特許 7567112 差分検出共役補償ＣＡＲＳ計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】差分検出共役補償ＣＡＲＳ計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/65 20060101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

G01N21/65

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020086891

(22)【出願日】2020-05-18

(65)【公開番号】P2021181909

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-05-11

(73)【特許権者】

【識別番号】502441857

【氏名又は名称】株式会社エーティーエー

(73)【特許権者】

【識別番号】504013775

【氏名又は名称】学校法人 埼玉医科大学

(72)【発明者】

【氏名】戸井田 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀典

(72)【発明者】

【氏名】池田 満

【審査官】伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５１７４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２０００２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１７１６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１２１３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０００－５０１８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５３６４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０５９４５７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０５－００５６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２８０７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０３０２０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－３４１８９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項3】

ＣＡＲＳ励起のポンプ光パルスとストークス光パルスにおいて、ストークス光パルスに対するポンプ光パルスの遅延時間Ｄｔが、両光パルスのパルス幅が半値全幅（ＦＷＨＭ）でＴとしたとき、０．８３Ｔ≦Ｄｔ≦１．０３Ｔであることを特徴とする請求項２記載のＣＡＲＳ計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、差分検出共役補償ＣＡＲＳ（コヒーレント反ストークスラマン散乱、以下、単に「ＣＡＲＳ」と言う。）計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

分子同定の技術には、赤外振動吸収分光がある。これは各分子の指紋領域の分子振動数の赤外光の吸収を測定するものである。しかし生体内分子の測定には、生体組織の主成分が水であり赤外光は吸収が大きいため、適用が困難である。これに対してラマン散乱測定は入射光に対し分子振動周波数分だけ周波数シフトしたラマン散乱光を測定するため、入射光を水に対する吸収が少なく生体内を透過する近赤外光を選択することで、適用が可能である。しかしラマン散乱光は極めて弱く、高感度化が課題である。

【0003】

この感度の問題を解決したのがＣＡＲＳ（コヒーレント反ストークスラマン散乱）技術である。ＣＡＲＳは、図１（ａ）に示すように分子の振動吸収バンドに対応した周波数差Δωのあるポンプ光パルスとストークス光パルスを時空間的に同時に照射すると、分子はポンプ光パルスにより基底準位Ｖ＝０から上準位へ上がるとともに、ストークス光パルスにより励起準位Ｖ＝１に誘導される。さらに、ポンプ光パルスにより上準位へ上がった後、基底準位Ｖ＝０に緩和する過程でアンチストークス光を生じる。エネルギー準位の関係から、ストークス光とアンチストークス光のそれぞれの周波数はポンプ光ωｐを中心にΔω折り返された周波数であり、ωｓ＝ωｐ－Δω、ωａｓ＝２ωｐ－ωｓとなる。ωｐとωｓはあらかじ設定可能なので、近赤外域でこれを設定すれば近赤外域の２波長のポンプ光、ストークス光により、赤外振動吸収のΔωの情報をアンチストークス光により計測できる。

【0004】

ＣＡＲＳ信号強度ＩＣＡＲＳ（Ω）は、励起過程を反映してポンプ光強度Ｐｐｕｍｐの２乗とストークス光強度Ｐｓｔｏｋｅｓの積に比例し、［数１］の特性を持つ。この特性により、ラマン散乱光測定に

【数1】

対し大きな信号強度が確保できる。通常パルスレーザーのパルスエネルギー安定度は±３％程度である。するとＣＡＲＳ信号安定度は（０．９７）３＝０．９１から、略略±１０％となる。このＣＡＲＳ信号の安定度の悪さが、ＣＡＲＳは物質同定には適しているが、物質定量には不向きとされる点である。ＣＡＲＳを定量計測に応用する場合の大きな課題である。

【0005】

ＣＡＲＳ信号の安定化には上述したパルスエネルギーの安定化以外にも課題が残る。ＣＡＲＳではポンプ光パルスとストークス光パルスが、時間（ｔ）、偏光（ｐ）、周波数差（ω）、空間３軸（ｘ，ｙ，ｚ）の６要素で一致しなければならない。ポンプ光パルスとストークスパルスの時間軸での一致に対しては、ＯＰＯの発振２波長をＣＡＲＳ励起に用いることで解決できることが開示されている。また分子振動レベルに対応したポンプ光とストークス光の周波数差については、分子振動スペクトル幅範囲内の変動は許容される。一方ポンプ光とストークス光の偏光軸の変動はＣＡＲＳ励起効率に大きく影響する。また通常レーザー光源はレーザー光のポインティング変動があり、ポンプ光およびストークス光のそれぞれの集束位置変動につながり、ＣＡＲＳ信号の変動要因となる。これらＣＡＲＳ信号の変動要因を抑えたＣＡＲＳ信号の安定化はＣＡＲＳを定量計測に応用する場合の大きな課題である。

【0006】

さらにＣＡＲＳの課題として非共鳴信号がある。ＣＡＲＳ信号には、分子振動のＶ＝１準位を介したアンチストークス光生成によるＶ＝０準位への緩和である共鳴過程（図１（ａ））とＶ＝１準位を介さない（仮想準位を介した）アンチストークス光生成によるＶ＝０準位への緩和である非共鳴過程（図１（ｂ））に基づく２種類がある。ＣＡＲＳ信号のＳ／Ｎ比は、実質共鳴信号／非共鳴信号比が律速している。このため共鳴信号／非共鳴信号比確保する各種手法が検討されている。

【0007】

この共鳴信号／非共鳴信号比の向上を実現するものとして、周波数変調ＣＡＲＳ技術が知られている。ＣＡＲＳは３次の非線形光学効果の一種で、ＣＡＲＳ光の光電界は３次非線形感受率χ（３）に比例し、ＣＡＲＳ信号強度の差周波数特性ＩＣＡＲＳ（Ω）は、下記の数２によって定まることが既に知られている。

【数2】

となる。ここで、χ（３）Ｒ（Ω）は共鳴信号の３次非線形感受率、χ（３）ＮＲは非共鳴信号の３次非線形感受率である。図２（ａ）は［数１］の３つの項の特性を共鳴周波数近傍について示したものである。図２（ｂ）は［数１］の３つの項の和としてＩＣＡＲＳ（Ω）と（χ（３）ＮＲ）２を示したものである。いまポンプ光とストークス光の差周波数δ＝ωｐ－ωｓを時間的に変化させる（周波数変調）と、ＩＣＡＲＳ（Ω）は直流成分の非共鳴信号に交流成分の共鳴信号が重畳した信号となる。すなわちＩＣＡＲＳ（Ω）の直流成分は非共鳴信号、交流成分は共鳴信号のため、交流成分の振幅レベルを測定することで、共鳴信号のみの選択的検出が可能となる。しかし直流成分となるはずの非共鳴信号の安定度が悪いと、共鳴信号の交流成分に非共鳴信号が混在することとなり共鳴信号／非共鳴信号比の向上につながらない。周波数変調ＣＡＲＳの本来の特徴を活かすためには、ＣＡＲＳ信号の安定化は必須である。

【0008】

共鳴信号／非共鳴信号比の向上を実現するもう一つのものとして、偏光差分ＣＡＲＳがある。共鳴信号は実成分と虚数成分を有し、虚数成分が自発ラマンスペクトルに直接関係していることと、非共鳴信号は実成分のみを有していることに着目し、直交偏光において２つのＣＡＲＳ信号を同時生成し、２つの信号を減算することで実成分は打ち消される一方、虚数成分は増強され共鳴信号のみを選別するものである。ここでも２つの信号の減算処理が定常に機能するにはＣＡＲＳ信号の安定化が必要である。

【0009】

さらに共鳴信号／非共鳴信号比の向上を実現するものに、干渉差分ＣＡＲＳがある。パルス幅を伸長したポンプ光とパルス幅は元のままのポンプ光を励起光とした光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）からのアイドラー光をストークス光としてＣＡＲＳ励起し、ポンプ光パルス単独領域に発生する共鳴ＣＡＲＳ光を、ＯＰＡのシグナル光と干渉させて検出し共鳴ＣＡＲＳ光を選別検出するものである。これも干渉成分（交流成分）を検出するのでＣＡＲＳ信号の安定度が求められる。

【0010】

このようにＣＡＲＳを定量計測に応用する場合に、ＣＡＲＳ信号の安定化と共鳴信号／非共鳴信号比の確保が大きな課題としてある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特許４６１８３４１

【文献】特許５９０１３４６

【文献】特許６６０６８０３

【文献】特表２０１３－５３６４１５

【非特許文献】

【0012】

【文献】Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ．２００６ Ｖｏｌ．３１（１２）：１８７２－１８７４

【文献】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ．２００４ Ｖｏｌ．８５（２３）：５７８７－５７８９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

ＣＡＲＳ信号を安定化し、共鳴ＣＡＲＳ信号の選別計測を実現する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

同一光学系を有する被測定試料のＣＡＲＳ励起検出系と参照試料の非共鳴ＣＡＲＳ励起検出系を備え、参照試料の非共鳴ＣＡＲＳ励起検出系において、非共鳴ＣＡＲＳ光を二分し、一方の非共鳴ＣＡＲＳ光を検出する補償信号検出系を有し、被測定試料のＣＡＲＳ光ともう一方の非共鳴ＣＡＲＳ光からの光電流の差分を出力する差分検出器を備え、（差分信号／非共鳴ＣＡＲＳ信号）の信号処理系を有することを特徴とするＣＡＲＳ計測装置。

【0015】

ＣＡＲＳ励起のポンプ光パルスとストークス光パルスにおいて、ストークス光パルスに対しポンプ光パルスが遅延していることを特徴とする上記記載のＣＡＲＳ計測装置。

【0016】

ＣＡＲＳ励起のポンプ光パルスとストークス光パルスにおいて、ストークス光パルスに対するポンプ光パルスの遅延時間Ｄｔが、両光パルスのパルス幅が半値全幅（ＦＷＨＭ）でＴとしたとき、０．８３Ｔ≦Ｄｔ≦１．０３Ｔであることを特徴とする上記記載のＣＡＲＳ計測装置。

【発明の効果】

【0017】

被測定試料のＣＡＲＳ光を励起させ検出するための光学系より生成される光電流と該光学系と同一であり参照試料の非共鳴ＣＡＲＳ光を励起させ検出するための一つの光学系より生成される光電流との差分信号と参照試料の非共鳴ＣＡＲＳ光を励起させ検出するためのもう一つの光学系より生成される非共鳴ＣＡＲＳ信号の除算処理を行うことで、安定した共鳴信号成分の計測を実現する。

【0018】

表１はＯＰＯ２波長をグルコースのＣＯ伸縮振動バンドである１１３０ｃｍ－１に対応するポンプ光波長１００３ｎｍ、ストークス光波長１１３３ｎｍに調整し、グルコース１ｍｏｌ水溶液と蒸留水をそれぞれＣＡＲＳ励起した時のＣＡＲＳ信号の安定度と（グルコースＣＡＲＳ信号／蒸留水ＣＡＲＳ信号）の安定度を比較した結果である。ＯＰＯの繰り返し周波数が４５Ｈｚなので、４５パルスの平均、標準偏差（ＳＤ）、標準偏差／平均を比較している。４５パルスの変動を標準偏差／平均で比較すると、グルコースＣＡＲＳ信号と蒸留水ＣＡＲＳ信号はＣＡＲＳ励起の各種変動要因の影響から各々約２０％と大きな変動となっている。一方、（グルコースＣＡＲＳ信号／蒸留水ＣＡＲＳ信号）では同一光学系で得られた信号による補償処理（共役補償処理）により３．８％までに抑えられている。

【表1】

【0019】

次にグルコース濃度に対する
（グルコースＣＡＲＳ信号―蒸留水ＣＡＲＳ信号）／蒸留水ＣＡＲＳ信号
＝（グルコースＣＡＲＳ信号／蒸留水ＣＡＲＳ信号）－１
を測定した結果を図３に示す。グルコースＣＡＲＳ信号にはグルコースＣＡＲＳ共鳴信号と非共鳴信号が含まれ、蒸留水ＣＡＲＳ信号は非共鳴信号のみであるので、図３の縦軸はグルコースＣＲＡＳ共鳴信号である。図３よりグルコース濃度１ｍｏｌ～０．１ｍｏｌの範囲で直線性が得られ、グルコースの定量計測が可能であることが判る。低濃度側が０．１ｍｏｌで抑制されているのは、グルコースＣＡＲＳ信号の内の非共鳴成分に光検出器のダイナミックレンジを取られているためである。

【0020】

そこで、同一光学系を有する被測定試料のＣＡＲＳ励起検出系と参照試料の非共鳴ＣＡＲＳ励起検出系を備え、参照試料の非共鳴ＣＡＲＳ励起検出系において、非共鳴ＣＡＲＳ光を二分し、一方の非共鳴ＣＡＲＳ光を検出する補償信号検出系を有し、被測定試料のＣＡＲＳ光ともう一方の非共鳴ＣＡＲＳ光からの光電流の差分を出力する差分検出器を備え、（差分信号／非共鳴ＣＡＲＳ信号）の信号処理系を有することで、測定ダイナミックレンジの拡大を実現する。

【0021】

図４は差分検出器からの差分信号を共役補償処理した信号をグルコース濃度に対しプロットしたものである。グルコース濃度の下限が０．１ｍｏｌから０．０１ｍｏｌへ拡大している。

【0022】

さらにダイナミックレンジを拡大するために、ＣＡＲＳ励起のポンプ光パルスとストークス光パルスにおいて、ストークス光パルスに対しポンプ光パルスを遅延させることで、共鳴信号成分の増強を実現する。

【0023】

図１に示した共鳴過程では被測定分子が励起準位のＶ＝１に存在する。このため励起準位寿命内にプローブ用ポンプ光（後段のポンプ光）が照射されれば、必ずしも共鳴ＣＡＲＳ光の発生にはプローブ用ポンプ光とストークス光の同時性は必要ない。一方非共鳴過程では仮想準位を介して非共鳴ＣＡＲＳ光が発生するため、ポンプ光とストークス光の同時性は必須である。この特性に違いに着目すると、ストークス光パルスに対しポンプ光パルスを遅延させてＣＡＲＳ励起を行うことで、共鳴信号の増強を計れる。図５にその様子を示した。図中（１）のポンプ光パルスとストークス光パルスが同時に被測定試料に照射されると、両パルスの重なり合う時間領域で共鳴過程と非共鳴過程のＣＡＲＳ励起が生じる。グルコース水溶液では共鳴ＣＡＲＳ光と非共鳴ＣＡＲＳ光が発生し、非共鳴ＣＡＲＳ光の比率の方が大きい。蒸留水からは非共鳴ＣＡＲＳ光のみが発生する。一方ストークス光パルスに対しポンプ光パルスがパルス幅（ＦＷＨＭ）の半幅遅延した（２）の場合では、グルコース水溶液では両パルスの重なりあう時間領域（グレーハッチ部）では共鳴ＣＡＲＳ光と非共鳴ＣＡＲＳ光が発生し、ストークス光パルスと重ならないポンプ光パルスの時間領域（斜め線ハッチ部）では共鳴ＣＡＲＳ光のみが発生する。蒸留水では両パルス光の重なり合う時間領域で非共鳴ＣＡＲＳ光が発生する。したがって（グルコースＣＡＲＳ信号―蒸留水ＣＡＲＳ信号）の信号処理により残存するＣＡＲＳ共鳴信号は（１）より（２）の方が増強される。

【0024】

図６はストークス光パルスに対するポンプ光パルスの時間遅延量と共鳴信号／非共鳴信号の比の関係を測定した結果である。両パルス光のパルス幅６ｎｓの時に遅延量Ｄｔが５ｎｓ＜Ｄｔ＜６．２ｎｓの範囲で共鳴信号／非共鳴信号≧１となり、共鳴信号の増強が見られた。

【0025】

図７はポンプ光パルスを光遅延路を通し、ストークス光パルスに対し５．６ｎｓ遅延させた差分信号共役補償により、差分共役補償信号をグルコース濃度に対しプロットした結果である。ポンプ光パルス遅延による共鳴信号増強により、差分共役補償信号はグルコース濃度１ｍｏｌ～０．００２ｍｏｌの範囲で直線性が確保できている。これは０．００２ｍｏｌ＝３６ｍｇ／ｄｌのグルコース濃度まで測定できることを示すものである。

【0026】

以上、ポンプ光パルス遅延励起の同一光学系からなる被測定試料のＣＡＲＳ信号と参照試料の非共鳴ＣＡＲＳ信号の差分共役補償により３６ｍｇ／ｄｌまでの定量計測が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】 ＣＡＲＳの共鳴過程と非共鳴過程の分子振動バンドの関係を示す図

【図2】 非線形感受率およびＣＡＲＳ信号の周波数特性を示す図

【図3】 グルコース濃度 対 共役補償信号の差分値の特性を示す図

【図4】 グルコース濃度 対 直接差分検出共役補償信号の特性を示す図

【図5】 ポンプ光とストークス光の同時タイミング励起およびポンプ光遅延励起の共鳴信号と非共鳴信号の発生の関係を示す図

【図6】 ポンプ光パルスの遅延時間 対 共鳴信号／非共鳴信号の特性を示す図

【図7】 グルコース濃度 対 遅延ポンプ光パルス励起直接差分検出共役補償信号の特性を示す図

【図8】 本発明の第１実施例を示す構成図。

【図9】 本発明の第２実施例を示す構成図。

【図10】 本発明の第３実施例を示す構成図。

【発明を実施するための形態】

【0028】

実施例１を図８、実施例２を図９、実施例３を図１０のそれぞれに示す。実施例１と実施例２の違いは、偏光直交のＯＰＯ２波長光を光学軸が４５度の偏光子を介してＣＡＲＳ励起に用いるか、偏光直交のＯＰＯ２波長光を一旦偏光ビームスプリッターで分離し、片方をλ／２板で偏光方向を９０度回転させた後、再度ダイクロイックミラーで同軸に合波しＣＡＲＳ励起に用いるかの相違である。実施例３は実施例２にポンプ光パルスの時間遅延を付与する光遅延路を設けたものである。

【実施例1】

【0029】

図８に実施例１を示す。１０１光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は励起レーザー（図中には記載なし）により励起されシグナル光とアイドラー光は同軸に発振する。励起レーザー光がＰ偏光の場合、シグナル光はＳ偏光、アイドラー光はＰ偏光となる。１０１ＯＰＯの発振２波長光でＣＡＲＳ励起を行う場合、シグナル光がポンプ光、アイドラー光がストークス光となる。

【0030】

１０１ＯＰＯからの同軸上の１ポンプ光（Ｓ偏光）と２ストークス光（Ｐ偏光）は３反射鏡を介して４ハーフビームスプリッターで２分される。一方が測定用、他方は参照用となる。

【0031】

測定用の同軸の１ポンプ光と２ストークス光は、光学軸が４５度の５ａ偏光子により偏光軸が４５度の揃った光として、６ａ集光レンズにより測定用の７ａ試料セルに集光される。集光域において発生したＣＡＲＳ光は、８ａコリメートレンズにより集められ平行光となり、９可変ＮＤフィルターとポンプ光とストークス光をカットする１０ａフィルター、１９ａ集光レンズを介して、２０ａ光ファイバー、２１差分検出器へ導光する。１０２光路長調整部は４ハーフビームスプリッターから６ａ集光レンズまでの測定側光路長と４ハーフビームスプリッターから６ｂ集光レンズまでの光路長を等しくするものである。これにより測定側と参照側の共役光学系が成立する。なお９可変ＮＤフィルターは、測定前に測定側と参照側に蒸留水セルを配置し、測定側ＣＡＲＳ信号強度が後述の参照用ＣＡＲＳ信号強度と同じレベルとなるよう校正するためのものである。

【0032】

参照用の同軸の１ポンプ光と２ストークス光は、測定用と同様に５ｂ偏光子、６ｂ集光レンズを介して参照用の７ｂ試料セルに集光される。７ｂ参照用試料から生成する非共鳴ＣＡＲＳ光は８ｂコリメートレンズで集光された後１８ハーフミラーで２分される。一方の非共鳴ＣＡＲＳ光は１０ｂフィルターと１９ｂ集光レンズ、２０ｂ光ファイバーを介して２１差分検出器へ導光する。ここで差分検出器は測定側と参照側のＣＡＲＳ光による光電変換素子の光電流自体での差分をおこなえるもので、これにより光電流時点でＣＡＲＳ非共鳴成分が打ち消され、ＣＡＲＳ共鳴成分のみが光電流として残る。したがって検出器のダイナミックレンジ全てをＣＡＲＳ共鳴信号に振り分けることができる。もう一方の非共鳴ＣＡＲＳ光は１０ｂフィルターを介して１１ｂ光検出器により検出され共役補償用信号となる。

【0033】

測定側の試料をグルコース水溶液、参照側の試料を蒸留水とすると、１１ａ差分検出器では、２１ａ光ファイバーにより導光されるグルコースのＣＡＲＳ共鳴光と水のＣＡＲＳ非共鳴光が光電流に変換される。一方水のＣＡＲＳ非共鳴光のみも光電流に変換される。２１差分検出器ではこれら光電流の差分が直接光電変換され差分出力として出力される。１８ハーフミラーで２分され１０ｂフィルターを介して１１ｂ光検出器で出力されるもう一系統の共役補償信号は、１０３信号処理部で差分信号／共役補償信号の除算が行われ、 ＣＡＲＳ励起にともなう種々の変動要因を一括補償して、安定した被測定分子のＣＡＲＳ共鳴信号が測定できる。

【実施例2】

【0034】

図９に実施例２を示す。ＯＰＯからの同軸の１ポンプ光（Ｓ偏光）と２ストークス光（Ｐ偏光）を１５偏光ビームスプリッターで分離し、１ポンプ光（Ｓ偏光）を１６λ／２板により１ポンプ光（Ｐ偏光）にし、１７ダイクロイックミラー上で１ポンプ光（Ｐ偏光）と２ストークス光（Ｐ偏光）を同軸に合波するものである。それ以降の動作は実施例１と同じである。ただし実施例では１ポンプ光と２ストークス光は同一偏光なので、実施例１で配置した５偏光子は測定側、参照側ともに不要である。偏光子は直交偏光の偏光を４５度方向に揃えられるが、光パワーが１／√２に減じる。一方実施例２では偏光子が不要なため、光パワーを有効に利用できる効果がある。

【実施例3】

【0035】

測定側と参照側のＣＡＲＳ信号の差分処理を、それぞれの光検出器からの出力信号同士での差分を取ることは知られている。測定側の信号は被測定分子のＣＡＲＳ共鳴信号と非共鳴信号の合算であり、共鳴信号／非共鳴信号＝１／５程度であり出力信号のほとんどが非共鳴信号成分である。このため光検出器のダイナミックレンジが非共鳴信号で占められ、共鳴信号のダイナミックレンジが十分に確保できないという課題がある。この点を改善したものが実施例１、２である。測定側と参照側のＣＡＲＳ光による光電変換素子の光電流自体での差分をおこなえる２１差分検出器を用いるので、これにより光電流時点でＣＡＲＳ非共鳴成分が打ち消され、ＣＡＲＳ共鳴成分のみが光電流として残る。したがって検出器のダイナミックレンジ全てをＣＡＲＳ共鳴信号に振り分けることができる。２１差分検出器からの２２直接差分信号と２３ＣＡＲＳ非共鳴信号は１０３信号処理部において（２２直接差分信号／２３ＣＡＲＳ非共鳴信号）の除算処理により２４直接差分共役補償信号に成形される。これにより差分信号に光検出器のダイナミックレンジがすべて割り振られる。

【実施例3】

【0036】

図１０に実施例３を示す。実施例３は実施例２のダイナミックレンジをさらに広げる機能を付加したものである。ＣＡＲＳ励起のポンプ光パルスとストークス光パルスにおいて、ストークス光パルスに対しポンプ光パルスを遅延させることで、共鳴信号成分の増強を実現ものである。１０１ＯＰＯからの直交偏光の１ポンプ光（Ｓ偏光）と２ストークス光（Ｐ偏光）を１５偏光ビームスプリッターで分離し、１ポンプ光（Ｓ偏光）を１６λ／２板で１ポンプ光（Ｐ偏光）とし、２ストークス光に対し時間遅延を発生させる１０４光遅延部にて、１５偏光ビームスプリッターと１７ダイクロイックミラー間のポンプ光とストークス光の光路長差を調整した後、再び１７ダイクロイックミラーで同軸上に合波する。１ポンプ光（Ｐ偏光）光路内の２５ビーム縮小器は、１ポンプ光（Ｐ偏光）の長光路長伝搬により生じる１７ダイクロイックミラー上での２ストークス光のビーム径との不整合を補正するものである。１７ダイクロイックミラー以降の機能は実施例４と同様である。これにより、遅延ポンプ光パルスの効果により測定側の被測定分子のＣＡＲＳ共鳴信号が増強され、実施例４よりさらにＣＡＲＳ共鳴信号検出のダイナミックレンジが拡大し、最小検出感度が向上する。

【産業上の利用可能性】

【0037】

これらは従来実用性が極めて乏しかったＣＡＲＳに、大きな実用性をもたらし、本来ＣＡＲＳ技術が有する生体内分子計測の特徴を汎用化させる効果がある。

【符号の説明】

【0038】

１ ポンプ光
２ ストークス光
３ 反射鏡
４ ハーフビームスプリッター
５ 偏光子
６ 集光レンズ
７ 試料セル
８ コリメートレンズ
９ 可変ＮＤフィルター
１０ フィルター
１１ 光検出器
１２ Ｇ信号
１３ Ｗ信号
１４ 差分共役補償信号
１５ 偏光ビームスプリッター
１６ λ／２板
１７ ダイクロイックミラー
１８ ハーフミラー
１９ 集光レンズ
２０ 光ファイバー
２１ 差分検出器
２２ 直接差分信号
２３ ＣＡＲＳ非共鳴信号
２４ 直接差分共役補償信号
２５ ビーム縮小器
１０１ 光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）
１０２ 光路長調整部
１０３ 信号処理部
１０４ 光遅延部
同一番号におけるａは測定側、ｂは参照側を示す

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】