2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of super-resolution dark-spot imaging by manipulation of all parameters of light
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16H05985
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小澤 祐市 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90509126)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | レーザー顕微鏡 / 超解像 / ベクトルビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、3次元ピエゾステージを用いた試料走査型レーザー顕微鏡装置において、波長488 nm光を走査光とし、その光路中に反射型液晶空間光変調器と、透過型液晶空間光変調器を導入した独自の顕微鏡システムを構築した。反射型空間光変調器は、顕微鏡対物レンズの瞳位置とほぼ共役な位置にリレーレンズによって結像し、入射直線偏光に対して任意の位相分布を形成した。また、透過型液晶空間光変調器は、入射直線偏光を径偏光や方位偏光などのベクトルビームに変換する分割波長板素子として機能し、対物レンズ直前に設置した。これにより、任意の位相分布を持つベクトルビームを電気的な制御のみによって生成することが可能となった。
まずは、多重リング状強度分布の強度分布を持つ高次径偏光ビームの生成を試み、開口数1.4の油浸対物レンズで集光した場合の集光特性について検証を行った。具体的には直径100 nmの孤立した金ナノ粒子を焦点近傍で3次元的に走査し、試料からの散乱光を測定することで、焦点での強度分布を測定した。これらの測定により、焦点で形成される強度分布が計算から予測される分布とほぼ一致する結果が得られ、設計通りの光学系が構築されていることが検証された。さらに、光学系にダイクロイックミラーを導入することで、蛍光シグナルに対しても同様にイメージングを行えることを確認した。
本手法では、多重リング状の強度分布を持つ高次横モードのベクトルビームを走査ビームとする。このため、像形成において高次モードを用いたことによるサイドローブの影響を抑制するためには、十分に小さな径の共焦点ピンホールを用いる必要がある。本光学系において、共焦点ピンホール直径が0.4エアリーユニットとした場合に、通常の光電子増倍管を検出器とすることで、直径170 nmの蛍光ビーズに対しても十分なシグナル強度での蛍光イメージングが出来ることが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標は、独自のレーザー顕微鏡光学系において、反射型液晶空間光変調器と透過型液晶空間光変調器を導入することで任意の位相分布を持つベクトルビームを生成し、これを走査光とするイメージング系を構築することであった。実際に本年度に構築したレーザー顕微鏡系において、高開口数の対物レンズ焦点位置でのベクトルビームの強度分布を金ナノ粒子や蛍光ビーズを用いて測定し、設計通りの性能が得られていることを確認しており、本年度の研究進捗状況はおおむね順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度において任意の位相分布を持つベクトルビームを用いたレーザー顕微鏡光学系が構築できたため、これをレーザー顕微鏡における走査光としたイメージング実験を進める。本イメージング手法の原理である差引イメージングでは、微小なダークスポット状強度分布を形成するダークスポット光と、このダークスポット光に対応した強度分布を持つビーム（ブライトスポットビーム）の形成が不可欠である。まず、2次元あるいは3次元での微小ダークスポット状強度分布を形成するベクトルビームの位相および偏光分布の探索を行う。さらに、ダークスポットに対応した強度分布を持つブライトスポットビームの設計と最適化を進める。これらを通じて、レーザー顕微鏡においける従来の空間分解能を大きく向上するイメージング法の実証に取り組む。
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Research Products
(11 results)
