JP2000510604A - Method and apparatus for improved fiber optic light management - Google Patents

Method and apparatus for improved fiber optic light management

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Abstract

(57)【要約】 光ファイバー光の操作および管理のための改善された技法。低光分光器分析用の改善された光ファイバー・プローブ・アセンブリは、高い分析重要性のある微妙な光−物質相互作用に対する反応を改善し、改善されない場合には優勢となる効果に対する感度を削減する。これは、プローブの感度を最適化するために、照明および収集の視野を調整することにより達成される。光操作は、プローブの送達パターンおよび視野が外部操作を必要とせず、調査される媒質によって悪影響を及ぼされないように、ファイバーの内部に適用される。これにより、光送達パターンまたは視野、あるいは両方は、性能レベルの大幅な向上を達成するために軸から離れて精力的に進めることができる。精力的なビーム操縦は、ファイバー内の内部反射面を利用して達成される。完全内部反射を確実にするために、反射する金属コーティングまたは低屈折率コーティングまたはカプセル材料を使用できる。ファイバーは、フィルター、漏話抑制体、および堅牢なパッケージ内で高性能プローブを提供するそれ以外の特徴も取り入れる。設計の変種は、側面表示、共通の開口を通した表示、共通軸に沿った表示、およびその他の特徴を提供する。 (57) Abstract: An improved technique for the manipulation and management of fiber optic light. Improved fiber optic probe assembly for low optical spectroscopy analysis improves response to sensitive analytical light-substance interactions of high analytical importance and reduces sensitivity to effects that would otherwise dominate . This is achieved by adjusting the illumination and collection fields to optimize the sensitivity of the probe. Optical manipulation is applied inside the fiber so that the delivery pattern and field of view of the probe do not require external manipulation and are not adversely affected by the medium being investigated. This allows the light delivery pattern or field of view, or both, to be vigorously advanced off axis to achieve a significant increase in performance level. Vigorous beam steering is achieved utilizing internal reflective surfaces within the fiber. To ensure complete internal reflection, a reflective metal coating or a low refractive index coating or encapsulant can be used. The fiber also incorporates filters, crosstalk suppressors, and other features that provide a high performance probe in a rugged package. Variants of the design provide side views, views through a common aperture, views along a common axis, and other features.

Description

【発明の詳細な説明】 改善された光ファイバー光管理のための方法および機器 関連する出願に関する主張 本明細書は、１９９６年３月１３日に提出され、「送達感度および受光感度が 操作される光ファイバー・インタフェース」と題する米国暫定明細書番号第６０ ／０１３，３４１号、１９９７年１月２８日に提出され、「改善された光ファイ バー・プローブ・アセンブリ」と題する第６０／０３６，５０４号、および１９ ９７年２月１４日に提出され、「光ファイバーおよびその他の関連デバイスの改 善されたフィルタリング」 と題する の利点を主張する。 技術分野 本発明は、一般的に、光ファイバーに関し、さらに特定すると、特定の光−物 質相互作用に対する感度を高めるために操作される送達領域および受光領域を使 用する光ファイバー・プローブに関する。 発明の背景 近年では、光ファイバーの使用は、多岐に渡る用途でますます広く行き渡って きた。光ファイバー・プローブは、多様な種類の光散乱分光法を利用することに より物質を分析するために特に有効であることが判明してきた。 光ファイバーは、他の種類のソース／検出装置に優る多数の優位点を提供する 。要約すると、ファイバーは、ソース生成ハードウェアおよび記録機器が、調査 対象の被写体および分析の要点と関係なく配置されるように、光導管を提供する 。したがって、分析は、そうでない場合には近づきがたい場所で遠隔で実施され る。過去に到達できなかった情報が、大部分の場合リアルタイムにもとの場所で 取得される。この機能は、多数の産業用の用途、環境用の用途、および生物医学 的な用途で求められる。研究室は産業王国においてオンラインで環境セクタの現 場に移され、生物工学的な領域では生体内で移動される。さらに、ハードウェア および測定はさらに堅牢に、より迅速に、より侵襲性が低く、より頑丈に、より 安価になり、多くのそれ以外の優位点が実現される。 光散乱分光法 伝達分光法は物体を通り抜ける光を分析するが、光散乱分光法は、入射ソース に相関的な角度で散乱する測定され、分析する光の照明を必要とする。散乱事象 の光子−物質相互作用は、弾性的であるか、非弾性的である。非弾性的な事象に おいて、光子のエネルギー（波長）は、光−物質相互作用の結果として変化する 。弾性的な事象においては、光のエネルギー（波長）は変化しない。光子のわず かな部分が完全に吸収される現象である吸収も、光散乱分光法で役割を果たす。 ラマン分光法、拡散分光 法、反射率分光法、および蛍光分光法は、物質の振動の、および非振動の光子的 な反応に関係するため特に重要である。 ラマン効果は、微妙な光−物質相互作用を説明する。ある物質を照らす光の微 少な部分は、無作為方向にラマン散乱される。ラマン散乱された光は入射ビーム （通常はレーザー）から色偏移される。色（周波数）偏移は、分子の分極率の変 化を誘発する分子結合振動に関係するためきわめて特殊である。ラマン分光法は 、化学分析およびモニタリングには強力な技法である。結果として生じる低光レ ベルは、精密で高価な計装および技術的な複雑度を要求する。プロセスおよび環 境汚染因子のオンライン分析に適当な技術および製品が利用可能になってきたと ころである。 正反射性の反射率は、表面の鏡に類似した面に関する。拡散反射率は、入射ビ ームに相関的な拡散角度で物質の表面から弾性的に散乱する光に関する。例えば 、プロジェクター・スクリーンは光を拡散するように反射するが、光沢のあるワ ックスで磨かれた新車は高い鏡面反射性の構成要素を備える。拡散反射率分光法 は、視覚的な知覚対象の測定だけではなく化学分析にとって重要である。とりわ け、それは微粒子−散乱事象および吸収事象に基づく。 蛍光は、１つの波長で光を吸収してから、電子遷移の結果としてさらに長い波 長で光を発し直す物質に関する。 一例に、「蛍光ペン」フェルトマーカーは、青い光と紫外線を吸収してから、そ れを緑色として発するので緑に「光る」ように見える。蛍光は、化学モニタリン グに強力な技法である。 ラマン分光法は確立した実験室の技法であり、一般的にはオンライン・モニタ リングおよび検知に膨大な可能性を持つと認識されている。安定したレーザー、 安価な計算力、効率的な検出器、およびその他の新しい技術的な進歩の出現によ り、ラマン分光法は広く普及した産業モニタリングに用意されている。プロセス 制御モニタリングに加えて、ラマン分光法は、神経系イメージングから環境モニ タリング、生体外および生体内の医療試験に及ぶ専門化されたモニタリング・デ バイスおよび検知デバイスで活用されるだろう。 ラマン分光法は、レーザーのような高性能の狭波長エネルギー・ソースでサン プルを励起することを必要とする。レーザー光子は、波長がレーザーの波長から 移るに従って低強度の光放出を誘導する。ラマン効果は、光子の弾性的な散乱で ある。放出されたラマン光は、専門化した計器で収集、分析される。 シフトのスペクトル位置（色）は、サンプル中の化学物質の指紋を提供する。 したがって、ラマン分光法は、化学識別の手段を提供する。シフトの強度（スペ クトルのピーク高さ）は、化学物質の濃度に相互に関係する。したがって、適切 に校正された計器が化学物質の含有量 および濃度を提供する。実際には、ラマン分光法は技術的に複雑であり、精密で 高価な計装を必要とする。 ラマン分光法は、サンプルの調整を行わない水性ベースの媒質によく適してい る。この観点から、それはプロセス制御医療試験および環境用の用途に理想的な ツールである。したがって、ラマン分光法は、リアルタイム・モニタリングに大 きな可能性を持ち、精力的に追求されているところである。 プローブ・ベースのオンライン・ラマン計器の基本的な概念は単純である。レ ーザー光は光ファイバーで下方に遠隔プローブに向けられる。レーザー光はファ イバーを出て、サンプル媒質を照らす。別のファイバーがラマン放出された光を 捉え、それを分析のために計器に戻す。 実際には、堅牢な物理的プローブの実現に対する工学上の課題はかなりである 。実験室の計器により期待される光学性能に加え、プローブは極端な物理的およ び化学的状態に耐えるために強くされなければならない。光学特徴も、動的な状 態の変化に伴い不変のままとならなければならない。 プローブ光学の光学面は、特定の設計の精巧な出来栄えを要求する。ラマン効 果は非常に弱い信号を必要とする。ラマン放出物は、励振放射の１兆分の１ほど の強さとなる場合がある。その後に、プローブは、ラマン放出された光の収集お よび伝達において信じられないほど効率的でなければならない。したがって、信 号は外来の影響 により損なわれてはならない。感度の一例に、ラマン計器は典型的に宇宙線フィ ルターを特長とする。機構は、単独の宇宙線光が検出器を通過することによって 影響を受ける測定データ・サンプルを識別し、廃棄する。 シリカ・ラマン効果として知られる現象は、遠隔のラマン分光法に従事する者 に特に厄介であることが判明している。レーザー光が光ファイバー上で伝達され るのに伴い、本質的に微妙な光−物質相互作用が発生する。レーザー光およびガ ラス繊維内のシリカが相互作用し、「シリカ・ラマン」光を生じさせる。外来の シリカ−ラマン光はファイバー内で導波されるようになり、どうしようもなくレ ーザー光と混合される。レーザ光の純度は損なわれる。ファイバー蛍光により類 似した問題が生じる。 遠隔ラマン分光法は、基地計器と遠隔プローブまたはプロセス・インタフェー スの間で光ファイバーを利用する。光ファイバーは、そのソースからプローブに レーザー光を伝達する。別個のファイバーがプローブから感知された光を分析の ために計器に戻す。送達および戻しの両方で、望ましくないシリカ・ラマン光は 、望ましいレーザーおよびセンサ光と同時にファイバー内を移動する。光ファイ バーに基づいたラマン分光法における主要な障害は、望ましい光を望ましくない シリカ・ラマン光から分離することにあった。 平面平行ファイバー・プローブ 標準的な光ファイバーは、狭い角度範囲内で光を送達し、受光する。２本の標 準的な平面ファイバー（つまり、ソース・ファイバーおよび収集ファイバー）を 平行に取り付けることによって形成される「プローブ」を考える。このプローブ の機能性、動作、および限度は、関連した技術的な要件を提示するために分析さ れる。とりわけ、技術的な説明は光学的な効率の問題に対処する。効率は、収集 された光のエネルギーに対する照明エネルギーの間の比に関する重大なパラメー タである。 光学的な効率の上昇には重要な利点がある。効率が高まるにつれて、システム 性能は飛躍的に上昇する。精密計器システムにおいては、検出器サブシステム内 で小さい限界性能利得を生じさせるために、膨大な努力、費用、およびその他の 配慮が費やされる。最適化されたプローブを使用することによって、多大な利得 が容易に実現される。プローブ効率での利得が、わずかな電子回路および検出器 の改善を大きく支配する。プローブ性能が向上すると、雑音が減少し、安定性が 増加し、反応が加速され、反復性が改善され、総体的なシステムが利益を被る。 要求される照明強度は最小限に抑えられる。これにより、侵襲面が削減され、分 析対象の主題が損傷を受けたり改変されないことが確実になる。さらに、はるか に安価な光電子構成部品を利用することができる。 平面では、平行ファイバー・プローブであるソース・ ファイバーが、発散光ビームの形で照明光を送達する。収集ファイバーには、照 明ゾーンの形状に類似した形状の受容性ゾーンがある。ただし、収集ゾーンおよ び照明ゾーンは互いに相殺され、それぞれがその各ファイバー面から発する。ゾ ーンはファイバーから外側に拡大するに従って、重複を始める。通常の状況では 、この重複する領域内においてだけ、ソース・ファイバーは照明を送達し、収集 ファイバーはターゲットから光を収集することができる。これらの領域の間で重 複が欠如すると、多数のやっかいな影響が生じる。第２ではあるが、まったく別 個ではない一連の問題は、照明円錐および収集円錐内の光光線の角度を形成する 向きに関連している。これらの問題が以下に説明される。 多くの共通した用途では、調査媒質は吸収する光であり、プローブはわずかに 黒いが完全に不透明ではない化学物質の混合物内に配置される。例えば、さまざ まな生物学的な組織は光吸収基質として周知である。それで、サンプルは従来の 意味で黒ずんでいる必要はない。視覚的に透明な媒質でさえ、大部分の場合強力 に紫外線または赤外線の光、あるいはその両方を吸収する。光吸収媒質では、照 明光は、検出器ファイバーが活発に戻ってくる光を収集できる位置に到達する前 に、ある程度の距離、環境の中を貫通しなければならない。ソース光はそれがこ の距離を横切るときに吸収されるので、その強度はそれが活発なターゲット・ゾ ーンに到達する前に減ぜられ る。照明光はいったん活発なターゲット・ゾーンに達すると、ターゲットからの 潜在的に収集可能なサンプル光の解放を誘発する。用途に応じて、サンプル光が さまざまな光子機構のどれかによって生成される場合がある。受動的なターゲッ トを想定すると、サンプル光の強度は照明ソース光から削減される。重要な現象 に応じて、減衰は厳しい。収集ファイバーによる捕捉の前に、サンプル光は吸収 媒質を通る経路を横切り、減衰によってさらに信号強度を削減しなければならな い。 初期には、この問題は照明強度を上昇させることによって容易に解決されると 考えられる。一定のケースでは、この技法は効果的である可能性があるが、多く の状況ではそれは実現可能ではない。媒質がソース光エネルギーを吸収するので 、それは修復できないほど損傷を受けることがある。損傷がないにしても、最小 光強度は最小侵入属性となる。したがって、損傷に加えて、光化学反応は一定の 状況では意図的ではなく偶然に始動される。したがって、高強度照明に耐えられ る用途が、平面平行ファイバー・プローブの使用を排除することがある。加えて 、照明光強度を最小限に抑えるという目標が、現在調査中であるほとんどすべて の用途で望ましい。 第２の問題は、スラリー、ミスト、エアゾール、塗料、および多様なその他の 媒質のような弾性的な微粒子散乱媒質を必要とする環境に存在する。生物学的な 組織は、これらの種類の光散乱特性について周知である。大部分 の浄化されていないサンプルは、光をある程度、および大部分の場合には強く散 乱する。光散乱は、さまざまな機構により発生するが、レイリー散乱およびミー 散乱が一般的であり、強い影響を生じさせる。過去における例でのように、照明 エネルギーは、収集ファイバーが受け入れるターゲット・ゾーンに達する前に減 衰の経路を横切らなければならない。そして、ターゲットで生成された光は、同 様に、収集ファイバーに達する前に散乱剤を通して経路を横切らなければならな い。光吸収サンプルの例の場合でのように、サンプルの損傷を防ぐために送達さ れた光強度を最小限に抑えることが１つの要因である。 弾性的な光散乱媒質には、もう一つの有害な影響が観察される。別個のターゲ ットが微粒子−散乱媒質内に置かれ、照明ゾーンおよび光収集ゾーンが重複する 領域内に配置されると仮定する。照明は、ターゲットに到達するために経路を横 切るに従い、弾性的に散乱される。直接的な経路が収集ファイバーの受容性ゾー ンの外側にある場合、この散乱された光が収集ファイバーによって捕捉できない と推測することは正しくない。不正確な結論は、おもにソース光線を新しい角度 を形成する向きに向け直す単独の散乱事象に基づく。任意の単独の光線の、角度 を形成する向きの母集団は、統計的に求められ、とりわけ散乱剤の特性の関数で ある。これらの特性には、粒径、形状、屈折率、および反射品質を含むが、粒径 、 形状、屈折率、および反射品質に限定されない。仮に、単独散乱事象が収集ファ イバーによって受光される光線を生じさせると仮定しても、事象は収集ファイバ ーの受容性ゾーン内で発生しなければならない。残念なことに、光散乱、特にレ イリー散乱およびミー散乱は、大部分の場合、複数事象の現象である。典型的に は、ソース光線は複数の散乱事象を経験し、何度も向き直される。したがって、 光線経路は、さまざまなサンプル粒子と相互作用するので複雑である。 過度に単純な一例に、ゼロ度方向でファイバー軸に平行するソース・ファイバ ーを出て、９０度方向にそれを垂直に向けさせる事象によって散乱される光線を 考える。この方向では、それは受容性の収集ファイバーのゾーンに入る。このゾ ーンにいる間に、光線は、収集ファイバーの端面との交差のためにそれを新しい 方向に向けさせる第２の事象を経験する。それから、光線は収集ファイバーによ って捕捉される。 ターゲットとの意図された相互作用を経験する前に収集ファイバーによって捕 捉される光は、通常きわめて有害である。否定的な影響は、ターゲットに送達さ れるソース照明の強度の減少をしのぐ。この光は、収集ファイバー内の望ましい 光と無差別に混合される。この「迷光」は、さまざまな分析測定の過程を容赦な く損なわせる。典型的には、迷光は望まれる光と見分けがつかなくなる。迷光レ ベルはさまざまな環境上の要因に依存する可能性 がある。前記例では、迷光は、光学経路に存在する散乱剤の量の関数である。こ の量が、制御されない用途の変数であると仮定すると、類似した補正の参照によ って影響を容易に排除することはできない。 散乱媒質が意図されたターゲットをプローブ先端から分離する状況がきわめて 一般的である。例えば、生物学的なサンプルの生体内分析の場合、さまざまな光 散乱水性溶液がプローブ先端をターゲットから分離する。例えば、生物学的な組 織は、大部分の場合、組織微粒子および血液のような散乱剤を含む流体によって 取り囲まれている。 センサ測定の別個のクラスは、粒子特性を確かめるために、分析する微粒子散 乱された光と関係する。混濁度、粒子濃度、および関係するパラメータを確かめ るために、この構成粒子から戻る光が分析される。これらの測定は、生体内およ び生体外の生物医学的な用途だけではなく両方のバイオプロセス用のバイオテク ノロジー分野で大いに探求されている。産業用用途は同様に多数である。この例 では、最小数の散乱相互作用を経験した光を収集、分析することが望ましい。前 記説明から、プローブ端面から相互照明および収集のゾーンまでの距離が大きい ほど、収集された光が複数の相互作用を経験することになると理解される。した がって、この用途では、ゾーン重複の程度および空間的な期間を扱うそれ以外の 関連規準、および多様な照明角度と収集角度は、最適化可能である し、最適化される必要がある。 光の収集も微粒子の散乱も示さない透き通った媒質での用途を考える。プロー ブ端面からの距離が伸びるに従って、照明のゾーンおよび受容性のゾーンはます ます重複し、漸近的に完全集合に近づく。ただし、最適ターゲット位置が、照明 ゾーンおよび収集ゾーンが基本的に集合内にあるプローブ端面から削除された位 置にあると仮定することは不正確であろう。相反する要因が考慮さなければなら ない。プローブ端面からの距離が伸びるに従って、ファイバーの相関的なサイズ は非線形に減少する。端面から削除された点においては、収集ファイバーは、立 体角内で光収集能力を有する。これらの２つの相反する要因は、ビーム発散、フ ァイバー・サイズ、およびファイバー分離を含む、用途規準の指定された集合の 信号を最大化する最適ターゲット距離を計算するためにモデル化することができ る。ターゲットがソース光を戻す機構、およびこの光の特性も重要である。それ にも関わらず、立体角の影響は優勢であり、収集ファイバーの光収集能力はファ イバー端面からの距離が伸びるに従って劇的に減少する。この観点から、ターゲ ットをプローブ端面の可能な限り近くに配置できることが非常に有利である。プ ローブの他の制限する要因についての説明でのように、強度は重要な要因である 。 平面平行ファイバー・プローブが透き通った流体のラマン分析に使用される用 途を考える。このケースでは、 検出ビームと収集ビームがそれを通って投射される媒質およびターゲットは同じ 中にある。収集ゾーンおよび照明ゾーンは、プローブ先端から伸びるに従って、 前述されたように重複する。残念なことに、かなりの重複が発生するプローブ先 端から一定の距離で、照明ビームは発散し、その強度は減少した。収集ファイバ ーの場合も、類似したシナリオが存在する。ゾーン重複が発生する距離で、収集 ファイバーの相関的なサイズが削減される。ファイバーが光を収集する能力を備 える立体角は、収集ファイバー端面に近い立体角上で厳しく削減される。 類似した推論の道筋に沿って、平底ビーカー内の液体の蛍光特性を調査するプ ローブを考える。液体が十分に透明である場合、光の一部はビーカーの底まで液 体を通り抜け、検出器ファイバーに後方反射される。この反射は、迷光として現 れ、取得されたデータを損なわせる。プローブに照明および収集を角度で制御す る能力が備わっている場合には、迷光の問題は、検出器ファイバーを見失うよう に反射を向けさせることによって回避されるだろう。 捕捉された光強度の平面平行ファイバー・プローブ先端からのターゲット距離 に対する依存性は、大部分の場合、位置の測定のために転位センサを作成するた めの従来の技術で活用される。このようなセンサの動的範囲および特性は、使用 可能なソースおよび検出器パターンのジオメトリによって制限される。 プローブに関係する別の重要な要因が、送達された照明の出力密度である。出 力密度は、単位面積あたりワットで表されることがある。媒質内の出力密度は、 照明する光ファイバーの表面で最高になり、ソース・ビームが発散するに従って 減少する。したがって、ソース・ビームは媒質の中に投射されるので、急速に発 散しないファイバーは出力密度を維持する。残念なことに、ソース・ビームは、 収集ファイバーの受容性のゾーンの中に照明光を送達するために発散しなければ ならない。ソース・ファイバーの近端に注入される指定された量の光に対し、プ ローブ先端にあるファイバーの遠端面での出力密度は、ファイバー・コア直径が 大きくになるに従って減少する。前述したように、出力密度が低いほど、プロー ブは侵入性ではなくなり、ソース・エネルギーをより潜在的に損なわせなくなる 。 説明された規準に加えて、照明ゾーンおよび収集ゾーン内の光線の角度を形成 する向きは重要である。意図された用途に応じて、この面は決定的に重要である 。平面平行ファイバー・プローブの場合、放出された照明光線は、照明パターン の発散角度内で向けられ、ファイバーの軸の回りに集中する。したがって、ファ イバー軸は、放出された光光線の平均角度を形成する向きである。受信ファイバ ー／収集ファイバーにも類似したシナリオが存在する。 収集ファイバー端面から短距離で配置される理論的な 点ソースから収集する光を考える。ファイバーの円錐形をした収集パターンは、 その端面から外に伸びる。点ソースが収集パターンの外に配置されると、光はフ ァイバーによって収集されない。この位置では、ファイバー端面に入射する光光 線は収集に適切に角度を形成する向きされていない。同様に、点ソースが収集パ ターン内に配置されると、点ソース光線の一部が収集される。収集ファイバー端 面からの点ソースの指定された離れている距離の間、収集された光のわずかな部 分が収集パターン全体で変化する。点ソースがパターンの中心軸にある場合、収 集される部分は最大である。直角にファイバーの中心軸に移動すると、最大収集 のゾーンは収集パターンのー部で拡大する。さらに収集パターンの外部境界に向 かうと、収集された光の一部は削減される。収集された光のこの削減は、収集パ ターンの縁の近くでは、ファイバー端面に衝突する点ソース光線の大部分が、収 集のために不適切に角度を形成する向きにされているという事実による。説明さ れるシナリオは、収集ゾーンと照明ゾーンの光ファイバー・プローブの内での重 複の影響をモデル化し、理解する上で重要である。説明された平面平行ファイバ ー・プローブでは、重複は円錐形の照明ゾーンと収集ゾーンの外辺内だけで発生 する。照明パターンおよび収集パターンの中心のさらに重要な領域は互いに一致 しない。したがって、効率は不十分である。 多くの測定の場合、照明光および収集光の角度を形成 する向きが重要である。前述したように、レイリー散乱光およびミー散乱光は、 大部分の場合、角度で偏らされ、偏向向きは分析上重要である。同様に、視覚知 覚に関係する測定の場合、角度を形成する向きは大部分の場合重大である。光沢 は照明および収集の特定の角度で測定される。用紙の輝度のようなさまざまな物 質パラメータが同様に測定される。色測定の場合、照明角度および受容角度は、 大部分の場合、分析中の物質およびさまざまな業界に特殊な基準に従って指定さ れる。大部分の場合、拡散照明が望まれる。完全に拡散した照明は角度偏向を持 たない。ターゲットはすべての方向から入射する光光線によって照らされる。完 全に拡散した照明は、絶対に完全に達成できない。それにも関わらず、それに近 づくことはできる。 色、テクスチャ、滑らかさおよび光沢のような視覚指向型測定に加えて、拡散 反射率測定は分析測定で幅広く活用される。これらの測定の多くでは、反射のス ペクトル構成要素を最小限に抑えることが望ましい。そのようにする上で、ター ゲットとの望まれる相互作用を経験しなかったソース光の収集は最小限に抑えら れる。この特性は、可視領域、紫外線領域、近赤外領域、および赤外線領域での 拡散反射率測定に希望される。また、それは、大部分の場合、蛍光およびラマン 分光法を含む一般的な光散乱測定にも好まれる。平面平行ファイバー・プローブ が、拡散照明を送達するその能力で制限されているこ とは容易に理解される。これらの測定は、多岐に渡る産業用の用途および生物医 学の用途に大いに探求されている。 大いに拡散した光で、ターゲットの照明に基づいた光拡散関連の測定を達成す ることに加え、別の技法が重要である。この技法では、光は、ターゲット面から の正反射性の光が光収集デバイスから離れて反射されるようにターゲットに角度 を形成するように向けられる。この手段により、コレクタは、ターゲットが非正 反射的に散乱する光だけを受け入れ、光収集デバイスは正反射性の光は受け入れ ない。平面平行ファイバー・プローブが、角度形成光制御がこの目標を達成する 能力を欠如していることは容易に理解される。 それがファイバーに垂直になるように、平面平行ファイバー・プローブの前に 置かれた平らな反射面を考える。面が重複する受容性および照明の領域内に配置 されると、収集ファイバーは反射面から投射されるソース光を受光し、伝達する 。しかし、受光された光は使用可能な光の小さな部分である。入射の角度は反射 の角度に等しいため、光の大半は、収集ファイバーから離れて直接的に後方反射 される。反射された光の軸は、ソース・ファイバーの軸と一致したままである。 ソース・ファイバーからの照明の光学軸が固定されたままであるという事実によ り、収集ファイバーからの表面反射される光のパーセンテージを変更するための 光学パターンの操作は妨げられ る。 前述されたように、収集ファイバーに達する光は、平坦な反射面からプローブ 端面への距離の関数である。この距離の依存性は、転位検知の目的のために活用 することができる。ただし、照明円錐および収集円錐の光学軸を操作する能力の 欠如により、測定の原動力の制御可能性は制限される。それは、さらに、線形性 、動的範囲、感度、および関連規準のような特定の用途の目標を達成する総合的 な能力を制限する。そして、前述されたように、照明入射の角度および軸を操作 する能力は、望ましいまたは望ましくない表面反射を最大化または最小化する能 力を促進する。平面平行ファイバー・プローブが欠如する能力は、かなり有利に 活用することができる。 一定の検知用途においては、調査中のパラメータは、望ましい波長の光に不適 当に反応する。例えば、任意の化学物質は光子センサ開発に適した赤外線シグネ チャ（signature）を有するが、適切な赤外線光が従来の光ファイバーでは容易 に伝わらないと仮定する。これらのような多くの状況においては、可視光および 標準光ファイバーがうまく活用される可能性がある。これは、重要な化学物質の 種との相互作用で可視色変化を経験するインジケータ物質を導入することによっ て達成されることがある。 インジケータをベースにした光ファイバー・センサをうまく利用するには、フ ァイバーは化学物質インジケータを照らし、それから光を収集しなければならな い。こ のセンサ方法論は多くの技法を含むが、１つの方法はファイバー端面のインジケ ータ物質によるコーティングを必要とする。単独ファイバーの端面がコーティン グされ、ファイバーが双方向光導管として活用されると、送達された光子と収集 された光子の間の不十分な分離が生じる可能性がある。 平面平行ファイバー・プローブおよびその照明と収集を制御する能力に結び付 いた短所のため、インジケータ光を照明し、収集する上で複雑な事態が生じる。 照明光を明確に限定されたインジケータ・ゾーン上に投射することができるプロ ーブは、平面平行ファイバー・プローブ上で非常に好まれる。多くの状況にとっ て、理想的なプローブの望ましい特徴は、端面がインジケータでコーティングさ れた収集ファイバー上に照明光を直接的に投射する能力を含む。この優れた構成 では、インジケータと相互作用する光だけが検出器に到達し、それにより迷光を 排除する。 前記説明は、２本の平行に取り付けられたファイバー（１本はソース・ファイ バー、１本は検出器ファイバー）から成り立つプローブに集中していた。さまざ まな構成での進行およびファイバーのバンドルに対する相互関連は、当業者によ り容易に理解され、従われる。バンドルは事前に説明された制約のいくつかを潜 在的に克服するが、重大な制限が残る。そして、バンドルの使用は、追加の問題 および望ましくない特性を生じさせる。 プローブ性能を改善するための試み 前記説明から、光ファイバーの照明ゾーンおよび受容性ゾーンを向け、操作す る能力が大いに望まれることが明らかである。プローブの照明および受容性の特 性を操作し、光ファイバーの入力／出力制約に対処するために、複数の従来の技 術の技法が利用されてきた。以下に説明する理由のため、これらの方法は、多く の望まれるラマン計装用途に対しその有効性という点で制限される。 １つのアプローチは、入口／出口特性のさらに優れた制御を得るために、開口 数が変化する光ファイバーを利用する。例えば、さらに高い開口数を利用するこ とにより、光収集能力が増加する。このアプローチには複数の欠点が含まれる。 第１に、必要とされるファイバー材料は、環境上の感度、使用制限、および外来 反応の生成を含む最高の計装用途に適さない特性を持つ。第２に、物理法則が、 ファイバーの受容特性を拡大することができる範囲を制限する。第３に、ファイ バーの送達パターン／視野は、広げるか、狭めることだけが可能であるが、軸か ら離れて進められたり、ある特定の領域の視界（view）に向けられない。第４に 、ファイバーの入力端での幅広い受容角度は、出力端での幅広い発散に変わる。 高い開口数のファイバーは、収集端で集まる光を増加するが、それはその光を幅 広く発散する角度で検出器システムに送達する。多くのケースでは、幅広く発散 する光の検出 器システムへの送達は、許容可能な性能の達成には有害である。 別のアプローチは、照明特性および受容性特性を操作するために、レンズおよ び鏡のような拡大されたビームの外部要素を利用する。これらの要素は大きく、 高価で、時には脆弱で、大部分の場合は損失があり、位置合わせが難しく、環境 上の影響を受けやすい。加えて、非常に堅牢なパッケージを設計することは困難 である。例えば、より大きく、より堅牢な構成要素は、さらに高い質量を有し、 システムの機械的な衝撃に対する感受性を増加する。 個々のレンズが各収集ファイバーおよび照明ファイバー専用である場合、結果 として生じる装置は大きくかさばったものになる。さらに、アセンブリが大きく なるほど、コレクタおよび照明装置はさらに離れて、より効率的ではなくなる。 他方では、照明経路および収集経路が同じ光学要素を横切ると、ソース・エネル ギーのかなりの部分がサンプルと相互作用することなく収集ファイバーの中に不 注意に反射される。この迷光は測定を汚し、きわめて有害である。さらに、拡大 されたビーム光学要素の導入はアセンブリを複雑にし、製造の障害を生じさせ、 追加の可変性を生み出し、その他の望ましくない結果を生じさせる。 コンフォーカルと呼ばれる装置の特殊なクラスは、光ファイバーに関係する複 数の光学要素の活用を必要とす る。これらの装置では、集光光学部品は、調査中の動作媒質に投射される集束照 明ビームを作り出す。照明ビームの焦点、つまり光線集束の点は、サンプル内に ある。収集ゾーンも、集光光学部品により作り出され、同様に、可能な範囲まで 照明ゾーンと一致して同様に形成される。 目的はサンプル媒質に投射される照明および受容性の一致する焦点を作り出す ことである。基礎をなす理論は、サンプル内の焦点で発する刺激された光が、ビ ーム集束の角度によって限定される大きな立体角から収集されるというものであ る。その意図は、サンプル内にソース・ファイバー端面を光学的にイメージング し直し、それにより仮想ファイバー端面を作成することである。理論的には、お よび１００％の光学効率および光学的な歪みがないことを仮定すると、説明され たように端面をイメージングし直すことにより、実際のファイバー端面の照明輝 度が作り直される。実験室の状態にある完全に透明な媒質で理論を達成すること は物理的に不可能であるが、容認できる結果が妥当な目標である。 残念なことに、光ファイバーの遠隔機能が大いに探索される用途の過半数では 、調査対象の物質は、複雑で、黒ずみ、散乱している。状況は、過去に分析され た平面平行ファイバー・プローブの状況に類似している。つまり、集束照明ビー ムは、実際上、受容性の最適ポイントに到達する前に、劇的に減衰され、歪めら れる。そして類似した理由から、この点からの弱い刺激された放出は コレクタ光学部品に戻ることはできない。 この技法の別個の不利な点として、ビームがその焦点に集束するに伴い、一定 の度合いまで測定寄与が蓄積されるため、反応は潜在的に望ましくないほど大き なサンプル領域から収集される。これらの装置は、複雑さ、環境上の感度、大き なサイズ、高い費用、および敵性を示す環境での故障を含む追加の欠点を被る。 例えば、前記に分析された平面平行ファイバー・プローブとも異なり、この種の 装置は生物医学カテーテルに挿入することはできない。 別個の考慮事項としては、焦点投射機器が、心臓の筋肉のような波動する固ま りを調査するために活用されると仮定する。筋肉が鼓動すると、組織は分析ゾー ンに関して移動する。このようにして、測定は困難または不成功である。 別のアプローチでは、重要な方向を指すために、ファイバーは、その先端で曲 げることができる。例えば、１本または複数の平面光ファイバーは、受容性の１ つの共通したまたは重複するゾーンを表示するために向けられる場合がある。1 本または複数の平面光ファイバーの第2のグループは、ゾーンを照明するために 向けられる。この方法により、受容性および照明の重複が達成される。残念なこ とに、この方法は、複数の重大な欠点を被る。アセンブリは高価であり、構築す るのが困難である。結果として生じる装置も、製造の制約のため反復性を欠如す る。ファイバーがその集束向きから平行に徐々に曲げられる場合、アセンブリは 非常に大きい。ファイバーがアセンブリの遠位端近くで急速に曲げられても、ア センブリはかさばり、直径が相対的に大きい。このようなアセンブリは、大きす ぎて生体内医療のような用途では活用できない。ファイバーは、曲げられるに従 って、非効率的になり、鋭い湾曲部では損失があり、この点でファイバーから逃 れる光を生じさせる。さらに、プローブを作り出すためにファイバーを曲げると 、大部分の光ファイバーの最小曲げ制限が越えられる結果となる。その後、ファ イバーは故障を受けやすく、環境上の影響に対する感度の増大に苦しむ。 別のアプローチでは、照明ゾーンおよび収集ゾーンが、屈折面を作り出すため に、ファイバーの端面を整形することにより操作される場合がある。例えば、中 心ファイバーは、端面が先細ったファイバーのリングによって取り囲まれること がある。この先細りにより、その視野を内側に、および中心ファイバーの軸に向 かって操作するために、リング・ファイバー上に屈折面が生じる。この屈折端面 アプローチの重要な面とは、光操作がファイバー端面境界で発生し、光線が、フ ァイバーに入ったり、出たりし、ファイバー・コア端面の境界を渡るに従って、 光線が曲げられるという点である。複数の問題がこのアプローチに結び付き、そ の有効性を制限する。 整形された端面を光ファイバーの中に形成する方法に よる、受容されたまたは放出された、あるいはその両方の光の操作において、屈 折は、ファイバー・コアとファイバー端面を取り巻く媒質の間の屈折率差のせい である。屈折の程度は、２つの屈折率と、界面の表面に関する光の角度を形成す る向きの間の差異の関数である。光ファイバー・コアは、典型的には、相対的に 高い屈折率を持つガラスまたは類似した物質である。ファイバー端面で大きな屈 折を達成するためには、通常、ファイバー端面を取り囲む空気のような気体媒質 を備えることが望まれる。この種の媒質は低い屈折率となり、それにより十分な 光線の反射を促進する。大部分の流体は相対的に高い屈折率となり、値は共通し た光ファイバー・コア物質の値に近づく。したがって、流体、流体で充填された 基質、生物学的な組織、および溶解物のような媒質は、必要な屈折率差を達成す るには不十分な特性を提供する。さらに、整形された端面は、典型的には、ファ イバーが取り付けられている保護ハウジングを越えて突出する。この繊細な突出 部は、物理的または機械的な損傷を受けやすい。 屈折率に対する依存性に取り組むために、ファイバー端面は、既知の屈折率の 媒質によって取り囲まれなければならない。媒質は、空気または類似した気体物 質であるのが好ましい。これは、プローブ先端を、密封されたチェンバー内のウ ィンドウの後に置くことにより達成されることがある。ただし、ウィンドウの使 用は多数の問 題を生じさせる。 ファイバー、ファイバー・マウント、ウィンドウ、ウィンドウ・ハウジング、 および密封機構を含むアセンブリは高価であり、構築するのが困難である。また 、密封型チェンバーの必要性により、アセンブリのサイズでのかなりの増加が強 制される。熱膨張および密封の問題も、ウィンドウ化された機構を悩ませる。ウ ィンドウの光学材料は低い熱膨張特性を備えるが、ウィンドウが結合されるハウ ジングは、典型的には、金属製またはその他の高い熱膨張物質製である。ウィン ドウを金属ハウジングに結合し、密封することは、困難な工学上の課題を呈する 。 光は、密封されたチェンバーに入るか、出ると、ウィンドウを横切る。多くの 場合では、ウィンドウ材料は、望ましくないスペクトル特性を備える。例えば、 ダイヤモンド・ウィンドウは、レーザー光が伝達されるときに、ラマン散乱され た光の強いスペクトル・ピークを生じさせる。第２の例としては、サファイア・ ウィンドウは、大部分の場合、蛍光する不純物を含む。 ウィンドウは、ファイバー端面を、少なくともウィンドウの厚さ分、用途環境 から強制的に除去させる。ウィンドウは、厚さがほんの数ミリメートルとなる場 合もあるが、ウィンドウはファイバーのサイズに関して大きいままとなる。光フ ァイバー・スケール上で、ファイバー先端を配置すると、この物理的なターゲッ トからの距離 も、大部分の場合、過剰な光強度損失に相互関連する。 適切な光学性能のため、ファイバー端面は、可能な限りウィンドウの近くに、 好ましくはウィンドウに接触して配置されなければならない。この偉業を達成す るには、距離を調整し、アセンブリを適所に固定するための複雑な手段が必要と される。前述したように、整形された端面は機械的に弱く、物理的な損傷を受け やすい。したがって、アセンブリは、配置中だけではなく、熱膨張、振動、およ び一般的な動作の結果としても損傷を受けやすい。 光は、ウィンドウの内部境界および外部境界に入射すると、屈折され、反射さ れる。屈折された面は、用途の細部に応じて、利益または妨害物のどちらかとな る。反射面は、大部分の場合、非常に不利である。ソース・ファイバーにとって 、ウィンドウ反射は、放出された光を弱めるだけではなく、密封されたチェンバ ー内で元に向けられる。構成および用途の細部に応じて、これらの反射は、ソー ス・ファイバーによって捕捉され、それによリソースに向かって向け直される。 多くの用途には、このバックプロパゲーションされる光はかなり有害である。ま た、ウィンドウ反射は、光ファイバーに隣接する要素を妨げる傾向がある。例え ば、ソース・ファイバーに近接して配置される検出器ファイバーは、ウィンドウ によって後方反射されるソース光の一部を捕捉する。このようにして捕捉される 光は、潜在的に、望ましい光と混合 し、望ましい光を汚染する。類似した状況は、整形された端面ファイバーの主要 な役割が、ファイバーの範囲外で生じたソース光を捕捉することである用途を取 り巻く。ウィンドウが固定されるハウジングは、ウィンドウとともに、密封され たチェンバーを形成する。望ましくない光は、このチェンバー内で跳ね返り、説 明された迷光の問題を増幅し、悪化させる傾向がある。 典型的な光ファイバー・コネクタに適切に取り付けられる標準的な光ファイバ ーは、故障の前に多大な静水圧に耐える。ファイバーの表面面積が狭いことによ り、高い圧力も非常に小さな力になる。このようにして、ファイバーをそのコネ クタの中にpiston backさせる十分な力を生じさせるために、極端な圧力が必要 とされる。したがって、指定された環境上の圧力の場合、ウィンドウは露呈され るファイバーがさらされるよりはるかに大きな力にさらされる。さらに、ウィン ドウは薄く、その外部縁の回りだけで支えられる。したがって、ウィンドウは破 損を受けやすい。強くて薄いウィンドウは、ダイヤモンド、サファイア、および 類似した材料のような材料から作り出すことができる。残念なことに、これらの 材料は前述された欠点を被るだけではなく、高い屈折率を有する。高屈折率ウィ ンドウは、前述された反射／屈折の問題を強める。 屈折端面を頼ることの別の欠点は、光を操作することができる範囲を制限する 屈折影響の性質から生じる。こ れは、レイ・トレーシングを通してスネルの法則を適用することにより容易に調 査、研究される。屈折の性質のため、光は、最適反応を達成するために軸を離れ て精力的に進めることはできない。 前記説明に基づき、ファイバーの端面での屈折以外の手段によって光を向け直 すことが大いに好ましい。具体的には、ファイバー・アセンブリの光経路の範囲 内で光を操作することが望ましい。光操作は、光ファイバー・アセンブリの範囲 内で光整形構造を作成することにより達成できる。このようにして、ファイバー に入り、通常は拒否されるだろう光を、完全内部反射を介して伝搬のために向け 直すことができる。同様に、完全内部反射を介して伝搬する光は、それ以外では 実行できない経路に向けることができる。ファイバー・アセンブリの内部構造の 範囲内に光整形技巧を作成することによって、端面が整形されたファイバー内で 検出されるものに類似した影響が、整形された端面に結び付く不利な点や制約な しに作り出される。 光ファイバーの範囲内で曲る光を達成する１つの方法とは、２つの隣接する導 波管セクションの間に光操作面を具備することである。これは、光改変構成要素 をファイバーの２つのセクションの間に挿入することにより達成できる。非常に 有利な方法とは、別なファイバー・セグメントまたはセクションに隣接するファ イバー端面の中にまたは上に光整形技巧を構築することである。例え ば、光整形輪郭は、第２ファイバーに接するファイバー端面の中に容易に構築さ れる。第２の隣接するファイバー端面は、平面となるか、光改変面または特性を 含む。屈折による光整形の代替策として、光整形は、回折、反射、散乱、干渉、 またはその他の方法論を介して発生する場合がある。ファイバーの中心軸の回り で対称ではない光整形屈折面が利用されると、光は軸を離れて進められるか、曲 げられる傾向がある。それにより、照明ゾーンまたは収集ゾーン、あるいはその 両方が軸を離れて向けられる。 光操作および曲げを光ファイバーの範囲内で達成する第２の方法は、反射に基 づく。この方法では、ファイバー・コアの外部表面は、標準的なコア・クラッド 界面以外の反射面を作り出すために修正される。例えば、その端面が勾配の平面 に形成される光ファイバーがこれらの特性を示す。端面の角度を形成する傾斜が 完全に内部に反射する内面を生じさせるほど十分に傾いていると想像する。光は 、この遠位端に向かってファイバー・コア内を伝搬するに従って、特別面に遭遇 する。伝搬する光は完全内部反射によりその側面または外部の円筒面を通ってフ ァイバーを出るように向け直される。このテーマに関する変種には、典型的には 完全内部反射を生み出さないが、内部に反射するコーティングが塗布される表面 輪郭の作成が含まれる。さらに、多様な光学影響を混合するさまざまな複雑な輪 郭を生じさせることが可能である。 光ファイバー光操作の別の方法は、照明ソースおよび収集ファイバーから成り 立つ平面光ファイバーのグループの形成を必要とする。典型的な向きは、収集フ ァイバーのリングにより囲まれる単独ソース・ファイバーである。ファイバーの このグループ分けは、単独のコアの大きい光ファイバーに接合される。単独ファ イバーの大きいコアは、より小さいファイバーの集合的なグループ分けに等しい またはより小さいファイバーの集合的なグループ分けより大きい直径となる。コ アの大きいファイバーは、双方向容量で活用される。その遠位端は、照明エネル ギーの送達およびターゲット光の捕捉の両方を行う。この方法は、複数の欠点を 被る。一定のソース光は、光がファイバーを出る前にファイバーの端面から反射 される。この光はコアが大きなファイバー内でバックプロパゲーションを受けや すく、迷光として収集ファイバーに戻る。第２に、ソース光がコアが大きいファ イバー・セグメントを横切るに従って、大部分の場合、有害な信号が生成される 。例えば、ラマン散乱された光が作り出され、全方向で放射する。残念なことに 、コアが大きいファイバーはラマン散乱された光を蓄積し、それが望まれるター ゲット光と混合する収集ファイバーに、それを効率的に導波する。コアが大きい ファイバー内で生じた蛍光は、同様に収集ファイバーに送達され、測定プロセス を損なわせる。 したがって、光の送達領域および受信領域の効果的か つ効率的な操作を可能にする改善された光ファイバー・プローブ・アセンブリ用 の技術においてニーズがある。光操作は、ファイバー・アセンブリの光経路内で 起こらなければならず、ファイバーの表示領域の重要な軸を離れた操縦を可能に しなければならない。プローブ・アセンブリは、コンパクトで製造するのが容易 でなければならず、従来の技術で見つけられた拡張された光学部品およびその他 の複雑な機能に依存してはならない。 発明の要約 本発明は、光ファイバー光管理用の改善された方法および機器を提供すること により前記ニーズを満たす。本発明は、種々の光ファイバー用途にとって個別に 重要である、多くの新規の光ファイバー操作および管理技法を提供する。例えば 、本発明は、低光分光法による分析用の改善された光ファイバー・プローブ・ア センブリを提供する。本発明は、分析重要性の高い微妙な光−物質相互作用に対 する反応を改善し、改善されない場合には優勢な影響に対する感度を削減し、そ れにより、複雑な媒質内での光に基づいた特徴付けに結び付いた技術的な困難を 乗り越える。これは、プローブの感度を最適化するために、照明視野および収集 視野を調整することにより達成される。光操作は、プローブの送達パターンおよ び視野が外部操作を必要とせず、調査された媒質により悪影響を及ぼされないよ うに、ファイバーの内部に適用さ れる。これにより、光送達パターンまたは視野あるいは両方が、性能レベルのか なりの上昇を達成するために、精力的に高い信頼性で軸を離れて進められるよう になる。精力的なビーム操縦は、ファイバー内で内部に反射する表面を利用する ことにより達成される。完全内部反射を確実にするためには、反射金属コーティ ングまたは低屈折率コーティングまたはカプセルの材料が使用できる。ファイバ ーは、フィルター、漏話抑制体、および堅牢なパッケージ内に高性能プローブを 提供するその他の機能も取り入れる。設計の変種は、側面表示、共通の開口を通 した表示、共通軸に沿った表示、およびその他の機能を提供する。 本発明は、一般的に説明される場合、特殊な光子−物質相互作用に対する選択 式の感度を備えるプローブを提供する。この選択式感度は、光をある角度で送達 し、反応を最大化するために適切な角度で光を収集することにより達成される。 送達経路および収集経路は、送達ファイバーおよび収集ファイバーが互いに近接 したままとなる間に、特定の角度で互いに相互関連するために軸を離れて向き直 される。 別の面では、本発明は、送達パターンおよび収集パターンを互いに関して角度 で操作することによりある物質の非弾性的および弾性的な光子−物質反応を分離 するための手段を提供する。弾性反応は、非弾性反応に関してその収集が最小限 に抑えられるように、指向的に偏らさ れる。 別の面では、本発明は、内部に反射する部分および内部に反射しない部分を備 える先端のあるファイバーを提供する先端の反射する部分は、ファイバーの通常 の伝搬範囲を越えた角度を形成する向きで光を送達する。反射面に入射する入っ てくる光は、光がファイバーの通常の伝搬範囲を越えた角度を形成する向きで受 光されるように、角度によって進められる。 さらに特定して記述される場合、内部に反射する部分は内部に反射するコーテ ィングの結果となるか、あるいは本質的に完全内部反射となる可能性がある。完 全内部反射は、屈折率の低い物質をファイバーに接触するように配置することに より誘発される。屈折率の低い物質には、低率の被膜やあカプセル材料、または 周囲の媒質が含まれる。内部に反射する表面には、優れた精度で視野を制御する ために使用できる多岐に渡る形状が含まれることがある。 別の面では、本発明は、光経路を進ませるために反射面を取り入れるプローブ を提供する。プローブは、少なくとも１本の送達ファイバーおよび少なくとも１ 本の収集ファイバーを具備する。送達ファイバーまたは収集ファイバーは、光送 達経路および光収集経路を集束させるための内部に反射する面を具備する。 別の面では、本発明は、末端のファイバー・セグメントの内部端面に直接付け られるフィルターを具備するプ ローブ・アセンブリを提供する。 別の面では、本発明は、高性能フィルター付きのファイバーを大量生産するた めの方法を提供する。 別の面では、本発明は、送達開口のすぐ前、または送達開口にある光を収集す る光ファイバー・プローブを提供する。表示角度は、弾性的な反応の範囲、非弾 性的な反応の強さ、希望される調査深度、および媒質の吸収に応えて向けられる 。 別の面では、本発明は、互いに本質的に平行である複数のファイバーを含むプ ローブを提供する。プローブと調査媒質の間の結合効率は、収集ファイバーおよ び送達ファイバーのバンドルをともに融合させることにより高められる。融合プ ロセスは、隙間が存在しないように、ファイバーの加熱およびファイバーの圧縮 を必要とする。 別の面では、本発明は、各ファイバーからの信号が混合しないように、互いに 近接する2本または3本以上のファイバーを光学的に分離する手段を提供する。光 不可入性障壁が、漏話を受けやすい領域内のファイバーの間に配置される。 別の面では、本発明は、ファイバーの通常の伝搬の範囲を越えて光を収集また は送達するために、その先端で機能拡張された光ファイバーを提供する。ファイ バーは別の短いファイバー・セグメントに隣接する。短いファイバーは、ビーム が進められるファイバー端面とアセンブリの末端端面の間で光を左右に動かす。 短いファイバ ー・セグメントには、未修正の一次フィルターの能力を超えて角度を形成するよ うに向けられた光を搬送する能力がある。 別の面では、本発明は、中心ファイバーおよび中心ファイバーを取り巻く複数 のファイバーを具備する光ファイバー・プローブ・アセンブリを提供する。中心 のファイバーはその遠位端に平端面を備える。中心のファイバーを取り巻く複数 のファイバーは、その遠位端に整形された端面を備える。複数のファイバーは、 その遠位端で中心のファイバーに平行である。整形された端面は、複数のファイ バーに対応する視野を中心のファイバーに向けて進めるために内部に反射する表 面を提供する。 本発明は、第１ファイバーおよび第２ファイバーを具備する光ファイバー・プ ローブ・アセンブリも提供する。第１ファイバーは、第１形状の端面を具備する 。第２ファイバーは、第２形状の端面を具備する。第１ファイバーおよび第２フ ァイバーは、その端面で互いに平行である。第２形状は、第２ファイバーに対応 する視野を第１ファイバーに向けるための内部に反射する表面を提供する。 別の面では、本発明は、光を送達し、収集するために１つの共通軸を備える光 ファイバー・アセンブリを提供する。アセンブリは、光を送達するファイバーお よび光を収集するファイバーを具備する。光を送達するファイバーは、その端面 にフィルターを備える。光を収集する ファイバーはその端面に反射器を備え、光送達ファイバーに平行に取り付けられ る。第１フィルターは、その側壁を通して送達された光を反射し、収集された光 が光を収集するファイバーを通り抜けることができるように機能的に作用してい る。収集ファイバー反射体は、光を、光を収集するフィルターの軸に沿って向け る。 代わりに、本発明は、光を送達し、収集するために１つの共通軸を備える光フ ァイバー・アセンブリを提供する。アセンブリは、光送達ファイバーおよび光を 収集するファイバーを具備する。光を送達するファイバーは、その端面にフィル ターを備える。光を収集するファイバーはその端面に反射体を備え、光送達ファ イバーに平行に取り付けられる。フィルターは、送達された光を通し、収集され た光を収集フィルターの反射体に反射するように機能的に作用している。反射体 は、収集された光を、光を収集するフィルターの軸に沿って向ける。 別の面では、本発明は、光を送達し、収集するための１つの共通開口を使用す る光ファイバー・プローブ・アセンブリを提供する。これは、希望の光をファイ バーの側壁を通して伝達することにより達成される。アセンブリは、その遠位端 に平端面を持つ中心のファイバー、および中心のファイバーを取り巻く複数のフ ァイバーを具備する。複数のファイバーには、その遠位端に整形された端面があ る。複数のファイバーは、その遠位端で中心のファイバーに平行である。整形さ れた端面は、複数の ファイバーの側壁を通る、および中心のファィバーの端面を通る複数のファィバ ーに結び付いた視野を操縦するための内部に反射する面を提供する。 別の面では、本発明は、光の側面の送達および収集に光ファィバー・プローブ ・アセンブリを提供する。アセンブリは、第１ファイバーおよび第２ファイバー を具備する。第１ファイバーは、整形された第１端面を持つ。第２ファイバーは 、整形された第２の端面を備え、第１ファイバーに平行である。整形された第１ 端面および整形された第２端面は、光を共通領域に向ける。 また、別の面では、本発明は、光ファイバー・プローブ・アセンブリを製作す るための方法を提供する。方法は、ファイバーのリングによって囲まれる中心フ ァイバーを含むファイバーのバンドルを形成することを含む。ファイバーのバン ドルは、いっしよに結び付けられている。漏話抑制体機構がプローブの中に取り 入れられる。ファイバーのバンドルは、鉛筆先端つまり円錐を形成するために整 形される。それから、円錐は、中心ファイバーが平端面を持つように平らにされ る。 別の面では、本発明は、一体化した基準物質を取り入れる光ファイバー・プロ ーブを提供する。プローブは、調査視界に光を送達するためのファイバー、およ び調査視界から光を収集するためのファイバーを具備する。調査中の媒質から反 応を励起することに加えて、送達された光は基準物質からの反応を励起する。基 準物質からの 光は、システムを校正し、ドリフトを補償し、精度を確立し、機能性を検証する ために収集、使用される。 別の面では、本発明は、包括的な分析システムに入れるために低価格の高性能 のプローブを製造するための手段を提供する。プローブは、その活用後に使い捨 てされる。 本発明の様々な面は、開示された実施例に関する以下に示す詳細な説明の検討 から、および添付図面および請求項への参照によってさらに明確に理解、認識さ れる。 図面の簡単な説明 図１は、平面光ファイバーの等角図である。 図２は、二次元の角度のある端面を持つファイバーの等角図である。 図３ａおよび図３ｂから成り立つ図３は、円錐形をした端面を備えるファイバ ーを図解し、円錐の軸はファイバーの中心から転位され、円錐がファイバーの外 側を指す。 図４は、円錐の端面のあるファイバーの等角図であり、円錐の軸はファイバー の中心から転位され、円錐はファイバー内を指す。 図５は、その平端面に適用される部分的な斜角を備える断面図である。 図６は、図５の部分的に斜角を備えた平面ファイバーの等角図である。 図７ａ−ｃから成り立つ図７は、複雑な断面の輪郭を備えるファイバーを図解 する。 図８は、複雑な断面輪郭を備えるファイバーの等角図である。 図９は、部分的に斜角が付いた平端面を備えるファイバーの照明ゾーンを図解 する断面図である。 図１０は、部分的に輪郭が付いた平端面を備えるファイバーの照明ゾーンを図 解する断面図である。 図１１は、ファイバーの側面を通して光を向けるために構成されるファイバー の断面図である。 図１２は、端面でファイバーの側面を通してある光を屈折し、他の光をファイ バーの側面を通して向けるように構成されたファイバーの断面図である。 図１３は、曲げられた端面のあるファイバーの断面図である。 図１４は、隣接する端面のある２つのファイバー・セグメントを具備するファ イバー・アセンブリの断面図である。 図１５は、整形された隣接する端面のある２つのファイバー・セグメントを具 備するファイバー・アセンブリの断面図である。 図１６は、光学要素が２つのファイバー・セグメントの間に挿入されるファイ バー・アセンブリの断面図である。 図１７は、直径が大きいセグメントが直径が小さいフ ァイバー・セグメントに結合されるファイバー・アセンブリの断面図である。 図１８は、直径が大きいセグメントが直径が小さいファイバー・セグメントに 結合されるファイバー・アセンブリの断面図である。 図１９は、従来の鏡を介した光操作を図解する。 図２０は、コアが大きなファイバーの短いセグメントを通した光操作を図解す る。 図２１は、型にはまらないファイバーを通した光操作を図解する。 図２２は、中空ファイバーを通した光操作を図解する。 図２３は、コアが小さい一次送達ファイバーおよびコアが大きい遠位セグメン トを利用する、ファイバー・アセンブリの断面図である。 図２４は、グラジエントインデックス・ファイバーの短いセグメントの後に配 置される屈折率光ファイバーを図解する。 図２５は、１つの共通したグラジエントインデックス・レンズに穴をあけるコ アによって非軸対称）のグラジエントインデックス・ファイバー・セグメントの 製作を図解する。 図２６は、一次光ファイバーに接合される軸を離れたビーム操縦グラジエント インデックス・ファイバー・セグメントを図解する。 図２７ａ−ｃから成り立つ図２７は、本発明に従って 構築された光散乱プローブを図解する。 図２８は、蛍光面を含む血液サンプル内で３つのプローブによって取得された スペクトルを図解するグラフである。 図２９は、図２８のグラフの拡大部分である。 図３０は、最小微粒子散乱特性を持つ、水性に基づいた赤い溶液上で実施され るプローブ試験の結果を図解するグラフである。 図３１は、赤い光散乱媒質中で収集されるスペクトルのグラフである。 図３２は、トレース黄色−緑蛍光混合剤を含む赤い光散乱媒質中で収集される スペクトルのグラフである。 図３３は、きっちりと詰められ、融合されたファイバーバンドルを利用するプ ローブ・アセンブリの平面図である。 図３４は、単独のコアが大きいファイバー内に送られているバンドルを図解す る。 図３５は、フィルター適用に適応するプローブ・アセンブリを描く。 図３６は、中心ファイバーが試験媒質内にさらに伸長するファイバー・アセン ブリを図解する。 図３７ａおよび図３７ｂから成り立つ図３７は、収集ファイバーが送達ファイ バーより長いプローブ・アセンブリを図解する。 図３８ａ−ｈから成り立つ図３８は、収集ファイバー の前および収集ファイバーに平行に光を投射するためのさまざまな設備を図解す る。 図３９ａおよび図３９ｂから成り立つ図３９は、ファイバーバンドルの端に取 り付けられる付属装置を図解する。 図４０ａおよび図４０ｂから成り立つ図４０は、リング・ファイバーが中心フ ァイバーから正反対に分離されるファイバー・アセンブリを図解する。 図４１は、リング・ファイバーが完全に内部に反射するように整形されるファ イバー・アセンブリを図解する。 図４２は、図４１のファイバー・アセンブリの等角図である。 図４３は、リング・ファイバーがさらに長い斜角を備えるファイバー・アセン ブリを図解する。 図４４は、厚肉毛管が活用されるファイバー構成を描く。 図４５は、中心ファイバーが内部に反射する表面を作成するために形成される 構成を描く。 図４６は、プローブ先端で直接的に高感度のために適応される構成を図解する 。 図４７は、要素の外面からの反射がソース・ファイバーの中に戻される送達フ ァイバーおよび収集ファイバーに隣接する凸要素を描写する。 図４８は、散乱粉と結び付いた光相互作用を説明する。 図４９ａ−ｄから成り立つ図４９は、ソース・ファイ バーの照明が単独収集ファイバー上で向けられる２つの構成を描く。 図５０ａ−ｄから成り立つ図５０は、必要な内部反射を作り出す光学端面を具 備するアセンブリのさまざまなカッタウェイ透視図を描く。 図５１ａおよび図５１ｂから成り立つ図５１は、ソース光が隣接ファイバーの 間の隙間を通して投射される構成を描く。 図５２ａおよび図５２ｂから成り立つ図５２は、収集ファイバーの受容性のフ ィールドと一致するために照明ファイバーをソース・ファイバーから曲げるため にグラジエントインデックス光学部品を活用する光ファイバー・プローブを描く 。 図５３ａおよび図５３ｂから成り立つ図５３は、穴が開けられ、中心ファイバ ーが挿し込まれる要素を描く。 図５４は、ファイバーのリングで囲まれる中心ファイバーのあるプローブの断 面を描く。 図５５ａ−ｆから成り立つ図５５は、隣接するファイバー・セグメントの間で 光操作技巧を利用するプローブのさまざまな面を描く。 図５６ａおよび図５６ｂから成り立つ図５６は、類似した性能結果を作成する ために端部品を活用する類似したアセンブリの断面図および透視図を図解する。 図５７ａ−ｆから成り立つ図５７は、多岐に渡る光操作技法を利用するプロー ブ構成を描く。 図５８は、ソース・ファイバーの送達ビームと収集ファイバーの受容性のゾー ンの間の重複を強化する方法を描く。 図５９は、性能特性が改善された単独ファイバーを図解する。 図６０は、完全な成端アセンブリの透視図を提供する。 図６１は、１つの共通軸に沿って光を送達し、収集するための例示的なプロー ブを図解する。 図６２は、光が１つの共通軸に沿って、本質的にはファイバーの軸に平行に、 プローブに入り、プローブを離れるプローブを図解する。 図６３は、１つの共通した送達および収集開口を備えるプローブ・アセンブリ の断面図である。 図６４は、送達ファイバーが曲げられた内部に反射する面を持つ２本ファイバ ー構成を図解する。 図６５は、多数の光ファイバーを取り入れ、その中で収集ファイバーが種々の 角度を形成する向きで光に反応する遠位先端を詳説する。 図６６は、外部端面が、屈折端面を形成するために輪郭を付けられ、光が故意 にファイバー側壁を通って移動する実施例を提示する。 図６７は、個々の集合光学軸および機械軸を備え、これらの軸が集合的に互い に交差し、光が故意にファイバー側壁を通って移動する代替実施例を描く。 図６８は、ファイバーバンドルとともに内部に反射す る光学要素を取入れ、１つの共通の送達および収集開口を生じさせる実施例を描 く。 図６９は、ビーム操縦のためにグラジエントインデックス光学部品を活用し、 光がファイバー側壁を通って故意に移動する実施例を描く。 図７０は、中心ファイバー端面が光操作のために整形され、光がファイバー側 壁を通して故意に移動する実施例を描く。 図７１ａおよび図７１ｂから成り立つ図７１は、内部反射のために軸を離れた 放物線面輪郭を活用する側面送達／表示２ファイバー・プローブを描く。 図７２ａおよび図７２ｂから成り立つ図７２は、送達ファイバーを通して収集 パターンを投影する側面送達／表示プローブを描く。 図７３は、収集のために融合されたファイバーのバンドル、および光送達のた めに単独の小型ファイバーを活用する側面送達／表示プローブを描く。 図７４は、内部に反射する整形された面、およびそれは製作工具仕上げ細工お よびパラメータに関係するので、光パターンの拡大図を提供する。 図７５は、ファイバーが心棒に固定されるプローブ製造取付具を図解する。 図７６は、型押し製作ジオメトリおよびその結果生じる光学パラメータの間の 関係性を図解する。 図７７は、ビーム操縦のためにグラジエントインデッ クス光学部品を活用する側面送達／表示実施例を描く。 図７８は、内部に反射する端部品を活用する側面送達／表示実施例を図解する 。 図７９は、フィルターをファイバー端面に適用するのに適当な型押し機器を図 解する。 図８０は、円錐形をした端面を備えるファイバーに付けられるフィルターを図 解する。 図８１は、波長に従って光を分離するファイバー素子を図解する。 図８２は、その機械軸および光学軸が、プローブの遠位先端を越えた距離で交 差するファイバーのあるフィルタリングされたプローブを描く。 図８３は、その機械軸および光学軸が、プローブの遠位先端を越えた距離で交 差するファイバーのあるフィルタリングされたプローブを描く。 図８４は、流体の分析用の導波されたセルを図解する。 図８５は、光ファイバーに依存しない、分析用のセルを図解する。 図８６は、非弾性的な光−物質相互作用の分析用のファイバーが結合されない 導波されたセルを図解する。 図８７は、化学物質の低濃度分析用の導波されたセルを図解する。 図８８は、空洞内で非弾性的な光だけが共振するプローブを描く。 詳細な説明 本発明は、送達感度および受光感度が操作される改善された光ファイバー・プ ローブ・アセンブリを目的とする。例示的な実施例では、本発明は、“ＧＡＳＥ Ｒ”光管理システムを利用する光ファイバー・プローブに取り入れられる。この システムは、本明細書中に説明される数多くの新規光ファイバー光操作管理方法 を取り入れる。これらの方法のそれぞれは、電気通信から高性能レーザー送達に 及ぶ多様な光ファイバー用途に個々に重要である。それにも関わらず、それらは この観点から記述され、この用途の各方法の選択および活用が教示される。そし て、統合された解決策のために方法を組み合わせる戦略が作成される。このよう なプローブは、ジョージアのワーナー・ロビンズ（Ｇｅｏｒｇｉａ，Ｗａｒｎｅ ｒ Ｒｏｂｉｎｓ）のビジョネックス社（Ｖｉｓｉｏｎｅｘ，Ｉｎｃ．）によっ て製造販売される。簡略に説明すると、本発明に従った光ファイバー・プローブ は、特定の光−物質相互作用に結び付いた不釣り合いな反応を捕捉するための選 択式感度を提供する。照明ゾーンおよび収集ゾーンが、特定の光−物質相互作用 に関して改変できるようにするために光操作技法が、ファイバー内部に適用され る。プローブ性能は、ファイバー・セグメントにフィルターを適用し、プローブ 先端を形成するファイバーを分離し、それらを可能な限り接近させるためにファ イバーをともに融合することにより高められる。 今度は類似した数字が複数の図を通して類似した要素を表す図面を参照すると 、本発明の面が説明される。フィルター、クラッド、コーティング、および類似 物のようないくつかの構成要素の相関的なサイズは説明の目的のために誇張され る。 一般的な光ファイバー 「光ファイバー」という用語は、本明細書中では、任意の光導波路、つまり放 射エネルギーの流れをその軸に平行な経路に沿って伝達し、その表面内でまたは その表面に隣接してエネルギーを包含する能力を備えた構造を一般的に指すため に使用される。「ステップインデックス」ファイバー、「グラジエントインデッ クス」ファイバー、および「単一モード」ファイバーは、光ファイバー呼称のサ ブカテゴリである。「多モード」光ファイバーという用語は、複数の拘束モード が伝搬できるようにする光導波路を指す。 ステップインデックス・ファイバーは、相対的に高い屈折率の光伝導物質の透 明な円筒形のコアを具備する。典型的なコア物質には、シリカ、プラスチックお よびガラスが含まれる。コアは、より低い屈折率を有する媒質により円筒に囲ま れる。典型的には、この媒質は、コアを取り囲むじかに結合された層であって、 相関的に薄いクラッドである。クラッドはコアと異なる物質である場合もあれば 、その屈折率を削減するためにドーピングさ れた類似物質である場合もある。また、コアが被覆されない場合もあり、それに より大部分の場合は空気である周囲の媒質がさらに低い屈折率となり、クラッド の容量で動作する。クラッドは、通常、１つまたは複数のコーティング、バッフ ァ、またはおもに保護役割を果たすジャケット、あるいはそのすべてにより取り 囲まれる。 ステップインデックス・ファイバーのコア内で任意に向けられた光線は、それ がクラッドの境界を交差し、その入射角に応じて相互作用するまで移動する。一 般的には、ファイバー軸に平行に近くに角を形成するように向けられた光線は、 コア境界で効率的に反射される。一定の角度形成限界内で、光線は、コア界面で の完全内部反射を経験するように向けられる。これらの角度形成限界はコアおよ びクラッドの屈折率の関数である。限度は、ファイバーが光を伝搬することがで きる角度形成の限度を決定する。したがって、持続される伝搬は、ファイバー・ コア内の反復される完全内部反射を介して発生する。任意の光線が完全内部反射 のファイバー限度を越えて向けられる場合、わずかなその強度だけが内部に反射 される。強度が削減された光線は、それ以後のコア境界相互作用を経験するに従 ってさらに減衰される。逃れるエネルギーに内部に反射される光エネルギーの比 は、角度に従って変化する。光線がコア境界に垂直に向けられると、その強度の すべてが失われる。不適切に向けられた光線の角度が完全内部反射の許容限度に 近づくと、反射され た光線の相関的な強度が上昇する。したがって、完全内部反射の限度の近くであ るが、完全内部反射の限度の外の角度を形成する向きの光線の場合、かなりのパ ワーが失われる前に複数の反射が発生することがある。 ファイバー・コア内で任意に向けられた光線に十分なパワーおよび向きがある 場合は、それはパワーを維持し、最終的にファイバー端面に到達する。それは、 反射および屈折の法則に従って端面境界と相互作用する。光線は、ファイバーの コアと取り囲む媒体の間の端面境界を横切ると、屈折する。屈折影響はコアの屈 折率、取り囲む媒質の屈折率、およびファイバー端面表面に相関的な光線の向き の関数である。光線向きの係数は、光線が端面表面境界と交差する点で垂直に取 られる面に相関的なその角度に基づく。ファイバー端面の外側の光線の角度を形 成する向きおよびファイバー・コア内の伝搬する光線は、明確に相互に関連する 。それにより、相互関係は個々のおよび集合的な外部光線と内部光線の間に存在 する。 前記説明は、内部に伝搬し、ファイバーを出る光線を中心とした。類似した状 況は、ファイバー・コアの中に入る光ファイバーの外側の光線に存在する。相互 に関連させる展開は、当業者により容易に引き出される。光の単一方向の流れに 活用されるファイバーには、光は、典型的に一方の端でファイバー内に注入され 、反対の端でファイバーを出る。ただし、ファイバーは、双方向の構成でも活用 できる。この構成では、光は故意にファイバ ーの単独端に入り、ファイバーの単独端から出る。 光は、ファイバー・コア内で伝搬するに従って、混合されたり、距離を経て無 作為に向けられる傾向がある。レーザーのような高度に指向的なソースも、長い 光ファイバーへの入力後の距離を経て、混合されたり、波長が変えられるように なる。この混合プロセスにおいて、ファイバーのモードが満たされ、すべてのソ ース特性、つまりいわゆる励振条件が失われる。混合プロセスは、マイクロベン ドを含むファイバーをきつく巻き付けるか、あるいはそれ以外の場合ファイバー に応力を加えることによってさらに短いファイバーで達成できる。同様に、非常 に短いファイバー長の間、励振特性が保持される。また、ファイバーの非常に短 い長さの間、光は、完全内部反射の角度形成限度により支配される伝搬の通常の 限度を超えて伝送できる。この特性は、最小減衰を蓄積する削減された数の反射 のためである。完全内部反射の通常の限度を超えて伝達を維持するファイバーの 能力は、ファイバーの外部円筒表面に塗布される内部に反射するコーティングの 塗布により高めることができる。このコーティングは、ファイバーのコアまたは クラッドのどちらかに塗布することができる。長いファイバーの場合、伝搬は、 反射コーティングに完全に依存することはできない。完全内部反射に対照的に、 もっとも優れた反射コーティングも１００パーセントを下回る反射率を提供する 。１００パーセントを下回る効率で反復される反射に 対応する損失は、即座に蓄積し、厳しい減衰を生じさせる結果となる。膨大な数 の反射が、中くらいのファイバー長でも伝搬中に発生する。 改善されたプローブ・アセンブリ 本発明に従って構築されるプローブを使用すると、光の出現パターンおよび収 集パターンを非常に有利な方法で操作、制御できるようになる。光操作は、アセ ンブリ内部で、アセンブリ内の光伝搬の通常の経路内で発生する。したがって、 照明ゾーンおよび収集ゾーンは、一次制御機構としてのアセンブリに入ったり、 アセンブリから出る光の点での屈折影響を活用しないで操作され、向けられる。 ただし、典型的には、光がアセンブリに入ったり、アセンブリを出るときに屈折 の影響は残り、光操作の補足的な手段として使用されることがある。入ってくる 光は、ファイバー・アセンブリに入り、ファイバー境界屈折の点を通りすぎた後 に望ましい操作を経験する。同様に、ファイバー・アセンブリを離れる光は、ア センブリの範囲、およびそれが潜在的に屈折される最終的なファイバー界面を越 える前に操作される。 ファイバー内で光を操作する方法 図１は、汎用平面光ファイバー１００の図を提供する。端面１０５、コア１１ ０、クラッド１１５、およびコーティング１２０が図示される。図２、図３、お よび図４ は、さまざまな輪郭が付けられた端面のある光ファイバーを描く。図２のファイ バー２００は、二次元の角度が付けられた端面２０５を備える。図３ａおよび３ ｂのファイバー３００は、軸がファイバー中心から転位されるが、仮の円錐形の 点がファイバーの外側にある、円錐形のような形状をした端面３０５を備える。 図４ａおよび４ｂのファイバー４００は、軸がファイバー中心から転位されるが 、円錐形の点がファイバー断面内にある、円錐形のような形状をした端面４０５ を備える。非球面形状のようなさらに複雑な面も考えられる。端面輪郭の例は、 丸みが与えられた凸面体、丸みが付けられた凹面、放物線状、双曲線状、先細っ た、および円筒形の凹面を含むが、丸みが与えられた凸面体、丸みが付けられた 凹面、放物線状、双曲線状、先細った、および円筒形の凹面に制限されない。 単一の形状として容易に特徴付けすることができない端面形のファイバーを作 成することも可能である。例えば、部分的な斜角が、平面ファイバーに付けるこ とができる。したがって、その面が一方の側で平坦であり、もう一方の側である 角度に向けられた二次元であるファイバーが作成できる。図５および図６は、こ のようなファイバーの断面図および等角図である。 一般的には、端面のセクションが１つの幾何学上の形式として特徴付けられ、 端面の別のセクションが第２の幾何学的な形式として特徴付けられるファイバー 端面が 作成できる。さらに複雑な輪郭を近似するために区分的な輪郭が利用される。例 えば、丸みが付けられた形状または球状の形状を近似するために形成されるセク ションは、複数の角度が付けられている。第２のさらに重要な活用として、各表 面面積は、別個の光学関数を演算する。このようにして有利な光学特性が作り出 される。 図７および図８は、その形状が平面よりさらに複雑である断面輪郭を持つファ イバーを描く。端面ジオメトリは、最初に複雑な端面輪郭を作成してから、研削 動作および研磨動作を通して先端を平らにすることによって作り出される。描か れた形状では、平坦ではないセクションに凸面特性がある。図８では、平坦では ない領域は、幾何学上、円錐形の側面のセクションである。図７では、平坦では ない領域は、幾何学上、回転の放物面のセクションである。 図９は、図６のファイバーのような、内部に反射する単純な斜角のあるファイ バー９０５からの代表的な照明パターンを描く。２つの別個の照明ゾーンが作り 出される。第１の照明ゾーン９１０は、光ファイバーに特有である。第２照明ゾ ーン９１５が、角度が付けられた表面９２０からの内部反射により作り出される 。第２照明ゾーン９１５では、ファイバー・コアの外部境界でプリズム状の表面 が作成される。 図１０は、平坦な部分１０１５に加えて内部に反射する複雑な輪郭１０１０を 備えるファイバー１００５から の代表的な照明パターンを描く。適切に作成された輪郭は、正確に制御された角 度で光を伝達する。その内部表面に衝突する光光線が、用途要件に従って望まし い角度でファイバーを出るために向けられるように、輪郭１０１０が作成される 。このようにして精度が制御された照明パターンが作り出される。さらに、光は 、ファイバーの端面の二次元領域を通して出る必要はない。光は、望ましい角度 でファイバーの側面を通って出る。図１１は、この目標を達成する構成を描く。 前述されるように、標準光ファイバーの平端面は、光光線がファイバー・コア と取り囲む媒質の間の境界を横切るに従って屈折を誘発する。屈折効果は光光線 を曲げる。輪郭が付けられた端面は、端面を通り抜ける光光線に対する屈折効果 を生じさせる。輪郭が付けられた端面が典型的に動作し、その設計が基づくのが この屈折効果である。ただし、光ファイバー端面は、屈折率境界の結果として反 射効果も生じさせる。任意の光線が輪郭が付けられたファイバーの端面境界を交 差すると、典型的には、反射された光線が生じる。光線反射の角度は、ファイバ ー端面に対する光線入射の角度に等しい。小さい方の入射角の場合、反射された 光線は入射光線の強度に比べて弱い。ジオメトリに応じて、反射された光線は、 ファイバーによってバックプロパゲーションされる。 ファイバー端面は、完全内部反射のための表面を作成するために形成されるこ とがある。例えば、ファイバー 内で、およびファイバー端面に向かって伝搬する光は、適切にある角度に向けら れた平面の端面によりファイバーの側面の外に向けられる。図１１は、このよう なファイバー１１００の断面図を提示する。完全内部反射の程度および特性は、 遭遇した表面に比した光光線角度の関数である。光ファイバーは、典型的には、 さまざまな角度を形成する向きの光を伝搬する。したがって、輪郭は、他のため に完全内部反射を生じさせる間に、一定の角度を形成するように向けられた伝搬 する光線を伝達し、屈折することがある。例えば、その他が反射される間に、伝 搬する光線の一部が反射されるように、平面の端面をある角度に向けることが可 能である。図１２は、このような光ファイバーの断面図を提示する。 光線の向きの係数に加えて、一定のファイバー面輪郭が、ファイバー端面での 光線の配置に従って屈折および反射を作り出す。例えば、双曲線状の端面は、コ アの外側の放射状の部分の回りで完全に内部に反射し、ファイバー中心近くで屈 折することがある。図１３は、双曲線状ではないが、このようなファイバー端面 を描く。類似した状況は、その端面が部分的に輪郭が付けられるファイバーにも 存在する。その端面が部分的に斜角が付けられ、部分的に平坦であるファイバー の前記に参照された例は、斜角が十分に角度が付けられる場合にはこれらの特性 を示す。図５および図６は、この種のファイバーおよび関連する光光線を描く。 図７および図８を参照する と、反射セクションの凸面体の面が、投射された光受容性／送達ゾーンに集光効 果を加える。 前述されたように、完全内部反射は、光線の表面境界への入射の角度の関数で ある。第２の状態は、外部媒質が、内部媒質より十分に低い屈折率を有すること を要求する。したがって、適切に斜角が付けられたファイバー端面が、空気また は類似した媒質内に配置されると、完全内部反射が図１１に描かれるように作り 出される。それにも関わらず、空気界面なしに完全内部反射を生じさせることも 可能である。完全に内部に反射する面を低率フルオロポリマーのような直に結合 された媒体で取り囲むことにより、適切な光学状態が生じる。この技法は、物理 的な乱用に耐えることができる機械的に堅牢な構成要素を作り出す。記述された じかに結合される物質を使用すると、完全内部反射は、適用媒質の屈折率に関係 なく発生する。したがって、アセンブリは、高率液体およびその他の高率媒質中 で活用されることがある。結果として続くアセンブリ技法は、追加の光学面を作 り出すための二次的な研削動作および研磨動作を見越す別の利点を有する。 コーティングおよび障壁がなくても、ファイバーと多くの液体媒質の間で、十 分な屈折率差異が達成可能である。例えば、適切な角度があると、完全内部反射 は、水性媒質中のシリカ・ファイバーに容易に達成される。サファイアのような さらに高い率の物質から構築されるフ ァイバーは、さらに角度が制限的ではなく、さらに高率の媒質中でも完全内部反 射を達成する。 一定の物質中では、屈折率は、伝達された光学エネルギーにより影響を及ぼ される。これらの物質から構築される光学要素は、非線形光学部品と呼ばれるこ とがある。これらの物質をファイバーの特殊な内部反射面に接触する媒質として 活用することにより、光学スイッチまたはビーム操縦機構が作成される。媒質の 屈折率は、完全内部機構のスレッショルドに近くなくてはならない。媒質を光学 エネルギーの制御された投与にさらすことにより、完全内部反射は、媒質の屈折 率変更として操作される。 完全内部反射限度を越えた角度での内部反射の場合、反射コーティングはファ イバー端面に塗布することができる。結合された低率物質の塗布を必要とする前 述の例の場合のように、二次的な研削動作および研磨動作が有効であることが判 明している。これらの動作は、光の入口／出口セクタを提供し、さまざまな二次 的な輪郭の作成を促進する。さらに、多くの例においては、大部分の物質の場合 、屈折率は波長の関数であるため、反射コーティングは波長感度を削減する。 ファイバーの主要端面の形成後、ファイバーは、アルミニウムや銀のような内 部に反射する物質でコーティングされる。化学的に侵襲性のあるまたは高温の環 境での用途には、プラチナ、ロジウム、および金のコーティン グが劣化に対する感度が低い。それから、ファイバー端面は、強度および機械的 な保全性を提供する、エポキシ樹脂のような物質でカプセル化される。次に、ア センブリはファイバーを露呈し、ファイバー中心で平坦なセクションを作り出す ために研削され、研磨される。このようにして、特殊な角度を形成する向きの光 は、この露呈されたセクションを通ってファイバーに入り、ファイバーを出る。 ファイバーは、液体およびそれ以外の高率媒質中で直接的に活用できる。光操作 は、光がファイバーと取り囲む媒体の間の境界を横切るときに発生する屈折に関 係なく発生する。周囲の媒質の屈折率に応じて、最終的な出口ポートでの屈折は 取るに足らない場合がある。前記技法が、多くの望ましい効果を作り出すために 容易に活用されることはすぐに理解される。例えば、光がすぐにファイバーの軸 を離れて向けられる輪郭が作成される。 特定の光操作目標を達成するための表面輪郭を生じさせるために、光線トレー シング数学手順が実施される。このテーマに関する多くの変化が考えられるが、 以下に示す例は、簡略な第１次近似の手段を説明する。この種の手順は、多くの 場合、有限要素分析と呼ばれ、コンピュータ・プログラミングを介して容易に実 施される。最初に、ファイバーは、端を上にして、分析領域に区分される。照明 の角度および照明逃しの点を指定する望ましい照明パターンが、目標として確立 される。各分析領域 は、許容可能な輪郭境界を確立するために別個に分析される。次に、製造可能性 、隣接する領域間の連続性、およびその他の要因を含む場合がある追加制約が加 えられる。最終的な照明は、各分析領域からの寄与の合計である。典型的な最終 的な照明目標はさまざまな強度でのさまざまな照明の角度を挟むため、総合的な 目標を達成するには、領域の輪郭の補助的な操作が必要とされる可能性がある。 図１４は、隣接する端面のある、２つのファイバー・セグメント１４０５、１ ４１０から成るファイバー・アセンブリ１４００を表す。隣接するファイバー端 面の１つは円錐に整形される。これにより、整形された端面の光操作特性を平坦 な遠位端面に移すことができる。フィルターまたはフィルター・コーティング、 あるいはその両方は容易に塗布される。描かれた実施例はステップインデックス ・ファイバー・セグメントを活用するが、セグメントのどちらかまたは両方が、 グラジエントインデックス・ファイバーから構成されることがある。この技術お よび技芸に関する綿密な説明は、本発明の譲受け人に割り当てられ、参照により 取り入れられる、１９９５年１１月２０日に提出された「光収集と照明が改善さ れ、非常に制御された放出パターンと受入れパターンを持つ、光ファイバー」と 題する、米国特許明細書連続番号第０８／５６１，４８４号に提示される。 図１５は、隣接する端面のある、２つのファイバー・ セグメント１５０５、１５１０から成る類似したファイバー・アセンブリ１５０ ０を表す。このアセンブリでは、輪郭が付けられた端面は、両方の隣接する端面 に形成される。光操作は、光が両方のファイバー端面全体で屈折されるのに従っ て、徐々に達成される。さらに、端面表面は、ファイバーの中心軸の回りで対称 ではない。輪郭の軸状の偏りは光光線をファイバーの軸から放して向ける。前記 例の場合のように、光操作は、遠位先端まで短いファイバーを下って移される。 破線で描かれた代替遠位端面は、光学特性を高めるために作成される。この端面 は、ある角度で向けられた平面として描かれ、複数の望ましい特性を生じさせる 。光許容／アドミタンスの効果的な開口が増加すると、遠位ファイバー・セグメ ントの長さ公差が最大化されるように、最終的なファイバー側壁反射の配置感度 は削減される。光光線は標準的なファイバー端面の場合より垂直に近い最終的な ファイバー端面を通過するので、遠位ファイバー界面の屈折影響は最小化される 。この要因の重要性は、適用媒質の屈折率および望ましい効果に依存する。した がって、端面は、通常の平坦な端面よりさらに適用媒質の中に突出する。ファイ バー突出部は、適用環境の中にさらに遠くに伸長するため、散乱媒質または吸収 媒質中での精密操作、送達、および受入れの機会を提供する。ファイバー端面の 突出部は小さく、ほんのわずかに見えるが、さらに綿密な分析から、光ファイバ ー規模では、この距離が多くの 状況で重要であることが明らかにされる。 図１６は、光学要素１６０５が２つのファイバー・セグメント１６１０、１６ １５の間に挿入され、望ましい光操作を作り出すファイバー・アセンブリ１６０ ０を描く。光学要素１６０５は、屈折、反射、回折、干渉に基づいた、あるいは ホログラフィーにさえ基づいた光散乱剤、またはその他の光学機構である場合が ある。前記例でのように、フィルター要素は適切な表面に容易に付けられるか、 あるいは別個の要素として追加される。光制御要素も、それが光ファイバーの一 体化した構成要素になるようにファイバー内に成形することができる。 図１７および図１８は、直径の大きなファイバー・セグメント１７０５、１８ ０５が、直径が小さいファイバー・セグメント１７１０、１８１０に結合される ２つのアセンブリ１７００、１８００を描く。説明された方法で、望ましい効果 が容易に作り出される。例えば、より大きなファイバーからより小さなファイバ ーに光を移すことが可能である。したがって、光の強度は強められる。操作され た光の送達および伝達に関する前記文は、本項で関連する。 図１９は、従来の鏡を介する光操作の転送を描く。図示されていないが、プリ ズムが類似した方法で容易に活用される。どちらのケースでも、平坦な屈折面が 、光操作が移されるに従って送達／受容性パターン完全性を維持する。図２０は 、コアが大きいファイバーの非常に短 いセグメントを通して光操作の転送を描く。図２１は、非従来のファイバーを介 した光操作の類似した転送を描く。この場合、ファイバーは、被覆されていない 導波路である。導波路の反射面が平坦な二次元ジオメトリに近づくにつれて、操 作された光の合成が移送経路内で減ぜられる。まっすぐに描かれているが、導波 路は恒久的に曲っている可能性がある。図２２は、中空光ファイバーの適用を通 した光操作の移送を描く。 図２３は、数多くの有利な属性で構成されるアセンブリ２３００を描く。一次 送達ファイバー２３０５は、コアが小さく開口数が少ないファイバーである。フ ァイバーは、コアが大きいステップインデックス・ファイバー２３１０の遠位セ グメントに接合される。遠位セグメント２３１０は、よりうまく光を保持するた めに高い開口数を活用する。さらに、光包含を高めるために、ファイバーの外部 は、溶着されたアルミニウムのような内部に反射する物質でコーティングされる ことがある。遠位セグメント２３１０は、一次送達ファイバーに隣接するその端 面に形成される光整形輪郭２３１５を持つ。光整形輪郭２３１５は、光の軸を離 れて進めるために形成される。輪郭の非活性突出部分は、２つのファイバー・セ グメントの端面の間の距離を最小化するために除去される。 この実施例は、隣接する端面の内の１つだけで光整形輪郭の特色をなすので、 両方の端面とも形成できる。そうする上で、光操作２つの表面で分散され、それ により 補助的な操作およびさらに高い移送効率の機会を作り出す。 一次送達ファイバーの直径は、ファイバー上で短いスリーブをを固定すること により、ファイバー接続で増加する。適切なサイズにされた毛細管は、さまざま な光ファイバー業界構成要素のように許容可能である。このスリーブは、大きな コアの遠位先端とほぼ一致するようにファイバーの有効物理直径を増加する。精 密位置合わせは必要とされないため、適切な公差が許容できる。 第２スリーブは、両方のファイバーを保持し、位置合わせする。遠位セグメン ト２３１０は、スリーブ内で完全に容器に入れられるが、一次送達ファイバーの 短いセクションだけが結び付けられる。２本のファイバーは、アセンブリの中に エポキシ樹脂で接着される。 破線で描かれるように、遠位面２３２０は、光線を逃すためにより大きな出口 ポートが作り出されるように、任意の角度で切断できる。この修正も、光線がフ ァイバーを離れるに従って屈折を最小化する。 帯域フィルター・コーティングの一次送達ファイバーまたは遠位セグメントへ の塗布は、遠位端面まで移動するレーザー光を清掃する上で効果的である。蛍光 、シリカ・ラマン光、および大部分の場合、光が光ファイバー上を伝わるに従っ て蓄積するその他のレーザー汚染は、最終的な送達の前に拒絶される。コーティ ングの代替策として、帯域フィルター・コーティングを、ファイバー ・セグメントの間に差し込まれるウェハに塗布できる。 一次送達ファイバーの小さなコアおよび低い開口数が、複数の有利点を生じさ せる。低い開口数は、遠位端への伝達中のレーザー汚染の蓄積および導波を最小 化する。両方の要因とも、ビームが最終的なファイバー・セグメント内で移動し 、拡大するのに従って、ビーム拡散および空間的な集束を最小化する。 図２４は、コア直径の大きいグラジエントインデックス・ファイバー２４１０ の短いセグメント後に配置される光ファイバー２４０５を描く。一次ファイバー の送達／受容性パターンは、グラジエントインデックス・セグメント２４１０に より軸を離れて向けられ、誘導される。光がグラジエントインデックス・セグメ ント内で伝搬するに従って、光制御は操作の比較的に長い経路で優しく適用され る。屈折の係数は軸の対称に応じて変化するが、変動はビームを軸から離れて進 める。図中で明らかとなるように、グラジエントインデックス・セグメントのセ クタだけが関連する光光線と相互作用する。このようにして、望ましい特性は、 グラジエントインデックス・ファイバー・セグメントの関連部分を活用するだけ で容易に達成される。グラジエントインデックス・ファイバー・セグメントの非 関連部分を除去することにより、軸に沿った対称のないグラジエントインデック ス・ファイバ一の小さな直径の特殊化されたセグメントが生成される。図２５は 、適切なセグメント２５１０が、ファイバー・ セグメントのコア穴開けまたは中心から離れた円筒形の研削のような手段により さらに大きなグラジエントインデックス円筒形２４１０から削除される製作方法 を描く。図２６は、一次光ファイバー２４０５に結び付けられているリザルティ ング・ファイバー・セグメント２５１０を描く。この方法により、軸に沿って対 称ではなく、軸から離れた送達特性および受入れ特性を作り出す、屈折率傾斜を 有する光ファイバー・セグメントが作成される。一次ファイバーとして低い開口 数を活用することにより、受容性または送達の結果的に生じるゾーンは、さらに 高い数のファイバーから結果的に生じるゾーンに比して隙間がきつくなる。 当業者は、軸に沿って非対称なグラジエントインデックス・ファイバーを作成 するために多様な方法が容易に利用されることを理解する。これらの技法は、標 準グラジエントインデックス・ファイバーおよびいわゆる「具リン（grin）レン ズ」の大量生産で活用される方法論を取り入れる。 例えば、コアが大きいステップインデックス・ファイバーは、その側面の内の １つに屈折率を人工的に増加させた領域を持つ可能性がある。したがって、光が この領域に向かって移動し、それと相互作用すると、光は光屈折の法則に従って 軸から離れて曲る。 その屈折率が伝達された光学エネルギーの関数である物質を活用することによ り、光の指向的な面が操縦され る。光学エネルギーの制御するビームを物質の中に導入することにより、その屈 折率は故意に操作される。したがって、一次光が、その屈折率が改変される領域 と相互作用するに従って、一次光ビームが進められる。制御する光は、制御され る光ともつれることがないように、注入されなければならない。例えば、ファイ バー軸に垂直に導入される光は導波されない。 さらに、ファイバーが、軸に沿って非対称であるだけではなく、軸に沿って対 称な面を含む屈折率傾きを持つ可能性がある。軸に沿って非対称な傾きを軸に沿 って対称な傾きの面で補足することにより、一次ファイバーの送達特性および受 容性特性は、光が操作され、軸を離れて向けられるに従ってさらにしっかりと維 持される。 グラジエントインデックス光学部品は、一般的には多くのそれ以外の光学構成 部品より環境上安定している。グラジエントインデックスは、さまざまな化学物 質と接触すると恒久的に変化することがある。したがって、その使用は、配置の 前に特定の用途について分析されなければならない。 内部に反射する面を活用する改善されたプローブ・アセンブリ 図２７ａ−ｃは、本発明に従って光操作の原則を活用する光散乱プローブ２７ ００の例示的な実施例を図解する。ファイバーバンドルは、中心ファイバー２７ １０が ファイバーのリング２７１５により取り囲まれるように形成される。図２７は、 ６本の取り囲むファイバーを描く。ただし、一定の例においては、７本のリング ・ファイバーが好ましいことが判明する。特殊な使用目標には、さまざまなファ イバー量の類似した構成が好ましい。用途に応じて、中心ファイバーが光送達専 用となり、取り囲むファイバーが光収集専用となるか、あるいは逆となることが ある。 ファイバーのバンドルはともに結合される。漏話から保護するためには、遠位 端近くの中心ファイバーの外部円筒面は、金属製の光不可入性膜でコーティング される。代わりに、カーボンブラックのような光遮断混合剤が、ファイバーバン ドルをまとめて保持するエポキシ樹脂や無機セメントのような結合剤内に添加さ れる。バンドルは、ファイバーをまとめてエポキシ樹脂で接着することにより自 立構造で立っているアセンブリとして形成される場合があるが、ファイバーは光 収縮管組織により抑制される。エポキシ樹脂の硬化後、熱収縮管組織が除去され る。この技法は、ファイバーバンドルの直径を最小化する。最小サイズが一次抑 制ではない場合、ファイバーは、管または光ファイバー・コネクタ内に集合的に 取り付けられなければならない。この取付金具の内部寸法は、バンドルの外径に 密接に一致しなければならない。 光収集を最大化する場合、ファイバーは、送達ファイバーと受信ファイバーの 間の空間を最小限に抑えるため に隙間なくともに結合される。ポリイミド・コーティングが施されるステップイ ンデックス、シリカ・コア、シリカ・クラッド・ファイバーが好まれる。ポリイ ミド・コーティングは、ファイバーの遠位先端近くで除去されなければならない 。これにより、さらに光学分離が最小化される。ファイバーのサイズは、用途要 件および総体的なシステム・パラメータにより支配される。４００−ミクロンの コアのあるファイバーはよく作用し、製作の容易さを助長するほど十分に大きい 。用途に応じて、小さいファイバーは、粉塵、埃、あるいはその他の異物に対す る有害な感度を受けやすい。薄いクラッド壁は、ファイバー・コア分離を最小限 に抑えるため、最良である。それにも関わらず、クラッド厚さは光波が完全に包 含されるように十分でなければならない。ファイバーバンドルを加熱し、圧縮す ることにより、ファイバーは、エポキシ樹脂の必要なく、ともに融合することが でき、さらにファイバー間の間隔を排除する。 ファイバーバンドルがコネクタ・アセンブリ、ニードル管中に取り付けられる のか、自立構造で立っているのかに関係なく、バンドルの遠位端はその作成後に 整形される。前述されたように、多様なファイバー形状が用途に特殊な有利な光 送達パターンおよび受け入れパターンを生じさせる。 鉛筆尖端のような先端は、製作手順に適応された標準的なファイバー加工装置 を使用して容易に作成される。 ファイバー研磨装置は、回転する研磨用のディスク・プラテンのある種類である ことが好ましい。コレット、チャック、または類似したデバイスのような保持機 構が、研磨のためにファイバーを支え、配置する。保持機構は、回転するディス クに関して希望研磨角度でファイバーの一次軸を維持しなければならない。従来 の平面ファイバー研磨はファイバーの中心軸を回転するディスクの表面平面に関 して９０度の角度で配置することにより達成されるが、鉛筆尖端のような先端バ ンドルは、ファイバーをさらに小さな角度で配置することにより形成される。 保持機構は、好ましくは、その主要軸の回りでファイバーを回転させ、それを 研磨用ディスクを横切って前後に動かすための設備を具備する。保持機構が、回 転の軸がファイバーバンドルの中心の縦の機械光学軸に関して正確に維持される ように十分な精度を持つことが重要である。 バンドル上で鉛筆尖端のような先端を形成する場合、バンドルは、それが研磨 ディスク全体で前後に動かされるにつれて連続的に回転する。高度に研磨された 面を作り出すためには、段々に、より細かい研磨媒体が使用される。 鉛筆尖端のような先端を約４０度という挟角で形成すると、非常に散乱し、吸 収する媒質中でさえラマン分光法の優れた性能を備えたプローブが得られる。こ の角度を２０度に減らすことにより、性能は、要求が厳しい媒 質中では減少するが、中間状熊では上昇する。１０度では、性能は、要求がより 厳しくない媒質について最適化される。 例示的な実施例では、端面は主要なバンドル形状の形成に続いて内部に反射す る金属製の膜でコーティングされるのが好ましい。さまざまな溶着技法が適して いる。 プローブ先端の形成後、それは、ファイバー研磨装置での研削および研磨によ り平らにされる。前述されたポイント・パラメータについては、先端は、平坦な 領域が中心ファイバーを越えて、リング・ファイバーの中に伸長するように平ら にされなければならない。リング・ファイバーが平らにされる程度は、ファイバ ーの開口数および用途に特殊なパラメータに依存する。平坦なセクションがリン グ・ファイバーの中心断面の約５０パーセント拡大すると、７０度の研磨角度（ ４０度という挟角）に基づいたポイントに優れた性能が達成される。この続く先 端はラマン分析に十分に適しており、黒ずんだ散乱媒質中でさえ非常によく機能 する。前述されたように、挟角を削減することにより、性能は多様な吸収状態お よび微粒子散乱状態に容易に調整される。 図２７ａは、内部に反射されるコーティングの塗布が省略される点を除き、前 記技法に従って作成されたファイバーバンドルを描く。 図２７ｂおよび図２７ｃは、保護ハウジング内に入れられるプローブを描く。 図２７ｂは、断面図である。図 ２７ｃは等角図である。図２７ｂは、内部に反射するコーティング２７２０の存 在を説明する。バンドル上での平面２７２５の形成の前に、バンドルが差し込ま れ、中空管の中に固定される。用途要件に従って、さまざまな取付コネクタも適 当である。図２５ｂは、大部分の場合、ニードル管と業界で呼ばれる薄い金属製 の管組織２７３０を描く。初期に、管は、バンドルがわずかにくぼまされるよう に、バンドル・ボイントの先端を越えてわずかに伸長しなければならない。管は 、次に管内で先端をカプセルに入れるエポキシ樹脂または類似した物質で充填さ れる。このプロセスに続き、アセンブリが、前述されたように平らにされる。 多くの用途では、環境上の乱用に対する保護が望まれる。．３−ミクロンの研 磨膜で達成される表面のような高品質の表面を適用することにより、化学的な腐 食のための環境上の乱用は最小限に抑えられる。光ファイバー内での化学的な腐 食は、表面の欠陥でもっともひどく、表面により開始される可能性がある。それ にも関わらず、多くの場合、補助的な環境上の分離が必要とされる。 ウィンドウの後ろにプローブを適用することは、ウィンドウが与える前述され た否定的な面のために回避されなければならない。環境上の分離は、さまざまな 保護コーティングの塗布により達成される。これらのコーティングの例は、ダイ ヤモンドのようなコーティング、または非晶質のダイヤモンド・コーティング、 サファイア・ コーティング、およびさまざまな酸化物を含む。これらのコーティングの塗布は 、前述されたようにバンドルを固形の固まりに融合することにより助長される。 薄い自立構造で立っているウェハも、端先端に結合することができる。ダイヤモ ンド属のもののようなある種のウィンドウおよびコーティングは、強いラマン・ シグネチャを示す。これらのシグネチャは、ある種の用途環境でのかなり分析の 有利になるように活用できる。ソースがこの媒質を通って伝達するのに従って、 ラマン・バンドが生成される。後方反射レイリー特性を含む用途のようなある種 の用途で活用される場合、このラマン光の一部は、収集ファイバー（複数の場合 がある）を通して一次メジャーランド（measurand）から戻る。この信号は、波 長および強度の両方を確立するための基準として活用することができる。 前述されたように、光送達ファイバーおよび収集ファイバーの専念は、用途お よびシステム要件に依存する。ラマン分光法の場合、外部ファイバーは、通常、 収集に割り当てられる。逆に、白い照明光を活用する拡散反射率測定のような用 途の場合、リング・ファイバーは通常、送達ソース光に最良に活用される。 分離された媒質の用途では、メジャーランド（measurand）はソース・エネル ギーを受けやすい。これらの媒質では、ソース・エネルギーを外部リング・ファ イバーの間で分散するのが有利である場合がある。それを行う上 で、照明を受けている表面面積が増加し、代わりにメジャーランド（measurand ）がさらされているパワー密度が減少する。 例示的なプローブ・アセンブリの動作 さまざまな構成要素および光学面に関する前記の操作説明に加えて、例示的な プローブの一般的な操作概要は洞察に満ちている。プローブが中心ファイバーが レーザー送達に活用されるラマン分光法のために構成されていると仮定する。こ のファイバーは、レーザー光を重要な媒質の中に送達する。媒質ラマンは光を散 乱し、このようにしてラマン・バンドを作り出す。重要な典型的な媒質はレイリ ー散乱、吸収、および背景の項で前述されたしばしば望ましくない効果を誘発す るその他の特性を示す。 図９に描かれるように、各リング・ファイバー２７１５（図２７）には、２つ の別個の受容性のゾーンがある。第１ゾーン９１５は、ファイバー端面の前で直 接照明ビームを交差するように制御される。リング・ファイバーの内部に反射す る面は、プローブ先端に非常に近いラマン散乱された光を受け入れるように、こ れらのファイバーを向ける。この第１の受容性のゾーンは、約４４度と３２度の 間で伸長する（ゼロ度は、ファイバー軸と一致すると解釈される）。このように して、貴重な光が収集され、媒質の有害な散乱特性および吸収特性が回避される 。 代替機構を活用して達成される性能の向上に比較して、多大な性能の向上が生じ る。第２の受容性のゾーン９１０は、ソース・ファイバー端面からのさらに大き な距離で光を受け入れる。この構成を使用すると、プローブは非常に種々の媒質 中で反応する。 プローブは、特殊な光子機構に対する選択的な感度を示す。この性能の物理的 特性は、以下に示されるように複雑な光−物質相互作用に基づく。レイリー散乱 された光およびミー散乱された光は、角度を形成するように偏らされ、頻繁に、 複数事象現象である。複数事象の面は光の移動の複雑な経路を作り出す。ファイ バーから放出される一次レーザー光とシリカ・ラマン光の両方とも、媒質による レイリー散乱を受けやすい。したがって、その散乱は角度を形成して偏らされる 。蛍光およびラマン散乱光はより試行的に無作為であるか、より角度を形成しな いで偏らされる。したがって、統計的なバイアスが、散乱現象に従って散乱され た光子の指向性の面の間に存在する。このようにして、照明および検出の受容性 の角度形成操作により、各光子機構から収集される光の比は有利に設定される。 したがって、新規の前記に説明されなかったフィルタリング機構が、光ファイバ ー測定光散乱現象について説明される。 物理的特性は、霧、雪および雨のようなある種の運転状態での自動車のヘッド ライトの物理的特性に幾分似通っていると考えられている。雪に悩まされた、ま たは霧 に悩まされた夜、運転者は、「高いビーム」でより「低いビーム」でのヘッドラ イトでよりよく見える。低いビーム設定と高いビーム設定の間の重要な相違点と は、照明の角度である。確かに、高いビームではより多い光が運転者の網膜に到 達するが、それは誤った光である−−実質的には、霧によってすべて散乱される 。 散乱された光の角度を形成する向きは複雑で多くの要因に依存するため、プロ ーブは、特定の用途制約に関する実験で最適化される。実証データは、ほぼ前記 に指定されるように収集ゾーンを向けることによって、重い微粒子差何媒質中で のラマン・プローブの性能が最大化されることを示す。この構成においては、レ イリー光のラマン光に対する比は最大性能を生じさせる。 同様に、プローブは、特定の散乱に基づく分析中で有利な性能を達成する。そ れは、最小数の散乱事象を経験したレイリー散乱された光子を収集する。したが って、取得されたデータは、複数散乱事象により合成されない。 例示的なプローブ・アセンブリの性能 図２８、図２９、および図３０は、前記説明に従って製作されたプローブを使 って達成される性能レベルを描く。このプローブは、図２７で描かれる構成で活 用された。試験媒質が必要とされる完全内部反射を生じさせるほど十分な屈折率 差を提供したため、内部に反射するコーティングは必要とされなかった。 ３つのプローブに関する分析からの結果が続く。第１プローブは前述された種 類の「平面／平行ファイバー」（ＦＦ／ＰＦ）プローブである。試験用に、それ は、その性能を最大化する目的でウィンドウなしで配置された。ＦＦ／ＰＦプロ ーブは文献中で大量に報告されており、特に医療文献で注記されている。「屈折 端面プローブ」として示される第２プローブは、特許所有者の免許を受けてＯ‘ Ｒｏｕｋｅらに対する米国特許第５、４０２、５０８号に従って製造された。屈 折端面プローブの構成は、２０度の角度に向けられた収集ファイバーのリングに よって取り囲まれる平らな中心ソース・ファイバーを活用することにより最適化 された。屈折端面プローブは、適切な操作に必要とされる．０２０インチの厚さ のサファイア・ウィンドウの後ろに配置される。ＦＦ／ＰＦプローブとの平らな 再生フィールドの比較を行うために、屈折端面プローブのファイバーの内の２本 だけが活用された。第３プローブは、本発明の例示的な実施例に従って製作され る、ヴィジョネックス（Ｖｉｓｉｏｎｅｘ）の「上級プローブ（Ａｄｖａｎｃｅ ｄ Ｐｒｏｂｅ）」である。屈折端面プローブでの場合と同様に、先進プローブ のファイバーの内の２本だけが試験に活用された。 試験のために、プローブ・ファイバーのすべてが同じサイズおよび開口数であ り、すべての装置および試験条件は可能な限り同一に近かった。これらの試験に は、最小の紫外線エネルギーで広帯域可視ソースが活用された。 蛍光および微粒子散乱からの性能が、調査対象の光散乱機構であった。 図２８は、蛍光面を含む血液サンプル中の３つのプローブによって取得された スペクトルである。表されるように、３つすべてのプローブは血液から赤い光を 収集した。赤のスペクトル領域では、屈折端面プローブ（線２８１０）およびＦ Ｆ／ＰＦプローブ（線２８０５）が比較可能な結果を生じさせる。屈折端面プロ ーブの性能は、わずかに優れている。しかしながら、上級プローブ（Ａｄｖａｎ ｃｅｄ Ｐｒｏｂｅ）（線２８１５）は、赤い弾性散乱された光をはるかに効率 的に収集する。それにも関わらず、上級プローブ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｂ ｅ）はこの反応には最適化されていなかった。さらに短い波長領域において（４ ７５ｎｍをわずかに上回る）、さらなる不均衡が明白である。血液サンプル中に 存在する蛍光剤は、分離ピークを生成する。上級プローブ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｂｅ）はこの蛍光剤からスペクトルをとらえるが、収集は他のプローブか ら明らかではない。 図２９は、関連するスペクトル領域の拡大図である。ＦＦ／ＰＦプローブ（線 ２９０５）には、蛍光剤からの光の明白な検出可能な収集はない。屈折端面プロ ーブ（線２９１０）は、領域内に漠然とした構造のあるスペクトルを作り出す。 しかし、このピークのどの部分がウィンドウからの後方反射の結果であるのか、 および何が トレース剤に起因すると考えられるのかは明確ではない。特殊光子機構に対する その選択的な感度がある上級プローブ （Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｂｅ）（線 ２９１５）が、必要とされる光を効率的に収集し、清潔なスペクトルを作り出す 。弾性散乱された光のさまざまなプローブからの蛍光光に対する比は、明確にこ の性能を示す。 おそらくさらに明確に、図３１および図３２が、選択的な感度特性および達成 可能な結果を図解する。図３１は、赤い微粒子散乱媒質内で収集されるスペクト ルのグラフである。図３２は同じであるが、トレース黄緑蛍光混合剤を含むサン プル中で収集されたスペクトルのグラフである。蛍光光の収集の、上級プローブ （Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｂｅ）からの非弾性的な光収集に対する比の劇的な 増加に注意する。 図３０は、最小レイリー散乱特性を備えた、水性ベースの赤い溶液で実施され るプローブ試験の結果を図解する。試験溶液は、人間の目には透き通った鮮明な 赤に見える。それは、赤以外の光を迅速に減衰するほど十分に赤い。溶液は人間 の目には明らかではない紫色の蛍光混合剤を含有する。紫色の反応に加え、混合 剤は、溶液から黄色の蛍光反応も誘発する。 ＦＦ／ＰＦプローブ（線３００５）は、最低強度のスペクトルを生成し、黄色 （５００ｎｍ−６００ｎｍ）と紫色（４５０ｎｍ）の両方の蛍光面を検出できな い。血液は、本質的に、微粒子散乱特性を示すが、この試験溶 液は示さない。血液中、照明光は、その間に光が赤に偏らされる、複数の跳ね返 りおよび媒質との相互作用を介して収集ファイバーに戻る。非微粒子−散乱試験 溶液では、前述された影響を生じさせるために最小の不純物が存在する。ＦＦ／ ＰＦプローブのスペクトルも、サンプル・ビーカーの底部から戻る蛍光の結果生 じる６００ｎｍを越える構造を示す（溶液は、これらの赤い波長および近赤外波 長に比較的に透明である）。プローブは、目に見えるほどの紫色または黄色の光 を収集しない。ソース・ファイバーからの光が蛍光剤を励起するに従って、蛍光 光は赤い溶液により迅速に吸収される。そして、赤い溶液は迅速に蛍光誘発光を 吸収した。事実上、実質的にすべての励起光が、収集ファイバーが受け入れる領 域に到達できる前に吸収される。したがって、受容性の領域内で生成される光子 は、収集ファイバーへの戻り旅行を完了する前に即座に再吸収される。 屈折端面プローブ（線３０１０）は、ＦＦ／ＰＦプローブと本質的に同じ運命 をたどる。屈折端面プローブはある種の程度の光曲げおよび光操作を生じさせる ことができるが、それは溶液の減衰を克服するには不十分である。さらに、屈折 端面プローブには別の欠点がある。ウィンドウからの反射が、収集ファイバーに よって不注意に捕捉される。このプローブにより捕捉されるスペクトル構造は、 ウィンドウ反射試験（図示されていない）に一致しない。慎重な精査を受けて、 弱いピーク構造が、適 切なスペクトル領域内で「想像」できる。ただし、それらが決定的ではないこと は確かである。 上級プローブ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｂｅ）（線３０１５）が励起し、溶 液内の紫色および黄色の光を捕捉する。両方のピークとも明確に捕捉される。 さまざまな媒質中での一連の試験を受けて、上級プローブ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｂｅ）は、同様に印象的な結果を示す。光ファイバー計器が有利である と考えられ、その使用が大いに求められる大多数の用途に、要求が厳しい状態が 存在する。これらの用途は、生体内生物医学から環境、産業に及ぶ。大部分の場 合、実際には光子機構は強力であるが、使用可能な計装が生じた光エネルギーを 適切に取得するには不十分である場合に、種は望まれる光子影響の弱い生産者で あると考えられる。 複雑な面 前記に示されたように、有利な結果をもたらす補助的な光操作が、ファイバー の面の内部に反射する部分に代替表面を形成することにより達成される。これら の面はすぐ上記に説明された面より複雑であるが、多くの用途に優れた性能を提 供する。 前述された設計技法に従ってこれらの表面輪郭を作成することにより、リング ・ファイバーに入るまたはリング・ファイバーを出る光はさらに操作される。光 線角度は、特定の用途の必要に応じて向けられる。また、光が それを通って移動するファイバーの平坦な部分は、さらに小さくされるが、依然 としてすべての使用可能な光を伝達する。 キックオーバー（kick-over）ゾーンは鉛筆尖端のような先端プローブ・バー ジョンで比較的に薄いが、ゾーンは容易に拡大できる。図７および図１０は、さ らに複雑な表面の適用により達成される代表的な性能の向上を図解する。ただし 、これらの向上はプローブの製作を複雑にする。図７の実施例は、光送達ゾーン 内の特定の「焦点」領域からの反応を最大化するその能力において特に有効であ る。 蛍光スパイク溶液は、さまざまなプローブ形状およびアーキテクチャを評価す るための優れた試験合を提供する。アセンブリの遠位端は溶液中に浸漬される。 放出された光パターンは、照明パターンが熱して輝くに従って容易に観察される 。照明パターンと収集パターン、およびその重複も容易に観察される。これを達 成するためには、試験槽に、蛍光混合剤に加えて微粒子散乱剤が入っていなけれ ばならない。二酸化チタンが理想的である。赤いレーザ光を収集ファイバーの近 位端に注入することにより、その受容性が観察される。赤い光は、強い蛍光を誘 発しないが、浮遊微粒子から目に見えるように散乱する。この一般的な技法は、 特定の用途の光ファイバー界面を構成する上での設計補助として有効である。 複雑なファイバー輪郭は、複数の方法で生成される。 コンピュータによって制御されるレーザー切除は実現可能であるが、高価な設備 を要する。形状は、好まれるプローブ実施例の作成のための前述された技法に従 った区分的な線形様式で形成される。複雑な形状を作成するための好まれる方法 は、前述されたプロセスに類似した研磨プロセスによる。機械は、研削プロセス および研磨プロセスの間、プロセスを同時に持ち上げて、傾ける補助的な機能を 必要とする。 プローブ・アセンブリの補助的な面：フィルタリング機構 前述されたように、ソース光、特にレーザー光のような狭帯域の光は、大部分 の場合、光ファイバー内を移動するに従い、外来の信号で損なわれてしまう。こ の効果はラマン分光法にとって特に厄介である。したがって、多くの場合、プロ ーブの付近にある帯域フィルターをレーザー光導管に適用することにより、この 光を排除することが有利である。さらに、同様に帯域消去フィルターを信号収集 ファイバー導管に適用することも多くの場合有利である。 フィルタリングは、複数の方法で達成される。干渉フィルター・コーティング は、ファイバー端面バンドルに直接的に塗布される。この技法には困難な製造手 順が必要になる。それは、また、光が種々の角度で入信するときにはフィルター がよく機能しないため困難である。し たがって、プローブのリング・ファイバーは、光の広い受入れ角度のために特に 設計される。 中心のレーザー・ファイバーは、フィルター・コーティングを裸のファイバー に塗布することによりフィルタリングされる。それから、プローブはその中心に 内腔を備えて構築される。中心ファイバーの代わりに毛細管のあるプローブを構 築することにより、空洞が作成される。プローブが前記手順に従って構築された 後、中心ファイバーが内腔空洞の中に差し込まれ、適所に添えられる。 別の有効かつ好まれる技法では、各個別ファイバーが、プローブ先端から適切 な距離にあるコネクタ接続内で別個にフィルタリングされる。フィルター・コー ティングはファイバーに、またはファイバー端面の間に差し込まれるフィルター ・ウェハに直接的に塗布される。業界の標準的なコネクタが活用される場合、こ の技法により、アセンブリのサイズは許容範囲を越えて大きくなる。したがって 、好まれるアプローチとは、フィルター・コーティングを、長さがほぼ１インチ の短いファイバー・セグメント端面に直接的に塗布することである。フィルタリ ングされた端面は、一次ファイバー長に接合される。この接続は、精密内径によ りニードル管内で行われる。理想的には、管壁は．００１−．００３“厚さであ る。 別のフィルタリング技法が有効である可能性がある。 この技法では、必要とされない波長は角度を形成して転位される。そうする上で 、望ましくない波長の光は、フ ァイバーの内部反射限度の外に向けることができる。 同じサイズの６本の代わりに、中心ファイバーを７本のより小さいファイバー で取り囲むことにより、有利なジオメトリが作成される。７本のファイバーは、 隙間のないジオメトリ・パックに別に束ねられる。いわゆる詰め込み係数は、柔 らかくなるまでバンドルを加熱し、すべての空隙を除去するためにそれを詰め込 むことによりさらに改善できる。図３３は、そのようにして作成されたバンドル を描く。それにも関わらず、この構成は有利な詰め込み係数を作り出し、バンド ルは優れた環状のジオメトリを示す。図３４に描かれるように、バンドルを単独 のコアが大きいファイバーの中に送ることが可能である。多様なフィルタリング 機構は、バンドルとコアが大きいファイバーの間の接続で活用できる。バンドル よりわずかに大きい、コアの大きいファイバーを使用すると、光がフィルタリン グ機構を介した伝達の間に広がる場合に、発散の効果が克服される。多ファイバ ーから単一ファイバーへの変更の結果、光密度は減少するが、総光エネルギーは 大幅に減少しない。強度でのわずかな減少の影響はシステムに依存するが、典型 的には取るに足らない。 7本のリング・ファイバーを単一のコアが大きい延長ファイバーに接続する前 記構成は、それ以外の有利な考慮事項を提供する。例えば、リング・ファイバー は、大部分の場合、ソース・ランプから広帯域光を送達するため の照明容量で活用される。この例では、ソース・ランプのスポット・サイズは、 典型的にはファイバーより大きい。したがって、（単一ファイバーがバンドルよ り大きく、単一ファイバーがランプのスポット・サイズより小さい限り）単一フ ァイバーからバンドルへの接続の結果、正味光損失は実現されない。さらに、ラ ンプの照明パターンのあらゆる不一致は、照明エネルギーが各リング・ファイバ ーの間で等しく分散されるように、接続への移送中に混合される。 移送用のコアが大きなファイバーの代替策として、バンドル全体をフィルタリ ングすることができる。このタスクを達成するために、バンドル内の個々のファ イバーが互いに位置合わせされる。ファイバーのサイズも、技法の有効性に影響 を与える。より大きいファイバーの方が明らかに位置合わせが容易であり、典型 的には、フィルタリング中より少ない損失を示す。適切なバンドル位置合わせ技 法は、１９９５年１１月２０日に提出された、「光収集および照明が改善され、 高度に制御された放出パターンおよび受入れパターンを有する光ファイバー」と 題する米国特許明細書連続番号第０８／５６１，４８４号に説明される。補助的 な情報も以下に説明される。 アセンブリの総長は、最初に確立され、その連続長が総体的なアセンブリの希 望される長さであるファイバーのバンドルが作成される。バンドルはきっちりと 抑制され、接続が形成される領域でエポキシ樹脂で接着／結合 される。管組織はこの目標を達成するために適した構成部品である。エポキシ樹 脂の硬化後の除去および組立を可能にする一方、ファイバーをきつく抑制するそ の能力のため、熱収縮管が望まれる。金属、ガラスまたはセラミックのような堅 い管組織も使用されることがある。業界基準のコネクタも適している。この種の 管組織が恒久的であるという事実は、アセンブリの希望される特性および総合的 な空間の抑制に応じて利点または障害になることがある。接続場所が端から遠く 除去される場合、ファイバーが管組織内に差し込まれる間のファイバーに対する 損傷を防ぐために注意しなければならない。 領域が抑制され、堅いセクションの中にエポキシ樹脂で接着／結合された後、 機械的なキーまたはそれ以外の識別マークがファイバーの軸に平行なセクション に沿って配置される。それから、セクションがファイバー軸に垂直に切断される 。切断は、微粒ダイヤモンド含浸ホイールのような薄い精密鋸でもっともよく達 成される。切断の各側面を加工し、研磨し、それにより適切な表面を形成した後 、個々のファイバーは２つのバンドルをともに合わせることによって、位置合わ せし直される。この合わせ接続は、単一ファイバーを合わせるために業界で典型 的に活用される方法のいずれかにより達成される。回転位置合わせは、前述され た識別マークを視覚的に一致させることによるか、あるいは機械的なキーを使っ て達成される。 この接合は、プローブの遠位先端の堅いセクションの中に直接的に作成できる 。そうする上で、受光される光から送達光を分離するために注意しなければなら ない。阻止機構を導入することができるが、中心ファイバーの接合をリング・フ ァイバーの接合から除去することが最良である。記述された方法論に従って、リ ング・ファイバーを合わせるための接合は、中心ファイバーが妨害されずに通る 内腔を特色とすることがある。それから中心ファイバーは、フィルタリングのた めに破壊されるか、その遠位端面に直接的にフィルター・コーティングを塗布さ れる。 図３５は、フィルター用途に適応される、図２７に描かれるプローブ・アセン ブリに類似するプローブ・アセンブリ３５００を描く。図３５の実施例は、内腔 の概念を利用する。それは、バンドル位置合わせおよび物理的な保護の二重使用 のために、プローブの外部金属管組織３５０５も活用する。フィルター３５１０ は、フィルターがファイバー・セグメントの間にあるように、短いファイバー・ セグメント端面に直接的に付けられる。 プローブ・アセンブリの補助的な面：計器界面 光を収集するためにリング・ファイバーが利用される構成では、これらのファ イバーからの光は、光が分析される別の計器サブシステムに移送される。さまざ まな計装システムは、ファイバー入力構成を必要とする。非分 散形計器は、典型的には、環状のジオメトリで入力を受け入れる。したがって、 これらの計器は、直接的にファイバーバンドルまたはコアが大きいファイバーを 受け入れる。 計器の別のクラスは、大部分の場合、分散形と呼ばれる。これらの計器は、典 型的には、入力が狭い矩形内で配置される場合にもっともよく機能する。この構 成は、多くの場合、スリットと呼ばれる。環状の入力は、典型的には、物理的な スリットの前に入力を直接的に配置することによりこのジオメトリに変換される 。 最適性能のために、大部分の場合、ファイバーを線形スリットに構成すること が有利である。これは複数の方法で達成される。バンドルの場合、個々のファイ バーは、典型的にはこの目的用に設計されたコネクタ内の線形アレイの中に配置 される。コアが大きいファイバーの場合、ファイバーはさらに小さなファイバー に取り出される。事実上、前述され、図３４に表された接続が逆にされる。希望 されるスリット幅が6本のファイバーにより提示されるスリット幅より狭い可能 性があるので、さらに多数のファイバーのあるバンドルを活用することができる 。前記説明でのように、バンドルは、バンドルの非活性領域を最小化するために 加熱し、圧縮することができる。同様に、ファイバーの線形アレイは、さらに性 能を高めるために容易に圧縮される。ファイバーの融合されたバンドルは、大部 分の場合、融合済みテーパーと呼ばれ、多 くの場合、イメージング用途に使用される。類似した構造を作成することにより 、環状の入力を線形のスリット・スタイル形式に効率よく移すために、計器アダ プターが形成される。 このテーマに関する変種として、コアが大きいファイバー、または同じように 構築されたアダプターが加熱され、圧縮される。この圧縮では、総表面面積は一 定のままでなければならない。この目標を達成するために、ダイスがファイバー が柔らかくなる温度に耐える物質から製作される。ダイスは、希望される寸法の 内部矩形空洞を備えなければならない。典型的には、それは薄い矩形断面を必要 とする。それは、ともに合う上部半分と底部半分を備える。ダイスおよびファイ バーは同時に加熱され、ダイスはクロージャまで圧縮される。それが圧縮される につれて、ファイバーは希望される矩形断面の形状を取る。理想的には、環状の 断面から矩形への遷移は、ファイバーの縦軸に沿って徐々に達成される。 代替実施例ファイバー・ジオメトリ さまざまな幾何学上の構成が、中心ファイバーに比してリング・ファイバーの サイズを増加させる。例えば、さらに小さい中心ファイバーの回りに配置される ５本のファイバーのリングは、収集ゾーンと受信ゾーンの間の相互作用の程度を 増加し、上昇した受容性を提供するための潜在的な結果を提供する。 内部に反射する輪郭から反射する光のための（入口／出口場所を提供する）両 端面とも部分的に平坦な並んだ構成内の２本のファイバーは、別の代わりの構成 である。それは、１つのソースおよび１つの検出器ファイバーだけを受け入れる 計装システムによく適している。言うまでもなく、費用および簡略さの優位点も 潜在的に実現される。このセットアップは、照明光を、ファイバー端面に非常に 近い受容性の収集ファイバー・フィールドの中に送達する。この事実は、ソース ・ファイバーと検出器ファイバーの両方とも交差の中に操作される構成要素を備 えることを注記することにより明らかである。 中心ファイバーは、円錐のようなさまざまな輪郭に整形される。これらの輪郭 を作成する上で、中心ファイバーは、さらに重要な媒体の中に突出する。この突 出により、中心ファイバーの端面がリング・ファイバーの受容性または照明のゾ ーンへの近接に配置される。中心ファイバーがエネルギーを送達すると仮定する と、さらなる近接が、光がリング・ファイバー受容性の領域に到達するまで中心 ファイバーの光が媒質中で移動しなければならない距離を最小限に抑える。この 技法は、媒質を測定するのが困難なでは特に効果的である。中心ファイバーの輪 郭の屈折効果は、屈折率がファイバーの屈折率に近い媒質の場合に最小限に抑え られる。図３６は、多ファイバー・プローブの説明された近接の増加の影響を図 解する。図３７ａは、送達ファイバーより大きい収集ファ イバーのあるプローブの潜在的な利点を説明する。もう一度図３７ａを参照する と、鋭いポイントも、プローブを生物学的な組織のような物質の中にプローブを 差し込むことを助長する。図３７ａの実施例では、光学構成部品は、ニードル管 に入れられて描かれる。さらに、反応は、調査媒質内で高度に空間的に特殊であ る。 送達ファイバーおよび収集ファイバーの角度を形成する向きが精力的に整形さ れる場合、送達光は、収集ファイバーの端面に突き当たることが強制される。そ うする際に、望ましい測定値を生じさせるために、インジケータ・タイプの表面 処理をファイバーに適用することができる。同様に、表面処理は、送達ファイバ ーにも適用することができ、収集ファイバーはこの領域を見るように向けられる 。コーティングが送達光を適切に散乱する場合、散乱された光は収集ファイバー により集められる。この技法は、大部分の場合、表面改善式ラマン分光法と呼ば れるラマン分光法の分派に特に貴重である。図３７ｂは、図解による表記を提供 する。 述べられるように、図３７は、収集ファイバーの端面の前の、収集ファイバー の端面にやや平行に光を向ける単一ソース・ファイバーを描く。図中では、収集 ファイバーは、送達ファイバーより大きいように図示される。媒質および用途に 応じて、これは改善された性能を提供することもあれば、提供しないこともある 。収集ファイバーの外側部分がいくぶん、ファイバーの中心をかすめ て進むソース・ビームから除去されることは明らかである。したがって、長円形 ファイバーが好まれると推量される。収集ファイバーの結果を長円形の断面にわ ずかにつぶすことにより、送達ゾーンと受容性ゾーンの間の重複が増大する。同 様に、収集ファイバーの長方形のアレイ、矩形のアレイ、または線形アレイも活 用できる。このアレイは、サンプル媒質からの補助的な有効な光散乱情報を提供 する。互いに関して個々のファイバーから受け取られる光を分析することにより 、媒質の特性に関係する貴重な情報を得ることができる。図３８ａ−ｈは、関連 のある一般的な図解である。 別個の要素 光操作を達成するために内部反射用のファイバーの外面を活用することに加え て、制御は直接的に取り付けられた要素を用いて達成される。例えば、円錐の内 部に反射するファストラム（fustrum）は、図３９ａでのようにファイバーバン ドルの端に取り付けられる。前述されたように、内部反射とは、完全内部反射ま たは内部に反射するコーティングからの反射の結果である。内部に反射する端部 品は、前記説明に従って機能する。端部品の中心に、穴を通る中心ファイバーの 差し込みを容易にするために穴が開けられるのが好ましい。この適応構造）は、 ソース・エネルギーが時期尚早に収集導管に入り込むのを防ぐために重要である 。端部品は、用途要件に従った 物質から製作される。屈折率の高い物質を活用することにより、完全内部反射は 、比較的に高い屈折率の液体にさえ実現できる。したがって、屈折率の高い物質 がサファイアのような物質である場合、化学物質および物理的な乱用からの環境 上の分離の強化も実現される。 図３９ｂは、別の端部品の実施例を描く。この場合、端部品の側面が凸面で作 り出され、それにより前述されたような効果を生じさせる。この実施例では、輪 郭は、放物線の幾何学上の焦点が希望される最大反応の相対的な位置にある中心 ファイバーの前に配置される、回転の放物面の錐合である。 図４０ａおよび図４０ｂは、リング・ファイバーが中心ファイバーからまった く分離されるプローブを描く。端部品は、多くの点で図３９ａおよび図３９ｂに 図示される端部品に類似しているが、別の特性を示す。端部品の側壁は内部反射 用に内部に反射する面を作成し、それにより導波効果を生じさせる。このように して、光は角度を形成して向けられるだけではなく、中心ファイバーとの空間的 な近接の中にも向けられる。 内部に反射する面も活用する関連実施例 前記実施例は、光の入口／出口を作成するために形成される隣接するセクショ ンとともに内部に反射する面を活用した。しかし、内部に反射する面は、特別な 入口／出口輪郭を形成しないでも有利に活用される。図４１は、 この原則に従って構築されるプローブを描く。このプローブでは、リング・ファ イバーの端面は、完全に内部に反射する。図４２は、図４１のファイバー・アセ ンブリの等角透視図を提供する。ファイバーのコーティングは、光が側壁を容易 に通り抜けるように除去される。さらに中心ファイバーは、毛細管内に窪ませら れる。このようにして、光は中心ファイバーの前の領域とリング・ファイバーの 内部に反射する面の間で遮られずに通過する。アセンブリを一ヶ所に保持する薬 品、典型的にはエポキシ樹脂は光学的に透明であり、その屈折率は望ましい操作 上の効果に従って注意深く選択される。このアセンブリには、中心ファイバーが 金属被覆されるか、あるいはリング・ファイバーとの不注意な漏話から同様に遮 断されることが特に重要である。 とりわけ、このプローブの実施例により、サンプルを窪んだ空洞の中に挿入す ることにより、きわめて微細なサンプルを分析できる。サンプルが本質的にサン プル空洞の中におよびサンプル空洞の中から移植することが望まれる用途の場合 、隆起した側面の一部を除去することができる。この処置により、流体はプロー ブの検知ゾーン内で容易に流れる。 前記プローブ実施例でのように、内部に反射する表面は、補助的な光操作が実 現されるように複雑な輪郭で形成することができる。例えば、双曲的な断面の形 状は、その焦点近くで発出するエネルギーのための光収集では 非常に効率的である。 リング・ファイバーでさらに鋭い斜角およびそれ以降さらに長いテーパーを作 成することによって、図４３に描かれるように別の効果が生じる。さらに深いサ ンプル空洞が作り出される。さらに、ファイバーの収集／受容性のゾーンは、凹 部の範囲外に突き出す。 図４４は、主要な光伝達が毛細管の端面を通って発生するように肉厚毛細管が 活用される類似した構成を描く。同様に、光は、それが十分に厚く、透明で、適 当な屈折率の物質から構築されるのであれば、中心ファイバーのクラッドまたは バッファを通って伝わる。 図４５は、中心ファイバーが内部に反射する表面を作成するように形成される 構成を描く。中心ファイバーが照明のために活用されると仮定すると、光のこの 面との相互作用により、種々の角度でファイバーの平坦なセクションから出る照 明が生じる。中心ファイバーを先細にすることにより作成される空隙は、光学的 に透明なエポキシ樹脂のような透き通った物質で満たされる。検出器光は、この 透明な物質を容易に通り抜ける。 図４６は、直接的にプローブ先端での高い感度のために適応される構成を描く 。この実施例は、調査対象の媒質を通した光の通過を必要としなくても表面光を 収集する。このようにして、表面測定値は、さまざまな物質で容易に採取される 。照明および受容性のゾーンは、プローブの境界を交差し、外向きに突き出すた め一致する。 中心ファイバーは光送達に活用されると仮定する。中心ファイバーの光は、透 き通ったエポキシ樹脂、ガラス、サファイアなどのような透明な物質のセクショ ンを通って伝わる。多くのエポキシ樹脂は、干渉、蛍光を受けやすいので、用途 パラメータに関する物質の選択が重要である。このセクションの外面は、外部光 学面からの正反射性の反射が中心ファイバーの中に戻されるように、凸面形状の 中に形成される。ただし、ラマンのような無作為に散乱された光は、外部リング ・ファイバーにより収集される。この実施例は、透き通ったカプセル材「ウィン ドウ」からの基準スペクトル信号の収集を助長するという追加の優位点を提供す る。このために使用される場合、ウィンドウ物質の自然信号は、希望される応答 を作り出すドーパントの添加により増やすことができる。理想的には、基準スペ クトル・ピークは、干渉を最小限に抑えるために分析波長から十分に除去されな ければならない。しかし、それは、外来の影響に対する同様の反応を生み出すほ ど十分に近くなければならない。表面反射が収集ファイバーに入ることを妨げる ためには、それ以外の多様な技法を利用することができる。 第２面ウィンドウ、つまり透明なカプセル材料の反射のこの制御は、独特かつ 新規である。一般的には、「第２の」外面の湾曲部の半径が、ソース・ファイバ ーが湾曲部の幾何学的な中心として配置されるほどであると仮定する。この構成 においては、ソース・ファイバーによ り放出される光から生じる第２面反射は、ファイバーの中に戻される。実践では 、述べられた規準からの湾曲部の半径のかなりの偏差が容認できる。この事実は 、反射された光をソース・ファイバー・クラッドのような領域に向けることに基 づいている。この一般的な戦術は、反射エネルギーを検出器ファイバーから排除 するために設計される。戦術的に効果的であるために、反射された光は、ソース ・ファイバーに戻される以外に、任意の場所に向けることができる。例えば、そ れを単に収集ファイバーから離して向けることができる。ただし、それにより理 想的な「光トラップ」が提供されるため、反射をソース・ファイバーのコアおよ びクラッドの中に向けることが好ましい。 優れた性能は、媒質を結び付ける透明なエンクロージャ（ウィンドウ／カプセ ル材料）の第２（遠位）面上で一致する（重複する）照明ゾーンおよび受容性ゾ ーンを提供するようにプローブを構成することにより、多くの媒質種類で達成さ れる。優れた性能を達成するためのきわめて重大な条件として、第２面反射（お よび第１面）は、それらが不注意に収集ファイバー内に突き出し、導波を受ける ことのないように制御されなければならない。第２面反射は、収集ファイバーに 入ると、導波の範囲外に角度を形成して向けられなければならない。 図４７は、述べられた目標を達成する例証となる表記を提供する。この実施例 は、図４６の実施例と明らかに 別個であるが、操作上類似している。送達ファイバー４７１０は、光を外部凸状 光学要素４７１５を通して、その外面上に投射する。この面からの反射はおもに ファイバーの中に戻される。収集ファイバー４７２０は、それが光学要素の外面 での、および光学要素の外面を越えた相互作用を受け入れるように、操作された 視界を持つ。 図４１および図４３−４５に図解されるプローブとは異なり、図４６の実施例 は、第１光のサンプルとの接触点から、および第１光のサンプルとの接触点を超 えて信号を効果的に捕捉する。それは、ゴムのような黒ずんだ固形物だけではな く、結晶性粉末にとっても効果的である。プローブは、結晶の二次元面が表面に 沿ってそれ自体を向ける傾向があるため、結晶性粉末に有効である。したがって 、結晶性粉末の表面からの正反射性の反射は、中心ファイバーのコアの中に向け られ、それが発した場所に戻される。図４８は、この結晶性粉末現象がどのよう に機能するのかについての一般的な理解を提供する。 図４９は、ソース・ファイバーの照明が単一収集ファイバー上で向けられる２ つの構成を描く。一方のケースでは、収集ファイバーの面は平坦である。もう一 方のケースでは、収集ファイバーはある角度に向けられ、照明ビームの収集ファ イバーの面へのより近い近接を生じさせる。 図５０は、内部反射を作り出す光学端部品を具備するアセンブリのさまざまな 内部の見える透視図を描く。こ の端部品は、前述された端部品と同様に機能する。 図５１は、ソース・ファイバーが、直接的な収集ファイバー受取りのために向 けられる経路内に投射される別の種類を描く。この構成においては、なめらかに された改善されたラマン分光法に使用されるもののようなさまざまなコーティン グが、光が通り抜ける光学表面に容易に塗布されるか、適切な物質がファイバー 間の隙間の中に入れられる。裸ファイバーとして描かれているが、各ファイバー は、適切な構造体の中に入れるか、カプセル化することができる。例えば、構造 体が、環境上の分離、補助的な光操作要素、または特定の検知状態に対する改善 された光子反応を実現する物質を提供することがある。 グラジエント屈折率実施例 図５２ａおよび図５２ｂは、照明をソース・ファイバーから曲げ、収集ファイ バーの受容性のフィールドに一致させるためにグラジエントインデックス光学部 品を活用する光ファイバー・プローブを描く。前述された原則と調子を合わせて 、グラジエントインデックス導波管の中心は、中心ファイバーの通過を見越すた めに穴が開けられる。中心ファイバーがグラジエントインデックス・セグメント 内の空洞を通り抜けない代わりの構成が選択される場合、増大した迷光が収集さ れる。界面表面に塗布される光学整合物質が、この影響を最小限に抑える。さら に、グラジエントインデックス・セグメントの遠位 端面は、外に出る表面反射が収集ファイバーによる排除のために向けられるよう に、任意の形状に形成されなければならない。 この文書中で前記に作成された原則と調子を合わせて、個々のグラジエントイ ンデックス・セグメントが、個々のファイバー専用とされ、個々のファイバーの 上に適用できる。したがって、前述されるように、高率領域をファイバー・コア の中に直接導入することにより、受容性または照明の領域は、特定の用途の必要 に応じて向けられる。隣接するファイバーのこの遠位端面は、直接的にフィルタ リングされることがある。 プローブ先端に適用される屈折端部品 図５３および図５４は、屈折要素との光相互作用から発生する屈折により光が 操作されるプローブの光学的な構成要素を描く。図５３ａおよび図５３ｂは、穴 が空けられ、中心ファイバーが差し込まれる要素を描く。 図５４は、中心ファイバーがファイバーのリングにより取り囲まれるプローブ の断面を描く。要素は、プローブ先端に固定される。この場合、それは、その半 径がバンドル直径の半分に等しい半球体である。要素の遠位側面での屈折効果に 加えて、この構成は、別の有利な効果を生み出す。ソース・ファイバーが中心に 配置され、不必要な、半球体の丸みが与えられた面から内部に反射する光が中心 ファイバーに戻される。同様に、外部リング ・ファイバーがソース容量で活用される場合、要素の外面から内部に反射される 光は中心ファイバーから離して、まったく相反するファイバーに向けられる。類 似した意味で、受容性のゾーンも有利に操作される。このプローブが屈折ビーム 操縦効果を達成するには、半球体の屈折率は、用途媒質から十分に区別されなけ ればならない。 同様に、屈折率が互いから十分に除去される場合、完全内部反射が球状の要素 の外部側面部分で発生する。 隣接するファイバー・セグメントの間で光操作を利用するプローブ 図５５ａ−ｆは、隣接するファイバー・セグメントの間で光操作技巧を利用す るプローブのさまざまな面を描く。描かれたプローブは、中心ファイバーを取り 巻くファイバーのリングで構成される。ファイバー・セグメントの間の要素は、 用途に特殊な性能の優位点を作り出すために光進入／受入れ特性を修正する。 動作および理論の綿密な説明が本書内に提示される。追加の説明および仕様は 、１９９５年１１月２０日に提出された、「光収集および照明が改善され、高度 に制御された放出パターンおよび受入れパターンを有する光ファイバー」と題す る米国特許明細書連続番号第０８／５６１，４８４号に提示される。この背景か ら考えて、これらのプローブの動作および構築は明らかである。 提示された原則および方法論を活用することにより、 実施例は、特定の用途および望ましい効果に容易に最適化される。 図５６は、類似した性能結果を生じさせるために端部品を活用する類似したア センブリの断面図および透視図を図解する。 図５７は、本書内で作成された原則と調子を合わせて、本項内で作成された光 操作方法論を活用するプローブ構成を描く。この種の構成は、生物学的な組織お よび他の複雑な基質のような用途でのプローブ配置に特に効果的である。 別個の方法論 図５８は、ソース・ファイバーの送達ビームと収集ファイバーの受容性のゾー ンの間の重複を改善する方法を描く。この描写においては、チャネルが収集ファ イバー内に形成される。ソース・ファイバーは曲げられ、チャネル内に配置され る。このようにして、ソース・ファイバーのエネルギーが受容性のゾーン内に向 けられるだけではなく、ファイバーはほぼ完全にこのゾーンによりすっぽり覆わ れる。小さい送達ファイバーを活用することにより、ファイバー湾曲部の光損失 は最小限に抑えられる。このテーマの変種は、ソース・ファイバーが中心空洞内 に形成される中空収集ファイバーを含む。この構成は、製造の難しさおよびファ イバーに対する損傷の受けやすさという不利な点を提供する。 単一ファイバー実施例 図５９は、提示された方法論に従って適応され、過去には達成できなかった性 能特性を達成する単一ファイバーを図解する。この実施例においては、ファイバ ーの照明／収集特性は、ファイバーの縦軸の回りでの対称を維持しつつ操作され る。．２２という開口数のファイバーが、．６３という有効開口数を達成するた めに適応される。 シリカ・コア／シリカ・クラッド光ファイバーは、典型的には、．２２という 開口数（ＮＡ）を有する。これは、種々の用途で利用される一般的なファイバー 種類であり、例証で描かれる種類である。ＮＡ＝． ２２は、２５度という挟角 がある、空気中で発散する照明／受容性フィールドに一致する。その屈折率がシ リカ・コアの屈折率（約１．４６）に一致する媒質では、発散角度は１７度であ る。同等に、光は、ファイバーの縦軸から＋／−８．５度の範囲内で向けられる 。したがって、これは、完全に充填された状況でのファイバー内で伝搬する光の 向きである。パターンおよび角度が例証に描かれる。 図５９は、適応構造の結果作成されるパターンを図解する。結果的に生じる、 新しい開口数（ＮＡ＝．６３）に一致する照明／収集パターンも図示される。挟 角は、空気中７８度であり、ファイバー・コアの屈折率と一致する屈折率の媒質 中では５１度である。 希望される結果を達成するために、円錐がファイバー先端に成形される。円錐 の挟角は１７度である。この角度は、故意に、ファイバー内の光の伝搬限度に一 致する。この場合、それらの制限は＋／−８．５度である。このジオメトリによ り、円錐の側壁に衝突する光は８．５度と２２．５度の間の方向に反射され、フ ァイバーの中心軸に向かって中に向けられる。円錐側壁と相互作用しなかった光 と結合された内部に反射される光は、＋／−２５．５度（合計５１度）に及ぶ光 光線の種々の角度を形成する伝搬を作り出す。 光は、円錐先端平坦部を研削、研磨することにより典型的に作り出されるファ イバー端面の平坦な二次元部分を通して入る／出る。例証では、先端は、ファイ バー側壁から反射される光線が完全に入口／出口平坦セクションを満たす程度だ け平らにされる。簡略な光線トレースまたは代数等式が、この幾何学条件を履行 するために利用される。柱体から円錐まで遷移の点で円錐のセクションに接触す る光線をトレースすることにより、条件は容易に満たされる。 簡略な手順上の言い方では、ファイバーは、最初にスケールに従って描画され る。次に、円錐が指定されるように描画される。ファイバーの柱体から円錐への 遷移の点で円錐に強くあたる３つの光線が描画される。これらの３つの光は、伝 搬のための、ファイバーの通常の角度を形成する限度および平均値を表す（例で は＋８．５度、 ０度、および−８．５度）。次に、対応する反射された光が描画される。円錐は 、希望される効果が達成されるまで図で平らにされる。この場合、反射される光 は、完全に入口／出口開口を満たす。 実際の性能は、ファイバーの充填係数を含む影響のために理論から外れるため 、特定の用途の設計仕様を仕上げるためには、実験上の試験が実施されなければ ならない。 ファイバー先端が（さらに長い円錐セクションに同等に）さらに小さい入口／ 出口セクションと作成される場合、「側壁」光は出る前に反対側の壁に衝突する 。このようにして、照明／収集パターンはより広く開く。同様に、平坦なセクシ ョンがさらに大きい場合には、広角で発散する照明のパーセンテージは減少する 。 前記本文で説明されたように、ファイバーの円錐部分の角度は、さまざまな効 果を作り出すために操作される。その挟角を大きくすることにより、ハロー・パ ターンが「側壁」光により作り出され、２つの別個の照明パターンが作り出され る。同様に、複雑なテーパー（セグメント化された円錐角度）を作成することに より、ＮＡをさらに増加することができる。したがって、この原則は、内部反射 のための回転の放物面のような複雑な輪郭が付けられた面を作成することにより 別のステップと考えられる。 ファイバー先端は、前述された方法論または用途に特 殊な指示、あるいはその両方に従って実装され、カプセル化される。図６０は、 完全な成端アセンブリの透視図を提供する。 多ファイバー・プローブ実施例と調子を合わせて、複数の適応構造が容易に取 り入れられる。光操作面は、標準的な平面ファイバーに隣接する要素の中に容易 に形成される。この適応構造は、再生可能な構成要素の大量製造を容易にすると いう点で製作優位点を提供する。 要素は、平頭(flat-ended)円錐（円錐台）として形成される。この要素は平面 ファイバーの端に固定される。平面ファイバーを光ファイバー・コネクタまたは 類似した管の中に窪ませることにより、要素は容易に取り付けられ、位置合わせ される。 同様に、特殊端面がファイバーの短いセグメント（典型的には数ミリメートル ）の中に形成される。ファイバー・セグメントの一方の端は平面である。もう一 方の端は修正された円錐に成形される。このセグメントは、標準的な平面ファイ バーに隣接される。取付の最良の方法とは、ファイバーをニードル、つまり毛細 管の中に入れ、ファイバーの特殊端面の平坦な部分がニードル管の端と平行にな ることである。希望される場合、ファイバーは、完全な円錐状態にある間に、管 の中に差し込まれ固定することができる。それから、管組織およびファイバーは 研削、研磨され、平らな部分を作り出す。ファイバーの平坦な端は汚染されずに 、内部空洞が作り出されるよう に、管組織の中に窪まされなければならない。それから、雄のファイバーが雌の 端キャップの中に差し込まれる。それは、エポキシ樹脂または類似結合剤で取り 付けられる。光学的に透き通った結合剤を使用すると、ファイバー端面の間での 薬品の移植の結果、非効率的な接合は生じない。実際上、適切に選択された薬品 は、光学「整合」物質として作用することにより、伝達損失を最小限に抑える。 用途の環境状態に耐えるために選択される場合、熱溶解接着剤は、特に有効であ る。このため、フルオロポリマーは十分に適している。 １つの共通軸に沿った光の送達および収集 前述された技法は、１つの共通の軸に沿って単色の光を送達し、波長がシフト された光を収集するのに適当なプローブ・アセンブリを構築するために使用され る。この種のプローブは、送達光パターンの光学軸と収集視野の光学軸の間の近 似集合を提供するため有利である。プローブは、アセンブリに必要とされる要素 （光学および機械的）の数およびサイズを最小化し、一次光送達機構内での拡大 されたビーム光学要素に対するニーズを排除する。プローブは、アセンブリ内で の反射を引き起こすことがある光学システム内の屈折率界面の程度も削減する。 プローブの別の優位点とは、それが、集光要素を必要としなくても光を操作媒質 に送達し、調査媒質から光を収集することができ、有利な場合には、調査媒質の 中 に直接差し込むことができるという点である。これらの属性のニーズは、生物医 学、プロセス制御、下げ孔油井、複合硬化、重合反応、科学研究、および多くの 類似した用途のような用途で強力である。定められた目的を満たすデバイスは、 特に、生物医学仕様での光子の用途を可能にする必要がある。このプローブの構 成は、本質的な欠点なく従来の技術のコンフォーカル・デバイスの優位点を提供 する。 図６１、１つの共通した軸に沿って光を送達し、収集するための例示的なプロ ーブ６１００。図中で表される波長強度は、単に一般的な機能性を例証するだけ である。レーザー（またはそれ以外の単色ソース）波長に比した実際の強度は、 典型的にはきわめて弱い。 動作中、高度に単色のレーザー光が、送達ファイバー６１０３の近位端の中に 発射される。光６１０１が機器先端に向けて誘導されるに従い、その波長純度は 、波長がシフトされた光６１０２を作り出すファイバーの物質との光−物質相互 作用のため劣化する。この「シリカ−ラマン」干渉光は、ラマン散乱およびファ イバー蛍光のせいである。それはシリカ物質に特殊ではない。ファイバーの導波 性質は、光ファイバー・ベースのレーザー・ラマン分光法のような物質分析技法 と干渉することがある、この外来の光を蓄積する。干渉する光は、レーザー不安 定性（モード・ホッピング）のようなそれ以外のソース、および経路に入る周囲 の光ソースからも発生する ことがある。波長および波長シフトされた干渉光６１０２で中心に置かれるレー ザー光６１１０は、送達ファイバー・フィルター６１０５に伝達される。帯域フ ィルター６１０５は、干渉光６１１６が最小に伝達されるだけのレーザー光６１ １５を通す。波長が外れた干渉光６１１０がフィルター６１０５から離れて後方 反射される。 フィルター６１０５、６１０８をファイバーの６１０３、６１０８軸に垂直に 向ける代わりに、フィルター６１０５、６１８０を任意の角度で向けることによ り、ある種の用途の優位点が提供される。説明を簡略化するために送達ファイバ ー・フィルター６１０５を参照すると、それは、ファイバーの角度を形成する伝 搬限度（開口数が．２２であるシリカ・コア／シリカ・クラッドの場合約８．５ °）より大きく角度を形成するように向けることができる。その結果、後方反射 された光はソースに向かってバックプロパゲーションすることはできない。これ は、複数の理由から有効である。第１に、非常に長いファイバー長さの場合、単 一の遠位フィルター・ランは十分ではない可能性がある。この場合、通り道内の ファイバー・セグメントが、ファイバー・セグメントの遠位端と近位端の両方に フィルターを備えるように、ファイバー通り道に沿った間隔距離でフィルターを 設けることが有利な場合がある。ファイバー間隔の遠位端で拒絶された干渉光が ファイバー内でバックプロパゲーションすることが許される場合、それはファイ バー間隔の近位端で 別のフィルターに遭遇し、再び後方反射されるだろう。したがって、干渉光は、 フィルターの間でトラップすることができる。トラップされた光はフィルターを 通り抜けるに従い、フィルタリング機構はその効果を失う。非線形効果は、問題 に寄与し、システム性能を損なわせる。フィルターをある角度に向けることによ り、後方反射された光はファイバーの角度を形成する伝搬制限外で拒絶される。 第２に、後方反射されたレーザー光は、通常のフィルター非効率のため、ファイ バー内でのレーザー・パワー強度を増加する。追加のレーザー強度が、サンプル に送達されるレーザー・パワーの増加という利点なく、追加のファイバー干渉を 生じさせる。この反射されたレーザーはサンプルから離れていくが、ファイバー ・コア内で、部分的にサンプルに向かって移動する多次元干渉光を生じさせる。 したがって、後方反射されたレーザー光は、伝搬するのを許されてはならない。 第３に、希望された光のより大きなパーセンテージを不注意に後方反射するさら に低い効率で、さらに安価なフィルターが使用できる。第４に、後方反射された 光は、それがレーザー内にバックプロパゲーションされる場合には、レーザーの 安定性と干渉する可能性がある。ただし、短いファイバーおよび安定化した分離 されたレーザーの場合、特に高い効率のフィルターが活用される場合、このある 角度に向けられたフィルタリング技法は、典型的には必要とされない。 光６１２０が遠位ファイバー・セグメント６１６２を下がって行くに従って、 小さいが増加する量の干渉６１２１が存在する。光６１２０は、ある角度に向け られたフィルター６１２５に入射する。このフィルターは、不必要な干渉光６１ ３１の小さな部分とともにレーザー光６１３０を外に反射するノッチ（帯域消去 ）フィルターである。 フィルター６１２５に入射する干渉光の大半は、レーザー光６１３５、６１３ ６の小さな部分とともに、フィルター６１２５を通り抜ける。この不必要な光６ １３５は、信号経路から排除されなければならない。用途の環境に応じて、複数 の方法が有効である。この光は、取り囲む物質がそれを戻り光経路の中に導入す る傾向がない場合には、単にアセンブリを出ることを許される。好まれる方法と は、フィルター６１２５を取り囲む空洞内を、シリカ・プラグや透き通ったエポ キシ樹脂６１４０などの光学的に透明な物質で満たすことである。透明なセクシ ョン６１４０の遠位側の光吸収セクション６１４５（例えば、ランプブラックが 加えられたエポキシ樹脂(lamp-black-loaded epoxy)）が、不必要な光６１３５ をトラップし、減衰する。表面反射が最小限に抑えられるように、吸収セクショ ン６１４５が、透明なセクション６１４０の屈折率に類似した屈折率を有するこ とが好ましい。その他の光トラップ構成も活用できる。最終的な表面を任意の角 度で整形するか、それを円錐のように指 すことにより、表面反射からの干渉は最小限に抑えられ、アセンブリの生物学的 な物質を通した挿入能力も改善される。 フィルター６１２５は、ファイバー側壁を通して、調査媒質中に純粋なレーザ ー光６１３０を向ける。レーザーは、弾性的なプロセスおよび非弾性的なプロセ ス６１５０を通して媒質と相互作用する。このようにして、そのスペクトル構成 ６１５６がレーザー波長６１１０およびシフトされた波長を含む光６１５５は、 ファイバー側壁を通して放射して戻し、フィルター６１２５に入射する。フィル ター６１２５は、スペクトルでレーザー光の６１６１および希望される波長シフ トされた光の小さな部分から成り立つ不必要な光６１６０を通過させる。フィル ター６１２５は、反射面６１７５に入射し、検出器に伝搬６１７０のために向け られる希望される光６１６５を反射する。光６１７０は、レーザー波長６１１０ で残留する不必要な光６１６３を排除するためにノッチ（帯域消去）６１８０で 再びフィルタリングされる。残留光は、漏話６１９０および不完全なフィルタリ ングのような要因のためである可能性がある。説明された推論と調子を合わせて 、フィルター６１８０を傾けると性能が向上する可能性がある。残留レーザー光 ６１６３、６１６４は、それが収集ファイバーの主要な通り道６１０８内で干渉 光を生じさせることを妨げ、検出器でのフィルタリング要件を最小限に抑えるた めにここでフィルタ リングされ、除去される。純粋な波長がシフトされた６１７２光６１７１は、主 要な送達ファイバー６１０８で検出器に誘導される。 ストークスシフト光プロセッサにより調査媒質を分析するシステムの場合、送 達ファイバーの帯域フィルター６１０５の代わりに低域フィルターを活用するこ とができる。同様に、高域フィルターは、ノッチ・フィルター６１８０の代わり に収集ファイバーで使用できる。したがって、高域フィルターは、先端フィルタ ー６１２５として使用することができる。 フィルター・ファイバー・セグメント６１６２、６１７３は、（図面に描かれ ていない）中空スリーブのある主要ファイバー・セグメント６１０３、６１０８ に最良に取り付けられる。最大性能のために、スリーブは精密な位置合わせの寸 法で作られなければならない。これは、普通より小さいニードル管を精密ボアー に巻き付けることにより達成される。あるいは、管組織は、適切なサイズで作ら れたファイバー上で金属を放電成形してから、ファイバーを取り除くことによっ て製作することができる。しっかりとファイバーを保持し、ファイバー・セグメ ント間の極端な位置合わせを達成するように、わずかに普通より小さい、ばねで 加減される分割されたスリーブが代替策である。接合は、機械的な完全性を提供 し、結合効率を補助する光学的に透明なエポキシ樹脂とともに結び付けることが できる。エポキシ樹脂が蛍光を発し ないことを確実にするために注意を払わなければならない。一定の波長の場合、 蛍光は避け難い。この場合、接合の効率を確実にするために、整合ゲルが使用さ れることがある。大部分の場合では、率整合化合物は必要とされない。 光が調査媒質に送達され、調査媒質から収集されるアセンブリの領域は、それ に基準物質を塗布されることがある。 漏話６１９０は、壁を通る光の伝達を必要としない領域でファイバーの側壁を 金属被覆することにより、最小限に抑えることができる。同様に、漏話を阻止す るために、不透明なホイルを活用することができる。 単一モードのような開口数が少ないファイバーは、蓄積され、導波される、生 成されたシリカ−ラマン／ファイバー蛍光光のパーセンテージが最小限に抑えら れるように、一次送達ファイバー６１０３通り道に活用することができる。これ は、また、それが光を角度を形成する偏差が削減されたフィルターに送達するの で、さらに鋭いフィルター性能を見越す。 光がそれを通して調査媒質に入り、調査媒質を出るアセンブリの領域は、反射 が最小限に抑えられるように、フッ化マグネシウムのような反射防止膜で処理す ることができる。 収集ファイバー６１０８、６１７３は、送達ファイバー６１０３、６１６２よ り大きくなる場合もあれば、収 集効率が梃入れされるように、溶融された、または溶融されていないファイバー のバンドルから成る場合がある。 主要送達ファイバー６１６２は、機械的な位置合わせ感度が向上するように送 達ファイバー先端セグメント６１６２より小さなコアを備えることがあり、光は 、ファイバー性能が最大化されるようにフィルター６１０５の中心を通って伝わ る。主要送達ファイバー６１６２は、フィルター性能が向上し、より少ない干渉 光がファイバー６１６２内で生じ、ファイバー６１６２により導波されるように 、さらに低い開口数を有することもある。 収集ファイバー６１７３の反射面６１７５は、金属コーティングまたは誘電（ スタック）反射器により内部に反射することもあれば、フィルター自体である場 合もある。 遠位ファイバー・セグメントの長さは、それらが十分な導波性能を提供しない ように非常に短くなることがある。このようにして、その干渉寄与は最小限に抑 えられる。 ファイバー材料は、クラッド・モードを剥離するポリイミドのような被膜のあ るシリカ・コア／シリカ・クラッドであるのが好ましい。 フィルターをファイバー端面に直接的に付ける代替策として、フィルターは、 ファイバーの端面に置かれる薄いウェハに付けられるか、恒久的に取り付けられ る。 主要送達ファイバー１００は、好ましくは単一モード ・ファイバーに取り付けられるブラッグ・フィルターでフィルタリングすること ができる。 送達ファイバーおよび収集ファイバー上のフィルター６１０５、６１８０の内 の１つまたは両方は、性能の削減が許容できる場合には排除することができる。 調査サイトをさらに−−例えばウィンドウを通して投射するには、投射光学部 品または光管を活用することができる。 それを通して光が調査媒質に入り、調査媒質を出る円筒面は、熱軟化により平 らにし、平坦部を研削するか、あるいは光学的に透明な物質で表面を構築するこ とにより歪みを最小限に抑えるために整形し直すことができる。 アセンブリは、人間の体の中でパラメータをモニタするために活用することが できる。 端ファイバー・セグメント６１６２、６１７３の内の１つまたは両方は、物理 的および化学的な対立を被らないようにする硬化が強められるように、高純度サ ファイアや類似した物質から形成されることがある。それらは、反射する金属コ ーティングで内部にコーティングされた管のような中空導波管である場合もある 。 光学部品は、用途パラメータを処理するためにさまざまな物体の中に入れるこ とができる。 アセンブリは、ラマンおよび蛍光のような非弾性光−物質相互作用を分析する 計装のために活用できる。 図６２は、光が、光ファイバーの軸に本質的に平行な アセンブリに入り、アセンブリを出るファイバー・アセンブリ６２００を図解す る。 描かれたアセンブリは、複数の重要な相違点のある（共通要素番号によって示 される）図６１のアセンブリに類似して動作する。遠位フィルター６２２５に入 射する、送達ファイバー先端セグメント６２１１内のソース光６２２０は、違う ふうに機能する。遠位フィルター６２２５は、帯域（またはストークスシフト分 析だけの場合、低域）フィルターである。このフィルター６２２５によって、レ ーザー線光６２３０は、妨害を受けないで調査媒質の中に通過できる。干渉光６ ２３５は、フィルター６２２５により拒絶され、ファイバー側壁を通して外に向 けられる。（この領域を吸収物質で処理することにより、干渉光はトラップする ことができる。）フィルター６２２５を通して伝達されるレーザー光６２３０は 、透明な領域６２４０を通り抜ける。 この領域６２４０は、エポキシ樹脂のような透明な等角物質から成り立ち、基 準規格で加えられ、調査媒質で充填されるか、堅いガラス、サファイア、または 類似した断片でふさがれることがある。干渉は光ファイバーの短い（数インチを 越える）セグメント内でさえ急速に蓄積されるが、この領域は、短い導波された セグメントと接合されることもある。 物質に関わりなく、領域６２４０の外面が適切に整形され（斜めに切られるか 、円錐形にされるか、あるいは 類似したもの）る場合、外面からの後方反射された光は、検出器への不注意な伝 搬をより受け難くなる。外面の形状に関係なく、表面は細かく研磨されなければ ならず、反射防止コーティングで処理されるのが好ましい。理想的には、反射率 は、調査媒質の反射率に整合される。 この領域６２４０を通り抜けた後、レーザー光６２３０は調査媒質と相互作用 する。弾性的な光および非弾性的な光６２５５は調査媒質から戻り、フィルター ６２２５に入射する。弾性的な（波長シフトのない）光６２６０の大半は、フィ ルター６２２５を通して戻り、検出器への伝搬のために内部に反射する表面６２ ７５により、再び反射される。 この構成は、隔離碍子でのまたはウィンドウを通しての情報の捕捉を助長する 投射光学部品と間連した動作によく適している。ただし、優れた光結合性能は、 デバイスの調査媒質の中へ、または調査媒質の上への直接的な挿入により達成さ れる。同様に、送達／収集フィールドは、直接遠位端に取り付けられる鏡、プリ ズム、または類似した光学構成部品のある側面に向けることができる。 アセンブリは、類似した像−取得デバイスの作成に適応され、方法論は類似し た像−取得デバイスの作成に適用可能である。 側面表示の実施例でのように、このアセンブリは生産され、マイクロスケール 光学要素がファイバー端面に取り付けられる。制限する面とは、送達通路および 収集通 路が、拡大されたビーム光学要素を見越すために大幅に遮られないという点であ る。 フィルターは、ファイバー端面上に直接的に形成されるか、最初にファイバー に直接結び付いたウェハに付けられる。直接取付が好まれる。最大性能のため、 フィルターは高品質でなければならない。ただし、このアセンブリの１つの目的 とは、詳細なフィルターに対するニーズを最小限に抑えることであるため、用途 に応じて、さらに低い性能のフィルターが考えられる。それにも関わらず、さら に優れたフィルターは、過去には達成できなかった用途での光ベースの特徴付け の配置に相互に関連する。最高性能のフィルターは、高密度薄膜を作成するプロ セスにより生産される。これらのプロセスには、イオンビーム・スパッタリング （単一および二重ビーム）、イオン・メッキ、マグネトロン・スパッタリング、 およびさらに少ない程度で補助なし(non-assisted)溶着が含まれる。高い効率が 達成されるだけではなく、環境上の安定性が強められる。フィルタリング損失は 、部分的に、後方反射された光の増加に等しく、後方反射された光の損害が探索 されたので、効率は重要な要因である。 光入口／出口まで調査媒質を含む毛細管を接合することにより、信号強度を高 めることができる。毛細管は、液体サンプルの屈折率より低い屈折率を有する必 要がある。（さもないと、内部に反射する）。血液血漿、尿、羊水、および髄液 のような生物学的な流体は、この方法 によく適している。デュポンのテフロンＦＥＰフルオロポリマーは、その比較的 に低い屈折率のためいくつかの流体に適当な物質である。一般的なフルオロポリ マーの多くは低い屈折率を有する。ただし、一般的に知られているものは、水お よび多くの水性溶液より高い。水の屈折率は、約１．３３である。したがって、 水性溶液には、新規方法論が好まれる。毛細管は、デュポンのテフロンＡＦ非晶 質フルオロポリマーから形成されることがある。この物質は、本書を通して説明 される光ファイバー輪郭の表面での完全内部反射を誘発するための好まれる保護 膜またはカプセル材料でもある。 このフルオロポリマーは、送達ファイバー端セグメントの内径にほぼ等しい内 径のガラス（シリカ）毛細管の内側にコーティングされることがある。フルオロ ポリマー費用の削減および剛性の向上に関するその優位点のため、内部にコーテ ィングされたガラスが好まれる。この非晶質のフルオロポリマーは、製造メーカ ーから入手可能である溶剤が溶けた状態で毛細管組織に塗布される。重合体が加 えられた溶剤は、均一な膜が構築されるまで毛細管を通して繰り返し交換するこ とができる。膜は、１０００ナノメートルを下回る動作の場合は少なくとも５ミ クロンの厚さ、近赤外使用の場合は１０ミクロンの厚さでなければならない（管 組織の内径の約５パーセントの厚さが最良である）。重合体塗布の好まれる方法 とは、混合物が毛細管を下方に押しやられ、一貫した被膜が達 成されるように、毛細管を縦に回しながら、混合物を毛細管の端に付加すること である。溶剤は、空気流を管組織の内側を通って向ける間に、供給業者の標準使 用指針に従って運び去られる。大量製造用途および長い毛細管長の場合、重合体 は、ガラス毛細管製造プロセスの間に内膜として塗布される。性能の迫加は、光 が減衰される距離までの毛細管の長さの増加により達成される。最大有益長は、 分析波長での調査媒質の吸収に依存する。 １つの共通した開口を通した光の送達および収集 前述された技法は、１つの共通した開口を通して単色光を送達し、波長がシフ トされた光を収集するのに適したプローブ・アセンブリを構築するためにも使用 されることがある。単色とは対照的に、広帯域使用用途の有用性および適応構造 は、容易に理解され、本明細書中に提示される教示に基づいている。この種のプ ローブは、アセンブリと調査媒質の間の表面界面（接触平面）での光−物質反応 相互作用を誘発し、捕捉する能力があるため有利である。これは、特に、吸収の ような光学伝搬の障害を示す媒質中で有効である。説明された構成内でパラメー タを変化させることにより、この接触界面を越えた媒質深度が、用途要件に従っ て容易に選択される。 この特性は、調査媒質内での任意の深度で発生する光−物質相互作用にだけ反 応するデバイスとは異なる。この特性の結果、例示的なプローブは、完全に不透 明な物 質中で光−物質相互作用を生じさせ、捕捉することができる。同様に、薄い層お よび膜からの情報が取得できる。例えば、任意の物質（不透明または透明）上の 膜または任意の物質の層は、直接的な接触または極小隔離碍子によってモニタす ることができる。さらに、インジケータ層は、光がそれを通して被写体に伝達さ れ、この層内の反応が捕捉できるアセンブリ面に塗布することができる。別の特 殊ケースとして、イメージング光ファイバー・プローブ・アセンブリは、任意の 表面から、外表面と直接接触している間にイメージング情報を取得することがで きる。この特性は、医療用内視鏡にとって特に貴重である。 この装置は、送達された光が光ファイバー・アセンブリと調査媒質の間の境界 の屈折率界面を通るにつれて発生する鏡のような反射が有利に制御されるという 意味でも有利である。鏡のような反射が、希望される光−物質反応の収集と干渉 するだろう用途では、その収集は最小限に抑えられる。鏡のような反射は、収集 ファイバーの角度を形成する受容性限度の外側で向けられ、ソース・ファイバー 内のバックプロパゲーションのために導波されるか、収集ファイバーから離れて 投射されるか、あるいはそのすべてである。特殊なケースとしては、結晶粉末の 微細表面が、これらの表面からの正反射性の光の不必要な収集が最小限に抑えら れるように、表面とそれら自体を位置合わせする。正反射性の相互作用が重要で あ る用途では、アセンブリの構成は、正反射性の収集およびそれ以降の分析を最適 化するために容易に調整される。 前記優位点に加えて、光学要素の数およびサイズは最小限に抑えられ、送達経 路および収集経路内の光学要素は、これらの要素からの表面反射を最小限に抑え 、制御するために構成される。その結果、光学効率は最大化され、送達光からの 迷光干渉による収集光の汚染が最小限に抑えられる。拡大されたビーム光学要素 の像の列に対する信頼も排除される。 前述されたデバイス内でのように、光の送達角度および収集角度を選択するこ とにより、デバイスは角度を形成して偏らされる特殊な光子機構に対する選択的 な感度を示すように容易に構成される。例えば、ラマンおよび蛍光散乱のような 、捕捉された非弾性的な光−物質相互作用のパーセンテージは、レイリー散乱と ミー散乱および正反射性の反射のような弾性的なプロセスからのパーセンテージ に比して上げることができる。 図６３は、中心ファイバー６３７５が、ファイバーのリング６３８０により取 り囲まれるプローブの断面図である。中心ファイバー６３７５は光を送達するた めに活用され、リング・ファイバー６３８０は光を収集するために活用される。 その近位端（図示されていない）で送達ファイバー６３７５の中に注入されるレ ーザー光の量は、典型的にはファイバー・サイズによって制限されないので、こ れはレーザー・ベースの分析にとって最適の構成 である。広帯域ランプのようなそれ以外の光源は、単一ファイバーにより効果的 ではなく結合され、多くの場合ファイバーバンドルによりうまく結合される。し たがって、多くの非レーザー用途では、リング・ファイバー６３８０は、光を送 達するために活用される。この構成は、調査媒質６３２０の角度を形成する豊か な（拡散）照明の補助的な特性を提供する。 動作中、光６３０１は、ソースから光ファイバーを下って中心ファイバー６３ ７５の遠位端面に向かって移動する。例証では、アセンブリは、レーザー−ラマ ン分光法用に構成される。したがって、ソース光は高度に単色のレーザー光であ る。ファイバー・コア６３１０との相互作用を通して、光６３０１の色純度は弱 められる。帯域フィルター（またはオプションで高域フィルター）６３５５は、 高度に単色の光６３０１がメジャーランド（measurand）６３２０に導入される ように、不必要な波長が外れた光を拒絶する。光光線６３０１が中心ファイバー ６３７５と媒質６３２０の間の屈折率界面を横切るときに発生する正反射性の反 射は、角度を形成する受入れのファイバー限度内で角度を形成して向けられる。 同様に、描かれたラマン構成においては、ミー散乱は、中心ファイバーの導波能 力の範囲内でおもに後方に向けられる。ラマン−散乱事象は、（媒質の不透明度 に応じて）調査媒質６３２０の表面で、および調査媒質６３２０の表面を超えて 誘発される。これらの事象により、中心フ ァイバー６３７５端面に入り、中心ファイバー・コア６３１０を通って移動し、 中心ファイバー・クラッド６３３０を通り抜け６３４０、収集ファイバー６３８ ０の中に移動し、内部に反射する表面６３４５と交差し、検出システムへの伝達 のための収集ファイバー６３８０内での伝搬のために新しい方向が与えられる光 光線が生じる。収集ファイバー・フィルター６３６０は、帯域消去（ノッチ）を 介してレーザー光あるいは代わりに高域を拒絶する。 リング・ファイバー６３８０は、内部に反射する面６３４５を作成するために 角度φで研磨される。リング・ファイバー６３８０は、内部に反射する面６３４ ５が二次元（平坦）であるように個々にファセットを刻まれるか、あるいは、好 ましくは、図解されるように、それらは、集合的に円錐台を形成するように輪郭 が付けられる。ファイバーは、ファイバー６３７５、６３８０の間の適切にある 角度に向けられた希望された光６３４０が妨げられないように、遠位先端近くで その保護コーティング／バッファ６３３５を取り除かれる。バンドルは光学的に 透明な結合剤によりいっしよに保持されるか、一つに融合される。エポキシ樹脂 のような結合剤または無機セメント（接着剤）が使用される場合、その屈折率は 、ファイバー・クラッド６３２５、６３３０の屈折率に近くなければならない。 屈折率をほぼ一致させることにより、送達６３７５ファイバーと収集６３８０フ ァイバーの間 を通る望ましい光線６３４０に対する屈折の影響は最小限に抑えられる。 透明な液体を含むいくつかの用途では、ファイバーバンドルは薄い熱収縮（好 ましくはテフロン）だけで結合することができる。流体媒質はファイバーの間の 間隙の中にそっと入り込むことができ、光光線６３４０を伝達するのに役立つ。 それにも関わらず、歪みの否定的な影響は最小であるので、ある程度の屈折率偏 差は許容できる。屈折影響はモデル化され、構成が補正するために最適化できる が、物質（ファイバーおよびエポキシ樹脂）の指定されたセットには試行錯誤ア プローチで十分である。輪郭角度φは、希望される結果が達成されるまで容易に 変更される。視覚的な方法は、構成を最適化する上で貴重である。光を遠位端に 向かってリング・ファイバー６３８０を下方に送ることにより、光は内部に反射 する面６３４５で曲げられ、中心ファイバー６３７５端面に向かって向け直され る。アセンブリを槽に入れることにより、出現する光を拡大して見ることができ る。白い光の場合、槽は、水と微量の蛍光インジケータから構成できる。代わり に、槽が、二酸化チタンのような少量の散乱剤を含む水で構成されることがある 。水の低い屈折率（約１．３３）は、内部に反射する面６３４５で完全内部反射 を生じさせるので、コーティング６３６５に対するニーズは視覚試験には排除さ れる。光パターンは、これらの試験を、側面が平坦な透き通ったコンテナ内で実 施 することにより容易に検査される。共通の水槽が適当である。（大部分の実験室 供給会社から入手可能な）細胞培養瓶が理想的である。この方法は、角度φが、 他の光学的なパラメータを考慮して完全内部反射の限度内にある限り適切である 。 表面６３４５での内部反射は、複数の手段で生じさせることができる。この面 ６３４５と接触する媒質が他の関連パラメータ（角度φ、ファイバー・コア６３ １５の屈折率、および導波される光６３０５の角度を形成する伝搬の限度）にと って十分に低い屈折率を有する場合は、完全内部反射が生じる。典型的には、角 度φは４５°と９０°の間となる。堅い表面のモニタリングのようなある種の用 途においては、表面６３４５は、完全内部反射の状態の作り出すために空気にだ けさらされる必要がある。ただし、この露天アプローチは、先端が機械的に繊細 であり、光学面６３４５の汚染により損失が生じることがあるため、多くの場合 に要求されるより堅牢ではない。依然として、露天アプローチは許容でき、デバ イスが清潔な部屋のような清潔な環境で活用される場合−−特に、精密自動化装 置がデバイスをメジャーランド（measurand）に対して精密に位置決めするため に使用される場合には好まれさえする。 同様に、角度φが大きい（典型的には、すべてのシリカ・ファイバーの場合７ ５°−８５°）場合、完全内部反射は、表面６３４５が裸である場合に水性媒質 中で誘 発される。このアプローチが採用される場合、水性媒質は、内部反射を「失敗さ せる」吸収材を含んでいてはならない。 表面６３４５は、屈折率の低い膜６３７０でコーティングすることもできる。 フッ化マグネシウムをさまざまな薄膜溶着技法によって塗布することもできるが 、収集された光光線６３０５のフィールドが被膜６３７０を超えて伸長せず、隣 接する物質により失敗しないことを確実にするほど十分に厚い被膜を提供するこ とは困難である。複数のフルオロポリマーは、この膜を形成することができる。 これらには、すべてデュポン製の商品名ＦＥＰテフロン、ＰＦＡテフロン、ＴＦ Ｅテフロン、テフロンＡＦおよびテフゼルによって知られている商品が含まれる 。これらの重合体のいくつかは、さまざまな商品名で他の製造メーカーから入手 できる。これらの重合体の内、テフロンＡＦ非晶質フルオロポリマーは秀逸であ り、ＦＥＰテフロンは次に最良である。非晶質テフロンと呼ばれることもあるテ フロンＡＦは最小の屈折率を有し、表面６３４５によく付着し、重要な大部分の 波長に光学的に透明である。それは、７０°ほど小さい角度φで優れた結果を提 供することが判明している。さらに、それは、化学的な不活性さに関して優れた 特性を示す。テフロンＡＦを塗布するための手順を以下に示す。 テフロンＡＦは、アセンブリをカプセル化するために溶解し、押し出された固 形物として使用することもでき るが、溶けた溶剤で重合体を塗布する方が不十分な製作量にはより経済的で、よ り優れている。アセンブリ先端は、デュポンによってテフロンＡＦ１６００と呼 ばれるテフロンＡＦ（６％の過フッ素化（perfluorinated）溶剤（Ｃ５−１８） 、４，５−ジフルオロ（difluoro）-２，２−ビス（トリフルオロメチル(triflu oromethyl)）−１，３−ダイポール（ＰＤＤ）、テトラフルオロエチレン(tetra fluoroethylene)を含んだ重合体）の中に浸漬される。デュポンのテフロンＡＦ ２４００も容認できる。その他のパーセンテージの溶液も容認できる。アセンブ リは、空気乾燥してから、被膜を構築するために再び浸漬されることが許される 。アセンブリは、それから徹底的に空気乾燥することが許される（約１０分）。 次に、残留溶剤が、５分から１０分の間約１１２℃でアセンブリ焼成することに より運び去られる。温度は５分間１６５℃に上げられる。温度は１５分間、２６ ５℃から２７０℃に上げられる。約２４０℃で、テフロンは溶け、均一にコーテ ィングし、ファイバー表面６３４５に付着する。先端は、異常がないかどうか拡 大して検査される。異常がある場合は、手順は、許容できる被膜が確立されるま で繰り返される。 重合体の塗布の後、送達ファイバー６３７５端面は、この表面から重合体を除 去するために研磨し直されなければならない。アセンブリの硬度を上げるために 、このステップの前に、アセンブリ全体がカプセル化されるよ うに、バンドルがエポキシ樹脂で満たされた管の中に差し込まれる。それから、 アセンブリの端が中心ファイバー６３７５の裸ファイバー・コア６３１０を露呈 するために研磨される。 別の代替策として、金属被覆の薄い内部に反射する膜も活用することができる 。それは、角度φにより制限されないという点でテフロンＡＦ被膜より優ってい る。そして、すべての金属反射体は、完全内部反射より効率的ではない。したが って、金属は、テフロンＡＦアプローチが適切な性能を作り出さない（小さい角 度φ）のような状態のために確保されなければならない。近赤外における反射の 場合、金が優れた反射体であり、それは化学的な腐食にも抵抗する。金の膜は十 分にシリカに付着しないため、別の金属の薄い、本質的には透明な層が下塗りと して塗布されなければならない。クロムは近赤外での反射率を削減したが、この 中間層は非常に薄く、大きく反射効率を低下させない。紫外線−可視光の場合、 アルミニウムがよく作用する。銀も、可視の近赤外に適している。ただし、銀も アルミニウムも化学的な腐食には良好な耐性を示さないので、厳しい環境では避 けられなければならない。厳しい環境には、ロジウムまたはプラチナがその反射 特性が許容できるスペクトルの領域で好まれる。 さらに別の代替策として、複数の薄膜層の適用により作成される誘電鏡も活用 することができる。注意深く誘 電鏡を設計することにより、それは、それらが収集ファイバー６３８０内で伝搬 されないように、（レーザーのような）光の選択的な不必要な波長も通すことも できる。 ファイバーの遠位セグメントがサファイアのような高率物質から作られる場合 、完全内部反射の状態はさらに容易に維持される。したがって、このアプローチ は、用途要件がサファイア・ファイバーの高価な費用より勝る場合には、優れた 代替策である。 再び図６３を参照すると、レーザー−ラマン分光法のために構成される場合、 フィルタリング機構が性能を高めるために活用できる。送達光６３０１が出口開 口に向かって移動するのに従って、レーザー光だけが通り、外来の波長は拒絶さ れるように、送達光は干渉フィルター６３５５によりフィルタリングされる。描 かれるように、フィルター６３５５は、フィルタリングが出口開口に非常に近く なるように、遠位ファイバー・セグメントに付けられる。フィルタリングされた セグメントは、小さい毛細（ニードル）管６３５０内で主要ファイバー・セグメ ントと接合される。医療用途にとって、バンドルの直径を最小限に抑えることは 重要であり、毛細管６３５０は非常に薄い壁のプラチナ合金から形成することが できる。合金の強度の結果、壁厚は、構造上の完全性を維持しながら最小限に抑 えることができる。この管組織６３５０の内径の精度は、ファイバーの外径に比 較して、結合効率およびファイバーの遮断の効果を決定する。分割 されたスリーブが、管組織６３５０の代わりに活用されることがある。分割され たスリーブの内径は、ファイバーの外径よりわずかに小さい。スリーブはわずか に拡大できるので、スリーブは、両方のファイバー・セグメントの挿入を処理し 、極端に正確な位置合わせを維持する。（最後の組立の間、エポキシ樹脂または 類似した結合材により恒久的な位置に固定される場合、フィルタリングされたフ ァイバー・セグメントのユニット。） ストークスシフト・ラマン分析の場合、送達ファイバーは、低域フィルターま たは帯域フィルターでフィルタリングされなければならない。フィルターは、き わめて高品質でなければならず、鋭く切断オン／切断オフされなければならない 。送達ファイバー上でのフィルターの目的は、シリカ−ラマンおよびファイバー 蛍光のような干渉で汚染された光を遮断することである。したがって、媒質に送 達される光は、分析上重要な波長領域内で清潔である。収集ファイバー６３８０ もフィルタリングされなければならない。ただし、これは大部分の場合要件では ない。収集ファイバー上でのフィルター６３６０の目的は、戻るレーザー光を遮 断し、ストークスシフト−ラマン光を通過させることである（レーザーの進入に より、戻りでのシリカ−ラマン干渉が生じるだろう）。したがって、これらのフ ィルター６３６０は、帯域消去（ノッチ）または高域でなければならず、同様に 高品質でなければならない。結合効率が最大化されるように、率整合ゲル を合わせ面に添加することができる。隣接するファイバーの合わせ面をある角度 に向けることにより、別の特性が生まれる。この技法は、角度が適切に選択され る場合、反射された光のファイバー内でのバックプロパゲーションを妨げる。フ ィルター角度は、ファイバー内部の光の伝搬の限度（開口数が．２２に等しいシ リカ・コア／シリカ・クラッドの場合８．５°）より大きくなければならない。 これは、光が共振空洞に類似した様式で複数回、ファイバー・セグメント内で前 後に跳ね返るのを妨げる。 前述されたように、収集光６３４０は同じではあるが異なった角度の開口（送 達ファイバー６３７５の遠位端面）を通ってアセンブリに入り、送達された光６ ３０１はアセンブリを出る。この特性は、コーティング６３６５を送達ファイバ ー６３７５端面に塗布することにより優位点を作り出す機会を提示する。反射防 止コーティング（四分の一波長フッ化マグネシウムまたは類似）を活用すること により、光学効率は高められ、迷光性能が改善される。既知の信号を作り出すコ ーティングを塗布することにより、分析比較のために波長および相対強度基準が 確立できる。例えば、膜にラマン・シグネチャがある場合、この膜のピークは、 適切な動作を検証し、波長を校正し、相対強度をチェックするためにシステムに よって活用できる。ダイヤモンド・コーティングは、優れたラマン・シグネチャ を示す。特殊なメジャーランド（measurand）６３２０解析を受け入れるインジ ケータも 付けることができる。例えば、特殊な生物学的な化学物質に反応する蛍光インジ ケータを端面に取り付けることができる。さまざまなインジケータおよびその基 質への取付のための技法が、技術で利用できる。同様に、特殊な物理的かつ化学 的な状態に答えて色変化を経験する膜を付けることができる。この場合、膜は、 送達光学経路と収集光学経路の間に光の一部を向けるために、二酸化チタンのよ うな散乱薬品を持たなければならない。表面機能拡張ラマン分光法に活用される もののような物質の素朴な反応を高めるコーティングも塗布できる。 コーティング（およびフィルターも）をファイバー端面に塗布するこのアプロ ーチは、大量生産にも向いている。好ましい方法とは、コーティングを短いファ イバー・セグメント（約１インチの長さ）に塗布することである。それから、端 セグメントがフィルターに関して説明されたのと類似した様式で主要ファイバー に接合される。ただし、接続にフィルターまたは類似した技巧が含まれない場合 は、別の非常に貴重なオプションが使用できる。セグメントは、一般的に使用で きる手段の内の任意のものにより一つに融合接続することができる。迷光性能を 向上させるために、すべての光学端面は、高い仕上げ（．３ミクロン以上）まで 研磨されなければならない。 図解された構成も別の参照(refrencing)機構に向いている。基準光をリング・ ファイバー６３８０の内の１つの中に注入し、適切な角度φを選択することによ り、注 入された光の一部は、（中心ファイバー６３７５端面の反射跳ね返り後に）中心 ファイバーの反対側にある収集ファイバーによって捕捉できる。中心ファイバー ６３７５の端面が（測定を行う前に）メジャーランド（measurand）２０に接触 していない場合、内部反射だけが重要となる。 説明されたデバイスを多数の光子用途に適用することは、当業者にとって明ら かなはずである。それにも関わらず、複数の特殊な用途パラメータは、特に注目 に値する。 中心ファイバー６３７５がイメージング・ファイバーまたはバンドルとなるよ うに選択されると、アセンブリは表面から直接的に空間的なイメージ・データを 捕捉する。このようにして、端面と結像された面の間の隔離碍子は、光の導入に 必要とされない。この特性は、人体の医療イメージングで特に貴重である。 大部分の場合、わずかに媒質内にある層から情報を収集し、初期境界の影響を 最小限に抑えることが望ましい。例えば、皮膚の外面の下または指の爪の下の組 織層を調査することが望ましい場合がある。この機能は、一致ゲルまたはクリー ムを中心ファイバー６３７５接触ポイントに塗布することにより高めることがで きる。生物医学分光法においては、この方法は多数の皮膚からウィンドウの用途 で貴重である。 リング・ファイバー６３８０は、アセンブリ表面の下 で窪ませることができる。角度φを、適切に設定すればよい。同様に、これらの ファイバーは、中心ファイバー６３７５とリング・ファイバー６３８０の間に分 離が維持されるように、中心ファイバーから外に、下方に移動されることがある 。 内部に反射する面６３４５に隣接する領域は、固形の固まりの中でカプセル化 できる。アセンブリ全体を固定した物体の中に入れることができる。 レンズ・アセンブリをアセンブリ先端の前に取り入れることにより、投射シス テムを測定ポイントを短い隔離碍子場所に伸長するために作成することができる 。 図６４は、代替の2本のファイバー実施例を図解する。送達ファイバー６４７ ５は、曲線の内部に反射する面６４４５を備える。その結果、送達された光は、 表面が図６３に描かれている通りである場合より、さらに角度を形成して豊かで ある。このアセンブリは、前述された回転研磨手順により形成することができる 。内部に反射する面６４４５の形式は、収集ファイバー６３８０の機械軸の回り で回転対称であることに注意する。これは、（製作中に対称を維持するために） 収集ファイバーの反対側に配置されるダミー・ファイバーで光学面を形成するこ とにより達成される。表面形式６４４５は、用途指示を満たすために光線トレー シング（手動またはコンピュータ補助）を活用して容易に設計される。それから 、輪郭が、研磨プラテンとの先端相互作用を制御すること により、表面の中に生成される。それが回転している間の、コンピュータ制御ま たはＣＡＭベースのどちらかのアセンブリの隆起および傾斜が容認できる。表面 を、幾何学的な焦点がほぼ収集ファイバー６４８０端面にある回転の放物面とし て形成することにより、光のこの領域への送達が最大化される。例証は、送達さ れた光６４０１の一部が遮られずに通る送達ファイバー端面上の平坦な領域も描 く。この特徴は、遠位端面を大幅に越えて測定範囲を拡大するため、透き通った 媒質中での測定を改善する。この方法により、光送達パターンは、完全に収集視 野を包み込む。ファイバーの送達役割および収集役割が逆にされるときに、相互 関連する優位点が生まれる。この特定の構成は、ファイバー・アセンブリがニー ドル内に取り付けられるか、類似した小さな構成で使用される生物医学の用途に よく適している。 派生する収集ファイバー６４８０は、ある角度に向けられた平面のように成形 された端面を備えることがある。この構成は、ファイバー６４０が光送達容量で 活用される場合に、出て行く光のバックプロパゲーションを妨げるために特に有 効である。 図６５は、アセンブリが多数のファイバーを取り入れる実施例６５００を図解 する。収集ファイバー６５８０のそれぞれが、特殊な角度を形成する向きで光を 受け入れる。図面は、複合（２つの）角度として輪郭が描かれる内部に反射する 面６５４５を描く。線形セグメントの 数および角度を形成する向きは、用途要件を満たすために希望される量まで容易 に増加され、光線トレーシングを通して容易に求められる。同様に、輪郭は、放 物面のように滑らかとなることがある。図面は、表面反射６５９０の経路および この反射が中心ファイバー６５７５によりどのように包含されるのかを強調する 。 最高の性能のために、アセンブリ端セグメントは一つに融合される。それから 、個々のファイバーを１つの大きな単一コア・ファイバーに結合することができ る。好ましくは、この接続は、接続が最大効率を有する（ファイバーの間に隙間 がない）ように、個々のファイバーを一つに融合することにより達成される。そ して、適切なフィルターをこの融合された端面に直接付けることができる。分光 器では、線形（スリット）入力が望ましい検出器のために、大きな単一コア・フ ァイバーが、適切な構成に容易に取り出すことができる。これには、ファイバー の融合されたバンドルが最良である。バンドルは、一方の端で円に、他方の端で 矩形に融合されなければならない。ファイバーは、2つの端の間で緩んでいるこ ともあれば、連続的に融合されていることもある。「融合された丸からスリット のアダプタの開口数」が不注意に改変されないように、各端に同じ近似面領域を 維持するために注意を払わなければならない。あるいは同様に、希望される拡大 を作り出すことができる。 前述されたように、中心ファイバー６５７５は、漏話 および収集ファイバーが最小限に抑えられるように、その外面で金属被覆するこ とができる。この金属被覆技法は、特に漏話を受けやすい融合されたバンドルで は非常に効果的である。アセンブリがラマン分光法に活用される場合、漏話問題 は特に厄介となる。レーザー光６５０１の送達ファイバー・コア６５１０との相 互作用が不必要なファイバー蛍光およびシリカ−ラマン光を生じさせるため、問 題は厄介である。この光はすべての方向で放射し、収集ファイバーによる不注意 な収集および伝搬を受けやすい。送達ファイバー６５７５は、不必要な潜在的に 干渉する光と「白熱光を発する」と考えられることがある。本書に説明されるも ののような非常に効率的な収集機構が、不注意にこの有害な光を取得することが ある。ただし、金属被覆技法は、有利に容易に使用することができる。 本書中に説明される（融合されたおよび未融合の）アセンブリの性質がファイ バー側壁を通る光伝達を有利に利用するので、金属被覆技法は注意深く適用され なければならない。最良の結果のためには、中心ファイバー６５７５が金属被覆 される唯一のものである。金属被覆６５９６は、遠位端面まで完全に伸長しては ならない。つまり、ファイバーの任意のセクションがコーティングされずに残さ れなければならない。この裸セグメントが、この特性が希望されるファイバーだ けの間での光光線の伝達６５４０を助長する。裸に残す長さは、簡略な光線 トレーシングを通して明らかであり、金属被覆プロセスの間のマスキングにより 容易に達成される。代わりに、金属は、完全に付けられてから、希望される領域 内で化学的に除去される。 図６６は、外部ファイバー端面６６３５に輪郭を付けを屈折面とすることによ り生じる屈折が、ファイバーの送達／収集パターン６６６０を操作するために利 用される、代替実施例６６００を図解する。光がファイバー側壁を横切る６６４ ０に従った屈折影響は、説明のために無視される。しかし、この追加の影響によ り、パターン６６６０の中心ファイバー６７７５端面との一致が強まる。 図６７は、露天で表面をモニタするために特に有効である代替実施例６７００ を図解する。それは、リング・ファイバー６７８０端面上でのフィルター６７６ ０の直接的な適用を助長するという優位点を提供する。リング・ファイバー６７ ８０端面は、中心ファイバー６７７５遠位端面から発する光の収集が改善される ように整形できる。例えば、リング・ファイバーの端面を円錐に形成することに より、ファイバー６７８０はさらによくこの光を収集する。 図６８は、むらのない内部に反射する屈折端部品６８５０を活用する実施例６ ８００を図解する。この構成は、特に厳しい環境にいくつかの優位点を提供する 。端部品６８５０は、高い屈折率（１．７７）を有するサファイ アから形成できるため、完全内部反射に貢献する。フィルター６８６０は、この 端部品に直接的に適用することができる。それは、宝石運搬(bearing)業界に一 般的な技法により大量に製造することができ、その内部に反射する表面６８５５ は複雑な輪郭に整形できる。中心ファイバー６８７５の主要なセグメントを同一 の構成の短いセグメントに接合する代替策として、主要なセグメントをサファイ ア・ロッドの短いセグメントに隣接することができる。フィルター６８５５は、 直接的にサファイア・ロッドに適用できる。（機械的な位置合わせ構成要素は、 光学要素の機能が最高に伝達できるように例証では描かれていない。）ロッドを 低屈折率重合体、好ましくはテフロンＦＥＰやテフロンＡＦのようなフルオロポ リマーでコーティングすることにより、短い導波管が形成される。そして、サフ ァイア光ファイバーとは異なり、このセグメントは可撓である必要はない。端部 品６８５０と中心ファイバー６８７５端セグメントの間に空隙が存在しないよう に、先端全体を低屈折率フルオロポリマー内でカプセル化することにより、光光 線６８０１は、端部品側壁６８４０を通って伝わり、伝搬のために向け直される 。その他の技法には、光学整合ゲル、透き通ったエポキシ樹脂の添加、あるいは 光学部品業界に一般的なその他の方法が含まれる。先端の濡らした表面はサファ イアおよびテフロンから形成できるので、このアセンブリは特に厳しい環境用途 によく適している。 図６９は、光６９０１を、それが中心ファイバー６９７５側壁を通り６９４０ 抜けることができるように進めるためにグラジエントインデックス光学部品６９ ５５を活用する代替実施例６９００を図解する。一定の用途の改善策として、グ ラジエントインデックス要素６９５５の外面６９８５は、中心ファイバー６９７ ５の遠位端以外の場所から発する光に対する反応が最小限に抑えられるように、 金属のような不透明な物質でコーティングすることができる。また、グラジエン トインデックス要素６９５５の遠位表面は、迫加屈折影響または内部に反射する 影響を生じさせるために輪郭を付けることができる。 図７０は、中心ファイバー７０７５端面が光操作のために整形される実施例７ ０００を図解する。例証では、端面は、内部に反射する円錐台に形成される。こ の適応構造の結果、中心ファイバー７０７５の遠位先端での小さな領域に対する 感度が改善される。この技法は、大きな直径のファイバーがソースからファイバ ーへの光結合を改善する場合に特に有効である。例えば、ランプは、レーザーと は対照的に、ソース光のために活用される。 側面表示および側面送達を生み出す光ファイバー光操作機器 前述された技法は、情報を側面に対し抽出するのに適したプローブ・アセンブ リを構築するためにも使用される。このようなプローブは、光が生物学的な組織 および プロセスを特徴付けるために活用される生物医学用途で特に有効である。使用の 例は、脈管および動脈側壁のモニタリング、多様な体の管とチャネルの探針での 調査、および小さいニードルの中への挿入を含む。意図された使用目的に基づき 、プローブ・アセンブリは、９０°軸を外れた状態から、軸を外れて前方を見る 、軸を外れて後方に向けられるに及ぶさまざまな軸を外れた角度を表示するよう に構成される必要がある。前記項では軸を外れた光送達および収集視野について 詳細を提供したのに対し、本項ではこれらの点での詳細を教示する。具体的には 、関連する変数が最適に操作される方法論が、本項で説明される。 本項で説明される光学部品は、光をプローブ・アセンブリの側面に送達し、光 をプローブ・アセンブリの側面から収集する。このようにして、物質またはプロ セスの化学的なパラメータおよび物理的なパラメータに関する情報は、光ファイ バーを活用して取得される。内部反射は、光を希望される場所に進めるために活 用される。内部に反射する表面の輪郭は、さまざまな結果を生じさせるために整 形される。これらの結果は、調査媒質内での検査された領域の位置およびサイズ を含む。それは、光送達パターンの角度を形成する向きに関する収集視野光学軸 の角度を形成する向きを含む。 別個のファイバーは、光を送達し、収集するために活用される。光は（レーザ ーのように）単色または広帯域（白） である場合がある。収集された光は、送達された光に関して波長でシフトされる か、シフトされない。 内部反射の代替策として、グラジエントインデックス光学部品が、光を進める ために活用される。 図７１は、光送達パターン７１０１を調査領域の中に投射するために１本の送 達ファイバー７１７５を具備するプローブ７１００を図解する。第２収集ファイ バー７１８０は、同様に調査領域の中に向けられる視野７１０２を有する。収集 ファイバー７１８０の光学軸７１９０は、ファイバー・ペアの側面へのポイント ７１８５で送達ファイバー７１７５の光学軸７１９５と交差する。 例証においては、概念的な明瞭さを促進するために、光パターン７１０１、７ １０２の発散面は表されない。図面がファイバー・コア７１１０、７１１５内で の平行な光線を想定するのに対して、光線は、実際には、ファイバーの伝搬能力 の角度を形成する制限内で無作為化される（開口数が．２２のシリカ・コア／シ リカ・クラッド・ファイバーの場合、＋／−８．５°）。これは、描かれている ものよりくっきりと焦点が合っていない光パターン７１０１、７１０２を作り出 す。同じ理由から、ファイバー境界を横切る光の屈折影響は図解されない。 ファイバーの内部に反射する表面７１４５は、回転の法物面の形７１７５に輪 郭が付けられる。回転７１７５の軸は、放物線状の形の幾何学的な焦点７１８５ と交差する。適切な放物線状の形を選択することにより、ピー ク反応領域が外向き位置で−−ファイバー・ペアからの希望される距離で選択で きる。同様に、領域は、光学軸７１９０、７１９５と、ファイバーに平行７１７ ０で、これらの軸７１９0、７１９５の交差を通して転位される軸の間の角度β が９０°より大きくなるように、遠位端の前方となることがある。同様に、反応 領域は、説明された角度βが９０°より少なくなるように、遠位端から後方とな る場合もある。要約すると、プローブは、適切な放物線状の形を選択することに より、プローブ遠位端面に関するさまざまな距離および角度を形成する配置でピ ーク反応を生じさせるように構成される。 機器は、光学軸７１９０、７１９５の交差ポイント７１８５が遠位端から大き な距離になるように構成することができることは明らかである。ただし、より大 きな距離では、最大感度の領域はこの交差を取り囲まない可能性がある。つまり 、それは機器先端により近くなる。交差ポイント７１８５と機器端の間の距離が 大きくなるほど、（吸収のような）媒質伝達効果、複数の散乱事象、および光発 散による影響が大きくなる。これらの要因から、さらに大きな軸７１９０、７１ ９５交差７１８５距離ｄの場合、端面に近い不均衡な反応が生じる。 光学軸７１９０、７１９５とファイバーの７１７５、７１８０縦軸の間の角度 が約９０°である構成の場合、光は、ファイバーのコア７１１０、７１１５、フ ァイバーのクラッド７１３０、７１３５、および物質境界での屈 折率差異からの干渉がもっとも少ない外部媒質の間で伝わる。ただし、この構成 は、ファイバー・コア７１１０、７１１５の間の大きな屈折率差異、および内部 に反射する整形された表面７１４５での物質との接触を必要とする。したがって 、この構成は、内部反射を生じさせるために、輪郭が付けられた表面７１４５上 に塗布される金属被覆の方を好む。それにも関わらず、完全内部反射は、ガスの ような非常に低屈折率の物質で達成することができ、内部に反射する表面７１４ ５および、ファイバー・コア材料７１０５、７１１０として使用されるサファイ アのような高屈折率物質、あるいはその両方と接触する。 送達７１０１パターンおよび収集７１０２パターンの光学軸７１９０、７１９ ５の交差がさらに前方にある場合、より侵襲的ではない内部に反射する整形され た表面７１４５を要求される。この場合には、別の部分で説明された、完全内部 反射を生じさせるフルオロポリマー保護膜が、好まれる方法である。 光がファイバーの側面境界を移行するのに従って、円筒形の輪郭が光を歪める 。この効果の影響は、屈折率がファイバー物質の屈折率にほぼ一致する液体調査 媒質に対し減らされる。円筒面は、エポキシ樹脂のような光学的に透き通った物 質での塗りつぶし（あるいは説明されたフルオロポリマーによる完全先端カプセ ル化）のような方法により輪郭が付け直されることもある。この物質は、測定基 準も提供することができる。類似した結果は、 研磨あるいは熱軟化と圧縮により作り出される。ファイバーも一つに融合される ことがある。 ファイバーのコーティング／バッファは、光が通過する領域の中で取り除かれ なければならない。これは、またファイバーの目の詰まり方(closeness)を促進 することにより性能を高める。金属被覆技法は、送達７１７５および収集７１８ ０ファイバーの間の漏話を最小限に抑えるために利用できる。好まれる方法は、 製作プロセスの間にファイバーの間に固定される薄箔を活用する。アセンブリは 、光散乱過程の角度を形成するバイアスを介して特殊な光子機構に対する選択的 な感度を提供する能力も取り入れる。 適応構造として、端面の一部が（ファイバーの縦軸と垂直のように）平坦に研 磨できる。内部に反射する輪郭７１４５の形状を適切に選択することにより、光 パターン７１０１、７１０２は、前方におよび側面に平坦なセクションを通して 向けられる。 内部に反射する輪郭７１４５は、回転される放物面７１７５の形状に制限され ない。それは、また、軸の回りで回転される正三角形、平坦(ファセットが刻ま れた各ファイバー)、楕円形、あるいは好ましくは軸の回りで回転される任意の 引き出された形の形を取ることもある。 一般的には、光伝搬が妨げられる（吸収材のような）媒質は、送達パターンお よび収集パターン７１０１、７１０２の光学軸７１９０，７１９５が、機器先端 近くで 交差する構成を好む。これは、光が伝搬しなければならない媒質内での距離を最 小限に抑える。この構成は、特殊な光子機構に対する感度が高められる送達光学 軸および収集光学軸７１９０、７１９５の間に角度を形成する向きを作り出すた めにも活用できる。 テーマに関する別の重要な変種として、例証で描かれる２本のファイバー７１ ７５、７１８０は、両方とも光収集装置として活用できる。さらに小さい送達フ ァイバーは、（例証では７１６０と指定される場所にある）２本のファイバーに 近接して、および、２本のファイバーの間に配置することができる。類似した内 部に反射する輪郭をこのファイバー上で作成することにより、その送達パターン の光学軸は、他のファイバーの７１７５、７１８０光学軸７１９０、７１９５交 差７１７０を交差するために操作することができる。送達ファイバーの光学軸は 、必ずしも、収集ファイバーの光学軸７１９０、７１９５により限定される同じ 面の中にない（それは単にこの平面を交差することができるだけである）。した がって、光収集は最大化される。送達ファイバー端面を平坦な表面に形成するこ とにより、フィルター・コーティングを表面に塗布することができる。 図７２は、送達ファイバー７２８０を通して収集パターン７２０２を投射する 実施例７２００を図解する。この構成は、さまざまな用途要件を満たすために容 易に適応される。例えば、収集パターン７２０２を、視野がソ ース光が通り抜けるソース・ファイバー７２８０の領域を含み、調査媒質の中に 出現するように設定することができる。言い換えると、光送達および光収集開口 は、アセンブリの外面上で重複することがある。ソース・ファイバー７２８０お よび収集ファイバー７２７５の内部に反射する輪郭が付けられた表面７２４５の 個々の形状は、この効果を生じさせるための光線トレーシングまたは幾何学等式 、あるいはその両方を用いて容易に設計される。前述されたファイバー−側壁− 貫通−直線表示アセンブリにより提供される優位点に類似した優位点がこの構成 で入手できる。これらの優位点は、極端に不透明な媒質内で光をベースにした特 徴付けを実施する能力を含む。構成の変種は、ファイバーを融合すること、複数 のファイバーを活用すること、ソース・ファイバーまたは送達ファイバー（複数 の場合がある）のどちらかを互いに関して小さいサイズで作成すること、および 本質的に互いに同一点に集合する送達光学軸および収集光学軸を押しやることを 含む。 図７３は、収集ファイバー７３８０および単一送達ファイバー７３７５の大き なバンドル（好ましくは融合された）を活用する実施例を図解する。送達パター ンおよび収集パターンの光学軸は、本質的に同一点に集合するとして描かれる。 送達ファイバーの端面上にある角度に向けられた平坦な二次元の表面を作成す ることにより、フィルターはこ の表面に適用できる。フィルターがノッチ（帯域消去）フィルターであり、ソー ス光が高度に単色である場合、フィルターは、希望された単色光だけを調査媒質 の中に反射する。望ましくない光（波長外れ）はフィルターを通り抜ける。この ようにして、前述されたフルオロポリマーのようなフィルターを透明な物質でコ ーティングし、これを（ランプブラックのような）さらに強力な吸収材で保護す ることにより、望ましくない光はトラップされ、測定を損なわないようにする。 このおよび類似した構成別の重要な面は、収集ファイバー７３８０のそれぞれ が、さまざまな角度を形成する向きおよび空間的な起点で移動する光を受け入れ るという点である。このようにして、各収集ファイバー７３８０内の光は、空間 的／角度を形成するフィルタリングの形式を経験した。そして、各収集ファイバ ー７３８０からの光の相対的な強度を比較することにより、補助的な情報が調査 媒質から収集できる。 図７４は、内部に反射する整形された表面７４４５およびファイバー・アセン ブリ７４００の（ファイバー内での平行光線の簡略さを備えた)光パターン７４ ５０の拡大図である。ファイバーの内部に反射する表面７４４５は、三角形がそ の直立した脚の回りで回転され、直立した脚がファイバーの外部に配置され、三 角形の底がファイバーの縦軸に垂直になるに従って、輪郭が付けられ、正三角形 の斜辺の経路により限定される形になる。内部に反 射する整形された表面は、その軸が円錐の軸に平行である垂直円筒によって交差 される円錐の表面領域である。前記に詳説された放物線上のプロファイルとは対 照的に、このプロファイルは線形である（平坦ではない）。断面図では、光は記 述された非線形プロファイル内でより焦点が合っていない。頭上から見られると 、強力な集光面が観測される。 この表面は製造動作によく役立ち、高い反復性で容易に生成される。図７５を 参照すると、送達ファイバーおよび収集ファイバー７５７５、７５８０のセット が一つに結合される。漏話阻止機構がこの段階で一体化されているのが好ましい 。ファイバー７５７５、７５８０は、心棒７５８５の側面に固定される。心棒は 、回転する研磨用ディスクに接触し、心棒が希望される研磨角度で研磨用ディス クの平面に向けられる、心棒をその中心軸の回りで回転させることにより、ポイ ントに研削され、細かく研磨される。ファイバー７５７５、７５８０が研磨され るに従って、その中心は環状経路７５９０を通り過ぎる。頭上の観点から、各フ ァイバーの中心および回転７５１０の中心により限定される線は、ほぼ各ファイ バーの光学軸７５１５、７５２０である。光学軸７５１５、７５２０は、回転の 中心で互いを交差する。ファイバーは、心棒２８５から取り外され、後の段階の 製作加工に移動される。 製作アセンブリは、以下のように取り付けられる。モ ールド・リリース薬品が心棒７５８５に塗布される。心棒７５８５は、多数のア センブリを作成するファイバー７５７５で囲まれる。ファイバーは、端が露呈す るように、ヒートシンク（好ましくはＴＦＥテフロン）付きの心棒上で適所に保 持される。各ファイバー・セット（セットあたり２本または３本以上のファイバ ー）７５７５、７５８０が、１本の薄いＴＦＥテフロン「配管用」テープで、近 接したファイバー内から隔離される。各ファイバー・セットは、光ファイバー機 器を備える。漏話を妨げる金属シムは、送達ファイバーと収集ファイバーの間に 配置される。光学的に透明なエポキシ樹脂が製作アセンブリに適用される。エポ キシ樹脂は硬化を許される。アセンブリは、説明されるように、内部に反射する 整形された表面を形成するために研磨される。製作アセンブリは、各ファイバー ・セットが完成されたプローブに加工され、それに応じて収容できるように、別 個に分離される。 いくつかの用途にとって説明された技法の利点とは、エポキシ樹脂の心棒７５ ８５との接触により生成される表面の形である。エポキシ樹脂はファイバーの円 筒表面を満たす。大きな心棒直径の場合、ファイバーの円筒側壁を通ってファイ バーに入る／ファイバーを出る光が制御される。 この一般的なテーマの変種は、さまざまな望ましい結果を生じさせるために容 易に達成される。例えば、心棒 ７５８５がワックスから作られてから、製作バッチごとに溶かし去られることが ある。研磨用ディスクとの接触の角度を変化させ、同時にアセンブリを昇降させ ることにより（段階的なステップで、またはコンピュータ制御を受けて連続的に 、あるいはＣＡＭアセンブリで機械的に）複雑な内部に反射する輪郭が容易に作 成される。 図７６は、至近距離で焦点が合った光学部品を備えたデバイスを生産するこの 製作プロセスの別の変種を図解する。この変種では、ファイバーバンドルは、心 棒なしで研磨される。例証では、４本のファイバーが熱収縮により一つに結合さ れる。シム７６１０は、バンドルをプローブの中にセグメント化するために使用 される（この場合、２本のファイバーのペア）。加工後、アセンブリは別個に分 けられる。ペアの両方のファイバー７６７５、７６８０とも収集ファイバーとし て活用されなければならない場合は、側面送達ソース・ファイバーがファイバー の間の溝の中に容易に固定される。 図７７は、反射光学部品の代替策として、グラジエント光学部品を活用する代 替実施例７７００を図解する。この実施例では、グラジエント光学要素７７３０ が送達ファイバーおよび収集ファイバー７７７５、７７８０に取り付けられる。 要素７７３０は、グリン（grin）レンズに穴を開けるコアにより形成できる（コ アは、レンズの中心軸から相殺して取られる）。代わりに、グリン（grin）レン ズは、それをその通常の光学軸から相殺さ れる回転の軸の回りで回す間に、円筒形に研削（および研磨）される。非円筒形 が希望される場合は、要素は、グリン（grin）レンズを原料（stock）として活 用し、希望するように研削できる。レンズの屈折率傾斜が、軸から外れて収集パ ターン７７０２および送達光パターン７７０１の両方を進める。要素は、結合剤 とともに、スリーブ７７２５で適所に保持される。スリーブはアセンブリ全体を 包み込む場合があり、金属である場合には、光７７０１、７７０２の通路のカッ トアウトを含む。要素７７３０の端表面７７４０は、図示されるように、生物学 的な組織での挿入を容易にするために、斜角を付けられる。フィルター７７５５ 、７７６０が、要素を隣接するファイバーの７７７５、７７８０端面に適用でき る。 図７８は、その機械構成が、図７７に説明される機械構成に類似した実施例７ ８００を図解する。ただし、光は内部反射で曲げられる。製作の好まれる方法は 、漏話を阻止するために、ファイバー７８７５、７８８０の金属被覆を含む。フ ァイバーバンドルは、遠位フィルタリング７８５５、７８６０が必要とされない 場合に、間隔を最小限に抑えるために一つに融合することができる。端部品７６ ７０は、サファイアなどの高い屈折率の物質から製作されるのが好ましく、内部 に反射する表面７８４５は、完全内部反射を生じさせるために低率フルオロポリ マーでコーティングされる。希望される光出口／入口の領域は、フッ化マグネシ ウムのような反射防止膜で コーティングできる。端部品は、その直径が希望されるサイズである光ファイバ ーから形成できる。最高効率のために、内部に反射する表面７８４５は、調査媒 質内での収集７８０２光パターンと送達７８０１光パターンの間での重複を促進 するように整形される。高度に吸収する媒体の場合、重複が媒質／プローブ境界 近くで、または媒質／プローブで直接的に生じるように、輪郭形状７８４５が、 前述されたように、放物線のような形に選択される。さらに透き通った媒質には 、媒質内でさらに深く重複を投射するために、輪郭形状７８４５が選択される。 この端部品構成部品は、生物学的な組織を切り取って、治療する際に、レーザー 送達に活用される単一ファイバーの端の上での取付にも有効である。 別の適応構造も有効である。透き通った（シリカ）毛細管が、スリーブの代わ りに使われる。管組織は、遠意端上で伸長し、密封され、第１表面鏡を封入する 。ファイバー端面に向かって向けられる鏡は、光収集パターンおよび送達パター ンを側面に向け直す。反射体は、送達光と収集光の光学軸が交差するように、（ 放物線のような）非球面凹面でるのが好ましい。反射体は、ファイバーの端面を 整形することにより形成できる。ファイバーは、毛細管の内径にほぼ等しい外径 でなければならない。ファイバー端面は、金属または誘電鏡のような反射膜でコ ーティングされる。鏡をファイバーの端上に作成する代わりに、鏡を、適切な直 径の短い金属ロッドに直接研削、 研磨することがある。 光ファイバーの改善されたフィルタリング技法 光ファイバー内での光の伝搬に関連する現象の多くは、ファイバー内での移動 距離に依存する。ファイバー長に応じて波長がシフトされた光の蓄積は、重要な 一例である。波長がシフトされた光は、伝搬光とファイバー材料の間の非弾性的 な光−物質相互作用のために生じる。これらの非弾性的な相互作用には、蛍光お よびラマン効果が含まれる。これらの相互作用から生じる波長がシフトされた光 は、ファイバー・コア内の任意の領域から本質的には全方向で放射する。概念的 には、白熱光を発するファイバーの任意の領域を視覚化することが有効である。 ファイバーの伝搬限度内で角度を形成して向けられる放射された非弾性的な光の 部分は、ファイバーの導波特性により捕捉される。ファイバーは、この波長がシ フトされた光で溢れんばかりにいっぱいにされる。この捕捉された光は、ファイ バー内の一次奨振光に関して、前方および後方の両方に移動する。放射された非 弾性的な光は、それがさらに長いファイバー内でより強くなるようにファイバー 長さに応じて蓄積する。この波長がシフトされた光は、多くの光ファイバー用途 で干渉として現れる。重要な信号が弱い−−強度で干渉の強度に類似する−−用 途は、特に有害な影響を受けやすい。これらの用途は、ラマン、いくつかの蛍光 分析、およびイルミネッセンス （iluminescence）のような低光分光法を含む。 フィルタリング技法は、この干渉の問題に取り組むために活用できる。フィル タリング機能は重要であり、電気通信での波長分割多重のような、数多くの光フ ァイバー用途に必要とされる。直接的に高品質フィルターをファイバー端面に適 用することにより、拡張ビーム・フィルタリング技法に対するニーズを排除する ことができる。 過去には、薄膜フィルターが、標準光ファイバー・コネクタ内で合わせられる ファイバー端面の間に配置されたウェハに適用されていた。この技法には複数の 欠点がある。１）組立／製作プロセスが難しく、よく言っても高価である。２） それは、多くの他の使用だけではなく生物医学用途に必要とされるような、ミク ロサイズ（micro-sized)のアセンブリの製作には貢献しない。３）光は、ウェハ の厚さを通過するときに発散する。これがフィルタリングおよび結合の非効率に つながる。４）ラマン分光法のような低光用途の性能要求は、この設計アーキテ クチャと互換性のない高性能フィルタリングを必然的に伴う。 ラマン分光法のような要求が厳しい用途のフィルター性能要件は、以下を含む 。ａ）伝達波長領域での高いスループット、ｂ）拒絶波長領域での高減衰（密な ）遮断、ｃ）拒絶と伝達の波長領域の間での険しい遷移、ｄ）環境上の安定性、 ｅ）通路領域での低いリップル、ｆ）温度変動に対する最小感度、ｇ）周囲湿度 または化学物質 による性能変動がないこと、ｈ）滅菌プロセスおよび工業プロセスに存在する高 温および急速に変化する温度に耐える能力、ｉ）物理的な靭性、およびｊ）フィ ルターと基盤の間のくっついて離れない付着。 これらの望ましいフィルター性能特性は、多数の交互に現れる高い／低い屈折 率、基板上に溶着された積み重ねられた層を備える薄膜フィルター内で達成され る。通常、以下に示すような要件に応じて、２０層と１５０層の間が要求される 。１）端使用に必要とされる性能、２）近接するフィルター層内の物質間の屈折 率差異、３）フィルター層のコンシステンシーおよび純度、ならびに４）フィル ター設計プロセスの精密さ。そして、層は、層の物質特性がバルク固形物の物質 特性に近づき、層のパッキング係数が１００％に近づくように、欠陥および空隙 があってはならない。高密度パッキングを達成するには、基板上に溶着する分子 が高度に強力となる必要がある。層溶着プロセスの間、このエネルギーは、形成 する層が、それ自体を円柱状の構造または空隙だらけである類似した構造の中に 向けることを妨げる。溶着層が不完全な構造の形成の素因とされるのに対し、高 エネルギー力は、存在する可能性がある隙間やピンホールの中に分子（または原 子）を詰め込む。この高エネルギーは、残留する機械的な応力を基板に与える傾 向がある。これらの応カにより、薄い基板でのカーリングおよびその他の問題が 引き起こされる。したがって、ファイバー端面の間での 挿入に適する薄いウェハ上の、説明された属性を持ち、拡張ビーム光学部品を備 えない高品質フィルターを生産することは困難である。 米国特許第５，０３７，１８０号は、業界規格のはめ輪内に取り付けられるフ ァイバーに対する薄膜フィルターの適用を説明する。はめ輪−ファイバー・ユニ ットは、１つのユニットとして加工される（研磨され、フィルターが適用される ）。ストーン（Ｓｔｏｎｅ）は、フィルター性能の偏差がフィルター・チェンバ ー内のアイテム間の温度差、およびフィルター層物質内での屈折率誤差に起因す ると考える。説明されたフィルター溶着プロセスは、典型的には、前述された属 性を備えない非効率的なフィルターを作り出す。ストーン（Ｓｔｏｎｅ）は、フ ィルター非効率の否定的な面を克服するために活用できる２つの技法を説明する 。第１の技法とは、関連するフィルター層に高屈折率の物質を使用することであ る。シリコン（屈折率約３．２）の使用により、フィルター性能は、二酸化チタ ンのような物質と比較して高くなる。残念なことに、シリコンは可視領域または １．２ミクロンを下回る近赤外領域のどちらでもよく伝わらない。したがって、 その使用は、多くの重要な用途には排除される。同様に、誘電物質の選択も、毒 性、環境上の安定性、およびその他の要因の問題により制限される。第２の説明 された技法とは、フィルターの拒絶された光がファイバーによって伝搬できない 角度で反射されるように、フ ィルター／ファイバー端面に斜角を付けることである。 このようにして、フィルター非効率の有害な影響は、多く用途に最小限に抑えら れる。 以下に説明される技法は、光ファイバーをフィルタリングする極端に魅力的で 新規の手段を提供することが分かるだろう。それらは、低価格製作によく適して おり、ラマン、蛍光、およびその他の分光法による分析のような計装用途に有効 である。それらは、また、波長分割多重、電気通信、汎用光ファイバー・センサ の使用、光子コンピューティング、光子増幅器、ポンプ遮断、ファイバー結合（ ピグテールで接続される(pigtailed)）されたレーザー、およびファイバーをレ イジング空洞として活用するレーザーのようなファィバー一体化アクティブ素子 に対しても考案される。 本発明に従って、薄膜干渉フィルターが、ファイバー端面に適用される。フィ ルターは、少なくとも９５％というパッキング密度を有するが、好ましくは９９ ％より大きいパッキング密度を有する。 一体型フィルターの備わったファイバーは、一般的には分析計装／検知用途、 さらに特定すると、ラマン効果のような低光非弾性光−物質プロセスを必要とす る分析のための従来の技術に優るかなりの利点のある分光法に活用される。 例示的な実施例では、好ましくは２４”を下回るが、最適には１．５”以下の 短いファイバー・セグメントが、 その端面に適用される一体型フィルターを備える。セグメントは、さらに長いフ ァイバーに接合できる。遠位端にフィルターを備えると、２本のファイバーの間 のスプライスが融合プロセスで形成できる。フィルターを（セグメントの間の） 近位端に備えると、接合はスリーブで行うことができる。スリーブは２本のファ イバーと精密に合わせられる。スリーブは、非従来型金属細エプロセスによって もっともよく形成される。つまり、精密心棒上での放電成形または電解メッキで ある。心棒は、光ファイバーの任意のセクションとなることがある。結合は、そ の緩和された内径がファイバーの外径よりわずかに小さい分割スリーブで行うこ ともできる。 ある実施例では、短いファイバーは、バンドル内に一つに結合され、フィルタ ーは１つのグループとしてコーティングされる。それらは、ポリイミド緩衝され たファイバーであり、ＰＴＦＥフルオロポリマー（一般的な商品名テフロン）熱 収縮管組織内で保持されるのが好ましい。バンドルが、このように構築され、単 にフィルター・コーティング・チェンバーの取付け具で保持されるほど十分に大 きい場合がある。代わりに、バンドルはプレート内で保持される。プレートは、 それがコーティング・プロセスを制御するための証拠物として使用され、フィル ターに格付けするためのバッチ・プロセスの後にも使用できるように、シリカで あることが好ましい。ファイバーは、ある角度に向けられたフィルター端面が、 プ レートの平坦な面と同じ高さになるようにプレート内で任意の角度で保持するこ とができる。このようにして、ある角度に向けられたフィルターがファイバーに 適用される。 フィルターは、反射され、伝達された光が、それ以降の加工のために光学アセ ンブリ内の場所に伝達できるように、約４５゜の角度で適用できる。フィルター は、フィルターから反射された光が、ラマンのような低光分光法用途の間にバッ クプロパゲーションできないように、ファイバー内の光伝搬の最大角度より大き い角度で向けることができる。 さまざまな波長のフィルターが、１つのバッチで生産できるように、変化性が 薄膜用途プロセスに導入できる。変化性は、マスク、中心から逸らすこと、およ び基板の昇降により提供できる。わずかに異なったフィルターを格付け、分類す ることができる。 複数の短いフィルタリングされたファイバー・セグメントは、互いに端から端 で位置合わせできる。各ファイバー・セグメントの一方の端はある角度に向けら れ、フィルターがその表面に適用されている。ファイバー・セグメントの向かい 合うフィルタリングされていない端は平坦であるか、あるいは合わせ斜角で形成 されることがある。フィルターは、互いから波長でわずかに相殺される。片側が 平坦に研磨されているのが好ましい透き通った毛細管は、セグメントを保持し、 位置合わせするため に使用できる。アセンブリは、波長に応じた信号または入力された波長が分離さ れた信号を取り出すために使用することができる。 １つの実施例では、導波されたラマン・セルが、流体サンプルを管の中に導入 することにより作り出される。光は、信号が増幅されるように管内でトラップさ れ、収集される。管の内面は、業界で非晶質テフロンとして知られている物質か ら形成されるのが好ましい。 フィルター適用プロセス 前述されたように、望ましい性能属性を備えたフィルターを作り出すフィルタ ー適用プロセスは、多くの場合、基板内に残留応力を生じさせる。これらの残留 応力は、フィルター・コーティングを、従来の技術では標準光ファイバー合わせ コネクター接合で隣接するファイバー端面の間に配置されていた種類の薄いウェ ハにフィルター・コーティングを塗布する上で障害を引き起こす。しかしながら 、フィルター・コーティングを、非常に強力なフィルター・プロセスを備えるフ ァイバー端面にじかに塗布することにより、過去には実現されなかった光ファイ バーのフィルタリングが達成される。 好まれる薄膜溶着プロセスは、形成する構造が本質的に完全に詰め込まれる（ 本質的に非多孔性の希望される分子から構成され、空隙およびピンホールのない １００％）ように、溶着分子に十分なエネルギーを与える。最 高の性能のためには、構造は１００％（９９％を上回る）ではあるが、最低９５ ％のパッキング密度に近づくか、等しくならなければならない。この要因および その他の要因のため、ファイバー基板への付着はくっついて離れない。ファイバ ーはその直径に関して非常に強力であるので、残留機械応力の影響は取るに足ら ない。複数の薄膜プロセスは、特に、この高密度の硬被覆されたフィルターを作 り出すのによく適している。これらのプロセスは、マグネトロン・スパッタリン グ、単一ビーム・イオン・スパッタリングおよび二重ビーム・イオン・スパッタ リング、イオン・メッキ、およびイオン補助溶着（典型的には、性能がわずかに 低く、パッキング密度がより低い）を含む。これらのプロセスの反応バージョン および無反応バージョンが使用できる。反応プロセスは、典型的には、薄膜コー ティングを作り出すのに要する時間という点でさらに速い。これらのプロセスお よび類似したプロセスは、約８０％というパッキング密度を達成する、蒸発膜の ような従来のプロセスと対照的である。イオン補助溶着は、典型的には９５％範 囲の密度の膜を作り出し、このためあまり好ましくない。要約すると、高い−− ９９％を上回り、好ましくは１００％に近づくか、等しいが、最低でも９５％− −パッキング密度のフィルターは、高度に強力な非従来型の薄膜溶着プロセスを 活用する、ファイバー端面にじかに適用される。 変化性は、多様な波長のフィルターを備えるファイバ ーが、１つの単独バッチで生産できるように、フィルター・コーティング・プロ セスに導入できる。変動の制御を達成する上では複数の方法が有効である。選択 式ファイバーは、膜コーティング物質をリリースするソースに関して上昇、下降 することができる。選択式ファイバーは、コーティング中心から相殺できる。マ スクは、溶着されるフィルター材の量が位置に応じて変化するように、ファイバ ーを選択するために適用できる。本明細書中に説明される工具による仕上げ細工 方法論を考えると、大多数のファイバーが同時にコーティングできるため、これ らの技法は特に貴重である。さらに、光ファイバー用途は、わずかに波長が変化 するフィルタリング・ファイバーの可用性から利益を得る。これらの用途は、以 下を含む。１）波長分割多重（入力および出力）、２）検出のために分光法波長 を取出すこと、および３）フィルターを、変化するが緊密にグループ化された波 長のレーザーに整合すること。 工具による仕上げ細工 光ファイバーをコーティングする従来の技術の方法では、ファイバーは、個々 に成端コネクタに取り付けられていた。この方法および類似した方法の結果、多 数の問題が生じた。第１に、それはチェンバー内での使用可能なコーティング表 面面積を効率的に活用しない。ファイバー端面表面面積の大きさに比して、成端 コネクタ・ア センブリおよび組立−分解作業室にも大きな空間が必要とされる。最良のコーテ ィング制御を作り出すコーティング・チェンバーは小さい。各バッチ・ランは、 非常に高品質のフィルターには高価である。したがって、生産量は重大な経済的 な要因である。第２に、完成したファイバー・アセンブリ内の物質は、除気し、 コーティング・プロセスでの問題を引き起こすプラスチックおよびエポキシ樹脂 を含む。第3に、ファイバー端面に近接する物質は、成端はめ輪である。この物 質の相違がフィルター・コーティング、特に２つの物質の間の境界領域での不一 致につながることがある。第4に、チェンバー内の多様な物質は、さまざまな熱 伝導率を有する。バルク証拠物（試験プレートの）伝熱は、ファイバー−成端ア センブリとは途方もなく異なる。したがって、さまざまな物質の温度コンシステ ンシーは、維持するのが困難である。基板温度は重要なコーティング変数である ため、これは問題である。第５に、フィルターは、ファイバー端面上に置かれな ければならない。ここでは、それは、（コーティングタイプに応じて）保護され ないまま置かれた場合、物理的な損傷および環境上の影響を受けやすい。フィル ターをファイバー端面のわずかに後ろに配置するための明確な手段はない。第６ に、長いファイバーは、チェンバー内の空間の問題点を提示する。これらの理由 、およびそれ以外の理由から、光ファイバーおよび類似した円筒構成要素に、一 般的には薄膜、および具体的には フィルターを適用するための改善された方法論が必要とされる。 従来の技術とは異なり、本発明の方法論は、高品質の、かなり削減された製作 費用と矛盾しないフィルターを作り出す。新しい方法論は、さまざまなニーズに 従って容易に適応することができる。それにも関わらず、図７９を参照する以下 の説明は、指定された用途に好ましい技法を説明する。 ラマン分光法プローブの場合、ステップインデックス、シリカ・コア／シリカ ・クラッド／ポリイミド緩衝ファイバーが、これらのフィルタリング操作に好ま れるファイバーである。グラジエントインデックス・ファイバーおよび単一モー ド・ファイバーは、フィルタリング・プロセスと互換性があり、いくつかのラマ ン・プローブ用途に好ましい。重要な波長がその伝達能力外でない限り、低ＯＨ ファイバーが好まれる。３００−ミクロンから４００−ミクロンのコア直径のフ ァイバー直径が、（用途要件と矛盾しない場合は）加工可能性の容易さのために 好まれる。ファイバーは、刻みつけられ、短いセグメント７９０１に分けられる 。ファイバー・セグメントは、バンドル７９０２にグループ化される。４００− ミクロンのファイバーの場合、バンドル７９０２あたり３３本のファイバーが、 サイズ１４ゲージ標準壁厚のＰＴＦＥ（デュポン商品名テフロン）熱収縮管組織 ７９０５内に差し込まれる。管組織は、約2インチの長さである。ファイバ ーは、管組織の一方の端で位置合わせされる。熱収縮／ファイバーバンドル・ア センブリ７９１２の少なくとも最初の０．５インチを収縮するために熱線銃が使 用される。 熱収縮プロセスの間、ファイバー上のポリイミド・バッファが、ファイバーが 熱収縮管組織７９０５の内側で一時的に一つに融合されるように、わずかにいっ しょに固着する。バンドルは、グラウンドであり、端７９０６上で磨きをかけら れる。必要とされていないが、研削動作および研磨動作中にバンドルを通る蒸留 水を汲み出すか、はく動で送るか、浄化することにより、研磨プロセスを補助す ることができる。これは、バンドルの熱収縮管組織のタグ端を適当なポンプの産 出管組織に結合することにより容易に達成される。脈動ポンプは、研磨手順の間 の清潔さを維持する上で特に効果的である。流れは、異物がファイバー間の空洞 内にトラップされる程度を最小限に抑える。それは、研磨面から研削された粒子 を取り除くことによって、ファイバー端面の表面仕上げも改善する。バンドルは ．３−ミクロンの仕上げまで研磨される。 許容できる仕上げが達成された後、バンドルは低出力超音波クリーナーで清掃 される。異物の痕跡は、顕微鏡検査で可視であってはならない。バンドルはイソ プロピルアルコールで再び浄化され、アセトンで濯がれる。熱収縮管組織の括り 付けていない端は、約１／８インチがフ ァイバー・バンドルを通り過ぎて越えたままとなるように短くされる。 融合されたシリカ工具仕上げ細工プレート７９１０が、ファイバーバンドルを 保持するために準備される。四角いプレート（１”ｘ１”ｘ１／４”）が適当で ある。プレートのサイズおよび形状は重大ではない−−つまり、それらは、コー ティング・チェンバーの工具仕上げ細工との互換性に関して選択される。プレー トの厚さの方が重要である。プレートの述べられた１／４−インチの厚さは指定 されたバンドル・サイズではよく機能する。プレートは穴が開けられ、４つの穴 ７９１１が十字パターンとなる。希望される場合、フィルター生産量を増加させ るために、多数の穴を開けることができる。穴７９１１の内径は、ファイバーバ ンドル／熱収縮管組織７９１２外径よりわずかに小さい．１４５”−．１５０” である。ファイバーバンドル・アセンブリ７９１２は、光干渉ばめでプレートの 穴７９１１の中に差し込まれる。外径にはある程度の変化性があるため、ファイ バーバンドル・アセンブリは、さまざまなサイズにされた穴に一致されるか、優 れた適合のために外面上でトリミングされるか、あるいはその両方を行うことが できる。ファイバーバンドル・アセンブリ７９１２をプレート７９１０の中に差 し込んだ後に、アセンブリ全体が清掃され、再検査される。第１に、それは、標 準グレードのアセトンで清掃され、最後に高純度アセトンで清掃される。理想的 には、残留汚濁物が重大な端面から吸い出されるように、管組織裏面に吸引設備 が配置される。アセンブリは、ファイバーのポリイミド・バッファからの水分を 運び去るために、数時間の間、１５０゜−１７５゜Ｆで加熱できる。ファイバー バンドル・アセンブリは、薄膜コーティングが塗布されるまで完全に乾燥した容 器の中に保管されなければならない。これらの水分削減ステップは要件ではない が、勧められる。 プレート工具仕上げ細工７９１０でのバンドル７９１２の向きは、バンドルの 内の２つが最大コンシステンシーを持つコーティング・チェンバーの線に沿って 位置合わせされることを規定する。そして、それ以外のバンドルはこの軸のどち らかの側に置かれる。このようにして、転位されたバンドルは、波長でわずかに シフトされる。プレートは、本明細書中に説明される、好まれるプロセスに従っ て、フィルター・コーティング・チェンバーの薄膜溶着用の工具仕上げ細工内に 配置され、保持される。 融合されたシリカ工具仕上げ細工プレートも、積極的に薄膜溶着プロセスをモ ニタするための手段を提供する。そして、工具仕上げ細工プレートの材料は、フ ァイバーの材料と同じであるので、熱特性は類似する。この要因が、工具仕上げ 細工プレート上の薄膜およびファイバー端面上での薄膜の間の偏差を最小限に抑 える。工具仕上げ細工プレートは、フィルター・コーティング・バッチの証拠物 かつ記録である。プレート全体を光学試験治具 で走査することにより、空間フィルター偏差の輪郭表記を迅速に確かめることが できる。このようにして、ファイバー上のフィルターの光学特性は、個々のファ イバー試験を行わなくても概算できる。これは、特に、領域変化性を示すフィル タリング・チェンバー／プロセスで貴重であることがわかる。それは、変化性が フィルタリング・プロセスに慎重に導入されたランでフィルターを格付けする上 でも有効である。試験治具は、広帯域光源付きのファイバー結合式分光計から成 り立っている。視準光学部品が、ソースファイバーに取り付けられる。視準され た出力はプレートを通される。分光器の収集ファイバーは、プレートの反対側の 受信機である。 ファイバーバンドル・アセンブリを分離する場合、縦の半減が開始されるよう に、熱収縮管組織が、最初にフィルタリングされていない端の約１／１６”のと ころで切り開かれる。これは、ファイバーに傷を付けないように注意し、剃刀の 歯を使って最もうまく実行される。やっとこまたはピンセットを用いてこの割れ 目の片側を同時に掴み、引っ張ることにより、割れ目は管組織を上方に移動し、 バンドルが刻み付けられず、無傷で飛び出す。それらはバナナを向くのに似てい る。バンドルは、そっと指で引っ張ることによって個々のファイバーに容易に分 離することができる。 最終的な適用のために高い信頼性が必要とされる場合、各ファイバーを個別に 試験することができる。この動作 の複雑さを最小限に抑えるため、光を拡散ソースからファイバーの中に結合する ことができる。理想的には、このソースは大きい平坦な面である。この種のソー スは、ファイバーのソース平面に関する位置の感度を最小化するため、試験複雑 度を最小限に抑える。大部分の波長の場合、適当なソースは、１つの共通した家 庭用フラッドライトをすりガラス・プレートの後ろに配置することにより容易に 構築できる。赤外フィルターの場合、赤外線灯が好まれる。 変種として、ファイバーに強化された取扱い保護が提供されるように、融合さ れたシリカ・プレートをさらに厚くすることができる。融合されたシリカ物質特 性は説明された特性を与えるが、それ以外の物質も容認される。代替物質は、量 が薄膜プロセスに関連するすべての変数のモデル化と安定化を保証する、大量製 造動作に好まれることがある。アルミニウム・プレートおよびＰＴＦＥプレート は両方とも試験で無事に利用されてきた。商品名ヴェスペルでデュポンによって 製造される重合体は、低い除気特性を備えると言われており、おそらく適してい るか、あるいは好まれることもある。ただし、その使用は、値段がひどく高い。 説明された工具仕上げ細工構成は、フィルターの角度を形成するファイバー端 面への適用も支援する。説明された方法論と歩調を合わせて作成されたファイバ ーバンドルは、希望される角度で研削され、研磨される。工具 仕上げ細工プレートは、その平坦な表面に関して任意の角度で穴が開けられる。 バンドルは、バンドル内のファイバーの端面が、工具仕上げ細工プレートの表面 と同平面となるように、ある角度に向けられた穴の中に差し込まれる。 高生産量のフィルタリング・ランの場合、適応構造がよく適している。この適 応構造では、さらに多数のファイバーが束ねられる。バンドルは、さまざまな取 付け具内で形成、保持できる。ただし、ＴＦＥフルオロポリマー熱収縮管組織が 好まれる。この重合体は非常に低い除気特性を備えるが、ファイバー上で穏やか である。仕上げられたファイバーバンドル・アセンブリの外径は、１／２”から １−１／２”である。 熱収縮管組織内に実装されるファイバーのバンドルは、容易に生産される。フ ァイバーは、最初に管理可能な長さに切断される。この長さは、要求される量に 応じて、数インチから数メートルまでの何かとなる場合がある。希望された数の ファイバーは、集合的に熱収縮管組織の中に差し込まれる。個々のファイバーの 挿入は、鋭い端面のためにファイバーが互いに傷つけ合う結果となる可能性があ るので、避けなければならない。管組織をファイバーで充填した後、ファイバー バンドル・アセンブリは、管組織が収縮するように加熱される。この操作中、（ ファイバーがポリイミド・バッファでコーティングされる種類であるならば）フ ァイバーは一時的にいっしょに固 着する。次に、ファイバーバンドル・アセンブリは希望される長さのセグメント に切り取られる。最良の方法は、細かいグリットの焼結されたダイヤモンドの高 速鋸を使用することによる。各ファイバーバンドル・アセンブリは、好ましくは 両端で細かい仕上げまで研削、研磨される。 この大きなバンドルは、フィルタリング・チェンバー内の工具仕上げ細工内で 保持される。ファイバーバンドル・アセンブリの両端が薄膜フィルター溶着の前 に研削、研磨される場合、フィルタリングされたファイバーは、バンドルが無傷 である内に格付けまたは検証することができる。仕上げられたフィルタリング済 みファイバー・バンドル・アセンブリは、分光器のソース・ファイバーと収集フ ァイバーの間で通される。視準された光学部品は必要とされない。光は、直接的 に、ファイバーバンドル・アセンブリ内のファイバーの中に、およびファイバー の中からファイバー結合される。ファイバーバンドル・アセンブリは、各ファイ バーが別個に検査できるようにｘ−ｙポジショナーで移動される。分光器結合さ れたファイバーは、個々のファイバーが試験のために容易に分離できるように、 直径で、バンドルファイバーに類似しているか、あるいバンドルファイバーより 小さくなくてはならない。 別の工具仕上げ細工オプションとして、薄いＰＴＦＥプレート（約１／８”の 厚さ）に穴が開けられ、穴はファイ バーの外径よりわずかに小さい。少なくとも一方の端面が研磨されたファイバー は、干渉ばめがそれらを適所に保持するように、これらの穴を通して個々に差し 込まれる。プレートは、背面の研磨されていない突出する端が保護されるように 、小さいアルミニウム・ボックス上に取り付けられる。研磨されたファイバー端 面は、その表面がプレートの外部フィルター・コーティング平面と同じ高さにな るように取り付けられる。特別の保護のために希望される場合には、ＰＴＦＥプ レートの穴と位置的に一致された穴のある薄いアルミニウム・プレートが、ＰＴ ＦＥプレートの上部に固定できる。アルミニウム・プレートの穴は、ファイバー 直径よりわずかに大きい。ファイバーは、ファイバー端面がアルミニウム・プレ ートの外面と同じ高さになるように、ＴＦＥプレート内のきつい穴によりしっか りと保持され、アルミニウム・プレート内のさらに大きな穴を通って上方に突き 出す。 説明された工具仕上げ細工オプションは、複雑な輪郭のファイバー端面の薄膜 コーティングも支援する。図８０を参照すると、これらの端面の重要な部分集合 は、円錐形をした端面８０５４のあるファイバー８０４５である。この変種の場 合、ファイバーは、円錐輪郭８０５４を作り出すために個々に研削、研磨される 。この操作に続いて、ファイバー端が平面に沿って互いと位置合わせされたバン ドルが形成される。フィルター８０５０は、円錐面８０５４上で適用される。こ の円錐フィルター法 は、（フィルターの通過スペクトル領域および拒絶スペクトル領域の両方内で） フィルターから反射された８０６０、８０６２光をバックプロパゲーションしな いように、フィルタリングされたファイバー８０４５を作成する上で特に有効で ある。このフィルター構成は、ファイバーの軸がファイバーの機械軸と本質的に 一致したままとなるという点で、平面のある角度で向けられたフィルタリング済 みの端面に優る優位点を提供する。単一モード・ファイバーでは、コアは典型的 に約４ミクロンである。このようにして、円錐輪郭全体でのコーティング平面に 関するアクティブ・コア領域の高さの変化は小さい。したがって、円錐形状基板 と溶着ソースの間の距離偏差のためのフィルター・スペクトル特性に対する影響 は管理可能である。 反射を制御するため、（ファイバーの機械軸に垂直な）円錐の底と円錐の外面 （斜辺）の間の角度βは、０゜と２０゜の間である。多モード・ファイバー内で バックプロパゲーションされる反射を大幅に削減するためには、角度は、伝搬の 持続のためにファイバーの角度を形成する限度より大きくなくてはならない。こ の値を超えて円錐角度を増加することにより、伝搬はさらに削減される。最適角 度は、伝搬の母集団角度（ファイバーは、詰められすぎているか、詰め方が足り ないことがある）、クラッドでの伝搬モード、およびクラッドの後方反射された 光を伝搬する蛍光を含む複数の要因に依存する。使用パラメ ータに基づく実験法が、最適化の好まれる方法である。それにも関わらず、述べ られた値の１−１／２倍が実験のための優れた開始点である。設計に影響を与え るそれ以外の要因は、フィルターの光出口側の希望される光パターン、およびフ ィルター表面に関して光入射角度に関連するスペクトルのシフトを含む。単一モ ード・ファイバーの場合、４゜は、フィルター反射のバックプロパゲーションを 大幅に削減する。８゜の場合も、削減はさらに大きい。 フィルタリングされた円錐形をした端面８０５４は、フィルタリングされた光 がファイバーの間で伝わるように、別のファイバー端面８０６４を背にして配置 できる。ファイバー端面の間の空隙領域をエポキシ樹脂８０５２のような率整合 ゲルまたは率制御物質で充填することにより、整形された表面の屈折効果が制御 される。このようにして、フィルター反射される光のバックプロパゲーションは 制御されるが、円錐表面の屈折影響は克服されるか、制御される。同様に、フィ ルタリングされた円錐はカプセル化できる。つまりカプセル材料の外面は、平坦 で斜各が付けられた面あるいはその他の面に整形される。 フィルタリングされた円錐形をした端面８０５４は、入射光の方向に関係なく 、反射された光のバックプロパゲーションを制御する。フィルタリングされた円 錐の内面に入射する光８０７０のために後方反射された光８０ ６０は、ファイバーの角度を形成する伝搬機能の外で向けられる。同様に、フィ ルタリングされた円錐の外面に入射する光８０７２のために後方反射された光８ ０６２は、ファイバーの角度を形成する伝搬機能の外で向けられる。 フィルター設計 フィルターの物理的な実現（膜層の数、膜層の厚さなど）は、薄膜設計最適化 ソフトウェアを用いて容易に生成できる。入ってくる／出て行く光の角度に対す る依存性はよく理解されているパラメータである。設計プロセスでの主要な変数 は、波長阻止および伝達特性である。光ファイバーをベースにしたレーザー・ラ マン分光法用のフィルター設計プロセスは、説明を正当化する。 レーザー送達ファイバーの場合、フィルターの目的とは、光を調査媒質に送達 し、分析上重要な波長での外来のファイバーで生じる光を最小にすることである 。レーザー線からの波長シフトは、典型的には波数（ｃｍ−１）で測定される。 分析上重要な波数は、用途に依存している。ストークス（赤）シフトは、反スト ークス（青）シフトに関するその強度のためにより頻繁に活用される。指紋領域 （４００ｃｍ−１から１８００ｃｍ−１）は、大いに重要である。ただし、４０ ０ｃｍ−１を下回る領域は、ある種の用途には重大である。必要とされる遮断は 、調査媒質の状態、プローブ構成、希望される信号 の相関的な強度（その濃度を考慮した解析のラマン散乱の強度）、および構成の ファイバー物質と長さに依存する。一般的には、重要な波長の近くで遮断が高い ほど、より優れている。レーザー線への遮断が近いほど、より優れている。レー ザー線の伝達が多いほど、より優れている。ストークスシフト分析の場合、低域 フィルターが容認できる。帯域フィルターは、ストークス分析および反ストーク ス分析を容易にする。ファイバーで生じた干渉は、ファイバーを溢れんばかりに 満たすため、一次レーザー光より多様で垂直ではない角度でフィルターに入射す る。さらに低い開口数で単一モードのファイバーは、さらに少ない干渉を導波し 、より垂直にレーザー光をフィルターに送達する。 これらの原則と歩調を合わせ、収集ファイバーは、戻るレーザー光が遮断され ないようにノッチ・フィルターでフィルタリングされる。遮断が高いほど性能は 向上する。弾性的な散乱プロセスのために調査媒質からノッチ・フィルターの中 に戻るレーザー光の入射角度は、典型的には、帯域フィルター上での出て行くレ ーザー光の入射角度より垂直ではない。フィルターが、ファイバーの通常の角度 伝搬限度に基づいて角度を形成する入射のために設計される場合、この要因はフ ィルターを通り抜ける入ってくる光につながる。ただし、この角度が外れた光は 、重要なレベルのファイバー干渉を生じさせる前に、ほとんどファイバー側壁を 通って逃れる。 ファイバー結合 以下の新規の光ファイバー結合技法は、フィルタリングされたファイバー・セ グメントを別のファイバー（または円筒形をした光学要素）セグメントに接合す るために使用できる。ただし、これらの技法は、光ファイバーの一般的な結合に も応用できる。光ファイバーを精密位置合わせ用の安価な構成部品と接合する基 本的な問題、および最小サイズが扱われる。 ファイバー・セグメントは、分割スリーブによってファイバーの外径よりわず かに小さい内径で接合できる。ファイバー・セグメントは、ファイバー・セグメ ント端が差し込まれ、互いに対し接合される薄い毛細管によって接合できる。こ のアプローチに関連する課題は、精密ファイバー位置合わせを実現するほど十分 に細かい公差の管組織を経済的に製作することである。課題は、管組織壁厚が、 きわめて薄いか軽量であるか、あるいはその両方でなければならないという追加 制約を加えることによって増大する。医療、軍事、およびエビオニクス計装備の ような多数の用途には、これらは重大なパラメータである。 説明された制約を満たすために、非従来型金属加工プロセスが利用できる。結 合器は、寸法を修正するために化学的に機械加工される。 ファイバーは、金属溶着心棒として活用できる。ファ イバーは、銀または類似した導電性の物質でコーティングされる。このコーティ ングは、電解被覆で塗布される。 銀の用途の場合、以下の手順が適している。銀色にする化学物質は、コネチカ ット、ウッドブリッジのリリー産業から入手できる。ＭＳ−４００およびＭＡ− ３００という２つの溶液が必要とされる。製造メーカーの文献によると、ＭＳ− ４００は２６．６％の銀ジアミン錯体、１３％の水酸化アンモニウム、および６ ０．４％の水の溶液である。製造メーカーの文献によると、ＭＡ−３００は、１ ５％の水酸化ナトリウム、２％−１０％の水酸化アンモニウム、７５％の水、お よび企業秘密の化学物質の溶液である。ＭＳ−４００溶液は、１対純水３０の割 合で希釈される。ＭＡ−３００溶液も同様に希釈される。溶液は、槽内でファイ バーといっしょに混合される。銀膜が希望の厚さに形成された後、ファイバーが 槽から取り除かれ、濯がれる。類似した化学物質は、多くの供給業者の電解メッ キ業で入手可能である。多数の類似した用途方法が活用できる。銀の溶液および 還元剤は、仕掛品の上でのスプレイで結合される。 金属は、電気めっき（電気分解）を通してファイバーの銀被膜上で溶着される 。ニッケルは、この放電成形プロセスの好まれる溶着金属である。ニッケルが適 当な厚さ（前記の４００−ミクロン・ファイバーの場合、約．００１”の壁厚） に到達すると、部品は溶着プロセスから取り除かれる。アセンブリは、ファイバ ー・バッファが劣化 するまで加熱され、ファイバーが取り外される。代わりに、それは化学的な腐食 により取り外すこともできる。 スリーブは、銀も除去する酸で清掃される。銀の除去の後に酸をスリーブを通し て流すことにより、その内径は化学的な機械加工プロセスを通して寸法が大きく なる。銀の除去により、スリーブの内径が大きくなる。この係数は、ファイバー 結合手順の間でのファイバーのスリーブへの挿入を助長するほど十分な隙間を作 り出すために活用できる。 希望される場合、スリーブは、電解メッキ手順で完全に作り出すことができる 。プラチナをベースにした金属またはそれ以外の高い強度の金属が活用される場 合、極端に薄いスリーブを製作することができる。プラチナを使用する場合、裸 の緩衝されていないファイバーを心棒として利用できる。プラチナは高温に耐え るので、プラチナでコーティングされたファイバーは、ガラスがスリーブから溶 け出すほど十分な温度まで加熱できる。 光ファイバーを放電成形する心棒として使用すると、短いランの製作という優 位点が提供される。ファイバー費用を削減するために、低い等級のガラスが、フ ァイバー内で高純度物質の代わりに代用できる。大量生産では、銅または黄銅の ワイヤを活用できる。ただし、ワイヤの直径を精密に制御するためには、専門設 備をセットアップしなければならない。言うまでもなく、電気メッキは、導電性 ワイヤの上で直接達成することができる。したが って、ワイヤはニッケルが本質的には受け付けない化学物質ですぐに侵食される 。 ファイバー挿入をさらによく促進する場合、スリーブの端は、端が正しい直径 まで先細るように、外に向かってフランジが付けられる。これは、希望の形状を 有する心棒上で放電成形することにより達成される場合がある。代わりに、まっ すぐなスリーブが、各端で外に向かってスウェージングされることもある。同様 に、スリーブは、各端で化学的に機械加工されるか、あるいは放電機械加工（Ｅ ＤＭ）で開くことができる。 一般的には、スリーブが長いほど、低損失結合に必要とされる適合の精度は低 くなる。 関係する手順では、セラミック物質がスリーブを形成するために活用される。 セラミックスは光ファイバー心棒の回りに詰められる。セラミック物質を硬化し た後、ファイバーは、熱または化学的な腐食、あるいはその両方により取り外さ れる。 ファイバー・セグメントを結合スリーブ内に差し込むと、光学整合ゲルまたは 光学的に透明なエポキシ樹脂／セメントが、結合効率を高めるために使用できる 。低光分光法用途の場合、これらの物質で注意が払われ、試験が行われなければ ならない。いくつかの物質は蛍光を発するか、希望される測定と干渉する強いラ マン信号を有する。 結合を形成するために単にスリーブにファイバーを結 合することに加えて、スリーブはファイバーの回りでスウェージングすることが できる。これは、エポキシ樹脂を使用する、あるいは使用しない接続に活用でき る。精密スウェージングにより、ファイバー位置合わせを増加することができる 。したがって、結合効率が高められる。 フィルタリングされたファイバー・セグメントを別のファイバーに接合する別 の方法として、セグメントを融合スプライスと接合することができる。この方法 は、典型的には、接合する面を極端な温度にさらす。したがって、融合スプライ ス方法は、フィルターが、光ファイバー・アセンブリの遠位端で活用される場合 に効果的となる可能性がある。 例えば、短いファイバー・セグメントが高性能フィルターでコーティングされ る。セグメントのフィルタリングされていない端は、さらに長いファイバー・セ グメントに接合される。アセンブリは、医療用途での光センサー検知に活用され 、医療上の使用のたびに廃棄される。 特別なケース 述べられたように、光ファイバーを結合する説明された方法は、一般的な光フ ァイバーに適用できる。それにも関わらず、方法は、光ファイバーのフィルタリ ングに関連する問題点を解決する上で特に有効である。これらのフィルタリング 用途は、光ファイバー端面での薄膜の溶着にも、ラマン分光法用途でのフィルタ リング済みフ ァイバーにも制限されない。 融合された光ファイバーのバンドルは、フィルターで直接的にコーティングで きる。これは、ラマン効果および蛍光のような非弾性的な光プロセスを必要とす るイメージング用途にとって特に貴重である。被写体は、光ファイバーまたはそ の他のソースを介して照明される。フィルターは、バンドルにより収集からのソ ース光を拒絶し、重要な分析波長での光を通過させる。 フィルター層のわずかな部分が、結合器内で合わせ光ファイバー端面のそれぞ れに適用できる。ファイバーのフィルタリングされたセグメントは、ブラッグ・ フィルターを用いてフィルタリングされる。 高い／低い屈折率物質の交互に現れる層を含む従来の薄膜干渉フィルターとは 対照的に、しわのあるフィルターを直接的にファイバーに適用することができる 。本明細書中で説明された方法はバッチあたりの高いフィルター生産量を出すの で、それらは、しわのあるフィルター・バッチ・ランの費用が非常に高いため、 しわのあるフィルターには特に有効である。したがって、変化性は、多数の密に 波長の間隔が開けられたフィルターが単独のフィルター・ランで生産できるよう に容易に導入される。 端面にフィルターを直接適用するより好まれないが、結合法はフィルタリング されたウェハの活用を支援する。フィルターは、２つの端面の間で結合内に置か れるウェ ハの上に適用されることがある。ウェハは、組立前にファイバー端面の内の１つ に取り付けられるか、あるいは別個のユニットとして単に差し込まれる。 光ファイバーの端セグメントは、アセンブリが厳しい環境に対し強くなるよう に、サファイアから形成されることがある。サファイア・ロッドは、非晶質テフ ロンがサファイアにクラッドを作り出すように、非晶質テフロン（デュポン商品 名テフロンＡＦ）でコーティングされる。サファイア・ファイバーを製作するこ の新規の方法は、短いサファイア・ファイバー・セグメントを製作するのに特に よく適している。ファイバーは、極端な環境に適しているだけではなく、非常に 高い開口数およびシリカ・ファイバーより長い波長での伝達能力を有する。した がって、サファイア・セグメントの長さを最小限に抑えることにより、サファイ アの否定的な特性（複屈折、高いラマン・シグネチャ、高価で不十分な柔軟性、 およびその他）の影響は最小化される。フルオロポリマーの否定的な影響（異な る熱膨張、近赤外減衰およびラマン・シグネチャ）も同様に最小化される。非晶 質テフロンは、１．２９と１．３１という屈折率形成で使用することができる。 サファイアの屈折率は１．７７である。これは、両方の形成の、１より大きい（ コアとクラッドの屈折率の二乗の間の差異の平方根として計算される）開口数に つながる。短い距離の場合、サファイア・ロッド（クラッドされていないサファ イア・ファイバー）は、重合体 が溶かされた溶剤の槽に浸漬される。非晶質テフロンは、この形で製造メーカー から入手できる。浸漬の代わりに、ロッドは、時計の針のように円の中で回され る。それは高い回転で回される。溶剤／重合体の混合物は、回転の中心にあるフ ァイバーの端に塗布される。回転は、均一な被膜が塗布されるように、流体をフ ァイバー・セグメントを下方に押し流す。適用方法には関係なく、ファイバーは 乾燥され、溶剤は製造メーカーの一般的な加工指示に従って運び去られる。大量 生産用途の場合、溶融重合体がサファイア・ファイバー上で押し出されることが ある。 図８１は、波長ごとに信号を分離し、現在の教示に従って製作されるフィルタ ーを活用して容易に製作できるファイバー・デバイス８１００を図解する。この デバイスは、波長が分離された信号を１つのファイバーの中に結合するために等 しく有効である。短いフィルタリング済みファイバー・セグメント８１８６は、 透き通ったガラス毛細管８１８４の中で積み重ねられる。ファイバーの端面はあ る角度に向けられる−−４５゜が好まれる。各短いファイバー・セグメント８１ ８６上での１つの端面は、高域フィルター、低域フィルター、またたはノッチ・ フィルター８１８８でフィルタリングされる。各フィルターは、信号の間での波 長の分離に従い、波長でわずかに分けられる。波長分離は、本明細書中で教示さ れるフィルタリング・プロセスに変化性を導入する方法に より生じさせることができる。説明されるように、ファイバーは端面表面が互い に合うように、互いに端から端で積み重ねられる。フィルター層のわずかな部分 が合わせ端面表面のそれぞれに適用できる。 等しい合わせ角度を有する合わせ端面の代わりに、ファイバー・セグメントの 一方の端がある角度で向けられ、他方の端が合わない（それは平坦であるか、あ るいはより少ない角度を有する）。ファイバー・セグメントの間の隙間は、光学 的に透明なエポキシ樹脂または率整合ゲルのような透明な物質で満たされる。 性能の付加のために、フィルタリングされた端面は、反射された光８１９２が 焦点が合うように、（例えば、軸から外れた放物面に）整形される。アセンブリ は、一次伝達光ファイバー８１８０に接合される。ファイバーは、短いファイバ ー・セグメント８１８６より直径が小さくなり、角度を形成する間隔はスリーブ で満たされる。例証には描かれていないこの適応構造は、端面が集光のために整 形される場合にさらに優れた性能を助長する。一次光ファイバー８１８０コア８ １９２から放出される光８１９０は、第１フィルター８１８８に入射する。この フィルターは、高域、低域または希望される波長光８１９２を拒絶する帯域消去 である。この光は、毛細管８１８４を通して外に向けられる。残りの光はフィル ターを通して伝達され、次に希望される波長などを残りのフィルターで同様に拒 絶する次のフィルターに入射する。毛細 管８４の側壁は、毛細管の円筒側壁を通る光伝達の屈折効果が最小限に抑えられ るように、平坦に研磨されるか、透き通った物質の中でカプセル化できる。代わ りに、光は、１つのデバイス、つまり円筒光学部品により整形されるパターンの 光を優先的に受け入れる光学部品のアセンブリの中に結合できる。デバイスは、 波長の分離された光を結合するものとして、または描かれた構成内でのようにこ のような光を分離するものとして、容易に構築することができる。デバイスは、 波長が分離された信号の比較を必要とする検知用途に有効である。それは、波長 分割多重および関係するデータ伝送用途にも有効である。 図８２および図８３は、その光ファイバーが、プローブの遠位先端を越えた任 意の距離で交差する機械軸および光学軸を有するプローブを描く。図８２は、フ ァイバー８２０２、８２０３のリングにより取り囲まれる中心ファイバー８２０ １のあるプローブ８２００の断面図である。レーザー分光法の場合、中心ファイ バー８２０５は、レーザーの完全エネルギー出力が容易に単一ファイバーの中に 結合されるので、光を送達するためにもっともよく活用される。焦点がさらに外 れたランプを活用する分光法の場合、さらに優れた総体的な性能は、典型的には 、リング・ファイバー１０２、１０３をソースに結合することにより達成される 。フィルターは、ファイバーで生じる光からの干渉が最小限に抑えられるように 、 ファイバーの遠位端面に適用された。レーザー分光法の場合、中心ファイバー・ フィルター８２０４は、少なくとも分析上重要なスペクトル領域内の干渉を遮断 し、レーザー光を通過させる。リング・ファイバー・フィルター８２０６、８２ ０８は、レーザー光を遮断し、分析上重要なスペクトル領域で光を通過させる。 図８３は、２本のファイバー８３２０、８３２２を使用する類似したプローブ ８３００の断面図である。この図は、米国特許第４，５７３，７６１号でＭｃＬ ａｃｈｌａｎらにより教示されるものに比較された、技術の重要な前進を図解す る。第１に、ファイバー８３２０、８３２２は、その遠位端面で、前述されるよ うにフィルタリングされる。第２に、ファイバーの端面は、プローブ先端が平坦 な表面で仕上げられるように、ファイバー８３２０、８３２２の一部８３２８、 ８３３０を取り外すことにより平らにされた。この前進は、複数の重要な役割を 果たす。ファイバー・コアの屈折率より低い屈折率の用途媒質では、有利な屈折 効果が、ファイバー８３２０、８３２２の送達光学軸および収集光学軸上で作り 出される。光学軸８３３２、８３３４は、そうではない場合プローブからある程 度の距離離れたところで交差するが、それらはさらに集束する位置８３３６、８ ３３８への屈折のために曲げられる。この前進の別の利点とは、ファイバーがよ り堅牢であり、より損傷を受けなくなるという点である。したがって、複雑なウ ィンドウ・アセンブ リに対するニーズは、補助的な保護を必要とする環境だけに削減される（前述さ れたように、ファイバー端部品セグメントは、極端な堅牢さが達成されるように 、一次ファイバーに結合されるサファイア・ファイバーから形成できる。この前 進の別の利点とは、ファイバーの遠位端面表面に入射するソース光の後方反射が バックプロパゲーションできないという点である。さらに別の利点とは、ある角 度に向けられたフィルタリングであり、フィルター反射された光のバックプロパ ゲーションを妨げる。 図８３では、軸８３２５は、プローブの端面により限定される平面に垂直であ る。ファイバー８３２０、８３２２は、垂直軸８３２５から角度を形成してφ１ 、φ２相殺される。２つの角度φ１、φ２は、必ずしも互いに等しくなる必要は ない。プローブが、平坦な表面をモニタするか、またはウィンドウを通して投射 するかのどちらかのために活用される場合、正反射性の反射が排除されるように 、これらの角度を操作することができる。同様に、角度φ１、φ２は等しく、プ ローブ全体が、軸８３２５がこの面に垂直にならないように、分析面／ウィンド ウに関して傾けられる。 図面で強調されていないが、フィルターは、図８２および図８３の例証に類似 して構成されたプローブの端面から取り外すことができる。本明細書および関連 特許明細書中に説明される教示と調子を合わせて、フィルターは、遠位先端近く で、結合の内側で移動することができ る。 プローブの１つのクラスが、本質的には互いに、および中心ファイバーに平行 であるファイバーのリングにより取り囲まれる平坦な端面のある（故意に誘発さ れた屈折効果のない）光ファイバーを活用する。リング・ファイバーの端面は、 すべてのファイバーの光学軸が集束するように輪郭が付けられる。フィルターは 、光学性能が高められるように、中心ファイバーの端面に直接適用される。 2本または３本以上のファイバーが、ファイバー端面に直接適用されるフィル ターで、１つのグループとして配置されることがある。1本または複数のファイ バーが光を送達するために活用され、それに応じてフィルタリングされる。高性 能が必要とされない場合は、送達ファイバー・フィルタリングまたは収集ファイ バー・フィルタリングのどちらかが排除されることがある。ファイバーバンドル は、送達ファイバーおよび収集ファイバーの光学軸を、それらが、要素を活用さ せなかった以上に重複するように向け直す光学要素を背にして配置される。この 要素とは、以下のような任意の要素である場合がある。１）グラジエントインデ ックス構成要素、２）レンズ、ボール・レンズ、球体、またはその他の屈折構成 要素、３）凹面鏡、４）内部に反射する放物面、５）その内部に反射する表面に 輪郭のあるプリズム、６）回折光学要素、７）導波管、８）光管、９）部分的に または完全に 導波する、その中にサンプルが配置される中空管。管は、多くのフルオロポリマ ー（テフロンＡＦが最良である、デュポンのテフロン・ファミリーなど）のよう な低屈折率物質から作られるのが好ましい。空気のような固体、いわゆる凍結煙 も有利に活用できる、１０）ホワイト・セルやハリオット・セルのような多通過 セル、１１）屈折影響と反射影響を結合する複雑な要素、１２）ホログラフィー ・ビーム・シェーパー、１３）軸が外れた放物面、または１４）非イメージング 光学要素。同様に、要素は、ファイバーの光学軸を、それらを大幅に集束に向け 直すことなく、ただ向け直すだけである。これらの要素の例は、鏡、プリズム、 およびある種のグラジエントインデックス光学要素を含む。 コンフォーカル・プローブ用の改善された収集光学部品およびフィルタリング光 学部品 カラバ（Ｃａｒｒａｂｂａ）ら、米国特許第５，１１２，１２７号、およびＯ ｗｅｎら、米国特許第５，３７７，００４号により説明される種類のコンフォー カル・プローブの場合、ソース・ファイバーの像は、調査媒質上にまたは調査媒 質内に投射される。このファイバーを出る光ビームは拡大されてから、媒質の中 に焦点を合わせ直される。収集ファイバーは、その視野が本質的にはソース・フ ァイバーの焦点と同じ焦点に合わせ直されるように、同様に同じ光学軸に沿って イメージングし直される。 従来の技術のデバイスはイメージング光学部品を取り入れるが、それらは非イメ ージング光学部品を活用することがある。したがって、イメージングする、再イ メージングする、焦点を合わせる、焦点を合わせる、および集中するという用語 は、本明細書中、ばらばらに使用される。 これらのデバイスおよび類似したデバイスの一般的な構成に関連した１つの欠 点とは、焦点から発生する反追うを強めることができないという点である。より 大きいファイバーおよびファイバーのバンドルは収集ファイバーとして活用でき るが、このアプローチは必ずしも効果的ではない。有効性の欠如はより大きなフ ァイバー／ファイバーバンドルの焦点が、ソース・ビームの焦点の回りでイメー ジングされ直される方法のせいである。つまり、像の大部分は、重大な焦平面で 互いを見失ってしまう。それにも関わらず、フィアバー／ファイバーバンドルの サイズを大きくした結果達成される感度の上昇は、部分的には、媒質の光伝達特 性（微粒子散乱およびその他の要因）に関係する。 性能の向上は、収集ファイバー／ファイバーバンドルの端面を整形することに より達成できる。中心部分は、この領域の像がソース・ビーム焦点と一致する焦 点に投射されるように、もっともよく平坦なままとなる。収集ファイバー／ファ イバーバンドルの取り囲む領域は、光操作のために最もよく適応される。この操 作は、屈折ま たは内部反射のどちらかにより作り出される。内部反射は、本明細書中に説明さ れる教示により容易に達成される。屈折は、屈折綿を作り出すためにファイバー の端面を整形することにより容易に作り出される。プローブの特殊な光学構成、 媒質の特性、および用途パラメータに基づき、希望される効果は、光線トレーシ ングまたは光学設計ソフトウェア、あるいはその両方で最適化できる。単独の中 央ファイバーを取り囲むファイバーのリングから成り立っているファイバーバン ドルの場合、リング・ファイバーは、屈折角度で斜角を付けることができる。屈 折角度は、典型的には、（斜角または円錐の底と斜辺の間で測定される）５゜と ３０゜の間である。同様に、大きな単独ファイバーは、屈折円錐台に形成するこ とができる。内部反射は、大きな単独ファイバーに円錐台を適用することにより 活用できる（側壁は内部に反射する）。錐台の平坦な領域は、機能拡張されてい ないプローブに使用されるのとほぼ同じ直径でなければならない。同様に、バン ドル・アプローチは、リング・ファイバーに、中心ファイバーの側壁を通して、 および中心ファイバーの端面を通して強制的に見させることにより活用できる。 利用される方法の選択は、機能拡張が適用されるプローブの集光能力に関係す る。例えば、ファイバー／ファイバーバンドルの機能拡張された領域が精力的に 向け直されすぎると、その視野は集光光学部品を見失い、単に光学ハウジングを 見るだけになる−−これは効果的では ない。 貴重である別の方法とは、ファイバーが、その光学軸および機械軸が共線的で はなく、集束的であるように配置される収集バンドルを活用することである。こ れは、2本または３本以上のファイバーで達成される。好まれるアプローチでは 、中心ファイバーは、1本、2本、または３本以上のファイバーのリングで取り囲 まれる。リング・ファイバーは、それらの（その）機械／光学軸が集束し、中心 ファイバーの軸と交差するようにわずかに中に傾けられる。 改善されたフィルタリング 本明細書中に説明される教示に従ってフィルタリングされるファイバーは、コ ンフォーカル・プローブの重要な性能、縮小、費用、および堅牢さの改善策を提 供する。ファイバーは、送達ファイバーまたは収集ファイバー、あるいはその両 方をフィルタリングするために活用できる。それらは、また、収集および送達の 光学軸を結合する双方向のある角度に向けられるフィルターに活用できる。 増幅される反応 １つの共通した軸に沿って光を送達し、収集することに関する前述の項は、光 −物質相互作用に対する分析上の感度を大幅に増加する導波されるセルを製作す る方法 を説明する。このセルは、特に、現在の教示に従ってフィルタリングされる光フ ァイバー界面に特によく適している。ただし、その有用性は確かにこれらの界面 に限られていない。 図８４は、ある流体の伝達（吸収）分析のために構成された導波されたセル８ ４００を描く。セルは、管８４６４の内面がデュポンによって商品名テフロンＡ Ｆで販売され、つまりより一般的には非晶質テフロンとして知られる物質から作 られるように形成される。十分に高い屈折率の流体の場合、他の物質が容認でき る。これらは、商品名テフロンＦＥＰ、テフロンＰＦＡ、およびより好ましくな いがテフロンＴＦＥおよびテフゼルでデュポンにより販売されるフルオロポリマ ーを含む。管８４６４の一方の端にはソース・ファイバー８４５０がある。管８ ４６４の他方の端には、収集ファイバー８４５２がある。管の一方の端にある入 口ポート８４５８は、流体８４５４を管８４６４に送達する。流体８４５６は、 管８４６４の他方の端にある出口ポート８４６０を通して管８４６４を出る。光 ８４６２は、管８４６４を下って導波されるのに従って、管内の流体と相互作用 する。スペクトル的に受光された光を送達された光と比較することにより、流体 の伝達特性は、容易に確かめられる。この比較を行うある方法が、一次測定を行 う前または後に、セルを基準物質で満たすことである。別の方法とは、ソース光 の一部を検出器に逸らすことである。 セルは、ラマン効果および他の弱い非弾性反応に基づく分析用に使用すること もできる。レーザー光をソース・ファイバー８４５０を通して送達することによ り、（ラマン分散のような）非弾性的な光−物質相互作用は、一次レーザー光と ともに導波される。本明細書中に説明される教示と調子を合わせて、フィルター をソース・ファイバー８４５０の端面に適用することにより、レーザー光の純度 が高められる。さらに、サンプルから放射し、管８４６４の導波能力により捕捉 され、ソース・ファイバー８４５０に向かってバックプロパゲーションする非弾 性的な光は、収集ファイバー８４５２に向かって、フィルターによって反射され る。本明細書中に説明される教示に従って、フィルターを収集ファイバー８４５ ２の端面に適用することにより、レーザー光は反射して戻され、非弾性的な光は 、検出器への伝搬送のために収集ファイバー８４５２の中に通ることを許される 。 収集ファイバーのフィルターの非弾性的な光のわずかな部分が伝達され、残り が後方反射されるスペクトル特性を選択することによって、それから共振空洞が 非弾性的な光に作り出される。 ブラッグ・フィルタリング済みの単一モード・ファイバーのソース・ファイバ ー８４５０としての活用は、性能の上昇を提供できる。伝達光学経路で光学アイ ソレータを使用することにより、レーザーに再び入る光を最小限に抑えることが できる。 また、セルの収集端（一次収集ファイバー・フィルターの前または後）にある 角度に向けられたフィルターを配置することにより、レーザー光は、複数の横向 きの反射から、およびレーザーの中へのバックプロパゲーションからも排除され る。これを達成するために、ある角度に向けられたフィルターは、非弾性的な光 を通過させ、レーザー光がセルの外側に逸らされるように任意の角度でレーザー 光を反射する。 弱い非弾性的な光−物質相互作用の分析での単純な操作のために、1本または 複数の、好ましくはフィルタリングされたソース・ファイバー、および１本また は複数の、好ましくはフィルタリングされた収集ファイバーのバンドルが、サン プルで満たされる導波済み管に接合できる。 非晶質テフロン管は、水をベースにした媒質に関して有利な屈折率を示すので 、導波されたセルを生産するためによく適している。ただし、別の技法も有効で ある。液体は、その屈折率を上げる物質を加えられる。例えば、塩化ナトリウム の水性ベースの溶液への添加は、塩が溶解するに従って、溶液の屈折率を上げる 。本質的には、分析媒質は、光ファイバーで使用されるガラスのドーピングに類 似した−−屈折率改変混合剤でドーピングされる。弱い非弾性的な光−物質相互 作用を示す混合剤が選択される場合、混合剤の反応は、検体（analyte）からの 非弾性的な反応との比較のための分析基準として使用できる。 図８５は、光ファイバーなしの使用に構成される実施例を図解する。この構成 は、ファイバー結合デバイスと比較される場合、ファイバー材料との光の相互作 用により生じる信号から干渉がないという点で優位点を提供する。ファイバーが ない場合、フィルタリング要件は簡略化される。導波管８５７４は、フィルタリ ングされた端部品８５８０でふさがれる。フィルター８５７８は、レーザー光８ ５７０の伝達を、この光が管８５７４に入り、調査媒質８５７６と相互作用する ように可能にする。フィルター８５７８は、非弾性的な光８５７２を拒絶し、そ れ以降の処理および分析のためにそれを向ける。 導波管８５７４の反対側の端は、非弾性的な光を反射し、レーザー光を吸収す る光トラップを備えることがある。適当な光トラップは、レーザー光を通過させ 、波長シフトされた光を透明なプラグ８５８６の中に反射するフィルター８５８ ４を適用することにより作り出される。プラグ８５８６の外面は、炭素膜のよう な光吸収物質８５８２でコーティングされる。代わりに、プラグ８５８６は、（ 希望される反射が不注意に妨げられないように）外部端に加えられるのが好まし い光吸収物質を含む。 非ファイバー結合構成は、一般的な実験室分析および特に血漿血液化学物質の 分析によく適している。 レーザービームは小さな直径に容易に狭められる。この属性は、非弾性的な光 −物質相互作用の分析用の導波されたセルの非ファイバー結合構成での利点に利 用でき る。図８６は、この属性を活用するセルを描く。レーザービーム８６００は拡大 されたビーム、セル８６１０の光受入れ／送達パターン８６１２に入る。それは 、鏡８６０２によってセル８６１０の中に反射される。セル８６１０から現れる 光（レーザー線および非弾性的）は、拡張されたビーム光学部品８６０６と視準 され、フィルタリングされる。フィルター８６０４が、波長がシフトされた光の 一部を通過させ、レーザー光をセル８６１０の中に反射して戻すことが好ましい 。レーザー線８６１４用の光トラップが、レーザー光がセル内で共振する程度を 制御する。 同様に、セルは、高い開口数となるように構成できる。したがって、セルは、 拡張されたビーム構成部品の角度を形成する限度を超えて光を受け入れることが できる。したがって、レーザービームは、拡張されたビーム光学部品の側面に沿 って、およびわずかに大きな角度で、セルの中に導入できる。 図８７は、遠隔地での化学物質の低濃度分析用の導波されたセルを取り入れる プローブ・アセンブリ８７００の概略表記を描く。プローブは、地下水などの環 境条件の正常所在での分析によく適している。プローブ・ハウジング８７１８は 、最小の空間状態での配置を促すために簡素化され、円錐硬度計用に容易に硬化 される。ソース光ファイバーおよび収集光ファイバー８７１０は、導波されたセ ル８７１４と整合する８７１２。セル管８７ １４の長さは、サンプル中の解析からの反応を助長するために選択される。管は 、ハウジング８７１８内で心棒の回りに巻き付けられる。希望される測定位置に 配置されると、（地下水のような）取り巻く媒質が分析のために微粒子フィルタ ー８７１６を通して、セル８７１４の中に引き出される。 本明細書中で説明された導波されたセルは、十分に強いレーザー光で励振され ると、非線形様式でラマン反応を強めることができる。この強化は、刺激された ラマン効果に基づく。強度が増すに従って、刺激されたラマン光の自然のラマン 光に対する比が上昇する。 関係する特許明細書は、側面表示または側面送達光ファイバー、あるいはその 両方を生み出す方法、ならびにプローブ内でのファイバーの編入を説明してきた 。ファイバーは、表面強化（「ＳＥＲＳ」）によりラマン反応を増幅するプロー ブの生産にもよく適している。表面強化されたコーティング／処理は、直接的に 、プローブ・ファイバー側壁の１つまたは複数に適用される。したがって、プロ ーブの送達ファイバーまたは収集ファイバー、あるいはその両方の側壁は、直接 的に処理される。どちらの場合でも、レーザー光は、この感光性が与えられた領 域に入射し、希望される反応は収集ファイバーによって収集される。ファイバー 側壁の処理の代替策として、膜、プレート、または類似した材料がプローブの中 に導入される。膜をファイバーの間に配置することにより、 光は膜の一方の側に入射し、他方の側で収集される。膜は、ソース・ファイバー が光を膜の共通した蝋域上に投射し、収集ファイバーが光を膜の共通した領域か ら放して受光するように、（それらの間とは対照的に）送達ファイバーおよび収 集ファイバーの側面に配置されることもある。前述された構成は、表面強化され たラマン分光法だけではなく、インジケータおよび蛍光強化体に適している。 側面送達／側面収集ファイバーも、共振空洞／半共振空洞マイクロ・プローブ の作成に適している。空洞は、ラマン散乱された光またはレーザー光、あるいは 両方が、空洞内で、複数回、前後に跳ね返るように、平行するファイバーの間に 作られる。空洞を形成するために、ファイバーの側壁は、ファイバーの間の領域 内で平らにされる。反射するフィルターが、平坦な領域に適用される。レーザー 光が、ファイバーの内の1本から側面送達を介して空洞内に導入されることがあ る。非弾性的な光は、他のファイバーによって側面収集を介して空洞から収集さ れることがある。図８８は、非弾性的な光だけが空洞内で共振するプローブを描 く。レーザー光８８３６は、空洞内でサンプル分子を励振するフィルタリング済 みのファイバー８８２５により空洞内に導入される。励振の結果生じる非弾性的 な光は、「死んだ」ファイバー８８２８の側壁上の鏡８８３２と、収集ファイバ ー８８２６の側壁上のフィルター８８３０の間の空洞内で前後に跳ね返 る。非弾性的な光のわずかな部分がフィルター８８３０を通って収集ファイバー ８８２６の中に通る。収集ファイバー８８２６の整形された表面８８３４は、検 出器への伝搬のために、非弾性的な光を向け直す。フィルター８８３０は、レー ザー光の収集ファイバー内への導入を妨げる補助的な役割を果たす。 説明された方法をミクロ規模のフィルタリング内で利用し、光ファイバー光を 操作することにより、ミクロサイズの共振空洞が用途要件に従った多数の構成で 容易に作り出される。 詳細な説明の要約 前記説明から、本発明が改善された光ファイバー光管理用の方法および機器を 提供することが理解されるだろう。さまざまな光管理操作技法を応用することに より、人は、低光分光法分析に理想的である光ファイバー・プローブを構築する ことができる。例示的なシステムにおいては、プローブは、分析重要性が高い微 妙な光−物質相互作用に対する反応を改善し、それ以外の場合優勢な効果に対す る感度を削減する。これは、プローブの感度を最適化するために照明および収集 の視野を調整することにより達成される。光操作は、プローブの送達パターンお よび視野が外部操作を必要とせず、調査される媒質によって悪影響を及ぼされな いように、ファイバー内部に適用される。これにより、光送達パターンまたは視 野、 あるいは両方を、性能レベルの大幅な改善を達成するために軸を離れて精力的に 進めることができる。精力的なビーム操縦は、ファイバー内の内部に反射する表 面を利用することにより達成される。反射する金属コーティングまたは低屈折率 コーティングまたはカプセル材料が、完全内部反射を確実にするために使用でき る。ファイバーも、フィルター、漏話抑制体、および高性能プローブを堅牢なパ ッケージで提供するその他の特徴を取り入れる。設計の変種は、側面表示、１つ の共通した開口を通した表示、１つの共通した軸に沿った表示、およびその他の 特徴を提供する。 さまざまな実施例が、本明細書中で説明されてきた。ただし、例証および本文 は、さまざまな光ファイバー用途に容易に応用できる光操作の多様な面を教示す るように意図される。これらの方法の交換、派生、および組み合わせは、一般的 に光ファイバー業界および光子計装従業者の両者を過去に悩ませてきた多数の用 途に特殊な問題点を解決するために容易に形成できる。この教示を可能な限り効 果的に提示するために、用途および変種の網羅するリストは提示されていない。 追加の変種および用途は、この一般的な主題分野の知識がある者の技能のレベル の範囲内になければならない。 本発明は、すべての点において、制限的よりはむしろ例証的であることが意図 される特定の実施例に関して説明されてきた。代替実施例は、本発明が、その精 神およ び適用範囲から逸脱することなく関する技術の当業者に明らかになるだろう。し たがって、本発明の適用範囲は、前記説明よりはむしろ添付請求項によって限定 される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Method and apparatus for improved fiber optic light management Allegations regarding related applications   This specification was submitted on March 13, 1996, and claims that “delivery sensitivity and light sensitivity US Provisional Specification No. 60 entitled "Operated Fiber Optic Interface" / 013,341, filed January 28, 1997, entitled "Improved Optical Fiber No. 60 / 036,504 entitled "Bar Probe Assembly", and 19 Filed on February 14, 1997, "Revision of fiber optics and other related devices. Improved Filtering " Entitled Claim the benefits. Technical field   The present invention Typically, Regarding optical fiber, More specifically, Specific light-object Using a delivery area and a light-receiving area that are manipulated to increase sensitivity to Optical fiber probe to be used. Background of the Invention   in recent years, The use of fiber optics More and more widespread in a wide variety of applications Came. Fiber optic probes Using various types of light scattering spectroscopy It has been found to be particularly useful for analyzing more substances.   Optical fiber is Provides multiple advantages over other types of source / detection devices . In summary, Fiber is Source generation hardware and recording equipment Research So that they are placed regardless of the subject of interest and the point of analysis, Provide light conduit . Therefore, The analysis is Otherwise, it is performed remotely in an inaccessible location You. Information that could not be reached in the past, In most cases in real time in the original place Is obtained. This feature Numerous industrial applications, Environmental applications, And biomedical Required for typical applications. Laboratory is online in the industrial kingdom in the environmental sector Moved to the place, In the area of biotechnology, it is moved in a living body. further, hardware And measurements are more robust More quickly, Less invasive, More robust, Than Cheaper, Many other advantages are realized. Light scattering spectroscopy   Transmission spectroscopy analyzes light passing through an object, Light scattering spectroscopy Incident source Measured at an angle that is correlated to Requires illumination of the light to be analyzed. Scattering event The photon-matter interaction of Elastic or Inelastic. Inelastic events And The energy (wavelength) of a photon is Changes as a result of light-matter interaction . In elastic events, The energy (wavelength) of light does not change. Photon's side Absorption, a phenomenon in which the kana part is completely absorbed, Plays a role in light scattering spectroscopy. Raman spectroscopy, Diffusion spectroscopy Law, Reflectance spectroscopy, And fluorescence spectroscopy Of the vibration of matter, And non-oscillating photonic It is particularly important because it is involved in various reactions.   The Raman effect is Explain the subtle light-matter interaction. The light that illuminates a certain substance The few parts are Raman scattering in a random direction. Raman scattered light is incident beam (Usually a laser). The color (frequency) shift is Changes in polarizability of molecules It is very special because it is involved in the molecular bond oscillation that induces Raman spectroscopy , It is a powerful technique for chemical analysis and monitoring. The resulting low light level The bell Requires precise and expensive instrumentation and technical complexity. Processes and rings Appropriate technologies and products are becoming available for online analysis of environmental pollutants It is about time.   The specular reflectance is Regarding the mirror-like surface of the surface. Diffuse reflectance is Incident beam Light that elastically scatters from the surface of the material at a diffusion angle that is correlated to the beam. For example , Projector screens reflect light diffusely, Shiny wa Newly polished cars have highly specular components. Diffuse reflectance spectroscopy Is It is important not only for measurement of visual perception objects but also for chemical analysis. Toriwa Ke It is based on particle-scattering and absorption events.   The fluorescence is After absorbing light at one wavelength, Longer waves as a result of electronic transition It relates to substances that re-emit light at long intervals. For example, "Highlighter" felt marker After absorbing blue light and ultraviolet light, So It emits green, so it appears to glow green. The fluorescence is Chemical monitoring This is a powerful technique.   Raman spectroscopy is an established laboratory technique, Typically an online monitor It is recognized that rings and sensing have enormous potential. Stable laser, Inexpensive computing power, Efficient detector, And the emergence of other new technological advances And Raman spectroscopy is ready for widespread industrial monitoring. process In addition to control monitoring, Raman spectroscopy Environmental monitoring from nervous system imaging Taring, Specialized monitoring data covering in vitro and in vivo medical testing Devices and sensing devices.   Raman spectroscopy A high performance narrow wavelength energy source such as a laser Need to excite the pull. Laser photons are Wavelength is from laser wavelength Inducing low intensity light emission as it moves. The Raman effect is With elastic scattering of photons is there. The emitted Raman light is Collected with specialized instruments, Will be analyzed.   The spectral position (color) of the shift is Provide a fingerprint of the chemical in the sample. Therefore, Raman spectroscopy Provides a means of chemical identification. Shift intensity (spec Is the peak height of Correlates with the concentration of the chemical. Therefore, Appropriate The calibrated instrument is the chemical content And provide the concentration. actually, Raman spectroscopy is technically complex, Precise Requires expensive instrumentation.   Raman spectroscopy Well suited for aqueous-based media without sample preparation You. From this perspective, It is ideal for process control medical testing and environmental applications Tools. Therefore, Raman spectroscopy Great for real-time monitoring Have the potential It is being energetically pursued.   The basic concept of a probe-based online Raman instrument is simple. Les The user light is directed down the remote probe via an optical fiber. Laser light is Exit Iver, Illuminate the sample medium. Another fiber emits Raman emitted light Catch Return it to the instrument for analysis.   actually, Engineering challenges for realizing robust physical probes are substantial . In addition to the optical performance expected from laboratory instruments, Probes are subject to extreme physical and Must be strengthened to withstand chemical and chemical conditions. Optical features, Dynamic state It must remain unchanged as the state changes.   The optical surface of the probe optics is Requires elaborate workmanship of a particular design. Raman effect Fruits require very weak signals. Raman emissions About one trillionth of the excitation radiation The strength may be. Then, The probe is Collect Raman emitted light And be incredibly efficient at communicating. Therefore, Faith No. is a foreign influence Must not be compromised by One example of sensitivity Raman instruments are typically cosmic ray Features Luther. The mechanism is When a single cosmic ray passes through the detector Identify affected measurement data samples, Discard.   The phenomenon known as the silica-Raman effect is Anyone engaged in remote Raman spectroscopy Has proved particularly troublesome. Laser light is transmitted over optical fiber Along with Essentially a subtle light-matter interaction occurs. Laser light and laser The silica in the lath fiber interacts, Produces "silica Raman" light. Exotic Silica-Raman light is guided in the fiber, Helplessly Mixed with laser light. The purity of the laser light is impaired. Classified by fiber fluorescence A similar problem arises.   Remote Raman spectroscopy Base instrument and remote probe or process interface Use fiber optics between fibers. Optical fiber is From that source to the probe Transmits laser light. A separate fiber analyzes the light sensed from the probe for analysis. Return to instrument for In both delivery and return, Unwanted silica Raman light , Move in the fiber at the same time as the desired laser and sensor light. Optical fi A major obstacle to bar-based Raman spectroscopy is Undesirable light Separation from silica-Raman light. Planar parallel fiber probe   Standard optical fiber is Deliver light within a narrow angular range, Receive light. Two marks Quasi-planar fiber (that is, Source fiber and collection fiber) Consider a "probe" formed by mounting in parallel. This probe Functionality, motion, And limits Analyzed to present relevant technical requirements It is. Above all, The technical description addresses the issue of optical efficiency. The efficiency is collection Critical parameter on the ratio between illumination energy to applied light energy It is.   There are significant advantages to increasing optical efficiency. As efficiency increases, system Performance rises dramatically. In precision instrument systems, In the detector subsystem To produce a small marginal performance gain at Huge effort, cost, And other Consideration is spent. By using optimized probes, Tremendous gain Is easily realized. The gain in probe efficiency is Few electronics and detectors Dominate the improvement of As probe performance improves, Noise is reduced, Stability Increase The reaction is accelerated, Improved repeatability, The overall system benefits. The required illumination intensity is minimized. This allows The invasive surface is reduced, Minute It ensures that the subject being analyzed is not damaged or altered. further, Far Inexpensive optoelectronic components can be used.   On a plane, Sources that are parallel fiber probes Fiber The illumination light is delivered in the form of a diverging light beam. The collection fiber Teru There is a receptive zone shaped similar to the shape of the light zone. However, Collection zone and And lighting zones offset each other, Each emanates from its respective fiber surface. Ezo As the fiber expands outward from the fiber, Start duplication. Under normal circumstances , Only within this overlapping area, The source fiber delivers the lighting and collection The fiber can collect light from the target. Heavy between these areas If there are no duplicates, A number of annoying effects occur. Second, Completely different A series of non-individual questions Shape the angle of light rays in the illumination and collection cones Related to orientation. These problems are described below.   In many common applications, The investigation medium is light that absorbs, Probe slightly It is located in a mixture of black but not completely opaque chemicals. For example, Various Other biological tissues are well known as light absorbing substrates. So, The sample is conventional You don't have to be dark in meaning. Even in visually transparent media, Powerful in most cases UV or infrared light, Or absorb both. In a light absorbing medium, Teru Meikou is Before the detector fiber has reached a position where it can collect the actively returning light To Some distance, You have to penetrate the environment. Source light Is absorbed when crossing the distance of Its strength is the target zone where it is active. Before it reaches You. Once the illumination reaches the active target zone, From the target Triggers the release of potentially collectable sample light. Depending on the application, Sample light May be generated by any of a variety of photon mechanisms. Passive target Assuming that The intensity of the sample light is reduced from the illumination source light. Important phenomenon In response to the, Damping is severe. Before capture by the collection fiber, Sample light is absorbed Traverse the path through the medium, Attenuation must further reduce signal strength No.   Initially, This problem can easily be solved by increasing the lighting intensity. Conceivable. In certain cases, While this technique can be effective, Many In that situation it is not feasible. Because the medium absorbs the source light energy , It can be irreparably damaged. Even if there is no damage, minimum Light intensity is the minimum penetration attribute. Therefore, In addition to the damage, Photochemical reaction is constant In situations it is triggered unintentionally and accidentally. Therefore, Withstand high intensity lighting Use It may eliminate the use of planar parallel fiber probes. in addition , The goal of minimizing illumination light intensity, Almost everything under investigation Desirable for applications.   The second problem is slurry, mist, aerosol, paint, And various other It exists in environments that require an elastic particulate scattering medium, such as a medium. Biological The organization These types of light scattering properties are well known. Most The unpurified sample of Light to some extent And strongly scattered in most cases Disturb. Light scattering is It is caused by various mechanisms, Rayleigh scattering and me Scattering is common, Causes strong effects. As in the past example, illumination Energy is Reduced before reaching the target zone where the collection fiber will accept You have to cross the path of decline. And The light generated at the target same As, Must traverse the path through the scattering agent before reaching the collection fiber No. As in the case of the light absorbing sample example, Delivered to prevent sample damage One of the factors is to minimize the light intensity that is applied.   Elastic light scattering media include: Another deleterious effect is observed. Separate targets Is placed in the particle-scattering medium, Lighting and light collection zones overlap Assume that it is located in the area. The lighting is Sideways to reach the target As you cut, Elastically scattered. The direct route is the receptive zone of the collection fiber. Outside of the This scattered light cannot be captured by the collection fiber It is not correct to speculate. The incorrect conclusion is Mainly source ray at new angle Based on a single scattering event that redirects to form Of any single ray, angle The population that is oriented to form Statistically required, Especially as a function of the properties of the scattering agent is there. These properties include: Particle size, shape, Refractive index, And reflection quality, Particle size , shape, Refractive index, And are not limited to reflection quality. what if, A single scattering event Even assuming that it produces a ray that is received by Ivar, Event is collection fiber Must occur within the receptive zone. Unfortunately, Light scattering, Especially Illy and Mie scattering are In most cases, It is a phenomenon of multiple events. Typically Is The source ray experiences multiple scattering events, It is turned many times. Therefore, The ray path is It is complicated because it interacts with various sample particles.   In one overly simple example, Source fiber parallel to fiber axis at zero degree Exit The light scattered by the event that orients it vertically in the 90 degree direction Think. In this direction, It enters the zone of receptive collection fiber. This zo While in the The rays are Make it new for intersection with the end face of the collection fiber Experience a second event to orient. then, Light rays are collected by the collection fiber Is captured.   Captured by the collection fiber before experiencing the intended interaction with the target The captured light is Usually very harmful. The negative impact is Delivered to the target Outweighs the decrease in source lighting intensity. This light Desirable in collection fiber Mixed indiscriminately with light. This "stray light" Relentless analysis process Spoil. Typically, The stray light is indistinguishable from the desired light. Stray light Bell may depend on various environmental factors There is. In the above example, The stray light is It is a function of the amount of scattering agent present in the optical path. This The amount of Assuming the variable is for uncontrolled use, By reference to similar corrections The effects cannot be easily ruled out.   It is extremely unlikely that the scattering medium will separate the intended target from the probe tip. General. For example, For in vivo analysis of biological samples, Various lights The scattering aqueous solution separates the probe tip from the target. For example, Biological group The weave is In most cases, By fluids containing scattering agents such as tissue microparticles and blood It is surrounded.   A separate class of sensor measurement is To check the particle properties, Particles to be analyzed Related to disturbed light. Turbidity, Particle concentration, And related parameters In order to The light returning from the constituent particles is analyzed. These measurements are In vivo and Biotech for both bioprocesses as well as biomedical applications in vitro and He is greatly explored in the field of nology. Industrial applications are similarly numerous. This example Then Collect light that has experienced the least number of scattering interactions, It is desirable to analyze. Previous From the description, Large distance from probe end to mutual illumination and collection zone Well, It is understood that the collected light will undergo multiple interactions. did So, In this application, Others that deal with zone overlap and spatial duration Related criteria, And various lighting angles and collection angles, Can be optimized And Need to be optimized.   Consider an application in a clear medium that does not show light collection or particle scattering. Plow As the distance from the end face increases, Lighting zone and receptivity zone are more Increasingly overlapping, Asymptotically approach a complete set. However, The optimal target position is illumination Zones and collection zones are basically removed from the probe end face in the collection. It would be incorrect to assume that Conflicting factors must be considered Absent. As the distance from the probe end surface increases, Fiber relative size Decreases non-linearly. At the point removed from the end face, The collection fiber Standing Has the ability to collect light within body angle. These two conflicting factors are: Beam divergence, H Fiber size, And including fiber separation, Of the specified set of usage criteria Can be modeled to calculate the optimal target distance to maximize the signal You. A mechanism by which the target returns the source light, And the characteristics of this light are also important. It In spite of the, The effect of the solid angle is dominant, The light collection capability of the collection fiber is It decreases dramatically as the distance from the end of the iver increases. From this perspective, Target It is very advantageous to be able to place the kit as close as possible to the probe end face. Step As explained in the other limiting factors of the lobe, Strength is an important factor .   Planar parallel fiber probe used for Raman analysis of clear fluids Think the way. In this case, The medium and target through which the detection and collection beams are projected are the same Inside. The collection and lighting zones are As it extends from the probe tip, Duplicate as described above. Unfortunately, Probe destinations with significant duplication At a certain distance from the edge, The illumination beam diverges, Its intensity decreased. Collection fiber -In the case of Similar scenarios exist. The distance at which zone overlap occurs. collection The relative size of the fiber is reduced. Fiber has the ability to collect light Solid angle Strictly reduced on solid angles close to the end face of the collection fiber.   Following a similar inference path, A probe to investigate the fluorescent properties of the liquid in a flat bottom beaker Think robe. If the liquid is transparent enough, Part of the light is liquid down to the bottom of the beaker Through the body, It is reflected back to the detector fiber. This reflection is Present as stray light And Impair the acquired data. Angle control of illumination and collection for the probe If you have the ability to The problem of stray light is Losing the detector fiber Would be avoided by directing the reflection at   Target distance from the tip of the plane-parallel fiber probe of the captured light intensity Dependencies on In most cases, To create a dislocation sensor for position measurement Used in conventional technology for The dynamic range and characteristics of such sensors are: use Limited by possible source and detector pattern geometry.   Another important factor related to the probe is The power density of the delivered illumination. Out The power density is Sometimes expressed in watts per unit area. The power density in the medium is The best on the surface of the optical fiber to illuminate, As the source beam diverges Decrease. Therefore, Since the source beam is projected into the medium, Departs rapidly Non-scattering fibers maintain power density. Unfortunately, The source beam is Must diverge to deliver illuminating light into the receiving zone of the collection fiber No. For a specified amount of light injected into the near end of the source fiber, Step The power density at the far end of the fiber at the lobe tip is Fiber core diameter It decreases as it gets larger. As previously mentioned, The lower the power density, Plow Is no longer intrusive, No more potentially damaging source energy .   In addition to the described criteria, Shapes the angles of the rays in the illumination and collection zones The direction you do is important. Depending on the intended use, This aspect is critical . For a plane parallel fiber probe, The emitted illumination rays are Lighting pattern At a divergence angle of Focus around the fiber axis. Therefore, Fa Ivar axis is The direction that forms the average angle of the emitted light beam. Receive fiber A similar scenario exists for the collection / collection fiber.   Theoretically located a short distance from the end of the collection fiber Consider light collected from a point source. The fiber conical collection pattern is It extends out from its end face. When the point source is placed outside the collection pattern, The light is Not collected by fiber. In this position, Light incident on fiber end face The lines are not oriented to properly angle the collection. Similarly, The point source is When placed in a turn, Some of the point source rays are collected. Collection fiber end During the specified distance of the point source from the face, A small part of the collected light Minutes vary throughout the collection pattern. If the point source is on the center axis of the pattern, Income The part collected is the largest. Moving at right angles to the central axis of the fiber, Maximum collection Zone expands in the part of the collection pattern. Further towards the outer boundary of the collection pattern When Some of the collected light is reduced. This reduction in collected light Collection Near the edge of the turn, Most of the point source rays that hit the fiber end face Income Due to the fact that they are oriented inappropriately at angles for the collection. Explained Scenario is The weight inside the fiber optic probe in the collection and illumination zones Modeling multiple effects, It is important for understanding. Planar parallel fiber described -With the probe, Overlap occurs only within the perimeter of the conical illumination and collection zones I do. More important areas at the center of the illumination and collection patterns coincide with each other do not do. Therefore, The efficiency is not enough.   For many measurements, Shapes the angle of illumination and collection light The direction you do is important. As previously mentioned, Rayleigh scattered light and Mie scattered light are In most cases, Biased by an angle, The direction of deflection is important for analysis. Similarly, Visual intelligence For sensation related measurements, The orientation that forms the angle is critical in most cases. Gloss Is measured at a specific angle of illumination and collection. Various things like paper brightness The quality parameter is measured as well. For color measurement, The lighting angle and acceptance angle are In most cases, The substances under analysis and those specified according to special standards for different industries It is. In most cases, Diffuse lighting is desired. Fully diffused lighting has angular deflection Not. The target is illuminated by incoming light rays from all directions. Complete Lighting that is completely diffused Absolutely not attainable. Nevertheless, Close to it You can follow.   color, texture, In addition to visually-oriented measurements such as smoothness and gloss, diffusion Reflectance measurements are widely used in analytical measurements. For many of these measurements, Reflection It is desirable to minimize the spectral components. In doing so, Tar Source light collection that did not experience the desired interaction with the get was minimized It is. This property is Visible area, UV region, Near infrared region, And in the infrared region Desired for diffuse reflectance measurement. Also, that is, In most cases, Fluorescence and Raman It is also preferred for general light scattering measurements, including spectroscopy. Planar parallel fiber probe But, Be limited by its ability to deliver diffuse lighting Is easily understood. These measurements are A wide variety of industrial applications and biomedicines It has been greatly explored for academic applications.   The light that has been greatly diffused, Achieve light diffusion related measurements based on target illumination In addition to Another technique is important. In this technique, Light is From the target surface Angle the target so that the specular light is reflected away from the light collection device Oriented to form By this means, The collector is Target is non-positive Accepts only light that is scattered reflectively, Light collection device accepts specular light Absent. Planar parallel fiber probe Angle forming light control achieves this goal The lack of ability is easily understood.   So that it is perpendicular to the fiber, Before a plane parallel fiber probe Consider a placed flat reflective surface. Placed in areas of overlapping receptivity and lighting When done The collection fiber receives the source light projected from the reflecting surface, introduce . But, The received light is a small portion of the usable light. Angle of incidence is reflection Is equal to the angle of Most of the light Direct back reflection away from collection fiber Is done. The axis of the reflected light is It remains aligned with the axis of the source fiber. Due to the fact that the optical axis of the illumination from the source fiber remains fixed And To change the percentage of surface reflected light from the collection fiber Operation of the optical pattern is impeded You.   As mentioned earlier, The light that reaches the collection fiber Probe from flat reflective surface It is a function of the distance to the edge. This distance dependency is Used for the purpose of dislocation detection can do. However, Of the ability to manipulate the optical axis of the illumination cone and collection cone Due to lack, The controllability of the driving force of the measurement is limited. that is, further, Linearity , Dynamic range, sensitivity, To achieve specific application goals, such as Limit your ability. And As mentioned earlier, Manipulate angle and axis of illumination entrance The ability to Ability to maximize or minimize unwanted or undesirable surface reflections Promote power. The ability to lack a plane parallel fiber probe is Quite advantageously Can be used.   For certain sensing applications, The parameters under investigation are Not suitable for light of desired wavelength Reacts indeed. For example, Any chemical is an infrared signal suitable for photon sensor development Have a signature, Proper infrared light is easy with conventional fiber optics Suppose you don't. In many situations like these, Visible light and Standard fiber optics may be used successfully. this is, Of important chemicals By introducing indicator substances that experience visible color changes upon interaction with the species May be achieved.   To take advantage of fiber optic sensors based on indicators, H Fiber illuminates the chemical indicator, Then you have to collect the light No. This Although the sensor methodology of this involves many techniques, One method is to indike the fiber end face. Requires a coating with data material. Single fiber end face coated Is When fiber is used as a two-way optical conduit, Photons delivered and collection Poor separation between the emitted photons can occur.   Coupled to a plane-parallel fiber probe and its ability to control illumination and collection Because of the disadvantages Illuminate the indicator light, A complicated situation arises when collecting. A professional that can project illumination light onto a clearly defined indicator zone Is Highly preferred on planar parallel fiber probes. For many situations hand, Desirable characteristics of an ideal probe are: The end face is coated with the indicator Including the ability to project illumination light directly onto the collected collection fiber. This excellent configuration Then Only light that interacts with the indicator reaches the detector, So stray light Exclude.   The above description, Two parallel mounted fibers (one source fiber bar, One focused on a probe consisting of a detector fiber). Various The progression in different configurations and the interrelationships for fiber bundles By those skilled in the art Easily understood, Obeyed. Bundles hide some of the previously described constraints. Overcome locally, Significant restrictions remain. And The use of bundles Additional issues And undesired properties. Attempts to improve probe performance   From the above description, Aiming at the fiber optic illumination and acceptance zones, Operate It is clear that the ability to do so is highly desirable. Probe illumination and acceptability characteristics Manipulate gender, To address optical fiber input / output constraints, Multiple conventional techniques Techniques of art have been used. For the reasons explained below, These methods are Many Is limited in its effectiveness for the desired Raman instrumentation applications.   One approach is: To get better control of the inlet / outlet characteristics, Opening Utilizes a variable number of optical fibers. For example, Use higher numerical apertures And by Light collection capacity is increased. This approach has several disadvantages. First, The required fiber material is Environmental sensitivity, Usage restrictions, And outpatient Has properties that make it unsuitable for the highest instrumentation applications, including the production of reactions. Second, Physical laws, Limit the extent to which the receiving properties of the fiber can be extended. Third, Phi The delivery pattern / field of view of the bar is Spread or It is only possible to narrow it, An axis Away from you, It is not pointed at the view of a particular area. Fourth , The wide acceptance angle at the fiber input end is Turns into a wide divergence at the output end. High numerical aperture fibers Increases the light collected at the collecting end, It widths that light Deliver to the detector system at a widely diverging angle. In many cases, Broad divergence Light detection Delivery to the organ system Detrimental to achieving acceptable performance.   Another approach is To manipulate lighting and receptive properties, Lens and Utilizes the external elements of the expanded beam, such as mirrors and mirrors. These factors are large, Expensive, Sometimes fragile, In most cases there is a loss, Positioning is difficult, environment Susceptible to above. in addition, Difficult to design a very robust package It is. For example, Larger, The more robust components are With even higher mass, Increases the sensitivity of the system to mechanical shock.   If individual lenses are dedicated to each collection fiber and illumination fiber, result The resulting device is bulky and bulky. further, Large assembly So that's it, The collector and the lighting device are further apart, It is less efficient. On the other hand, When the illumination and collection paths traverse the same optical element, Source Enel A significant portion of the energy is trapped in the collection fiber without interacting with the sample. Attention is reflected. This stray light stains the measurement, Extremely harmful. further, Expansion The introduction of a customized beam optic complicates assembly and Causing manufacturing obstacles, Create additional variability, Has other undesirable consequences.   A special class of device called a confocal is Complexes related to optical fiber Requires the use of a number of optical elements You. With these devices, The focusing optics Focused illumination projected on the working medium under investigation Create a bright beam. The focus of the illumination beam, In other words, the point of ray focusing is In the sample is there. The collection zone, Created by focusing optics, Similarly, To the extent possible It is formed similarly to the illumination zone.   Objective creates a consistent focus of the illumination and receptivity projected onto the sample medium That is. The underlying theory is The stimulated light emitted at the focal point in the sample Bi Collected from a large solid angle limited by the angle of the beam focus. You. The intention is Optical imaging of source fiber end face in sample Do it again, This is to create a virtual fiber end face. In theory, You And 100% optical efficiency and no optical distortion, Explained By re-imaging the end face as Illumination brightness of actual fiber end face The degree is remade. Achieving theory with completely transparent media in laboratory conditions Is physically impossible, Acceptable results are a reasonable goal.   Unfortunately, In the majority of applications where the remote function of optical fiber is greatly explored , The substances to be investigated are Complex, Darkening, Scattered. how's it going, Analyzed in the past Analogous to the situation of a flat parallel fiber probe. That is, Focusing lighting bee Is In practice, Before reaching the optimal point of acceptability, Dramatically attenuated, Distorted It is. And for similar reasons, The weak stimulated release from this point There is no return to the collector optics.   As a separate disadvantage of this technique, As the beam focuses on its focal point, Constant Measurement contribution is accumulated up to the degree of Reaction is potentially undesirably large Collected from different sample areas. These devices are complexity, Environmental sensitivity, big Size, High cost, And suffer additional drawbacks, including failure in hostile environments. For example, Unlike the planar parallel fiber probe analyzed above, This kind of The device cannot be inserted into a biomedical catheter.   As a separate consideration, Focus projection equipment Vibrating mass like heart muscle Suppose that it is used to investigate When the muscle beats, The organization is analytical Move about In this way, Measurement is difficult or unsuccessful.   In another approach, To point in an important direction, Fiber is Song at the tip I can do it. For example, One or more planar optical fibers are: Receptive 1 It may be directed to show two common or overlapping zones. 1 The second group of books or multiple planar optical fibers is: To illuminate the zone Pointed. In this way, Overlap of receptivity and lighting is achieved. Unfortunately And This method Incurs several significant disadvantages. Assemblies are expensive and Build Is difficult to work with. The resulting device also Lack of repeatability due to manufacturing constraints You. If the fiber is gradually bent parallel from its focusing direction, The assembly is Very large. Even if the fiber is rapidly bent near the distal end of the assembly, A The assembly is bulky, The diameter is relatively large. Such an assembly Increase It cannot be used in applications such as in vivo medical care. Fiber is Bend What Inefficient, There is loss at sharp bends, Escape from the fiber at this point Produces light. further, Bending the fiber to create a probe , The result is that the minimum bending limit of most optical fibers is exceeded. afterwards, Fa Ivar is susceptible to breakdown, Suffers increased sensitivity to environmental effects.   In another approach, Lighting and collection zones To create a refractive surface To It may be manipulated by shaping the end face of the fiber. For example, During ~ Heart fiber The end face is surrounded by a tapered fiber ring There is. With this taper, With that field of view inside, And the axis of the central fiber In order to operate A refractive surface is created on the ring fiber. This refraction end face An important aspect of the approach is: Optical manipulation occurs at the fiber end boundary, The rays H Entering the fiber, Go out, As you cross the boundary of the fiber core end face, The point is that the light beam is bent. Several issues have led to this approach, So Limit the effectiveness of   How to form a shaped end face in an optical fiber According to Accepted or released, Or in both light operations, Succumb Sometimes Due to the refractive index difference between the fiber core and the medium surrounding the fiber end face It is. The degree of refraction is Two refractive indices, Form the angle of light with respect to the surface of the interface Is a function of the difference between the orientations. The optical fiber core is Typically, Relatively Glass or similar material with a high refractive index. Large bending at the fiber end To achieve the occasion, Normal, A gaseous medium such as air surrounding the fiber end face It is desired to provide. This type of medium has a low refractive index, That is enough Promotes reflection of light rays. Most fluids have a relatively high refractive index, Values are common Approaching the value of the optical fiber core material. Therefore, fluid, Filled with fluid Substrate, Biological tissue, And a medium such as a lysate Achieve the required index difference Provide inadequate properties. further, The shaped end face Typically, Fa Projecting beyond the protective housing in which the rivet is mounted. This delicate protrusion The department is Susceptible to physical or mechanical damage.   To address the dependence on the refractive index, The fiber end face Of known refractive index It must be surrounded by a medium. The medium is Air or similar gaseous material Preferably, it is quality. this is, Probe tip C in a sealed chamber This may be achieved by placing it after the window. However, Using windows Use many questions Cause a problem.   Fiber, Fiber mount, window, Window housing, And the assembly including the sealing mechanism is expensive, Difficult to build. Also , Depending on the need for a sealed chamber, Significant increase in assembly size is strong Is controlled. Thermal expansion and sealing issues also Annoying windowed mechanisms. C Window's optical materials have low thermal expansion properties, How to combine windows Jing is Typically, Made of metal or other high thermal expansion material. win Connect the dough to the metal housing, Sealing is Presenting difficult engineering challenges .   Light is Enter a sealed chamber or When you come out, Cross the window. many In some cases, Window material is Has undesirable spectral characteristics. For example, The diamond window When the laser light is transmitted, Raman scattering Intense spectral peaks in the light. As a second example, sapphire· The window is In most cases, Contains fluorescent impurities.   The window is Fiber end face At least the thickness of the window, Usage environment Forcibly removed from The window is Where the thickness is only a few millimeters Sometimes, The window remains large with respect to the size of the fiber. Light On the fiber scale, After placing the fiber tip, This physical target Distance from Also, In most cases, Correlate with excessive light intensity loss.   For proper optical performance, The fiber end face As close to the window as possible, It should preferably be placed in contact with the window. Accomplish this feat To Adjust the distance, Requires complex means to secure assembly in place Is done. As previously mentioned, The shaped end face is mechanically weak, Suffer physical damage Cheap. Therefore, The assembly is Not just during deployment, Thermal expansion, vibration, And And are susceptible to damage as a result of general operation.   Light is When incident on the inner and outer boundaries of the window, Refracted, Reflected It is. The refracted surface is Depending on the details of the application, Either benefit or obstruction You. The reflective surface is In most cases, Very disadvantageous. For source fiber , The window reflection is It not only weakens the emitted light, Sealed chamber Is turned back in. Depending on the details of the configuration and application, These reflections Saw Fiber, It is redirected towards resources. For many applications, This backpropagated light is quite harmful. Ma Was The window reflection is It tends to obstruct elements adjacent to the optical fiber. example If The detector fiber, located close to the source fiber, window Captures a portion of the source light that is reflected back by the light source. Captured in this way Light is Potentially, Mixed with the desired light And Pollutes the desired light. A similar situation is Key to Shaped Endface Fiber Role is For applications that are to capture source light generated outside the fiber range. Roll around. The housing to which the window is fixed Along with the window, Sealed Forming a chamber. The unwanted light is Bounced back in this chamber, Theory Amplifies the problem of stray light revealed, Tends to worsen.   Standard fiber optic that fits properly into a typical fiber optic connector ー Withstand high hydrostatic pressure before failure. Due to the small surface area of the fiber And High pressure translates into very little force. In this way, Fiber to its connector In order to generate enough force to piston back into the kuta, Extreme pressure required It is said. Therefore, For a given environmental pressure, The window is exposed Fiber is exposed to far greater forces than it is. further, win The dough is thin, It is supported only around its outer edge. Therefore, Window broken Easy to lose. Strong and thin windows diamond, sapphire, and It can be made from materials such as similar materials. Unfortunately, these The material not only suffers from the disadvantages mentioned above, Has a high refractive index. High refractive index Ndo is Intensify the reflection / refraction problem described above.   Another disadvantage of relying on a refractive end face is that Limit the range over which light can be manipulated Arising from the nature of the refractive effect. This Is Easily tuned by applying Snell's law through ray tracing Inspection, Be studied. Due to the nature of refraction, Light is Off-axis to achieve optimal response I can't work hard.   Based on the above description, Redirect light by means other than refraction at the end of the fiber It is highly preferred that In particular, Optical path range of fiber assembly It is desirable to manipulate the light within. Light manipulation is Fiber optic assembly range This can be achieved by creating a light shaping structure within. In this way, Fiber To enter the, Light that would normally be rejected, Directed for propagation via total internal reflection You can fix it. Similarly, Light propagating through total internal reflection is Otherwise Can be directed to a path that cannot be performed. Of the internal structure of the fiber assembly By creating light shaping techniques within range, In the fiber whose end face is shaped An effect similar to what is detected, Disadvantages and limitations associated with shaped edges It is produced afterwards.   One way to achieve light that bends within an optical fiber is: Two adjacent leads The provision of a light control surface between the waveguide sections. this is, Light modifying components Can be achieved between two sections of fiber. very The preferred method is A file adjacent to another fiber segment or section Is to build light shaping techniques in or on Ivar end faces. example If The light shaping contour is Easily built into the fiber end face in contact with the second fiber It is. The second adjacent fiber end face Be a plane, Light-modifying surface or properties Including. As an alternative to light shaping by refraction, Light shaping is diffraction, Reflection, scattering, interference, Or may occur via other methodologies. Around the central axis of the fiber When a non-symmetrical light shaping refraction surface is used, Can the light travel off-axis, Song Tendency. Thereby, Lighting zone or collection zone, Or the Both are pointed off-axis.   A second method of achieving optical manipulation and bending within an optical fiber is: Based on reflection Follow. in this way, The outer surface of the fiber core Standard core clad Modified to create a reflective surface other than the interface. For example, The end face is a plane with a slope The optical fiber formed in the above exhibits these characteristics. The slope that forms the angle of the end face Imagine that it is tilted enough to create an internal surface that reflects completely inside. Light is , As it propagates through the fiber core towards this distal end, Encounter a special surface I do. Propagating light is reflected through its side or external cylindrical surface by total internal reflection. You are redirected to leave the fiber. Variants on this subject include: Typically It does not produce perfect internal reflection, Surface with internally reflective coating applied Contour creation is included. further, Various complex rings mixing various optical effects Guo can be created.   Another method of fiber optic light manipulation is Consisting of an illumination source and a collection fiber Requires the formation of groups of standing planar optical fibers. A typical orientation is Collection A single source fiber surrounded by a fiber ring. Fiber This grouping Spliced into a single core large optical fiber. Alone Ibar's large core is Equivalent to collective grouping of smaller fibers Or a larger diameter than the collective grouping of smaller fibers. Ko A large fiber It is used for bidirectional capacity. Its distal end Lighting energy Energy delivery and target light capture. This method Multiple disadvantages suffer. The constant source light is Light reflects off the end of the fiber before exiting the fiber Is done. This light is subject to backpropagation in a large core fiber. Hot Return to collection fiber as stray light. Second, If the source light is As you cross the Ivar segment, In most cases, Harmful signals are generated . For example, Raman scattered light is created, Radiates in all directions. Unfortunately , Fibers with larger cores accumulate Raman scattered light, Tar where it is desired To the collection fiber that mixes with the get light, Guide it efficiently. The core is large The fluorescence generated in the fiber is Also delivered to the collection fiber, Measurement process Spoil.   Therefore, Is the light delivery and reception area effective? Improved fiber optic probe assembly for efficient and efficient operation There is a need in technology. Light manipulation is In the optical path of the fiber assembly Must happen, Enables off-axis maneuvering of the fiber display area Must. The probe assembly is Compact and easy to manufacture Must be Extended optics and other found in conventional technology Do not rely on the complex features of. Summary of the Invention   The present invention Providing improved methods and equipment for fiber optic light management Satisfy the above needs. The present invention Individually for various optical fiber applications is important, Provides many new fiber optic operation and management techniques. For example , The present invention Improved fiber optic probe array for analysis by low light spectroscopy Provide assembly. The present invention For subtle light-substance interactions of high analytical importance Improve the response to If not improved, reduce sensitivity to dominant effects, So As a result, The technical difficulties associated with light-based characterization in complex media get over. this is, To optimize the sensitivity of the probe, Illumination field of view and collection Achieved by adjusting the field of view. Light manipulation is Probe delivery pattern and And the field of view does not require external operation, Will not be adversely affected by the medium studied Sea urchin Applied inside fiber It is. This allows The light delivery pattern or field of view, or both, Performance level To achieve a certain rise, Vigorously off-axis with high reliability become. Vigorous beam steering Utilize internally reflecting surfaces in the fiber This is achieved by: To ensure complete internal reflection, Reflective metal coating A coating or a low refractive index coating or encapsulant material can be used. fiber ー filter, Crosstalk suppressor, And high performance probes in a rugged package Incorporate other features that it offers. A variant of the design is Side view, Through a common opening Display, Display along a common axis, And other features.   The present invention When generally described, Choice for special photon-matter interactions A probe having the formula sensitivity is provided. This selective sensitivity is Deliver light at an angle And Achieved by collecting light at the appropriate angle to maximize the response. Delivery routes and collection routes Delivery fiber and collection fiber close to each other While you stay Turn off axis to correlate with each other at specific angles Is done.   In another aspect, The present invention Angle delivery and collection patterns with respect to each other Separation of inelastic and elastic photon-matter reactions of a substance by operating with To provide a means for The elastic response is Minimal collection for inelastic reactions So that Directional bias It is.   In another aspect, The present invention It has a part that reflects internally and a part that does not. The reflective part of the tip, which provides a fiber with a sharp tip, Fiber normal Deliver light in an orientation that forms an angle beyond the propagation range of the light. Entering the reflective surface The light that comes Light received at a direction that forms an angle beyond the normal propagation range of the fiber As lighted, Advanced by angle.   If more specifically described, The part that reflects inside is a coat that reflects inside. The result of the Alternatively, there is a possibility of essentially complete internal reflection. Complete Total internal reflection is By placing a material with a low refractive index in contact with the fiber Triggered. For materials with a low refractive index, Low rate of coating and encapsulation material, Or The surrounding medium is included. On the surface that reflects internally, Control the field of view with excellent accuracy It may include a wide variety of shapes that can be used for   In another aspect, The present invention Probe that incorporates a reflective surface to advance the light path I will provide a. The probe is At least one delivery fiber and at least one A book collection fiber is provided. Delivery fibers or collection fibers Optical transmission An internally reflecting surface is provided for focusing the delivery path and the light collection path.   In another aspect, The present invention Attach directly to the inner end face of the end fiber segment A filter with a filter Provide a lobe assembly.   In another aspect, The present invention For mass production of fibers with high performance filters Provide a method for   In another aspect, The present invention Just before the delivery opening, Or collect the light at the delivery aperture Optical fiber probe. The display angle is Range of elastic response, Non-bullet Sexual response strength, Desired survey depth, And in response to the absorption of the medium .   In another aspect, The present invention A probe that contains multiple fibers that are essentially parallel to each other Provide robes. The coupling efficiency between the probe and the probe medium is Collection fiber and And by fusing the delivery fiber bundle together. Fusion Roses So that there is no gap Fiber heating and fiber compression Need.   In another aspect, The present invention So that the signals from each fiber do not mix Each other It provides a means for optically separating two or more adjacent fibers. light The impenetrable barrier It is located between the fibers in an area susceptible to crosstalk.   In another aspect, The present invention Collects light beyond the normal range of fiber propagation or To deliver Provide an optical fiber with enhanced functionality at its tip. Phi The bar is adjacent to another short fiber segment. The short fiber is beam Moves light left and right between the fiber end face where the light is advanced and the distal end face of the assembly. Short fiber Segment Will form an angle beyond the capabilities of the unmodified primary filter The ability to carry light that is directed at   In another aspect, The present invention Center fiber and multiple surrounding center fiber A fiber optic probe assembly comprising a plurality of fibers. center Has a flat end face at its distal end. Multiple surrounding the central fiber The fiber is It has a shaped end face at its distal end. Multiple fibers At its distal end it is parallel to the central fiber. The shaped end face Multiple files Table reflecting internally to advance the field of view corresponding to the bar towards the central fiber Provide a surface.   The present invention An optical fiber plug comprising a first fiber and a second fiber; A lobe assembly is also provided. The first fiber is It has an end face of the first shape . The second fiber is An end face of the second shape is provided. First fiber and second fiber Fiber, At its end faces are parallel to each other. The second shape is Compatible with 2nd fiber Providing an internally reflective surface for directing a desired field of view to the first fiber.   In another aspect, The present invention Deliver light, Light with one common axis to collect Provide a fiber assembly. The assembly is Fiber that delivers light And a fiber for collecting light. Fiber that delivers light Its end face Equipped with a filter. Collect light The fiber has a reflector on its end face, Mounted parallel to the light delivery fiber You. The first filter is Reflects the light delivered through its side walls, Collected light Are functionally capable of passing through the fiber that collects the light. You. The collection fiber reflector is the light, Aims along the axis of the filter that collects the light You.   instead of, The present invention Deliver light, An optical fiber with one common axis for collecting Provide a fiber assembly. The assembly is Light delivery fiber and light It has a fiber to collect. Fiber that delivers light Fill the end face Equipped with The fiber that collects the light has a reflector on its end face, Light delivery fa It is attached in parallel with EVER. The filter is Through the delivered light, Collected It acts operatively to reflect the reflected light to the reflector of the collection filter. Reflector Is The collected light, Aim along the axis of the filter that collects the light.   In another aspect, The present invention Deliver light, Use one common aperture to collect A fiber optic probe assembly is provided. this is, The light of hope Achieved by transmitting through the side walls of the bar. The assembly is Its distal end A central fiber with a flat end face And several fibers surrounding the central fiber It has a fiber. For multiple fibers, The distal end has a shaped end face You. Multiple fibers At its distal end it is parallel to the central fiber. Well-formed The end face plural Through the side wall of the fiber, And multiple fibers through the end of the central fiber It provides an internally reflective surface to steer the field of view associated with the eye.   In another aspect, The present invention Optical fiber probe for side delivery and collection of light Providing an assembly; The assembly is First fiber and second fiber Is provided. The first fiber is It has a shaped first end face. The second fiber is , A shaped second end face, Parallel to the first fiber. Shaped first The end face and the shaped second end face are: Directs light to a common area.   Also, In another aspect, The present invention Fabricate fiber optic probe assembly Provide a way to: The method is A center fence surrounded by a fiber ring Forming a bundle of fibers containing the fibers. Fiber van The dollar is They are tied together. Crosstalk suppressor mechanism Can be put in. The fiber bundle is Align to form a pencil tip or cone Is shaped. then, The cone is The center fiber is flattened to have a flat end face You.   In another aspect, The present invention Fiber optic pros with integrated reference material Offer The probe is Fiber to deliver light to the survey field of view, And And a fiber for collecting light from the field of view. Anti-medium In addition to exciting the response, The delivered light excites the reaction from the reference material. Base From quasi-substance Light is Calibrate the system, Compensate for drift, Establish accuracy, Verify functionality Collected for used.   In another aspect, The present invention Inexpensive high performance for inclusion in a comprehensive analysis system Means for manufacturing the probe of the present invention. The probe is Disposal after use Be done.   Various aspects of the invention include: A review of the following detailed description of the disclosed embodiments From And a more clear understanding by reference to the accompanying drawings and claims. Recognized It is. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 is an isometric view of a planar optical fiber.   FIG. FIG. 2 is an isometric view of a fiber having a two-dimensional angled end face.   FIG. 3, consisting of FIGS. 3a and 3b, Fiber with conical end face - The axis of the cone is displaced from the center of the fiber, The cone is outside the fiber Pointing to the side.   FIG. FIG. 3 is an isometric view of a fiber with a conical end face; The axis of the cone is fiber Dislocated from the center of The cone points into the fiber.   FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view with a partial oblique angle applied to the flat end face.   FIG. FIG. 6 is an isometric view of the partially angled planar fiber of FIG. 5.   FIG. 7, consisting of FIGS. 7a-c, Illustrate fiber with complex cross-sectional profile I do.   FIG. FIG. 3 is an isometric view of a fiber with a complex cross-sectional profile.   FIG. Illustrates a fiber illumination zone with a partially beveled flat end FIG.   FIG. Illustrates a fiber illumination zone with a partially contoured flat end FIG.   FIG. Fiber configured to direct light through the side of the fiber FIG.   FIG. At the end face, refracts some light through the side of the fiber, Phi other light FIG. 4 is a cross-sectional view of a fiber configured to be directed through a side of a bar.   FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a fiber having a bent end face.   FIG. A fiber with two fiber segments with adjacent ends FIG. 3 is a cross-sectional view of the ivever assembly.   FIG. Includes two shaped fiber segments with shaped adjacent ends It is sectional drawing of the provided fiber assembly.   FIG. Optical element inserted between two fiber segments FIG. 4 is a cross-sectional view of the bar assembly.   FIG. Larger diameter segments are smaller diameter FIG. 4 is a cross-sectional view of a fiber assembly coupled to a fiber segment.   FIG. Larger diameter segments become smaller diameter fiber segments FIG. 4 is a cross-sectional view of a fiber assembly to be joined.   FIG. 1 illustrates light manipulation through a conventional mirror.   FIG. Core illustrates light manipulation through short segments of large fiber You.   FIG. Figure 4 illustrates light manipulation through an unconventional fiber.   FIG. Figure 2 illustrates light manipulation through a hollow fiber.   FIG. Primary delivery fiber with small core and distal segment with large core Use the FIG. 3 is a cross-sectional view of the fiber assembly.   FIG. Place after short segment of gradient index fiber 1 illustrates a refractive index optical fiber placed.   FIG. Drill a hole in one common gradient index lens Non-axisymmetric gradient index fiber segment The production is illustrated.   FIG. Off-axis beam steering gradient spliced to primary optical fiber 2 illustrates an index fiber segment.   FIG. 27 comprising FIGS. 27a-c, According to the present invention 1 illustrates the light scattering probe constructed.   FIG. Obtained by three probes in a blood sample containing a phosphor screen It is a graph which illustrates a spectrum.   FIG. 29 is an enlarged portion of the graph of FIG. 28.   FIG. With minimum particle scattering properties, Carried out on a red solution based on aqueous 7 is a graph illustrating the results of a probe test.   FIG. 5 is a graph of a spectrum collected in a red light scattering medium.   FIG. Trace collected in red light scattering medium containing yellow-green fluorescent mixture It is a graph of a spectrum.   FIG. Tightly packed, Use a fused fiber bundle FIG. 4 is a plan view of a lobe assembly.   FIG. Illustrates a bundle in which a single core is fed into a large fiber You.   FIG. Draw a probe assembly that is adapted to filter application.   FIG. Fiber assembly where the central fiber extends further into the test medium The yellowtail is illustrated.   FIG. 37, consisting of FIGS. 37a and 37b, The collection fiber is FIG. 5 illustrates a probe assembly longer than the bar.   Figure 38, consisting of Figures 38a-h, Collection fiber Illustrates various facilities for projecting light in front of and parallel to the collection fiber You.   FIG. 39 comprising FIGS. 39a and 39b, At the end of the fiber bundle FIG. 2 illustrates the attached device.   FIG. 40 consisting of FIG. 40a and FIG. Ring fiber Figure 2 illustrates a fiber assembly separated diametrically from a fiber.   FIG. A ring fiber that is shaped so that it reflects completely inside. 2 illustrates an Iver assembly.   FIG. FIG. 42 is an isometric view of the fiber assembly of FIG. 41.   FIG. Fiber assembly with ring fiber with longer bevel The yellowtail is illustrated.   FIG. Draw a fiber configuration that utilizes a thick capillary.   FIG. A central fiber is formed to create an internally reflective surface Draw the composition.   FIG. Illustrates a configuration adapted for high sensitivity directly at the probe tip .   FIG. A delivery fiber where reflections from the outer surface of the element are returned into the source fiber. The convex element adjacent to the fiber and collection fiber is depicted.   FIG. The light interaction associated with the scattering powder will be described.   FIG. 49, consisting of FIGS. 49a-d, Source file Figure 2 depicts two configurations where the illumination of the bar is directed on a single collection fiber.   Figure 50, consisting of Figures 50a-d, Include an optical facet to create the required internal reflection Draw various cutaway perspective views of the assembly provided.   FIG. 51 consisting of FIG. 51a and FIG. The source light is Draw the configuration projected through the gap between.   FIG. 52 consisting of FIG. 52a and FIG. Collection fiber acceptance To bend the illumination fiber from the source fiber to match the field Draw Fiber Optic Probes Using Gradient Index Optics .   FIG. 53 consisting of FIG. 53 a and FIG. A hole was drilled, Center fiber Draw the element to be inserted.   FIG. Broken probe with central fiber surrounded by a fiber ring Draw a face.   Figure 55, consisting of Figures 55a-f, Between adjacent fiber segments Draw various aspects of probes that use optical manipulation techniques.   FIG. 56 consisting of FIG. 56a and FIG. Create similar performance results 1 illustrates a cross-sectional view and a perspective view of a similar assembly that utilizes end pieces to accomplish this.   Figure 57, consisting of Figures 57a-f, Pros using a wide variety of light manipulation techniques Draw the configuration.   FIG. Source fiber delivery beam and collection fiber acceptability zone Draw ways to enhance the overlap between options.   FIG. Figure 2 illustrates a single fiber with improved performance characteristics.   FIG. 1 provides a perspective view of a complete termination assembly.   FIG. Delivering light along one common axis, An example probe to collect Illustrates the steps.   FIG. The light shines along one common axis, Essentially parallel to the fiber axis, Enter the probe, FIG. 5 illustrates the probe leaving the probe.   FIG. Probe assembly with one common delivery and collection aperture FIG.   FIG. Two-fiber delivery surface with curved reflective interior surface -Illustrate the configuration.   FIG. Incorporating many optical fibers, Among them, various collection fibers Fig. 3 details the distal tip responsive to light in an angled orientation.   FIG. The outer end face Contoured to form a refractive end face, Light is intentional Present an example of moving through the fiber sidewall.   FIG. With individual collective optical and mechanical axes, These axes collectively Crosses, FIG. 7 depicts an alternative embodiment in which light intentionally travels through the fiber sidewall.   FIG. Reflects internally with the fiber bundle Optics 7 depicts an embodiment that produces one common delivery and collection aperture. Good.   FIG. Utilizing gradient index optics for beam steering, 7 depicts an example where light is intentionally moved through the fiber sidewall.   FIG. The central fiber end face is shaped for light manipulation, Light is on the fiber side 7 depicts an example of intentionally moving through a wall.   FIG. 71 consisting of FIG. 71a and FIG. Off-axis for internal reflection Draw side delivery / display 2 fiber probe utilizing parabolic surface contour.   FIG. 72, comprising FIG. 72a and FIG. Collect through delivery fiber Draw a side delivery / display probe that projects the pattern.   FIG. 73 Fiber bundles fused for collection, And light delivery Draw a side delivery / display probe that utilizes a single miniature fiber to perform the task.   FIG. A shaped surface that reflects internally, And it is a tooling And parameters 2 provides an enlarged view of the light pattern.   FIG. FIG. 5 illustrates a probe manufacturing fixture in which fibers are secured to a mandrel.   FIG. Between the embossed fabrication geometry and the resulting optical parameters Illustrate the relationship.   FIG. Gradient index for beam steering 7 depicts a side delivery / display embodiment utilizing a optic.   FIG. FIG. 6 illustrates a side delivery / display embodiment utilizing an internally reflecting end piece. .   FIG. 79 shows Appropriate embossing equipment to apply the filter to the fiber end Understand.   FIG. Illustration of a filter attached to a fiber with a conical end face Understand.   FIG. 1 illustrates a fiber element that separates light according to wavelength.   FIG. Its mechanical and optical axes Exchange beyond the distal tip of the probe Draw a filtered probe with the fiber to plug.   FIG. Its mechanical and optical axes Exchange beyond the distal tip of the probe Draw a filtered probe with the fiber to plug.   FIG. Figure 2 illustrates a guided cell for analysis of a fluid.   FIG. Not dependent on optical fiber, 1 illustrates a cell for analysis.   FIG. Fibers for inelastic light-matter interaction analysis are not coupled Figure 2 illustrates a guided cell.   FIG. Figure 2 illustrates a guided cell for low concentration analysis of chemicals.   FIG. Draw a probe where only inelastic light resonates in the cavity. Detailed description   The present invention Improved fiber optics with controlled delivery and receiving sensitivity For lobe assembly. In an exemplary embodiment, The present invention “GASE Incorporated into fiber optic probes utilizing the R "light management system. this the system, Numerous novel fiber optic light management methods described herein Incorporate Each of these methods From telecommunications to high-performance laser delivery It is individually important for a wide variety of optical fiber applications. Nevertheless, They are Described in this light, The selection and utilization of each method for this application is taught. Soshi hand, A strategy is created that combines the methods for an integrated solution. like this Probe Georgia, Warner Robins Warne r Robins) from Visionex Inc. Inc. By) Manufactured and sold. Briefly, Fiber optic probe according to the invention Is Selection to capture disproportionate reactions associated with specific light-matter interactions Provides selective sensitivity. Lighting and collection zones Specific light-matter interaction Light manipulation techniques to be able to modify Applied inside the fiber You. Probe performance is Apply filters to the fiber segments, probe Separating the fiber that forms the tip, Make sure that they are as close as possible It is enhanced by fusing together Ivar.   Referring now to the drawings, in which similar numbers represent similar elements throughout the several views. , Aspects of the invention will now be described. filter, Cladding, coating, And similar The relative sizes of some components, such as objects, are exaggerated for illustrative purposes. You. General optical fiber   The term "optical fiber" In this specification, Any optical waveguide, In other words, release Transmitting the flow of radiation energy along a path parallel to its axis, Within its surface or To generally refer to a structure with the ability to contain energy adjacent to its surface Used for "Step index" fiber, "Gradient index Cus "fiber, And "single mode" fiber Optical fiber Category. The term "multimode" fiber optics Multiple constraint modes Refers to an optical waveguide that allows light to propagate.   The step index fiber is Permeability of photoconductive material with relatively high refractive index It has a clear cylindrical core. Typical core materials include silica, Plastic And glass. The core is Surrounded by cylinder with lower refractive index medium It is. Typically, This medium is A directly bonded layer surrounding the core, Correlated thin cladding. The cladding may be a different material than the core , Doped to reduce its refractive index It may be a similar substance. Also, The core may not be coated, in addition The surrounding medium, which in most cases is air, has a lower refractive index, Cladding Operates with a capacity of The cladding is Normal, One or more coatings, Buff A Or a jacket that plays a major role in protection, Or take all of them Be surrounded.   Light rays arbitrarily directed within the core of the step index fiber are: It Crosses the boundaries of the cladding, It moves until it interacts according to its angle of incidence. one Generally, Light rays that are directed parallel to the fiber axis and form near angles, It is efficiently reflected at the core boundary. Within certain angle forming limits, The rays are At the core interface Aimed to experience full internal reflection of These angle forming limits are And the refractive index of the cladding. The limit is Fiber can propagate light Determine the limit of angle formation that can be achieved. Therefore, Sustained propagation is Fiber Occurs through repeated total internal reflection in the core. Any ray is totally internally reflected If you are directed beyond the fiber limit of Only a small amount of its intensity reflects inside Is done. Rays of reduced intensity As subsequent core boundary interactions are experienced, Is further attenuated. The ratio of light energy internally reflected to energy escaped Is It changes according to the angle. When the ray is directed perpendicular to the core boundary, Of its strength Everything is lost. Improperly directed ray angles limit total internal reflection tolerance When approaching, Reflected The intensity of the correlated light increases. Therefore, Near the limit of total internal reflection But For light rays oriented to form angles outside the limit of total internal reflection, Considerable pa Multiple reflections can occur before power is lost.   Sufficient power and direction for light beams arbitrarily directed within the fiber core If It maintains power and Eventually, it reaches the fiber end face. that is, Interacts with the edge boundaries according to the laws of reflection and refraction. The rays are Fiber Across the edge boundary between the core and the surrounding medium, Bend. The refraction effect is Rate, The refractive index of the surrounding medium, And ray direction correlated to fiber end surface Is a function of The ray direction coefficient is The ray is taken vertically at the point where it intersects the end surface boundary. Based on the angle relative to the surface to be measured. Shape the angle of the ray outside the fiber end face The resulting direction and propagating light rays in the fiber core are: Clearly interconnected . Thereby, Reciprocity exists between individual and collective outer and inner rays I do.   The above description, Propagates inside, Centered on the light rays exiting the fiber. Similar state The situation is Present in light rays outside the optical fiber that enters the fiber core. Mutual The development related to It is easily derived by those skilled in the art. To the unidirectional flow of light The fibers used are: Light is Typically injected into the fiber at one end , Exit fiber at opposite end. However, Fiber is Use in bidirectional configurations it can. In this configuration, Light is intentionally fiber -Enter the single end of Exit from the single end of the fiber.   Light is As it propagates through the fiber core, Mixed, Nothing over distance Tends to be acted upon. Highly directional sources like lasers, long After the distance after input to the optical fiber, Mixed, So that the wavelength can be changed Become. In this mixing process, Fiber mode is satisfied, All Seo Source characteristics, That is, the so-called excitation condition is lost. The mixing process is Micro ben Tightly wrap the fiber containing the Or otherwise fiber Can be achieved with shorter fibers by applying stress to the fibers. Similarly, Very For a short fiber length Excitation characteristics are maintained. Also, Very short of fiber For a long time, Light is The normal propagation of propagation governed by the angle forming limit of total internal reflection Can transmit beyond the limit. This property is Reduced number of reflections accumulating minimal attenuation For. Fibers that maintain transmission beyond the normal limit of total internal reflection The ability is Of an internally reflective coating applied to the outer cylindrical surface of the fiber It can be increased by application. This coating is Fiber core or It can be applied to either of the claddings. For long fibers, Propagation is One cannot rely entirely on reflective coatings. In contrast to full internal reflection, The best reflective coatings also offer reflectivity below 100% . For reflections that are repeated with less than 100% efficiency The corresponding loss is Instantly accumulate, This results in severe damping. Huge number The reflection of Even medium fiber lengths occur during propagation. Improved probe assembly   Using a probe constructed according to the invention, Light appearance pattern and yield Manipulation of collection patterns in a very advantageous way, Be able to control. Light manipulation is Ase Inside the assembly, Occurs in the normal path of light propagation within the assembly. Therefore, The lighting and collection zones are Entering the assembly as the primary control mechanism, Operated without exploiting the refraction effects at the point of light exiting the assembly, Pointed. However, Typically, Light enters the assembly, Refraction when leaving the assembly The effects of Sometimes used as a supplemental means of light manipulation. Coming in Light is Enter the fiber assembly, After passing the point of fiber boundary refraction Experience the desired operation. Similarly, The light leaving the fiber assembly is A Range of assembly, And beyond the final fiber interface where it is potentially refracted It is operated before receiving. How to manipulate light in a fiber   FIG. An illustration of a universal planar optical fiber 100 is provided. End face 105, Core 11 0, Cladding 115, And a coating 120 is shown. FIG. FIG. You And FIG. Is Draw optical fibers with various contours and end faces. Fig. 2 Bar 200 A two-dimensional angled end surface 205 is provided. Figures 3a and 3 The fiber 300 of b The axis is displaced from the center of the fiber, Provisional conical The point is outside the fiber, It has an end face 305 shaped like a cone. The fiber 400 of FIGS. 4a and 4b The axis is displaced from the center of the fiber, , The conical point is in the fiber cross section, End surface 405 shaped like a cone Is provided. More complex surfaces such as aspheric surfaces are also conceivable. An example of an end face profile is Convex body with roundness, Concave rounded surface, Parabolic, Hyperbolic, Tapered Was And cylindrical concave surface, Convex body with roundness, Rounded Concave, Parabolic, Hyperbolic, Tapered, And are not limited to cylindrical concave surfaces.   Create end-faced fibers that cannot be easily characterized as a single shape. It is also possible. For example, The partial bevel is For attaching to flat fiber Can be. Therefore, Its surface is flat on one side, On the other side Fibers can be created that are two-dimensional oriented at angles. FIG. 5 and FIG. This 1 is a cross-sectional and isometric view of a fiber such as   In general, The end sections are characterized as one geometric form, Fiber wherein another section of the end face is characterized as a second geometric form End face Can be created. Piecewise contours are used to approximate more complex contours. An example For example, Sections formed to approximate a rounded or spherical shape Is There are multiple angles. As a second, more important use, Each table The surface area is Compute separate optical functions. In this way, advantageous optical properties are created Is done.   FIG. 7 and FIG. A file with a cross-sectional profile whose shape is more complex than a plane Draw Iver. The end geometry is First create a complex face profile, then grinding Created by flattening the tip through an operation and polishing operation. Drawing In the shape, Non-flat sections have convex characteristics. In FIG. On a flat There are no areas Geometrically, Section of a conical side. In FIG. On a flat There are no areas Geometrically, Section of paraboloid of revolution.   FIG. Like the fiber in Figure 6, A simple beveled file that reflects internally. A representative illumination pattern from bar 905 is drawn. Two separate lighting zones are created Will be issued. The first lighting zone 910 is Specific to optical fibers. Second lighting zone 915, Created by internal reflection from angled surface 920 . In the second lighting zone 915, Prismatic surface at the outer boundary of the fiber core Is created.   FIG. In addition to the flat part 1015, the complex From the equipped fiber 1005 Draw a typical lighting pattern. A properly created contour Precisely controlled corners Transmit light in degrees. A light beam that hits its inner surface According to application requirements To be able to exit the fiber at a different angle, Contour 1010 is created . In this way, an illumination pattern with controlled accuracy is created. further, Light is , It is not necessary to exit through a two-dimensional area at the end face of the fiber. Light is Desired angle Exit through the side of the fiber at FIG. Draw a configuration that achieves this goal.   As mentioned earlier, The flat end of the standard optical fiber Light beam is fiber core Induces refraction as it crosses the boundary between the and the surrounding medium. The refraction effect is a light ray Bend. The contoured end face Refraction effect on light rays passing through the edge Cause. The contoured end face typically works, The design is based on This is the refraction effect. However, Optical fiber end face Anti-index boundary as a result It also produces a shooting effect. Any ray crosses the end boundary of the outlined fiber. If you put it, Typically, A reflected light beam results. The angle of light reflection is fiber -Equal to the angle of incidence of the light beam on the end face. For smaller angles of incidence, Reflected The light beam is weak compared to the intensity of the incident light beam. Depending on the geometry, The reflected light beam Backpropagated by fiber.   The fiber end face This is formed to create a surface for full internal reflection. There is. For example, Fiber At the inner, And the light propagating towards the fiber end face Properly oriented at an angle The end of the flat surface is directed out of the side of the fiber. FIG. like this A cross-sectional view of a simple fiber 1100 is presented. The degree and characteristics of total internal reflection are It is a function of the light ray angle relative to the surface encountered. Optical fiber is Typically, Light propagating in various directions is formed. Therefore, The contour is For other While causing full internal reflection of the Propagation directed to form a constant angle To transmit the light beam May be refracted. For example, While others are reflected, Biography So that a part of the light beam is reflected The end of the plane can be oriented at an angle Noh. FIG. A cross-sectional view of such an optical fiber is presented.   In addition to the ray direction coefficient, Constant fiber surface profile At the end of the fiber Produces refraction and reflection according to the arrangement of the rays. For example, The hyperbolic end face is Ko Completely reflected inside around the outer radial part of Cracking near the fiber center May be folded. FIG. Although not hyperbolic, Fiber end face like this Draw. A similar situation is For fibers whose end faces are partially contoured Exists. The end face is partially beveled, Partially flat fiber The above referenced example of If the bevel is sufficiently angled, these characteristics Is shown. FIG. 5 and FIG. This type of fiber and associated light beam is depicted. Please refer to FIG. 7 and FIG. When, The convex surface of the reflective section is Focusing effect on projected photoreceptive / delivery zone Add fruit.   As mentioned earlier, Complete internal reflection is As a function of the angle of incidence of the ray on the surface boundary is there. The second state is The external medium is Must have a sufficiently lower refractive index than the internal medium Request. Therefore, Properly beveled fiber end faces Air Is placed in a similar medium, Complete internal reflection as depicted in Figure 11. Will be issued. Nevertheless, Can cause complete internal reflection without air interface It is possible. Fully internally reflective surface bonded directly like low-efficiency fluoropolymer By surrounding the media Proper optical conditions occur. This technique is Physics Creates mechanically robust components that can withstand physical abuse. Described Using a substance that is directly bound, Complete internal reflection is Related to refractive index of applicable medium Occur without. Therefore, The assembly is In high-rate liquids and other high-rate media May be used in The resulting assembly technique is Create additional optical surfaces It has another advantage in anticipation of secondary grinding and polishing operations for unwinding.   Even without coatings and barriers Between the fiber and many liquid media, Ten Small refractive index differences are achievable. For example, With the right angle, Complete internal reflection Is It is easily achieved for silica fibers in an aqueous medium. Like sapphire Fumes built from even higher rates of material Fiber, Furthermore, the angle is not restrictive, Complete internal reversal even in high-rate media Achieve the firing.     In certain substances, The refractive index is Influenced by transmitted optical energy Is done. Optical elements constructed from these materials What is called a nonlinear optical component There is. These materials serve as a medium that comes into contact with the special internal reflection surface of the fiber. By utilizing it, An optical switch or beam steering mechanism is created. Medium The refractive index is Must be close to the threshold of the complete internal mechanism. Optical media By exposure to a controlled dose of energy, Complete internal reflection is Medium refraction Operated as a rate change.   For internal reflections at angles beyond the full internal reflection limit, Reflective coating It can be applied to the end face of the iris. Before needing combined low-rate application As in the previous example, It is determined that the secondary grinding and polishing operations are effective. Clear. These actions are: Providing light entry / exit sectors, Various secondary The creation of realistic contours. further, In many cases, For most substances , Since the index of refraction is a function of wavelength, Reflective coatings reduce wavelength sensitivity.   After forming the major end face of the fiber, Fiber is Inside like aluminum or silver The part is coated with a reflective material. Chemically invasive or hot rings For environmental applications, platinum, rhodium, And gold coating Sensitivity to deterioration is low. then, The fiber end face Strength and mechanical Providing high integrity, It is encapsulated in a substance such as an epoxy resin. next, A The assembly exposes the fiber, Create a flat section at the fiber center Ground for Polished. In this way, Light that forms a special angle Is Enter the fiber through this exposed section, Exit the fiber. Fiber is It can be used directly in liquids and other high efficiency media. Light manipulation Is The refraction that occurs when light crosses the boundary between the fiber and the surrounding medium It happens regardless. Depending on the refractive index of the surrounding medium, The refraction at the final exit port is May be insignificant. Said technique, To create many desirable effects It is immediately understood that it is easily utilized. For example, The light quickly becomes the axis of the fiber A contour is created which is pointed away from.   To generate surface contours to achieve specific light manipulation goals, Light tray Sing math procedures are performed. Many changes on this subject are possible, The example below shows A simple first-order approximation will be described. This kind of procedure many If Called finite element analysis, Easy to implement via computer programming Will be applied. At first, Fiber is With the edge up It is divided into analysis areas. illumination The desired lighting pattern that specifies the angle of Established as a goal Is done. Each analysis area Is Analyzed separately to establish acceptable contour boundaries. next, Manufacturability , Continuity between adjacent areas, And additional constraints that may include available. The final lighting is It is the sum of contributions from each analysis area. Typical final Lighting goals span different lighting angles at different intensities, Comprehensive To achieve your goal, Auxiliary manipulation of the region outline may be required.   FIG. With adjacent end faces, Two fiber segments 1405, 1 A fiber assembly 1400 consisting of 410 is shown. Adjacent fiber ends One of the faces is shaped into a cone. This allows Flattened light manipulation characteristics of shaped end face Can be transferred to a suitable distal end surface. Filter or filter coating, Alternatively, both are easily applied. The depicted embodiment is a step index ・ Utilize fiber segment, Either or both segments May be composed of gradient index fibers. This technology A thorough explanation of the arts and crafts Assigned to the assignee of the present invention, By reference Incorporated, "Improved Light Collection and Lighting," filed November 20, 1995 And With a very controlled release and acceptance pattern, Optical fiber " Entitled, U.S. Patent Specification Serial No. 08/561, No. 484.   FIG. With adjacent end faces, Two fibers Segment 1505, A similar fiber assembly 150 comprising 1510 Represents 0. In this assembly, The contoured end face Both adjacent end faces Formed. Light manipulation is As light is refracted across both fiber ends, hand, Achieved gradually. further, The end surface is Symmetry about the central axis of the fiber is not. The axial deviation of the profile directs the light beam away from the axis of the fiber. Said As in the example, Light manipulation is Transferd down a short fiber to the distal tip. The alternate distal end face, drawn in dashed lines, Created to enhance optical properties. This end face Is Drawn as a plane oriented at an angle, Give rise to several desirable properties . As the effective aperture of light tolerance / admittance increases, Distal fiber segment So that the maximum length tolerance of the Final fiber sidewall reflection placement sensitivity Is reduced. The light beam is more vertical than the standard fiber end face As it passes through the fiber end face, Refractive effects at the distal fiber interface are minimized . The significance of this factor is It depends on the refractive index of the applied medium and the desired effect. did So, The end face is It projects further into the application medium than the normal flat end face. Phi The bar protrusion is To extend further into the application environment, Scattering medium or absorption Precision operation in media, Delivery, And provide opportunities for acceptance. Fiber end face The protrusion is small, Although it looks only slightly, From a more in-depth analysis, Optical fiber -On a scale, This distance is often It is revealed to be important in the situation.   FIG. An optical element 1605 comprising two fiber segments 1610; 16 15 inserted between Fiber assembly 160 to create desired light manipulation Draw 0. The optical element 1605 is refraction, Reflection, diffraction, Based on interference, Or Light scattering agents, even based on holography Or some other optical mechanism is there. As in the previous example, The filter element can be easily attached to a suitable surface, Or it is added as a separate element. Light control elements, That's one of optical fiber It can be molded into a fiber to become a embodied component.   FIG. 17 and FIG. Large diameter fiber segment 1705, 18 05 is Smaller diameter fiber segment 1710, Coupled to 1810 Two assemblies 1700, Draw 1800. In the manner described, Desired effect Is easily produced. For example, Larger fiber to smaller fiber It is possible to transfer light to the light. Therefore, Light intensity is increased. Operated The sentence regarding the delivery and transmission of light Relevant in this section.   FIG. Figure 7 depicts the transfer of light manipulation through a conventional mirror. Although not shown, Pre Is easily exploited in a similar way. In both cases, Flat refraction surface , Maintain delivery / acceptance pattern integrity as light manipulation is transferred. FIG. , Very short fiber with large core Portray the transfer of light operations through a segment. FIG. Through non-traditional fiber Draw a similar transfer of light manipulation. in this case, Fiber is Uncoated It is a waveguide. As the reflective surface of the waveguide approaches a flat two-dimensional geometry, Operation The synthesis of the light produced is reduced in the transport path. It is drawn straight, Guided wave The road may be permanently bent. FIG. Through the application of hollow optical fiber Draw a light manipulation transfer.   FIG. FIG. 17 depicts an assembly 2300 made up of a number of advantageous attributes. once Delivery fiber 2305 is Fiber with small core and small numerical aperture. H Fiber, The distal core of the large step index fiber 2310 Bonded to the cement. Distal segment 2310 includes Better to keep the light Utilize a high numerical aperture for further, To increase light inclusion, Outside the fiber Is Coated with internally reflective material such as welded aluminum Sometimes. Distal segment 2310 includes Its end adjacent to the primary delivery fiber It has a light shaping contour 2315 formed on the surface. The light shaping contour 2315 is Off the light axis It is formed to advance. The inactive protruding part of the contour is Two fiber cells Segment to minimize the distance between the end faces.   This example is Since only one of the adjacent end faces features the light shaping contour, Both end faces can be formed. In doing so, Light manipulation dispersed on two surfaces, It By Creates opportunities for auxiliary operations and higher transfer efficiency.   The diameter of the primary delivery fiber is Fixing short sleeves on fiber By Increase with fiber connection. Properly sized capillaries are Various It is acceptable as an optical fiber industry component. This sleeve is big Increase the effective physical diameter of the fiber to approximately match the distal tip of the core. Spirit Tight alignment is not required, Appropriate tolerances are acceptable.   The second sleeve is Hold both fibers, Align. Distal segment 2310 Although it is completely enclosed in the sleeve, Of primary delivery fiber Only short sections are tied. The two fibers are In the assembly Adhered with epoxy resin.   As depicted by the dashed line, Distal surface 2320 can be Larger exit to miss rays As the port is created, Can be cut at any angle. This fix also The rays Minimize refraction as you leave the fiber.   To the primary delivery fiber or distal segment of the bandpass filter coating The application of This is effective in cleaning laser light moving to the distal end face. fluorescence , Silica Raman light, And in most cases As light travels over fiber optics Other laser contamination that accumulates Rejected before final delivery. Coty As an alternative to Bandpass filter coating Fiber Can be applied to a wafer inserted between segments.   The small core and low numerical aperture of the primary delivery fiber Spawned several advantages Let Low numerical aperture Minimizes accumulation and waveguiding of laser contamination during transmission to the distal end Become Both factors, The beam moves within the final fiber segment , As it expands, Minimize beam divergence and spatial focusing.   FIG. Gradient index fiber 2410 with large core diameter 7 depicts an optical fiber 2405 placed after a short segment of. Primary fiber The delivery / acceptance pattern of Gradient index segment 2410 Turned more off-axis, Be guided. Light is a gradient index / segme As it propagates through the Light control is applied gently over a relatively long path of operation You. The coefficient of refraction changes according to the symmetry of the axis, Fluctuations move the beam away from the axis Confuse. As evident in the figure, Gradient index segment Only the Kuta interacts with the associated light beam. In this way, Desirable properties are Just take advantage of the relevant parts of the gradient index fiber segment Is easily achieved. Non-gradient index fiber segment By removing related parts, Gradient index without symmetry along axis A small diameter specialized segment of fiber is created. FIG. , A suitable segment 2510 is Fiber By means such as core drilling of the segment or off-center cylindrical grinding Manufacturing method eliminated from larger gradient index cylindrical shape 2410 Draw. FIG. Resultant tied to primary optical fiber 2405 Draw fiber segment 2510. In this way, Along the axis Not a name Creating off-axis delivery and receiving properties, Refractive index gradient An optical fiber segment is created. Low aperture as primary fiber By leveraging numbers, The resulting zone of receptivity or delivery is: further The gap is tighter than the resulting zone from a higher number of fibers.   Those skilled in the art Create Gradient Index Fibers Asymmetrical Along the Axis Understand that a variety of methods are readily available to do so. These techniques are Mark Quasi-gradient index fiber and so-called "grin len" Incorporate methodologies used in mass production   For example, Step index fiber with large core Within that aspect One possibility is to have regions with artificially increased refractive indices. Therefore, The light Move towards this area, Interacting with it, Light obeys the law of light refraction Bend off axis.   By utilizing a substance whose refractive index is a function of the transmitted optical energy And The directional surface of light is steered You. By introducing a beam controlled by optical energy into matter, That crouch The folding rate is intentionally manipulated. Therefore, The primary light is The area whose refractive index is modified As you interact with The primary light beam is advanced. The light to control is Controlled To avoid tangling with the light Must be injected. For example, Phi Light introduced perpendicular to the bar axis is not guided.   further, Fiber Not only asymmetric along the axis, Along the axis It may have a refractive index gradient that includes a nominal surface. Asymmetric tilt along the axis By supplementing with a symmetrical slope, Primary Fiber Delivery Characteristics and Reception The tolerability characteristics are: The light is manipulated, Stays tighter as it is pointed away from the axis Be held.   Gradient index optics Generally many other optical configurations Environmentally more stable than parts. The gradient index is Various chemicals May change permanently on contact with quality. Therefore, Its use is Arrangement It must be analyzed for specific applications before. Improved probe assembly leveraging internally reflective surfaces   27a-c A light scattering probe 27 that utilizes the principles of light manipulation according to the present invention 00 illustrates an exemplary embodiment. Fiber bundles Center fiber 27 10 is It is formed to be surrounded by a ring 2715 of fibers. FIG. Draw six surrounding fibers. However, In certain cases, 7 rings -Fiber turns out to be preferred. Special usage goals include: Various files A configuration with a similar amount of averaging is preferred. Depending on the application, The central fiber is dedicated to optical delivery For Is the surrounding fiber dedicated to light collection, Or the opposite is there.   The fiber bundles are joined together. To protect against crosstalk, Distal The outer cylindrical surface of the central fiber near the end is Coated with metal light impervious film Is done. instead of, Light blocking mixture such as carbon black, Fiber van Added to binders such as epoxy resins and inorganic cement that hold the dollars together It is. The bundle is By bonding the fibers together with epoxy resin, It may be formed as a standing assembly, Fiber is light Inhibited by contractile tubing tissue. After curing the epoxy resin, Heat shrink tubing tissue is removed You. This technique is Minimize fiber bundle diameter. Minimum size is primary suppression If not, Fiber is Collectively in tube or fiber optic connector Must be attached. The internal dimensions of this mounting bracket are To the outside diameter of the bundle Must match closely.   When maximizing light collection, Fiber is Delivery fiber and receiving fiber To minimize the space between Are joined together without gaps. Steps with polyimide coating Index, Silica core, Silica-clad fibers are preferred. Polly Mid coating is Must be removed near the distal tip of the fiber . This allows Furthermore, optical separation is minimized. The fiber size is Application Required And overall system parameters. 400-micron Cored fibers work well, Large enough to facilitate manufacturability . Depending on the application, The small fiber is dust, dust, Or other foreign matter Susceptible to harmful sensitivity. The thin cladding wall Minimize fiber core separation To keep Is the best. Nevertheless, The cladding thickness is completely wrapped in the light wave Must be sufficient to be included. Heat the fiber bundle, Compress By doing Fiber is No need for epoxy resin, To be fused together Can, Further, the spacing between fibers is eliminated.   Fiber bundles are connector assemblies, Installed in the needle tube Or Regardless of whether you are standing in a self-supporting structure, After the distal end of the bundle is created Be shaped. As mentioned earlier, Various fiber shapes are advantageous light special to application Generate a delivery pattern and an acceptance pattern.   The tip, like a pencil tip, Standard fiber processing equipment adapted to the manufacturing procedure Created easily using. Fiber polishing equipment A type of rotating polishing disc platen Is preferred. Colette, Chuck, Or a holding machine like a similar device But Support the fiber for polishing, Deploy. The holding mechanism is Rotating disc The primary axis of the fiber must be maintained at the desired polishing angle for the laser. Conventional Planar fiber polishing is related to the surface plane of the disc, Is achieved by arranging at an angle of 90 degrees, Tip tip like pencil tip The dollar is It is formed by placing the fibers at a smaller angle.   The holding mechanism is Preferably, Rotate the fiber around its main axis, It Equipment is provided for moving back and forth across the polishing disc. The holding mechanism is Times Roll axis is accurately maintained with respect to the vertical mechanical optic axis in the center of the fiber bundle It is important to have sufficient accuracy.   When forming a tip like a pencil point on the bundle, The bundle is It is polishing It rotates continuously as it is moved back and forth across the disk. Highly polished To create a surface, Step by step, Finer polishing media is used.   If the tip like a pencil tip is formed at an included angle of about 40 degrees, Very scattered, Sucking A probe with the excellent performance of Raman spectroscopy is obtained even in the medium to be collected. This By reducing the angle to 20 degrees, Performance is Demanding media Decrease in quality, It rises in the middle bear. At 10 degrees, Performance is Request more Optimized for less demanding media.   In an exemplary embodiment, The end faces reflect internally following the formation of the primary bundle shape Preferably, it is coated with a metal film. Suitable for various welding techniques I have.   After forming the probe tip, that is, Grinding and polishing with fiber polishing equipment Flattened. For the point parameters mentioned above, The tip is Flat Beyond the central fiber, Flat to extend into ring fiber Must be done. The extent to which the ring fiber is flattened fiber It depends on special parameters depending on the numerical aperture and the application. Flat section is phosphorus Enlarge about 50 percent of the central section of the fiber, 70 degree polishing angle ( Excellent performance is achieved for points based on an included angle of 40 degrees). This continues The edges are well suited for Raman analysis, Works very well even in dark scattering media I do. As mentioned earlier, By reducing the included angle, Performance is in various absorption states And it is easily adjusted to the fine particle scattering state.   FIG. Except that the coating of the internally reflected coating is omitted, Previous Draw a fiber bundle made according to the notation technique.   27b and 27c Draw a probe that will be placed inside the protective housing. FIG. It is sectional drawing. Figure 27c is an isometric view. FIG. Existence of coating 2720 reflecting inside Explain where you are. Prior to formation of the plane 2725 on the bundle, Bundle inserted And It is fixed in a hollow tube. According to application requirements, Suitable for various mounting connectors That's right. FIG. In most cases, Needle tube and made of thin metal called industry Tubing 2730 is drawn. Initially, The tube is So that the bundle is slightly dented To Must extend slightly beyond the tip of the bundle point. Tube , The tip is then filled in a tube with an epoxy or similar substance that encapsulates the tip. It is. Following this process, Assembly Flatten as described above.   In many applications, Protection against environmental abuse is desired. . 3-micron laboratory By applying a high quality surface such as the one achieved with a polishing film, the chemical Environmental abuse for food is minimized. Chemical decay in optical fiber Eclipse is most severe with surface defects and can be initiated by the surface. It Nevertheless, in many cases, additional environmental isolation is required.   Applying the probe behind the window is as described above Had to be avoided because of the negative aspects. Environmental isolation varies Achieved by applying a protective coating. Examples of these coatings are A diamond-like coating or an amorphous diamond coating, sapphire· Including coatings and various oxides. The application of these coatings This is facilitated by fusing the bundle into a solid mass as described above. Wafers standing in a thin self-supporting structure can also be bonded to the edge tips. Diamo Certain windows and coatings, such as those of the genus Indicates a signature. These signatures are quite analytical in certain application environments. Can be used to advantage. As the source propagates through this medium, A Raman band is generated. Certain applications, such as those involving back-reflective Rayleigh properties When used in applications, some of this Raman light is Return from the primary major land (measurand). This signal is a wave It can be used as a standard to establish both length and strength.   As mentioned earlier, the focus on light delivery and collection fibers is And system requirements. For Raman spectroscopy, the external fiber is usually Assigned to collection. Conversely, for applications such as diffuse reflectance measurement that utilizes white illumination light In some cases, ring fibers are usually best utilized for the delivery source light.   In isolated media applications, the measureland is the source energy Susceptible to ghee. In these media, the source energy is transferred to an external ring It may be advantageous to disperse between the divers. On doing it The lighted surface area is increased, instead of the major land (measurand ) Is reduced. Example Probe Assembly Operation   In addition to the previous operating instructions for the various components and optical surfaces, The general operational overview of the probe is full of insight. The probe is the center fiber Assume that it is configured for Raman spectroscopy to be utilized for laser delivery. This Fibers deliver laser light into important media. Medium Raman scatters light Disturb, thus creating a Raman band. An important typical medium is Rayleigh -Inducing the often unwanted effects mentioned above in the section on scattering, absorption and background Other characteristics.   As depicted in FIG. 9, each ring fiber 2715 (FIG. 27) has two There are distinct receptive zones. The first zone 915 is directly in front of the fiber end face. It is controlled to cross the tangential illumination beam. Reflecting inside the ring fiber This surface is designed to accept Raman scattered light very close to the probe tip. Aim these fibers. This first zone of receptivity is approximately 44 degrees and 32 degrees. (Zero degrees is interpreted to coincide with the fiber axis). in this way Valuable light is collected and the harmful scattering and absorption properties of the medium are avoided . Significant performance gains occur as compared to the performance gains achieved using alternative mechanisms You. The second receptive zone 910 is larger than the source fiber end face. Accept light at great distances. Using this configuration, the probe can be Reacts in.   Probes exhibit selective sensitivity to special photon mechanisms. Physical of this performance The properties are based on complex light-matter interactions as shown below. Rayleigh scattering And Mie scattered light are biased to form an angle, and frequently, It is a multi-event phenomenon. The multi-event surface creates a complex path of light movement. Phi Both the primary laser light and silica Raman light emitted from the bar depend on the medium. Susceptible to Rayleigh scattering. Therefore, its scattering is deflected at an angle . Fluorescence and Raman scattered light are more randomized or less angled on a trial basis. Be biased. Therefore, the statistical bias is scattered according to the scattering phenomenon Exist between the photon directivity planes. In this way, illumination and detection acceptability , The ratio of light collected from each photon mechanism is advantageously set. Therefore, a new and unexplained filtering mechanism has been proposed for optical fiber -The measurement light scattering phenomenon will be explained.   The physical characteristics are the head of the car under certain driving conditions such as fog, snow and rain It is believed that the physical properties of the light are somewhat similar. I was bothered by snow Or fog On nights when the driver was distressed, the driver was asked It looks better with light. Important differences between low and high beam settings and Is the angle of illumination. Indeed, higher beams allow more light to reach the driver's retina. Reaches, but it is the wrong light-practically all scattered by the fog .   The direction that forms the angle of the scattered light is complex and depends on many factors, The probe is optimized in experiments for specific application constraints. The demonstration data is almost By directing the collection zone as specified in Shows that the performance of the Raman probe is maximized. In this configuration, The ratio of Illy light to Raman light gives maximum performance.   Similarly, probes achieve advantageous performance in specific scatter-based analyses. So It collects Rayleigh scattered photons that have experienced a minimal number of scattering events. But Thus, the acquired data is not synthesized by multiple scattering events. Example Probe Assembly Performance   FIGS. 28, 29, and 30 use a probe made in accordance with the above description. Draw the level of performance achieved. This probe operates in the configuration depicted in FIG. Was used. Refractive index sufficient for the test medium to produce the required complete internal reflection Because of the differences provided, no internally reflective coating was required.   The results from the analysis for the three probes follow. The first probe is the species described above. Class of "flat / parallel fiber" (FF / PF) probes. For testing, it Was placed without windows in order to maximize its performance. FF / PF Pro Have been reported extensively in the literature, and are noted in particular in the medical literature. "refraction A second probe, shown as an "end face probe", is Manufactured according to U.S. Patent No. 5,402,508 to Roke et al. Succumb Folded end probe configuration is a collection fiber ring oriented at a 20 degree angle. Optimized by taking advantage of a flat central source fiber surrounded Was done. Refractive end face probes are required for proper operation. 020 inch thickness Is placed behind the sapphire window. Flat with FF / PF probe Two of the fibers of the refracting end probe are used to compare the reconstructed fields. Only was utilized. The third probe is manufactured according to an exemplary embodiment of the present invention. , Visionex, Advanced Probe d Probe) ". As with refractive end probes, advanced probes Only two of these fibers were used for testing.   For testing, all probe fibers must be the same size and numerical aperture. All equipment and test conditions were as close to identical as possible. For these tests Utilized a broadband visible source with minimal UV energy. Performance from fluorescence and particulate scattering was the light scattering mechanism under investigation.   FIG. 28 was obtained with three probes in a blood sample containing a phosphor screen. It is a spectrum. As shown, all three probes emit red light from the blood. Collected. In the red spectral region, the refractive end probe (line 2810) and F The F / PF probe (line 2805) produces comparable results. Refraction end face pro The performance of the probe is slightly better. However, advanced probes (Advan (Ced Probe) (line 2815) makes red elastically scattered light much more efficient. To collect. Nevertheless, Advanced Probes e) was not optimized for this reaction. In the shorter wavelength region (4 (Slightly above 75 nm), a further imbalance is evident. In a blood sample Fluorescers present produce a separation peak. Advanced Probe (Advanced Probe) captures the spectrum from this fluorescent agent, but the collection is It is not clear.   FIG. 29 is an enlarged view of the relevant spectral region. FF / PF probe (wire 2905), there is no apparent detectable collection of light from the fluorescent agent. Refraction end face pro The curve (line 2910) creates a spectrum with a vague structure in the region. But what part of this peak is the result of back reflection from the window, And what It is not clear whether it is attributed to the tracing agent. For special photon mechanism Advanced Probe with its selective sensitivity (line 2915) efficiently collects the required light and creates a clean spectrum . The ratio of elastically scattered light to fluorescent light from the various probes is clearly The performance of   Perhaps more clearly, FIGS. 31 and 32 show that selective sensitivity characteristics and achievement Illustrate possible results. Figure 31 shows the spectra collected in the red particle scattering medium. It is a graph of a le. FIG. 32 is the same but contains a trace yellow-green fluorescent mixture. 4 is a graph of a spectrum collected in a pull. Advanced probe for collecting fluorescent light Dramatic ratio of inelastic light collection from (Advanced Probe) Note the increase.   FIG. 30 was performed on an aqueous-based red solution with minimal Rayleigh scattering properties. 4 illustrates the results of a probe test. The test solution is clear and clear to the human eye Looks red. It is red enough to rapidly attenuate non-red light. Solution is human Contains a purple fluorescent admixture that is not apparent to the eye. In addition to the purple reaction, mix The agent also elicits a yellow fluorescent response from the solution.   The FF / PF probe (line 3005) produces the lowest intensity spectrum, yellow (500 nm-600 nm) and purple (450 nm) fluorescent screens cannot be detected. No. Although blood inherently exhibits particulate scattering properties, No liquid is shown. In the blood, the illuminating light bounces multiple times, during which the light is biased red. And returns to the collection fiber via interaction with the medium. Non-fine particle-scattering test In solution, there are minimal impurities to produce the effects described above. FF / The spectrum of the PF probe was also generated as a result of the fluorescence returning from the bottom of the sample beaker. (Solutions at these red and near infrared wavelengths) Relatively transparent to long). The probe emits visible purple or yellow light Do not collect. As light from the source fiber excites the fluorophore, Light is quickly absorbed by the red solution. And the red solution quickly emits fluorescence-induced light. Absorbed. Virtually all of the excitation light is received by the collection fiber. It is absorbed before it can reach the area. Therefore, photons generated in the receptive region Is immediately reabsorbed before completing the return trip to the collection fiber.   Refractive end face probe (line 3010) is essentially the same fate as the FF / PF probe Follow Refractive end-face probes cause some degree of light bending and manipulation But it is insufficient to overcome solution decay. Furthermore, refraction End probes have other disadvantages. Reflection from the window to the collection fiber Thus they are inadvertently caught. The spectral structure captured by this probe is Does not match window reflection test (not shown). After careful scrutiny, Weak peak structure "Imagine" in the sharp spectral range. However, they are not critical Is certain.   The Advanced Probe (line 3015) is excited and dissolves Captures purple and yellow light in the liquid. Both peaks are clearly captured.   After a series of tests in various media, advanced probes (Advanced   Probe) shows equally impressive results. Fiber optic instruments are advantageous The most demanding applications are likely to be Exists. These applications range from in vivo biomedicine to the environment and industry. Most places In practice, the photon mechanism is actually powerful, but the available instrumentation Species are poorly photon-affected producers when insufficient for proper acquisition. It is believed that there is. Complex face   As indicated above, ancillary light manipulations that have advantageous results This is achieved by forming an alternative surface on the part that reflects inside the surface. these Aspects are immediately more complex than those described above, but offer superior performance for many applications. Offer.   By creating these surface contours according to the design techniques described above, the ring Light entering the fiber or exiting the ring fiber is further manipulated. light Line angles are directed as needed for a particular application. Also, the light The flat part of the fiber traveling through it is made smaller, but still Transmits all available light as.   The kick-over zone is a tip probe bar like a pencil point John is relatively thin, but the zone is easily expandable. FIG. 7 and FIG. Figure 2 illustrates the typical performance gains achieved by applying more complex surfaces. However These improvements complicate probe fabrication. The embodiment of FIG. Especially effective in its ability to maximize response from a particular "focus" area within You.   Fluorescent spike solutions evaluate various probe geometries and architectures To provide an excellent trial. The distal end of the assembly is immersed in the solution. The emitted light pattern is easily observed as the lighting pattern heats and shines . The illumination and collection patterns, and their overlap, are also easily observed. This To achieve this, the test tank must contain a particle scattering agent in addition to the fluorescent mixture. Must. Titanium dioxide is ideal. Near the fiber collecting red laser light By injecting into the distal end, its acceptability is observed. Red light induces strong fluorescence Not emitted, but scattered visibly from airborne particles. This general technique is This is effective as a design aid in configuring an optical fiber interface for a specific application.   Complex fiber profiles are generated in several ways. Computer controlled laser ablation is feasible but expensive equipment Cost. The shape is in accordance with the techniques described above for making the preferred probe embodiment. It is formed in a piecewise linear fashion. Preferred method for creating complex shapes Is due to a polishing process similar to the process described above. Machine grinding process Auxiliary function to lift and tilt the process simultaneously during and polishing process I need. Auxiliary aspects of the probe assembly: filtering mechanism   As mentioned earlier, source light, especially narrowband light such as laser light, is mostly In this case, as the light travels through the optical fiber, the signal is damaged by an external signal. This Is particularly troublesome for Raman spectroscopy. Therefore, in many cases, professional By applying a bandpass filter near the probe to the laser light conduit, It is advantageous to exclude light. In addition, the signal is collected by the band reject filter Application to fiber conduits is also often advantageous.   Filtering is achieved in several ways. Interference filter coating Is applied directly to the fiber end bundle. Difficult manufacturing hands for this technique Order is needed. It also filters when light enters at various angles. Is difficult because it does not work well. I Therefore, the ring fiber of the probe is particularly suitable for wide acceptance angles of light. Designed.   Center laser fiber, filter coating bare fiber To be filtered. Then the probe is at its center Constructed with a lumen. Use a probe with a capillary tube instead of the central fiber. By building, a cavity is created. Probe was constructed according to the above procedure Later, the central fiber is inserted into the lumen cavity and laid in place.   In another effective and preferred technique, each individual fiber is Are filtered separately within a connector connection at a short distance. Filter Co Filter is inserted into the fiber or between the fiber end faces Applied directly to the wafer If industry standard connectors are utilized, With this technique, the size of the assembly is unacceptably large. Therefore The preferred approach is to use a filter coating that is approximately one inch long. Directly onto the short fiber segment end face. Filter The bonded end face is joined to the primary fiber length. This connection is This takes place in a needle tube. Ideally, the tube wall is. 001-. 003 “Thickness You.   Another filtering technique may be effective. In this technique, Unwanted wavelengths are displaced at an angle. In doing so , Light of unwanted wavelengths H It can be directed outside the fiber's internal reflection limit.   Instead of six of the same size, 7 smaller fibers in the center fiber By surrounding with An advantageous geometry is created. Seven fibers, Separately bundled into a solid geometry pack. The so-called packing factor is Soft Heat the bundle until easy Stuff it to remove all voids Can be further improved. FIG. Bundles created in that way Draw. Nevertheless, This configuration creates an advantageous packing factor, band Le shows excellent annular geometry. As depicted in FIG. Bundle alone Core can be fed into a large fiber. Various filtering The mechanism is It can be used for connections between bundles and large core fibers. bundle Slightly larger, With larger core fiber, Light filters When spreading during transmission through the The effect of divergence is overcome. Multi-fiber From a single fiber to a single fiber, Although the light density decreases, Total light energy is Does not decrease significantly. The effect of a small decrease in intensity depends on the system, Typical Insignificant.   Before connecting 7 ring fibers to a single core large extension fiber The structure is Provides other advantageous considerations. For example, Ring fiber Is In most cases, To deliver broadband light from a source lamp Of lighting capacity. In this example, The source lamp spot size is Typically larger than fiber. Therefore, (Single fiber bundle Larger, A single fiber (as long as a single fiber is smaller than the lamp spot size) As a result of the connection from the fiber to the bundle, No net light loss is realized. further, La Any inconsistencies in the lamp lighting patterns Lighting energy from each ring fiber To be equally distributed among Mixed during transfer to connection.   As an alternative to large fiber transport cores, Filter the entire bundle Can be To accomplish this task, Individual files in the bundle The bars are aligned with each other. The size of the fiber Affects technique effectiveness give. Larger fibers are clearly easier to align, Typical In general, Indicates less loss during filtering. Proper Bundle Alignment Technique The law is Filed on November 20, 1995, "Improved light collection and lighting, Optical fiber with highly controlled emission and acceptance patterns " Entitled U.S. Patent Specification Serial No. 08/561, No. 484. Auxiliary Important information is also described below.   The total length of the assembly is First established Its continuous length is rare for overall assembly. A bundle of fibers of the desired length is created. The bundle is tight Restrained, Adhesion / bonding with epoxy resin in areas where connections are formed Is done. Tubing is a suitable component to achieve this goal. Epoxy tree While allowing removal and assembly of the grease after curing, It keeps the fiber tight For the ability of A heat shrink tube is desired. metal, Hard like glass or ceramic Duct tissue may also be used. Industry standard connectors are also suitable. This kind of The fact that tubing is permanent Desired characteristics of the assembly and overall It can be an advantage or an obstacle depending on the restraint of the space. Connection location is far from the end If removed To the fiber while it is inserted into the tubing Care must be taken to prevent damage.   Area is suppressed, After being glued / bonded with epoxy in a rigid section, Sections with mechanical keys or other identifying marks parallel to the fiber axis It is arranged along. then, Section is cut perpendicular to fiber axis . Cutting is Best achieved with thin precision saws like fine diamond impregnated wheels Is done. Processing each side of the cutting, Polishing, After it has formed the appropriate surface , Individual fibers are combined by combining the two bundles together. Alignment It will be renewed. This mating connection is Typical in the industry to match a single fiber Achieved by any of the commonly utilized methods. Rotational alignment Mentioned earlier By visually matching the identification marks Or use a mechanical key Achieved.   This joint Can be created directly into the rigid section of the distal tip of the probe . In doing so, Care must be taken to separate the delivered light from the light received Absent. A blocking mechanism can be introduced, Ring fiber connection at center fiber It is best to remove it from the fiber junction. According to the described methodology, Re The joining to join the fiber Central fiber passes unobstructed The lumen may be featured. Then the central fiber is Filtering Destroyed for Apply filter coating directly to its distal end It is.   FIG. Suitable for filter applications, Probe ascene depicted in Figure 27 Draw a probe assembly 3500 similar to yellowtail. The embodiment of FIG. lumen Use the concept of that is, Dual use of bundle alignment and physical protection for, The outer metal tube structure 3505 of the probe is also utilized. Filter 3510 Is Just like the filter is between the fiber segments, Short fiber Attached directly to segment end face. Additional aspects of the probe assembly: Instrument interface   In configurations where ring fibers are used to collect light, These files The light from Ibar is The light is transferred to another instrument subsystem to be analyzed. Various The instrumentation system Requires a fiber input configuration. Indifferent Dispersed instruments are Typically, Accept input in annular geometry. Therefore, These instruments are Fiber bundles or fibers with large cores directly accept.   Another class of instruments is In most cases, It is called dispersion type. These instruments are Scripture Typeically, Works best when the input is placed within a narrow rectangle. This structure Is In many cases, Called slit. The circular input is Typically, physically Converted to this geometry by placing the input directly before the slit .   For optimal performance, In most cases, Configuring fibers into linear slits Is advantageous. This is achieved in several ways. For bundles, Individual files The bar Typically placed in a linear array in a connector designed for this purpose Is done. For larger core fibers, Fiber is an even smaller fiber Is taken out. in fact, Mentioned earlier, The connection shown in FIG. 34 is reversed. Hope Slit width can be narrower than the slit width presented by six fibers Because there is Leverage bundles with more fibers . As described above, The bundle is To minimize the inactive area of the bundle Heating, Can be compressed. Similarly, A linear array of fibers More gender Compressed easily to enhance performance. The fused bundle of fibers most For minutes, Called fused taper, Many In most cases, Used for imaging applications. By creating a similar structure , To efficiently transfer the annular input to a linear slit style format, Instrument adder A putter is formed.   As a variant on this theme, Fiber with large core, Or the same The constructed adapter is heated, Compressed. With this compression, Total surface area is one Must remain the same. To achieve this goal, Dice is fiber Manufactured from a material that withstands the temperature at which it softens. The dice are Of desired dimensions An internal rectangular cavity must be provided. Typically, It requires a thin rectangular cross section And that is, It has a top half and a bottom half that fit together. Dice and phi The bars are heated simultaneously, The dice is compressed to a closure. It is compressed As The fiber takes the shape of the desired rectangular cross section. Ideally, Annular The transition from a cross section to a rectangle is Achieved gradually along the longitudinal axis of the fiber. Alternative Embodiment Fiber Geometry   A variety of geometric configurations Ring fiber compared to center fiber Increase the size. For example, Located around a smaller central fiber Five fiber rings, The degree of interaction between the collection zone and the reception zone Increase Provides potential consequences for providing increased acceptability.   Both (providing entrance / exit locations) for light reflecting from the internally reflecting contour The two fibers in a side-by-side configuration that is partially flat on both ends Another alternative configuration It is. that is, Accepts only one source and one detector fiber Well suited for instrumentation systems. not to mention, Cost and simplicity advantages Potentially realized. This setup The illumination light, Very close to the fiber end Deliver into a near receptive collection fiber field. This fact is Source -Both the fiber and the detector fiber have components that are manipulated into the intersection. It is clear from the notes that   The central fiber is Shaped in various contours like a cone. These contours In creating The central fiber is Protrudes into more important media. This bump By out The end face of the central fiber must be Placed in close proximity to the Assume central fiber delivers energy When, Further proximity, Centered until light reaches ring fiber receptive area Minimize the distance that the light of the fiber must travel through the medium. this The technique is It is particularly effective if it is difficult to measure the medium. Center fiber loop Guo's refraction effect Minimized for media whose refractive index is close to that of the fiber Can be FIG. Illustrates the effect of increasing the described proximity of a multi-fiber probe Understand. FIG. Collection fiber larger than the delivery fiber Explain the potential benefits of an inverted probe. Referring again to FIG. When, Sharp points, Probe in a material such as biological tissue Facilitate plugging. In the example of FIG. 37a, The optical components are Needle tube It is put in and drawn. further, The reaction is Highly spatially specific in the investigation medium You.   The orientation forming the angle of the delivery and collection fibers is vigorously shaped If The delivery light is Forced to strike the end face of the collection fiber. So When To produce the desired measurements, Indicator type surface The treatment can be applied to the fiber. Similarly, Surface treatment is Delivery fiber Can be applied to Collection fiber is directed to look at this area . If the coating properly scatters the delivery light, Scattered light is collected fiber Collected by This technique is In most cases, Called surface-improved Raman spectroscopy Raman spectroscopy is especially valuable to the branch. FIG. Provides graphical notation I do.   As stated, FIG. Before the end face of the collection fiber, Collection fiber Draw a single source fiber that directs light slightly parallel to the end face of. In the figure, collection Fiber is It is shown larger than the delivery fiber. For media and applications Depending on, This may provide improved performance, May not provide . The outer part of the collection fiber is somewhat Grazing the center of the fiber Obviously, it will be removed from the traveling source beam. Therefore, Oval It is speculated that fiber is preferred. The results of the collection fiber are displayed in an oval cross section. By crushing quickly, The overlap between the delivery zone and the receptive zone is increased. same As, A rectangular array of collection fibers, Rectangular array, Or use linear arrays Can be used. This array is Provides supplementary and effective light scattering information from the sample medium I do. By analyzing the light received from the individual fibers with respect to each other , Valuable information related to the properties of the medium can be obtained. 38a-h Relation It is a general illustration with the. Separate elements   In addition to utilizing the outer surface of the fiber for internal reflection to achieve light manipulation hand, Control is achieved using directly mounted elements. For example, Inside the cone The fustrum that reflects on the part is Fiber bun as in Figure 39a Attached to the end of the dollar. As mentioned earlier, What is internal reflection? Complete internal reflection Or as a result of reflection from the coating reflecting internally. Reflecting edge inside The goods are It works according to the above description. In the center of the end part, Of the central fiber passing through the hole Preferably, holes are drilled to facilitate insertion. This adaptive structure) Important to prevent source energy from entering the collection conduit prematurely . The end parts are According to application requirements Manufactured from material. By utilizing materials with high refractive index, Complete internal reflection , Even relatively high refractive index liquids can be realized. Therefore, High refractive index substance Is a substance like sapphire, Environment from chemicals and physical abuse The above separation enhancement is also realized.   FIG. 7 depicts another end piece embodiment. in this case, The side of the end part is made convex Out, Thereby, the effect as described above is produced. In this example, ring Guo, Center where the parabolic geometric focus is at the relative position of the desired maximum response Placed before the fiber, It is the cone of the paraboloid of rotation.   40a and 40b Ring fiber wrapped around center fiber Draw probes that are well separated. The end parts are 39a and 39b in many respects. Similar to the end piece shown, but Show another characteristic. Side reflections at end parts Create a reflective surface inside for This causes a waveguide effect. in this way do it, Light is not only directed at an angle, Spatial with central fiber It is also aimed at a close proximity. Related examples that also make use of internally reflecting surfaces   The embodiment, Adjacent sections formed to create light entrance / exit Utilizing the surface that reflects inside as well. But, The surface that reflects inside is special Advantageously, no entry / exit profile is formed. FIG. Draw a probe built according to this principle. In this probe, Ring Fa The end face of Ivar Reflects completely inside. FIG. The fiber assembly shown in Fig. 41 An isometric view of the assembly is provided. The fiber coating Light facilitates side walls Removed to pass through. In addition, the central fiber Depressed in the capillary It is. In this way, Light travels between the area in front of the central fiber and the ring fiber. It passes unobstructed between the internally reflecting surfaces. A drug that holds the assembly in one place Goods, Typically, epoxy resins are optically transparent, Its refractive index is the desired operation Carefully selected according to the above effects. This assembly includes: The central fiber Metalized or Or similarly, from inadvertent crosstalk with the ring fiber. It is particularly important to be rejected.   Above all, According to the embodiment of this probe, Insert sample into hollow cavity By doing Can analyze very fine samples. The sample is essentially sun For applications where implantation in a pull cavity and within a sample cavity is desired , Some of the raised sides can be removed. With this action, Fluid is pro Flows easily in the detection zone of the   As in the probe embodiment, The surface that reflects internally is Auxiliary light manipulation It can be formed with complex contours as shown. For example, Hyperbolic cross-sectional shape The shape is In light collection for energy emanating near its focal point Very efficient.   Ring fibers create sharper bevels and longer tapers By doing Another effect occurs as depicted in FIG. Deeper A sample cavity is created. further, The fiber collection / acceptance zone is Depression Stick out of range.   FIG. Thick capillaries so that the main light transmission occurs through the end faces of the capillaries Draw a similar configuration that will be utilized. Similarly, Light is It is thick enough, Transparent, Suitable If constructed from a material with the proper refractive index, Core fiber cladding or It travels through the buffer.   FIG. The central fiber is formed to create an internally reflective surface Draw the composition. Assuming that the central fiber is utilized for lighting, This light By interaction with the surface, Illumination from a flat section of fiber at various angles Lighting occurs. The void created by tapering the center fiber is Optical Is filled with a transparent material such as a transparent epoxy resin. The detector light is this Easily passes through transparent materials.   FIG. Draw configurations adapted for high sensitivity directly at the probe tip . This example is Surface light without the need to pass light through the medium under investigation collect. In this way, Surface measurements are Easily collected with various substances . Lighting and receptivity zones Crosses the probe boundaries, Protruding outward Match.   It is assumed that the central fiber is utilized for light delivery. The light of the central fiber is Transparent Epoxy resin, Glass, Sections of transparent materials such as sapphire Transmitted through the Many epoxy resins are interference, Because it is easy to receive fluorescence, Use The choice of the substance with respect to the parameters is important. The exterior of this section External light As the specular reflection from the surface is returned into the central fiber, Convex shape Formed inside. However, Light scattered randomly like Raman Outer ring -Collected by fiber. This example is Transparent capsule material "Win Provides the additional advantage of facilitating the collection of reference spectral signals from You. When used for this, The natural signal of the window material is Desired response Can be increased by the addition of a dopant that produces Ideally, Reference spec Kutul Peak is Not sufficiently removed from the analysis wavelength to minimize interference I have to. But, that is, Produce a similar response to extraneous influences. Must be close enough. Prevent surface reflections from entering the collection fiber In order to A variety of other techniques can be used.   Second side window, So this control of the reflection of the transparent encapsulant Unique and It is new. In general, The radius of the "second" outer surface curvature is Source fiber Is assumed to be positioned as the geometric center of the bend. This configuration In Source fiber The second surface reflection resulting from the emitted light is Returned into the fiber. In practice , Considerable deviations in the radius of the bend from the stated criteria are acceptable. This fact , Based on directing the reflected light to an area such as the source fiber cladding Is based on This common tactic is Eliminate reflected energy from detector fiber Designed to do. To be tactically effective, The reflected light is Source ・ Besides being returned to the fiber, Can be directed to any location. For example, So It can simply be directed away from the collection fiber. However, It makes sense To provide an imaginary “light trap” Reflection is applied to the source fiber core and And into the cladding.   Excellent performance Transparent enclosure (window / capsule) for connecting media (Overlapping) illumination zone and receptive zone on the second (distal) face of By configuring the probe to provide a Achieved with many media types It is. Critical conditions for achieving good performance include: Second surface reflection (O And the first side) They inadvertently protrude into the collection fiber, Receive guided waves It must be controlled so that it does not happen. The second surface reflection is For collection fiber When you enter, It must be directed at an angle outside the range of the waveguide.   FIG. Illustrative notations to achieve the stated goals are provided. This example Is Obviously with the embodiment of FIG. Separate but Operationally similar. Delivery fiber 4710 is Light convex outside Through optical element 4715, Project on its outer surface. The reflection from this surface is mainly Returned into the fiber. The collection fiber 4720 is That is the outer surface of the optical element In, And accept interactions beyond the outer surface of the optical element Operated Have a view.   Unlike the probes illustrated in FIGS. 41 and 43-45, Embodiment of FIG. Is From the point of contact of the first light with the sample, And the point of contact with the first light sample And effectively capture the signal. that is, Not just dark solids like rubber And It is also effective for crystalline powders. The probe is The two-dimensional plane of the crystal is on the surface Because they tend to point themselves along Effective for crystalline powders. Therefore , The specular reflection from the surface of the crystalline powder is Into the core of the central fiber And Returned to where it left off. FIG. How this crystalline powder phenomenon Provide a general understanding of what works.   FIG. Source fiber illumination is directed onto a single collection fiber 2 Draw two configurations. In one case, The face of the collection fiber is flat. Another In one case, The collection fiber is directed at an angle, Collection of illumination beam Produces a closer proximity to the face of Ivar.   FIG. A variety of assemblies with optical edge components that create internal reflections Draw a perspective view of the interior. This The end parts of Functions similarly to the end pieces described above.   FIG. The source fiber is Suitable for direct collection fiber reception Draw another type that is projected into the path that can be broken. In this configuration, Smoothly Various coatings such as those used for improved Raman spectroscopy Is Is easily applied to optical surfaces through which light passes, The right substance is fiber Can be put in the gap between them. Although depicted as a bare fiber, Each fiber Is In a suitable structure or Can be encapsulated. For example, Construction Body is, Environmental isolation, Auxiliary light manipulation elements, Or improvements for specific detection conditions In some cases, a substance that realizes a photon reaction is provided. Example of gradient refractive index   52a and 52b Bend the light from the source fiber, Collection file Gradient index optics to match the receptive field of the bar Draw a fiber optic probe that utilizes the product. In line with the principles described above , The center of the gradient index waveguide is Anticipate the passage of the central fiber A hole is drilled for The central fiber is a gradient index segment If an alternative configuration is chosen that does not go through the cavity inside, Increased stray light collected It is. The optical matching material applied to the interface surface is Minimize this effect. Further To Distal of the gradient index segment The end face is Outgoing surface reflections are directed for rejection by collection fibers To It must be formed in any shape.   In keeping with the principles created earlier in this document, Individual gradients Index segment Dedicated to individual fibers, Of individual fibers Applicable above. Therefore, As mentioned earlier, Fiber core for high rate area By introducing directly into The area of receptivity or lighting is Need for specific use Will be directed accordingly. This distal end face of the adjacent fiber Filter directly May be ringed. Refracting end parts applied to the probe tip   FIG. 53 and FIG. The light is refracted by the light interaction with the refraction element Draw the optical components of the manipulated probe. 53a and 53b hole Is emptied, Draw the element into which the central fiber will be inserted.   FIG. Probe with a central fiber surrounded by a ring of fibers Draw a cross section of. The element is It is fixed to the probe tip. in this case, that is, Half A hemisphere whose diameter is equal to half the bundle diameter. For refractive effects on the distal side of the element in addition, This configuration, Create another beneficial effect. Source fiber at the center Placed, unnecessary, The center is the light reflected inside from the rounded surface of the hemisphere Returned to fiber. Similarly, Outer ring -If fiber is utilized in the source capacity, Reflected from outside to inside of element Light is separated from the central fiber, It is aimed at completely opposite fibers. Kind In a similar sense, The receptive zone is also advantageously operated. This probe is a refracted beam To achieve the steering effect, The refractive index of a hemisphere is Must be sufficiently distinguished from the application medium I have to.   Similarly, If the indices are sufficiently removed from each other, Spherical element with complete internal reflection Occurs on the outer side of the car. Probes that utilize optical manipulation between adjacent fiber segments   55a-f Utilize optical manipulation techniques between adjacent fiber segments Draw various aspects of the probe. The drawn probe is Take the center fiber Consists of a wound fiber ring. The elements between the fiber segments are Modify light entry / acceptance characteristics to create special performance advantages for the application.   A thorough description of the operation and theory is provided herein. Additional descriptions and specifications , Filed on November 20, 1995, "Improved light collection and lighting, Altitude With controlled release and acceptance patterns " U.S. Patent Specification Serial No. 08/561, No. 484. This background Think about it, The operation and construction of these probes is clear.   By leveraging the principles and methodologies presented, Examples are It is easily optimized for specific applications and desired effects.   FIG. Similar features that utilize end pieces to produce similar performance results FIG. 2 illustrates a cross-sectional view and a perspective view of the assembly.   FIG. In line with the principles developed in this book, Light created in this section Draw a probe configuration that utilizes the operating methodology. This kind of configuration is Biological tissue It is particularly effective for probe placement in applications such as and other complex substrates. Separate methodology   FIG. Source fiber delivery beam and collection fiber acceptability zone Draw ways to improve duplication between options. In this depiction, The channel is Formed in the iris. The source fiber is bent, Placed in the channel You. In this way, Source fiber energy directed into receptive zone Not only can you Fiber is almost completely covered by this zone It is. By utilizing small delivery fibers, Light loss in fiber bend Is minimized. A variant of this theme is Source fiber in central cavity Including a hollow collection fiber formed therein. This configuration, Manufacturing difficulties and It offers the disadvantage of being more susceptible to damage. Single fiber embodiment   FIG. Adapted according to the presented methodology, Sex that could not be achieved in the past 1 illustrates a single fiber achieving performance characteristics. In this example, fiber The lighting / collection characteristics of Manipulated while maintaining symmetry about the longitudinal axis of the fiber You. . A fiber with a numerical aperture of 22 is. Achieving an effective numerical aperture of 63 Adapted for   Silica core / silica clad optical fibers are typically. 22 It has a numerical aperture (NA). This is a common fiber used in various applications Type, which is the type depicted in the illustration. NA =.   22 is the included angle of 25 degrees There is a corresponding illumination / acceptance field that emanates in the air. Its refractive index is Rica core refractive index (about 1. In the medium corresponding to (46), the divergence angle is 17 degrees. You. Equivalently, the light is +/- 8. Pointed within 5 degrees . Therefore, this is a result of the light propagating Orientation. Patterns and angles are depicted in the illustration.   FIG. 59 illustrates the pattern created as a result of the adaptive structure. Resulting The new numerical aperture (NA =. Illumination / collection patterns corresponding to (63) are also shown. Sandwich The angle is 78 degrees in air and has a refractive index medium that matches the refractive index of the fiber core. Inside it is 51 degrees.   A cone is formed at the fiber tip to achieve the desired result. cone Is 17 degrees. This angle deliberately contributes to the propagation limit of light in the fiber. Match. In this case, those limits are +/- 8. 5 degrees. This geometry 7. Light hitting the side wall of the cone 5 degrees and 22. Reflected in a direction between 5 degrees, Pointed in towards the central axis of the fiber. Light that did not interact with the conical side wall The light reflected inside combined with +/− 25. Light of 5 degrees (51 degrees in total) Produces propagation that forms various angles of the ray.   Light is typically created by grinding and polishing a conical flat. Enters / exits through the flat two-dimensional part of the end face of Ivar. In the example, the tip is The rays reflected from the bar side walls completely fill the entrance / exit flat sections Flattened. Simple ray traces or algebraic equations fulfill this geometric condition Used to Touching a section of a cone at the point of transition from a cylinder to a cone By tracing the light beam, the condition is easily satisfied.   In simple procedural terms, the fiber is first drawn according to scale You. Next, a cone is drawn so as to be specified. From fiber pillars to cones Three rays are drawn that strongly hit the cone at the transition point. These three lights are transmitted Represents the limits and averages that form the normal angle of the fiber for transport (in the example Is +8. 5 degrees, 0 degrees, and -8. 5 degrees). Next, the corresponding reflected light is drawn. The cone , Flattened in the diagram until the desired effect is achieved. In this case, the reflected light Completely fill the inlet / outlet opening.   Actual performance deviates from theory due to effects including fiber filling factor Must be tested experimentally to complete the design specifications for a particular application No.   Smaller inlets / fiber tips (equivalent to longer conical sections) When created with an exit section, "side wall" light strikes the opposite wall before exiting . In this way, the illumination / collection pattern opens wider. Similarly, a flat sexual For larger versions, the percentage of wide-angle divergent lighting decreases .   As explained in the text above, the angle of the conical section of the fiber may vary. Manipulated to produce fruit. By increasing the included angle, the hello A turn is created by the "sidewall" light, creating two distinct lighting patterns You. Similarly, creating complex tapers (segmented cone angles) Thus, the NA can be further increased. Therefore, this principle is based on internal reflection By creating a complex contoured surface like a paraboloid of revolution for Considered as another step.   Fiber tips may be specific to the methodology or application described above. It is implemented and encapsulated according to special instructions, or both. FIG. 1 provides a perspective view of a complete termination assembly.   In line with the multi-fiber probe embodiment, multiple adaptive structures are easily available. Can be inserted. Light manipulation surface is easily embedded in elements adjacent to standard planar fiber Formed. This adaptive structure facilitates mass production of renewable components. In this regard, it offers a manufacturing advantage.   The elements are formed as flat-ended cones (truncated cones). This element is a plane Secured to the end of the fiber. Connect the flat fiber to a fiber optic connector or Elements are easily mounted and aligned by recessing into a similar tube Is done.   Similarly, the special end face is a short segment of fiber (typically a few millimeters). ). One end of the fiber segment is flat. Another One end is shaped into a modified cone. This segment is a standard planar Adjacent to the bar. The best way to attach is to place the fiber into a needle, Place in the tube so that the flat end of the special end of the fiber is parallel to the end of the needle tube. Is Rukoto. If desired, the fibers can be placed in a tube while in a perfect conical state. It can be inserted and fixed inside. Then the tubing and fiber Grinded and polished to create flat parts. The flat end of the fiber is not contaminated As the internal cavity is created First, it must be recessed into the tubing. Then the male fiber is Insert into the end cap. It is taken with epoxy resin or similar binder Attached. The use of an optically clear binder can reduce the distance between the fiber ends. Inefficient bonding does not occur as a result of drug implantation. In practice, properly selected chemicals Minimizes transmission losses by acting as an optical "matching" material. Hot melt adhesives are particularly effective when selected to withstand the environmental conditions of the application. You. For this reason, fluoropolymers are well suited. Delivery and collection of light along one common axis   The techniques described above deliver monochromatic light along one common axis, with wavelength shifting. Used to construct a probe assembly suitable for collecting the You. This type of probe has a close proximity between the optical axis of the delivery light pattern and the optical axis of the collection field. It is advantageous to provide similar sets. Probes are the elements required for assembly Minimizes the number and size (optical and mechanical) and expands within the primary light delivery mechanism Eliminates the need for customized beam optics. The probe is Also, the extent of refractive index interfaces in the optical system that can cause reflection of light is reduced. Another advantage of the probe is that it manipulates light without the need for a focusing element. To collect light from the study medium and, if advantageous, During ~ Is that it can be plugged directly into the The needs of these attributes are Science, process control, downhole wells, compound hardening, polymerization reactions, scientific research, and many more Powerful in applications such as similar applications. Devices that meet the stated purpose are: In particular, there is a need to enable the use of photons in biomedical specifications. The structure of this probe Provides the advantages of conventional technology confocal devices without inherent disadvantages I do.   FIG. 61, an exemplary process for delivering and collecting light along one common axis. 6100. The wavelength intensities shown in the figure are merely illustrative of general functionality It is. The actual intensity relative to the laser (or other monochromatic source) wavelength is Typically very weak.   In operation, highly monochromatic laser light is introduced into the proximal end of the delivery fiber 6103. Fired. As the light 6101 is guided toward the device tip, its wavelength purity becomes Light-matter interaction with the material of the fiber producing the wavelength shifted light 6102 Degrades due to action. This "silica-Raman" interference light is It is due to the fluorescent light. It is not unique to silica materials. Fiber waveguide Properties depend on material analysis techniques such as fiber optic-based laser Raman spectroscopy Accumulates this extraneous light, which may interfere with the light. Interfering light, laser anxiety Other sources, such as qualitative (mode hopping), and surroundings entering the path Also from light sources Sometimes. Ray centered on wavelength and wavelength shifted interference light 6102 The light 6110 is transmitted to a delivery fiber filter 6105. Band The filter 6105 is a laser beam 61 for transmitting the interference light 6116 to the minimum. Pass 15. The deviated interference light 6110 is separated from the filter 6105 and backward. Is reflected.   Filters 6105 and 6108 perpendicular to the 6103 and 6108 axes of the fiber Instead of pointing the filter 6105, 6180 at any angle, Thus, it offers certain application advantages. Delivery fiber to simplify description Referring to the filter 6105, it is the transmission that forms the angle of the fiber. Carrying limit (numerical aperture. 22 for a silica core / silica clad of 22 5 °) can be oriented to form larger angles. As a result, back reflection The emitted light cannot be back-propagated towards the source. this Is effective for several reasons. First, for very long fiber lengths, One distal filter run may not be enough. In this case, Fiber segments are attached to both the distal and proximal ends of the fiber segments. Filter the filter at a distance along the fiber path to provide the filter. It may be advantageous to provide. Interfering light rejected at the distal end of the fiber spacing If backpropagation is allowed in the fiber, it is At the proximal end of the bar spacing It will encounter another filter and will be reflected back again. Therefore, the interference light is Can be trapped between filters. The trapped light passes through the filter As you go through, the filtering mechanism loses its effect. Nonlinear effects are a problem And impair system performance. By turning the filter to a certain angle And the light reflected back is rejected outside the propagation limits forming the angle of the fiber. Second, the back-reflected laser light is filtered due to the inefficiency of normal filters. Increase the laser power intensity in the bar. Additional laser intensity may Additional fiber interference without the benefit of increasing the laser power delivered to the Cause. This reflected laser leaves the sample, but In the core, create multi-dimensional interference light that moves partially towards the sample. Therefore, the back-reflected laser light must not be allowed to propagate. Third, a further percentage of inadvertently back-reflecting a greater percentage of the desired light. With lower efficiency, more inexpensive filters can be used. Fourth, back reflected If the light is backpropagated into the laser, May interfere with stability. However, short fibers and stabilized separations Lasers, this is especially true when highly efficient filters are utilized. Angle-oriented filtering techniques are typically not required.   As light 6120 goes down distal fiber segment 6162, There is a small but increasing amount of interference 6121. Light 6120 is directed at an angle Incident on the filtered filter 6125. This filter removes unnecessary interference light 61 Notch that reflects laser light 6130 out with a small portion of 31 ) Filter.   Most of the interference light entering the filter 6125 is the laser light 6135, 613. With a small portion of 6, it passes through filter 6125. This unnecessary light 6 135 must be removed from the signal path. Multiple depending on the environment of the application Method is effective. This light causes the surrounding material to introduce it back into the light path If there is no tendency to exit, they are simply allowed to leave the assembly. The preferred way and The inside of the cavity surrounding the filter 6125 is filled with a silica plug or a transparent epoxy. Filling with an optically transparent substance such as a xy resin 6140. Transparent sexi The light absorbing section 6145 on the distal side of the The added epoxy resin (lamp-black-loaded epoxy) is unnecessary light 6135 Trap and attenuate. Absorption sections should be used to minimize surface reflections. 6145 has a refractive index similar to that of the transparent section 6140. Is preferred. Other optical trap configurations can also be utilized. Any angle to the final surface Shape it in degrees or finger it like a cone This minimizes interference from surface reflections and reduces the biological The ability to insert through such materials is also improved.   The filter 6125 passes pure laser through the fiber sidewall and into the investigation medium. -Light 6130 is directed. Lasers use elastic and inelastic processes. Interact with the medium through the In this way, its spectral composition Light 6155 where 6156 includes the laser wavelength 6110 and the shifted wavelength is: Emitted back through the fiber sidewalls and incident on the filter 6125. fill The modulator 6125 has 6161 of the laser light in the spectrum and the desired wavelength shift. Unnecessary light 6160, which is made up of a small portion of the filtered light, is passed. fill The detector 6125 is incident on the reflective surface 6175 and is directed to the detector for propagation 6170 The desired light 6165 is reflected. The light 6170 has a laser wavelength 6110 Notch (band elimination) 6180 to eliminate unnecessary light 6163 remaining at Filtered again. Residual light can cause crosstalk 6190 and imperfect filtering. May be due to factors such as In tune with the reasoning explained If the filter 6180 is tilted, the performance may be improved. Residual laser light 6163, 6164 cause interference in the main path 6108 of the collection fiber It prevents light from being generated and minimizes filtering requirements at the detector. Filter here for Ringed and removed. The pure wavelength shifted 6172 light 6171 is The required delivery fiber 6108 guides the detector.   In the case of a system that analyzes the investigation medium using a Stokes shift optical processor, Utilize a low pass filter instead of a fiber pass filter 6105 Can be. Similarly, a high pass filter replaces the notch filter 6180 Can be used with collection fiber. Therefore, the high-pass filter is -6125.   The filter fiber segments 6162, 6173 are depicted in the drawing. (Not shown) Primary fiber segments 6103, 6108 with hollow sleeves Best fit for Sleeves are precisely aligned for maximum performance Must be made by law. This allows a smaller bore tube to be precision bored This is achieved by wrapping around. Alternatively, the tubing is made of the appropriate size EDM metal on the cut fiber and then remove the fiber. Can be manufactured. Hold the fiber tightly and use the fiber segment With slightly smaller springs to achieve extreme alignment between An adjustable split sleeve is an alternative. Bonding provides mechanical integrity And can be combined with an optically clear epoxy resin to aid in coupling efficiency. it can. Epoxy resin fluoresces Care must be taken to ensure that there is no. For a fixed wavelength, Fluorescence is inevitable. In this case, a matching gel is used to ensure the joining efficiency. May be In most cases, no rate matching compound is required.   The area of the assembly where light is delivered to and collected from the search medium is May be applied with a reference material.   Crosstalk 6190 covers the fiber sidewalls in areas where light transmission through the wall is not required. The metal coating minimizes this. Similarly, stop crosstalk To this end, opaque foils can be utilized.   Fibers with a low numerical aperture, such as single mode, are stored, guided, Minimized percentage of silica-Raman / fiber fluorescence generated As can be seen, the primary delivery fiber 6103 can be utilized in the path. this It also delivers light to a filter with reduced angular deviation In anticipation of even sharper filter performance.   The area of the assembly through which light enters the investigation medium and exits the investigation medium is reflected Treatment with an anti-reflective coating such as magnesium fluoride to minimize Can be   Collection fibers 6108, 6173 are different from delivery fibers 6103, 6162. In some cases, Fused or unfused fiber to leverage collection efficiency In some cases.   The primary delivery fiber 6162 is fed for improved mechanical alignment sensitivity. May have a smaller core than the leading fiber tip segment 6162, and the light is Transmitted through the center of the filter 6105 so that fiber performance is maximized You. The primary delivery fiber 6162 has improved filter performance and less interference So that light is generated within fiber 6162 and guided by fiber 6162 , May have a lower numerical aperture.   The reflective surface 6175 of the collection fiber 6173 may be a metal coating or dielectric ( (Stack) If the light is reflected internally by the reflector, In some cases.   The length of the distal fiber segments does not provide sufficient waveguide performance Can be very short. In this way, its interference contribution is minimized. available.   The fiber material is coated with a polyimide-like coating that releases the cladding mode. Preferably, it is a silica core / silica clad.   As an alternative to attaching the filter directly to the fiber end face, Attached to a thin wafer placed on the end of the fiber or permanently attached You.   The primary delivery fiber 100 is preferably single mode .Filtering with a Bragg filter attached to the fiber Can be.   Of filters 6105, 6180 on delivery fiber and collection fiber One or both can be eliminated if a reduction in performance is acceptable.   To project the survey site further-for example through a window, the projection optics Goods or light tubes can be utilized.   Through which light enters the investigation medium and the cylindrical surface exiting the investigation medium is flattened by thermal softening. Grind flats or construct surfaces with optically transparent materials. Thus, reshaping can be performed to minimize distortion.   The assembly can be leveraged to monitor parameters in the human body it can.   One or both of the end fiber segments 6162, 6173 are physical High-purity sacrifices so that hardening can be May be formed from fire or similar materials. They are reflective metal Can be a hollow waveguide, such as a tube coated inside with a coating .   Optics can be placed inside various objects to process application parameters. Can be.   Assemblies analyze inelastic light-matter interactions such as Raman and fluorescence Can be used for instrumentation.   FIG. 62 shows that light is essentially parallel to the axis of the optical fiber. Illustrates a fiber assembly 6200 that enters and exits the assembly You.   The assemblies depicted have several important differences (identified by common element numbers): Operates similarly to the assembly of FIG. Enter distal filter 6225 The source light 6220 in the delivery fiber tip segment 6211 is different Works like that. The distal filter 6225 may be a band (or Stokes shift In the case of analysis only, this is a low-pass filter. This filter 6225 allows The user line light 6230 can pass undisturbed into the investigation medium. Interference light 6 235 is rejected by filter 6225 and directed out through the fiber sidewall. Be killed. (Treatment of this area with an absorbing substance traps interference light. be able to. ) The laser light 6230 transmitted through the filter 6225 , Through the transparent area 6240.   This area 6240 is made of a transparent conformal material such as epoxy resin, Pre-specified and filled with investigation medium, hard glass, sapphire, or May be blocked by similar fragments. The interference is short (several inches Although rapidly accumulating even within the segment), this region is It may be joined with a segment.   Regardless of the material, the outer surface of region 6240 is properly shaped (obliquely cut , Conical, or Similar), light reflected back from the outer surface is inadvertently transmitted to the detector. It is more difficult to carry. Regardless of the shape of the outer surface, the surface must be finely polished Instead, it is preferably treated with an anti-reflective coating. Ideally, the reflectance Is matched to the reflectivity of the investigation medium.   After passing through this region 6240, the laser light 6230 interacts with the investigation medium I do. Elastic and inelastic light 6255 returns from the investigation medium and is filtered. 6225. Most of the elastic (no wavelength shift) light 6260 is Surface 62 returning through the filter 6225 and reflecting internally for propagation to the detector. By 75, it is reflected again.   This configuration facilitates the capture of information at the isolator or through the window It is well suited for operations linked with projection optics. However, excellent optical coupling performance Achieved by direct insertion of the device into or above the probe medium. It is. Similarly, the delivery / collection field is a mirror, pre-mounted directly at the distal end. Or some aspect of a similar optical component.   The assembly is adapted to create a similar image-acquisition device and the methodology is similar Image-acquisition device.   As in the side view embodiment, this assembly is produced and microscaled. An optical element is attached to the fiber end face. The limiting surfaces are the delivery channel and Collection Path is not significantly obstructed to allow for expanded beam optics. You.   The filter can be formed directly on the fiber end face, or Attached to the wafer directly tied to the wafer. Direct mounting is preferred. For maximum performance, Filters must be of high quality. However, one purpose of this assembly Is to minimize the need for detailed filters, Depending on the filter, lower performance filters are conceivable. Nevertheless, even more Excellent filters provide light-based characterization for applications previously unattainable Interrelated to the arrangement of. The highest performing filters are professional Produced by Seth. These processes include ion beam sputtering (Single and double beam), ion plating, magnetron sputtering, And to a lesser extent non-assisted welding. High efficiency Not only is it achieved, but also environmental stability is enhanced. Filtering loss Search for damage to back-reflected light, partially equal to the increase in back-reflected light As such, efficiency is an important factor.   The signal strength is increased by joining the capillary containing the investigation medium to the light entrance / exit. Can be Capillaries must have a refractive index lower than that of the liquid sample. It is necessary. (Otherwise, it will reflect inside). Blood plasma, urine, amniotic fluid, and cerebrospinal fluid Biological fluids such as this method Well suited for. DuPont's Teflon FEP fluoropolymer is relatively Suitable for some fluids due to their low refractive index. Common fluoropoly Many of the mer have a low refractive index. However, what is generally known is water And higher than many aqueous solutions. The refractive index of water is about 1. 33. Therefore, For aqueous solutions, a new methodology is preferred. The capillary is made of DuPont Teflon AF amorphous May be formed from porous fluoropolymers. This substance is described throughout this document. Protection to induce full internal reflection on the surface of the optical fiber contour It is also a membrane or encapsulant.   The fluoropolymer has an internal diameter approximately equal to the inner diameter of the delivery fiber end segment. May be coated on the inside of glass (silica) capillaries of diameter. Fluoro Internal coatings due to their advantages in reducing polymer costs and increasing stiffness Glass coated is preferred. This amorphous fluoropolymer is manufactured by the manufacturer Is applied to the capillary tissue in a dissolved state, the solvent available from the company. Polymer is added The solvent obtained is repeatedly exchanged through a capillary until a uniform film is built. Can be. The membrane should be at least 5 mm for operation below 1000 nanometers. The thickness of the cron should be 10 microns for near infrared use (tube A thickness of about 5 percent of the inner diameter of the tissue is best). Preferred method of polymer application This means that the mixture is forced down the capillary and a consistent coating is achieved. Applying the mixture to the end of the capillary while rotating the capillary vertically, as is done It is. Solvents are used during the supplier's standard use while directing airflow through the interior of the tubing. Carried away according to the business guidelines. For mass production applications and long capillary lengths, polymer Is applied as an intima during the glass capillary manufacturing process. Performance is light Is achieved by increasing the length of the capillary up to the distance at which is attenuated. The maximum profitable length is Depends on the absorption of the investigation medium at the analysis wavelength. Delivery and collection of light through one common aperture   The techniques described above deliver monochromatic light through one common aperture and the wavelength is shifted. Also used to build a probe assembly suitable for collecting filtered light May be done. Utility and adaptive structure for broadband use applications as opposed to monochromatic Is readily understood and is based on the teachings presented herein. This kind of The lobe is a light-matter reaction at the surface interface (contact plane) between the assembly and the investigation medium. Advantageously, it has the ability to induce and trap interactions. This is especially true for absorption It is effective in a medium that exhibits such an obstacle to optical propagation. Parameters in the described configuration By changing the data, the depth of the medium beyond this contact interface will depend on the application requirements. And easily selected.   This property is only countered by light-matter interactions that occur at any depth within the investigation medium. It is different from the corresponding device. As a result of this property, the exemplary probe is completely opaque. Clear thing Light-substance interactions can occur and be trapped in the material. Similarly, a thin layer And information from the membrane. For example, on any substance (opaque or transparent) The membrane or any layer of material may be monitored by direct contact or by mini-isolation insulators. Can be In addition, the indicator layer allows light to be transmitted to the subject through it And can be applied to the assembly surface where the reaction in this layer can be captured. Another feature As a special case, the imaging fiber optic probe assembly From the surface, imaging information can be obtained while in direct contact with the outer surface. Wear. This property is particularly valuable for medical endoscopes.   This device allows the light to be delivered to the interface between the fiber optic assembly and the investigation medium. Mirror-like reflections that occur as they pass through the refractive index interface are advantageously controlled It is also advantageous in a sense. Mirror-like reflections interfere with the collection of desired light-matter reactions In applications that will do so, the collection is minimized. Mirror-like reflections collected The source fiber is directed outside the acceptability limits that form the angle of the fiber Guided for backpropagation in or away from the collection fiber Projected or all of them. A special case is that of crystalline powder Microscopic surfaces minimize unnecessary collection of specularly reflected light from these surfaces Align themselves with the surface so that Specular interaction is important Ah In some applications, the configuration of the assembly is optimized for specular collection and subsequent analysis. Easily adjusted to   In addition to the above advantages, the number and size of optical elements are minimized, Optical elements in the path and collection path minimize surface reflections from these elements , Configured to control. As a result, the optical efficiency is maximized and the Contamination of the collected light due to stray light interference is minimized. Expanded beam optics Trust in the image column is also eliminated.   Selecting the light delivery and collection angles as in the device described above. And the device is selective for special photon mechanisms that are angled and biased It is easily configured to show a high sensitivity. Such as Raman and fluorescence scattering The percentage of trapped inelastic light-matter interactions is Percentage from elastic processes such as Mie scattering and specular reflection Can be increased compared to   FIG. 63 shows that the central fiber 6375 is captured by the fiber ring 6380. It is sectional drawing of the probe enclosed. Central fiber 6375 delivers light Ring fiber 6380 is utilized to collect light. A laser is injected into the delivery fiber 6375 at its proximal end (not shown). Since the amount of laser light is typically not limited by fiber size, This is the optimal configuration for laser-based analysis It is. Other light sources, such as broadband lamps, are more efficient with a single fiber Rather, they are often joined together by fiber bundles. I Thus, for many non-laser applications, the ring fiber 6380 transmits light. Utilized to reach. This configuration provides a rich form of the angle of the investigation medium 6320 Provides the supplementary properties of simple (diffuse) lighting.   In operation, light 6301 travels down the optical fiber from the source to the central fiber 63 75 toward the distal end face. In the illustration, the assembly is a laser-lama Configured for spectroscopy. Therefore, the source light is highly monochromatic laser light. You. Through interaction with the fiber core 6310, the color purity of the light 6301 is weak. Can be The bandpass filter (or optional high-pass filter) 6355 Highly monochromatic light 6301 is introduced into measureland 6320 As such, it rejects light with unwanted wavelengths. Light beam 6301 is the central fiber The anti-reflective property generated when crossing the refractive index interface between 6375 and medium 6320 The shots are directed at angles within the limits of the angled receiving fiber. Similarly, in the depicted Raman configuration, the Mie scattering is the guiding power of the central fiber. It is mainly directed backwards within the range of power. The Raman-scattering event is the (opacity of the medium) Depending on) the surface of the investigation medium 6320 and beyond the surface of the investigation medium 6320 Triggered. These events cause the central Entering the fiber 6375 end face, traveling through the central fiber core 6310, 6340 through the central fiber cladding 6330, collecting fiber 638 Move into zero, intersect with the internally reflecting surface 6345 and transfer to the detection system Given new direction for propagation in collection fiber 6380 for Light rays are produced. The collection fiber filter 6360 provides a band notch Rejects high frequencies through laser light or alternatively.   Ring fiber 6380 is used to create an internally reflective surface 6345 Polished at an angle φ. Ring fiber 6380 has an internally reflecting surface 634. 5 is individually faceted such that it is two-dimensional (flat) or Preferably, as illustrated, they are contoured so as to collectively form a truncated cone. Is attached. The fiber is suitably between fibers 6375, 6380 Near the distal tip so that the angled desired light 6340 is not obstructed The protective coating / buffer 6335 is removed. The bundle is optical They are held together by a transparent binder or fused together. Epoxy resin When a binder or inorganic cement (adhesive) such as is used, its refractive index is , The refractive index of the fiber claddings 6325, 6330. By substantially matching the indices of refraction, the delivery 6375 fiber and the collection 6380 fiber Between the fibers The effect of refraction on the desired light beam 6340 passing through is minimized.   In some applications involving clear liquids, fiber bundles can be made with thin heat shrink (Preferably Teflon). The fluid medium is between the fibers It can gently penetrate into the gap and help to transmit light beam 6340. Nevertheless, the negative effects of distortion are minimal, so that some The difference is acceptable. Refraction effects are modeled and the configuration can be optimized to compensate However, the specified set of substances (fiber and epoxy resin) The approach is sufficient. The contour angle φ can be easily adjusted until the desired result is achieved. Be changed. Visual methods are valuable in optimizing configurations. Light to distal end Light is reflected internally by sending the ring fiber 6380 downwards towards it Bends at the mating surface 6345 and is redirected toward the end face of the central fiber 6375 You. By putting the assembly into the bath, you can see the emerging light in a magnified view You. In the case of white light, the bath can consist of water and traces of fluorescent indicators. Instead In some cases, the tank may be composed of water with a small amount of scattering agent such as titanium dioxide . The low refractive index of water (about 1. 33) is a completely internal reflection on a surface 6345 which reflects internally. The need for coating 6365 is eliminated in visual testing It is. The light pattern was used to perform these tests in a clear container with flat sides. Out Is easily inspected. A common aquarium is appropriate. (Most laboratories Cell culture bottles (available from suppliers) are ideal. In this method, the angle φ is Appropriate as long as it is within the limits of total internal reflection, taking into account other optical parameters .   Internal reflection at surface 6345 can be caused by a number of means. This side The medium in contact with 6345 has other relevant parameters (angle φ, fiber core 63). 15 and the limit of propagation forming the angle of the guided light 6305). If it has a sufficiently low refractive index, complete internal reflection occurs. Typically, the corner The degree φ is between 45 ° and 90 °. Certain uses such as monitoring of hard surfaces In the process, surface 6345 is exposed to air to create a state of total internal reflection. Need to be exposed. However, in this open-air approach, the tip is mechanically delicate. In many cases, loss may occur due to contamination of the optical surface 6345, Less robust than required. The open-air approach is still acceptable and If the chair is used in a clean environment such as a clean room, To precisely position the device relative to the measureland It is even preferred when used for.   Similarly, the angle φ is large (typically 7 for all silica fibers). 5 ° -85 °), the total internal reflection is due to the aqueous medium when the surface 6345 is bare. Invited in Is issued. If this approach is adopted, the aqueous medium will “fail” the internal reflection. "Absorb" absorbent material.   The surface 6345 can also be coated with a low refractive index film 6370. Magnesium fluoride can be applied by various thin film deposition techniques, The field of collected light rays 6305 does not extend beyond the coating 6370 and Provide a coating thick enough to ensure that it does not fail And it is difficult. Multiple fluoropolymers can form this film. These include DuPont brand names FEP Teflon, PFA Teflon, TF Includes products known by E Teflon, Teflon AF and Tefzel . Some of these polymers are available from other manufacturers under various trade names it can. Among these polymers, Teflon AF amorphous fluoropolymer is excellent. And FEP Teflon is the next best. Teflon, sometimes called amorphous Teflon Freon AF has the lowest refractive index, adheres well to surface 6345, and Optically transparent to wavelength. It provides excellent results at angles φ as small as 70 °. Has been found to be available. In addition, it is excellent with respect to chemical inertness Show characteristics. The procedure for applying Teflon AF is shown below.   Teflon AF is dissolved and extruded to encapsulate the assembly. Can also be used as a shape However, coating the polymer with a dissolved solvent is more economic and Better. The assembly tip is called Teflon AF1600 by DuPont Teflon AF (6% perfluorinated solvent (C5-18) , 4,5-difluoro-2,2-bis (trifluoromethyl oromethyl))-1,3-dipole (PDD), tetrafluoroethylene (tetra immersed in a polymer containing fluoroethylene). DuPont Teflon AF 2400 is also acceptable. Other percentage solutions are acceptable. Assemble Li is allowed to air dry and then dipped again to build up the coating . The assembly is then allowed to air dry thoroughly (about 10 minutes). The remaining solvent is then fired at about 112 ° C. for 5 to 10 minutes. More carried away. The temperature is raised to 165 ° C. for 5 minutes. The temperature is 15 minutes, 26 Raised from 5 ° C to 270 ° C. At about 240 ° C, Teflon melts and coats uniformly. And adheres to the fiber surface 6345. The tip should be expanded for abnormalities. Inspect much. If abnormal, the procedure should be continued until an acceptable coating is established. Is repeated.   After application of the polymer, the delivery fiber 6375 end face removes the polymer from this surface. Must be polished to remove. To increase the hardness of the assembly Before this step, the entire assembly will be encapsulated. Thus, the bundle is inserted into a tube filled with epoxy resin. then, The end of the assembly exposes the bare fiber core 6310 of the central fiber 6375 To be polished.   As an alternative, a thin internally reflecting film of metallization can also be utilized . It is superior to Teflon AF coating in that it is not limited by angle φ You. And all metal reflectors are less efficient than total internal reflection. But Therefore, the metal does not produce adequate performance with the Teflon AF approach (small corners) Degrees) must be reserved for such conditions. Near-infrared reflection In some cases, gold is an excellent reflector, which also resists chemical corrosion. Ten gold films A thin, essentially transparent layer of another metal is primed because it does not adhere to silica in minutes. Must be applied. Chrome reduced reflectance in the near infrared, The intermediate layer is very thin and does not greatly reduce the reflection efficiency. In the case of UV-visible light, Aluminum works well. Silver is also suitable for the visible near infrared. However, silver Aluminum also does not have good resistance to chemical corrosion, so it must be avoided in harsh environments. Must be killed. In harsh environments, rhodium or platinum can reflect Characteristics are preferred in regions of the spectrum where they are acceptable.   Yet another alternative is to use a dielectric mirror created by applying multiple thin film layers can do. Carefully invite By designing the mirrors, it allows them to propagate within the collection fiber 6380 So that it can also pass selective unwanted wavelengths of light (such as lasers) it can.   When the distal segment of the fiber is made from a high rate material such as sapphire The state of complete internal reflection is more easily maintained. So this approach Is better if the application requirements outweigh the expensive cost of sapphire fiber. It is an alternative.   Referring again to FIG. 63, when configured for laser-Raman spectroscopy, Filtering mechanisms can be leveraged to increase performance. Delivery light 6301 exits open As you move toward your mouth, only the laser beam passes, rejecting extraneous wavelengths As such, the delivered light is filtered by an interference filter 6355. Drawing As can be seen, the filter 6355 is such that the filtering is very close to the exit aperture So that it is attached to the distal fiber segment. Filtered The segment is the main fiber segment in a small capillary (needle) tube 6350 Is joined with the For medical applications, minimizing bundle diameter is Importantly, the capillary 6350 can be formed from a very thin-walled platinum alloy. it can. As a result of the strength of the alloy, wall thickness is minimized while maintaining structural integrity. Can be obtained. The accuracy of the inner diameter of this tube structure 6350 is smaller than the outer diameter of the fiber. In comparison, determine the coupling efficiency and the effect of fiber blocking. Split The removed sleeve may be utilized in place of the tubing 6350. Divided The inner diameter of the sleeve is slightly smaller than the outer diameter of the fiber. Only a few sleeves The sleeve handles the insertion of both fiber segments Maintain extremely accurate alignment. (During the last assembly, epoxy or When secured in a permanent position by a similar binder, the filtered Unit of the fiber segment. )   For Stokes-shift Raman analysis, the delivery fiber can be a low-pass filter or Or bandpass filters. Filter Must be of high quality and must be sharply turned on / off . The purpose of the filter on the delivery fiber is silica-Raman and fiber Blocking light contaminated by interference such as fluorescence. Therefore, the The light reached is clean in the wavelength region of interest. Collection fiber 6380 Must also be filtered. However, this is mostly a requirement Absent. The purpose of the filter 6360 on the collection fiber is to block the returning laser light. Stokes shift-is to allow Raman light to pass through (for laser entry) More will cause silica-Raman interference in the return). Therefore, these files Filter 6360 must be band rejected (notched) or high frequency, Must be high quality. Rate-matching gels to maximize binding efficiency Can be added to the mating surfaces. An angle between the mating surfaces of adjacent fibers Another characteristic is born by turning to. This technique requires that the angle be properly selected. If so, it prevents backpropagation of the reflected light in the fiber. H The filter angle is the limit of light propagation inside the fiber (the numerical aperture is. Equal to 22 7. In case of Rica core / silica clad 5 °). This is because light is scattered several times in a fiber segment in a manner similar to a resonant cavity. Prevent later bouncing.   As described above, the collected light 6340 has the same but different angles of aperture (transmission). Light 6 entering the assembly through the distal end face of 301 exits the assembly. This property makes the coating 6365 the delivery fiber -Opportunity to create an advantage by applying to the end face. Anti-reflective Utilizing anti-blocking coating (quarter wavelength magnesium fluoride or similar) Thereby, the optical efficiency is increased and the stray light performance is improved. To create a known signal The wavelength and relative intensity standards for analytical comparison. Can be established. For example, if the membrane has a Raman signature, the peak of this membrane will be System to verify proper operation, calibrate wavelength, and check relative intensity Therefore it can be used. Diamond coating is an excellent Raman signature Is shown. Inge accepts special measureland 6320 analysis Caters too Can be attached. For example, fluorescent indicators that react to special biological chemicals A caterer can be attached to the end face. Various indicators and their bases Techniques for attachment to quality are available in the art. Similarly, special physical and chemical A film that undergoes a color change in response to a typical condition can be applied. In this case, the membrane is To direct some of the light between the delivery and collection optics paths, a titanium dioxide Must have such scattering chemicals. Used for surface enhanced Raman spectroscopy Coatings that enhance the naive reaction of substances such as things can also be applied.   This application applies a coating (and filter) to the fiber end face. Is also suitable for mass production. The preferred method is to coat the coating with a short To apply to the var segment (about 1 inch long). Then the end Primary fiber in a manner similar to the segment described for the filter Joined to. However, if the connection does not contain any filters or similar techniques Another very valuable option is available. Segments are commonly used It can be fused together by any of the means. Stray light performance To improve, all optical end faces have a high finish (. Up to 3 microns) Must be polished.   The illustrated arrangement also lends itself to another referencing mechanism. Ring reference light By injecting into one of the fibers 6380 and selecting the appropriate angle φ. Note Some of the light that enters is centered (after reflection bounce off the end of the central fiber 6375) It can be captured by a collection fiber on the opposite side of the fiber. Center fiber 6375 edge touches measureland 20 (before taking measurements) If not, only internal reflections are important.   The application of the described device to a number of photon applications will be apparent to those skilled in the art. It should be. Nevertheless, several special application parameters are of particular interest Deserve.   The central fiber 6375 will be the imaging fiber or bundle When selected, the assembly can extract spatial image data directly from the surface. Capture. In this way, the insulator between the end face and the imaged face is Not required. This property is particularly valuable in medical imaging of the human body.   In most cases, information is gathered from layers that are slightly in It is desirable to minimize it. For example, a set under the outer surface of the skin or under a fingernail It may be desirable to examine the woven layer. This feature is available for matching gel or cream Can be enhanced by applying a system to the center fiber 6375 contact points. Wear. In biomedical spectroscopy, this method can be used for many skin-to-window applications. Is valuable.   The ring fiber 6380 is located below the assembly surface. Can be depressed. The angle φ may be set appropriately. Similarly, these The fiber is split between the central fiber 6375 and the ring fiber 6380. May be moved down and out of the central fiber to maintain separation .   The area adjacent to the internally reflecting surface 6345 is encapsulated in a solid mass it can. The entire assembly can be placed inside a fixed object.   By incorporating the lens assembly in front of the assembly tip, the projection system System can be created to extend the measuring point to a short insulator location .   FIG. 64 illustrates an alternative two fiber embodiment. Delivery fiber 647 5 comprises a reflecting surface 6445 inside the curve. As a result, the delivered light The surface is more angled and richer than when the surface is as depicted in FIG. is there. This assembly can be formed by the rotary polishing procedure described above. . The form of the internally reflecting surface 6445 is about the collection fiber 6380 about the machine axis. Note that is rotationally symmetric. This is to maintain symmetry during fabrication Form an optical surface with a dummy fiber located on the opposite side of the collection fiber. Is achieved by Surface type 6445 is a light tray to meet application instructions. Designed easily with the help of a single (manual or computer assisted). then That the contour controls the tip interaction with the polishing platen Is generated in the surface. While it is spinning, computer control or Either CAM or CAM based assemblies are acceptable. surface Is the paraboloid of revolution with the geometric focus approximately at the end of the collection fiber 6480. The formation maximizes the delivery of light to this area. Illustrative delivered A flat area on the end face of the delivery fiber through which a portion of the reflected light 6401 passes unobstructed. Good. This feature is transparent to extend the measurement range well beyond the distal end face Improve measurements in media. In this way, the light delivery pattern is completely collected and viewed. Envelop the field. When the fiber delivery and collection roles are reversed, A related advantage is created. This particular configuration requires a fiber assembly For biomedical applications mounted in dollars or used in similar small configurations Well suited.   The derived collection fiber 6480 is shaped like a plane oriented at an angle May be provided. This configuration allows the fiber 640 to have a light delivery capacity. Particularly useful when used to prevent backpropagation of outgoing light. It is effective.   FIG. 65 illustrates an embodiment 6500 in which the assembly incorporates multiple fibers. I do. Each of the collection fibers 6580 emits light in a direction that forms a special angle. accept. The drawing reflects into the interior outlined as a compound (two) angle Draw the surface 6545. Linear segment Number and angle forming orientations are easy to get to the desired amount to meet application requirements And easily determined through ray tracing. Similarly, the contour May be smooth like an object surface. The drawing shows the path of surface reflection 6590 and Highlight how this reflection is encompassed by the central fiber 6575 .   The assembly end segments are merged together for best performance. then Can combine individual fibers into one large single core fiber You. Preferably, this connection is such that the connection has the highest efficiency (gap between the fibers). Is achieved by fusing the individual fibers together. So A suitable filter can then be applied directly to this fused end face. Spectroscopy For detectors where a linear (slit) input is desired, a large single core fiber The fiber can be easily removed to a suitable configuration. This includes fiber Is the best bundle. Bundle at one end into a circle and at the other end Must be fused into a rectangle. Make sure the fiber is loose between the two ends. Sometimes, they are continuously fused. "Slit from fused circle The same approximate surface area at each end to prevent inadvertent alteration of the adapter's numerical aperture. Care must be taken to maintain. Or, similarly, the desired expansion Can be produced.   As mentioned earlier, the central fiber 6575 is crosstalk Metallizing its outer surface to minimize and minimize collection fibers. Can be. This metallization technique is particularly useful in fused bundles that are Is very effective. Crosstalk problems when the assembly is utilized for Raman spectroscopy Is especially troublesome. Phase of laser light 6501 with delivery fiber core 6510 Interaction creates unwanted fiber fluorescence and silica-Raman light, The title is awkward. This light radiates in all directions and is inadvertently collected by the collection fiber Easy to collect and propagate. Delivery fiber 6575 is unnecessary and potentially Interfering light is sometimes considered to "emit incandescent light." As described in this document A very efficient collection mechanism, such as that, could inadvertently get this harmful light is there. However, metallization techniques can be advantageously used easily.   The nature of the assemblies (fused and unfused) described in this document Metallization techniques are carefully applied because they take advantage of light transmission through the bar sidewalls. There must be. For best results, center fiber 6575 should be metallized Is the only thing to be done. The metal coating 6596 may extend completely to the distal end surface. No. This means that any section of the fiber is left uncoated Must be done. This bare segment is the fiber for which this property is desired It facilitates the transmission 6540 of the light beam between the beams. The length to leave naked is a simple ray Clear through tracing, masking during the metallization process Easily achieved. Instead, the metal is fully applied and then Is chemically removed within.   FIG. 66 shows a contoured outer fiber end face 6635 with a refractive surface. The resulting refraction is useful for manipulating the fiber delivery / collection pattern 6660. FIG. 18 illustrates an alternative embodiment 6600 used. 664 light crosses fiber sidewall Refraction effects according to 0 are ignored for explanation. However, due to this additional effect, Thus, the coincidence with the end face of the central fiber 6775 of the pattern 6660 is enhanced.   FIG. 67 shows an alternative embodiment 6700 that is particularly useful for monitoring surfaces in open air Is illustrated. It is the filter 676 on the ring fiber 6780 end face. It offers the advantage of contributing to the direct application of zero. Ring fiber 67 The 80 end face has improved collection of light emanating from the central fiber 6775 distal end face Can be shaped as follows. For example, forming the end face of a ring fiber into a cone Fiber 6780 collects this light even better.   FIG. 68 illustrates a sixth embodiment utilizing a uniform internally reflective refractive endpiece 6850. 800 is illustrated. This configuration offers several advantages, especially in harsh environments . The end piece 6850 has a high refractive index (1. 77) Sapphire having Since it can be formed from a metal, it contributes to complete internal reflection. Filter 6860 It can be applied directly to end pieces. It is one for the jewelry bearing industry. Surfaces 6855 that can be manufactured in large quantities by common techniques and reflect within Can be shaped into complex contours. Identical main segment of central fiber 6875 As an alternative to joining shorter segments of It can be adjacent to a short segment of the rod. Filter 6855 is Applicable directly to sapphire rods. (The mechanical alignment components are It is not illustrated in the illustrations so that the function of the optical element can be best transferred. ) Rod Low refractive index polymers, preferably fluoropolymers such as Teflon FEP and Teflon AF By coating with a limer, a short waveguide is formed. And Suff Unlike a wire optical fiber, this segment need not be flexible. edge So that there is no air gap between the article 6850 and the center fiber 6875 end segment In addition, by encapsulating the entire tip in a low refractive index fluoropolymer, Line 6801 travels through end piece sidewall 6840 and is redirected for propagation . Other techniques include optical matching gels, the addition of clear epoxy resin, or Other methods are common in the optics industry. The wet surface of the tip is safa This assembly is particularly demanding in environmental applications because it can be formed from ear and Teflon Well suited for.   FIG. 69 shows light 6901 as it passes through the central fiber 6975 sidewall and 6940 Gradient index optics 69 to allow it to exit FIG. 27 illustrates an alternative embodiment 6900 utilizing the T.55. As a remedy for certain applications, The outer surface 6985 of the radial index element 6955 has a central fiber 697 In order to minimize the reaction to light emanating from places other than the distal end of 5, It can be coated with an opaque material such as metal. Also, the gradient The distal surface of the toe-index element 6955 is a paranoid effect or internally reflective Contours can be added to create the effect.   FIG. 70 shows a seventh embodiment in which the end surface of the central fiber 7075 is shaped for light manipulation. 000. In the illustration, the end face is formed into a truncated cone that reflects internally. This Of the central fiber 7075 to a small area at the distal tip The sensitivity is improved. This technique works by moving large diameter fibers from the source to the fiber. This is particularly effective in improving the optical coupling to the light source. For example, a lamp is a laser Is, in contrast, utilized for the source light. Fiber optic light manipulation equipment to create side view and side delivery   The techniques described above use a probe assembly suitable for extracting information to aspects. Also used to build the library. Such probes are useful for light- and It is particularly useful in biomedical applications that are utilized to characterize processes. Use of Examples include vascular and arterial wall monitoring, probing various body vessels and channels. Investigation and insertion into a small needle. Based on the intended use , Probe assembly looks forward off-axis from 90 ° off-axis To display various off-axis angles, ranging from off-axis to backwards Must be configured. The preceding section discusses off-axis light delivery and collection fields While details are provided, this section teaches details in these respects. In particular The methodology by which the relevant variables are optimally manipulated is described in this section.   The optics described in this section deliver light to the side of the probe assembly, From the side of the probe assembly. In this way, the substance or professional Information about the chemical and physical parameters of the process Take advantage of the bar. Internal reflections are used to direct light to the desired location. Used. The contours of internally reflecting surfaces can be adjusted to produce different results. Is shaped. These results show the location and size of the inspected area in the study medium. including. It is the collection field optical axis with respect to the orientation that forms the angle of the light delivery pattern And the directions forming the angles of   Separate fibers are utilized to deliver and collect the light. Light (laser Monochromatic or broadband (white) It may be. Collected light is shifted in wavelength with respect to delivered light Or not shifted.   Gradient index optics, as an alternative to internal reflection, directs light Utilized for   FIG. 71 illustrates one light delivery pattern 7101 for projecting into the survey area. FIG. 18 illustrates a probe 7100 having a delivery fiber 7175. FIG. Second collection file Bar 7180 has a field of view 7102 that is also directed into the study area. collection The optical axis 7190 of the fiber 7180 points to the side of the fiber pair At 7185, it intersects the optical axis 7195 of the delivery fiber 7175.   In the illustration, to promote conceptual clarity, the light patterns 7101, 7 The diverging surface of 102 is not represented. Drawing in fiber core 7110, 7115 Ray is actually the fiber's ability to propagate Are randomized (with a numerical aperture of. 22 silica cores / silicon +/- 8. For Rica clad fiber. 5 °). This is pictured Create light patterns 7101 and 7102 that are out of focus sharper than the ones You. For the same reason, the refractive effect of light across the fiber boundary is not illustrated.   The surface 7145 that reflects into the interior of the fiber has a circular Guo is attached. The axis of rotation 7175 is a parabolic shaped geometric focus 7185 Intersect with By choosing the appropriate parabolic shape, With the reaction zone facing outwards-selectable at the desired distance from the fiber pair Wear. Similarly, the regions are optical axes 7190, 7195, and parallel to the fiber 717. 0, the angle β between the axes transposed through the intersection of these axes 7190, 7195 May be forward of the distal end such that is greater than 90 °. Similarly, the reaction The region is posterior to the distal end such that the described angle β is less than 90 °. In some cases. In summary, the probe selects the right parabolic shape. The probe is positioned at different distances and angles with respect to the probe distal end face. Is configured to cause a spark response.   The instrument is such that the intersection point 7185 of the optical axes 7190, 7195 is larger from the distal end. Obviously, it can be configured to have a great distance. But larger At critical distances, the region of maximum sensitivity may not surround this intersection. I mean , It gets closer to the equipment tip. The distance between the intersection point 7185 and the equipment edge The larger, the medium transfer effects (such as absorption), multiple scattering events, and light emission The influence of scattering increases. From these factors, the larger shafts 7190, 71 In the case of 95 intersection 7185 distance d, an unbalanced reaction near the end face occurs.   Angle between optical axis 7190, 7195 and the longitudinal axis of fiber 7175, 7180 For a configuration where is approximately 90 °, light is transmitted through the fiber cores 7110, 7115, Fiber claddings 7130, 7135 and bending at material boundaries The interference from the fold difference is transmitted between the external media with the least interference. However, this configuration Has a large index difference between the fiber cores 7110, 7115 and the internal Requires contact with the material at the shaped surface 7145 that reflects the light. Therefore , This configuration can be used on contoured surface 7145 to create internal reflections. Prefer metal coatings applied to Nevertheless, total internal reflection is Can be achieved with very low index materials such as internally reflecting surfaces 714 5 and sapphire used as fiber core material 7105, 7110 Contact with high refractive index material such as   Optical axis 7190, 719 for delivery 7101 pattern and collection 7102 pattern If the intersection of 5 is further forward, the less invasive internally reflective shaped Surface 7145 is required. In this case, the complete internal described in another part Reflective fluoropolymer overcoats are the preferred method.   Cylindrical contours distort the light as it travels across the side boundaries of the fiber . The effect of this effect can be seen in liquid investigations where the index of refraction closely matches the index of refraction of the fiber material. Reduced for the medium. The cylindrical surface is an optically transparent material such as epoxy resin Fill (or full tip capsule with the described fluoropolymer) In some cases, the contour is re-created by a method such as This substance is Standards can also be provided. Similar results are: Produced by polishing or heat softening and compression. Fiber is also united Sometimes.   Fiber coating / buffer is removed in the area where light passes There must be. This also promotes fiber closeness To increase performance. Metallization techniques include delivery 7175 and collection 718 It can be used to minimize crosstalk between zero fibers. The preferred method is Utilizes a thin foil that is fixed between the fibers during the fabrication process. The assembly is Selective for special photon mechanism via bias, forming angle of light scattering process It also incorporates the ability to provide high sensitivity.   As an adaptive structure, a part of the end face is ground flat (as perpendicular to the longitudinal axis of the fiber). Can be polished. By appropriately selecting the shape of the contour 7145 that reflects inside, Patterns 7101, 7102 are routed through flat sections on the front and sides Pointed.   The inwardly reflecting contour 7145 is limited to the shape of the rotated paraboloid 7175 Absent. It also has an equilateral triangle, flat (faceted) that is rotated about an axis. Each fiber), elliptical, or preferably rotated about an axis It may take the form of a drawn shape.   Generally, the medium that impedes light propagation (such as an absorber) will depend on the delivery pattern and And the optical axes 7190 and 7195 of the collection patterns 7101 and 7102 are nearby Prefer an intersecting configuration. This minimizes the distance in the medium through which light must propagate. Keep to a minimum. This configuration provides delivery optics with increased sensitivity to special photon mechanisms To create an orientation that forms an angle between the axis and the collection optical axis 7190, 7195. It can also be used for   Another important variant on the theme is the two fibers 71 depicted in the illustration. Both 75 and 7180 can be utilized as light collection devices. Smaller delivery The fiber is attached to two fibers (located at 7160 in the illustration). It can be placed in close proximity and between two fibers. Similar By creating a reflective contour on this fiber on the fiber, its delivery pattern The optical axis of the other fiber is 7175, 7180 and the optical axis 7190, 7195 The difference 7170 can be manipulated to cross. The optical axis of the delivery fiber is , Not necessarily limited by the collection fiber optic axes 7190, 7195 Not in a plane (it can only intersect this plane). did Thus, light collection is maximized. Make the delivery fiber end face flat. This allows the filter coating to be applied to the surface.   FIG. 72 projects collection pattern 7202 through delivery fiber 7280 Example 7200 is illustrated. This configuration can be adapted to meet different application requirements. Easily adapted. For example, if the collection pattern 7202 is Including the area of the source fiber 7280 through which the source light passes and within the investigation medium Can be set to appear. In other words, light delivery and light collection aperture May overlap on the outer surface of the assembly. Source fiber 7280 Of the contoured surface 7245 that reflects into the interior of the collection fiber 7275 Individual shapes are either ray tracing or geometric equations to produce this effect , Or both. Fiber-sidewall described above An advantage similar to that provided by the pierce-straight display assembly is Available at These advantages are based on light-based features in extremely opaque media. Includes the ability to perform signing. Variants of the composition include fusing fibers, multiple Utilizing multiple fibers, source fibers or delivery fibers ) With a smaller size relative to each other, and Pushing the delivery and collection optic axes, which essentially converge at the same point, Including.   FIG. 73 shows the size of collection fiber 7380 and single delivery fiber 7375 FIG. 3 illustrates an embodiment utilizing a preferred bundle (preferably fused). Delivery putter The optical axes of the imaging and collection patterns are drawn as essentially converging on the same point.   Create a flat, two-dimensional surface oriented at an angle on the end face of the delivery fiber By doing so, the filter Applicable to any surface. The filter is a notch (band stop) filter, If the source light is highly monochromatic, the filter will filter out only the desired monochromatic light Reflects in. Unwanted light (out of wavelength) passes through the filter. this In this way, a filter such as the fluoropolymer described above is coated with a transparent material. And protect it with a stronger absorber (like lamp black). By doing so, unwanted light is trapped and the measurement is not compromised.   Another important aspect of this and similar configurations is that each of the collection fibers 7380 Accepts light traveling at various angles and orientations and spatial origins Is that In this way, the light in each collection fiber 7380 is Experienced a form of target / angle forming filtering. And each collection fiber -Ancillary information is investigated by comparing the relative intensities of the light from the 7380 Can be collected from media.   FIG. 74 shows an internally reflective shaped surface 7445 and a fiber assembly. Of yellowtail 7400(Light pattern 74 (with simplicity of collimated rays in the fiber) It is an enlarged view of 50. The surface 7445 that reflects into the interior of the fiber has a triangular shape. The upright legs are rotated around the upright legs of the As the bottom of the square is perpendicular to the longitudinal axis of the fiber, it is contoured and equilateral Is limited by the path of the hypotenuse. Anti inside The emitting shaped surface is intersected by a vertical cylinder whose axis is parallel to the axis of the cone Is the surface area of the cone to be drawn. In contrast to the parabolic profile detailed above In contrast, this profile is linear (not flat). In the cross section, the light Less focused in the described non-linear profile. When viewed from above , A strong light-collecting surface is observed.   This surface lends itself well to manufacturing operations and is easily produced with high repeatability. Figure 75 Referring to the set of delivery and collection fibers 7575, 7580 Are combined into one. Preferably the crosstalk prevention mechanism is integrated at this stage . Fibers 7575, 7580 are secured to the side of mandrel 7585. Mandrel Contact the rotating polishing disc and the mandrel is rotated at the desired polishing angle. By rotating the mandrel about its central axis, which is oriented in the plane of the Ground and finely polished. Fibers 7575 and 7580 are polished As its center passes the annular path 7590. From an overhead perspective, each The line defined by the center of the fiber and the center of rotation 7510 is approximately Optical axes 7515, 7520 of the bar. The optical axes 7515 and 7520 are Cross each other at the center. The fiber is removed from the mandrel 285 and used at a later stage. Moved to production processing.   The fabrication assembly is mounted as follows. Mo A cold release chemical is applied to the mandrel 7585. Mandrel 7585 can be used to It is surrounded by the fibers 7575 that make up the assembly. Fiber exposed end In place on a mandrel with a heat sink (preferably TFE Teflon) Be held. Each fiber set (two or more fibers per set) -) 7575 and 7580 are one thin TFE Teflon "piping" tape, It is isolated from the inside of the contacted fiber. Each fiber set is a fiber optic machine Equipped with a vessel. Metal shims that prevent crosstalk are located between the delivery fiber and the collection fiber. Be placed. An optically clear epoxy is applied to the fabrication assembly. Epo The xy resin is allowed to cure. Assembly reflects internally as described Polished to form a shaped surface. Fabrication assembly for each fiber -Separate the set so that it can be processed into a completed probe and accommodated accordingly. Separated into individual pieces.   An advantage of the described technique for some applications is the use of an epoxy mandrel 75. 85 is the shape of the surface created by contact with 85. Epoxy resin is a circle of fiber Fill the cylinder surface. For larger mandrel diameters, the fiber passes through the cylindrical side wall of the fiber. Light entering / leaving the bar is controlled.   Variations on this general theme can be used to produce a variety of desirable results. Achieved easily. For example, a mandrel 7585 can be made from wax and then melted away in each production batch is there. Change the angle of contact with the polishing disc and raise and lower the assembly at the same time (Step by step or continuously under computer control) Complex interior reflecting contours can be easily created Is done.   FIG. 76 shows this device producing a device with optics focused at close range. Figure 5 illustrates another variation of the fabrication process. In this variant, the fiber bundle is Polished without sticks. In the example, four fibers are joined together by heat shrinkage. It is. Shim 7610 is used to segment bundles into probes (In this case, a pair of two fibers). After processing, the assembly is separated Be killed. Both fibers 7675 and 7680 of the pair are collection fibers. If the side delivery source fiber must be It is easily fixed in the groove between.   Figure 77 shows an alternative to utilizing gradient optics as an alternative to reflective optics. Illustrate an alternative embodiment 7700. In this embodiment, the gradient optical element 7730 Are attached to the delivery and collection fibers 7775, 7780. Element 7730 can be formed by a core that drills a grin lens (core A is offset from the central axis of the lens). Instead, grin ren Will offset it from its normal optical axis While being rotated about the axis of rotation to be ground, it is ground (and polished) into a cylindrical shape. Non-cylindrical If desired, the element uses a grin lens as stock. And can be ground as desired. The refractive index gradient of the lens is shifted off-axis Advance both turn 7702 and delivery light pattern 7701. The element is a binder At the same time, it is held in place by a sleeve 7725. The sleeve covers the entire assembly If it is made of metal, it may be wrapped around it. Including toe out. The end surface 7740 of the element 7730 can be a biological Beveled to facilitate insertion in artificial tissue. Filter 7755 , 7760 can apply the element to the 7775, 7780 end faces of adjacent fibers You.   FIG. 78 shows a seventh embodiment in which the mechanical configuration is similar to the mechanical configuration described in FIG. 800 is illustrated. However, light is bent by internal reflection. The preferred way of making Include metallization of fibers 7875, 7880 to prevent crosstalk. H Fiber bundles do not require distal filtering 7855, 7860 In some cases, they can be merged together to minimize spacing. End part 76 70 is preferably fabricated from a high refractive index material such as sapphire, The reflective surface 7845 is provided with a low- Coated with a mer. The desired light exit / entry area is magnesium fluoride Um-like anti-reflective coating Can be coated. The end piece is an optical fiber whose diameter is the desired size. Can be formed from For maximum efficiency, the internally reflecting surface 7845 may be Facilitates overlap between collection 7802 light pattern and delivery 7801 light pattern within the quality Is shaped to For highly absorbing media, the overlap is at the media / probe boundary As occurs nearby or directly at the medium / probe, the profile 7845 is As described above, the shape is selected like a parabola. In a more transparent medium The contour shape 7845 is selected to project the overlap deeper into the medium. This end component is used to cut and treat biological tissue It is also effective for mounting over the end of a single fiber utilized for delivery.   Other adaptive structures are also effective. Transparent (silica) capillaries replace sleeves Used for The tubing extends on the distal end and is sealed, enclosing the first surface mirror . The mirror, which is directed towards the fiber end face, is Turn the side to the side. The reflector is positioned such that the optical axes of the delivered and collected light intersect ( It is preferably an aspheric concave surface (such as a parabola). The reflector is It can be formed by shaping. The fiber has an outer diameter approximately equal to the inner diameter of the capillary Must. The fiber end face is coated with a reflective film such as a metal or dielectric mirror. Will be Instead of creating a mirror on the end of the fiber, Grinding directly to short diameter metal rods, May be polished. Improved filtering technique for optical fiber   Many of the phenomena associated with the propagation of light in optical fibers are caused by the movement within the fiber. Depends on distance. The accumulation of light whose wavelength is shifted according to the fiber length is important. This is an example. The wavelength shifted light is an inelastic material between the propagating light and the fiber material. It occurs due to the light-matter interaction. These inelastic interactions include fluorescence and And the Raman effect. Wavelength shifted light resulting from these interactions Emits in essentially all directions from any region within the fiber core. Conceptual It is useful to visualize any area of the incandescent fiber. Of emitted inelastic light directed at an angle within the propagation limits of the fiber Portions are trapped by the waveguide properties of the fiber. Fiber has this wavelength Flooded with flooded light. This captured light is Move both forward and backward with respect to the primary boost light in the bar. Non-radiated Elastic light is transmitted through the fiber so that it becomes stronger within the longer fiber Accumulate according to length. This wavelength shifted light can be used in many optical fiber applications. And appear as interference. The important signal is weak--similar to the strength of the interference--for Are particularly susceptible to harmful effects. These applications are Raman, some fluorescent Analysis and luminescence Includes low light spectroscopy (iluminescence).   Filtering techniques can be exploited to address this interference problem. fill Is important, and many optical fibers, such as wavelength division multiplexing in telecommunications. Required for fiber applications. Apply a high quality filter directly to the fiber end face Eliminates the need for extended beam filtering techniques be able to.   In the past, thin-film filters were matched in standard fiber optic connectors It has been applied to wafers located between fiber end faces. This technique involves multiple There are drawbacks. 1) The assembly / fabrication process is difficult and often expensive. 2) It can be used in many other uses as well as in micro- It does not contribute to the production of micro-sized assemblies. 3) Light is on the wafer Diverge when passing through the thickness of. This leads to inefficiencies in filtering and combining Connect. 4) Performance requirements for low light applications such as Raman spectroscopy It entails high-performance filtering that is incompatible with Kucha.   Filter performance requirements for demanding applications such as Raman spectroscopy include: . a) high throughput in the transmission wavelength range, b) high attenuation in the rejection wavelength range (dense C) abrupt transitions between the wavelength range of rejection and transmission, d) environmental stability, e) low ripple in the passage area, f) minimal sensitivity to temperature fluctuations, g) ambient humidity Or chemical H) high performance in sterilization and industrial processes Temperature and the ability to withstand rapidly changing temperatures; i) physical toughness; Adhesion between the Luther and the base that sticks together.   These desirable filter performance characteristics include a large number of alternating high / low refractions. Rate, achieved in a membrane filter with stacked layers deposited on the substrate You. Usually between 20 and 150 layers are required, depending on the requirements as shown below . 1) Performance required for edge use, 2) Refraction between materials in adjacent filter layers Rate difference, 3) consistency and purity of filter layer, and 4) fill The precision of the design process. The layer is a material whose bulk material properties are bulk solids Defects and voids so that the properties approach and the packing factor of the layer approaches 100% There must be no. To achieve high-density packing, molecules deposited on the substrate Need to be highly powerful. During the layer deposition process, this energy Layer in a columnar structure or similar structure full of voids Prevents turning. Whereas the weld layer predisposes to the formation of imperfect structures, Energy forces are molecules (or sources) in gaps and pinholes that may exist. Child). This high energy can cause residual mechanical stress to be applied to the substrate. There is a direction. These responses reduce curling and other problems on thin substrates. Is caused. Therefore, between the fiber end faces On a thin wafer suitable for insertion, with the described attributes and with extended beam optics It is difficult to produce high quality filters that cannot be obtained.   U.S. Pat. No. 5,037,180 discloses a flange mounted within an industry standard ferrule. The application of the thin film filter to the fiber will be described. Ferrule-Fiber Uni The kit is processed as one unit (polished and filtered ). Stone indicates that the deviation in filter performance is due to the filter chamber. Due to temperature differences between items in the filter and refractive index errors in the filter layer material. I think. The described filter welding process typically involves the above-described elements. Create an inefficient filter with no properties. Stone Explain two techniques that can be used to overcome the negative aspects of filter inefficiency . The first technique is to use a high refractive index material for the associated filter layer. You. Silicon (refractive index about 3. Due to the use of 2), the filter performance is Higher than substances such as Unfortunately, silicon is visible or 1. It does not transmit well in either the near-infrared region below 2 microns. Therefore, Its use is excluded for many important applications. Similarly, the choice of dielectric material is Gender, environmental stability, and other factors. Second explanation Technique is that the rejected light of the filter cannot be propagated by the fiber So that it is reflected at an angle. Beveling the end face of the filter / fiber. In this way, the harmful effects of filter inefficiency are minimized for many applications. It is.   The techniques described below are extremely attractive for filtering optical fiber You will see that it offers a new means. They are well suited for low cost production For instrumentation applications such as Raman, fluorescence, and other spectroscopic analysis It is. They also include wavelength division multiplexing, telecommunications, general purpose fiber optic sensors. Use, photon computing, photon amplifier, pump blocking, fiber coupling ( Pigtailed lasers and fibers Fiber-integrated active device such as laser used as Ising cavity It is also devised for.   According to the invention, a thin film interference filter is applied to the fiber end face. Fi Luter has a packing density of at least 95%, but preferably % Packing density.   Fibers with integrated filters are typically used for analytical instrumentation / sensing applications, More specifically, it requires low photo-inelastic photo-matter processes such as the Raman effect. For spectroscopy, which has considerable advantages over conventional techniques for analysis.   In the exemplary embodiment, preferably less than 24 ", but optimally 1. 5 "or less Short fiber segments It has an integral filter applied to its end face. Segments are longer Can be joined to fiber. With a filter at the distal end, between the two fibers Splices can be formed in the fusion process. Filter (between segments) With provision at the proximal end, the joining can be done with a sleeve. Two sleeves Can be precisely matched with Ivar. The sleeve is made by a non-conventional metal Best formed. In other words, by electroforming or electrolytic plating on a precision mandrel is there. The mandrel can be any section of optical fiber. The join is This can be done with a split sleeve whose relaxed inner diameter is slightly smaller than the outer diameter of the fiber. Can also be.   In one embodiment, the short fibers are combined together in a bundle and the filter Are coated as a group. They are polyimide buffered Fiber, PTFE fluoropolymer (general trade name Teflon) heat Preferably, it is retained within the shrink tubing tissue. The bundle is constructed in this way and simply Large enough to be retained by the fittings of the filter coating chamber There may be times. Instead, the bundle is held in a plate. The plate is It is used as evidence to control the coating process, Silica so that it can be used after the batch process to grade Preferably, there is. The fiber has a filter end face oriented at an angle, Step Hold the plate at any angle so that it is flush with the flat surface of the plate. Can be. In this way, an angled filter is applied to the fiber Applied.   The filter converts the reflected and transmitted light into an optical filter for further processing. It can be applied at an angle of about 45 ° to allow transmission to a location within the assembly. filter Light reflected from the filter may be lost during low-light spectroscopy applications such as Raman. Larger than the maximum angle of light propagation in the fiber to prevent propagation You can aim at a great angle.   Variability so that filters of various wavelengths can be produced in one batch It can be introduced into thin film applications. Variability depends on the mask, off-center, and And by raising and lowering the substrate. Grade and classify slightly different filters Can be   Multiple short filtered fiber segments are end-to-end with each other. Can be aligned. One end of each fiber segment is oriented at an angle And a filter is applied to its surface. Opposite fiber segment Matching unfiltered edges are flat or formed with mating bevels May be done. The filters are slightly offset in wavelength from each other. One side A clear capillary, preferably polished flat, holds the segment, To align Can be used for The assembly separates the signal according to the wavelength or the input wavelength. Can be used to retrieve the signal from   In one embodiment, a guided Raman cell introduces a fluid sample into a tube. It is created by doing. Light is trapped in the tube as the signal is amplified. Collected. Is the inner surface of the tube a material known in the industry as amorphous Teflon? It is preferably formed from Filter application process   As described above, a filter that produces a filter with the desired performance attributes The application process often results in residual stresses in the substrate. These residuals Stress aligns filter coating with standard fiber optics in conventional technology The type of thin wafer that was placed between adjacent fiber ends at the connector junction Causes an obstacle in applying the filter coating to c. However , Filter coatings with filters with a very powerful filter process By directly applying to the fiber end face, optical fiber Bar filtering is achieved.   The preferred thin film deposition process is that the structure to be formed is essentially completely packed ( Consisting of essentially non-porous desired molecules, free of voids and pinholes (100%) to give sufficient energy to the deposited molecules. Most For high performance, the structure is 100% (more than 99%) but at least 95% % Packing density should approach or equal. This factor and Due to other factors, the adhesion to the fiber substrate sticks and does not separate. fiber Are so strong in their diameter that the effects of residual mechanical stress are insignificant. Absent. Multiple thin film processes specifically create this dense hard-coated filter. Well suited for starting out. These processes are based on magnetron sputtering , Single beam ion sputtering and dual beam ion sputtering Rings, ion plating, and ion assisted welding (typically Low packing density). Reaction versions of these processes And non-reactive versions are available. The reaction process typically involves a thin film coating. It is even faster in terms of the time it takes to create a game. These processes and And a similar process achieves a packing density of about 80%, This is in contrast to conventional processes. Ion assisted welding is typically in the 95% range. A surrounding density film is created and is therefore less preferred. In summary, high Above 99%, preferably close to or equal to 100%, but at least 95%- -Packing density filters enable highly powerful unconventional thin film deposition processes Take advantage of directly applied to the fiber end face.   Variable fiber with various wavelength filters Filter coating coatings so that they can be produced in one single batch. Can be introduced to Seth. Several methods are effective in achieving fluctuation control. Choice Formulated fiber rises and falls with respect to source releasing membrane coating material can do. Selectable fibers can be offset from the center of the coating. Ma The screen is reinforced so that the amount of deposited filter material varies with position. Can be applied to select Finishing work with the tools described herein Given the methodology, most fibers can be coated simultaneously, These techniques are particularly valuable. In addition, for optical fiber applications, the wavelength changes slightly To benefit from the availability of filtering fibers. These uses are: Including below. 1) wavelength division multiplexing (input and output), 2) spectroscopy wavelength for detection Fetching and 3) changing the filter, changing but tightly grouped waves Match long lasers. Finishing work with tools   In prior art methods of coating optical fibers, the fibers are individually Was attached to the termination connector. As a result of this and similar methods, A number problem has arisen. First, it is a table of available coatings in the chamber. Do not use surface area efficiently. Termination compared to the size of the fiber end surface area Connector A Large space is also required in the assembly and assembly-disassembly work rooms. The best coat The coating chamber that creates the cooling control is small. Each batch run is It is expensive for very high quality filters. Therefore, production is significant economic Factors. Second, the material in the completed fiber assembly is degassed, Plastics and epoxy resins that cause problems in the coating process including. Third, the material adjacent to the fiber end face is a termination ferrule. This thing Differences in quality can result in inconsistencies in the filter coating, especially at the boundary area between the two materials. May be fatal. Fourth, the various materials in the chamber are Has conductivity. Bulk proof (test plate) heat transfer is based on fiber-terminated It is tremendously different from assembly. Therefore, the temperature Nancy is difficult to maintain. Substrate temperature is an important coating variable So this is a problem. Fifth, the filter should not be placed on the fiber end face. I have to. Here, it is protected (depending on the coating type) If left unattended, it is susceptible to physical damage and environmental impact. fill There is no clear means to place the tars slightly behind the fiber end face. Sixth In addition, long fibers present space problems within the chamber. These reasons And for other reasons, fiber optics and similar cylindrical components Generally a thin film, and specifically There is a need for an improved methodology for applying filters.   Unlike the prior art, the methodology of the present invention provides a high quality, substantially reduced fabrication Create filters that are consistent with cost. New methodology meets various needs Therefore, it can be easily adapted. Nevertheless, with reference to FIG. Describes the preferred technique for the specified application.   For Raman spectroscopy probes, step index, silica core / silica Clad / polyimide buffered fibers are preferred for these filtering operations Fiber. Gradient index fiber and single mode Fiber is compatible with the filtering process and some Preferred for probe applications. Low OH unless the wavelength of interest is outside of its transmission capacity Fiber is preferred. Core diameters of 300-400 microns The fiber diameter is (if not inconsistent with the application requirements) for ease of processability Preferred. Fiber is chopped and split into short segments 7901 . The fiber segments are grouped into bundles 7902. 400- For micron fibers, 33 fibers per bundle 7902 Size 14 gauge standard wall thickness PTFE (Dupont trade name Teflon) heat shrink tubing It is inserted in 7905. The tubing is about 2 inches long. fiber The keys are aligned at one end of the tubing. Heat Shrink / Fiber Bundle A At least the first 0. A hot-wire gun is used to shrink 5 inches Used.   During the heat shrink process, the polyimide buffer on the fiber Slightly more so as to temporarily fuse together inside the heat shrink tubing 7905 Stick to it. Bundle is ground, shredded on edge 7906 It is. Distillation not required but through the bundle during grinding and polishing operations Assists the polishing process by pumping, agitating, or purifying water Can be This will allow the tag end of the heat shrink tubing of the bundle to be It is easily achieved by coupling to the irrigation tissue. Pulsating pumps during the polishing procedure It is particularly effective in maintaining cleanliness. In the flow, foreign matter is a cavity between fibers Minimize the extent to which they are trapped inside. It is the particles ground from the polished surface By removing the surface finish, the surface finish of the fiber end face is also improved. Bundle is . Polished to a 3-micron finish.   After an acceptable finish has been achieved, the bundle is cleaned with a low power ultrasonic cleaner Is done. Traces of foreign matter must not be visible on microscopic examination. Bundle is ISO Cleanse again with propyl alcohol and rinse with acetone. Closure of heat shrink tube tissue The unattached end is about 1/8 inch It is shortened so that it remains past the fiber bundle.   Fused silica tool finishing plate 7910 combines fiber bundles Be prepared to hold. A square plate (1 "x1" x1 / 4 ") is appropriate is there. The size and shape of the plates are not critical--that is, they Selected for compatibility with Ting chamber tooling. play The thickness of the sheet is more important. The stated 1/4 inch thickness of the plate is specified Works well with bundle sizes given. The plate is perforated and has 4 holes 7911 is a cross pattern. If desired, increase filter production Many holes can be drilled for this purpose. The inside diameter of the hole 7911 is Noodle / heat shrink tubing 7912 slightly smaller than outer diameter. 145 "-. 150 " It is. The fiber bundle assembly 7912 is an optical interference fit It is inserted into the hole 7911. Because the outer diameter has some variability, The bar bundle assembly can be matched or well fitted to variously sized holes. May be trimmed on the exterior surface for an adapted fit, or both. it can. Insert fiber bundle assembly 7912 into plate 7910 After implantation, the entire assembly is cleaned and re-inspected. First, it is a marker It is cleaned with semi-grade acetone and finally with high purity acetone. Ideal In order to remove residual contaminants from the critical end face, a suction Is arranged. The assembly removes moisture from the fiber's polyimide buffer. It can be heated at 150-175 ° F for several hours to carry away. Fiber The bundle assembly is completely dry until the thin film coating is applied. Must be kept in a container. These moisture reduction steps are not requirements Is recommended.   The orientation of the bundle 7912 in the plate tooling 7979 is Two of which are along the line of the coating chamber with maximum consistency Specifies that alignment is to be performed. And other bundles are on this axis Put on the side of the empty. In this way, the dislocated bundle will be slightly Will be shifted. Plates may be made according to the preferred process described herein. Into the tool-finishing work for thin film welding of the filter coating chamber Placed and retained.   The fused silica tool finishing plate is also actively monitoring the thin film deposition process. Provides a means to monitor. And the material of the tool finishing plate is Since it is the same as the fiber material, the thermal properties are similar. This is due to the tool finish Minimize deviation between thin films on the work plate and on the fiber end face I can. Tool-finished plates are evidence of filter coating batches And it is a record. Optical test jig for whole plate By scanning with, the contour notation of the spatial filter deviation can be checked quickly. it can. In this way, the optical properties of the filter on the fiber are Estimates can be made without performing the Iver test. This is especially true for filters that show regional variability. It proves to be valuable in the taring chamber / process. It is variability On rating filters with runs carefully introduced into the filtering process But it is effective. The test fixture consisted of a fiber-coupled spectrometer with a broadband light source. Standing. Collimating optics are attached to the source fiber. Collimated The output is passed through a plate. The collection fiber of the spectrometer is on the opposite side of the plate It is a receiver.   When separating fiber bundle assemblies, vertical halving is to begin In addition, the heat shrink tubing should be approximately 1/16 "of the unfiltered end. It is cut open at the roller. Be careful not to scratch the fiber and use a razor It works best with teeth. Finally, use cracks or tweezers By simultaneously grasping and pulling one side of the eye, the fissure moves up the tubing, The bundle is not engraved and jumps out intact. They are like turning a banana You. Bundles are easily separated into individual fibers by gently pulling with a finger. Can be released.   If high reliability is required for the final application, each fiber must be individually Can be tested. This behavior Light from a diffuse source into the fiber to minimize optical complexity be able to. Ideally, this source is a large flat surface. This kind of saw Test complexity to minimize position sensitivity with respect to the fiber source plane. Minimize the degree. For most wavelengths, a suitable source is one common house Easy to place garden floodlight behind frosted glass plate Can be built. For infrared filters, infrared lamps are preferred.   As a variant, the fibers are fused to provide enhanced handling protection. The thickened silica plate can be even thicker. Fused silica material Sex gives the described properties, but other substances are acceptable. The substitute substance is Guarantees modeling and stabilization of all variables associated with thin film processes It may be preferred for building operation. Aluminum plate and PTFE plate Both have been successfully used in tests. Trade name Vespel by Dupont The polymer produced is said to have low degassing properties and is probably not suitable Or may be preferred. However, its use is prohibitively expensive.   The described tooling configuration is a fiber end forming filter angle It also supports application to surfaces. Fibers created in step with the described methodology The bundle is ground and polished at the desired angle. tool The finishing plate is perforated at any angle with respect to its flat surface. Bundles are designed so that the end faces of the fibers in the bundle are Into a hole oriented at an angle so that it is flush with   For high production filtering runs, adaptive structures are well suited. This fit In the flexible structure, more fibers are bundled. Bundles come in a variety of Can be formed and held in a fixture. However, the TFE fluoropolymer heat shrink tubing Preferred. This polymer has very low outgassing properties but is gentle on fiber It is. Outer diameter of finished fiber bundle assembly from 1/2 " 1-1 / 2 ".   Fiber bundles mounted in heat shrink tubing are easily produced. H The fiber is first cut to a manageable length. This length depends on the amount required Depending on the situation, it can be anything from a few inches to several meters. Desired number of The fibers are collectively inserted into the heat shrink tubing. Of individual fibers Insertion can result in fibers damaging each other due to sharp end faces. So you have to avoid it. After filling the tubing with fiber, the fiber The bundle assembly is heated so that the tubing contracts. During this operation, ( If the fiber is of the type coated with a polyimide buffer) Fibers are temporarily fixed together To wear. Next, the fiber bundle assembly is segmented to the desired length. Is cut off. The best method is to use high grit sintered grit diamond. By using a speed saw. Each fiber bundle assembly is preferably Both ends are ground and polished to a fine finish.   This large bundle is used within the tooling in the filtering chamber. Will be retained. Both ends of fiber bundle assembly before membrane filter deposition When ground and polished, the filtered fiber makes the bundle intact Can be rated or verified. Finished and filtered The fiber bundle assembly includes the spectrometer source fiber and collection fiber. Passed between fibers. No collimated optics are required. Light is direct And within and within the fibers in the fiber bundle assembly Fiber-coupled from inside. The fiber bundle assembly is The bars are moved with an xy positioner so that they can be inspected separately. Spectrometer coupled The separated fibers are separated so that the individual fibers can be easily separated for testing. Similar to or better than bundle fiber in diameter Must be small.   Another tool finishing option is a thin PTFE plate (about 1/8 " A hole is made in the thickness Slightly smaller than the outer diameter of the bar. Fiber polished on at least one end Are individually inserted through these holes so that the interference fit holds them in place. Be included. The plate is protected so that the unpolished protruding edge on the back is protected Mounted on a small aluminum box. Polished fiber end The surface should be flush with the outer filter coating plane of the plate. It is attached so that. If special protection is desired, PTFE A thin aluminum plate with holes aligned with the holes in the plate Can be fixed to the top of the FE plate. The holes in the aluminum plate are Slightly larger than diameter. The fiber has an aluminum pre- Tighten the hole in the TFE plate so that it is flush with the outer surface of the plate. And project upward through a larger hole in the aluminum plate. put out.   The described tooling options are for thin-film, complex-profile fiber end faces Also supports coating. Referring to FIG. 80, a significant subset of these end faces Is a fiber 8045 with a conical end face 8054. Place of this variant In this case, the fibers are individually ground and polished to create a conical profile 8054 . Following this operation, a band with fiber ends aligned with each other along a plane Dollars are formed. Filter 8050 is applied on conical surface 8054. This Conical filter method Is (in both the pass and reject spectral regions of the filter) Do not back propagate 8060 and 8062 light reflected from the filter. Is particularly useful in creating filtered fiber 8045. is there. This filter configuration allows the fiber axis to be essentially the same as the fiber mechanical axis. Filtered, oriented at an angle in the plane, in that it remains matched Provides an advantage over the end face of Mino. In single mode fiber, the core is typical About 4 microns. In this way, the coating plane over the entire cone contour The change in height of the active core area is small. Therefore, a conical substrate On Filter Spectral Characteristics for Distance Deviation Between Steel and Weld Source Is manageable.   The bottom of the cone and the outer surface of the cone (perpendicular to the fiber's mechanical axis) to control the reflection The angle β between (oblique sides) is between 0 ° and 20 °. In multimode fiber To greatly reduce the backpropagated reflection, the angle must be It must be larger than the limit forming the angle of the fiber for persistence. This By increasing the cone angle beyond the value of, the propagation is further reduced. Optimal angle Degree is the population angle of propagation (fiber is too tight or not enough) May not), propagation modes in the cladding, and back-reflection of the cladding It depends on several factors, including the fluorescent light that propagates the light. Paramete used Experimental methods based on data are the preferred method of optimization. Nevertheless, stated 1-1 / 2 times the value given is a good starting point for the experiment. Influence the design Other factors are the desired light pattern on the light exit side of the filter, and the Includes spectral shifts related to the angle of light incidence with respect to the filter surface. Single model For fiber feeds, 4 mm provides back propagation of filter reflections. Dramatically reduce. In the case of 8 mm, the reduction is even greater.   Filtered conical end face 8054 provides filtered light With another fiber end face 8064 on the back so that it can. The void area between the fiber end faces is rate matched like epoxy resin 8052 Filling with gel or rate controlling material controls the refraction effect of shaped surfaces Is done. In this way, the back propagation of the light reflected by the filter is While controlled, the refractive effects of the conical surface are overcome or controlled. Similarly, The filtered cone can be encapsulated. In other words, the outer surface of the encapsulant is flat To be shaped into a beveled surface or other surface.   The filtered conical end face 8054 is independent of the direction of the incident light. Control the back propagation of the reflected light. Filtered circle Light 80 reflected back due to light 8070 incident on the inner surface of the cone 60 is directed out of the propagation function that forms the angle of the fiber. Similarly, Light 8 reflected back due to light 8072 incident on the outer surface of the filtered cone 062 is directed out of the propagation function that forms the angle of the fiber. Filter design   The physical realization of the filter (number of membrane layers, thickness of membrane layers, etc.) is optimized for thin film design It can be easily generated using software. For angles of incoming and outgoing light Dependencies are well understood parameters. Key variables in the design process Are wavelength rejection and transmission characteristics. Laser fiber based optical fiber The filter design process for Mann spectroscopy justifies the explanation.   In the case of laser delivery fibers, the purpose of the filter is to deliver light to the investigation medium And minimize the light generated by extraneous fibers at analytically significant wavelengths . The wavelength shift from the laser line is typically measured in wavenumbers (cm-1). The wave numbers that are important for analysis depend on the application. Stokes (red) shift is anti-strike It is used more frequently because of its intensity with respect to the blue shift. Fingerprint area (400 cm-1 to 1800 cm-1) is of great importance. However, 40 Areas below 0 cm -1 are critical for certain applications. The required interruption is , Probe medium condition, probe configuration, desired signal Of the correlation (intensity of Raman scattering in the analysis considering its concentration), and Depends on fiber material and length. Generally, high cutoff near critical wavelengths The better. The closer the block to the laser beam, the better. Leh The more the transmission of the wire, the better. For Stokes shift analysis, low frequencies Filters are acceptable. Bandpass filters are used for Stokes analysis and anti-Stokes Facilitates data analysis. The interference caused by the fiber overflows the fiber Fill the filter at a more diverse and non-perpendicular angle than the primary laser beam. You. Single mode fiber with lower numerical aperture guides less interference Deliver the laser light to the filter more vertically.   In keeping with these principles, the collection fiber is blocked from returning laser light Is filtered by a notch filter so that there is no The higher the interruption, the better the performance improves. In the notch filter from the investigation medium due to the elastic scattering process The angle of incidence of the laser light returning to the It is not perpendicular to the incident angle of the laser light. The filter is at the normal angle of the fiber This factor is a factor when designed for angled incidence based on propagation limits. It leads to incoming light passing through the filter. However, light that deviates from this angle Almost all of the fiber sidewalls before causing significant levels of fiber interference. Escape through. Fiber coupling   The following new fiber optic coupling techniques use filtered fiber Segment to another fiber (or cylindrical optical element) segment Can be used to However, these techniques are not suitable for general optical fiber coupling. Can also be applied. Bases for joining optical fibers with inexpensive components for precision alignment The real problem, and the minimum size, are addressed.   The fiber segments are separated from the outer diameter of the fiber by a split sleeve Joining is possible with a very small inner diameter. Fiber segment is a fiber segment Can be joined by thin capillaries whose ends are plugged and joined to each other. This The challenges associated with this approach are sufficient to achieve precision fiber alignment It is to produce the pipe system of fine tolerance economically. The challenge is that the tube tissue wall thickness Addition that must be very thin, lightweight, or both Increased by adding constraints. Medical, military, and avionics equipment For many such applications, these are critical parameters.   Non-conventional metalworking processes can be utilized to meet the described constraints. Conclusion The combiner is chemically machined to modify the dimensions.   Fiber can be used as a metal welding mandrel. Fa Ivar is coated with silver or a similar conductive material. This coaty The coating is applied with an electrolytic coating.   For silver applications, the following procedure is suitable. The chemical that makes silver is Connecticca Available from the Lilly industry in Woodbridge, England. MS-400 and MA- Two solutions of 300 are required. According to the manufacturer's literature, MS- 400 is 26. 6% silver diamine complex, 13% ammonium hydroxide, and 6% 0. 4% water solution. According to the manufacturer's literature, MA-300 5% sodium hydroxide, 2% -10% ammonium hydroxide, 75% water, And solutions of trade secret chemicals. MS-400 solution is 1 to 30 of pure water Diluted together. The MA-300 solution is similarly diluted. The solution is Mixed with the bar. After the silver film is formed to the desired thickness, the fiber is Removed from bath and rinsed. Similar chemicals are available from many suppliers Available in key industry. Many similar applications can be utilized. Silver solution and The reducing agent is combined in a spray on the work in process.   The metal is deposited on the silver coating of the fiber through electroplating (electrolysis) . Nickel is the preferred deposited metal for this EDM process. Nickel is suitable A reasonable thickness (about 400 .mu.m for the 400-micron fiber described above). 001 "wall thickness) Is reached, the part is removed from the welding process. Assembly, fiber Buffer degraded And the fiber is removed. Instead, it is a chemical attack Can also be removed. The sleeve is cleaned with an acid that also removes silver. After removing the silver, pass the acid through the sleeve Flow increases the internal diameter through chemical machining processes. Become. Removal of silver increases the inner diameter of the sleeve. This factor is Make enough clearance to facilitate insertion of the fiber into the sleeve during the joining procedure. Can be used to get started.   If desired, the sleeve can be completely created by an electroplating procedure . Where platinum-based or other high-strength metals are used In this case, an extremely thin sleeve can be manufactured. When using platinum, naked Unbuffered fiber can be used as a mandrel. Platinum withstands high temperatures Therefore, platinum-coated fibers will have the glass melt from the sleeve. It can be heated to a temperature sufficient to spill out.   When an optical fiber is used as a mandrel for electrical discharge molding, it can be used to make short runs. A ranking is provided. To reduce fiber costs, lower grades of glass are Can be substituted for high purity material in fiber. For mass production, copper or brass Wire can be used. However, in order to control the wire diameter precisely, Equipment must be set up. Needless to say, electroplating is conductive Can be achieved directly on the wire. But The wire is quickly eroded by chemicals that nickel essentially does not accept .   To further facilitate fiber insertion, the ends of the sleeve should be the correct diameter Outwardly flanged to taper up. This is the desired shape It may be achieved by electric discharge molding on a mandrel having the same. Instead, The immediate sleeve may be swaged outward at each end. As well In addition, the sleeve may be chemically machined at each end, or may be electro-discharge machined (E DM).   In general, the longer the sleeve, the lower the accuracy of the fit required for low-loss coupling. It becomes.   In a related procedure, a ceramic material is utilized to form the sleeve. Ceramics are packed around an optical fiber mandrel. Hardens the ceramic material After the fiber has been removed by thermal or chemical attack, or both It is.   When the fiber segment is inserted into the coupling sleeve, an optical matching gel or Optically clear epoxy / cement can be used to increase bonding efficiency . For low light spectroscopy applications, care must be taken with these materials and if not tested No. Some substances fluoresce or have strong lumps that interfere with the desired measurement. Has Man signal.   Simply tie the fiber to the sleeve to form a bond In addition to mating, the sleeve can be swaged around the fiber. it can. This can be used for connections with or without epoxy You. Precision swaging can increase fiber alignment . Therefore, the coupling efficiency is improved.   Separate splicing of filtered fiber segment to another fiber As an alternative, the segments can be joined with a fusion splice. This way Typically exposes the surfaces to be joined to extreme temperatures. Therefore, the fusion splice Method is used when the filter is utilized at the distal end of a fiber optic assembly May be effective.   For example, short fiber segments are coated with a high performance filter. You. The unfiltered end of the segment is Bonded to the cement. The assembly is used for optical sensor sensing in medical applications Discarded for medical use. Special case   As mentioned, the described method of coupling optical fibers is a common optical fiber Applicable to fiber. Nevertheless, the method is based on fiber optic filters. This is particularly effective in solving problems related to the scheduling. These filtering Applications include thin film deposition on optical fiber end faces and filters for Raman spectroscopy. Ring finished It is not restricted to fiber.   The fused optical fiber bundle is coated directly with a filter. Wear. This requires inelastic light processes such as the Raman effect and fluorescence. It is particularly valuable for imaging applications. The subject can be optical fiber or Illuminated via other sources. Filters can be used to collect software from collections. Rejects source light and passes light at the critical analysis wavelength.   A small part of the filter layer is separated from the end face of the mating optical fiber in the coupler. Applicable to this. The filtered segment of fiber is Filtered using a filter.   What is a conventional thin film interference filter that includes alternating layers of high / low refractive index materials In contrast, wrinkled filters can be applied directly to the fiber . The method described herein produces high filter output per batch. And they are very expensive for wrinkled filter batch runs, Particularly effective for wrinkled filters. Therefore, variability can be Wavelength-separated filters can be produced in a single filter run Easily introduced.   Less preferred than applying a filter directly to the end face, but the join method is filtering To support the use of wafers. The filter is placed in a bond between the two end faces Wee May be applied on top of c. The wafer must be one of the fiber end faces before assembly. Or simply plugged in as a separate unit.   Fiber optic end segments make the assembly resistant to harsh environments May be formed from sapphire. Sapphire rods are made of amorphous Tef Amorphous Teflon (Dupont products) (Teflon AF). Making sapphire fiber New method is especially useful for making short sapphire fiber segments. Well suited. Fiber is not only suitable for extreme environments, but also very It has high numerical aperture and transmission capability at longer wavelengths than silica fiber. did Therefore, by minimizing the length of the sapphire segment, A negative properties (birefringence, high Raman signature, expensive and insufficient flexibility, And others) are minimized. Negative effects of fluoropolymers (different Thermal expansion, near-infrared attenuation and Raman signature) are similarly minimized. Amorphous Quality Teflon is: 29 and 1. It can be used with a refractive index of 31. The refractive index of sapphire is 1. 77. this is, Of both formations, Greater than 1 ( Calculated as the square root of the difference between the square of the refractive index of the core and the cladding) Connect. For short distances, Sapphire rod (uncladded safa Oia Fiber) Polymer Is immersed in a bath of a solvent in which is dissolved. Amorphous Teflon is Manufacturer in this form Available from Instead of dipping, The rod is Turned in a circle like a clock hand You. It is turned at high rotation. The solvent / polymer mixture is At the center of rotation It is applied to the end of the fiber. The rotation is So that a uniform coating is applied Fluid Flush the fiber segment down. Regardless of the application method, Fiber Dried, The solvent is carried away according to the manufacturer's general processing instructions. Large amount For production use, Molten polymer extruded on sapphire fiber is there.   FIG. Separate signals for each wavelength, Filters made according to current teachings FIG. 8 illustrates a fiber device 8100 that can be easily manufactured by utilizing the same. this The device is For combining wavelength separated signals into one fiber, etc. Effective. The short filtered fiber segment 8186 Stacked in clear glass capillaries 8184. The end of the fiber -45 ° oriented at a certain angle is preferred. Each short fiber segment 81 One end face on 86 is High-pass filter, Low pass filter, Or notch Filtered by a filter 8188. Each filter is Waves between signals According to the separation of length, Slightly divided by wavelength. Wavelength separation is Taught herein How to introduce variability into the filtering process Can be caused more. As explained, The fibers have their end surfaces facing each other. To fit Stacked end to end with each other. A small part of the filter layer Can be applied to each of the mating end surfaces.   Instead of mating end faces with equal mating angles, Fiber segment One end pointed at an angle, The other end does not fit (it is flat or Ah Or have less angles). The gap between the fiber segments is Optics Filled with a transparent material such as a transparent epoxy resin or a rate matching gel.   For added performance, The filtered end face The reflected light 8192 To be in focus, (For example, It is shaped (off-axis parabolic). assembly Is It is joined to the primary transmission optical fiber 8180. Fiber is Short fiber -Smaller diameter than segment 8186, The interval that forms the angle is the sleeve Is filled with This adaptive structure, not illustrated in the illustrations, The end face is aligned for focusing. Promotes better performance when shaped. Primary optical fiber 8180 core 8 Light 8190 emitted from 192 is The light enters the first filter 8188. this The filter is High range, Band cancellation to reject low or desired wavelength light 8192 It is. This light It is directed outward through a capillary 8184. Fill the rest of the light Is transmitted through the Next, the desired wavelength, etc., are similarly rejected by the remaining filters. Incident on the next filter. Hair The side wall of the tube 84 The refraction effect of light transmission through the cylindrical side wall of the capillary is minimized Like Polished flat or Can be encapsulated in a transparent material. Substitute In addition, Light is One device, In other words, the pattern shaped by cylindrical optical parts It can be coupled into an assembly of optics that preferentially receives light. The device is As a device that combines light of different wavelengths, Or as in the depicted configuration As a thing that separates light like Can be easily constructed. The device is This is effective for sensing applications that require comparison of wavelength-separated signals. that is, wavelength It is also useful for division multiplexing and related data transmission applications.   FIG. 82 and FIG. The optical fiber Beyond the distal tip of the probe Draw a probe with the mechanical and optical axes intersecting at any distance. FIG. H Fiber 8202, Central fiber 820 surrounded by a ring of 8203 FIG. 4 is a cross-sectional view of a probe 8200 having a 1; For laser spectroscopy, Central Phi Bar 8205 is Full energy output of laser easily in single fiber Because they are combined Most often used to deliver light. Out of focus In the case of spectroscopy using Even better overall performance, Typically , Ring fiber 102, Achieved by coupling 103 to the source . The filter is Optical interference from fiber is minimized , Applied to the distal end face of the fiber. For laser spectroscopy, Center fiber Filter 8204 is Blocks interference in at least analytically significant spectral regions And Pass laser light. Ring fiber filter 8206, 82 08 is Block the laser light, Transmit light in spectral regions of interest for analysis.   FIG. Two fibers 8320, Similar probes using 8322 8300 is a sectional view of FIG. This figure is U.S. Patent No. 4, 573, McL on the 761 compared to those taught by Achlan et al. Illustrate significant advances in technology You. First, Fiber 8320, 8322 is At its distal end face, Will be mentioned earlier Filtered. Second, The end face of the fiber Flat probe tip So that it can be finished with Fiber 8320, Part 8328 of 8322, Flattened by removing 8330. This advance is Multiple important roles Fulfill. For application media with a refractive index lower than that of the fiber core, Advantageous refraction The effect is Fiber 8320, Build on 8322 delivery and collection optics Will be issued. Optical axis 8332, 8334 is If not from the probe Cross at a distance of degrees, They are further focused at position 8336, 8 Bend for refraction to 338. Another advantage of this advance is that Fiber More robust It is less susceptible to damage. Therefore, Complicated c Window assemble Needs for Reduced to only those environments that need supplementary protection (see above). As The fiber end component segment To achieve extreme robustness , It can be formed from sapphire fibers that are joined to primary fibers. before this Another advantage of Hex Back reflection of source light incident on the distal end surface of the fiber The point is that back propagation is not possible. Yet another advantage is: A corner Filtering that is directed at Backprop of the light reflected by the filter Hinder the gating.   In FIG. 83, The axis 8325 is Perpendicular to the plane defined by the probe end face You. Fiber 8320, 8322 is Form angle from vertical axis 8325 to φ1 , φ2 offset. Two angles φ1, φ2 is Not necessarily equal to each other Absent. The probe Monitor a flat surface or Or projected through window If it is used for either So that specular reflection is eliminated , These angles can be manipulated. Similarly, Angle φ1, φ2 is equal, Step The whole robe So that axis 8325 is not perpendicular to this plane Analysis surface / wind Tilted with respect to c.   Although not highlighted in the drawing, The filter is Similar to the illustrations in FIGS. 82 and 83 Can be removed from the end face of the probe configured as described above. This specification and related In keeping with the teachings described in the patent specification, The filter is Near the distal tip so, Can move inside the bond You.   One class of probe is Essentially each other, And parallel to center fiber With a flat end face surrounded by a ring of fibers Utilize optical fiber (without refraction effect). The end face of the ring fiber All the optical axes of the fibers are contoured to be focused. The filter is , To improve optical performance, Applied directly to the end face of the central fiber.   2 or 3 or more fibers Fill applied directly to fiber end face At It may be arranged as one group. One or more files Bars are utilized to deliver light, Filtered accordingly. High sex If no function is required, Delivery fiber filtering or collection file Either bar filtering may be eliminated. Fiber bundle Is The optic axes of the delivery and collection fibers are They are Leverage elements It is placed with the optical element redirected to overlap more than it did not. this An element is It may be an optional element such as: 1) Gradient index Components 2) lens, Ball lens, sphere, Or other refractive configurations element, 3) concave mirror, 4) Paraboloid reflecting inside, 5) On the surface reflecting inside Prism with contour, 6) diffractive optical elements, 7) waveguide, 8) light tube, 9) Partially Or completely To guide, A hollow tube in which the sample is placed. The tube is Many fluoropolymers -(Teflon AF is best, Like the DuPont Teflon family) It is preferably made from a low refractive index material. Solid like air, So-called frozen smoke Can also be used to advantage, 10) Multi-pass like White Cell or Harriott Cell cell, 11) complex elements that combine refraction and reflection effects, 12) Holography ・ Beam shaper, 13) off-axis parabolic surface, Or 14) non-imaging Optical element. Similarly, The element is The optical axis of the fiber, Aiming to focus them significantly Without fixing It just turns around. Examples of these elements are mirror, prism, And certain gradient index optics. Improved collection optics and filtering light for confocal probes School parts   Carrabba et al. US Patent 5, 112, 127, And O wen et al. US Patent 5, 377, Comforter of the type described by No. 004 For the Cal probe, The source fiber image is On or in the search medium Projected into the quality. After the light beam exiting this fiber is expanded, In the medium Will be refocused. The collection fiber The view is essentially a source To be refocused to the same focus as the fiber Likewise along the same optical axis It is re-imaged. Prior art devices incorporate imaging optics, They are non-image In some cases, easing optical components are used. Therefore, Imaging, Re Maging, match the focal point, match the focal point, And the term focused Is In this specification, Used separately.   One deficiency associated with the general configuration of these and similar devices A point is The point is that it is not possible to enhance the anti-following that occurs from the focus. Than Large fibers and fiber bundles can be utilized as collection fibers But This approach is not always effective. Lack of effectiveness is greater The focus of the fiber / fiber bundle is Image around the focus of the source beam It is because of the way it is re-zipped. That is, Most of the statues In a serious focal plane Lose track of each other. Nevertheless, Fire Bar / Fiber Bundle The increased sensitivity achieved as a result of the larger size In part, Light transmission characteristics of medium (Particle scattering and other factors).   Performance improvement To shape the end face of the collection fiber / fiber bundle More achievable. The central part is The image in this area is focused on the source beam focus. As projected on a point, Best remains flat. Collection fiber / fa The area surrounding the Iver bundle is Best adapted for light manipulation. This operation The work is Refraction Or internal reflection. Internal reflection is Described herein Easily accomplished by the teachings given. Refraction Fiber to create refraction cotton It is easily created by shaping the end face of the. Special optical configuration of the probe, Properties of the medium, And application parameters The desired effect is Ray trace Or optical design software, Or both can be optimized. Alone Fiber van consisting of a ring of fibers surrounding the central fiber For dollars, Ring fiber is The angle of refraction can be beveled. Succumb The folding angle is Typically, 5 ゜ (measured between the bevel or the bottom of the cone and the hypotenuse) Between 30 ゜. Similarly, A large single fiber Be formed into a truncated cone of refraction Can be. Internal reflection is By applying a truncated cone to a large single fiber Can be used (side walls reflect inside). The flat area of the frustum is Enhanced Must be about the same diameter as used for the probe. Similarly, Van The dollar approach is In the ring fiber, Through the side wall of the central fiber, And by forcing it through the end face of the central fiber.   The choice of method used is Enhancements related to the focusing power of the probe to which the enhancement is applied You. For example, Expanded areas of fiber / fiber bundles vigorously If you are redirected too much, The field of vision loses focus optics, Simply put the optical housing Just to see-this is not effective Absent.   Another valuable way is Fiber Their optical and mechanical axes are collinear Not, Utilizing collection bundles that are arranged to be convergent. This Is Achieved with two or more fibers. The preferred approach is , The central fiber is One, Two, Or surrounded by a ring of three or more fibers I will. Ring fiber is Their (machine) / optical axes converge, center Tilted slightly inward to intersect the fiber axis. Improved filtering   Fibers that are filtered according to the teachings described herein include: Ko Important performance of unfocal probe, Shrink, cost, And robustness improvements Offer. Fiber is Delivery fiber or collection fiber, Or both Can be used to filter out which ones. They are, Also, Collection and delivery It can be used for a filter that is directed at a certain angle in both directions connecting the optical axes. Reaction to be amplified   Delivering light along one common axis, The previous section on collecting is: light -Fabricate guided cells that greatly increase the analytical sensitivity to material interactions Way Will be described. This cell is In particular, Optical filters that are filtered according to current teachings Particularly well suited for fiber interfaces. However, Its usefulness is certainly at these interfaces Is not limited to   FIG. Guided cell 8 configured for transmission (absorption) analysis of a fluid Draw 400. The cell is The inner surface of the tube 8644 is made by DuPont under the trade name Teflon A Sold at F That is, it is made from a material more commonly known as amorphous Teflon. It is formed to be. For fluids with a sufficiently high refractive index, Other substances are acceptable You. They are, Product name Teflon FEP, Teflon PFA, And more preferred Fluoropolymer sold by DuPont in Teflon TFE and Tefzel Including At one end of the tube 8464 is a source fiber 8450. Tube 8 At the other end of 464, There is a collection fiber 8452. The inlet at one end of the tube The mouth port 8458 The fluid 8454 is delivered to the tube 8644. Fluid 8456 is Exit tube 8464 through an exit port 8460 at the other end of tube 8464. light 8462 is As guided down tube 8464, Interact with fluid in pipe I do. By comparing the spectrally received light with the delivered light, fluid The transfer characteristics of It can be easily confirmed. One way to do this comparison is Perform primary measurement Before or after Filling the cell with the reference material. Another way is Source light Divert some of the light to the detector.   The cell is Use for analysis based on Raman effect and other weak inelastic reactions You can also. By delivering the laser light through source fiber 8450 And Inelastic light-matter interaction (such as Raman dispersion) With primary laser light Both are guided. In keeping with the teachings described herein, filter By applying to the end face of the source fiber 8450, Laser light purity Is enhanced. further, Radiate from the sample, Captured by the guiding ability of tube 8465 And Non-bullet backpropagating towards source fiber 8450 Sexual light is Towards collection fiber 8452 Reflected by the filter You. According to the teachings described herein, Filter collecting fiber 845 By applying to the end face of 2, The laser light is reflected back, Inelastic light , Allowed to pass into collection fiber 8452 for transmission to detector .   A small part of the inelastic light of the collection fiber filter is transmitted, remaining By selecting the spectral properties from which is reflected back, Then the resonant cavity Created by inelastic light.   Bragg-filtered single mode fiber source fiber -The use as 8450 is Can provide increased performance. Optical eye in transmission optical path By using a Solator, Minimizing the light re-entering the laser it can.   Also, At the collection end of the cell (before or after the primary collection fiber filter) By placing an angled filter, Laser light is Multiple landscape From the reflection And also from backpropagation into the laser You. To achieve this, A filter oriented at an angle Inelastic light Through Laser at any angle so that laser light is diverted out of the cell Reflects light.   For simple manipulations in the analysis of weak inelastic light-matter interactions, One or plural, Source fiber, preferably filtered, And one more Is more than one, Preferably, the bundle of filtered collection fibers is Sun Can be joined to a waveguide filled with a pull.   The amorphous Teflon tube is Has a favorable index of refraction for water-based media , Well suited for producing guided cells. However, Another technique is also effective is there. The liquid is A substance that increases the refractive index can be added. For example, Sodium chloride To the aqueous-based solution of As the salt dissolves, Increase the refractive index of the solution . In essence, The analysis medium is Like doping glass used in optical fiber Similar--doped with a refractive index modifying admixture. Weak inelastic light-matter interaction If an active mixture is selected, The reaction of the mixture is From the sample (analyte) It can be used as an analytical standard for comparison with inelastic reactions.   FIG. FIG. 3 illustrates an embodiment configured for use without optical fibers. This configuration Is When compared to fiber-coupled devices, Interaction of light with fiber material It offers an advantage in that there is no interference from the signal generated by the application. Fiber If not, Filtering requirements are simplified. The waveguide 8574 is Filter Plugged end piece 8580. Filter 8578 is Laser light 8 570 transmission, This light enters tube 8574, Interacts with the probe medium 8576 To make it possible. Filter 8578 is Rejects inelastic light 8572, So Redirect it for further processing and analysis.   The opposite end of the waveguide 8574 is Reflects inelastic light, Absorb laser light Light trap. A suitable light trap is Let the laser light pass , Filter 858 that reflects wavelength shifted light into transparent plug 8586 4 is created by applying The outer surface of the plug 8586 Like a carbon film Coated with a light absorbing material 8582. instead of, Plug 8586 is ( Preferably added to the outer edge (so that the desired reflection is not inadvertently disturbed) Contains light absorbing materials.   Non-fiber coupled configurations General laboratory analysis and especially for plasma blood chemicals Well suited for analysis.   The laser beam is easily narrowed to a small diameter. This attribute Inelastic light -Benefit from the non-fiber-coupled configuration of guided cells for analysis of material interactions; Can be used You. FIG. Draw cells that take advantage of this attribute. Laser beam 8600 expands Beam, The light acceptance / delivery pattern 8612 of the cell 8610 is entered. that is , Reflected by mirror 8602 into cell 8610. Emerge from cell 8610 Light (laser lines and inelastic) Expanded beam optics 8606 and collimation And Be filtered. Filter 8604, Wavelength-shifted light Let some pass through, Preferably, the laser light is reflected back into cell 8610 . An optical trap for laser line 8614, The degree to which laser light resonates in the cell Control.   Similarly, The cell is It can be configured to have a high numerical aperture. Therefore, The cell is Accepting light beyond the limits that form the angle of the extended beam components it can. Therefore, The laser beam is Along the side of the expanded beam optics What And at a slightly larger angle, Can be introduced into the cell.   FIG. Incorporate guided cells for low-concentration analysis of chemicals at remote locations 17 depicts a schematic representation of a probe assembly 8700. The probe is Ring of groundwater Well suited for normal location analysis of environmental conditions. Probe housing 8718 , Simplified to encourage placement in minimal spatial conditions, Easy curing for cone hardness testers Is done. Source and collection optical fibers 8710 Guided cell 8712 that matches the rule 8714. Cell tube 87 The length of 14 is Selected to facilitate reactions from analysis in the sample. Tube , Wound around a mandrel in housing 8718. At the desired measurement position When placed, The surrounding medium (such as groundwater) is a particulate filter for analysis Through 8716 Pulled into cell 8714.   The guided cell described herein comprises: Excited by a sufficiently strong laser beam Then Raman response can be enhanced in a non-linear fashion. This enhancement Stimulated Based on Raman effect. As the strength increases Natural Raman of stimulated Raman light The ratio to light increases.   The relevant patent specification is: Side view or side delivery optical fiber, Or the How to create both, As well as the introduction of fibers in the probe . Fiber is A probe that amplifies Raman reaction by surface enhancement ("SERS") It is well suited for the production of bushings. Surface enhanced coating / treatment directly , Applies to one or more of the probe fiber sidewalls. Therefore, Professional Delivery or collection fiber of the probe, Or both side walls, Directly Is processed. In either case, Laser light is The area where this photosensitivity was given Incident on the area, The desired reaction is collected by a collection fiber. Fiber As an alternative to sidewall treatment, film, plate, Or similar material in the probe Will be introduced. By placing the membrane between the fibers, Light is incident on one side of the film, Collected on the other side. The membrane is Source fiber Projects light onto a common wax area of the membrane, Whether the collection fiber directs light to the common area of the membrane Release and receive light, Delivery fiber and collection (as opposed to between them) It may be located on the side of the collecting fiber. The configuration described above, Surface reinforced Not just Raman spectroscopy Suitable for indicators and fluorescence enhancers.   Side delivery / side collection fiber also Resonant cavity / semi-resonant cavity micro probe Suitable for creating. The cavity is Raman scattered light or laser light, Or Both are In the cavity, More than once, To bounce back and forth, Between parallel fibers Made. To form a cavity, The fiber sidewall is The area between the fibers Flattened within. The reflecting filter is Applies to flat areas. laser The light One of the fibers may be introduced into the cavity via side delivery. You. Inelastic light is Collected from the cavity via side collection by other fibers May be FIG. Draw a probe where only inelastic light resonates in the cavity Good. Laser light 8836 is Filtered to excite sample molecules in cavity The fiber is introduced into the cavity by the fiber 8825. Inelastic as a result of excitation The light is A mirror 8832 on the side wall of the "dead" fiber 8828; Collection fiber -Bounce back and forth in the cavity between the filters 8830 on the side walls of 8826 You. A small portion of the inelastic light passes through the filter 8830 and collects the fiber Pass through 8826. The shaped surface 8834 of the collection fiber 8826 Inspection For propagation to the output device, Redirect the inelastic light. Filter 8830 is Leh It plays an auxiliary role in preventing the introduction of light into the collection fiber.   Using the described method within micro-scale filtering, Fiber optic light By operating Micro-sized resonant cavities in multiple configurations according to application requirements Produced easily. Summary of detailed description   From the above description, The present invention provides an improved method and apparatus for fiber optic light management. It will be understood to provide. Applying various light management operation techniques Than, People, Build fiber optic probes ideal for low-light spectroscopy analysis be able to. In an exemplary system, The probe is Fine analysis is important Improve response to strange light-matter interactions, Otherwise the dominant effect Reduce sensitivity. this is, Illumination and collection to optimize probe sensitivity This is achieved by adjusting the field of view. Light manipulation is Probe delivery pattern and And the field of view does not require external manipulation, Not be adversely affected by the medium being investigated So, Applied inside the fiber. This allows Light delivery pattern or visual field, Or both Vigorously off axis to achieve significant improvement in performance level You can proceed. Vigorous beam steering Table reflecting inside the fiber Achieved by utilizing surfaces. Reflective metal coating or low refractive index Coating or encapsulant Can be used to ensure full internal reflection You. Fiber, filter, Crosstalk suppressor, And a high performance probe Incorporate other features provided by the package. A variant of the design is Side view, One Display through a common opening, Display along one common axis, And other Provides features.   Various embodiments, It has been described herein. However, Illustrative and text Is Teaches various aspects of optical manipulation that can be easily applied to various optical fiber applications Intended to be. Exchange of these methods, Derivative, And the combination general The number of utilities that have bothered both the fiber optics industry and photon instrumentation workers in the past It can be easily formed to solve special problems. Use this teaching as effectively as possible In order to present it effectively, No exhaustive list of uses and variants is given. Additional variants and uses include: Skill level of those who have knowledge of this general subject area Must be within the range.   The present invention In all respects, Intent to be illustrative rather than restrictive The particular embodiment described has been described. An alternative embodiment is The present invention The spirit God and And will be apparent to those skilled in the relevant arts without departing from the scope of application. I Therefore, The scope of the present invention is: Limited by the appended claims rather than the above description Is done.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／０３８，３９５ (32)優先日 平成９年２月14日(1997．2．14) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ 【要約の続き】 通した表示、共通軸に沿った表示、およびその他の特徴 を提供する。────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (31) Priority claim number 60 / 038,395 (32) Priority date February 14, 1997 (Feb. 14, 1997) (33) Priority country United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, KE, LS, MW, S D, SZ, UG), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ , MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU , AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, G B, GE, HU, IL, IS, JP, KE, KG, KP , KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, N Z, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI , SK, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN [Continuation of summary] Through, common axis, and other features I will provide a.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １．その遠位端に平坦な端面を有する中心ファイバーと、 中心ファイバーを取り囲み、その遠位端に整形された端面を有する複数のファ イバーと、 を備え、 前記複数のファイバーは、その遠位端で中心ファイバーに平行であり、 前記整形された端面が前記複数のファイバーに結び付いた視野を中心ファイバ ーに向かって進めるために内部に反射する面を提供する、 光ファイバー・プローブ・アセンブリ。 ２．さらに、前記整形された端面上に反射する金属被覆を備える、請求項１に記 載の光ファイバー・プローブ・アセンブリ。 ３．さらに、前記整形された表面とじかに接触する低屈折率の物質を備える、請 求項１に記載の光ファイバー・プローブ・アセンブリ。 ４．前記中心ファイバーと前記複数のファイバーの間にさらに分離する物質を備 える、請求項１に記載の光ファイバー・プローブ・アセンブリ。 ５．前記中心ファイバーおよび前記複数のファイバーが、ファイバーの間の空隙 を削減するために一つに融合される、請求項１に記載の光ファイバー・プローブ ・アセンブリ。 ６．第１形状を有する端面を含む第１ファイバーと、 第２形状を有する端面を含む第２ファイバーと、 を備え、 前記第１ファイバーおよび前記第２ファイバーがその端面で互いに平行であり 、 前記第２形状が前記第２ファイバーと結び付いた視野を前記第１ファイバーに 向けるために内部に反射する表面を提供する、 光ファイバー・プローブ・アセンブリ。 ７．その端面に第１フィルターを有する光送達ファイバーと、 その端面に第２フィルターを有し、前記光送達ファイバーに平行に取り付けら れた光収集ファイバーと、 を備え、 前記第１フィルターが、その側壁を通して送達された光を反射し、収集された 光が前記光収集ファイバーに通り抜けるのを許すために作用し、 前記第２フィルターが、前記光収集フィルターの軸に沿って収集された光を反 射する、 光を送達し、収集するための１つの共通した軸を有する光ファイバー・アセン ブリ。 ８．その端面に第１フィルターを有する光送達ファイバーと、 その端面に第２フィルターを有し、前記光送達ファイバーに平行に取り付けら れた光収集ファイバーと、 を備え、 第１フィルターが、送達された光を通過させ、収集された光を前記第２フィル ターに反射するために作用し、 前記第２フィルターが、収集された光を前記光収集フィルターの軸に沿って反 射する、光を送達し、収集するための１つの共通した軸を有する光ファイバー・ アセンブリ。 ９．その遠位端に平坦な端面を有する中心ファイバーと、 前記中心ファイバーを取り囲み、その遠位端で整形された端面を有する複数の ファイバーと、 を備え、 前記複数のファイバーが、その遠位端で前記中心ファイバーに平行であり、 前記整形された端面が、前記複数のファイバーに結び付いた視野を前記複数の ファイバーの側壁を通して、前記中心ファイバーの端面を通して進めるために内 部に反射する面を提供する、 光を送達し、収集するために１つの共通した開口を使用する光ファイバー・プ ローブ・アセンブリ。 １０．整形された第１端面を有する第１ファイバーと、 整形された第２端面を有し、前記第１ファイバーに平行である第２ファイバー と、 を備え、 整形された前記第１端面および整形された前記第２端面が１つの共通した領域 に向かって光を向ける、 側面送達および光の収集のための光ファイバー・プロ ーブ・アセンブリ。 １１．ファイバーのリングにより取り囲まれた中心ファイバーを含むファイバー のバンドルを形成するステップと、 光ファイバーのバンドルを一つに融合するステップと、 ファイバーのバンドルを鉛筆先端を形成するために整形するステップと、 中心ファイバーが平坦な端面を有するようにプローブ先端を平らにするステッ プと、 を備える、光ファイバー・プローブ・アセンブリを製作するための方法。 １２．さらに、リング・ファイバーの中心部分を平らにするステップを備える、 請求項１１に記載の方法。 １３．第１形状を有する端面を含む第１ファイバーであって、光がそれに沿って 送達される少なくとも１つの送達光学軸を有する第１ファイバーと、 第２形状を有する端面を含む第２ファイバーであって、光がそれに沿って収集 される少なくとも１つの収集光学軸を有する第２ファイバーと、 屈折面により集束に引き出される収集光学軸および送達光学軸と、 を備える光ファイバー・プローブ・アセンブリ。 １４．収集光学軸が反射する面に入射する、請求項１３に記載の光ファイバー・ プローブ・アセンブリ。 １５．送達光学軸が反射する面に入射する、請求項１３ に記載の光ファイバー・プローブ・アセンブリ。 １６．反斜面がファイバーの中に取り入れられている、請求項１３に記載の光フ ァイバーアセンブリ。[Claims] 1. A central fiber having a flat end face at its distal end;   A plurality of fibers surrounding the central fiber and having a shaped end face at a distal end thereof. Ivar and With   The plurality of fibers is parallel to a central fiber at a distal end thereof;   The shaped end face is tied to the plurality of fibers and the center of view is Provide a reflective surface inside to advance towards the   Fiber optic probe assembly. 2. The method of claim 1, further comprising a reflective metal coating on the shaped end surface. Fiber optic probe assembly. 3. Further comprising a low refractive index material in direct contact with the shaped surface; The fiber optic probe assembly of claim 1. 4. A substance further separating between the central fiber and the plurality of fibers; The fiber optic probe assembly of claim 1, wherein: 5. The central fiber and the plurality of fibers may have a gap between the fibers. 2. The fiber optic probe of claim 1, wherein the probe is fused together to reduce noise. ·assembly. 6. A first fiber including an end face having a first shape;   A second fiber including an end face having a second shape; With   The first fiber and the second fiber are parallel to each other at their end faces; ,   The second shape is combined with the second fiber to provide a field of view to the first fiber. Providing an internally reflective surface for aiming,   Fiber optic probe assembly. 7. A light delivery fiber having a first filter on its end face;   It has a second filter on its end face and is mounted parallel to the light delivery fiber. Light collection fiber and With   The first filter reflects light delivered through its sidewall and is collected. Act to allow light to pass through the light collection fiber;   The second filter reflects light collected along an axis of the light collection filter. Shoot,   Fiber optic assembly with one common axis for delivering and collecting light Yellowtail. 8. A light delivery fiber having a first filter on its end face;   It has a second filter on its end face and is mounted parallel to the light delivery fiber. Light collection fiber and With   A first filter allows the transmitted light to pass and collects the light to the second filter. Acts to reflect light   The second filter reflects the collected light along an axis of the light collection filter. Fiber optics having one common axis for transmitting, delivering and collecting light assembly. 9. A central fiber having a flat end face at its distal end;   A plurality surrounding the central fiber and having a shaped end face at its distal end. Fiber and With   The plurality of fibers being parallel at their distal ends to the central fiber;   The shaped end face provides a field of view associated with the fibers. Through the side wall of the fiber, to advance through the end face of the central fiber Providing a reflective surface to the part,   Fiber optic pump that uses one common aperture to deliver and collect light Robe assembly. 10. A first fiber having a shaped first end face;   A second fiber having a shaped second end face and parallel to the first fiber When, With   The shaped first end face and the shaped second end face form one common area Directs light towards   Fiber optic pro for side delivery and light collection Probe assembly. 11. Fiber with central fiber surrounded by a ring of fibers Forming a bundle of   Fusing optical fiber bundles into one,   Shaping the fiber bundle to form a pencil tip;   Step to flatten the probe tip so that the center fiber has a flat end face And A method for fabricating a fiber optic probe assembly, comprising: 12. Further comprising the step of flattening the central portion of the ring fiber; The method according to claim 11. 13. A first fiber including an end face having a first shape, along which light is directed. A first fiber having at least one delivery optical axis to be delivered;   A second fiber including an end face having a second shape, wherein light is collected along the second fiber. A second fiber having at least one collection optical axis,   A collection optic axis and a delivery optic axis that are brought into focus by a refractive surface; An optical fiber probe assembly comprising: 14． 14. The optical fiber of claim 13, wherein the collection optic axis is incident on a reflecting surface. Probe assembly. 15. 14. The delivery optical axis is incident on a reflecting surface. The fiber optic probe assembly of claim 1. 16. 14. The optical fiber of claim 13, wherein the anti-slope is incorporated into the fiber. Fiber assembly.
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