Raman spectroscopy, revealing the resonant vibrational frequencies of molecular species, provides a detail understanding of their species, conformations and dynamics. The combination of Raman spectroscopy and microscopy enables us to visualize samples in situ without staining.
Therefore Raman microscopy is an important analytical tool for life science. Unfortunately, spontaneous Raman scattering is a weak process and difficult to separate from fluorescence.
On the other hand, CARS is a nonlinear scattering process in which light of different frequencies interacts through the third-order susceptibility of the medium. CARS offers significant signal enhancement over spontaneous Raman scattering, and is detected at higher frequencies than the incident field, making it immune to fluorescent background signals. Since CARS microscopy provides Raman spectra and image faster and more clearly, it is one of the most attracting method in nonlinear Raman microspectroscopy.
Until now, experimental setup has been complex, and it has been difficult to measure broad spectral region such as Raman spectra. In addition, Nonresonant background makes spectral analysis difficult.
In my presentation, I introduce a new method for CARS microscopy, using a single femtosecond pulse laser and Michelson interferometer. In this method, the CARS emission as a function of the time delay between only two identical collinear excitation pulses is recorded and then the CARS spectrum is obtained through a simple Fourier transform. Furthermore, windowing out the contribution around zero time delay allows easy removal of the nonresonant background. Finally, I explain a demonstration of the method by imaging polystyrene beads in solvent.
ラマン分光法は分子に固有な振動スペクトルを与えるため、分子種、分子構造とそのダイナミクスについての詳細な知見を得ることができる。このため、ラマン分光と顕微鏡を組み合わせると、蛍光色素などの導入を行うことなく、試料をin situで可視化することできる。
ラマン顕微鏡は生命科学においても重要な分析手段となっているが、ラマン散乱断面積は一般に小さいため、通常用いる自発ラマン散乱では信号強度が微弱で、試料の蛍光との分離が困難になる。
これに対して、CARS は媒体の３次の感受率を通して振動数の異なる光が相互作用する非線形光学過程である。CARSは、微弱なラマン信号を増幅し、入射光より高い振動数の光を検出するので蛍光の影響を受けにくい。そのため、ラマンスペクトルおよびイメージを高速かつ高いコントラスト比で得られるため、非線形ラマン顕微分光法の中で特に注目されている手法の1つである。
しかし、今までは励起光源が複雑になり、自発ラマンスペクトルと同程度の幅広い領域を測定することが困難だった。また、非共鳴バックグラウンドの影響により、スペクトル解析が複雑になるという問題点があった。
そこで本発表では、単一のフェムト秒パルスレーザーとマイケルソン干渉計を用いた、新たなCARS顕微鏡の手法を紹介する。この手法では、２つの同一の励起パルス間の遅延時間の関数としてCARS光を測定し、フーリエ変換により周波数領域のCARSスペクトルを得られる。また、時間原点付近の信号を除くことで非共鳴バックグラウンドを容易に取り除くことができる。最後に、FTCARS法を用いた溶液中でのポリスチレン球のイメージングの結果を紹介する。