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JP2010045147A - モード同期レーザ装置、パルスレーザ光源装置、及び顕微鏡装置 - Google Patents

モード同期レーザ装置、パルスレーザ光源装置、及び顕微鏡装置 Download PDF

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JP2010045147A JP2008207582A JP2008207582A JP2010045147A JP 2010045147 A JP2010045147 A JP 2010045147A JP 2008207582 A JP2008207582 A JP 2008207582A JP 2008207582 A JP2008207582 A JP 2008207582A JP 2010045147 A JP2010045147 A JP 2010045147A
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Abstract

【課題】簡単かつ小型な構成でパルス光の繰り返し周波数を容易に調整することができるモード同期レーザ装置、パルスレーザ光源装置、及び顕微鏡装置を得る。
【解決手段】モード同期レーザ装置１０は、励起光学系１２、ＳＥＳＡＭ１４、固体レーザ媒質１６、ダイクロイックミラー１８、共振器ミラー２０、ペルチェ素子２２、及びペルチェ駆動部２４を含んで構成されている。ＳＥＳＡＭ１４、固体レーザ媒質１６、共振器ミラー２０、及びダイクロイックミラー１８が取り付けられたダイクロイックミラーホルダー３２は、同一の共振器ホルダー３４により固定されている。共振器ホルダー３４は、ペルチェ駆動部２４により駆動されるペルチェ素子２２によって温度調整され、これにより共振器長が変化し、共振器から出射されるパルス光の繰り返し周波数が変化する。
【選択図】図１

Description

本発明はモード同期レーザ装置、パルスレーザ光源装置、及び顕微鏡装置に係り、共振器長を調整可能なモード同期レーザ装置、パルスレーザ光源装置、及び顕微鏡装置に関する。
近年、光通信あるいは光情報処理をはじめとする多数の産業・学問分野で、ピコ秒からフェムト秒領域の超高速光信号の適用が隆盛してきており、かかる超高速光信号を発生する装置についての需要が増してきた。このような超高速光信号の最も基本的な形態は、非常に時間幅の短い光パルスであり、一旦、このような超短光パルスが得られれば、派生的に他の信号波形に変換できることが知られている。
現在、超短光パルスを発生する方法のうち、最も時間幅の短い光パルスを最も高い繰返し周波数で、しかも安定して発生させることができるのは、レーザ光源自体の持つ光非線形効果に起因するパルス発生動作による方法である。この種のパルス発生動作は、総称的に受動モード同期、あるいは自己モード同期と呼ばれている。これに相対する方法として、外部から変調信号をレーザ光源に印加して行うパルス発生動作があり、能動モード同期、あるいは強制モード同期と呼ばれる。
何れのパルス発生動作においても、光パルスの繰返し周波数は、レーザ共振器の周回時間の逆数となる。レーザ共振器の周回時間はレーザ共振器長によって決まるが、レーザ共振器長は、温度変化によるドリフト、あるいは振動による揺らぎによって変化する。
このため、レーザ共振器長が周囲温度によって変化するのを防ぐ技術が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
また、光パルスレーザ光源装置から発せられた超短光パルスを応用する際、光パルスの繰返し周波数の揺動が望ましくない場合が多い。例えば、光パルスを用いた計測システムを構築する際、得られる時間分解能はパルスの同期精度に依存するので、繰返し周波数の揺動によるジッターがあると、時間分解能が損なわれることとなる。このような場合、時間幅の短さが無意味と化してしまう。このため、従来から、受動モード同期レーザ装置の共振器長を制御することにより、発生される光パルスの繰返し周波数を安定化することが行われてきた。
従来の共振器長を制御する方法として、共振器を構成する一方のミラーをモータ駆動の可動ステージに固定すると共に他方のミラーをピエゾ素子に固定し、一方のミラーをモータ駆動することにより共振器長の粗調整を行い、他方のミラーをピエゾ素子により駆動することにより微調整を行うことで共振器長を調整し、繰り返し周波数を調整するものがある（非特許文献１参照）。
特許第３３７８１０３号公報 特許第３４５００７３号公報 "Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＥＰＡＣ ２００６"，Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ，Ｓｃｏｔｌａｎｄ ＴＨＰＣＨ１５８ ｐ．３１６４
しかしながら、可動ステージやピエゾ素子を用いて周波数制御を行う場合、装置の構造が複雑になると共に、可動ステージやピエゾ素子の駆動ドライバも高価なため、装置のコストが高くなる、という問題があった。
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、簡単かつ小型な構成でパルス光の繰り返し周波数を容易に調整することができるモード同期レーザ装置、パルスレーザ光源装置、及び顕微鏡装置を得ることが目的である。
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係るモード同期レーザ装置は、一対の共振器ミラーを有する共振器と、前記共振器内に配置され、励起光が入射されることにより発振光を出力する固体レーザ媒質と、前記励起光を前記固体レーザ媒質に入射させる励起手段と、前記共振器内に配置され、モード同期を誘起するためのモード同期素子と、前記共振器から所定周波数の発振光が出射されるように、前記一対の共振器ミラーの温度を調整する温度調整手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、温度調整手段により一対の共振器ミラーの温度を調整することで共振器長を変化させることで、共振器から出射されるパルス光の繰り返し周波数を調整する。これにより、簡単かつ小型な構成でパルス光の繰り返し周波数を容易に調整することができることができる。
なお、請求項２に記載したように、前記一対の共振器ミラーは、同一の保持部材に保持され、前記温度調整手段は、前記保持部材の温度を調整するようにしてもよい。
また、請求項３に記載したように、前記モード同期素子が、前記一対の共振器ミラーの一方の共振器ミラーと兼用された半導体可飽和吸収ミラーデバイスである構成としてもよい。
また、請求項４に記載したように、前記共振器内に、前記共振器内の群速度分散を制御する群速度分散補償手段を備え、前記共振器は、ソリトンモード同期を誘起する構成としてもよい。
また、請求項５に記載したように、前記モード同期素子が、前記固体レーザ媒質と兼用された光カー効果を誘起する媒質から成り、前記共振器は、カーレンズモード同期を誘起する構成としてもよい。
また、請求項６に記載したように、前記共振器から出射されたパルス光の繰り返し周波数を検出する繰り返し周波数検出手段をさらに備え、前記温度調整手段は、前記検出手段により検出された繰り返し周波数と、前記所定周波数との差が最小となるように、前記一対の共振器ミラーの温度を調整する構成としてもよい。
請求項７記載の発明のパルスレーザ光源装置は、前記請求項１〜６の何れか１項に記載の複数のモード同期レーザ装置と、前記複数のモード同期レーザ装置から出射されたパルス光を各々検出する複数の検出手段と、を備え、前記複数のモード同期レーザ装置のうち少なくとも一つのモード同期レーザ装置の前記温度調整手段が、前記複数の検出手段で検出された複数のパルス光のパルス間隔の差が最小となるように、前記一対の共振器ミラーの温度を調整することを特徴とする。
この発明によれば、請求項１〜６の何れか１項に記載のモード同期レーザ装置を用いるので、繰返し周波数が可変で安定且つ小型、低コストのパルスレーザ光源装置が実現できる。
請求項８記載の顕微鏡装置は、前記請求項７記載のパルスレーザ光源装置と、前記パルスレーザ光源装置から出射された複数のパルス光を同期させて試料に照射させる光学系と、前記試料からの蛍光を検出する蛍光検出手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、請求項７記載のパルスレーザ光源装置を用いるので、コヒーレントアンチストークスラマン散乱を用いた顕微鏡装置を小型化することができる。
以上説明したように本発明によれば、簡単かつ小型、低コストな構成でパルス光の繰り返し周波数を容易に調整することができる、という優れた効果を有する。
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１（Ａ）には、モード同期レーザ装置１０の概略平面図、同図（Ｂ）には、概略側面図を示した。同図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、モード同期レーザ装置１０は、励起光学系１２、ＳＥＳＡＭ１４、固体レーザ媒質１６、ダイクロイックミラー１８、共振器ミラー２０、ペルチェ素子２２、及びペルチェ駆動部２４を含んで構成されている。
図１（Ａ）に示すように、励起光学系１２は、励起用光源としての半導体レーザ２６及びセルフォックレンズ２８を含んで構成されており、例えば銅から成る部材により構成された励起光学系ホルダー３０上に例えば接着により固定されている。
ＳＥＳＡＭ１４、固体レーザ媒質１６、共振器ミラー２０、及びダイクロイックミラー１８が取り付けられたダイクロイックミラーホルダー３２は、共振器ホルダー３４に例えば接着により固定されている。なお、励起光学系１２は、図（Ｂ）では図示を省略している。
共振器ホルダー３４は、図１（Ｂ）に示すように、略Ｕ時型とされており、パルス光Ｌを通過させるための孔３８Ａ、３８Ｂが形成されている。
また、共振器ホルダー３４は、例えば図１（Ｂ）において左右方向における全長が略３０ｍｍとされている。
励起光学系ホルダー３０及び共振器ホルダー３４は、図１（Ｂ）に示す銅板３６上に固定されている。
ＳＥＳＡＭ１４は、半導体可飽和吸収ミラーデバイスであり、例えば、波長１０６４ｎｍの光に対して変調深さ（ΔＲ）が０．４％、不飽和損失（Ｒｎｓ）が０．２％、飽和フルーエンスが７０μＪ／ｃｍ２のＢＡＴＯＰ社製でのものを用いることができる。
このＳＥＳＡＭ１４と共振器ミラー２０とにより共振器が構成されている。すなわち、ＳＥＳＡＭ１４は、共振器を構成する一対の共振器ミラーの一方の共振器ミラーと兼用されている。
固体レーザ媒質１６は、例えばＮｄ：ＹＶＯ４から成る媒質であり、その厚みが１ｍｍ、Ｎｄ濃度２％のものを用いることができる。また、固体レーザ媒質１６の両端面には、波長８０８±５ｎｍの光に対して透過率が９５％以上、波長１０６４±１０ｎｍの光に対して透過率が９９．９％以上の反射防止コーティングが施されている。
また、固体レーザ媒質１６は、内部での発振ビーム径が小さくなるように、ＳＥＳＡＭ１４の端面から１ｍｍ程度の近接位置になるように、共振器ホルダー３４に固定されている。
ダイクロイックミラー１８は、励起光学系１２からの励起光を固体レーザ媒質１６の方へ折り返すものであり、一方の端面には波長８０８±５ｎｍのレーザ光に対して９５％以上の反射率、波長１０６４±１０ｎｍの光に対して９９．９％以上の透過率を有するダイクロイックコーティングが施されており、他方の端面にはコーティングは施されていない。
ダイクロイックミラーホルダー３２に固定されたダイクロイックミラー１８は、共振器光軸に対してブリュースタ角になるように共振器内、すなわちＳＥＳＡＭ１４と共振器ミラー２０との間に配置されている。
共振器ミラー２０は、例えば曲率半径３０ｍｍの凹面ミラーであり、例えばＳＥＳＡＭ１４の端面から略３０ｍｍの位置に配置されるように共振器ホルダー３４に固定されている。共振器ミラー２０の凹面側には、波長１０６４±５ｎｍの光に対して透過率が９９．８％の高反射コーティングが施されている。
励起光学系１２の半導体レーザ２６は、例えば波長８０８ｎｍ、発光幅５０μｍ、最大出力１．５Ｗの例えばＡｘｃｅｌ社製のものを用いることができる。
また、励起光学系１２のセルフォックレンズ２８は、例えば長さ５．４ｍｍ、φ１．８ｍｍのものを用いることができ、両端面に波長８０８ｎｍの光に対する反射防止コーティングが施されている。
ＳＥＳＡＭ１４、固体レーザ媒質１６、共振器ミラー２０、及びダイクロイックミラーホルダー３２が固定された共振器ホルダー３４と励起光学系ホルダー３０とが固定された銅板３６には、ペルチェ素子２２が取り付けられている。
共振器ホルダー３４及び励起光学系ホルダー３０は、ペルチェ素子２２により温度調整される。ペルチェ素子２２は、ペルチェ駆動部２４により駆動される。
このように、共振器ホルダー３４を温度調整可能なため、共振器長を変化させることができ、共振器から出射されるパルス光Ｌの繰り返し周波数を調整することができる。また、励起光学系ホルダー３０を温度調整可能なため、半導体レーザ２６を、安定的に発振可能な温度に調整することができる。
また、一つの共振器ホルダー３４にＳＥＳＡＭ１４、固体レーザ媒質１６、共振器ミラー２０、及びダイクロイックミラーホルダー３２が固定された構成としているので、各部品用のホルダーを各々用意する必要がなく、簡単かつ小型な構成とすることができ、装置を低コストで作製することができる。
本発明者は、上記構成のモード同期レーザ装置１０により、繰返し周波数が４．７８７３ＧＨｚ、平均出力７０ｍＷ、パルス幅６ｐｓ、波長１０６４ｎｍの超短パルス光を得ることができることを確認した。すなわち、本実施形態に係るモード同期レーザ装置１０が、ピコ秒パルスレーザとして機能することを確認した。
さらに、図２に示すように、ペルチェ駆動部２４により共振器ホルダー３４の温度を２２°Ｃ〜３２°Ｃまで変化させることにより、繰返し周波数を約４．７８７７ＧＨｚ〜４．７８７ＧＨｚまで変調することができることを確認した。
従って、共振器ホルダー３４が、所望の繰り返し周波数に対応した温度となるように、ペルチェ駆動部２４によりペルチェ素子２２を駆動することにより、繰り返し周波数を容易に調整することができる。
なお、共振器ホルダー３４にサーミスタ等の温度センサを取り付け、この温度センサで検出された温度が所望の繰り返し周波数に対応した温度となるようにペルチェ素子２２を駆動することが好ましい。
なお、本実施形態では、同一の共振器ホルダー３４上に各光学素子が固定された構成について説明したが、これに限らず、複数のホルダー上に各光学素子が取り付けられた構成としてもよい。例えば、図３に示すように、共振器ホルダー３４が、ＳＥＳＡＭ１４、固体レーザ媒質１６、及びダイクロイックミラーホルダー３２を固定する第１の共振器ホルダー３４Ａと、共振器ミラー２０を固定する第２の共振器ホルダー３４Ｂと、で構成されてもよい。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４には、本発明の第２実施形態に係るモード同期レーザ装置１０Ａの概略構成を示した。モード同期レーザ装置１０Ａは、モード同期レーザ装置１０と略同一構成であり、一部の光学素子の特性が異なるだけであるので、特性の異なる光学部品については異なる符号を付して説明し、その他の光学素子の説明については同一符号を付して説明を省略する。
ＳＥＳＡＭ１４Ａは、例えば、波長１０４５ｎｍの光に対して変調深さ（ΔＲ）が０．５％、不飽和損失（Ｒｎｓ）が０．２％、飽和フルーエンスが７０μＪ／ｃｍ２のＢＡＴＯＰ社製のものを用いることができる。
固体レーザ媒質１６Ａは、例えばＹｂ：ＫＹＷから成る媒質であり、その厚みは１．５ｍｍ、Ｙｂ濃度５％のものを用いることができる。また、固体レーザ媒質１６Ａの両端面には、波長９８０±５ｎｍの光に対して透過率が９５％以上、波長１０４５±１０ｎｍの光に対して９９．９％以上の反射防止コーティングが施されている。
固体レーザ媒質１６Ａは、内部での発振ビーム径が小さくなるように、ＳＥＳＡＭ１４Ａの端面から１ｍｍ程度の近接位置になるように、共振器ホルダー３４に固定されている。
ダイクロイックミラー１８Ａは、励起光学系１２Ａからの励起光を固体レーザ媒質１６Ａの方へ折返すものであり、一方の端面には波長９８０±５ｎｍの光に対して９５％以上の反射率、波長１０４５±１０ｎｍの光に対して９９．９％以上の透過率を有するダイクロイックコーティングが施されており、他方の端面にはコーティングが施されていない。
半導体レーザ２６Ａは、例えば波長９８０ｎｍ、発光幅５０μｍ、最大出力２．５Ｗの例えばオプトエナジー社製のものを用いることができる。
セルフォックレンズ２８Ａは、長さ５．４ｍｍ、φ１．８ｍｍであり、両端面に波長９８０ｎｍの光に対する反射防止コーティングが施されている。
共振器ミラー２０Ａは、曲率半径５０ｍｍの凹面ミラーであり、ＳＥＳＡＭ１４Ａの端面から略５０ｍｍの位置に配置されるように共振器ホルダー３４に固定されている。共振器ミラー２０の凹面側には、波長１０４５±５ｎｍの光に対して透過率が１．８％であり、群速度分散が−８００ｆｓ２である部分透過負分散コーティングが施されている。
この特殊なコーティングが施された共振器ミラー２０Ａを用いることにより、共振器はソリトンモード同期と呼ばれる特殊なモード同期形態を誘起し、共振器長５０ｍｍのコンパクトかつパルス幅数百ｆｓの超短パルスを出力可能な小型フェムト秒レーザが得られる。
本発明者は、上記構成のモード同期レーザ装置１０Ａにより、繰返し周波数が２．８５ＧＨｚ、平均出力７００ｍＷ、パルス幅２２０ｆｓ、波長１０４５ｎｍの超短パルス光を得ることができることを確認した。
さらに、図５に示すように、ペルチェ駆動部２４により共振器ホルダー３４の温度を２１°Ｃ〜３４°Ｃまで変化させることにより、繰返し周波数を約２．８５３４ＧＨｚ〜２．８５２９ＧＨｚまで変調することができることを確認した。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６（Ａ）に本発明の第３実施形態に係るモード同期レーザ装置４０の概略平面図を、同図（Ｂ）に概略側面図を示した。
図６（Ａ）に示すように、モード同期レーザ装置４０は、励起光源４２、λ／２板４４、ミラー４６、レンズ４８、固体レーザ媒質５０、リトロプリズム５２、ペルチェ素子２２、及びペルチェ駆動部２４を含んで構成されている。
励起光源４２は、例えばＮｄ：ＹＶＯ４レーザ（例えばＭｉｌｌｅｎｎｉａ ＩＲ、スペクトラフィジックス社製）を用いることができる。
励起光源４２から出射されたレーザ光は、λ／２板４４により偏向され、ミラー４６によりレンズ４８の方向へ折り返される。そして、レンズ４８により集光されたレーザ光は、固体レーザ媒質５０及びリトロプリズム５２が固定された共振器ホルダー５４に設けられた孔５６に入射される。
固体レーザ媒質５０は、例えばＣｒ：ＹＡＧから成る媒質であり、その長さが１８．３ｍｍ、波長１０６４ｎｍの光に対して吸収係数が１．４ｃｍ−１であるものを用いることができる。
固体レーザ媒質５０の一方の端面には、波長１５２５ｎｍの光に対して９９．９％以上の反射率で、波長１０６４ｎｍの光に対して９５％以上の透過率を有するダイクロイックコーティングが施されており、他方の端面は、曲率半径６ｍｍの球面となっており、波長１５２５ｎｍの光に対して９９．９％以上の透過率を有する反射防止コーティングが施されている。
リトロプリズム５２の一方の端面には、波長１５２５ｎｍの光に対して９９．５％の反射率を有する高反射コーティングが施されており、他方の端面には、波長１５２５ｎｍの光に対して９９．９％以上の透過率を有する反射防止コーティングが施されている。
また、リトロプリズム５２により、共振器内部の群速度分散を制御することが可能であり、共振器内の群速度分散が−５００ｆｓ２となるように、共振器光軸に対し傾けて配置されている。
このような固体レーザ媒質５０及びリトロプリズム５２により共振器が構成される。固体レーザ媒質５０は、Ｃｒ：ＹＡＧから成る媒質であり、光カー効果を誘起する。従って、モード同期レーザ装置４０は、カーレンズモード同期型のレーザ装置となる。
本発明者は、上記構成のモード同期レーザ装置４０により、繰り返し周波数が２．６４ＧＨｚ、平均出力１５０ｍＷ、パルス幅１５０ｆｓ、波長１５４０ｎｍの超短パルス光を得ることができることを確認した。
また、図７に示すように、ペルチェ駆動部２４により共振器ホルダーの温度を２２°Ｃ〜３２°Ｃまで変化させることにより、繰返し周波数を約２．６００１ＧＨｚ〜２．５９９９ＧＨｚまで変調することができることを確認した。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８には、本発明の第４実施形態に係るパルスレーザ光源装置６０の概略構成を示した。
パルスレーザ光源装置６０は、モード同期レーザ装置６２、ビームスプリッター６４、光検出部６６、及び信号処理部６８を含んで構成されている。
モード同期レーザ装置６２は、上記第１〜第３実施形態で説明したモード同期レーザ装置１０、１０Ａ、５０の何れかを用いることができる。
モード同期レーザ装置６２から出射されたパルス光Ｌの一部は、ビームスプリッター６４により分岐され、光検出部６６により検出される。光検出部６６により検出された信号は、信号処理部６８により信号処理される。この信号処理は、検出したパルス光の繰返し周波数と所望の基準周波数との偏差を求め、この偏差が最小となるような制御信号をモード同期レーザ装置６２のペルチェ駆動部２４に出力する処理である。
そして、ペルチェ駆動部２４は、制御信号に応じた電流がモード同期レーザ装置６２のペルチェ素子２２に流れるようにペルチェ素子２２を駆動する。これにより、モード同期レーザ装置６２の共振器ホルダーの温度が変化して共振器長が変化し、パルス光Ｌの繰り返し周波数が所望の繰返し周波数と一致する。
このように、パルス光の繰返し周波数をモニターし、フィードバック制御することにより、繰返し周波数を安定化することができる。
本発明者は、第１実施形態で説明したモード同期レーザ装置１０を用いたパルスレーザ光源装置６０により、基準周波数４．７８７３ＧＨｚに対して±１０ｋＨｚ以下の精度で繰り返し周波数を安定化させることができることを確認した。
また、第２実施形態で説明したモード同期レーザ装置１０Ａを用いたパルスレーザ光源装置６０により、基準周波数２．８５３１ＧＨｚに対して±５０ｋＨｚ以下の精度で繰り返し周波数を安定化させることができることを確認した。
さらに、第３実施形態のモード同期レーザ装置５０を用いたパルスレーザ光源装置６０により、基準周波数２．６ＧＨｚに対して±１０ｋＨｚ以下の精度で繰り返し周波数を安定化させることができることを確認した。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図９には、本発明の第５実施形態に係るパルスレーザ光源装置７０の概略構成を示した。
図９に示すように、パルスレーザ光源装置７０は、２つのモード同期レーザ装置７２Ａ、７２Ｂ、ビームスプリッター７４Ａ、７４Ｂ、光検出部７６Ａ、７６Ｂ、及び信号処理部７８を含んで構成されている。
モード同期レーザ装置７２Ａは、例えば第３実施形態で説明したモード同期レーザ装置５０を用いることができ、モード同期レーザ装置７２Ｂは、例えば第１実施形態で説明したモード同期レーザ装置１０を用いることができる。
なお、モード同期レーザ装置７２Ａは、繰返し中心周波数が２．８５３１ＧＨｚになるように共振器ホルダーの長さや共振器ミラーの曲率半径が調整されている。これらのモード同期レーザ装置７２Ａ、７２Ｂから出射されたパルス光Ｌ１、Ｌ２の一部は、ビームスプリッター７４Ａ、７４Ｂによって分岐され、光検出部７６Ａ、７６Ｂにより各々検出される。
光検出部７６Ａ、７６Ｂにより検出されたパルス光は、信号処理部７８により信号処理される。信号処理部７８では、検出された２つのパルス光のパルス間隔の偏差（相対ジッター）を求め、この偏差が最小となるような制御信号を、モード同期レーザ装置７２Ａのペルチェ駆動部２４に出力する。
ペルチェ駆動部２４は、例えばモード同期レーザ装置７２Ａのペルチェ素子２２に接続され、信号処理部７８が出力した制御信号に応じた電流がペルチェ素子に流れるようにペルチェ素子２２を駆動し、共振器ホルダー３４の温度を調整する。これにより、共振器長が変化し、温調されたモード同期レーザ装置７２Ａのパルス光が、もう一方のモード同期レーザ装置７２Ｂのパルス光と同期する。
本発明者は、上記構成のパルスレーザ光源装置７０により、２台のモード同期レーザ装置７２Ａ、７２Ｂから出射されたパルス光の相対ジッターを５００ｆｓ以下に抑えることができることを確認した。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１０に本発明の第６実施形態に係る顕微鏡装置８０の概略構成を示した。同図に示すように、顕微鏡装置８０は、コヒーレントアンチストークスラマン散乱を用いた顕微鏡であり、第５実施形態で説明したパルスレーザ光源装置７０を備えている。
パルスレーザ光源装置７０から出射された同期した２つのパルス光Ｌ１、Ｌ２は、出力変調機構８２Ａ、８２Ｂにより変調される。パルス光Ｌ１の光軸上には、リフレクタプリズム８４が設けられている。リフレクタプリズム８４は、２つのパルス光の光路差を補正する機能を有する。
その後、パルス光Ｌ１はミラー８６によってダイクロイックミラー８８の方に折り返される。パルス光Ｌ１及びパルス光Ｌ２は、ダイクロイックミラー８８により同軸上とされ、ミラー９０、９２によってビーム拡大光学系９４に導かれる。
そして、各パルス光は、ビーム拡大光学系９４及びガルバノミラー９６を透過し、ダイクロイックミラー９８により対物レンズ１００の方に折り返され、対物レンズ１００を透過した光は、可動ステージ１０２上の試料に集光される。この試料から発せられた蛍光は、対物レンズ１００、ダイクロイックミラー９８を透過後、集光レンズ１０４によってＰＭＴ（フォトマルチプライヤー：光電子増倍管）１０６に集光されて検出される。
このように、パルスレーザ光源装置７０を用いることにより、コヒーレントアンチストークスラマン散乱を用いた顕微鏡装置８０全体のサイズの縮小化が可能となる。さらに、従来のタイミング同期パルスレーザ光源装置を用いた顕微鏡装置と比較して、大幅にコストを低下させることが可能となる。
なお、上記各実施形態では、共振器ホルダーをペルチェ素子で温度調整する場合について説明したが、温度調整手段はペルチェ素子に限られるものではない。また、共振器ミラーを固定する共振器ホルダーを温度調整するのではなく、共振器ミラーを直接温度調整するようにしてもよい。
第１実施形態に係るモード同期レーザ装置の概略構成図である。 第１実施形態に係るモード同期レーザ装置の共振器ホルダーの温度と繰り返し周波数との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係るモード同期レーザ装置の変形例を示す概略構成図である。 第２実施形態に係るモード同期レーザ装置の概略構成図である。 第２実施形態に係るモード同期レーザ装置の共振器ホルダーの温度と繰り返し周波数との関係を示すグラフである。 第３実施形態に係るモード同期レーザ装置の概略構成図である。 第３実施形態に係るモード同期レーザ装置の共振器ホルダーの温度と繰り返し周波数との関係を示すグラフである。 第４実施形態に係るパルスレーザ光源装置の概略構成図である。 第５実施形態に係るパルスレーザ光源装置の概略構成図である。 第６実施形態に係る顕微鏡装置の概略構成図である。
符号の説明
１０、１０Ａ、４０ モード同期レーザ装置
１２、１２Ａ 励起光学系
１６、１６Ａ 固体レーザ媒質
１８、１８Ａ ダイクロイックミラー
２０、２０Ａ 共振器ミラー
２２ ペルチェ素子
２４ ペルチェ駆動部
２６、２６Ａ 半導体レーザ
２８、２８Ａ セルフォックレンズ
３０ 励起光学系ホルダー
３２ ダイクロイックミラーホルダー
３４、３４Ａ、３４Ｂ 共振器ホルダー
５０ 固体レーザ媒質
５２ リトロプリズム
５４ 共振器ホルダー
６０、７０ パルスレーザ光源装置
８０ 顕微鏡装置

Claims (8)

  1. 一対の共振器ミラーを有する共振器と、
    前記共振器内に配置され、励起光が入射されることにより発振光を出力する固体レーザ媒質と、
    前記励起光を前記固体レーザ媒質に入射させる励起手段と、
    前記共振器内に配置され、モード同期を誘起するためのモード同期素子と、
    前記共振器から所定周波数の発振光が出射されるように、前記一対の共振器ミラーの温度を調整する温度調整手段と、
    を備えたモード同期レーザ装置。
  2. 前記一対の共振器ミラーは、同一の保持部材に保持され、前記温度調整手段は、前記保持部材の温度を調整する
    請求項１記載のモード同期レーザ装置。
  3. 前記モード同期素子が、前記一対の共振器ミラーの一方の共振器ミラーと兼用された半導体可飽和吸収ミラーデバイスである
    請求項１又は請求項２記載のモード同期レーザ装置。
  4. 前記共振器内に、前記共振器内の群速度分散を制御する群速度分散補償手段を備え、前記共振器は、ソリトンモード同期を誘起する
    請求項１〜３の何れか１項に記載のモード同期レーザ装置。
  5. 前記モード同期素子が、前記固体レーザ媒質と兼用された光カー効果を誘起する媒質から成り、前記共振器は、カーレンズモード同期を誘起する
    請求項１記載のモード同期レーザ装置。
  6. 前記共振器から出射されたパルス光の繰り返し周波数を検出する繰り返し周波数検出手段をさらに備え、
    前記温度調整手段は、前記検出手段により検出された繰り返し周波数と、前記所定周波数との差が最小となるように、前記一対の共振器ミラーの温度を調整する
    モード同期レーザ装置。
  7. 前記請求項１〜６の何れか１項に記載の複数のモード同期レーザ装置と、
    前記複数のモード同期レーザ装置から出射されたパルス光を各々検出する複数の検出手段と、を備え、
    前記複数のモード同期レーザ装置のうち少なくとも一つのモード同期レーザ装置の前記温度調整手段が、前記複数の検出手段で検出された複数のパルス光のパルス間隔の差が最小となるように、前記一対の共振器ミラーの温度を調整する
    パルスレーザ光源装置。
  8. 前記請求項７記載のパルスレーザ光源装置と、
    前記パルスレーザ光源装置から出射された複数のパルス光を同期させて試料に照射させる光学系と、
    前記試料からの蛍光を検出する蛍光検出手段と、
    を備えた顕微鏡装置。
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