JP2018077206A - 試料のラマン散乱を測定するための光伝送及び収集装置並びに方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第二に、狭く集束されたレーザ光は、いくらか繊細な試料に損傷を与える可能性がある。
第三に、レーザ光に対して透明ではない拡散性の散乱(diffusely scattering )試料については、この方法は、試料の表面層からのラマン散乱信号のみを測定することになる。表面下の材料の大部分には、ほぼ完全に到達できないだろう。
102・202・302・402・432・602・702;反射キャビティ
104・204・404・434・604;第1の開口、106・206・306・406・436・606;第2の開口
108・208・308・408・508・608;試料、110;表面層、112;表面下層
114・214・414・514・614;励起光、118・218・418・618;容器
120・420・440・620;プローブ、122;光学素子
130;最初の照明領域、132;集光領域、134; 集束角
216・416・516・616;ラマン散乱光
220;光ファイバ又はファイバ束、222;光ファイバ、324;光学窓
400;光伝送装置、430・530;集光装置、601;反射コーティング、
603・703;固体の光学材料、701;他の面、726;端表面
本発明による実施形態を詳細に説明する前に、実施形態は、主に、試料のラマン散乱を測定するための光伝送及び収集装置に関する方法のステップ、及び、装置の構成要素の組み合わせにあることと、認められるべきである。したがって、装置の構成要素及び方法のステップは、それが適切な場合には、図面おいて通常の記号(conventional symbols)により表されており、本発明の実施形態を理解することに関連する事柄についてのみ、具体的な詳細を示し、本明細書の説明の恩恵を受ける当業者に既に明らかな詳細事項により、本開示が不明瞭とならないようにしている。
(representation)を取得することを目標とする場合、サンプリング領域を、試料の粒子サイズの少なくとも数倍大きくする必要がある。包装材(packaging material)の層を通して表面下層の試料を測定することが目的である場合、サンプリング領域の線長さ (linear size)を、包装材の厚さの数倍にする必要がある。
(refractive index profile)を有してもよい。一例として、光学材料603は、光学レンズとして機能するように、屈折率が放物線状に変化する勾配屈折率(GRIN)プロファイルを有してもよい。このGRINレンズの有効焦点距離が反射キャビティ602の長さに等しいとき、第1の開口604からの励起光614は、GRINレンズにより、第2の開口606に到達したときにコリメートされるであろう。それで(in turn)、試料608への励起光の浸透(penetration)深さが増加する。
paper envelope)を通したラマン分光法を用いて、材料同定(material identification)を可能とする方法を示す。図9Aは、茶封筒に含まれるD(+)−グルコース試料の測定されたラマンスペクトルを示し、これは図1に示す光伝送及び収集装置を用いて測定されたものである。図9Bは、該装置を用いることなく、茶封筒に励起光を集束させることにより、取得されたラマンスペクトルを示す。
Claims (22)
- 試料の広い領域からのラマン散乱を測定するための光の伝送及び収集装置であって、
第1の開口及び第2の開口を有する反射キャビティを備え、
前記第1の開口は、前記第2の開口上に投射される励起光を受光するように構成され、
前記第2の開口は、前記反射キャビティが、試料の広い領域を覆う包囲体を実質的に形成するように、該試料に近接して適用されるように構成され、
それにより試料の覆われた領域は励起光を散乱させてラマン散乱光を生成し、
前記反射キャビティは、
前記励起光及び前記ラマン散乱光が、測定されるため、前記第1の開口から放射されるか、又は、前記第2の開口において前記試料により再散乱される場合を除いて、
前記励起光、及び、前記試料の覆われた領域から散乱された前記ラマン散乱光を反射する光伝送及び収集装置。 - プローブを受け入れるように構成された容器をさらに備え、
前記プローブは、光源からの励起光を受光すると共に、該励起光を前記第1の開口を通して前記反射キャビティ内に伝送するように構成されている、
請求項1に記載の光伝送及び収集装置。 - 前記プローブは、1つ以上の光学部品を備え、
該光学部品は、前記励起光を前記第1の開口に集束させ、それによって該励起を前記反射キャビティ内に伝送し、それとともに、測定のため、前記第1の開口から放射されたラマン散乱光を集光する、
請求項2に記載の光伝送及び収集装置。 - 1つ以上の光ファイバ又はファイバの束を受けるように構成された容器をさらに備え、
該光ファイバ又はファイバの束は、前記第1の開口の近傍で終端し、それによって、前記励起光を光源から前記反射キャビティに伝送し、それとともに、測定のため、前記第1の開口から放射された前記ラマン散乱光を集光する、
請求項1に記載の光伝送及び収集装置 - 前記反射キャビティは、前記励起光及び前記ラマン散乱光に対して高い反射率を有する材料により形成されている、請求項1に記載の光伝送及び収集装置。
- 前記反射キャビティは、前記励起光及び前記ラマン散乱光に対して高い反射率の表面コーティングを有する、請求項1に記載の光伝送及び収集装置。
- 前記表面コーティングは金属コーティングである、請求項6に記載の光伝送及び収集装置。
- 前記表面コーティングは誘電体コーティングである、請求項6に記載の光伝送及び収集装置。
- 前記反射キャビティは、少なくとも1つの追加の開口を備える、請求項1に記載の光伝送及び収集装置。
- 前記反射キャビティの第2の開口は、前記第1の開口の少なくとも2倍の面積を有する、請求項1に記載の光伝送及び収集装置。
- 前記反射キャビティの前記第2の開口を覆う光学窓をさらに備え、
前記光学窓は前記励起光及び前記ラマン散乱光に対して透明である、
請求項1に記載の光伝送及び収集装置。 - 試料の広い領域からラマン散乱を測定するための方法であって、
第1の開口及び第2の開口がある反射キャビティを有する光伝送及び収集装置を準備するステップ、
前記反射キャビティが実質的に試料の広い領域を覆う包囲体を形成するように、前記反射キャビティの前記第2の開口を試料に近接させて適用するステップ、
励起光を、前記第1の開口を通して、前記反射キャビティの前記第2の開口に投射されるように伝送し、これにより試料の覆われた領域からラマン散乱光を励起させるステップであって、 前記励起光及びラマン散乱光が、前記反射キャビティの前記第1の開口から放射されるか、又は、前記第2の開口において前記試料により再散乱される場合を除いて、 前記反射キャビティが、前記励起光、及び、前記試料の覆われた領域から散乱された前記ラマン光を反射するステップ、
及び、
試料のラマンスペクトルを取得するために、前記反射キャビティの前記第1の開口から放射されたラマン散乱光を測定するステップ、
を含む方法。 - 前記反射キャビティは、前記励起光及び前記ラマン散乱光に対して高い反射率を有する材料により形成されている、請求項12に記載の方法。
- 前記反射キャビティは、前記励起光及び前記ラマン散乱光に対して高い反射率の表面コーティングを有する、請求項12に記載の方法。
- 前記表面コーティングは金属コーティングである、請求項14に記載の方法。
- 前記表面コーティングは誘電体コーティングである、請求項14に記載の方法。
- 前記反射キャビティの前記第2の開口は、前記第1の開口の少なくとも2倍の面積(in area)を有する、請求項12に記載の方法。
- 異なる材料の表面層及び表面下層を有し、拡散性の散乱試料のラマン散乱を測定するための方法であって、
第1の開口及び第2の開口のある反射キャビティを有する光伝送及び収集装置を準備するステップ、
前記反射キャビティが実質的に試料の広い領域を覆う包囲体を形成するように、前記反射キャビティの前記第2の開口を試料に近接させて適用するステップ、
励起光を、前記第1の開口を通して、前記反射キャビティの前記第2の開口に投射されるように伝送し、これにより試料の覆われた領域からラマン散乱光を励起させるステップであって、 前記励起光及びラマン散乱光が、前記反射キャビティの前記第1の開口から放射されるか、又は、前記第2の開口において前記試料により再散乱される場合を除いて、 前記反射キャビティが、前記励起光、及び、前記試料の覆われた領域から散乱された前記ラマン光を反射するステップ、を含み、
試料の前記反射キャビティの前記第1の開口から放射されたラマン散乱光を測定して、試料の表面層及び表面下層の両方の特徴を含む試料の第1のラマンスペクトルを取得し、
そして、
前記光伝送及び収集装置を取り除いて、前記励起光を前記試料の表面層に集束させて、前記表面層からラマン散乱光を励起させ、前記表面層からのラマン散乱光を測定し、試料の表面層の特徴を主に含む試料の第2のラマンスペクトルを取得する、方法。 - 透明又は拡散性の散乱試料のラマン散乱を測定するための方法であって、
ラマン散乱光を生成するために、試料の第1の側に励起光を伝送するステップ、
第1の開口及び第2の開口が設けられた反射キャビティを備える集光装置を提供するステップ、
前記集光装置の前記反射キャビティが実質的に前記試料の第2の側の領域を覆う包囲体を形成するように、前記集光装置の前記反射キャビティの前記第2の開口を試料の第2の側に近接させて適用するステップであって、 励起光及びラマン散乱光は、少なくとも部分的に、前記試料の前記第1の側から前記第2の側に伝わり、 前記励起光及びラマン散乱光が、前記集光装置の前記反射キャビティの前記第1の開口から放射されるか、又は、前記試料により再散乱される場合を除いて、 前記集光装置の前記反射キャビティが、前記励起光、及び、前記試料から散乱された前記ラマン光を反射するステップ、を含み、
前記集光装置の前記反射キャビティの前記第1の開口から放射された前記ラマン散乱光を測定して、試料のラマンスペクトルを取得する方法。 - 前記ラマン散乱光を生成するために、試料の第1の側に励起光を伝送するステップは、
第1の開口及び第2の開口が設けられた反射キャビティを有する光伝送装置を準備し、
前記光伝送装置の前記反射キャビティが実質的に前記試料の第1の側の領域を覆う包囲体を形成するように、前記光伝送装置の前記反射キャビティの前記第2の開口を試料に近接させて適用し、
そして、
励起光を、前記第1の開口を通し、前記光伝送装置の前記反射キャビティの前記第2の開口に投射されるように伝送して、前記試料の覆われた領域からラマン散乱光を励起させ、 ここで、前記励起光及びラマン散乱光が、前記光伝送装置の前記反射キャビティの前記第1の開口から放射されるか、又は、前記試料により再散乱される場合を除いて、 前記光伝送装置の前記反射キャビティが、前記励起光、及び、前記試料から散乱された前記ラマン光を反射するステップ、を含む、請求項19に記載の方法。 - 試料の広い領域からのラマン散乱を測定する光伝送及び収集装置であって、
第1の開口及び第2の開口があり、反射コーティングを有する固体光学材料により形成された反射キャビティを備え、
前記第1の開口は、前記第2の開口上に投射される励起光を受光するように構成され、
前記第2の開口は、前記反射キャビティが実質的に試料の広い領域を覆う包囲体を形成するように、前記試料に近接して適用されるように構成され、
それにより、前記試料の覆われた領域は、励起光を散乱してラマン散乱光を生成し、
反射キャビティが、
前記励起光及び前記ラマン散乱光が、測定されるため、前記第1の開口から放射されるか、又は、前記第2の開口において前記試料により再散乱される場合を除いて、
前記反射キャビティが、前記励起光、及び、前記試料の覆われた領域から散乱された前記ラマン散乱光を反射する光伝送及び収集装置。 - 前記光学材料は、空間的に不均一な屈折率のプロファイルを有する、請求項21に記載の光伝送及び収集装置。
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