CN101031831A - 使用多路传输全息图及偏振操纵从被分析物测量光谱线 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种光学设备，其中使用多路传输全息图来实现波长选择性并使用偏振操纵来利于使光接近法向入射于全息图上。所述偏振操纵使从全息图反射的光能够与入射于全息图上的光分离。在一个应用中，所述设备可用于从自一样本散射的辐射中提取出被分析物的光谱线。

Description

使用多路传输全息图及偏振操纵从被分析物测量光谱线

相关申请案交叉参考

本申请案根据35 U.S.C.§119(e)主张优先于2004年7月22日提出申请的第60/590,413号美国临时专利申请案及2005年7月21日提出申请的美国实用新型专利申请案(其编号还未知)。所有上述专利申请案的标的物均以引用方式全文并入本文中。

技术领域

本发明大体而言涉及根据样本中被分析物所特有的电磁频谱来测量所述被分析物，且更具体而言，涉及借助多路传输的全息图及偏振操纵来进行这种测量。

背景技术

人们已作出诸多努力来创造一种用于对生物有机体内的重要物质进行非侵害性测量的恰当设备。此种测量能力的重要性不仅缘于需要在不扰乱系统的情况下观测这些有机体中的生物化学反应、而且还是为了在非常希望比届时需要刺穿皮肤的实际频度更频繁地测量患者的葡萄糖值的情况下帮助控制例如糖尿病等慢性病。

人们已提出使用光谱学来进行此种测量。光谱仪设计中的一重要考虑因素是设备在一既定分辨率情况下的视场。具体而言，通常较佳使用一大的检测器以便对一更大的样本体积进行成像。然而，通常不希望成比例地增大聚光光学器件的直径。因此，通常希望使视场为聚光光学器件的直径的一尽可能大的分率。

第5,768,040号美国专利提出一种光谱仪布局，其作为一复合物具有一宽的视场。所述设备由多个光谱仪构成，其中每一光谱仪均基于球形凸面全息衍射光栅及相关联的反射光学器件。整个设备的成本由这些光谱仪的许多倍构成且对于许多应用而言价格过高。另外，此种设备的大小将使其无法用于可用空间有限的情形。一种其中可在相同的可用空间中有效地将多个光谱仪多路传输且成本不会随视场而显著地按比例放大的解决方案将更为可取。

可有利地使用多路传输于单个记录媒体中的多个反射全息图来将被分析物的每一有用的光谱线反射至单个检测器或多个检测器。然而，当光学系统的极限孔径变成聚光透镜或聚光镜的直径的一相当大的分率时，全息图将不可避免地受到分布于一角度范围内的光而非完全准直光的照射。然而，全息图具有有限的接收角—其在该接收角内具有恰当的衍射效率。因此，要会聚的光量将通常随全息图的接收角按正比例增大。可在使用更大直径光学器件为代价的情况下减小角度范围，但会对成本及大小产生不利影响。使全息图具有大的视场可消除使用更大光学器件这一需要，或者在给定光学器件大小的情况下，可增大所会聚的光的量。可易于证明，对于平面全息图而言，在相对于构成全息图的条纹以接近法向入射进行照射的情况下，视场最大。然而，可能非常难以相对于所述表面以接近90°对反射全息图进行照射，因为反射光将随后大体沿与照射光相同的路径返回且可能难以分离这两个光束。

另外，人们通过实验已发现，某些散射过程可产生显著偏振的散射光。如果散射光基本上未偏离于其原始方向，即使在穿过一混浊媒介(例如人体组织)之后，偏振也可很好地得到保持。例如拉曼(Raman)散射等非弹性散射可提供含有所关心的各种被分析物的特征光谱标记图的散射光谱。人们已发现，如果自混浊样本内的一不过大的深度会聚拉曼散射辐射，则散射辐射是高度偏振的。

物质因吸收激发性激光波长而受到激发所产生的荧光通常是主要的噪声源。通常发现，荧光只是出现弱偏振，但其幅值可为大于拉曼信号的数量级。如果需要得到被分析物浓度的定量估计值，则希望设想出一种用于自拉曼信号中减去荧光信号的准确方法。另外，为提高信噪比，希望相对于拉曼信号优先衰减荧光。因此，希望找到一种方法来充分利用在某些有利情况下出现的散射信号的优先偏振，以提高信噪比并准确地分离出干扰性非偏振辐射。

使用例如衍射光栅等色散性元件的光谱方法存在若干缺点。例如，许多这些方法无法将一被分析物的两条或更多条光谱线多路传输至单个检测器上以便使信号增大。使用级联的二向色性透射滤光器的技术具有相同的缺陷。此外，这两种技术均未将这两个偏振分离以便在此后进行相减。应使用具有与应用于第一偏振的光谱特性大体相同的光谱特性的滤光器对与所需信号的偏振正交偏振的光进行光谱过滤，因为否则减去这两个信号便无法准确地分离出噪声。

最后，常常希望观测一种或多种其他被分析物的光谱线，以便准确地确定第一被分析物的绝对浓度。当存在具有可在一个或多个波长处与被分析物的光谱重叠的混杂光谱的物质时，尤其如此。然而，每一种混杂的物质均可具有一条或多条不同于被分析物的光谱线的独特光谱线。因此，可使用对这些其他线的观测来分离出所述混杂物质的作用。在一种更一般的方法中，可构造一种回归演算法来分离出多种混杂物质的作用。

因此，希望作为另一选择，观察不同于第一被分析物的光谱线的其他光谱线。另一选择为，观测所述被分析物所溶解于的溶剂的光谱线对于确定散射体积中的溶剂量而言非常有用。可使用溶剂体积来确定被分析物的绝对浓度。一般而言，观测许多条光谱线已经需要使用一线性检测器阵列构建一摄谱仪来观测整个光谱。当需要使用一大的检测器阵列时，此可能颇为昂贵。此外，多个检测器的暗电流噪声是加性的。因此，与一较小的阵列或单个检测器相比，大的阵列可能具有差的信噪比。

因此，需要提供改良的光谱方法，例如可用于根据被分析物的光谱线来检测被分析物的光谱方法。

发明内容

本发明即解决这些及其他限制条件，其提供一种其中使用多路传输全息图来获得波长选择性并使用偏振操纵来利于使光接近法向入射于全息图上的光学设备。所述偏振操纵能够使自所述全息图反射的光自入射于所述全息图上的光分离。法向入射的一好处是使全息图具有一扩展角度的视场。所述扩展的视场允许在光学会聚系统内使用更小的聚光光学器件及/或更大的孔径。可使用更大的孔径来增大被成像的散射体积的大小，从而增大由所关心的被分析物所产生的信号。

在本发明的一个方面中，一对偏振敏感的组合件按照偏振来分离入射光。例如，一偏振光束分离器可将入射光分离成正交的线性偏振。所述经偏振分离的光入射于一个或多个全息组合件上。所述全息组合件包含用于反射所选波长带内的光的全息图；其他光则被透射。例如，可根据所要检测的被分析物的光谱线来选择所述波长带。反射光通过所述偏振敏感的组合件自入射光分离，从而能够法向入射于所述多路传输的全息图上。

所述设备还可包括一个或多个经定位以接收所述反射光的检测器。可将不同的偏振及/或波长带路由至不同的检测器。在一实施例中，由单个检测器接收所有偏振及所有波长带。在另一实施例中，则对所述波长带进行划分。某些波长带由一个检测器接收到，其他波长带由一第二检测器接收到，依此类推。这可通过使对应的全息图以不同的角度定向来实现。在另一实施例中，由不同的检测器接收不同的偏振。也可实行这些实施方式的组合。

例如，如果所需的散射信号在一个方向上显著偏振，则可使用自正交偏振产生的信号来减去自大致存在于这两个偏振中的意外辐射源产生的噪声。这些意外辐射源可包括来自生物样本的荧光。在一实施方案中，在一个检测器处接收到包含来自被分析物的散射信号的偏振，且在一单独的检测器处接收到正交的偏振(大多为噪声，带有较低的到不带有被分析物散射信号)。可随后处理这两个检测器信号，以从包含来自被分析物的散射信号的信号中移除噪声。在该实例中，希望使这两个偏振在传播过所述系统时经受相同的衰减。在一种设计中，对这两个偏振使用同一全息组合件。一个偏振入射于正面上，另一个偏振则入射于背面上。通过此种方式，这两个偏振将经历相同的全息衍射效率、视场等等。

在一特定设计中，通过使用四分之一波长板来分离入射光束及自所述全息组合件反射的反射光束。所述入射光束的偏振穿过所述四分之一波长板并自线性偏振转变成圆偏振。所述光束随后自多路传输的全息图反射。所述反射光束再次穿过所述四分之一波长板并自圆偏振转变成线性偏振，但与入射光束正交。使用偏振的差别来分离这两个光束。

在本发明的再一方面中，可询问不止一组波长带。不同的全息组合件包含用于构建不同波长带组的多路传输全息图。因此，一个全息组合件可根据一目标被分析物的光谱线来选择波长带，另一全息组合件可根据可存在的某种其他物质的光谱线来选择波长带，且一第三全息组合件可为所述被分析物溶解于其中的溶剂选择波长带。在各种设计中，可将不同的偏振路由至这些全息组合件的不同组合及/或可将反射光路由至不同的检测器组合。所述路由也可随时间而变化(即时分多路传输)。

在一种设计中，将所有反射光路由至单个检测器，但由主动式偏振旋转器改变使用哪些全息组合件，从而改变反射光的波长成分。在一种应用中，在两种状态之间切换一主动式偏振旋转器。在一种状态中，将被分析物波长路由至一检测器。在另一种状态中，将被分析物波长加上其他波长(例如与被分析物信号局部重叠的混杂物质的波长)路由至检测器。通过比较这两个信号，便可确定被分析物及/或另一物质的强度。

在本发明的另一个方面中，使用若干可级联的级以模块方式设计所述系统。级的基本设计是模块式的，从而能够添加额外的级。因此，一个级可设计成检测第一组波长带，但可添加额外的级来检测第二组、第三组等波长带。

用于路由来自被分析物的散射信号的波长及偏振的方法同等地适用于将多个波长及偏振自光源(例如激光器)路由至不同的目的地。在任一特定系统中，均可使用类似的技术将源波长及偏振二者路由至不同的目的地及/或将散射波长及偏振路由至不同的检测器。

本发明的其他方面包括对应于上面所述装置及系统的方法及应用。

附图说明

为说明可用以获得本发明上述及其他优点及特征的方式，下文将参照在附图中所图解说明的本发明特定实施例来提供对上面所概述的本发明的更具体说明。在了解这些图式仅绘示本发明的典型实施例且因而不应视为限定本发明范畴的情况下，将借助附图更加具体及详细地说明及解释本发明，附图中：

图1是一根据本发明的装置的方块图；

图2a及2b是图解说明图1中的波长路由器所进行的波长路由的图式；

图3是一根据本发明的光谱装置的图式；

图4是多路传输反射全息图的反射率随波长变化的曲线图；

图5是一显示在建立视场中光学系统的孔径与聚光光学器件的焦距之间关系的图式；

图6显示图3所示光谱设备的一种变化形式，其中将两个大致正交的线性偏振中的入射辐射转向两个不同的检测器；

图7显示图3所示光谱设备的一变化形式，其中使用一共用全息组合件来衍射这两个正交的线性偏振；

图8是另一根据本发明的光谱装置的图式；

图9显示图8所示光谱设备的一变化形式。

具体实施方式

图1是一根据本发明的装置的高层次方块图，其主要显示所述装置内各主要组件的光学功能。在该特定实例中，所述装置包括四个源S1-S4、两个检测器1140A-B、一参考单元1125及快门1120、一样本1135及快门1130、及一波长/偏振路由器1110。

大体而言，所述装置按如下方式工作。源S1-S4产生光，所述光由波长/偏振路由器1110通过各自的快门1120、130路由至参考单元1125及/或样本1135。快门1120、130允许对照明进行时间选通。自参考单元1125及/或样本1135散射的光由路由器1110路由至检测器1140。

图中将源S1-S4显示成具有各种各样的波长及偏振(图1中的波长1-2及偏振1-2)。波长/偏振路由器1110将入射光的一线性组合通过快门1120、130自源S1-S4引导至样本1135及/或引导至参考单元1125。如果I_kj是第k个源在第j个偏振中的强度，则照射参考单元1125的强度I_r及照射样本1135的强度I_s分别表示为：

$I_r=\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{kj}}{I}_{\mathrm{kj}}---\left(1\right)$

$I_s=\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{kj}}{I}_{\mathrm{kj}}---\left(2\right)$

其中0≤A_kj≤1，0≤B_kj≤1，且A_kj+B_kj≤1，且W是源的总数量。波长/偏振路由器1110执行入射光至不同输出端的无源功率划分。系数A_kj及B_kj描述在两个正交偏振之一(j＝1或2)中在波长k处进行的功率划分。可通过将波长/偏振路由器1110设计成使恰当的系数标称等于1或0来选取特定功能，以将一既定波长及/或偏振基本上全部路由至参考单元1125及/或样本1135。

图2a是一以图画形式显示波长/偏振路由的图式。左手侧上的四个箭头代表由这四个源S1-S4所产生的光。每一箭头均代表波长与偏振的一特定组合。每一自一个源至一目的地(参考单元1125或样本1135)的路径均代表每一输入波长及偏振的转向恰当目的地的一预定分率。来自源S1、S2及S4的光由路由器1110路由至参考单元1125。来自源S2及S3的光由路由器1110路由至样本1135。在该图式中，每一目的地也由箭头表示；对于各目的地而言，箭头数量并不打算具有特定的含意。箭头数量也不打算隐含着关于光束的实体位置或方向的特性。例如，单个箭头未必对应于单个实体位置或单个入射角。对应的光可包含于照射单个位置的单个光束中、或者照射不同位置及/或以不同角度入射的若干个分离的光束中。另外，来自一个源的光也可包含于多个光束中。

当来自路由器1110的光照射参考单元1125或样本1135时，会产生一散射信号。所述信号通常由来自参考单元1125或样本1135内各种物质的许多光谱线组成。产生该等光谱线的过程包括但不限于拉曼(Raman)散射、二次谐波的产生、三次谐波的产生、四波混合及荧光。这些过程中的任何一种均可产生一为所要测量的被分析物所特有的光谱。来自一个源的每一入射波长均可通过上述过程中的一种或几种过程产生大量散射波长。

以拉曼散射作为一特别适用的实例，每一入射波长均将以由入射频率与物质的特有拉曼频率之差所给出的频率产生散射波长。该过程称作斯托克斯-拉曼散射(StokesRaman scattering)。还出现和频产生且此称作反斯托克斯-拉曼散射(Anti-Stokes Ramanscattering)。

在下文中，使用斯托克斯过程来图解说明该装置的功能，但并非仅限于斯托克斯过程。如果在样本1135上有N个入射波长且有L个特有拉曼频率，则散射信号将含有N×L＝P个拉曼散射波长。每一此种波长均可路由至M个检测器中的任一个。如同自源至参考单元/样本的路由一样，自参考单元/样本至检测器的路由是一般性的并可由如下方程式表示：

$I_d=\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{dkj}}{P}_{\mathrm{kj}}---\left(3\right)$

其中I_d是入射于第d个检测器上的总功率，P_kj是在第j个偏振中第k个散射波长的散射功率，且C_dkj是第k个波长及第j个偏振的功率中由路由器1110转向至第d个检测器的分率。在不存在光学放大的情况下，能量守恒定量要求任一单独散射波长的系数C_dkj均遵循如下不等式：

$\underset{d=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{dkj}}\≤1---\left(4\right)$

且其中对于所有的k值及j值，C_dkj≥0。

在图2b中显示路由器1110相对于来自样本1135的散射波长的函数，其中每一路径均代表一既定散射波长中转向一既定检测器的分率。在本实例中假定在样本中存在三条感兴趣的拉曼线且照射光处于两种不同的波长且在每一波长上处于两个不同的偏振中。因此，总共有2×2×3＝12个来自所述样本的散射拉曼信号。右手侧上的每一箭头均代表在其中一个散射偏振中的其中一个散射波长。假定在参考单元中存在一条感兴趣的拉曼线。因此，存在四个来自参考单元的散射拉曼信号。

在许多应用中，较佳使路由方案为一无阻塞架构。以一既定波长且在一既定偏振中转向一特定目的地的光的分率大致与以任一其他波长及任一其他偏振转向转向的光或转向至任一其他目的地的光的分率无关(当然，其遵守能量守恒定量)。在数学上，这意味着无需使不同k及j值的系数C_dkj相关联。类似地，无需使系数A_kj相关联且无需使系数B_kj相关联。在许多应用中，还较佳使所述架构允许进行广播，此可定义为将一既定波长及偏振的一分率转向不止一个目的地。所得到的架构因此较佳可为一具有广播能力的完全大体线性无阻塞无源网络。

在同在申请中的第10/923,264号美国专利申请案“使用一波长路由器根据电磁频谱测量被分析物(Measuring Analytes from an Electromagnetic Spectrum Using aWavelength Router)”中在波长路由上下文中给出了关于一类似装置的工作及特征的更多细节，该美国专利申请案由Jan Lipson于2004年8月20日提出申请，其全文以引用方式并入本文中。下面的图3-9给出了关于各种用于路由源及信号波长及偏振的实施例更多细节。

所提供的各个实施例实质利用了对偏振的操纵。一般而言，不需要在相差180°的线性偏振之间进行区分，因为所述设备对如此不同的偏振的操作不存在物理差别。一般而言，可在一特定方向上或在一距第一方向180°的方向上概略地显示偏振，且这两种图式是等价的。类似地，左手与右手圆偏振辐射之间的区别对于所述设备的发挥功能而言也不重要。双折射单轴晶体(例如方解石或石英)的工作可使得自两个线性偏振之一构造两个圆偏振之一，且取决于这些晶体是正性还是负性的。只要使此种选项恒定不变，其并不影响所述设备的功能。

在下面的许多图式中，将显示各种光束的传播方向与偏振二者。通常将传播方向显示为一实线箭头。一在两端上均具有箭头的实线通常指示两个光束：其中一个光束在一个方向上传播，而另一光束则在相反方向上传播(例如当自一全息图或镜发生法向入射反射时即可为此种情形)。线性偏振如果处于纸平面中则通常显示为一虚线箭头，且如果与纸平面正交则通常显示为一个圆。圆偏振通常由一不带x的圆来显示。

图3为一个实施例的图式，其图解说明将波长自一样本(未显示)路由至一检测器100。透镜20对来自样本的散射光5进行成像。散射光5可在两个正交的偏振中均包含相当大的辐射量，如由虚线箭头5B及带有x的圆5A所示。对应的实线箭头指示散射光正在图中自左侧传播至右侧。

图中显示光5已起源于一孔径10。所述孔径无需位于所示位置，且无需为一物理孔径。一般而言，所述孔径是由限制由光学系统进行成像的散射体积大小的光学元件来界定。并非一物理开孔的此种可能的极限孔径的一实例将是一其直径对于确定在所述检测器上成像的散射体积大小而言是一限制因素的检测器。

一偏振光束分离器30将这两个正交的线性偏振引导至不同的方向-在图中显示为光束32A及32B。这两束分离的线性偏振光32A及32B分别穿过四分之一波长板60及70，此将线性偏振变换成圆偏振，如符号62A及62B所示。全息组合件50及80-其分别包含若干个多路传输的反射全息图-大致在相反方向上反射所选波长带的光(如由符号62A及62B中的返回箭头所表示)。

在第二次穿过所述四分之一波长板之后，偏振自圆偏振转换成线性偏振，此在图中显示为符号64A及64B。然而，反射光束64A及64B的线性偏振分别与原始光束32A及32B的偏振正交。当入射于偏振光束分离器30上时，入射光束64A作为光束66A穿过，且入射光束64B作为光束66B穿过。

应注意，尽管多路传输全息图50及80将光束沿相同的路径反射回、从而允许法向入射于全息图上，然而偏振操纵使输出光束66不沿与入射光束5相同的路径传播。在图3中，将输入光束5与输出光束66之间的角度差显示为大致90°。然而，例如通过相对于传播方向选取偏振光束分离器30的一不同的角度定向，也可得到其他角度。光束66A及66B具有正交的偏振，但由于偏振光束分离器30的操作而沿同一方向传播。透镜90将合成光66聚焦至检测器100上。

例如50及80等全息组合件的操作图解说明于图4中，该图定性地显示这些全息组合件的反射率随波长变化的功能形式。每一全息组合件均包含若干个多路传输的反射全息图，每一全息图均具有一反射带。每一反射带均经优选选择以对应于所关心被分析物的一适用的光谱线。所述反射带的宽度优先选择成与被分析物的光谱线近似相同。反射率的值优选选择成接近100％。关于多路传输全息图的操作及构造的更多细节特别阐述于第10/923,264号待决美国专利申请案“使用一波长路由器根据电磁频谱测量被分析物(Measuring Analytes from an Electromagnetic Spectrum Using aWavelength Router)”的图3、4及6中以及对应文本中，该美国专利申请案由Jan Lipson于2004年8月20日提出申请，其内容以引用方式并入本文中。

通常希望增大多路传输全息图的视场。当通过大小有限的准直光学器件会聚来自散射体积的光时，将存在一标称准直光的角度分布。该情形绘示于图5中，其中一直径为A的孔径界定散射体积的横向尺寸。透镜20使发源于所述孔径内各个点的光变准直。最大角度偏差Δθ近似表示为：

Δθ＝A/2f                                                        (5)

其中f是准直透镜的焦距。为使大致所有发源于所述孔径中的光衍射，全息图应具有一大于Δθ的角度视场。如果视场较大，则根据方程式(5)可见，所述孔径可较大。可会聚的信号量将随系统极限孔径的大小按正比例增大。或者，焦距可较小。对于一自一固定立体角进行聚光的透镜而言，透镜的直径将随焦距按比例增大。相应地，一小焦距透镜将具有较小的直径。光学器件的成本随大小急剧变化。因此，减小聚光光学器件的直径可特别重要。此外，某些应用受到空间限制，例如当必须将一非侵害性诊断仪器配戴在身体上时。在这些应用中，光学器件的尺寸也特别重要。

对于全息图而言，可通过将布拉格(Bragg)衍射方程式在角度偏差方面扩展至二阶来获得视场δ-其定义为相对于使衍射效率将变为0的最佳角度的角度偏差，其结果如下：

$\frac{\mathrm{\Δ\λ}}{{\mathrm{\λ}}_a}=\cot \mathrm{\θd\θ}-\frac{1}{2}d{\mathrm{\θ}}^2---\left(6\right)$

其中θ是入射光与全息图条纹所成的夹角，dθ是相对于标称值的角度偏差，且Δλ是相对于使衍射效率变为0的最佳波长λ_a的波长偏差。因此，在角度接近90°、使方程式(6)中的线性项变为0时，视场最大。因此可见，图3中所示的设备适用于增大全息图的视场，因为易于实现法向入射、且回射光在空间上自入射光束分离从而便于检测。

对以830nm为中心且带宽为2nm的全息图实施的仿真显示，可在一近似1nm的重叠光谱区域情况下获得一半角近似为3°视场，其中对于0°及3°两个入射角，衍射效率均大于80％。在该实例中，全息图为1000μm厚。条纹的最大折射率差为0.003。本底折射率在媒介的整个厚度上线性变化0.003。

在图6中显示一种适用于分别监测两个正交偏振中的信号的实例性设计。所述设备与图3所述设备相同，只是已增加了偏振光束分离器40、透镜85及检测器95。在此种配置中，一个偏振66A穿过偏振光束分离器40而产生光束68A，光束68A如前面一样由检测器100会聚。另一偏振66B则反射为光束68B，其由透镜85及检测器95单独会聚。因此，在所关心的波长带内，入射光的偏振分量5A路由至检测器100且偏振分量5B路由至检测器95。

作为多路传输全息图的操作的结果，在这两个正交偏振中的每一个中对散射光的光谱进行取样。在某些应用中，需要测量的信号主要在一个方向上偏振且将基本上由这两个检测器95、100之一来检测。在一较佳实施例中，将多路传输全息图50与80选择成基本相同。在这两个偏振中均存在噪声且因此将由这两个检测器加以检测。如果噪声完全不偏振而所述信号完全偏振，则将自检测器95及100产生的信号相减便会自所述信号中分离出噪声。在该理想实例中，也假定对这两个偏振起作用的所有光学器件均以相同的效率发挥作用且各检测器具有相同的响应性。

在实际中，噪声可能并非完全不偏振。在对人类皮肤的偏振特性的测量中，已发现，荧光噪声以近似47％至53％的比率在这两个偏振之间划分。在使用图6所示设备时，如同可确定所述设备对于这两个偏振的光-电传送特性那样，也可确定所要测量的样本类别的该比率。通过使用所述传送特性与噪声偏振的已知比率二者，可在相减之前在自检测器95与100所产生的信号之间引入一换算因数。所述换算因数优先地经计算以使得：如果仅存在噪声，则除了被减去信号中仍将产生噪声的不可约的方差外，来自一个检测器的经换算信号与来自另一检测器的实际信号之差将标称为0。此种选择将使得在存在信号时使相减后的噪声得到明显消除，这是一重要的优点。可通过电路、软件或其他类型的传统逻辑来实现对这两个检测器信号的处理。

如前面所述，在图6所示设计中，较佳使多路传输全息图50与80相同。一个原因在于，对噪声的准确相减取决于使这两个偏振经受优先相同的光谱过滤。倘若噪声与信号相比非常大，则每一偏振所遇到的全息图的光谱过滤特性的小的偏差可在相减后的信号估计中造成大的误差。为缓解此种情形，较佳以两个正交偏振来照射单组全息图，同时保持使这两个偏振在空间上分离。

一种使用此种方法的替代光学布局显示于图7中，其中一个偏振自正面照射多路传输全息图，而正交的偏振则自背面照射多路传输的全息图。这是借助镜210及220与偏振光束分离器230相结合来实现的，所有这些器件均配置成使一个偏振转向以便自与正交偏振的方向相反的方向入射于多路传输全息图80上。四分之一波长板190与全息组合件80的组合会实现与四分之一波长板70与全息组合件80的组合相同的功能。当自正面或背面照射时，多路传输全息图80的功能将实质上相同。因此，为这两个正交偏振形成相同的光学传递函数以便更准确地相减的较佳目标得以实现。

更详细地说，以与图3中所示相同的方式路由偏振分量5B。光束5B穿过光束分离器30，从而得到光束32B。光束32B穿过波长板70，自全息组合件80反射并向回穿过波长板70，从而得到光束64B。光束64B自光束分离器30反射，从而形成光束66B，光束66B经透镜90及检测器100会聚。

偏振分量5A则以不同的方式路由，以照射全息组合件80(而非如在图3中一样照射一不同的全息组合件50)的对置侧。反射光束32A由镜210及220路由至偏振光束分离器230。该入射光束由光束分离器230朝多路传输全息图80的背面反射(光束72A)。该光束72A传播过波长板190，自全息组合件80反射并向回穿过波长板190，从而得到光束74B。光束74B相对于光束72A正交地偏振，因此其穿过偏振光束分离器230(光束76B)并经透镜240及检测器250会聚。

对于自大的本底荧光中分离出拉曼(Raman)信号的特定情形而言，较佳以具有宽度处于10-100cm^-1范围内的反射带的反射全息图来制造多路传输全息图。在一较佳实施例中，通过使通带宽度与所测量的线的实际光谱宽度相匹配且具有适当的公差容限来选择通带宽度。尤其对于拉曼光谱学而言，希望设计出对于用于形成散射的激光波长具有高的带外抑制的全息图。这是因为拉曼散射是一种产生小信号的微弱过程，且来自激光器的杂散光可能较大。通过恰当的设计可实现50dB的抑制。在设计光学系统时，对于具有适用于上面所界定的拉曼光谱学的光谱特性的全息图而言，将全息图的视场规划成处于0.01至0.07弧度范围内是切实可行的。使用例如在如下参考文献中所述的传统工具，可容易地对所述视场及其他相关的性能特性进行建模：T.Jannson等人所著的“Lipmann-Bragg全息镜(Lipmann-Bragg Holographic Mirrors)”，Journal ofthe Optical Society of America，第8卷，第201页(1991年1月)。对检测器的恰当选择取决于正使用光谱的哪一部分，且还取决于灵敏度需要。对于源于约800nm的激光散射的拉曼光谱，适于选取硅光电二极管或硅检测器，例如CCD阵列中的硅光电二极管或硅检测器。

四分之一波长板较佳自晶体石英获得，且较佳在两面上均涂覆减反射层(AR)。还应类似地对透镜进行涂覆。偏振光束分离器则自二向色性多层涂层方便地获得。上面未沉积偏振光束分离涂层的表面较佳也进行AR涂覆。

图3-7中的装置具有许多共同之处。例如，其均包含某种通过偏振来分离入射光并随后根据需要来操纵偏振以获得所需路由的偏振敏感组合件。在图3中，这是通过元件30、60及70来实现；在图6中，通过元件30、60、70及90来实现；且在图7中，主要通过元件30、70、190及230来实现。在所有三个图中，入射光的入口均处于透镜20的右侧；出口是出射光离开所述偏振敏感组合件以便由检测器会聚之处。另外，在所有这些系统中，均通过一包含多路传输全息图的全息组合件来实现波长选择性，且在已通过偏振将入射光分离后进行波长选择。遵循这些原理的其他设计也将显而易见。

在许多光谱应用中，希望测量多种物质的光谱线。具体而言，在样本中常常存在其光谱与所要测量的目标被分析物的某些光谱线大致重叠的物质。为准确地测量所关心的被分析物，较佳正确地减去这些混杂光谱。在许多情形中，可找到每一种混杂物质的一条或多条不与目标被分析物的光谱线重叠的光谱线。这些线的幅值由此提供混杂物质的浓度量度并可允许在与目标被分析物重叠的每一波长处准确地减去该物质的光谱。可根据回归来开发一种更一般的演算法，其中通过查找每一物质的在相加时与所述数据最佳地匹配的浓度来得到对所观测光谱的最佳拟合。另一选择为，可根据一包含一独立测量浓度范围的训练集合来使用逆方法，例如主分量回归或偏最小乘方回归。与仅使用被分析物的光谱不同，这些技术通常需要额外的光谱数据。

另外，一相关的问题是在并不准确地知晓所测量的样本体积时查找被分析物的绝对浓度。在某些情形中，如果被分析物具有一主溶剂，则测量所述溶剂的光谱便可足够。被分析物与溶剂的光谱值的比率以及基于不同散射截面的适当缩放比例可足以获得被分析物的绝对浓度。然而，同样需要使用额外的光谱数据-在此种情形中是溶剂的光谱数据。

图8及9显示包含主动式偏振旋转器的装置。所述主动式偏振旋转器在两种不同模式之间切换所述装置。在一种模式中，检测所选波长带中的信号。在另一种模式中，检测这些波长带中的信号加上其他波长带中的信号。在下面的各实例中，将始终存在的波长带称作永久波长带并将其他波长带称作辅助波长带。

在一种应用中，所述永久波长带是基于目标被分析物的光谱线，且所述辅助波长带是基于某种其他物质的光谱线(例如其他物质的混杂光谱或者溶剂的光谱)。通过将在装置的两种可能状态中获得的信号相减，便可获得不同于被分析物的光谱线的总和光谱。如果颠倒被分析物与另一物质的角色，则可获得被分析物的总和光谱。

参见图8，元件50及80是包含多路传输全息图的全息组合件。所述多路传输全息图的反射带决定永久波长带。元件290是另一包含多路传输全息图的全息组合件，其反射带决定辅助波长带。元件260是主动式偏振旋转器。

在下面的各实例中，较佳将主动式偏振旋转器260选择成一具有一体式四分之一波长板的液晶可变延迟器，并可作为一组合件获得。法拉第旋转器410较佳为一处于强磁场中的磁-光晶体，或者如果是闩锁材料，则具有一内置磁场。YIG及石榴石膜即为适当的选项。石榴石膜可按闩锁形式获得而无需使用磁铁，但并非对可能的感兴趣的所有波长均透明。如果不希望使用石榴石膜，则通常适合使用YIG。

在图式中，短划线形式的偏振符号表示永久波长带中的分量。长划线形式的偏振符号则表示辅助波长带中的分量。例如，永久波长与辅助波长的入射光可能均不偏振。永久波长带中的正交偏振分量由5A及5B表示。辅助波长带中的正交偏振分量由105A及105B表不。

对于永久波长带而言，图8所示装置的操作与图3所示装置相同。元件30、50、60、70、80、90及100的物理结构与图3中的相同。具有偏振5A的永久波长带中的入射光按如下方式路由至检测器100：自光束分离器30反射，穿过四分之一波长板60、自全息组合件50反射，向回穿过四分之一波长板60(但具有正交的偏振)，并穿过光束分离器30到达检测器100。具有偏振5B的永久波长带中的入射光则按如下方式路由至检测器100：穿过光束分离器30，穿过四分之一波长板70、自全息组合件80反射，向回穿过四分之一波长板70(但具有正交的偏振)，并穿过光束分离器30到达检测器100。

所述装置的其余部分用于处理辅助波长带105。当主动式偏振旋转器断开(即无偏振旋转)时，偏振105B路由至全息组合件290，由全息组合件290选择性地反射辅助波长带。反射光随后路由至检测器100。当主动式偏振旋转器接通(即无偏振旋转)时，分量105B路由至一光束收集器330。在该实例中，分量105A始终路由至光束收集器330。

自偏振105B开始，该分量的传播将与偏振5B相同，直至其到达全息组合件80为止。多路传输全息图80反射永久信号5B，但使辅助信号105B作为光束182B通过。四分之三波长板255恢复原始的线性偏振184B。主动式偏振旋转器260使偏振保持不变186B，或者当接通时，如286B所示使偏振旋转90°。在该实施例中，主动式偏振旋转器260的接通状态使光286B自偏振光束分离器270反射。然后，光288B收集入光束收集器330内。

当主动式偏振旋转器260处于断开状态时，装置270传递光186B。该光188B穿过四分之一波长板280。辅助波长带中的光自多路传输反射全息图290反射并向回穿过四分之一波长板280。所得到的光192B相对于光束188B正交偏振。该光192B受到偏振光束分离器270反射。其194B受到镜300反射并穿过四分之一波长板310，由四分之一波长板310将偏振变换成圆偏振196B。在自镜320反射并穿过全息组合件50之后，四分之一波长板60使圆偏振恢复至线性偏振198B，其方向与镜300处的光194B的偏振正交。偏振光束分离器30传递该光，由透镜90将该光与来自永久波长带的两个偏振的辐射一起聚焦至检测器100。

为简化图解说明起见，在本实例中未使用偏振105A。该分量路由至全息组合件50(与分量5A相同)。全息组合件50传递该分量。四分之一波长板60将该偏振自圆偏振转变成线性偏振172A。光束分离器270将光传递至光束收集器330。

因此，当偏振旋转器260处于接通状态时，仅永久波长带5被路由至检测器100。也就是说，所述设备中用于辅助波长带的部分未被启动。当偏振旋转器260处于断开状态时，所述设备中用于辅助波长带的部分被启动且永久波长带5与辅助波长带105B的所述一个偏振二者均被路由至检测器100。因此，如果将在接通状态中获得的信号从在断开状态中获得的信号中减去，便会获得一差值信号，所述差值信号是辅助波长带中一个偏振的各波长分量之和。如果根据一目标被分析物的光谱线来选择永久波长带并根据某种其他物质的其他光谱线来选择辅助波长带，则所述差将为该另一种物质的量度。如果断开状态与接通状态的测量时间不同，则可在相减之前引入一换算因数，其为这两个测量时间之比。也可使用其他换算因数来补偿这两次测量中的其他差别。

通过检查图8，许多变化形式将显而易见。图9即显示一种变体。对于分量105B而言，从左到右按顺序以如下元件来取代图8中的四分之三波长板255：四分之一波长板400；不可逆偏振旋转器(例如法拉第旋转器)410，其使偏振旋转45°；及半波长板420，其经定向以使偏振旋转45°。除去了图8中的四分之一波长板280。

所述装置按如下方式工作。四分之一波长板400将圆偏振的光182B转变成线性偏振的光952B，其正交于紧靠元件70左侧所观测到的该光的偏振。法拉第旋转器410使所述偏振旋转45°(符号954B)。半波长板420使从左向右传播的光的偏振旋转另外45°，从而得到光束956B。当装置260接通时，其使偏振旋转且所得到的光自光束分离器270反射至光束收集器330。

当装置260断开时，光956B穿过270且受到全息图290反射，从而向回再次穿过装置260，装置260在处于断开位置时使偏振保持不变962B。装置420使从右向左传播的光的偏振旋转-45°，这是因为其为一可逆装置。然而，装置410作为一非可逆装置，使偏振旋转+45°。因此，对于从右向左传播的光，来自420及410的旋转相抵消，如由与962B具有相同偏振的符号964B所示。穿过四分之一波长板400及70会使偏振旋转90°，且多路传输反射全息图80对该辐射透明。光966B现在与来自5B的对应分量具有相同的偏振及方向。偏振光束分离器30将该辐射引导至透镜90并由此引导至检测器100。

在此种型式中，分量105A路由至一直接位于全息组合件50后面的光束收集器430。之所以可如此路由，是因为已将所述装置修改成使分量105B经过全息组合件80路由回至检测器100，而非如在图8中一样通过全息组合件50路由。

图8及9所示的构造可分别具有多种其他变体。例如，在图9中，可实质上在装置50下面复制装置80右侧的“臂”，以便能够观测辅助波长入射光的两个偏振105A及105B。在该实施例中，所有四个入射分量(5A，5B，105A，105B)均将路由至单个检测器100。在替代实施例中，可将不同的分量(或各分量的组合)路由至不同的检测器，从而能够比较及/或组合各个信号。此种形式的一种有用的变化形式是对从偏振光束分离器30产生的这两个辅助臂(即全息组合件80左侧的臂及在全息组合件50下面所增加的臂)使用具有不同反射带的全息组合件。这允许使用两个不同的辅助波长带，此可提供用于分离出混杂光谱或用于校准的额外重要数据。

也可通过复制260、270及290的结构、但对每一全息组合件使用不同的反射带来将图9中的架构扩展至多个辅助波长带。将260、270及290的每一组合视为一平台。图9因而具有单个平台。现在使用一具有不同反射带的第二平台来取代光束收集器330。如果平台1中的偏振旋转器260处于断开状态，则光路由至平台1的全息组合件290且平台1的辅助带得到构建。而如果平台1中的偏振旋转器260处于接通状态，则光路由至平台2。如果平台2中的偏振旋转器260处于断开状态，则光路由至平台2的全息组合件290且平台2的辅助带将得到构建。如果平台2中的偏振旋转器260处于接通状态，则光可路由至一平台3，依此类推。所得到的装置可用于在时分多路传输基础上对不同的辅助带进行取样(即由同一检测器在不同时刻对不同的辅助带进行取样)。

类似地，图3所示的基本设计也可进行级联以执行空间多路传输(即由不同的检测器对不同的带进行取样)。全息组合件80传递该全息组合件的反射带以外的波长。此可视为入射光(具有已知的偏振)且图3所示的基本结构可进行级联以同时使用具有不同反射带的全息组合件来对一组不同的波长带进行取样。也可将空间多路传输与时间多路传输方法相结合。

作为一最终实例，再次参见图8及9，可将全息图290与光束收集器330调换，且可在260接通时而非在其断开时照射全息图290。进一步，可转换用于被分析物的全息图及用于干扰物质的全息图的角色。然而，被分析物信号通常处于重要地位，且较佳使被分析物信号穿过最少数量的光学元件。

多路传输反射全息图可为从0至非常接近于1不等的任意衍射效率。因此，可写入一组具有一可表示为如下的光谱的多路传输全息图：

$R\left(\mathrm{\λ}\right)=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i\left({\mathrm{\λ}}_i\right)---\left(7\right)$

其中R(λ)是在波长λ处的反射系数，且D_i(λ_i)是经设计以衍射每一波长的每一全息图的反射系数，且N是需要观测的线的总数量。

在许多情况下，干扰物质均具有一不同于被分析物的光谱线及若干重叠的光谱线。其在所观测到的被分析物波长处的干扰与在不同于被分析物的光谱线处所观测到的信号强度成正比。比例常数是所述物质的一固定特性并可加以测量。因此，通过从所述信号中减去与在干扰物质的不同光谱线处所观测到的光成正比的量，便可从被分析物信号中分离出干扰。如果存在多种干扰物质，则可对每一种干扰物质执行此种运算。所述运算可用数学形式表示如下：

$S_A=S_M-\mathrm{\Σ}{E}_{k}S\left({\mathrm{\λ}}_k\right)---\left(8\right)$

其中S_A是仅由被分析物产生的信号，S_M是测量信号，其是被分析物的各所选光谱线的功率之和，但包含来自其他物质的干扰，S(λ_k)是在已为干扰物质所选的不同于被分析物光谱线的每一条线处观测到的信号，且E_k是比例常数，其使所述不同线中的光谱强度与针对干扰物质为被分析物选择的线中的总和光谱的强度相关。

应注意，在方程式(8)中要减去的项与在方程式(7)中要减去的项具有相同的形式。因此，如果系数D_k按如下关系式与系数E_k相关联：

D_k＝FE_k                                                        (9)

则可通过适当选取每一全息图的衍射效率来直接获得所有干扰物质的作用的经过正确加强的量度。方程式(9)中的总体比例常数F选择成使系数D_k可根据要求始终＜1.0。其是一固定数值，可存储于存储器中并应用于所示的方程式(8)中。应注意，不要求仅为每一干扰物质选择一条光谱线。

也可选取图8或9中的全息组合件290来对应于其中溶解被分析物的溶剂的较佳光谱线。此允许直接测量散射体积中的溶剂量。假如借助一换算因数将溶剂的总和线的总散射截面与被分析物的总散射截面之比考虑在内，这些信号与被分析物信号之比便会得到绝对浓度的正确估计值。

为形成具有不同衍射效率的全息图，在写入系统中改变每一全息图的曝光时间通常即足够。所述关系为理想的线性关系，但如果材料的动态范围是临界范围，则可考虑饱和效应。

作为另一实例，可将具有不同反射波长的全息图设置为不同的角度，以使反射光可成像至一检测器阵列的不同部分上。此使得可获得比以其他方式可获得的光谱信息更详细的光谱信息。

有时将偏振及波长从用于执行散射的源路由至多个目的地也较为有用。还常常希望组合同一波长的两种偏振的功率及/或组合波长，例如当希望通过使用增强的光功率照射目标来获得更高的信号水平、但各单独的源的功率可能小于所需功率时。有时还希望在测量过程期间改变各单独波长及/或偏振所路由到的目的地。根据上文说明显而易见，图3、6、7、8及9所示的任一实施例及其任一变体均可用于路由来自多个源(例如激光器)的多种波长及偏振的辐射。某些实例可包括照射样本上的不止一个目标位置、或者照射一具有所关心被分析物的已知浓度的参考单元。在后一种情形中，散射信号可提供有用的校准信息，从而能够提供一种或多种被分析物的绝对浓度量度。作为一最后的实例，一既定装置可采用这些实施例的组合来将源波长及偏振与散射波长及偏振二者路由至所需的多个目的地。

Claims (49)

1、一种用于路由入射光中所选波长带的设备，其包括：

一用于接收入射光的入口；

一偏振敏感组合件，其经定位以通过偏振来分离所述入射光；

一个或多个全息组合件，其包含多路传输全息图以用于选择性地反射所述经偏振分离的光的所述所选波长带；及

一与所述入口分离的出口，其中所述偏振敏感组合件也经定位以将所述反射光引导至所述出口。

2、如权利要求1所述的设备，其中所述经偏振分离的光入射于所述多路传输全息图上的角度相对于全息条纹处于70-90度范围内。

3、如权利要求1所述的设备，其中所述入射光来自一样本且所述所选波长带是根据所要检测的一种或多种被分析物的光谱线加以选择。

4、如权利要求1所述的设备，其中所述入射光来自一个或多个产生至少两种波长的光发射体。

5、如权利要求3所述的设备，其中所述多路传输全息图中至少一者的半峰全反射带宽介于10与100cm^-1波数之间且位于250-20,000nm光谱范围内。

6、如权利要求3所述的设备，其中所述多路传输全息图中至少一者的半峰半角视场至少为0.01弧度。

7、如权利要求1所述的设备，其进一步包括：

一个或多个检测器，其经定位以接收自所述出口的所述反射光。

8、如权利要求7所述的设备，其中所述检测器由一单个检测器组成。

9、如权利要求7所述的设备，其中所述检测器包括一检测器阵列。

10、如权利要求9所述的设备，其中所述全息组合件中的至少一者包含设置为不同角度的多路传输全息图，以使来自至少两个不同的所选波长带的光反射至所述阵列中的不同检测器。

11、如权利要求7所述的设备，其中所述偏振敏感组合件还根据偏振来重新组合所述反射光，以便对于至少一个波长带，将不同偏振的入射光路由至同一检测器。

12、如权利要求7所述的设备，其中所述偏振敏感组合件不根据偏振来重新组合所述反射光，以便对于至少一个波长带，将正交偏振的入射光路由至两个不同的检测器。

13、如权利要求1所述的设备，其中对于至少一个全息组合件，将一种偏振的入射光路由至所述全息组合件的一侧并将一不同偏振的入射光路由至所述全息组合件的另一侧。

14、如权利要求13所述的设备，其中所述全息组合件由一个全息组合件组成，且所述偏振敏感组合件将一种偏振的入射光路由至所述全息组合件的一侧并将一正交偏振的入射光路由至所述全息组合件的另一侧。

15、如权利要求1所述的设备，其中所述全息组合件由两个全息组合件组成，且所述偏振敏感组合件将一种偏振的入射光路由至一个全息组合件并将一正交偏振的入射光路由至另一全息组合件。

16、如权利要求1所述的设备，其中所述偏振敏感组合件包括：

一偏振光束分离器，其用于将所述入射光分离成具有正交线性偏振的一第一偏振光束及一第二偏振光束；及

对于所述偏振光束中的每一者：一相位延迟板，其接收所述偏振光束并将所述所接收偏振光束的所述线性偏振转变成一圆偏振且将所述圆偏振光束引导至所述全息组合件中的一者，且还接收从所述全息组合件反射回的所述圆偏振光束并将所述圆偏振光束转变成一大致与所述所接收偏振光束的所述线性偏振正交的线性偏振且将所述线性偏振光束引导回至所述偏振光束分离器。

17、如权利要求16所述的设备，其中所述相位延迟板是一四分之一波长板。

18、如权利要求1所述的设备，其进一步包括：

一用于一第二平台的入口，其用于接收由所述全息组合件中的至少一者透射的光；

一个或多个用于所述第二平台的全息组合件，其包含第二多路传输全息图以用于选择性地反射所述所接收光的第二、不同的所选波长带；

一用于所述第二平台的出口，其与用于所述第二平台的所述入口分离；及

一用于所述第二平台的偏振敏感组合件，其经定位以将自所述第二平台的所述入口至所述第二平台的所述全息组合件的所述所接收光路由至所述第二平台的所述出口。

19、一种用于路由入射光中所选波长带的设备，其包括：

一偏振敏感组合件，其经定位以通过偏振来分离入射光；

一个或多个全息组合件，其包含多路传输全息图以用于选择性地反射所述经偏振分离的光的所述所选波长带；及

其中所述偏振敏感组合件也经定位以沿两个或更多个不同方向引导所述反射光，以将不同偏振的入射光路由至不同的方向。

20、如权利要求19所述的设备，其中所述经偏振分离的光入射于所述多路传输全息图上的角度相对于全息条纹处于70-90度范围内。

21、如权利要求19所述的设备，其进一步包括：

两个或更多个检测器，其经定位以接收路由至不同方向的所述反射光。

22、如权利要求21所述的设备，其中所述入射光来自一样本且所述所选波长带是根据所要检测的一种或多种被分析物的光谱线加以选择。

23、如权利要求22所述的设备，其进一步包括：

组合逻辑，其用于组合来自不同偏振的入射光所路由至的所述不同检测器的检测器信号。

24、如权利要求22所述的设备，其进一步包括：

组合逻辑，其用于组合来自一第一检测器与一第二检测器的检测器信号，其中所述偏振敏感组合件将所述入射光分离成两个正交的线性偏振并将一个线性偏振的光路由至所述第一检测器且将另一线性偏振的光路由至所述第二检测器。

25、如权利要求24所述的设备，其中组合所述检测器信号会减小噪声。

26、如权利要求24所述的设备，其中所述逻辑根据所述两个检测器信号来计算一差值。

27、如权利要求24所述的设备，其中所述逻辑按比例换算所述检测器信号并计算所述按比例换算检测器信号的一差值。

28、如权利要求24所述的设备，其中所述入射光来自一样本；所述所选波长带是根据所要检测的一种或多种被分析物的光谱线来加以选择；来自所述被分析物的所述入射光沿一被引导至所述第一检测器的第一线性偏振显著地偏振；噪声不显著偏振；且所述逻辑按比例换算所述检测器信号并计算所述按比例换算检测器信号的一差值。

29、如权利要求24所述的设备，其中所述全息组合件由一个全息组合件组成，且所述偏振敏感组合件将一种线性偏振的入射光路由至所述全息组合件的一侧并将另一线性偏振的入射光路由至所述全息组合件的另一侧。

30、如权利要求24所述的设备，其中所述偏振敏感组合件包括：

一偏振光束分离器，其用于将所述入射光分离成所述两个正交的线性偏振；及

对于所述两个线性偏振光束中的每一者：一相位延迟板，其接收所述偏振光束并将所述所接收偏振光束的所述线性偏振转变成一圆偏振且将所述圆偏振光束引导至所述全息组合件中的一者，且还接收从所述全息组合件反射回的所述圆偏振光束并将所述圆偏振光束转变成一大致与所述所接收偏振光束的所述线性偏振正交的线性偏振且将所述线性偏振光束引导回至所述偏振光束分离器。

31、如权利要求19所述的设备，其中所述入射光来自一个或多个产生两种不同偏振的光发射体。

32、一种用于路由入射光中所选波长带的设备，其包括：

一第一平台，其包括：

一用于接收入射光的第一入口；

一第一偏振敏感组合件，其经定位以通过偏振来分离所述入射光；

一个或多个第一全息组合件，其包含第一多路传输全息图以用于选择性地反射所述经偏振分离的光的第一所选波长带；

一第一出口，其中所述第一偏振敏感组合件也经定位以将从所述第一全息组合件反射的光引导至所述第一出口；及

一第二平台，其包括：

一第二入口，其用于接收由所述第一全息组合件中至少一者透射的光；

一个或多个第二全息组合件，其包含第二多路传输全息图以用于选择性地反射所述所接收光的第二所选波长带，其中所述第二所选波长带不同于所述第一所选波长带；

一第二出口；及

一主动式偏振旋转器，其可在启动与不启动所述第二平台之间切换，其中启动所述第二平台导致将所述所接收光路由至所述第二全息组合件并随后路由至所述第二出口。

33、如权利要求32所述的设备，其进一步包括：

一个或多个检测器，其经定位以自所述第一出口接收所述反射光，其中由所述主动式偏振旋转器路由至所述第二出口的光将通过所述第一出口传播至相同的一个(多个)检测器。

34、如权利要求32所述的设备，其进一步包括：

一个或多个第一检测器，其经定位以自所述第一出口接收所述反射光；及

一个或多个与所述第一检测器分离的第二检测器，其经定位以接收由所述主动式偏振旋转器路由至所述第二出口的光。

35、如权利要求32所述的设备，其进一步包括：

一个或多个检测器，其经定位以在所述第二平台启动时及在所述第二平台未启动时自所述第一出口及/或所述第二出口接收光。

36、如权利要求35所述的设备，其中所述检测器在空间上经多路传输以在所述第二平台启动时及在所述第二平台未启动时接收光。

37如权利要求35所述的设备，其中所述检测器经时分多路传输以在所述第二平台启动时及在所述第二平台未启动时接收光。

38、如权利要求35所述的设备，其进一步包括：

组合逻辑，其用于组合当所述第二平台启动时来自所述检测器的一检测器信号与当所述第二平台未启动时来自所述检测器的一检测器信号。

39、如权利要求38所述的设备，其中组合所述检测器信号会减小噪声。

40、如权利要求38所述的设备，其中所述逻辑根据所述检测器信号来计算一差值。

41、如权利要求38所述的设备，其中所述逻辑按比例换算所述检测器信号并计算所述按比例换算检测器信号的一差值。

42、如权利要求38所述的设备，其中针对所述未启动的第二平台的所述检测器信号是基于所要检测的一种或多种被分析物的光谱线；且针对所述被启动的第二平台的所述检测器信号是基于所要检测的所述被分析物的光谱线及一种或多种其他物质的光谱线。

43、如权利要求38所述的设备，其中针对所述未启动的第二平台的所述检测器信号是基于所要检测的一种或多种被分析物的光谱线；且针对所述被启动的第二平台的所述检测器信号是基于所要检测的所述被分析物的光谱线及其中溶解所述被分析物的一溶剂的光谱线。

44、如权利要求32所述的设备，其中所述第一偏振敏感组合件将所述入射光分离成两个正交的线性偏振且所述主动式偏振旋转器仅将所述偏振中的一者路由至所述第二出口。

45、如权利要求32所述的设备，其中所述主动式偏振旋转器是基于液晶中的偏振旋转。

46、如权利要求32所述的设备，其进一步包括：

一第三平台，其包括：

一第三入口，其用于在所述第二平台未启动时自所述第二平台接收光；

一个或多个第三全息组合件，其包含第三多路传输全息图以用于选择性地反射所述所接收光的第三所选波长带，其中所述第三所选波长带不同于所述第一及第二所选波长带；

一第三出口；及

一主动式偏振旋转器，其可在启动与不启动所述第三平台之间切换，其中启动所述第三平台导致将所述所接收光路由至所述第三全息组合件并随后路由至所述第三出口。

47、如权利要求32所述的设备，其中所述入射光来自一个或多个产生至少两种波长的光发射体。

48、如权利要求32所述的设备，其中所述入射光来自一个或多个产生不同偏振的光发射体。

49、如权利要求32所述的设备，其中所述第二平台进一步包括：

一不可逆偏振旋转器，其使在一个方向上传播的光的偏振与在一相反方向上传播的光相差90度旋转。

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