(57)【要約】  顕微システムは、中心波長を有するパルスを出力するように構成されたモード同期型ファイバ・レーザ（１１０）と、モード同期型ファイバ・レーザからのパルスの波長をシフトさせるように構成された非線形導波路（１２０）と、第１の非線形導波路からの出力を増幅するように構成されたファイバ増幅器（１３０）と、ファイバ増幅器の出力から光周波数の２倍でフェムト秒パルスを発生するように構成された第二高調波発生装置（１４０）と、イメージング・システム（１５０）とを含む。
2017505456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心波長を有するパルスを出力するように構成されたモード同期型ファイバ・レーザ（１１０）と、
前記モード同期型ファイバ・レーザからの前記パルスの前記波長をシフトさせるように構成された非線形導波路（１２０）と、
前記第１の非線形導波路からの出力を増幅するように構成されたファイバ増幅器（１３０）と、
前記ファイバ増幅器の出力からの光周波数の２倍でフェムト秒パルスを発生するように構成された第二高調波発生装置（１４０）と、
顕微イメージング・システム（１５０）と
を備える、２フォトン顕微システム。
【請求項２】
前記モード同期型ファイバ・レーザが、１ｐｓよりも短い変換限界のパルス幅をサポートしかつ１５００ｎｍと１６５０ｎｍとの間の中心波長を有するパルスを出力する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の非線形導波路が、前記モード同期型ファイバ・レーザからの前記出力波長を１７００ｎｍよりも長くかつ２８００ｎｍよりも短い波長へとシフトさせる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のファイバ増幅器が、１７００ｎｍと２８００ｎｍとの間の前記波長領域で動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記モード同期型ファイバ・レーザからの前記パワーをブーストし、かつ波長シフトの大きさを制御するように構成された第２のファイバ増幅器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
ラマン・ソリトン自己周波数シフト・プロセスを介して波長シフトの大きさを制御するための第１の偏波コントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のファイバ増幅器に入る前記パルスのチャープの所望の大きさを作り出すように構成された第１の分散素子をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１のファイバ増幅器に入る前記パルスの偏波状態を調節するように構成された第２の偏波コントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第二高調波発生装置に入る前記パルスのチャープの大きさを調節するように構成された第２の分散素子をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第二高調波発生装置に入る前記パルスの偏波状態を調節するように構成された第３の偏波コントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
モード同期型ファイバ・レーザ（４１０）と、第１の経路および第２の経路へと前記ファイバ・レーザの出力を分割するための、前記モード同期型ファイバ・レーザ（４１０）の後のスプリッタ（４４０）とを備える顕微システムであって、前記第１の経路が、
第１の非線形導波路（４２０）と、
第１のファイバ増幅器（４３０）と、
第１の第二高調波発生装置非線形媒体（４５０）と
を備え、前記第２の経路が、
第２の第二高調波発生装置非線形媒体（４９０）
を備え、前記システムが、前記第１の経路または前記第２の経路から１つまたは２つの出力を受信する顕微鏡（４９１）をさらに備える、
顕微システム。
【請求項１２】
前記第１の非線形導波路の前に第２のファイバ増幅器を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記スプリッタが、前記第２のファイバ増幅器の後でかつ前記第１の非線形導波路の前に設置される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の経路上または前記第２の経路上に可変遅延回線をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２の経路上に第３のファイバ増幅器をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
中心波長を有するパルスを出力するように構成されたファイバ・レーザと、前記ファイバ・レーザからの前記パルスの前記波長をシフトさせるように構成された第１の非線形導波路と、前記第１の非線形導波路からの出力を増幅するように構成された少なくとも一段を有するファイバ増幅器と、前記ファイバ増幅器からの出力を周波数２倍化するように構成された非線形媒体とを備えるマルチ・フォトン顕微システムを動作させるための方法であって、
前記第１の非線形導波路の前記出力、前記第１のファイバ増幅器の前記出力、または顕微鏡によって生成された画像からのフィードバックを受信するステップと、
前記非線形媒体に入るパルスのピーク・パワー、エネルギー、波長または偏波を調節するステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
中心波長を有するパルスを出力するように構成されたモード同期型ファイバ・レーザ（５１０）と、
前記モード同期型ファイバ・レーザからの前記パルスの前記波長をシフトさせるように構成された非線形導波路（５２０）と、
前記第１の非線形導波路からの出力を増幅するように構成されたファイバ増幅器（５３０）と、
顕微イメージング・システム（５５０）と
を備える、３フォトン顕微システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本発明は、２０１４年１月７日出願の、米国特許仮出願番号第６１／９２４，６２９号の利益を主張し、その内容は、引用により本明細書中に取り込まれている。
【０００２】
本発明は、非線形イメージング、特に顕微法応用の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
非線形イメージング・システム、特に２フォトン・イメージング・システムは、今日の医学研究所および生命科学研究所において基盤となっている。
【０００４】
非線形イメージング・システムは、１つまたは多数の励起ビーム経路および検出ビーム経路ならびに処理ユニットから構成される。励起ビーム経路は、レーザ、ビーム形成光学系、すなわちビーム・エクスバンダ、二次元スキャン・ユニット、対物レンズの背面アパーチャ上へとビームを中継する光学系のセットから構成される。顕微鏡対物レンズは、サンプル上にビームの焦点を合わせる。スキャン・ユニットを、サンプル上に２Ｄスキャン・パターンを作り出すために使用し、焦点体積により関心のある領域を照明する。サンプルから後方にまたは前方に散乱される光を、高ＮＡ対物レンズによって集光し、波長選択ビーム・スプリッタまたはフィルタによって励起光から分離する。光を、次いで１つまたは多数の光検出器により検出する。処理ユニットは、個々に記録されたピクセルから画像を再構成する。
【０００５】
非線形励起は、顕微鏡対物レンズの焦点に励起体積を制限する高いピーク強度を生じさせる。これが、深さ分解測定を可能にする。標準的な蛍光顕微法または共焦点顕微法に対する２ｐ顕微法のもう１つの長所は、励起波長が約２倍長いことである。長波長励起は、２つの利点を有する。１．波長が長いほど人体組織のような密な媒体中の散乱が少ないので、サンプル中のより深部を撮像することを可能にする。２．ＮＩＲ光を用いた励起は、試料の光毒性および光褪色を減少させる。
【０００６】
関心のある大きな領域は、緑色または黄色蛍光タンパク質（それぞれ、ＧＦＰおよびＹＦＰ）のような蛍光タンパク質またはｍチェリーでタグを付けたサンプルを撮像することである。多くの場合、タンパク質は、サンプル中に遺伝的にエンコードされる。これらの蛍光体は、９５０ｎｍよりも長い波長領域において強い励起断面積を示す。
【０００７】
１０５０ｎｍに至るまでの波長を、モード同期型チタン・サファイア・レーザを使用して生成することができる。これらのレーザは、しかしながら、複雑かつ高価であり、多くの場合に現場への参入に高い障壁が存在する。加えて、ＴｉＳａの利得最大値は、８００ｎｍのところにあり、利得曲線は、９５０ｎｍに近づくと急激に低下し、９５０ｎｍ以上において利用可能なパワーが限定される。
【０００８】
したがって、９５０ｎｍを超える波長において短パルスで高い出力パワーを生成できるコスト効率の良いレーザ・システムに対する必要性がある。
【０００９】
最近現れているイメージング技術は、３フォトン励起を効果的に使っている。上に述べた長波長および非線形励起の利点のすべては、３フォトン・イメージングにもやはり当てはまる。１５００ｎｍと２０００ｎｍとの間の励起波長を使用する。利点は、２フォトン励起のケースにおけるよりも励起光の散乱がさらに少ないことである。散乱の減少は、散乱の大きい組織おいてさらに深いイメージングを可能にする。ますます高次の非線形励起に進むことの欠点は、急激に減少する励起断面積である。これゆえ、どの技術を効果的に使うかを、実験の目的に応じて注意深く決定することが必要である。
【００１０】
生細胞研究において使用されるもう１つの重要な技術は、光活性化である。光活性化の一例は、細胞または細胞の一部を強い光に曝すと細胞中へとある種の物質を放出することである。この用途のために使用されるもう１つの用語は、おそらくアンケージングである。光活性化の第２の例は、光ゲート型のイオン・チャネルである。光が電気的可励起性、細胞内酸性度、カルシウム流、および他の細胞プロセスを制御することを可能にするために、チャネルロドプシンを多くの場合に使用する。単一フォトン・ステップで緑色光（５４０ｎｍ）を用いて、または組織内の深部を活性化することを望むケースでは２フォトン・ステップで１ｕｍよりも長い光を用いて、チャネルロドプシンを活性化させることができる。
【００１１】
２ｐ顕微鏡を介してサンプルを観察し、光活性化が行われた後で時間分解してある種の細胞機能を記録することが、多くの場合に望ましい。光活性化とその後に撮影される画像との間の精密な同期（＜１００ｐｓ）は、非常に重要なものである。その他に、例えば、レーザ発生源の調整によって生じる何らかの中断時間なしに光活性化の直後に活性化波長とは異なる波長で画像を撮影できることは、重要である。
【００１２】
２つの波長を同時に放出するレーザ発生源があることは、したがって有利な場合がある。
【００１３】
同期型２波長出力を有する説明したレーザ・システムのさらにもう１つの使用は、誘導コヒーレント・ラマン・イメージングまたはコヒーレント・アンチストークス・ラマン・イメージングに対してであろう。ラマン・イメージングは、蛍光体または染料を用いて試料にラベルを付けることを必要とせずに特定性を与える。ラマン・イメージングは、一般に、サンプルを分析する際に特定性を与えるために分子の固有回転および固有振動レベルの構造を使用させる。自発ラマン散乱は、しかしながら、低確率の事象であり、これゆえ信号強度が典型的には小さい。しかしながら、２つのモード同期型レーザによって典型的に生成される２つの強い駆動光場の存在で、ラマン信号を数桁の大きさ強めることができる。信号強調を得るために、２つの光場間の波長差を、内部の分子レベル構造の遷移周波数に調整する必要がある。加えて、２つのレーザ・パルスがサンプル上で空間的および時間的に重なることが必須である。したがって、２つのしっかりと同期した出力を有し、２つの出力間の可変波長差を可能にするレーザ発生源を有することが有利である。
【発明の概要】
【００１４】
発明の実施形態は、１５５０ｎｍ付近の電気通信帯域におけるフェムト秒ファイバ・レーザ、およびパルス波長をツリウムまたはホルミウム・ドープ型の光ファイバの増幅帯域（２０００ｎｍ付近）へと変換する可変波長シフト法を提供する。この手法は、２つの利点を提供する。すなわち、（ａ）１５５０ｎｍにおけるフェムト秒ファイバ・レーザが、近年信頼性があり安定なシステムへと開発されており、いくつかの会社から市販されており、（ｂ）システム内での波長シフトの大きさを、調整することができ、発生源の最終的な出力波長を調節する能力を提供する。出力平均パワーを、１８００ｎｍから２１００ｎｍの波長範囲のファイバ増幅器を使用して増大させることができる。前記増幅器からの出力を、次いで、９５０ｎｍから１０５０ｎｍまでの生物学的に関心のある波長範囲をカバーするように、非線形媒体において周波数２倍化する。
【００１５】
本発明の別の一実施形態は、イメージング・システムを動作させるための方法を提供し、イメージング・システムは、中心波長を有するパルスを出力するように構成されたモード同期型ファイバ・レーザと、モード同期型ファイバ・レーザからのパルスの波長をシフトさせるように構成された第１の非線形導波路と、第１のモード同期型ファイバ・レーザからの出力を増幅するように構成された第１のファイバ増幅器と、第１の非線形導波路からの出力を増幅するように構成された第１のファイバ増幅器と、第１のファイバ増幅器からの出力を周波数２倍化するように構成された非線形媒体とを含み、本方法は、第１の非線形導波路の出力、第１のファイバ増幅器の出力、または非線形媒体の出力からのフィードバックを受信するステップと、第１のファイバ増幅器の利得、光偏波、または画像の明るさおよび品質を最適化するために第１の非線形導波路における波長シフトの大きさを調節するステップとを含む。
【００１６】
別の一実施形態では、１５５０モード同期型レーザからの光は、２つのアームへと分割される。一方のアームでは、光は、ツリウムまたはホルミウム・ドープ型の光ファイバの増幅帯域（２０００ｎｍ付近）へとシフトされ、次いで、周波数２倍化される。他方のアームは、周波数２倍化の前にエルビウム・ドープ型のファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）において増幅される。この実施形態は、７６０ｎｍから１０５０ｎｍまでの２つのフォトン励起ウィンドウにおいて２つの異なる波長で２つの精密に同期したレーザ・パルスを生成する。
【００１７】
本発明の別の一実施形態は、３フォトン顕微システムを提供し、中心波長を有するパルスを出力するように構成されたモード同期型ファイバ・レーザと、モード同期型ファイバ・レーザからのパルスの波長をシフトさせるように構成された非線形導波路と、第１の非線形導波路からの出力を増幅するように構成されたファイバ増幅器と、顕微イメージング・システムとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】発明の実施形態によるイメージング・システムのブロック図である。
【図２】発明の別の一実施形態によるイメージング・システムのブロック図である。
【図３】発明の別の一実施形態によるイメージング・システムのブロック図である。
【図４】発明の別の一実施形態によるイメージング・システムのブロック図である。
【図５】発明の別の一実施形態によるイメージング・システムのブロック図である。
【図６】発明の別の一実施形態によるイメージング・システムのブロック図である。
【図７】発明の別の一実施形態によるイメージング・システムのブロック図である。
【図８】発明の別の一実施形態によるイメージング・システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の原理に従った例示的な実施形態の説明は、添付の図面と併せ読むことが意図されており、図面を、全体の明細書の一部と考えるべきである。本明細書に開示した発明の実施形態の説明では、方向または向きに対する何らかの参照は、単に説明の便宜のためのものであり、本発明の範囲を決して限定するものではない。「下部の（ｌｏｗｅｒ）」、「上部の（ｕｐｐｅｒ）」、「水平な（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「垂直な（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「上方の（ａｂｏｖｅ）」、「下方の（ｂｅｌｏｗ）」、「上へ（ｕｐ）」、「下へ（ｄｏｗｎ）」、「頂部（ｔｏｐ）」および「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」ならびにこれらの派生語（例えば、「水平に（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ）」、「下方に（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）」、「上方に（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」、等）などの相対的な用語は、そのときに、検討中の図面に説明されているまたは示されているような向きを指すと解釈すべきである。これらの相対的な用語は、単に説明の便宜のためであり、そのように明示的に示されない限り、装置を特定の向きに構成するまたは動作させることを必要としない。「取り付けられた（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、「貼り付けられた（ａｆｆｉｘｅｄ）」、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「カップリングされた（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「相互接続された（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、等、などの用語は、別段明確に記載されない限り、構造体が、直接的にまたは介在する構造体を介して間接的に相互に固定されるまたは取り付けられる関係、ならびに可動または固定的な両者での取り付けまたは関係を指す。その上、発明の特徴および利点は、例示となる実施形態を参照することによって説明される。したがって、発明は、単独で存在することができる特徴のいくつかの可能な非限定的な組み合わせまたは特徴の他の組み合わせで説明されるこのような例示的な実施形態に明示的に限定されるべきではなく、発明の範囲は、別記の特許請求の範囲によって規定される。
【００２０】
この開示は、現在考えられるように発明を実行する１つまたは複数の最良の形態を説明する。この説明は、限定的な意味で理解すべきものではなく、発明の利点および構成を当業者に助言するために、添付の図面を参照して説明の目的で単に提示される発明の例を提供する。図面の様々な図では、同様の参照符号は、同様の部品または類似する部品を示す。
【００２１】
マルチ・フォトン・イメージング
発明の１つの実施形態は、図１に示したように、４つの主要な構成要素を備えたシステムである。第１の構成要素は、１ｐｓよりも短い変換限界のパルス幅および１５００ｎｍと１６５０ｎｍとの間の中心波長をサポートするモード同期型ファイバ・レーザ（ＭＬＦＬ）（１１０）である。ＭＬＦＬ（１１０）は、利得媒体としてのドープ型の光ファイバおよびモード同期機構に基づいて作られる。ファイバ・レーザからの出力を、非線形導波路１（１２０）へとカップリングし、非線形導波路１は、ラマン・ソリトン自己周波数シフトとして知られているプロセスによって、出力の波長を１７００ｎｍよりも長く２８００ｎｍよりも短い波長へとシフトさせる。一実施形態では、非線形導波路１（１２０）は、入力パルス幅における異常分散および１Ｗ−１ｋｍ−１よりも大きい非線形係数を有する。第三段の、ファイバ増幅器１（１３０）は、１７００ｎｍと２８００ｎｍとの間の波長領域で動作するファイバ増幅器であり、例えば、ツリウムおよび／またはホルミウム・ドープ型のファイバに基づく増幅器システムである。いくつかの実施形態では、ファイバ増幅器１（１３０）は、デュアル増幅器または多段増幅器である。いくつかの実施形態では、ファイバ増幅器１（１３０）は、自己位相変調のような非線形プロセスによってさらなるスペクトル帯域幅を追加する、および／またはパルス・エネルギーを増幅することに加えてパルスを圧縮する。増幅器出力は、非線形媒体（１４０）へとカップリングされる。第二高調波発生（周波数２倍化）または第三高調波発生などの非線形プロセスを介して入力パルスの出力周波数を変えるように、媒体を設計する。
【００２２】
一実施形態では、非線形媒体を、ＢＢＯのようなバルク非線形結晶とすることができる。
【００２３】
別の一実施形態では、非線形媒体を、周期的に分極した非線形結晶とすることができる。
【００２４】
発生したパルスは、９００ｎｍと１３５０ｎｍとの間の中心波長を有し、この範囲内の励起波長を有する、例えば、蛍光マーカまたは染料を励起するために、このパルスを使用することができる。パルスは、顕微システム（１５０）へと送られる。
【００２５】
発明の他の実施形態では、図２に示したように、下記の構成要素のうちの１つまたは複数を、システム性能を向上させるためにシステムに追加することができる。
【００２６】
ファイバ増幅器２（２６０）：ファイバ増幅器を、ＭＬＦＬ（２１０）と非線形導波路１（２２０）との間に含むことができる。増幅器は、１５００ｎｍから１６５０ｎｍまでの波長領域の利得を有し、例えば、Ｅｒドープ型のファイバ増幅器である。増幅器は、３つの機能を有する。第１に、増幅器は、パワーを低パワーＭＬＦＬからラマン自己周波数シフト・プロセスに必要なレベルにまでブーストする。第２に、増幅器は、モード同期型発振器からのパルスを圧縮し、これが、周波数シフト・プロセスの効率を向上させ、周波数シフトしたパルスについてのパルス・エネルギーの増加またはパルス幅の減少をもたらす。第３に、増幅器利得を調節することによって、増幅器は、波長シフトの大きさを調節するための手段を与える。波長調節を使用して、光周波数の２倍の出力を調整する。
【００２７】
偏波コントローラ１（２５０）：この装置は、ＭＬＦＬ（２１０）と非線形導波路１（２２０）との間に挿入された手動または自動の偏波コントローラである。偏波コントローラを、自己周波数シフト・プロセスを介した波長シフトの大きさを制御するための第２の調節機構として使用する。安定性を追加するためにスペクトル内の所望の点に波長を絶えず調整するために、自動コントローラを使用することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、ＭＬＦＬ（２１０）およびファイバ増幅器２（２６０）は、偏波維持ファイバを使用して作られる。これらの場合、波長シフトは、ファイバ増幅器２（２６０）の利得だけを使用して調節される。
【００２９】
一実施形態では、モード同期型ファイバ・レーザ（２１０）の直後、またはファイバ増幅器２（２６０）と非線形導波路１（２２０）との間に、偏波コントローラ１（２５０）を設置することができることに留意されたい。
【００３０】
分散素子１（２７０）：この構成要素は、ファイバ増幅器１（２３０）に入るパルスに所望の大きさのチャープを作り出すために、非線形導波路１（２２０）の後に含まれる。構成要素は、限定しないが光導波路、チャープ型ブラッグ格子、プリズム対、および回折格子対を含む分散装置を備える。いくつかの実施形態では、分散と増幅器の非線形性との間の相互作用を介して最も短い持続時間へとファイバ増幅器１（２３０）からの出力パルスを圧縮するように、分散値を設計する。他の実施形態では、増幅器の非線形効果を減少させるためにパルス持続時間を増加させるように、分散素子１を設計する。このような場合、パルスは、分散素子２（下記参照）を使用して再圧縮される。
【００３１】
偏波コントローラ２（２９０）：この構成要素は、ファイバ増幅器１に入る前のパルスの偏波状態を調節する。この偏波状態を制御することによって、ファイバ増幅器１における非線形パルス圧縮を最適化するために使用するファイバ増幅器１の実効非線形性を、調節することができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、ファイバ増幅器１（２３０）は、偏波維持ファイバを使用して作られる。これらの場合、ファイバ増幅器１の非線形性を、ファイバ増幅器１（２３０）の利得を使用して調節する。
【００３３】
一実施形態では、偏波コントローラ２（２９０）を、非線形導波路１（２２０）の直後、または分散素子１（２７０）とファイバ増幅器１（２３０）との間に設置することができることに留意されたい。
【００３４】
分散素子２（２８０）：この構成要素は、非線形媒体（２４０）に入るパルスのチャープの大きさを調節するための手段として非線形媒体の前に含まれる。本構成要素は、限定しないが光導波路、チャープ・ブラッグ格子、プリズム対、および回折格子対を含む分散素子を備える。
【００３５】
偏波コントローラ３（２９１）：この構成要素は、周波数２倍化プロセスの効率を最適化するために、非線形媒体（２４０）に入るパルスの偏波の状態を調節するための手段として非線形媒体（２４０）の前に含まれる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、ファイバ増幅器１（２３０）は、偏波維持ファイバを使用して作られ、非線形媒体（２４０）に入る光の偏波は、線形である。このようなケースでは、ファイバ増幅器１（２３０）からの出力ファイバの向きを回転させることによって、周波数２倍化効率を簡単に調節することができる。
【００３７】
発明の実施形態は、図３に示したように、ファイバ増幅器１もしくは２（３３０もしくは３６０）の利得または偏波コントローラ１もしくは２もしくは３（３５０、３９０もしくは３９１）を調節することによって、励起波長およびパルス形状を安定化させかつ調整するため、また２フォトン・イメージングのパラメータを同時に最適化するためのシステムおよび方法を提供する。上に論じたように、ＭＬＦＬ（３１０）、非線形導波路１（３２０）、ファイバ増幅器１（３３０）、および非線形媒体（３４０）に加えて、構成要素、すなわち偏波コントローラ１（３５０）、ファイバ増幅器２（３６０）、分散素子１（３７０）、偏波コントローラ２（３９０）、分散素子２（３８０）、および偏波コントローラ３（３９１）のうちの１つまたは複数を、任意選択で含む。顕微鏡（３９３）により生成された画像、非線形媒体（３４０）からの出力、非線形導波路１（３２０）からの出力、またはファイバ増幅器１（３３０）からの出力からフィードバック・ループ・フィルタ（３９２）を介してフィードバックを受信することによって、変数（利得または偏波）を絶えず調節して、システムを所望の状態に最適化し、安定化させる。出力画像の明るさおよび品質を最適化するために、パラメータを調整する。
【００３８】
３フォトン蛍光顕微法
別の一実施形態では、図５に示したように、増幅器１（５３０）からの出力を、３フォトン・イメージング用の顕微システム（５５０）へと直接送ることができる。上に論じたように、ＭＬＦＬ（５１０）からの出力を、非線形導波路１（５２０）にカップリングし、ファイバ増幅器１（５３０）によって増幅する。蛍光体励起波長は、６００ｎｍと９００ｎｍとの間であるべきである。
【００３９】
上の項で論じた様々な実施形態は、同様にこの実施形態にもやはり当てはまる。
【００４０】
さらにその上、３フォトン・イメージングと組み合わせた光活性化などの、この文書において論じた実施形態のうちのいくつかの様々な潜在的な用途がある。図６〜図８は、いくつかの実施形態に従って開示した構成要素のいくつかの可能な組み合わせを図示する。
【００４１】
デュアル波長顕微法
別の一実施形態では、１５５０モード同期型レーザ（４１０）からの光は、図４に示したように、スプリッタ（４４０）を使用して２つのアームへと分割される。一方のアームでは、光は、１７００ｎｍと２８００ｎｍとの間の中心波長へと非線形導波路１（４２０）を使用して波長シフトされ、任意選択の遅延部（４６０）を通過し、ファイバ増幅器１（４３０）において増幅され、非線形媒体１（４５０）を通過することによって周波数２倍化される。他方のアームでは、光は、任意選択の遅延部（４７０）を通過し、任意選択のファイバ増幅器３（４８０）において増幅され、非線形媒体２（４９０）において周波数２倍化される。この実施形態は、２つの異なる波長のところに２つの精密に同期されたレーザ・パルスを生成する。両方のアームから発生されたパルスを、顕微鏡（４９１）へと別々にまたは同時にカップリングする。遅延構成要素（４６０または４７０）のうちの一方または両方を、２つの波長のパルス間の時間的な位置合わせを調節するために使用する調節可能な遅延回線とすることができる。デュアル波長システムを、２色２フォトン・イメージング、２色３フォトン・イメージング、または光活性化と２フォトン・イメージングとの組み合わせのために使用することができる。加えて、デュアル波長システムを、コヒーレント・ラマン・イメージング用に使用することができる。
【００４２】
本発明を、いくつかの説明した実施形態に関してかなりの長さでかつある程度詳細に説明したが、いずれかのこのような詳細もしくは実施形態またはいずれかの特定の実施形態に限定すべきものではなく、別記の特許請求の範囲を参照して解釈すべきであり、その結果、先行技術の観点でこのような特許請求の範囲の最も広い可能な解釈を与え、したがって、発明の目的とする範囲を効果的に包含する。さらにその上、現在のところ予知されていない発明の実質的でない修正が、それでもなお発明の均等物を表わすことができるにも拘らず、上記は、発明者によって予知された実施形態に関して発明を説明し、実行可能にする説明がこの実施形態について利用可能であった。
【図１】
2017505456.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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