HÜBNER Photonics社は、蛍光に埋もれたラマン信号を取り出す手法「SERDS（シフト励起ラマン差分分光法）」と、その光源として新たに開発したデュアルライン785 nmレーザー「Cobolt Skyra」を解説するテクニカルノートを公開しました。波長を0.5 nmだけずらした2本の狭線幅レーザーを1台の筐体に統合したことで、これまで大掛かりな自作光学系が必要だったSERDSを、コンパクトかつ手軽に実現できるようになります。
背景：ラマン分光と蛍光の問題
ラマン分光は、非破壊・非接触で分子を高い特異性と空間分解能で識別できる手法で、医薬品や半導体のプロセスモニタリング、材料科学、バイオメディカル研究などで広く使われています。ラマン散乱の強度は励起波長の4乗に反比例（∝1/λ⁴）するため、信号強度の面では532 nmなどの短い波長が有利です。
一方で、短い波長は試料の電子遷移と重なりやすく、強い蛍光がはるかに弱いラマン信号を覆い隠してしまいます。そのため785 nmなど長めの励起波長を使って蛍光を抑えるのが一般的ですが、その分ラマン信号も弱くなり、SERSやTERSといったプラズモン増強法で補う必要が出てきます。
SERDSの原理：2つの励起波長の差分で蛍光を消す
SERDS（Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy、差分ラマン分光とも呼ばれます）は、わずかに波長の異なる2本のレーザー（一般に0.5〜1 nm差）で試料を励起し、得られた2つのスペクトルの差を取る手法です。ラマンピークは励起波長に追従してシフトしますが、蛍光はこの程度の波長差ではほとんど変化しません。そのため差分を取ると、蛍光バックグラウンドや迷光などの系統的なノイズが打ち消され、差分スペクトルから元のラマンスペクトルを再構成できます。
ただし、光退色（フォトブリーチング）やレーザーの不安定性によって2回の測定の間で蛍光が変化すると、差分スペクトルにアーティファクトが生じます。これまでのSERDS装置の多くは、波長可変レーザーや2台の単一周波数レーザーを組み合わせた自作系で、高価で大型になりがちでした。
SERDS用レーザーに求められる条件
SERDSの性能は励起光源の精度と安定性で決まります。スペクトル分解能を損なわないために線幅とスペクトルドリフトはどちらも1 pm未満が望ましく、モードホップのない真の単一縦モード（SLM）発振が必要です。さらに、0.5〜1 nmの波長差を安定に保つこと、高い出力安定性、単一横モードのビーム品質も、短い測定時間・高い空間分解能・高いS/N比、そして蛍光を確実に打ち消すための条件になります。波長や出力が揺らぐと、差分処理では消せないノイズとして残ってしまいます。
Cobolt Skyra デュアルライン785 nm
こうした条件をまとめて満たすのが、マルチラインレーザープラットフォーム「Cobolt Skyra」の新構成です。周波数安定化した狭線幅レーザー2本（785 nm付近、波長差0.5 nm固定、各100 mW）を、光軸が恒久的にアラインされた1台の筐体に統合しています。出力はフリースペースとファイバー結合から選べます。
各ラインの線幅（FWHM）は0.6 pm未満で、8時間の出力変動は1%未満、30〜50℃でのRMSノイズは2%未満、±2℃でのスペクトルドリフトは1 pm未満です。筐体サイズは134 × 70 × 48 mm。この安定性は、熱機械的に安定化したプラットフォーム上に小型光学部品を高精度で組み立てる独自のHTCure™技術によって実現されています。
まとめ：ポータブルなSERDSへ
Cobolt Skyra デュアルライン785 nmを使えば、蛍光の強い試料からラマンスペクトルを取り出すSERDS装置を、コンパクト・堅牢・低コストに構築できます。狭線幅・高安定・2波長一体という特長により、効率的な蛍光除去と正確な信号再構成が可能になり、現場に持ち出せるポータブルなラマン分析への応用も期待されます。詳細は下記のテクニカルノート（英語・PDF）をご覧ください。
▶ テクニカルノート：SERDS to Silence Fluorescence（PDF）
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