CN110869750A - 光纤耦合宽带光源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学元件，其包括光纤和设置在所述光纤内部的多个荧光团。所述荧光团具有大于50％的量子产率，并且发射在400nm至2000nm的范围内的波长处具有最大强度的光谱的光。

Description

光纤耦合宽带光源
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月14日提交的美国临时申请号62/519,857的优先权的权益，所述申请具有相同的发明人和相同的标题并且全文并入本文。
技术领域
本公开整体涉及下变频材料和装置，并且更具体地涉及用于医学诊断的荧光材料耦合的光学元件。
背景技术
微创图像引导规程对于安全临床实践非常重要。当前的护理标准需要可从仪器尖端处的实时反馈受益的昂贵图像引导技术。最终用户(外科医生/患者)将从光谱组织传感(STS)的进步中极大地受益，以努力减少假阴性并改善肿瘤诊断和治疗的效果。为了达到商业可行性并使STS系统广泛可用，必须大幅减小这些光子针系统的成本和大小，同时还要改善基础光源。
根据美国癌症协会统计，仅2017年，美国将存在预计1,688,780例新诊断的癌症病例和600,920例癌症死亡。以绝对美元计，美国因癌症造成的经济损失最高，并且这项疾病使国家花费其GDP的1.73％。在最早、最可治疗的癌症阶段诊断出癌症为患者提供最大的生存机会。此外，准确的治疗减小复发和转移的风险。
STS被广泛用作用于确定组织光学特性的工具。正在将此类工具作为用于检测癌症、监测反映形态和生理变化的组织光学特性的变化、以及监测治疗反应(例如，在光动力疗法中)的辅助进行研究。高达约1600nm的波长被积极用于确定水和脂质的浓度，水和脂质在近红外(NIR)光谱区域中具有相异吸收峰。多项临床研究表明：STS可提供有关内在生理组织特性的信息，诸如氧合和脱氧血红蛋白、水含量以及脂质，这些信息可成功用于诊断乳腺癌，其灵敏度和特异性分别高达100％和96％。例如，组织光学指数(脱氧血红蛋白、水和脂质组织浓度的复合函数)描述组织的代谢、结构和细胞结构，并且因此可直接用于区分健康组织和癌症组织。然而，到目前为止，部分地由于照明源不足，很难实现低成本的微型系统。
附图说明
图1是描述本发明的一种模式的示意图，其中蓝光沿着包含荧光团混合物的荧光团集成光纤激发。此模式是简单方法。
图2是描述本发明的一种模式的示意图，其中蓝光沿着荧光团集成光纤激发，所述光纤具有以渐进变长的波长发射以覆盖可见光到NIR的区段。此模式限制自吸收率。
图3是描述本发明的一种模式的示意图，其中蓝光在包含荧光团区段的光纤的端部处激发，这些荧光团区段以渐进变长的波长发射以覆盖可见光到NIR。此模式限制自吸收率，并最小化所需LED的数量，由此最小化装置大小。
图4是当前STS光学设置的略图：它由连接到光纤的卤素灯以及两个光谱仪组成，这两个光谱仪连接到在探针尖端处彼此相邻定位的两个单独光纤。取自Nachabé,R.；Hendriks,B.H.W.；van der Voort,M.；Desjardins,A.E.；Sterenborg,H.J.C.M.Estimation of Biological Chromophores using Diffuse OpticalSpectroscopy：Benefit of Extending the UV-VIS Wavelength Range to Include 1000to 1600nm.光学快报(Opt.Expr.)2010,18,1432-1442。
图5至图6描绘集成液芯光纤(LCOF)制备和受激拉曼生成设置。a，Corning SMF28(左)和10μm芯LCOF(右)之间的间隙拼接。b，两个Corning SMF28区段之间的间隙拼接。c，液体进入端口组件。d，填充有CS2的集成1m长LCOF的相片。e，填充有CS2的集成LCOF的示意图。f，实验设置的示意图。PBS：偏振分束器；MO：显微镜物镜；PD：光电二极管；OSA：光谱分析仪。取自Kieu,K.；Schneebeli,L.；Norwood,R.A.；Peyghambarian,N.Integrated Liquid-CoreOptical Fibers for Ultra-Efficient Nonlinear Liquid Photonics.光学快报2012,20,8148-8154。
图7描绘混合不同浓度的QD允许可调谐宽带光谱。
图8描绘Ocean Optics HL-2000-HP-FHSA(来自制造商)的光谱。
图9是CuInS2/ZnS量子点的典型吸收光谱和光致发光光谱的曲线图。这些QD基本上不含毒性元素并且被认为是非致癌的。QD可具有＞90％的发射量子产率。这些QD具有在小于400nm的波长处具有最大强度的吸收光谱。
图10是由不同大小和组合的量子点产生的光致发光光谱的曲线图，所述量子点由CuInS2、CuInSe2、ZnS、ZnSe及其组合组成。这些材料可达到的峰值发射为400nm-1200nm。
图11是由原型光纤耦合光源产生的光致发光光谱的曲线图(在曲线图的顶角处以插图示出)。原型中仅使用一种大小的QD。附接到原型的光纤连接到Thorlabs SMA光纤适配器。使用光纤耦合光谱仪以短(1.5ms)的积分时间测量装置的输出。由蓝光LED激发的装置的照片(左；Thorlabs光纤适配器的端部处的亮红色点确认耦合)，和由小型ChanZon LED激发的装置的照片(右；在从QD耦合到光纤后，左侧的亮红色光从光纤适配器发出)。
图12是示出590-nm QD的宽带PL在传播通过生物缓冲液中的牛血红蛋白时显著改变的曲线图。可通过分析这些光谱来提取深度和浓度信息。
图13是根据本文的教义的扩散光学分光成像装置的图示。
图14是可用图13所示的装置获得的各种发色团在不同波长(包括NIR)下的吸收光谱的示例。
发明内容
在一方面，提供一种光学元件，其包括光纤和设置在所述光纤内部的多个荧光团；其中所述荧光团具有大于50％的量子产率，其中所述荧光团发射在400nm至2000nm的范围内的波长处具有最大强度的光谱的光。
在另一方面，提供一种用于对受试者执行光谱组织感测(STS)分析的方法。所述方法包括：(a)提供包括电磁辐射输入源和光学元件的仪器，其中所述光学元件包括光纤和设置在所述光纤内部的多个荧光团，其中所述荧光团具有大于50％的量子产率，其中所述荧光团发射在400nm至2000nm的范围内的波长处具有最大强度的光谱的光，并且其中所述荧光团在最大强度处具有大于40nm的全宽的光谱的光；(b)通过沿着包括所述光学元件的光学路径引导来自所述输入源的电磁辐射来产生电磁辐射输出源；(c)用来自所述输出源的电磁辐射照射组织的一部分；以及(d)对所述被照射的组织执行STS分析。
具体实施方式
1.定义和缩写
提供以下术语和缩写词的解释以更好地描述本公开并指导本领域普通技术人员实施本公开。除非上下文另外明确指出，否则如在本文中使用，“包括(comprising)”意指“包括(including)”，并且单数形式“一个”或“一种”或“所述”包括多个指代物。除非上下文另外明确指出，否则术语“或”是指所陈述替代性元素的单个元素或者两个或更多个元素的组合。
除非另外解释，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有与本公开相关领域中的普通技术人员通常所理解相同的含义。本文中描述合适的方法和组成以用于实践或测试本文所公开的组成、系统和方法。然而，应当理解，与本文所描述的那些类似或等同的其他方法和材料可用于实践或测试这些组成、系统和方法。因此，本文公开的组成、材料、方法和示例仅是示例性的，并且不意图是限制性的。从以下详细描述和随附权利要求，本公开的其他特征对于本领域技术人员而言将显而易见。
除非另有指出，否则在说明书或权利要求中使用的表示组分、百分比、温度、时间等的量的所有数字应当理解为由术语“约”修饰。除非另有指出，否则在说明书或权利要求中使用的非数值特性(诸如胶态的、连续的、结晶的等)应当理解为由术语“基本上”修饰，意思是在很大范围或程度上。因此，除非另外隐含地或明确地指出，否则所列出的数字参数和/或非数字特性是近似值，这可取决于所寻求的期望特性、在标准测试条件或方法下的检测极限、处理方法的限制、和/或参数或特性的本质。当直接地且明确地区分实施方案与所论述的现有技术时，除非引用“大约”一词，否则实施方案数字不是近似值。
致癌物：已显示为直接或间接引起任何哺乳动物产生癌症的物质。
光纤：圆柱形的光波导。将引导的光可以是UV、可见光、NIR或IR。光纤可由聚合物或陶瓷制成。典型的光纤材料是玻璃、丙烯酸聚合物、乙烯树脂、离子塑料(ionoplast)和硅树脂。
光致发光(PL)：在吸收光之后发射光(电磁辐射、光子)。这是一种发光(光发射)形式并且由光致激发(由光子激发)发起。
毒性：是指材料由于磷或重金属(诸如镉、铅或汞)的存在而可能伤害活的有机体。
量子点(QD)：由于量子限域而表现出大小相关的电子和光学特性的纳米级颗粒。本文公开的量子点优选具有小于约50纳米的至少一个尺寸。所公开的量子点可以是胶态量子点，即，当分散在液体介质中时可保持悬浮的量子点。可在本文描述的组成、系统和方法中利用的量子点中的一些由二元半导体材料制成，所述二元半导体材料具有式MX，其中M是金属并且X通常选自硫、硒、碲、氮、磷、砷、锑或其混合物。可在本文描述的组成、系统和方法中利用的示例性二元量子点包括CdS、CdSe、CdTe、PbS、PbSe、PbTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、InP、InAs、Cu2S和In2S3。可在本文描述的组成、系统和方法中利用的其他量子点是三元、四元和/或合金化的量子点，包括但不限于：ZnSSe、ZnSeTe、ZnSTe、CdSSe、CdSeTe、HgSSe、HgSeTe、HgSTe、ZnCdS、ZnCdSe、ZnCdTe、ZnHgS、ZnHgSe、ZnHgTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、ZnCdSSe、ZnHgSSe、ZnCdSeTe、ZnHgSeTe、CdHgSSe、CdHgSeTe、CuInS2、CuInSe2、CuInGaSe2、CuInZnS2、CuZnSnSe2、CuIn(Se,S)2、CuInZn(Se,S)2和AgIn(Se,S)2量子点，尽管优选使用无毒性的量子点。所公开的量子点的实施方案可以是单一材料的，或可包括内核和外壳(例如，通过任何合适的方法(诸如阳离子交换)形成的薄外壳/层)。量子点还可包括结合到量子点表面的多个配体。
量子产率(QY)：荧光团的所发射光子的数量与所吸收光子的数量的比。
荧光团：吸收第一光谱的光并且发射第二光谱的光的材料。
斯托克斯位移：吸收肩的位置或局部吸收最大值与发射光谱最大值之间的能量差。
发射光谱：电磁波谱的在其上光致发光材料表现出光致发光(响应于由光源激发)的那些部分，所述光致发光的振幅是峰值PL发射的至少1％。
发光聚光器(LC)：用于将电磁辐射的光谱和光子通量转换成具有更高光子通量的新的、更窄的光谱的装置。LC根据在大面积上通过吸收收集辐射、通过PL将辐射转换成新光谱、然后通过全内反射将所生成的辐射引导到相对小的输出目标中的原理来操作。
发光太阳能聚光器(LSC)：在此用作LC的同义词。
光子通量：每单位时间穿过单位面积的光子的数量，通常以每秒每平方米计数来测量。
聚合物：由许多重复的子单元构成的大分子或高分子。聚合物的范围是从熟悉的合成塑料(诸如聚苯乙烯或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA))到对生物结构和功能来说很重要的天然生物聚合物(诸如DNA和蛋白质)。聚合物(天然的和合成的)通过许多小分子(称为单体)的聚合来产生。示例性聚合物包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯、离子塑料、硅树脂、环氧树脂和指甲油。
自吸收：从多个荧光团发射、被相同多个荧光团吸收的光的百分比。
2.概述
当前设计的STS集成系统使用光纤耦合钨卤宽带光源，诸如Ocean Optics，HL-2000-HP。这些类型的宽带光源容易出现若干缺点。首先，当前钨卤灯泡光源体积大。其次，需要相当大的努力来将足够量的光耦合到光纤中。使用反射镜和聚焦透镜来最大化耦合效率。第三，光谱形状主要由光源的色温决定并且无法被调谐以获得最佳性能。最后，与这些灯泡相关联的预热时间较长，通常为数10分钟。总体而言，这导致对于此特定应用而言具有许多技术缺点的相对大且昂贵的光纤耦合单元。这些限制约束光源的灵活性并阻碍对STS技术的广泛采用。
本文公开一种新的宽带照明光源，其可通过利用与高效且高强度的LED耦合以产生广泛且可调谐的发射的低成本、低毒性的明亮QD而集成到光纤中。此光源的生产成本与基于常规技术的那些光源相比也可更低。
胶态半导体纳米晶体或QD是大小通常小于20nm的微小半导体材料块。由于它们的小的大小，这些材料具有若干有利特性，包括：在宽颜色范围内的大小可调谐的PL发射、强且宽带的吸收以及非常高的PL效率。由于用来合成材料的溶液处理技术，改变QD的大小也相对简单。
调谐QD大小以及因此调谐吸收/发射光谱的能力允许跨全色谱范围的灵活荧光而无需修改材料组成。随着QD大小的增加，吸收起始点和PL光谱移位至更红的波长，而减小大小则使吸收和PL朝向蓝色移位。胶态量子点的大小可调性对于STS应用是有益的，因为修改QD的大小和混合若干不同的大小可容易地操控宽带光谱。此外，对UV-蓝光的广泛吸收允许仅使用单个蓝光或UV LED(其作为光纤耦合光源是现成的)同时激发所有QD。具有接近一致的QY的明亮PL意味着照明光源也可变得更加节能。最后，纳米晶体的非常小的大小也意味着可通过以下方式容易地将纳米晶体集成到光纤中而具有极小散射：将纳米晶体以液体溶液形式插入空芯光纤中、然后使其聚合；或者将QD直接放置在光纤尖端上。与卤素灯泡的制造以及卤素灯泡到光纤的耦合相比，使用溶液合成技术来制造QD意味着具有成本效益且可扩展的方法。
当前，胶态QD的最大市场是显示器应用，其中QD用于产生纯(红-绿-蓝)白色背光以改善图片质量和效率。这通过使用QD将从蓝光LED发出的蓝色光子有效地下变频为具有窄发射宽度的红色和绿色光子来实现。由于红色、绿色和蓝色非常纯净且明亮，因此这产生清晰且醒目的显示。
当前胶态QD技术的一个问题是它们利用诸如硒化镉(CdSe)、硫化铅(PbS)或磷化铟(InP)(它们都是有毒材料)的材料组成。连同高制造成本(＞$100,000/kg)，这种技术的这一方面最终限制QD在封装和使用仅痕量纳米晶体以便降低人体暴露风险的市场中的应用。
替代性QD技术所面临的毒性问题、制造成本和有限可调谐性范围给在宽带STS照明光源中使用这些技术带来问题。首要地，这些材料构成重大的健康风险。此外，它们不能提供优于当前技术的价格益处，并且通常需要不止一种类型的QD来覆盖感兴趣的光谱范围。本文所公开的装置和方法的优选实施方案可用于解决这些问题，因为它们利用制造成本低廉且不含有害物质的极其明亮的QD。
目前，性能最好的I-III-VI QD由CuInS2/ZnS组成。这些QD由于其较低的制造成本、低毒性和(在一些情况下)更好的性能而在新兴的QD行业中具有颠覆性潜力。CuInS2/ZnS在毒性和成本的关键指标方面胜过典型的QD材料，诸如CdSe或PbSe。关于其他性能指标，CuInS2/ZnS QD也是有利的。例如，它们具有大的斯托克斯位移(约450meV)，这限制材料中的自吸收，并允许在光纤中使用更高浓度的QD。此外，宽发射光谱意味着产生宽带照明源需要更少的不同QD。由于这些原因，本文公开的优选实施方案的(优选胶态的)QD可能会创造独特的机会，并且可表示开发出基于QD的、光纤集成的微型化宽带照明源的最佳选择。此类照明源在STS应用中可特别有利。
在优选实施方案中，提供被壳包围的I-III-VI QD。迄今为止，努力一直专门集中在CuInSexS2-x/ZnS QD，但其他I-III-VI半导体(例如，CuGaS2、AgInSe2等)也可用于本文公开的装置和方法，并且可用于将可调谐性朝向光谱的红外(IR)区域和蓝色区域扩展。
芯材料在其散装形式下不是新材料(大尺寸，通常称为“CIS”或“CIGS”)，并且已用于制造柔性的、无毒性的薄膜太阳能电池，其转换效率＞20％。因为此材料是合金(也就是说，上式中的x可改变以调节带隙)，所以除了大小之外，还可通过组成来调谐光学光谱，这实现更大的灵活性。这在需要最佳大小且与光谱无关的应用中特别有吸引力。对于可能需要可见光和NIR光谱范围两者的STS应用来说，此特征也很重要；在不需要混合若干不同类型的QD的情况下，其他QD组成不容易达到这样的范围。当今市场上的大多数QD由CdSe或PbS组成，并且至少具有两个主要缺点，即它们价格昂贵(零售价＞$10,000/g)且它们是有毒性的。与其他商业化QD材料(诸如CdSe和InP)相比，本文公开的I-III-VI QD更廉价，这主要是由于可用于合成它们的单一反应器合成以及随之而来的廉价前体。与这些QD相关联的低成本制造及其对低毒性材料的使用可使得这些材料在CdSe和InPQD不适合的整个市场(例如STS)中变得普遍存在。
迄今为止，由于三个关键挑战，很难实现用于STS的低成本微型系统。这些挑战中的第一挑战是宽带照明挑战。为了用覆盖可见光、近红外光和短波红外光的连续宽带光谱照亮所研究的样本，必须依靠体积相当大且能量效率低的白炽灯或卤素灯。
第二挑战是宽带灵敏度挑战。具体地，为了区分不同类型的组织，光谱组织感测装置需要在宽泛光谱范围(400-1700nm)内具有高灵敏度，当前，这仅可通过组合离散的、体积大的且昂贵的光谱仪来实现。
第三挑战是集成挑战。具体地，当前还没有高性能且完全集成的、微型化的且具有成本效益的系统。
本公开的目标是通过使用具有宽泛且明亮的发射的CuInSexS2-x/ZnS量子点(QD)作为磷光体来解决宽带照明挑战，并且然后通过将此技术集成到最终系统中来解决宽带灵敏度挑战和集成挑战。本文公开的优选材料的一个关键区别因素是QD在宽泛光谱范围内的高(＞95％)量子产率(QY)，这可允许使用基于LED的、光纤耦合的宽带照明源。通过调整单独QD(峰值波长/浓度)来操控光谱形状的附加能力提供优于传统光源的另一重要优点。
在优选实施方案中，本文所利用的发光材料包括设置在衬底内或衬底上的多个荧光团(诸如例如，CuInZnSeS量子点)。荧光团具有大于50％的量子产率和在小于400nm的波长处具有最大强度的吸收光谱，并且发射在400nm至1200nm的范围内的波长处具有最大强度的光谱的光。
宽带照明挑战
为了用覆盖可见光、近红外光和短波红外光的连续光谱照亮所研究的样本，必须依靠体积大且效率低的灯，所述灯太弱而无法提供足够的信噪比。高度期望微型的、明亮的且低成本的光纤耦合照明源。本公开的目标是使用本文所公开类型的CuInSexS2-x/ZnS量子点(QD)来解决宽带照明难题。这些QD用蓝光LED激发以产生从可见光到NIR的宽泛且明亮的发射。这种方法的关键特征是这些QD在宽泛光谱范围内的高(＞95％)量子产率，这将允许基于LED的光纤耦合宽带照明源。通过调整单独QD(峰值波长/浓度)来操控光谱形状的附加能力提供优于传统光源的另一重要优点。
本文公开的环保且具有成本效益的CuInSexS2-x/ZnS QD具有优于替代性材料的有利特性，包括：在宽颜色范围内的大小可调谐的光致发光(PL)、宽带吸收、非常明亮的PL(QY＞95％)、以及极小的自吸收和从蓝-绿色到NIR的高度可调谐性。更重要的是，QD的低自吸收将允许生成高强度的宽带“白光”光谱而无显著的重吸收。
本文公开的STS系统和方法的更广泛社会影响至少是双重的。首先，它们实现对于快速检测癌症至关重要的具有成本效益的、节省时间的诊断工具，并且因此将导致更迅速且有效的医疗保健。及时进行癌症干预是取得更好效果和挽救更多生命的第一步。其次，它们将在外科手术期间通过区分健康组织和恶性组织来提供实时反馈。这将允许移除所有恶性组织，同时保留健康组织，这将极大地减少外科手术期间的并发症以及术后转移和癌症复发。更好的诊断和外科手术将挽救更多生命，并且由此将对社会产生积极影响。此外，减少反馈时间和复发将在患者医疗保健方面实现大量节省。
本文公开的系统和方法可通过为STS装置引入显著减小的(且更廉价的)形状因数来实现广泛使用的STS，使得这些仪器可跨医院广泛使用，并且甚至可供应到医生办公室。提供即时反馈的能力可导致更快的医学诊断。STS技术的广泛采用可允许生成“智能”数据库，在所述数据库中，可连续分析数百万个光谱以提高诊断的准确性和特异性。最终，使用此类装置可由于其使得医生能够基于STS数据制定准确且特异的治疗计划的能力而改善公共健康。总体而言，使用本文所公开类型的QD来开发用于STS的宽带光源不仅可减少患者、医生和保险公司的成本，而且可减小初始测试、诊断和外科手术之间的时间间隔，从而可挽救许多生命。最后，由于它们的低毒性，可用于光源的QD并不引起其他QD材料可能带来的环境、健康或安全(EH&S)问题。
由癌症治疗相关联的成本和间接死亡费用造成的总经济损失持续增长并且当前已超过2000亿美元。因此，至关重要的是在最早、最可治疗的癌症阶段诊断出癌症，以便在具有最少健康并发症的情况下为患者带来最大生存机会。研究公司Future MarketInsights在2017年1月预测：全球活检装置市场在2016-2026的时间段内将以6.5％的CAGR增长并且在2026年将超过27亿美元。此外，他们估计2016年针占收入的37.6％，并且到2026年将价值9.6亿美元。理想地，可用“光子针”替代传统活检针以改进针的准确性并提供即时反馈。这些光子针中的每一种都可能需要宽带光源来进行STS测量。可替代地，宽带光源可在一次性针之前并入到光纤区段中，这将是可针对特定于应用的需要互换的和调谐的。
用于光谱组织感测的集成光谱仪(InSPECT)联盟将宽带照明挑战(以有效的连续宽带光谱照亮所研究的样本的能力，所述连续宽带光谱光谱覆盖可见光、近红外光和短波红外光)确定为这种技术的第一关键挑战。宽带光源的其他重要应用包括但不限于：(a)识别淋巴结，从而确保在外科手术期间完全切除癌变和病变的组织以避免需要另外进行外科手术；以及(b)照亮注入体内的分子剂，所述分子剂与特异细胞类型结合并在特定光源下表现出发射。本文公开的宽带的基于QD的光源可使得InSPECT系统(以及在本领域中可能开发出的其他系统)能够使用这些光源，并在包括针市场的市场环境中获得显著的装置渗透。
生物医学和生物成像行业为低毒性的基于QD的技术提供显著增长的市场。截至2017年2月，这些行业的一个子集—生物标志物市场—估计在2016年价值28亿美元，并且预计到2021年将增长到54亿美元。当前，有机染料、荧光蛋白和有毒性的QD(诸如基于CdSe的那些QD)占据了市场。然而，对于STS宽带光源应用，所有当前解决方案都缺乏针对NIR光谱范围的性能。体积大的灯泡(卤钨灯)被用作照明源，但它们具有低的效率并且难以耦合到光纤。具有几乎一致的QY的廉价CuInSexS2-x/ZnS QD可由光纤耦合LED激发，并且可与光纤集成，从而解决效率、价格和微型化问题。
STS照明市场中的常规光源包括白炽灯泡和卤素灯泡、其他类型的QD和NIR磷光体。相对于传统灯泡，本文公开的照明技术预期主要在微型化、强度(光纤耦合)和效率上具有竞争力，并且预期保持廉价方法。其他类型的QD是有毒性的，并且不具有可跨期望光谱范围调谐的PL。此外，基于CdSe和PbSe的QD的小斯托克斯位移将导致大量的重吸收，从而极大地降低装置效率。NIR磷光体开发不充分，并且通常具有低效率。另外，为满足宽带发射(vis-NIR)的要求将需要至少四种不同的磷光体组合物，这使装置组装和供应链复杂化。CuInSexS2-x/ZnS QD具有优于磷光体的另一明显优点，即它们可基于大小和组成而容易地从可见光调谐到NIR，因此允许容易地操控输出光谱。磷光体发射基本上是固定的，并且是基于掺杂剂能级，没有设计自由度。从上表将认识到：本文公开的CuInSexS2-x/ZnS QD在所有类别中都可以是优越的，并且可实现具有改进性能的STS装置。目前，初步估计表明：每个宽带照明光源将需要不超过10mg的各种CuInSexS2-x/ZnS QD。
有至少四种直接应用可从紧凑的高强度的宽带光源的开发中受益。这些应用包括：(1)在肿瘤活检期间在针尖端处进行光谱组织感测；(2)识别淋巴结以进行癌症分期切除；(3)确保在外科手术期间完全切除癌症组织；以及(4)激发体内的荧光剂以用于识别特异细胞类型。当前技术中遇到的信噪比不足以广泛采用，并且光源的改进将有助于递送看到技术蓬勃发展所需的改进。由于本文所公开的装置和方法具有在紧凑的包装中递送高强度的宽带光的潜力，因此它们预期有益于光谱分析的多个领域。
本公开的目的是跨整个感兴趣的光谱范围提供明亮的CuInSexS2-x/ZnS QD。多亏了涉及开发固态照明和发光太阳能聚光器的先前努力(参见例如DOE SBIR DE-SC0015184和NSF SBIR IIP-1622211)，QD的光致发光(PL)量子产率(QY)在红色(600-700nm)和部分NIR(约800-1000nm)光谱范围内从＜50％增强到＞95％。短波长(约550nm峰值)和长波长(＞1000nm)下的QY值仍需要一些改进，尽管这主要是由于迄今为止对开发这些光谱区域的需求不足。与QD性能相关的下一重要转折点将是开发QD混合物(若干大小和/或组成)以实现仍保持高QY的宽带STS光源，尤其是当NIR发射范围朝向1500nm扩展时。
本公开的目的还在于允许将这些QD集成到光纤中以获得高强度的可靠照明源。最简单的方法可以是基于呈液体溶液形式的QD并入中空光纤中，然后可将其直接拼接到蓝光激发LED的输出光纤。通过改变QD的量、其浓度和体积，此平台可容易地用于验证产品和优化产品。此平台可进一步用于共同开发最终STS产品。然而，对于最终产品，可利用替代方法，诸如使包含QD的PMMA在中空光纤内部聚合或将QD放置在纤维的尖端上。可替代地，光源可由若干微型(约-1×1×0.1cm)聚合物块组成—发光太阳能聚光器(LSC)的一个版本；其中将光纤合并到相同聚合物中并且然后组合到单个输出端中。QD可由简单且便宜的蓝光LED激发(诸如ChanZon10DGL-DZ-3W-BL，每10个7美元)。集中在LSC中的PL耦合到光纤中并递送到输出端。这个简单的原型允许通过以下方式获得独特的可调谐光源：将若干小型LSC与单独着色的QD组合在一起，并允许对它们中的每一者的激发功率进行独立控制，从而得到微型但高度灵活的宽带光源。例如，可容易地修改输出光谱以补偿Si检测器在1000–1100nm周围的灵敏度下降。
3.具体实施方式的描述
本公开的目标是形成用于STS应用的新型光纤集成宽带照明源。先前已经证明：空芯光纤可用于容纳各种发色团的液体以用于光子学应用。此方法之后用于对液体溶液中的弱三阶非线性效应进行表征。此技术的重要方面是执行液芯光纤到标准单模光纤的熔接的能力。这种能力使得此技术既能是完全集成的又能是实用的，这是先前严重阻碍液体-光子应用进展的主要挑战。此优点允许空芯光纤的各个区段(和数个区段)按各种顺序(包括其中一个或多个区段类型重复的实施方案)以及与不同的区段长度、QD大小、浓度等进行组合，从而使这成为用于测试STS宽带照明源的灵活平台。
为了满足对低成本、微型化、光纤集成且明亮的宽带光源的行业需求，本文公开基于CuInSexS2-x/ZnS QD的系统和方法。由于极小的自吸收、明亮且宽带的PL、以及色彩可调谐光学特性，CuInSexS2-x/ZnS QD是传统卤素灯泡的独特替代品。基于QD的光源与传统灯泡的不同之处在于：可通过修改组成QD的峰值和浓度以产生最佳照明光谱来调谐其输出光谱。更具体地，这可通过平衡基于Si的光谱仪和基于InGaAs的光谱仪的灵敏度差异来帮助提高检测的信噪比。此外，可通过改变照明光谱密度来补偿每个单独光谱仪的光谱灵敏度的差异。
存在使用QD作为宽带照明光源的若干方法。首先，可通过混合在一定波长范围内发射以生成宽泛光谱的不同大小的QD来生成宽带光谱。然而，此方法的缺点在于：如果QD的浓度高(这可能是明亮光源所需要的)，则发射光谱的短波长部分将被在较长波长处发射的QD重吸收。就解决此问题而言，本文公开的优选I-III-VI QD的低自吸收提供可量化的益处。
另一种替代方法也是可能的，其特征在于不同大小/组成的QD在沿着光纤的区段中的布置，其中NIR QD靠近激发LED，并且可见光QD靠近光源输出端。这种方法几乎完全避免重吸收的问题。每个区段的长度以及每个区段内的QD浓度可用于控制输出光谱。先前展示的液芯光纤可表示此方法的理想测试平台。可制造具有各种QD的纤维区段并将其组合在一起以确定最佳状况。此外，为简化设计，可将具有彼此相距远达200nm的两个相异发射峰的QD混合在同一区段中而无重吸收。每个区段的长度以及每个区段内的QD浓度可用于控制输出光谱。当前，当以0.1重量％分散时，取决于PL波长，本文公开的QD的优选实施方案在1cm的光程长度内吸收90％至99％的入射光。这意味着将成对的不同QD组合到长度为约0.2–0.5cm的三到四个区段中就足以将蓝光/UV LED光转换为宽带光谱，而没有任何显著波导损耗。使用期望光源的适当参数，可制备QD的单体溶液，然后使其在空芯光纤内部聚合以形成可靠的产品。可替代地，可将聚合物中的QD放置到光纤中。
已经进行初步测试以验证：本文所述的QD可用作宽带照明源。选择具有在550nm至1230nm的范围内的不同峰值PL波长的十二个QD。它们相应的归一化PL光谱跨越500nm至1500nm的整个光谱范围。一旦将QD的混合物放在单个比色皿中，就可使用455nm光纤耦合LED来激发宽带PL。通过修改具有可见光发射的QD的浓度，可控制光谱的可见光部分。
另外，通过修改发射NIR的QD的浓度，还可控制光谱的NIR尾部。然而，这也会影响可见光PL的重吸收，并导致略微减小的整体亮度(通常减小约15％)。具有QD混合物的比色皿在蓝光下显得略带黄色。在PL光谱中在约500nm处也观察到这一点，这突出显示对进一步优化绿色QD的需要。还可看到：光谱在约900-1000nm处具有最大值，并在更长波长处下降，这也突出显示对更明亮的1000-1230nm QD的需要。为了使QD溶液可成为当前所使用光源的普适替代物，它将需要输出类似的光谱。Ocean Optics HL-2000-HP-FHSA卤素灯泡的光谱(来自制造商的数据)显示光谱之间的差异并突出显示对进一步优化一些QD波长的需要。
最后，测试具有蓝光光纤耦合LED激发源的不同QD的8个小瓶的相片。发射NIR的QD靠近激发源，而发射可见光的QD离得更远。来自LED的光仅部分地被吸收在包含IR QD的小瓶中，而一些LED激发光则透射穿过所有小瓶并在可见光QD中激发PL。这证实：串联的包含QD的光学元件的智能设计是产生宽带照明光谱的可行选择。
对于目标宽带光谱(约500–1600nm)，优化QD混合物是期望的。当前，多亏了先前的研发努力，存在PL范围为590nm至1000nm的明亮QD(QY＞95％)。在优化期间，已经消除了主要的非辐射重组途径，并且已经成功设计出QD来避免这些低效率。
类似的非辐射途径预期在所有波长处均占主导地位，并且因此，先前在QD的优化期间吸取的经验教训预期也可直接应用于其他波长。已经研究了不利于获得高QY的若干参数，诸如元素化学计量、合成温度和生长期、壳体生长前体等。这些参数中的一些或全部可能需要在每个波长处进行优化，以便跨整个调谐范围获得最亮的可能光谱。
本公开的目标是确定QD大小和组成的最佳组合以实现相对平坦的宽带NIR光谱。这包括集中精力将发射移位至1300nm，其中QY＞50％。在峰值位置在1300nm处的情况下，预期发射峰值的尾部将仍在1600nm处提供大量光，这将是组织表征应用所需要的。
现有材料可以各种布置(全部混合在一起对比分段式)组合(几种大小/组成对比多种)以确定最小可行产品的形式。到目前为止，初步测试表明：发射峰之间具有约为50nm至100nm的距离的12个样本足以产生平滑宽带光谱，但预期用更少的组合材料可实现类似的结果。最小化QD数量简化装置并减少重吸收问题。因此，在应用中研究实现连续光谱所必需的最少样本数量通常将非常重要。
为了将QD并入到光纤中，通常需要解出若干未知数。除了将单独溶液并入到空芯光纤中之外，可能还需要确定每种单独QD的最佳浓度。另外，根据实现最大亮度所需的设计，可能需要确定每个光纤区段的最佳长度或光纤的对应于QD混合物的长度。最初，可通过使用QD的溶液(至少部分地)获得此信息。然而，最终优化将优选地在实际光纤上进行。尽管填充空芯光纤的规程在本领域中目前是已知的，但是可能需要开发另外的方法。
可基于本文公开的原理来构建宽带照明源的工作原型。可检查这些照明源的亮度并将其与现有的卤素灯泡进行比较，可隔离限制这些光源的亮度的因素并针对其进行改进。在设计并形成足够明亮的光源之后，可证明其在组织样本表征中的实用性。模型解决方案可用于证明：光源可区分水和脂质，并且可确定它们的相对浓度。
本公开提供可在诸如STS的医学诊断设备中利用的光源。在优选实施方案中，它以光耦合到光纤电缆的高功率UV或蓝光LED开始。图3中的示意图描绘其中蓝光激发包含在渐进变长的波长处发射以覆盖可见光到NIR的QD的各种光纤区段的情况。蓝光/UV LED光源可光耦合到光纤的端部，如图3所描绘；或者可沿着光纤的长度光耦合。在医学诊断市场感兴趣的范围内，所得光谱可既强烈又连续。与此领域中的现有技术相比，本文公开的光源可提供以下各种优点。这些优点可包括以下中的任一项。
微型化的且便宜的：为了使此部件微型化并降低其价格，可用现成的(UV或蓝光)LED光源替换现有的光源(卤素光源)。这些LED源可用于为QD集成光纤提供激发源。
高功率宽带照明：当被蓝光或UV光激发时，包含本文公开的QD的光纤可提供明亮且有效的宽带照明。所公开的QD可具有许多有利的光学特性，诸如高效率(在理想条件下，＞95％)、低自吸收、以及跨感兴趣波长范围的可调谐性。这些特性以及对高功率LED源的智能选择可产生高强度照明。
光谱可调谐性：由于本文公开的优选QD的特性，定制光输出可以是可能的。光谱要求预期是应用特定的，并且使用QD允许基于QD大小/组成、浓度和光纤长度轻松定制光谱输出。
灵活集成：此类光纤集成光源具有集成灵活性的优点(也就是说，它们可集成在光纤光学路径中的任一点处)。包含QD的光纤可位于LED附近，或者位于光纤和针之间的连接处，或者甚至可集成在针本身中。根据应用，产品的固定可能会有很大不同，但是将考虑到所有情况。
图1描绘根据本文的教义并且可在诸如STS的医学诊断设备中利用的高功率LED光源101的特定非限制性实施方案。此特定实施方案中的LED光源101包括LED灯具105和光纤109，LED灯具105包括多个蓝光/UV LED 107。光纤109包括：第一区段111，其中发色团b、c、d、e和f的混合物已经混合或化合到用于制造第一区段111的聚合物树脂中；以及第二区段113，其不含任何发色团。
还描绘LED光源101的发射光谱151，并且发射光谱151包括与发色团b、c、d、e和f以及光纤109的第二区段113的材料a相对应的发射峰。还指示出与来自灯具的LED 107(标示为“LED”)相对应的峰，以及累积发射光谱153。
在操作中，LED光源101激发包含在渐进变长的波长处发射以覆盖可见光到NIR的QD的各种光纤区段。LED光源101可光耦合到光纤的端部，如图3所描绘；或者可沿着光纤的长度光耦合。在医学诊断市场感兴趣的范围内，所得光谱可既强烈又连续。可制造出所描绘的LED光源101的实施方案，其明亮且紧凑，并提供宽带照明。
图2描绘根据本文的教义并且也可在诸如STS的医学诊断设备中利用的高功率LED光源201的另一个特定非限制性实施方案。此特定实施方案中的LED光源201包括LED灯具205和光纤209，LED灯具105包括多个蓝光/UV LED 207。光纤209包括第一区段211，其具有子区段a、b、c、d、e和f，其中发色团a、b、c、d、e和f分别混合或化合到用于制造第一区段211的聚合物树脂中。光纤209还包括第二区段213，其不含任何发色团。LED光源201可被配置为提供与图1的LED光源101所提供的那些优点相同或类似的优点，并且可具有相同或类似的发射光谱251。
图3描绘根据本文的教义并且也可在诸如STS的医学诊断设备中利用的高功率LED光源301的另一个特定非限制性实施方案。此特定实施方案中的LED光源301包括蓝光/UVLED灯具305和光纤309。此实施方案中的LED灯具305直接耦合到光纤309。
光纤309包括第一区段311，其具有子区段b、c、d、e和f发色团b、c、d、e和f分别混合或化合到用于制造第一区段311的聚合物树脂中。光纤309还包括第二区段313，其不含任何发色团。LED光源301可被配置为提供与图2的LED光源201所提供的那些优点相同或类似的优点，并且可具有相同或类似的发射光谱351。
图4描绘可在本文描述的系统和方法中利用的STS光学设置401的特定非限制性实施方案。此光学设置是基于全文以引用方式并入本文的Nachabé,R.；Hendriks,B.H.W.；vander Voort,M.；Desjardins,A.E.；Sterenborg,H.J.C.M.的Estimation of BiologicalChromophores using Diffuse Optical Spectroscopy：Benefit of Extending the UV-VIS Wavelength Range to Include 1000 to 1600nm.光学快报2010,18,1432-1442中描述的设置。
STS光学设置401包括光源405(优选卤素灯)、可见光光谱仪407和红外光谱仪409，它们都在计算机403的控制下。STS光学设置401还包括光学探针411。如放大区域413所示，光学探针411(并且具体是其尖端)装配有与光源405光学连通的照明光纤415、与可见光光谱仪407光学连通的VIS检测光纤419、以及与红外光谱仪409光学连通的IR检测光纤417。
图5至图6描绘特征在于集成液芯光纤(LCOF)和受激拉曼生成的组件601以及用于制造组件的过程的特定非限制性实施方案。此过程和组件是基于全文以引用方式并入本文的Kieu,K.；Schneebeli,L.；Norwood,R.A.；Peyghambarian,N.Integrated Liquid-CoreOptical Fibers for Ultra-Efficient Nonlinear Liquid Photonics.光学快报2012,20,8148-8154中描述的那些。图5a中描绘单模光纤(Corning SMF28)和10μm液芯光纤(LCOF)之间的间隙拼接的图像。图5b中描绘单模光纤(Corning SMF28光纤)的两个区段之间的间隙拼接的照片。
图6c描绘光学子组件611的制造，光学子组件611具有用于并入到组件601中的液体进入端口。如从图中所见，光学子组件611包括跨间隙拼接605连结的LCOF 608(此处具有10μm芯)和标准单模光纤609(此处为Corning SMF28)。LCOF 608和标准单模光纤609中的每一者通过胶带607的一部分安装在显微镜载片603上。通过设置在容器613中的液体介质来提供液体进入。各种液体介质均可用于此目的，尽管优选使用CS2。图6e描绘通过类似过程产生的填充有CS2的集成LCOF 608的组装。图5d中示出填充有CS2的集成的1m长LCOF的相片。
如图6f所示，通过上述方法产生的组件601包括激光器617、二向色(或IR)滤波器619、偏振分束器(PBS)621、光电二极管(PD)625、镀金镜623、显微镜物镜(MO)627和光学光谱分析仪(OSA)629。组件601还包括以上指出的LCOF 608和标准单模光纤609的部分。
图7描绘可通过混合以不同浓度的QD获得的结果。所描绘的结果对应于以这种方式产生的三种不同QD混合物。如从其中所描绘的发射光谱的变化所见，此方法可用于产生可调谐宽带光谱。
图8示出Ocean Optics HL-2000-HP-FHSA钨卤光源的光谱(从制造商获得)。如从图中所见，这些光源根据光源是被配置为高功率源、标准源还是长寿命源而产生变化的输出光谱。
图9是CuInZnSeS量子点的典型吸收光谱901和光致发光光谱903光谱，所述量子点是本文公开的装置和方法中的优选荧光团。这些QD基本上不含毒性元素，并且被认为是非致癌的。此外，这些QD可具有超过70％或大于90％的发射量子产率，并且具有在小于400nm的波长处具有最大强度的吸收光谱。
如图9所示，CuInZnSeS量子点可被制成在其吸收901峰和光致发光903峰之间具有极小重叠902。因此，这些量子点由于荧光而发射的辐射中很少会在随后经历重吸收。此外，CuInZnSeS量子点可被制造成使得吸收峰位于可见光区域之外(通常在UV区域内)并且发射光谱在可见光区域内。因此，这些量子点所经历的光致发光过程具有将入射的UV或蓝色辐射的一部分转换成可见光-NTR波长的效果，因此使其非常适合医学应用。
图10是由不同大小和组合的量子点产生的光致发光光谱的曲线图，所述量子点由CuInS2、CuInSe2、ZnS、ZnSe及其组合组成。如从图中所见，这些材料提供在400nm-1200nm的范围内的可达峰值发射。
图11是由原型光纤耦合光源产生的光致发光光谱的曲线图。用于产生这些光谱的原型中仅使用一种大小的QD。附接到原型的光纤连接到Thorlabs SMA光纤适配器。使用光纤耦合光谱仪以短(1.5ms)的积分时间测量装置的输出。由蓝光LED激发的装置的照片揭露在Thorlabs光纤适配器的端部处的明亮红点，由此确认耦合。由小型ChanZon LED激发的装置的照片显示在从QD耦合到光纤后从光纤适配器发出的明亮红光。
图12是示出在传播通过包含生物缓冲液中的牛血红蛋白的样本后的590-nm QD的宽带PL的曲线图。如从图中所见，590-nm QD的宽带PL在传播通过样本时显著改变。可通过分析这些光谱来提取深度和浓度信息。
通过适当选择发光材料和/或这些材料的尺寸，可根据需要修改或调制本文公开的装置、结构和方法中利用的材料的光致发光光谱。例如，图10是由不同大小和组成的CuInZnSeS量子点产生的光致发光的曲线图，其示出了这些量子点的跨越400-1200nm的光谱范围的许多不同发射波长。通过混合不同量子点组合，可容易地将光谱的形状修改和调制成理想光谱。光谱的形状(包括峰的数量、谷的数量、光谱的斜率以及其他特征)可基于所选择量子点的大小和组成来调制。QD混合物具有大于50％的发射量子产率。应当理解，此方法可用于实现最有利于特定应用的光谱输出。
各种发光材料可用于本文公开的装置、结构和方法。如前所指出，此类材料中的一类是通常称为量子点(QD)的胶态半导体纳米晶体。这些材料的优点在于：它们提供各种大小可调谐光学特性(包括大小可调谐光致发光)，并且可廉价地由液体加工。QD在吸收广泛光谱的光、然后将此能量转换成由其大小确定的单色的发射光方面非常有效。通过调制制造条件以实现不同的大小、形状、组成和/或异结化，可将光学特性(诸如例如，吸收和发射光谱、PL寿命和斯托克斯位移)编程到这些材料中。
集中精力使用替代(简化)方法来构建宽带光源的原型(参见图11)。具体地，将可见光QD并入在小(1×1×0.1cm)聚合物块中—发光太阳能聚光器(LSC)的微型版本。还可将光纤并入道相同聚合物中，并且以反光漆覆盖LSC除一个侧面外的所有侧面以改进与光纤的光耦合。用小型蓝光LED(可作为ChanZon 10DGL-DZ-3W-BL商购获得)激发QD。将集中在LSC中的PL耦合到光纤中并传送到其连接到Thorlabs SMA光纤适配器的另一端。使用光纤耦合光谱仪在短(1.5ms)的积分时间测量装置的输出。当用常规蓝光手电筒(左)激发LSC时以及当使用蓝光LED(右)时，肉眼都容易观察到出自光纤的明亮发射。此简单原型示出独特的可调谐光源。通过将若干小型LSC与单独着色的QD组合在一起，并允许对它们中的每一者的激发功率进行独立控制，可产生微型(但高度灵活的)宽带光源。例如，可容易地修改输出光谱以补偿Si检测器在1000–1100nm周围的灵敏度下降。
使用具有约590nm峰的单一大小的QD的PL来确认：即使单一相异类型的CuInSexS2-x/ZnS QD的PL光谱也足够宽以看到一些生物物种的特征。具体地(参见图12)，发现牛血红蛋白的相异吸收峰影响QD PL在其传播通过样本(生物相关缓冲液PBS中的牛血红蛋白的液体溶液)时的光谱形状和强度。图12中的箭头描绘牛血红蛋白的渐增的浓度，这是渐增的组织厚度的良好替代。
图13是根据本文的教义的光学分光成像装置的特定非限制性实施方案的图示。扩散光学分光成像(DOSI)是非侵入式光学诊断技术，其可量化高达若干厘米深的组织的吸收系数和散射系数。通过测量这些光学特性，可明确有关目标组织的可量化和定性信息。DOSI是基于基础分光理论，并且更具体地，是基于从大约800nm延伸到2500nm的近红外(NIR)的电磁波谱区域内的光学分光。DOSI的工作是通过用NIR光询问目标组织并检测重发射光子来进行。然后通过基于Beer-Lambert定律的一组数学光子传输模型来分析重发射，所述模型被修改以预测多光子在活体组织中的散射和扩散。由此，可得出各种有用的信息，诸如利用可用于诊断诸如黑素瘤的状况的组织血氧测定法。
从图14可看出，典型DOSI仪器由探针1101组成，探针1101配备有可调谐NIR激光光源1103以及远离光源1103放置在不同距离处的各种光子检测器1105、1106。光源1103可以是本文公开的类型。当来自光源1103的激光进入感兴趣区域时，它开始以“香蕉”形方式遍布组织1107散射和扩散。这种“香蕉”形光扩散路径是最靠近源的检测器能够分析组织的浅表部分(诸如皮下组织1109)、而最远检测器能够进行更深询问(诸如骨骼肌1111)的原因。检测器可位于多远距离处存在限制。
DOSI基于目标组织中的每个发色团都在其自己独特且特异的波长处吸收最多光的原理进行操作。这在图14中可看到，图14是可用图13所描绘的装置获得的在不同波长(包括NIR)下的各种发色团的吸收光谱的示例。例如，水对NIR光的吸收在980nm范围周围最高。值得注意地，氧化的和脱氧的血红蛋白具有显著不同的吸收曲线，并且因此相对容易彼此区分。通过在DOSI研究期间测量组织-光子相互作用，可单独分离发色团含量和组成并对其进行分析以确定例如良性病变和恶性黑色素瘤之间的差异。
5.附加备注
可在本文所公开的组成、装置和方法中进行或利用各种修改、替换、组合和参数范围。
例如，在一些实施方案中，发光材料的光致发光可在400nm至2000nm的范围内、更优选在550nm至1700nm的范围内、并且最优选在550nm至750nm的范围内的波长处具有最大强度。在一些实施方案中，荧光团可发射在最大强度处具有大于1nm、大于20nm、大于30nm、大于40nm、大于100nm或大于200nm的全宽的光谱的光。在其他实施方案中，发光材料的光致发光可在大于550nm的波长处具有最大强度。
在一些实施方案中，发光材料的光致发光的特征在于至少30％、至少50％、至少70％、或至少80％的量子产率。
在本文描述的装置和方法的光学路径中可利用各种光学元件。例如，在一些实施方案中，可将光谱选择光学元件放置在被照射物品与入射太阳光之间的光学路径中。这种光学元件可包括例如选自由以下组成的组的一个或多个元件：滤光器、量子点膜和着色玻璃。这种类型的光谱选择光学元件可仅允许光谱的给定部分通过。
在本文公开的系统和方法中可利用各种组成的QD和荧光团。上文已经指出这些组成中的一些。在本文描述的系统和方法的一些实施方案中，可利用具有选自由以下组成的组的组成的QD和荧光团：CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe2、ZnS、ZnSe、CuInZnSeS、CuGaS2和前述项的合金。然而，在本文公开的系统和方法的许多实施方案中，优选使用具有组成CuInSexS2-x/ZnS的QD和荧光团。
在一些实施方案中，在本文描述的系统、方法和组成中可利用两种或更多种相异类型的量子点。这些量子点在组成上可以是相异的。例如，本文所利用的发光材料可包括基于第一化学性质的第一类型的量子点，以及基于与第一化学性质相异的第二化学性质的第二类型的量子点。因此，例如，第一类型的量子点可包括例如CuInS2，而第二类型的量子点可包括AgInSe2。类似地，本文描述的发光材料可包括基于第一组量子点尺寸(或尺寸分布)的第一类型的量子点，以及基于与第一组量子点尺寸(或尺寸分布)相异的第二组量子点尺寸(或尺寸分布)的第二类型的量子点。因此，例如，第一类型的量子点可包括具有第一直径(例如10nm)的大致球形量子点，并且第二类型的量子点可包括具有第二直径(例如30nm)的大致球形量子点。
本文公开的装置、结构和方法已经在本文中参考它们在一般医学应用中的使用并且特别是在扩散光学分光中的使用进行频繁描述。然而，本领域的技术人员将理解，这些装置、结构和方法也可用于各种其他应用，包括例如通用照明应用。
本发明的以上描述是说明性的，并且并不意图是限制性的。因此，应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可对上述实施方案进行各种添加、替换和修改。相应地，本发明的范围应当参考所附权利要求来解释。
此外，特别地考虑到在不脱离本公开的范围的情况下，可以不同的组合或子组合来布置所附权利要求中描述的特征。例如，考虑到在不脱离本公开的范围的情况下，可将在两项或更多项权利要求中列出的特征组合到单项权利要求中，而不管所产生的特征组合是否在所附权利要求或本公开中的其他地方明确地公开。

Claims (48)

1.一种光学元件，其包括：
光纤；以及
多个荧光团，所述多个荧光团与所述光纤光学连通；
其中所述荧光团具有大于50％的量子产率，其中所述荧光团发射在400nm至2000nm的范围内的波长处具有最大强度的光谱的光。
2.如权利要求1所述的光学元件，其中所述荧光团发射在大于550nm的波长处具有最大强度的光谱的光。
3.如权利要求1所述的光学元件，其中所述光学元件在550nm至1700nm的范围内的波长处具有大于50％的平均透光率。
4.如权利要求1所述的光学元件，其中所述荧光团是量子点。
5.如权利要求1所述的光学元件，其中所述荧光团是包含选自由以下组成的组的材料的量子点：CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe2、ZnS、ZnSe和前述项的合金。
6.如权利要求1所述的光学元件，其中所述光纤具有芯和包覆层，其中所述芯包括其中设置有所述荧光团的介质，并且其中所述介质选自由液体溶液和聚合物组成的组。
7.如权利要求1所述的光学元件，其中所述光纤具有芯和包覆层，其中所述光纤附接到包含其中设置有所述荧光团的介质的元件。
8.如权利要求1所述的光学元件，其还包括：
至少一个蓝光或UV LED光学元件，所述至少一个蓝光或UV LED光学元件设置在所述光纤的端部处并与其光学连通。
9.如权利要求1所述的光学元件，其还包括：
至少一个蓝光或UV LED光学元件，所述至少一个蓝光或UV LED光学沿着所述光纤的一部分设置并与其光学连通。
10.如权利要求1所述的光学元件，其与光谱仪结合。
11.如权利要求1所述的光学元件，其中荧光团对来自所述光源的入射光的散射小于5％。
12.如权利要求1所述的光学元件，其中所述多个荧光团包括第一多个第一荧光团和第二多个第二荧光团，其中所述第一荧光团和所述第二荧光团是相异的，并且其中所述第一多个荧光团和所述第二多个荧光团在附接到所述光纤的介质内均匀混合。
13.如权利要求1所述的光学元件，其与光源结合，其中所述多个荧光团包括一组荧光团F＝Fi,…,Fn，其中n≥2，其中每个荧光团Fi，其中i∈[1,…,n]，具有以波长λi处的最大强度为特征的发射光谱，其中λ1>…>λn，并且其中所述多个荧光团布置在所述光纤内以形成梯度。
14.如权利要求1所述的光学元件，其与光源结合，其中所述多个荧光团包括一组荧光团F＝Fi,…,Fn，其中n≥2，其中每个荧光团Fi，其中i∈[1,…,n]，具有以波长λi处的最大强度为特征的发射光谱，其中λ1>…>λn，并且其中所述多个荧光团布置在附接到所述光纤的介质内，并且所述光纤连接到公共输出光纤。
15.如权利要求1所述的光学元件，其中通过使照明强度与检测系统的灵敏度曲线匹配来操纵输出光谱，以便跨所述整个光谱范围优化信噪比。
16.如权利要求1所述的光学元件，其中通过匹配组织的吸收曲线来操纵所述输出光谱，以便跨所述整个光谱范围优化信噪比。
17.如权利要求1所述的光学元件，其中所述荧光团具有至少50nm的斯托克斯位移。
18.如权利要求1所述的光学元件，其中所述光纤被分段成多个可互换区段。
19.如权利要求1所述的光学元件，其中所述多个荧光团设置在所述光纤内部。
20.如权利要求1所述的光学元件，其中所述多个荧光团邻近所述光纤设置。
21.如权利要求1所述的光学元件，其中所述荧光团发射在最大强度处具有大于40nm的全宽的光谱的光。
22.一种用于对受试者执行光谱组织感测(STS)分析的方法，其包括：
提供包括电磁辐射输入源和光学元件的仪器，其中所述光学元件包括光纤和设置在所述光纤内的多个荧光团，其中所述荧光团具有大于50％的量子产率，其中所述荧光团发射在400nm至2000nm的范围内的波长处具有最大强度的光谱的光，并且其中所述荧光团发射在最大强度处具有大于40nm的全宽的光谱的光；
通过沿着包括所述光学元件的光学路径引导来自所述输入源的电磁辐射来产生电磁辐射输出源；
用来自所述输出源的电磁辐射照射组织的一部分；以及
对所述被照射组织执行STS分析。
23.如权利要求22所述的方法，其还包括：
在检测系统处接收来自所述被照射组织的电磁辐射；
其中所述检测系统具有相关联的灵敏度曲线，并且其中通过使所述输出源的输出光谱的照明强度与所述检测系统的所述灵敏度曲线匹配来操纵所述输出光谱，以跨所述输出光谱优化信噪比。
24.如权利要求22所述的方法，其还包括：
在检测系统处接收来自所述被照射组织的电磁辐射；
其中所述检测系统具有相关联的灵敏度曲线，并且其中通过使所述组织的吸收曲线与所述检测系统的所述灵敏度曲线匹配来操纵所述输出源的输出光谱，以跨所述输出光谱优化信噪比。
25.如权利要求22所述的方法，其中所述组织的部分在其处于受试者体内时被照射。
26.如权利要求22所述的方法，其中所述组织的部分在其已从受试者的身体移除后被照射。
27.如权利要求22所述的方法，其中所述荧光团发射在大于550nm的波长处具有最大强度的光谱的光。
28.如权利要求22所述的方法，其中所述光学元件在550nm至1700nm的范围内的波长处具有大于50％的平均透光率。
29.如权利要求22所述的方法，其中所述荧光团是量子点。
30.如权利要求22所述的方法，其中所述荧光团是包含选自由以下组成的组的材料的量子点：CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe2、ZnS、ZnSe和前述项的合金。
31.如权利要求22所述的方法，其中所述光纤具有芯和包覆层，其中所述芯包括其中设置有所述荧光团的介质，并且其中所述介质选自由液体溶液和聚合物组成的组。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述包覆层包括玻璃。
33.如权利要求22所述的方法，其中所述仪器还包括：
至少一个蓝光或UV LED光学元件，所述至少一个蓝光或UV LED光学元件设置在所述光纤的端部处并与其光学连通。
34.如权利要求22所述的方法，其中所述仪器还包括：
至少一个蓝光或UV LED光学元件，所述至少一个蓝光或UV LED光学沿着所述光纤的一部分设置并与其光学连通。
35.如权利要求22所述的方法，其中所述仪器与光谱仪结合利用。
36.如权利要求22所述的方法，其中所述荧光团分散在液体介质中。
37.如权利要求22所述的方法，其中所述荧光团分散在聚合介质中。
38.如权利要求22所述的方法，其中荧光团对来自所述光源的入射光的散射小于5％。
39.如权利要求22所述的方法，其中所述多个荧光团包括第一多个第一荧光团和第二多个第二荧光团，其中所述第一荧光团和所述第二荧光团是相异的，并且其中所述第一多个荧光团和所述第二多个荧光团在所述光纤内均匀混合。
40.如权利要求22所述的方法，其中所述仪器与光源结合利用，其中所述多个荧光团包括一组荧光团F＝Fi,…,Fn，其中n≥2，其中每个荧光团Fi，其中i∈[1,…,n]，具有以波长λi处的最大强度为特征的发射光谱，其中λ1>…>λn，并且其中所述多个荧光团布置在所述光纤内以形成梯度。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述多个荧光团的梯度是这样以使得荧光团F＝Fi,…,Fn在与所述光源相距di,…,dn的相应距离处具有最大浓度，其中di<…<dn。
42.如权利要求22所述的方法，其中所述发射曲线跨800nm至1200nm的范围是连续的。
43.如权利要求22所述的方法，其中所述多个荧光团的所述发射光谱在波长范围Smin内小于2％，并且其中Smin是波长集S＝[400nm,2000nm]的子集。
44.如权利要求22所述的方法，其中所述电磁辐射输入源还包括多个LED光学元件。
45.如权利要求22所述的方法，其中通过使照明强度与检测系统的灵敏度曲线匹配来操纵输出光谱，以便跨所述整个光谱范围优化信噪比。
46.如权利要求22所述的方法，其中通过匹配组织的吸收曲线来操纵所述输出光谱，以便跨所述整个光谱范围优化信噪比。
47.如权利要求221所述的方法，其中所述荧光团具有至少50nm的斯托克斯位移。
48.如权利要求22所述的方法，其中所述光纤被分段成多个可互换区段。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE46672E1 (en) 2006-07-13 2018-01-16 Velodyne Lidar, Inc. High definition LiDAR system
US10627490B2 (en) 2016-01-31 2020-04-21 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pulse, LIDAR based 3-D imaging
JP7149256B2 (ja) 2016-03-19 2022-10-06 ベロダイン ライダー ユーエスエー，インコーポレイテッド Ｌｉｄａｒに基づく３次元撮像のための統合された照射及び検出
US10393877B2 (en) 2016-06-01 2019-08-27 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pixel scanning LIDAR
JP7290571B2 (ja) 2017-03-31 2023-06-13 ベロダイン ライダー ユーエスエー，インコーポレイテッド 統合化されたｌｉｄａｒ照明出力制御
JP2020519881A (ja) 2017-05-08 2020-07-02 ベロダイン ライダー， インク． Ｌｉｄａｒデータ収集及び制御
US11294041B2 (en) 2017-12-08 2022-04-05 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for improving detection of a return signal in a light ranging and detection system
US11971507B2 (en) 2018-08-24 2024-04-30 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for mitigating optical crosstalk in a light ranging and detection system
US10712434B2 (en) 2018-09-18 2020-07-14 Velodyne Lidar, Inc. Multi-channel LIDAR illumination driver
US11082010B2 (en) 2018-11-06 2021-08-03 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for TIA base current detection and compensation
US12061263B2 (en) 2019-01-07 2024-08-13 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for a configurable sensor system
US11885958B2 (en) 2019-01-07 2024-01-30 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for a dual axis resonant scanning mirror
US10613203B1 (en) 2019-07-01 2020-04-07 Velodyne Lidar, Inc. Interference mitigation for light detection and ranging
CN113125345B (zh) * 2021-03-05 2022-12-23 上海大学 一种铜离子检测的光纤传感器及其制备方法
CN117590521B (zh) * 2024-01-18 2024-03-19 北京镭科光电科技有限公司 利用液芯光导管的半导体激光耦合传输成像装置及设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050063197A1 (en) * 2003-08-07 2005-03-24 Nightingale John L. System and method utilizing guided fluorescence for high intensity applications
CN101138104A (zh) * 2005-06-23 2008-03-05 伦斯勒工业学院 利用短波长led和下变频材料产生白光的封装设计
WO2008136812A2 (en) * 2007-05-07 2008-11-13 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Fluorescence detection enhancement using photonic crystal extraction
US20130006116A1 (en) * 2010-01-25 2013-01-03 University Health Network System and method for sub-surface fluorescence imaging
CN103930782A (zh) * 2011-09-15 2014-07-16 纽约市哥伦比亚大学信托人 使用组织激发的荧光分析物的测量
CN105163650A (zh) * 2013-05-03 2015-12-16 皇家飞利浦有限公司 具有经适配的光谱输出的光源

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3365021B2 (ja) * 1993-12-27 2003-01-08 株式会社ブリヂストン 光伝送体
US6103535A (en) * 1996-05-31 2000-08-15 University Of Maryland Optical fiber evanescent field excited fluorosensor and method of manufacture
US6514277B1 (en) * 1999-06-11 2003-02-04 Photonics Research Ontario Fiber optic multitasking probe
US6337945B1 (en) * 1999-09-15 2002-01-08 Supervision International, Inc. Fiber optic light bar
US20020186921A1 (en) * 2001-06-06 2002-12-12 Schumacher Lynn C. Multiwavelength optical fiber devices
US20060024833A1 (en) * 2004-07-27 2006-02-02 Molecular Probes, Inc. Fluorescent metal ion indicators with large stokes shift
JP2006261077A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Hitoshi Yagisawa 光ファイバーライト
US8247551B2 (en) * 2007-01-26 2012-08-21 Duquesne University Of The Holy Spirit Lead sensor and methods of use
CA2749743C (en) * 2009-01-21 2017-08-29 Alcon Research Ltd. Ophthalmic endoillumination using fiber generated light
WO2011050441A1 (en) * 2009-10-30 2011-05-05 Institut National D'optique Fluorescence-based light emitting device
US20140030193A1 (en) * 2011-04-11 2014-01-30 The Johns Hopkins University Cuinse/zns nir-quantum dots (qds) for biomedical imagiing
US10718012B2 (en) * 2013-10-14 2020-07-21 Agency For Science, Technology And Research Non-motorized optical multiplexing for the simultaneous detection of DNA target amplicons in a polymerase chain reaction solution
GB201418725D0 (en) * 2014-10-21 2014-12-03 Imp Innovations Ltd A light source
US10170022B2 (en) 2015-06-10 2019-01-01 UbiQD, Inc. Photoluminescent retroreflector
US9382432B1 (en) 2015-09-21 2016-07-05 Ubiqd, Llc Quantum dot security inks
US9964488B2 (en) 2015-09-21 2018-05-08 UbiQD, Inc. Methods of authenticating security inks
US10082387B2 (en) 2016-03-09 2018-09-25 UbiQD, Inc. Fluorescent liquid penetrants and methods of nondestructive testing
WO2018209000A1 (en) 2017-05-09 2018-11-15 Ubiqd Inc. Luminescent optical elements for agricultural applications

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050063197A1 (en) * 2003-08-07 2005-03-24 Nightingale John L. System and method utilizing guided fluorescence for high intensity applications
CN101138104A (zh) * 2005-06-23 2008-03-05 伦斯勒工业学院 利用短波长led和下变频材料产生白光的封装设计
WO2008136812A2 (en) * 2007-05-07 2008-11-13 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Fluorescence detection enhancement using photonic crystal extraction
US20130006116A1 (en) * 2010-01-25 2013-01-03 University Health Network System and method for sub-surface fluorescence imaging
CN103930782A (zh) * 2011-09-15 2014-07-16 纽约市哥伦比亚大学信托人 使用组织激发的荧光分析物的测量
CN105163650A (zh) * 2013-05-03 2015-12-16 皇家飞利浦有限公司 具有经适配的光谱输出的光源

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RAMI NACHABÉ ETAL.: "Estimation of biological chromophores using diffuse optical spectroscopy: benefit of extending the UV-VIS wavelength range to include 1000 to 1600 nm", 《OPTICS EXPRESS》, pages 1 - 11 *

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Publication number Publication date
CA3067353A1 (en) 2018-12-20
US20180364098A1 (en) 2018-12-20
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US20220276091A1 (en) 2022-09-01
EP3639014A4 (en) 2020-12-30
WO2018232192A1 (en) 2018-12-20
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US12085443B2 (en) 2024-09-10

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