波長可変レーザーを用いた光ファイバー・結合蛍光システムの構築

-目的- 　近接場顕微鏡を用いての蛍光観測を目的とする。 　近接場顕微鏡においてレーザー光からエバネッセント波への変換は光ファイバを加工して製作した光プローブを用いて行なっており、このとき光プローブは資料に励起光を照射する役割と蛍光を読み込む両方の役割を担っている。実際の実験時は同じ光路を往来する励起光と蛍光を光源と検出器へと分ける必要がある。 　このことから光源と検出器の両方を備えた近接場蛍光測定系の構築を行なった。 　また、このときレーザー光の波長を変えることでエバネッセント波の振動数が変わり、それによって近接場蛍光測定において分光と同じ結果が得られる。 　そのため近接場蛍光測定系の光源として波長可変レーザーを組み込むことを試みた。

左図は近接場蛍光測定系の装置配置図で今回青色の波長可変レーザを使用する事を想定してシステムの構築を行なった。 　まず光源からでた光はブルーバイオレット（BV）励起ダイクロイックミラーを用いて反射し近接場顕微鏡の光プローブへと導かれる。 　近接場顕微鏡で検出された蛍光は再び光ファイバを辿り今度はBV励起ダイクロイックミラーを透過して検出器側へと導かれる。 　このとき透過する光は青色よりも長波長側の光となる。

今回用いた波長可変レーザーは外部共振器を備えたものでこれにより自由に波長を変えて取り出すことができる。 　その内部構造は光源のレーザーダイオード（LD）とレンズ、グレーティングで構成されており、LDのレーザー光出力は大きく広がるので、非球面レンズを用いて平行ビームにする。グレーティングによる回折光が丁度LDに戻るような向きにグレーティングを調整し、LDの背面とグレーティングで外部共振器を形成する。 　この時、選択された戻り光によりLDが誘導放出を起こし、選択された波長のレーザー光を放出する。一部はグレーティングで反射されて出て来るのでこれを取り出して近接場顕微鏡に導く。

ここで用いたグレーティングとは多数の細長い刻みを等間隔に並べた物で、回折によって光を分解する。 　グレーティングに平行光線を入射させ、各溝で回折される光波を干渉させることにより特定の波長の光が特定の方向に反射されるようになっている。 　入射角α、反射角β、干渉次数ｎ、溝間距離ｄ、波長λの場合回折光が強め合う条件は、 　　　d(sinα+sinβ)=nλ 　しかし今回使用した装置ではα=βなので、回折光を強め合う条件は、 　　　2dsinα=nλ 　となる。

ダイクロイックミラーとは屈折率の異なる誘電帯膜の多層構造になっているものである。 　今回使用したダイクロイックミラーは波長３００nm〜４４０nmの光を反射するものですあり、このダイクロイックミラーを使用する事により波長可変レーザーから射光された約４２０nmのレーザー光を反射し、それより長波長の近接場顕微鏡から返ってきた蛍光のみを透過させる。このダイクロイックミラーによりポリマービーズからでた蛍光のみをフォトンカウンティングユニットで計測することが出来る。

光源からののレーザー光がクラッド部分に入ってしまうとそこで蛍光が発生してしまい試料の蛍光観測に影響するので、コア部分に効率よくレーザー光を導く必要がある。そこで、ファイバーポジショナーを用いて精確な位置合わせが必要になる。

-展望- 　実際に近接場系光速提携を用いて蛍光測定を行なっていきたい。 　個々のポリマービーズの特性を調べるために光学顕微鏡で観測した場合、全体的に光を当てて観測するため、全てのポリマービーズからの蛍光を同時に観測してしまう。これでは、個々のポリマービーズの特性を調べることは難しい。 　近接場顕微鏡を用いて観測するとその高い解像度により試料を個々に観測する事ができるようになる。