【応用】レーザー非線形顕微鏡

フェムト秒レーザーは、その特異な能力で微細加工の領域に革命をもたらしました。非熱加工を高速に実施でき、高品質な加工をより身近なものとなりました。

一方で、計測の分野にも新たなブレークスルーをもたらしました。

微小な物体を正確に3次元計測する顕微鏡に、レーザー走査型顕微鏡があります。これは、共焦点顕微鏡の原理で焦点のあった高さ情報を取得します。高さ方向に焦点位置を変化させることで、3次元的な画像を高精度で取得できます。

この光源は、赤色や青色のLDが用いられる場合が多いのですが、フェムト秒レーザーw用いることで高いピークパワーで励起される非線形効果で、結像限界を超える分解能を達成することができます。

これは、多光子吸収などの非線形過程が、レーザーの強度の2乗、3乗に比例して発生するためです。これにより、ガウス分布したレーザースポットの強度分布が空間的に\(1/\sqrt{2}\)や\(1/\sqrt{3}\)というように小さくなります。すなわち、より細いプローブで物体を観察できることになります。これにより、結像限界を超えた分解能で観察が可能となります。

この顕微鏡は、光の照射面積が小さく非常に短時間の照射であるため、被測定物に影響をあまり与えないというメリットを活かして生きた生物や細胞等の観察につかわれます。また、波長の長い光を使うことも可能ですので、より深い位置の観察も可能となります。

フェムト秒レーザーは、技術開発が進み、手軽に利用できるファイバーレーザーなどが入手できるようになってきています。今後、さらなる活躍が期待されます。

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