】
ここで、顕微鏡光学系４０に設けられる光検出器は、特に限定されるものではなく、観察対象とする光の種別に応じて、公知の光検出器の中から適宜選択すればよい。例えば、観察対象物から発生した蛍光を観察対象とする場合、かかる光検出器として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）や、光電子増倍管（ＰｈｏｔｏＭｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  Ｔｕｂｅ：ＰＭＴ）等といった各種の検出器を用いればよい。
【００９２】
このような構成の顕微鏡光学系４０を光源ユニット３０と組み合わせて用いることで、例えば多光子励起蛍光顕微鏡等といった各種の顕微鏡５０を実現することが可能となる。
【００９３】
＜ハードウェア構成について＞
次に、図１３を参照しながら、本開示の実施形態に係る制御部１７のハードウェア構成について、詳細に説明する。以下では、本開示の実施形態に係る制御部１７が、パーソナルコンピュータや各種サーバ等といった情報処理装置で実現される場合を例に挙げて、そのハードウェア構成について詳細に説明する。図１３は、本開示の実施形態に係る制御部１７のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【００９４】
制御部１７は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、制御部１７は、更に、ホストバス９０７と、ブリッジ９０９と、外部バス９１１と、インターフェース９１３と、入力装置９１５と、出力装置９１７と、ストレージ装置９１９と、ドライブ９２１と、接続ポート９２３と、通信装置９２５とを備える。
【００９５】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、またはリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、制御部１７内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
【００９６】
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
【００９７】
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、制御部１７の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。制御部１７のユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、制御部１７に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【００９８】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、制御部１７が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、制御部１７が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【００９９】
ストレージ装置９１９は、制御部１７の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１００】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、制御部１７に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１０１】
接続ポート９２３は、機器を制御部１７に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、制御部１７は、外部接続機器９２９から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２９に各種のデータを提供したりする。
【０１０２】
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０１０３】
以上、本開示の実施形態に係る制御部１７の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【実施例】
【０１０４】
次に、実施例を示しながら、本開示の実施形態に係る光パラメトリック発振器について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本開示の実施形態に係る光パラメトリック発振器のあくまでも一例にすぎず、本開示の実施形態に係る光パラメトリック発振器が以下の実施例に限定されるものではない。
【０１０５】
＜実施例１＞
共振器光学系として、図１４に示したＺ型の配置を採用し、非線形光学結晶１０１としては、結晶長８ｍｍのＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶を用いた。
【０１０６】
また、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂとして使用した凹面鏡は、非線形光学結晶１０１上での集光角が８ｍｒａｄ程度になるように、曲率半径Ｒ＝３０ｍｍとし、キャビティの構成検討を行った。ポンプ光の光源としては、図１１Ａに示した波長４０５ｎｍのモードロック光源を用いた。
【０１０７】
ＬＢＯ結晶の１つを、９００ｎｍと７４０ｎｍの波長の光を発振させる非線形光学結晶１０１Ａとし（整合角３０．４°）、もうひとつのＬＢＯ結晶を、１２００ｎｍと６１０ｎｍの波長の光を発振させる非線形光学結晶１０１とした（整合角２７．０°）。その上で、９００ｎｍ及び１２００ｎｍの波長の光を共振するシグナル光として利用し、７４０ｎｍ及び６１０ｎｍの波長の光をアイドラー光とした。
【０１０８】
上記のような整合角のＬＢＯ結晶の場合、ウォークオフ角は、１６．１ｍｒａｄ及び１５．０ｍｒａｄとなる。従って、ウォークオフによるビーム位置のズレ量Δｄは、結晶長８ｍｍの場合、９μｍとなる。そこで、本実施例では、ウェスト部でのビーム半径の半値が１３μｍとなるように、共振器光学系を構成した。また、かかる共振器光学系において、ポンプ光の位相整合の許容角は、半値全幅で３ｍｒａｄである。
【０１０９】
また、非線形光学結晶１０１Ａと非線形光学結晶１０１Ｂとの入れ替えは、図９Ａに示したような回転機構を利用して行った。
【０１１０】
このとき、２つの非線形光学結晶１０１Ａ，１０１Ｂを回転機構により交換しても、それぞれ、波長９００ｎｍ，１２００ｎｍのシグナル光で、安定な発振が確認された。
【０１１１】
＜実施例２＞
共振器光学系として、図１５に示したＢｏｗ  ｔｉｅ型の配置を採用し、非線形光学結晶１０１としては、結晶長３ｍｍのＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶を用いた。
【０１１２】
また、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂとして使用した凹面鏡は、非線形光学結晶１０１上での集光角が１０ｍｒａｄ程度になるように、曲率半径Ｒ＝２５ｍｍとし、キャビティの構成検討を行った。また、ポンプ光の光源としては、図１１Ａに示した波長４０５ｎｍのモードロック光源を用いた。
【０１１３】
ＬＢＯ結晶の１つを、８２０ｎｍと８００ｎｍの波長の光を発振させる非線形光学結晶１０１Ａとし（整合角３０．４°）、もうひとつのＬＢＯ結晶を、１２００ｎｍと６１０ｎｍの波長の光を発振させる非線形光学結晶１０１とした（整合角２７．０°）。その上で、８２０ｎｍ及び１２００ｎｍの波長の光を共振するシグナル光として利用し、８００ｎｍ及び６１０ｎｍの波長の光をアイドラー光とした。
【０１１４】
上記のような整合角のＬＢＯ結晶の場合、ウォークオフ角は、１６．２ｍｒａｄ及び１５．０ｍｒａｄとなる。従って、ウォークオフによるビーム位置のズレ量Δｄは、結晶長３ｍｍの場合、４μｍとなる。そこで、本実施例では、ウェスト部でのビーム半径の半値が１１μｍとなるように、共振器光学系を構成した。また、かかる共振器光学系において、ポンプ光の位相整合の許容角は、半値全幅で、４ｍｒａｄである。
【０１１５】
また、非線形光学結晶１０１Ａと非線形光学結晶１０１Ｂとの入れ替えは、図２Ａに示したようなスライド機構を利用して行った。
【０１１６】
なお、本実施例では、それぞれの非線形光学結晶１０１Ａ，１０１Ｂに、３層の光学反射防止膜を形成し、その薄膜の屈折率と膜厚との組み合わせが、結晶間において互いに異なるようにした。
【０１１７】
このとき、２つの非線形光学結晶１０１Ａ，１０１Ｂをスライド機構により交換しても、それぞれ、波長８２０ｎｍ，１２００ｎｍのシグナル光で、安定な発振が確認された。
【０１１８】
＜実施例３＞
共振器光学系として、図１４に示したＺ型の配置を採用し、非線形光学結晶１０１としては、結晶長５ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶を用いた。
【０１１９】
また、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂとして使用した凹面鏡は、非線形光学結晶１０１上での集光角が８ｍｒａｄ程度になるように、曲率半径Ｒ＝３０ｍｍとし、キャビティの構成検討を行った。また、ポンプ光の光源としては、図１１Ａに示した波長４０５ｎｍのモードロック光源を用いた。
【０１２０】
ＬＢＯ結晶の１つを、９００ｎｍと７４０ｎｍの波長の光を発振させる非線形光学結晶１０１Ａとし（整合角２８．７°）、もうひとつのＬＢＯ結晶を、１１００ｎｍと６４０ｎｍの波長の光を発振させる非線形光学結晶１０１とした（整合角２７．９°）。その上で、９００ｎｍ及び１２００ｎｍの波長の光を共振するシグナル光として利用し、７４０ｎｍ及び６４０ｎｍの波長の光をアイドラー光とした。
【０１２１】
上記のような整合角のＢＢＯ結晶の場合、ウォークオフ角は６７．３ｍｒａｄ及び６６．２ｍｒａｄとなる。従って、ウォークオフによるビーム位置のズレ量Δｄは、結晶長５ｍｍの場合、６μｍとなる。そこで、本実施例では、ウェスト部でのビーム半径の半値が１３μｍになるように、共振器光学系を構成した。また、かかる共振器光学系において、ポンプ光の位相整合の許容角は、半値全幅で、０．８ｍｒａｄである。
【０１２２】
また、非線形光学結晶１０１Ａと非線形光学結晶１０１Ｂとの入れ替えは、図９Ａに示したような回転機構を利用して行った。
【０１２３】
このとき、２つの非線形光学結晶１０１Ａ，１０１Ｂを回転機構により交換しても、それぞれ、波長９００ｎｍ，１１００ｎｍのシグナル光で、安定な発振が確認された。
【０１２４】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２５】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１２６】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、
光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、
を備え、
前記非線形光学結晶ユニットは、
複数の前記非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、
それぞれの前記非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、前記可動軸に対して位置決めされており、
それぞれの前記非線形光学結晶の前記基準面から測った位相整合角が、前記複数の非線形光学結晶のうち少なくとも２つの間で互いに異なっており、
前記可動部が可動することで、複数の前記非線形光学結晶のうちの１つが前記集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される、光パラメトリック発振器。
（２）
前記それぞれの非線形光学結晶での集光位置における前記ポンプ光のビーム半径の半値が、当該それぞれの非線形光学結晶の間での、結晶全長分で生じるウォークオフに伴うビームの位置シフト量の変化分よりも大きい、（１）に記載の光パラメトリック発振器。
（３）
前記ビームの位置シフト量の変化分は、前記ポンプ光のビーム半径の半値の１０％以下である、（２）に記載の光パラメトリック発振器。
（４）
前記非線形光学結晶に集光される前記ポンプ光の集光角が、当該非線形光学結晶の位相整合の角度許容半値幅よりも大きい、（１）〜（３）の何れか１つに記載の光パラメトリック発振器。
（５）
前記それぞれの非線形光学結晶の端面には、少なくとも１層の光学薄膜が形成されており、
当該光学薄膜の屈折率及び膜厚の組み合わせが、前記それぞれの非線形光学結晶の間で互いに異なる、（１）〜（４）の何れか１つに記載の光パラメトリック発振器。
（６）
前記それぞれの非線形光学結晶について、前記位置決めにおける前記可動部への配設誤差に伴うビームの位置シフト量は、前記ビームの位置シフト量の変化分よりも小さい、（２）〜（５）の何れか１つに記載の光パラメトリック発振器。
（７）
前記可動部は、前記可動軸に沿った平行移動を実現するスライド機構、又は、前記可動軸を中心とする回転を実現する回転機構を備える、（１）〜（６）の何れか１つに記載の光パラメトリック発振器。
（８）
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、
光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、
を有し、
前記非線形光学結晶ユニットは、
複数の前記非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、
それぞれの前記非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、前記可動軸に対して位置決めされており、
それぞれの前記非線形光学結晶の前記基準面から測った位相整合角が、前記複数の非線形光学結晶のうち少なくとも２つの間で互いに異なっており、
前記可動部が可動することで、複数の前記非線形光学結晶のうちの１つが前記集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される、光パラメトリック発振器と、
前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、
を備える、光源ユニット。
（９）
前記レーザ光源は、半導体レーザ及び共振器から構成される主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、から構成される主発振器出力増幅器（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＭＯＰＡ）を有する光源である、（８）に記載の光源ユニット。
（１０）
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶が複数配設された非線形光学結晶ユニットと、
光の集光状態を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、
を有し、
前記非線形光学結晶ユニットは、
複数の前記非線形光学結晶のそれぞれが、所定の可動軸に基づいて稼働する可動部に対して配設され、
それぞれの前記非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面として、当該基準面が、前記可動軸に対して位置決めされており、
それぞれの前記非線形光学結晶の前記基準面から測った位相整合角が、前記複数の非線形光学結晶のうち少なくとも２つの間で互いに異なっており、
前記可動部が可動することで、複数の前記非線形光学結晶のうちの１つが前記集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される、光パラメトリック発振器と、
前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、
を有する光源ユニットと、
前記光源ユニットから射出された照明光を観察対象物へと導光するとともに、当該観察対象物からの光を光検出部へと導光する顕微鏡光学系と、
を備える、顕微鏡。
【符号の説明】
【０１２７】
１０    光パラメトリック発振器
１１    非線形光学結晶ユニット
１３    共振器ミラー
１５    駆動部
１７    制御部
２０    レーザ光源
３０    光源ユニット
４０    顕微鏡光学系
５０    顕微鏡
１０１    非線形光学結晶
１０３    可動部
１０５    凹部
１１１    光学薄膜
【図１】
2016053616.tif 000003
【図２Ａ】
2016053616.tif 000004
【図２Ｂ】
2016053616.tif 000005
【図３】
2016053616.tif 000006
【図４】
2016053616.tif 000007
【図５】
2016053616.tif 000008
【図６】
2016053616.tif 000009
【図７】
2016053616.tif 000010
【図８Ａ】
2016053616.tif 000011
【図８Ｂ】
2016053616.tif 000012
【図９Ａ】
2016053616.tif 000013
【図９Ｂ】
2016053616.tif 000014
【図１０】
2016053616.tif 000015
【図１１Ａ】
2016053616.tif 000016
【図１１Ｂ】
2016053616.tif 000017
【図１１Ｃ】
2016053616.tif 000018
【図１２】
2016053616.tif 000019
【図１３】
2016053616.tif 000020
【図１４】
2016053616.tif 000021
【図１５】
2016053616.tif 000022