KR102533874B1 - 비선형 간섭계를 사용한 이미징 또는 분광 방법 - Google Patents
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Abstract
이미징 및 분광 중 적어도 하나를 위한 방법으로서, i) 두 필드들이 상관되도록, 제 1 비선형 매체를 펌프 빔으로 펌핑함으로써, 제 1 신호 필드 및 제 1 아이들러 필드를 생성하는 단계, ii) 상기 제 1 아이들러 필드로 물체를 조명하는 단계, iii) 두 필드들이 상관되도록, 상기 제 1 비선형 매체를 펌핑함으로써, 제 2 신호 필드 및 제 2 아이들러 필드를 생성하는 단계, iv) 두 필드들이 구별 불가능하도록, 상기 제 1 및 제 2 아이들러 필드들을 조합하고, 두 필드들이 간섭하도록 상기 제 1및 제 2신호 필드들을 조합하는 단계, v) 검출 수단에 의해 간섭 신호 필드를 1차로 측정하는 단계, vi) 상기 검출 수단에 의한 간섭 신호 필드(s12)를 한번 이상 추가 측정하는 단계, 및 vii) 물체의 이미지 및 분광 중 적어도 하나를 얻기 위해, 상기 단계 v) 및 단계 vi)에서의 측정에서 위상 함수 Φ를 계산하는 단계를 포함하고, 상기 단계 vi)에서의 각각의 추가 측정에 대해 상이한 위상 편이 α가 설정에 생성되고, 상기 단계 v)의 상기 1차 측정 및 상기 단계 vi)의 상기 한번 이상의 추가 측정은 모두 설정의 안정성 시간 내에 수행되는 방법.
Description
본 발명은 청구항 1에 따른 비선형 간섭계 및 청구항 10에 따른 이미징 또는 분광(spectroscopy)을 위한 개선된 장치를 이용하여 이미징 또는 분광을 위한 개선된 방법을 제공한다.
비선형 간섭계(non-linear interferometer)를 사용하면 특정 파장에서 미지의 물체, 바람직하게는 샘플을 프로빙하면서 동일하거나 다른 파장에서 상관된(correlated) 빛을 감지할 수 있다. 알려진 비선형 간섭계 시스템에서는 최대의 보강 및 파괴 이미지들을 완벽하게 결정하기 위해 절대적으로 정확한 간섭계 설정을 갖는 것이 중요하다. 이를 위해서는 각 측정 전에 간섭계가 조정될 필요가 있다. 예를 들어, 이는 설정에서 물체 없이 최대의 보강 및/또는 파괴 간섭을(constructive and/or destructive interference) 찾기 위해 간섭계의 가시성을 측정함으로써 수행될 수 있다.
간섭계의 안정성 드리프트(stability drift)로 인해 긴 작동 시간 동안 설정의 안정성이 보장될 수 없으므로, 간섭 가시성이 감소하게 되고, 측정 정밀도가 저하하게 된다. 안정성 드리프트는 설정의 열 변화, 부품들의 기계적 및/또는 열적 불안정성, 심지어 지하의 진동으로 인해 발생할 수 있다. 알려진 시스템들에서 더 긴 작동 시간을 위해 설정은 최대 파괴 및/또는 보강 간섭으로 재조정되어야 하고, 또는 무늬 중심(fringe center)을 재조정할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 비선형 간섭계를 이용한 개선되고 더 정확한, 또한 더 긴 측정 시간을 허용하는, 이미징 또는 분광을 위한 방법을 제공하는 것이며, 또한 개선되고 더 정확한 이미징 또는 분광을 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 청구항 1에 따른 물체의 이미징 및/또는 분광 방법이 제공된다.
방법은 다음 단계들을 포함한다:
i) 두 필드들이 상관되도록, 제 1 비선형 매체를 펌프 빔으로 펌핑함으로써, 제 1 신호 필드(s1) 및 제 1 아이들러 필드(i1)를 생성하는 단계,
ii) 각각 투과 및 반사되거나 투과 또는 반사에 의해 상기 제 1 아이들러(i1) 필드로 물체를 조명하는 단계,
iii) 두 필드들이 상호 연관되도록, 상기 펌프 빔으로 공간적으로 분리된 제 2 비선형 매체를 펌핑하거나 또는 상기 제 1 비선형 매체를 상기 펌프 빔으로 두 번 펌핑함으로써, 제 2 신호 필드(s2) 및 제 2 아이들러 필드(i2)를 생성하는 단계,
iv) 두 필드들을 구분할 수 없도록 상기 제 1 아이들러 필드(i1) 및 상기 제 2 아이들러 필드(i2)를 조합하고, 두 필드가 간섭하도록 상기 제 1신호 필드(s1) 및 상기 제 2신호 필드(s2)를 조합하는 단계,
v) 검출 수단에 의한 간섭 신호 필드(s12)를 제 1 측정하는 단계,
vi) 상기 검출 수단에 의한 간섭 신호 필드(s12)를 한번 이상 추가 측정하는 단계, 이때 상기 단계 vi)에서의 각 추가 측정에 대해 다른 위상 편이 α가 설정에서 생성되고, 그리고
상기 단계 v)의 상기 제 1 측정 및 상기 단계 vi)의 한번 이상의 추가 측정은 모두 설정의 안정성 시간 내에 수행되며,
vii) 물체의 이미지 및 분광 중 적어도 하나를 얻기 위해, 상기 단계 v) 및 상기 단계 vi)에서의 측정에서 위상 함수 Φ를 계산하는 단계.
본 발명은 또한 청구항 10에 따른 이미징 및/또는 분광을 위한 장치를 제공한다.
장치는 펌프 빔을 생성하기 위한 펌프 소스, 상기 펌프 빔에 의해 펌핑되는 제 1 신호(s1) 필드 및 제 1 아이들러(i1) 필드 생성 수단, 및
상기 펌프 빔에 의해 펌핑되는 제 2 신호(s2) 필드 제 2 아이들러(i2) 필드 생성 수단,
상기 제 1 아이들러 필드(i1)에 의한 투과 또는 반사에 의해 각각 조명되는 측정 대상 물체,
두 필드들이 간섭하도록 상기 제 1 신호(s1) 필드 및 상기 제 2 신호(s2) 필드를 중첩시키는 신호 결합 수단,
두 필드들이 구별될 수 없도록 상기 제 1 아이들러 필드(i1) 및 상기 제 2 아이들러 필드(i2)를 중첩하는 아이들러 결합 수단, 및
간섭된 신호 필드의 세기 및 위상 중 적어도 하나를 검출하는 검출 수단을 포함하고, 여기서, 상기 제 1 및 제 2 필드 생성 수단은,
-상기 펌프 빔에 의해 펌핑되는 공간적으로 분리된 2개의 비선형 매체, 또는
-펌프 빔에 의해 제 1 신호(s1) 필드 및 제 1아이들러(i1) 필드를 생성하기 위해 1차 펌핑되고, 제 2 신호(s2) 필드 및 제 2 아이들러(i2) 필드를 생성하기 위해 2차 펌핑되는 하나의 비선형 매체이다. 여기서, 위상 편이 장치가 상기 제 1 신호(s1) 필드, 및/또는 제 2 신호(s2) 필드, 및/또는 펌프 빔, 및/또는 구별 불가능한 제 1및 제 2 신호 필드들(s1, s2)에 배열되며, 상기 위상 편이 장치는 상기 물체의 이미지 및 분광 중 적어도 하나를 얻기 위해, 측정 동안 장치에 위상 편이 α를 도입하도록 구성된다.
본 발명은 간섭계를 조정 및/또는 재조정할 필요가 없도록 공지된 시스템에 대한 개선된 해결책을 제공한다. 바람직하게는, 물체가 없이 측정을 시작할 때 설정을 조정할 필요가 없으며, 및/또는 간섭계의 안정성 시간보다 긴 측정 시간 동안 시스템을 재조정할 필요가 없다. 본 발명의 또 다른 장점은 분광을 위한 간섭 무늬 중심을 찾거나 보강 또는 파괴 간섭을 위한 간섭계 설정을 찾을 필요가 없다는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 측정을 시작할 때 위상을 특정 값, 예를 들어 보강 및/또는 파괴 간섭으로 설정할 필요가 없다는 것이다. 본 발명의 장점으로서의 측정을 시작할 때의 간섭계의 위상은 알려지지 않았고 및/또는 임의적일 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점은 측정 정확도를 더 향상시키거나 측정 시간을 더 연장해야 하는 경우, 단계 v) 및 vi)의 측정이 2차, 3차, 4차, 또는 그 이상으로 반복될 수 있다는 것이다. 본 발명의 장점은 각각의 측정 단위(단계 v) 및 vi)로 구성됨)만이 설정의 안정성 시간 내에 수행되어야 한다는 것이다. 설정의 시작 위상을 알 수 없기 때문에 측정 단위들 간에 시스템 재조정이 필요하지 않다. 단계 vii)에서의 계산을 위해 더 많은 측정 단위가 수행될 때 측정 단위의 측정값들이 합산될 수 있다.
본 발명의 한 가지 원리는 시변 강도 측정 지점으로부터 모든 측정 위치들에서 파장 전면 위상(wave front phase)을 계산하는 것이다. 시변 신호(time varying signal)가 감지되고 상대 위상이 이러한 신호들로 인코딩된다. 필드들 간의 위상 편이는 데이터 수집 동안 알려진 방식으로 변경되며, 위상 편이는 계산에 고려된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 및/또는 제 2 비선형 매질은 비선형 결정(crystal), 바람직하게는 ppKTP 결정(주기적으로 분극된 포타슘 티타닐 포스페이트 결정(Potassium titanyl phosphate crystal)), 바람직하게는 BBO 결정, 바람직하게는 동일한 물리적 특성 및 광학적 특성을 갖는 2개의 결정이다.
단계 i) 및/또는 단계 iii)의 바람직한 방법에서, 신호 및 아이들러 필드들은 결정의 내부 또는 뒤에서 분리 수단에 의해 분리되거나 비선형 매체에서 신호 및 아이들러 필드들의 생성으로 인해 분리되며, BBO(β-Barium borate) 결정의 필드 생성으로 인해 각각 분리된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 위상 정합(matching) 조건들은 제 1 신호(s1) 및 아이들러(i1) 필드들 및/또는 제 2 신호(s2) 및 아이들러(i2) 필드들의 생성에서 충족된다.
제 1 비선형 매체 뒤의 바람직한 방법 및/또는 장치에서, 분리 수단이 필드 경로에 배열되어 제 1 신호(s1) 및 아이들러(i1) 필드들을 공간적으로 분리한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 분리 수단은 다이크로익 거울(dichroic mirror), 프리즘, 또는 회절 격자(diffraction grating)이다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 펌프 빔은 코히어런트(coherent) 광원 또는 레이저를 포함하는 펌프 소스에 의해 생성되어 코히어런트 광 빔 또는 레이저 빔을 생성한다.
바람직하게는, 펌프 소스는 펌프 빔, 각각 코히어런트 광 빔 또는 레이저 빔을 생성하기 위해 코히어런트 광원 또는 레이저를 포함할 수 있다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 펌프 빔은 제 1 비선형 매체를 펌핑하는 제 1 펌프 빔 및 제 2 비선형 매체를 펌핑하는 제 2 펌프 빔으로 분리되며, 여기서 분리는 펌프 빔 분리 수단에 의해, 바람직하게는 빔 스플리터(beam splitter) 또는 웨이브 판이 있는 편광(polarizing) 빔 스플리터에 의해 실현된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 및 제 2 신호(s1, s2) 및 제 1 및 제 2 아이들러(i1, i2) 필드의 생성은 유도 방출 유/무에 따라 유도 상관에 의해 실현되며, 바람직하게는 비선형 매체를 저-이득 또는 고-이득 레짐(low or high gain regime)으로 펌핑함으로써 실현된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 상관되는 신호(s1, s2) 및 아이들러(i1, i2) 필드들은 상관 광자 빔 또는 상관 광자 쌍, 각각 얽힌 광자 쌍(entangled photon pairs)이다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 신호(s1) 필드는 파장(wavelength) λs1을 갖고, 제 1 아이들러(i1) 필드는 파장 λi1을 가지며, 및/또는 이때 제 2 신호(s2) 필드는 파장 λS2를 갖고, 제 2 아이들러 필드는 파장 λi2를 갖는다. 바람직하게는, 파장 λs1은 파장 λS2와 동일하고, 및/또는 파장 λi1은 파장 λi2와 동일하다. 바람직하게는, 파장 λs1 및 λS2는 파장 λi1 및 λi2와 상이하다. 그에 따라, 측정 수단에 대한 측정이 다른 파장에서 수행되는 동안, 특정 파장에서 물체를 프로빙할 수 있게 된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 표현 상관(expression correlation)은 바람직하게는 제 1 신호(s1) 및 제 1 아이들러(i1) 필드 및/또는 제 2 신호(s2) 및 제 2 아이들러(i2) 필드가 위상 및/또는 강도, 및/또는 또는 진폭, 및/또는 상관 시간(coherence time), 및/또는 운동량(momentum), 및/또는 공간적으로, 및/또는 스펙트럼 특성에서 상관된다는 의미로 이해된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 신호(s1) 필드 및 제 1 아이들러(i1) 필드는 제 1 비선형 매체에서의 두 필드들의 생성에 의해 상관된다. 바람직하게는, 제 1 신호(s1) 필드와 제 1 아이들러(i1) 필드는 위상, 및/또는 강도, 및/또는 진폭, 및/또는 상관 시간, 및/또는 운동량에서, 및/또는 공간적으로 상관된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 2 신호(s2) 필드 및 제 2 아이들러(i2) 필드는 제 2 비선형 매체에서의 두 필드들의 생성에 의해 상관된다. 바람직하게는, 제 2 신호(s2) 필드 및 제 2 아이들러(i2) 필드는 위상, 및/또는 강도, 및/또는 진폭, 및/또는 상관 시간 및/또는 운동량에서, 및/또는 공간적으로 상관된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 구별할 수 없는 표현은 바람직하게는 필드들이 구별 불가능하여 간섭하고, 바람직하게는 모든 자유도에서 구별 불가능하여 간섭한다는 의미로 이해되는 것이 바람직하다. 자유도는 공간적으로, 및/또는 주파수, 및/또는 편광, 및/또는 모드에 대한 것일 수 있다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 신호(s1) 및 제 2 신호(s2) 필드들의 간섭은 바람직하게는 간섭 수단, 바람직하게는 빔 스플리터 또는 편광 빔 스플리터에서의 제 1 신호(s1) 및 제 2 신호(s2) 필드들의 구별 불가능성으로부터 발생한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 신호(s1) 및 제 2 신호(s2) 필드들의 간섭은 간섭계에 대한 구성 요소의 배열로 인해 발생한다. 바람직하게는 구성 요소들은 마하 젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer) 구성 또는 피조 간섭계(Fizeau-Interferometer) 구성 또는 마이켈슨-간섭계(Michelson-Interferometer) 구성으로 배열된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 및 제 2 아이들러(i1, i2) 필드들은 비선형 결정(들)을 코히어런트 펌프 빔으로 각각 펌핑함으로써 및/또는 모든 자유도에서 구별 불가능한 두 필드들의 구별 불가능성에 의해 상관됨으로써 간섭한다. 자유도는 공간적으로, 및/또는 주파수, 및/또는 편광 및/또는 모드에 대한 것일 수 있다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 및 제 2 신호(s1, s2) 필드들은 각각 코히어런트 펌프 빔으로 제 1 및 제 2 비선형 결정을 펌핑함으로써 및/또는 바람직하게는 모든 자유도에서 구별 불가능한 두 필드들의 구별 불가능성에 의해 상관됨으로써 간섭한다. 자유도는 공간적으로, 및/또는 주파수, 및/또는 편광 및/또는 모드에 대한 것일 수 있다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 펌프 필드들 및 아이들러 필드들의 상관은 공간 및 스펙트럼 상관은 제 1 신호 필드(s1) 및 제 2 신호 필드(s2) 사이의 1 차 간섭이 관찰될 수 있도록 한다. 레이저의 상관 시간이 제 1 결정과 제 2 결정 사이의 전파 시간보다 짧을 때, 생성된 필드들의 필요한 상관은 펌프와 제 1 아이들러 필드(i1) 사이의 경로들에 광학적 딜레이를 도입함으로써 달성될 수 있고, 그리고 제 1 신호 필드(s1) 및 제 2 신호 필드(s2) 조건 간의 1 차 간섭이 충족되어야 한다. 이때, 펌프는 바람직하게는 제 2 신호 필드(s2) 및 제 2 아이들러 필드(i2)를 생성하기 위한 펌프를 의미한다. 즉, 어떤 결정에서 필드가 생성되는지는 알 수 없다. 이것은 예를 들어 제 1 결정의 아이들러 필드와 제 2 결정의 아이들러 필드의 완벽한 정렬에 의해 얻어질 수 있다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 신호(s1) 및 제 2 신호(s2) 필드들의 간섭에 의해 간섭 신호 필드(s12)가 생성된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 아이들러(i1) 및 제 2 아이들러(i2) 필드들의 조합은 제 2 비선형 매체 내부 및/또는 뒤에서 발생하거나, 또는 아이들러 결합 수단으로 인해 발생한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 및 제 2 아이들러 필드들(i1, i2)의 공간적 중첩으로 인해 제 1 아이들러(i1) 및 제 2 아이들러(i2) 필드들의 조합이 실현된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 아이들러 필드들(i1, i2)의 공간적 중첩은 비선형 매체 내부 및 뒤에 있거나 또는 각각 빔 스플리터 및/또는 다이크로익 거울인 아이들러 결합 수단에서 실현된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 신호(s1) 및 제 2 신호(s2) 필드들의 결합은 신호 결합 수단으로 인해 발생한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 및 제 2 아이들러 필드들(i1, i2)의 공간적 중첩으로 인해 제 1 신호(s1) 및 제 2 신호(s2) 필드들의 조합이 실현된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 아이들러 필드들(i1, i2)의 공간적 중첩은 각각 빔 스플리터 및/또는 다이크로익 거울인 신호 결합 수단에 의해 실현된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 제 1 및 제 2 신호 필드들(s1, s2)의 간섭은 각각 빔 스플리터 및/또는 50/50 빔 스플리터 및/또는 편광 빔 스플리터 및/또는 다이크로익 거울에 의한 필드들의 공간적 중첩, 및/또는 비선형 매체 뒤에서 필드들의 공간적 중첩에 의해 실현된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 신호 및/또는 아이들러 결합 수단은 빔 스플리터 및/또는 50/50 빔 스플리터 및/또는 편광 빔 스플리터 및/또는 다이크로익 거울을 포함한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및 단계 vi)에서의 측정은 물체의 위 또는 내부의 특정 지점에 대해 이루어진다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및 단계 vi)에서의 측정은 물체 상의 움직임 또는 다른 측정 포인트로 인해 물체에 의한 추가적인 위상 변화를 도입하지 않기 위해 물체를 이동하지 않고 이루어진다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서 위상 편이 α는 이하에서 생성된다:
-제 1 신호 필드(s1), 및/또는
-제 2 신호 필드(s2), 및/또는
-제 1 아이들러 필드(i1), 및/또는
-제 2 아이들러 필드(i2), 및/또는
-제 1 비선형 매체 앞의 펌프 빔, 바람직하게는 상기 제 1 펌프 빔, 및/또는
-제 2 비선형 매체 앞의 펌프 빔, 바람직하게는 상기 제 2 펌프 빔, 및/또는
-제 1 신호 필드(i1)와 상기 제 2 신호 필드(i2) 사이, 및/또는
-제 1 아이들러 필드(s1)와 상기 제 2 아이들러 필드(s2) 사이, 및/또는
-제 1펌프 빔과 상기 제 2 펌프 빔 사이, 및/또는
-간섭 신호 필드(s12).
전술한 옵션들은 모두 동일한 결과를 가져온다. 또한, 조합, 즉 일부 옵션들의 조합은 동일한 결과를 가져올 수 있다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서 위상 편이 α는 이하에서 생성된다:
-하나 이상의 필드의 경로 길이를 변경하는 것, 및/또는
-제 1 펌프 빔과 제 2 펌프 빔 중 적어도 하나의 파장을 변경하는 것, 및/또는
-열 효과, 및/또는
- 하나 또는 두 간섭계 암(arm)에서의, 공간적 변위 또는 광학 경로 길이의 변경.
광섬유의 바람직한 방법 및/또는 장치에서, 위상 편이 α는 다음에 의해 생성된다:
-열 효과, 및/또는
-하나 이상의 필드의 경로 길이의 변경, 및/또는
-제 1 및/또는 제 2 펌프 빔의 파장 변경, 및/또는
-섬유의 기계적 스트레스.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 vi)의 상이한 위상 편이는 위상 편이 α가 설정에서, 바람직하게는 간섭계에서 단계 v)의 위상에 추가됨을 의미한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v)의 위상, 바람직하게는 설정의 위상, 바람직하게는 단계 v)의 간섭계의 위상은 알려지지 않았고 및/또는 임의적이다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 위상 편이는 거울의 병진 및/또는 광학 표면의 병진 및/또는 다이크로익 거울의 병진에 의해 도입될 수 있으며, 각각 피에조 요소(piezo element), 및/또는 섬유 확장기, 및/또는 기울어질 수 있는 평면-평행(plane-parallel) 판, 및/또는 바람직하게는 2개의 펌프 빔들인 2개의 빔들 사이의 광학 주파수 차이, 및/또는 EOM 및/또는 파형 판 및/또는 편광 빔 스플리터 및/또는 편광기에 의한 편광의 변화에 의해, 및/또는 평면-평행 판을 기울임으로써, 및/또는 복굴절(birefringent) 판의 회전 또는 이동에 의해 이동 가능하다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 설정의 안정성(stability) 시간은 안정성 시간 동안 설정이, 바람직하게는 간섭계의 가시성의 변화가 0,6 내지 1의 범위, 바람직하게는 0,9 내지 1, 바람직하게는 0,95 내지 1 범위에 있는 것을 의미한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 검출 수단은 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라 또는 분광계 또는 섬유 어레이 또는 SPAD 어레이이다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 오직 검출 수단에서 검출되는 간섭 신호 필드(s12)만이 단계 vii)에서 위상 함수를 계산하는 데 사용되고, 바람직하게는 간섭 신호 필드(s12)를 검출하는 검출 수단의 검출 영역만이 단계 vii)에서 위상 함수를 계산하는 데 사용된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및/또는 vi)에서 간섭 신호 필드(s12)의 강도 및/또는 위상 및/또는 진폭이 측정된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및/또는 vi)에서 각각 50/50 빔 스플리터인, 간섭 수단의 두 출력 암들 뒤에 있는 제 1 및 제 2 검출 수단에 의해 보강 및 파괴 간섭이 각각 측정되고, 이때 각 50/50 빔 스플리터는 신호 결합 수단이다. 본 발명에 따른 2개의 검출 수단을 사용하여 간섭 수단 뒤에서 보강 및 파괴 간섭이 측정될 때 여전히 추가 위상 편이 α가 단계 vi)의 설정에서 생성된다. 이 실시예의 장점은 하나의 위상 편이 α과 보강 및 파괴 간섭으로, 4개의 측정 단계가 이루어질 수 있다는 것이다. 바람직하게는, 위상 편이 α는 간섭 수단의 제 1 출력 암에 대한 측정에 추가되고(예: 보강 간섭에서),위상 편이 α는 간섭 수단의 제 2 출력 암에 대한 측정에 추가된다(예: 파괴 간섭에서).
바람직한 방법의 단계 v) 및/또는 vi)에서 하나의 검출 수단이 사용되며, 이때 각 측정에 대해 위상 편이 α가 생성되거나 둘 이상의 검출 수단이 사용되며, 또한 각각의 추가 검출에 대해 동일한 또는 별도의 위상 편이 α가 생성된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 검출 수단은 검출 영역을 가지며, 이때 전체 영역은 단계 v) 및/또는 vi)에서 하나의 특정한 측정에 사용되거나, 또는 영역이 더 개별적인 측정 영역들로 분할되고, 개별 측정 영역마다 별도의 위상 편이 α가 생성된다.
바람직한 방법에서, 단계 v) 및 vi)에서의 측정은 전체 물체의 위상 함수 Φ(x, y)를 계산하기 위해 물체의 각 x, y지점에 대해 반복된다.
다음 단계들 중 하나에 따른 계산에 의해 물체들의 위상 함수 Φ의 계산이 이루어질 수 있다:
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및 vi)에서 2개의 측정들이 2개의 상이한 위상들로 수행되며, 이는 하나의 위상 편이 α가 생성됨을 의미한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및 vi)에서 3개의 측정이 3개의 상이한 위상들로 수행되며, 이는 2개의 위상 편이들 α이 생성됨을 의미한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및 vi)에서 4개의 측정이 4개의 상이한 위상으로 수행되며, 이는 4개의 위상 편이 α가 생성됨을 의미한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및 vi)에서 5개의 측정이 5개의 상이한 위상으로 수행되며, 이는 4개의 위상 편이 α가 생성됨을 의미한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및 vi)에서 6개의 측정이 6개의 상이한 위상으로 수행되며, 이는 5개의 위상 편이 α가 생성됨을 의미한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 단계 v) 및 vi)에서 2개의 위상 편이 α는 각각의 두 출력 암 뒤에 있는 제 1 및 제 2 검출 수단에 의해 단 하나의 위상 편이 단계와 구성 및 파괴 간섭의 측정으로 생성된다.
바람직한 방법에서, 위상 함수 Φ(x, y)는 단계 v) 및 vi)에서의 측정에 의해, 각각 다음 식에 의해 단계 v) 및 vi)에서의 강도 측정에 의해 계산된다:
이때, 바람직하게는 위상 
을 갖는 간섭 신호 필드의 강도(I1) (각각 
= 0 또는 임의), 위상 편이 α를 갖는 간섭 신호(s12) 필드의 강도(I2) (각각
), 위상 편이 α′를 갖는 간섭 신호(s12) 필드의 강도(I3) (각각 
), 및 위상 편이 α″를 갖는 간섭 신호(s12) 필드의 강도(I2)(각각 
).
바람직한 방법에서, 위상 함수 Φ(x, y)는 단계 v) 및 vi)에서의 측정에 의해, 각각 다음 식에 의해 단계 v) 및 vi)에서의 강도 측정에 의해 계산된다:
이때, 바람직하게는 위상 
을 갖는 간섭 신호(s12) 필드의 강도(I2) (
= 0 또는 임의), 위상 편이 α를 갖는 간섭 신호(s12) 필드의 강도(I1), 및 위상 편이 α′를 갖는 간섭 신호(s12) 필드의 강도(I3) (
).
바람직한 방법에서, 위상 함수 Φ(x, y)는 단계 v) 및 vi)에서의 측정에 의해, 각각 다음 식에 의해 단계 v) 및 vi)에서의 강도 측정에 의해 계산된다:
이때, 바람직하게는 위상 
을 갖는 간섭 신호(s12) 필드의 강도(I2) (
= 0 또는 임의), 위상 편이 α를 갖는 간섭 신호(s12) 필드의 강도(I1) (각각
), 및 위상 편이 α′를 갖는 간섭 신호(s12) 필드의 강도(I3) (각각 
바람직한 방법에서, 위상 함수 Φ(x, y)는 단계 v) 및 vi)에서의 측정에 의해, 각각 다음 식에 의해 단계 v) 및 vi)에서의 강도 측정에 의해 계산되며,
바람직한 방법에서, 위상 함수 Φ(x, y)는 단계 v) 및 vi)에서의 측정에 의해, 각각 다음 식에 의해 단계 v) 및 vi)에서의 강도 측정에 의해 계산된다:
바람직한 방법에서, 단계 vii)에서 물체의 위상 분포는 강도 측정의 강도 패턴에 의해 얻어진다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 설정은 바람직하게는 인-섬유(in-fiber) 펌프를 갖는 인-섬유(in-fiber) 설정, 필드의 인-섬유 생성, 인-섬유 간섭, 인-섬유 감지로 설계될 수 있다. 바람직하게는 물체에 대해 제 1 아이들러 필드는 제 1 아이들러 필드를 광섬유로부터 연결하기 위한 제 1 섬유 커플러(coupler) 및 물체 이후에 제 1 아이들러 필드를 섬유에 연결하기 위한 제 2 섬유 커플러에 의해 형성된 자유 공간 채널에 배치된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 분리 수단 및 신호 결합 수단은 마하-젠더 간섭계 구성으로 배열되며, 각각 마하-젠더 간섭계에서 빔 스플리터처럼 작동한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 펌프 빔 분리 수단 및 신호 결합 수단은 마하-젠더 간섭계 구성으로 배치되며, 각각 마하-젠더 간섭계에서 빔 스플리터처럼 작동한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 마하-젠더 간섭계 구성에서 제 1 필드 생성 수단은 분리 수단 앞과 펌프 빔 분리 수단 뒤에 배치되고,
분리 수단은 제 1 신호(s1) 및 아이들러(i1) 필드들을 분리하며,
물체는 제 1 아이들러(i1) 필드에 배치되고,
제 2 필드 생성은 물체 뒤에 배치되며, 그리고
결합 수단에서 제 1 신호(s1) 필드 및 제 2 신호(s2) 필드가 간섭한다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 마하-젠더 간섭계 구성에서 제 1 필드 생성 수단 및 간섭 수단은 마하-젠더 간섭계 구성으로 배열되, 마하-젠더 간섭계에서 빔 스플리터처럼 각각 작용한다. 한쪽 암에는 제 2 생성 수단이 배치된다. 이때, 바람직하게는 제 1 생성 수단 및 제 2 생성 수단은 BBO 결정들이다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 분리 수단 및 신호 결합 수단은 레이저 피조 간섭계 구성으로 배열된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 분리 수단 및 신호 결합 수단은 레이저 마이켈슨 간섭계 구성으로 배열된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 간섭계는 편광 간섭계이며, 바람직하게는 2개의 편광이 각각 간섭계의 하나의 암으로 전송된다.
바람직한 방법 및/또는 장치에서, 위상 편이 α는 간섭계 내에서 생성된다.
또한, 본 발명에서는 위 방법들 중 하나를 제공하도록 구성된 이미징 및/또는 분광기를 위한 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에서는 상기 방법들 중 하나를 제공하도록 구성된 제어 장치를 구비한 장치가 제공되며, 이때 제어 장치는 위상 편이 장치 및 검출 수단에 연결된다.
본 발명에서는, 또한 비 휘발성 메모리를 갖는 마이크로 프로세서를 구비한 컴퓨터 장치를 제공되며, 이때 비 휘발성 메모리는 상기 방법들 중 하나를 제공하도록 구성된 실행 가능한 프로그램을 포함하고, 이때 바람직하게는 제어 장치는 컴퓨터 장치이다.
본 발명의 상기 및 다른 측면, 특징들 및 이점들은 첨부 도면과 관련하여 다루어질 때 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 마하-젠더 간섭계 설정에서 본 발명의 장치의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 피조 간섭계 설정에서 본 발명의 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 장치의 제 3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 BBO 결정을 갖는 마하 젠더-간섭계 설정에서 본 발명의 장치의 제 4 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1은 마하-젠더 간섭계 설정에서 본 발명의 장치의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 피조 간섭계 설정에서 본 발명의 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 장치의 제 3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 BBO 결정을 갖는 마하 젠더-간섭계 설정에서 본 발명의 장치의 제 4 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1에는 마하-젠더 간섭계 구성에서 본 발명의 장치의 제 1 실시예가 도시되어 있다. 펌프 소스(2)는 펌프 빔(3), 바람직하게는 레이저 빔을 방출한다. 펌프 빔(3)은 펌프 빔 분리 수단에서 분할되며, 여기에서 펌프 빔 스플리터(6)는 펌프 빔(3)을 2개의 코히어런트(coherent) 펌프 빔들(3a 및 3b)로 분할한다. 펌프 빔 스플리터(6)는 제 1 및 제 2 필드 생성 수단(10 또는 20)을 펌핑하기 위해 펌프 빔들 중 하나(3a 또는 3b)의 편광을 회전시키는 추가 웨이브 판(미 도시)가 있는 일반 빔 스플리터 또는 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)일 수 있다. 제 1 및 펌프 빔(3a) 및/또는 제 2 펌프 빔(3b)의 편광은 제 1 및 제 2 필드 생성 수단(10 및 20)의 펌핑을 가능하게 하기 위해 웨이브 판(미도시)에 의해 회전될 수 있다. 이를 위해, 펌프 빔(3a)은 제 1 생성 수단(10)으로 안내되고 제 2 펌프 빔(3b)은 제 1 거울(4a)에 의해 제 2 생성 수단(20)으로 안내된다. 제 2 펌프 빔(3b)의 경로에는 제 3 다이크로익 거울(5c)이 배치되어 제 2 펌프 빔(3b)은 제 3 다이크로익 거울(5c)을 통해 이동한다.
전술한 바와 같이, 제 1 생성 수단(10)은 제 1 펌프 빔(3a)에 의해 펌핑되어 제 1 신호 필드(11) 및 제 1 아이들러 필드(12)를 생성한다. 제 1 펌프 빔(3a)은 제 1 다이크로익 거울(5a)에 의해 제 1 생성 수단(10) 이후에 차단되어, 제 1 신호 필드(11) 및 제 1 아이들러 필드(12)가 통과하도록 한다.
후속하여, 제 1 신호 필드(11) 및 제 1 아이들러 필드(12)는 분리 수단에서, 도 1에서는 제 2 다이크로익 거울(5b)에서 분리된다. 제 1 신호 필드(11)는 제 2 다이크로익 거울(5b)을 통해 전송되고 제 2 거울(4b)에 의해, 바람직하게는 이동식 거울에 의해 빔 스플리터(7)로 안내된다.
제 1 아이들러 필드(12)는 제 2 다이크로익 거울(5b)에서 반사되고 물체(30)와의 투과 및/또는 반사에 의해 상호 작용한다. 제 1 아이들러 필드(12)는 제 3 다이크로익 거울(5c)에 의해 제 2 생성 수단(20)으로 안내된다.
제 2 생성 수단(20)은 제 2 펌프 빔(3b)에 의해 펌핑되어 제 2 신호 필드(21) 및 제 2 아이들러 필드(22)를 생성한다. 제 2 생성 수단(20) 내부 및/또는 뒤에서 제 1 아이들러 필드(12)는 제 2 아이들러 필드(22)와 공간적으로 중첩되어, 두 필드는 구별 불가능하게 된다. 제 2 펌프 빔(3b)과 중첩되는 제 1 및 제 2 아이들러 필드들(12, 22)은 제 4 다이크로익 거울(5d)에 의해 차단되고, 제 2 신호 필드(21)는 빔 스플리터(7)에서 전송 및 안내된다.
마하-젠더 간섭계는 펌프 빔 스플리터(6)과 빔 스플리터(7) 사이에 상부 및 하부 간섭계 암을 갖도록 생성된다.
제 1 및 제 2 신호 필드들(11 및 21)은 빔 스플리터(7)에서 간섭한다. 빔 스플리터(7)의 두 출력들에서, 검출 수단, 바람직하게는 CCD 카메라는 간섭된 신호 필드(40)의 강도 패턴을 검출하도록 배열된다.
위상 편이 α는 하나 이상의 위상 편이 수단(50)에 의해 생성된다. 도 1에는 더 많은 위상 편이 수단(50)이 도시되어 있긴 하나, 단 하나 또는 더 많은 위상 편이 수단(50)이 이미징 및 분광을 위한 장치(1)에 배열될 수 있다. 도 1 에는, 일 예시로서, 위상 편이 수단(50)이 더 많은 곳에 도시되어 있다. 위상 편이 수단(50)은 바람직하게는 피에조 요소에 의해 이동 가능한 거울의 병진에 의한 제 2 거울(4b)일 수 있다. 위상 편이 수단(50)은 또한 섬유 확장기(섬유 간섭계 설정 용), 및/또는 경사진 평면-평행 판, 및/또는 두 펌프 빔들(3a 및 3b) 사이에 주파수 차이를 도입하는 광학 요소, 및/또는 EOM(전기 광학 변조기), 및/또는 웨이브 판, 및/또는 편광 빔 스플리터, 편광 변경에 의한 편광기, 및/또는 판 기울임에 의한 평면-평행 판, 및/또는 판 기울임에 의한 복굴절 판일 수 있다.
위상 편이 수단(50)의 가능한 위치는 제 1 신호 필드(s1, 11), 및/또는 제 2 신호 필드(s2, 21), 및/또는 제 1 아이들러 필드(i1, 12), 및/또는 제 2 아이들러 필드(i2, 22), 및/또는 제 1 펌프 빔(3a), 및/또는 제 2 펌프 빔(3b)에 있다.
도 2에는 피조 간섭계 구성의 본 발명의 장치의 제 2 실시예가 도시되어 있다. 펌프 소스(2)는 제 1 다이크로익 거울(5a)을 통해 전송되는 펌프 빔(3)을 방출하고 생성 수단(10)을 펌핑하며, 이때 생성 수단(10)은 이 펌프 방향에서 제 1 생성 수단(10)으로서 작용하고 제 1 신호 필드(11) 및 제 1 아이들러 필드(12)를 생성한다.
제 1 신호 필드(11) 및 펌프 빔(3)은 제 2 다이크로익 거울(5b)을 통해 전송되고, 제 1 거울(4a), 바람직하게는 이동 가능한 제 1 거울(4a)에서 반사된다. 제 1 거울(4a)에서 반사된 후, 신호 필드(11) 및 펌프 빔(3)은 제 2 다이크로익 거울(5b)을 통해 2차로 전송되고 생성 수단(10)으로 안내된다.
제 1 아이들러 필드(12)는 제 2 다이크로익 거울(5b)에서 반사되고 투과 및/또는 반사에 의해 물체(30)와 상호 작용하며, 제 2 다이크로익 거울(5b) 뒤에 있는 제 2 거울(4b)에 의해 안내되고, 생성 수단(10)으로 안내된다.
2차적으로, 생성 수단은 펌프 빔(3)에 의해 도 2 상에서의 우측으로부터 펌핑되고, 생성 수단(10)은 제 2 신호 필드(21) 및 제 2 아이들러 필드(22)를 생성하는 이 펌프 방향에 의해 제 2 생성 수단으로서 작용한다. 제 1 신호 필드(11) 및 제 2 신호 필드(21)는 신호 필드들이 간섭하도록 생성 수단(10)의 내부 및 뒤에서 공간적으로 중첩된다. 제 1 아이들러 필드(12) 및 제 2 아이들러 필드(22)는 생성 수단의 내부 및 뒤에서 공간적으로 중첩되어, 제 1 아이들러 필드(12) 및 제 2 아이들러 필드(22)의 경로가 구별 불가능하도록 한다. 간섭 신호 필드(40)는 제 1 다이크로익 거울에서 반사되어 검출 수단에 의해 검출된다.
도 1과 같이, 도 2에는 더 많은 위상 편이 수단(50)이 도시되어 있는 반면, 하나 이상의 위상 편이 수단(50)만이 이미징 및 분광을 위한 장치(1)에 배치될 수 있다. 도 2에서, 단지 일 예시로서, 위상 편이 수단(50)은 더 많은 곳에 표시된다. 위상 편이 수단(50)은 거울의 병진 이동에 의해 제 1 거울(4a)이 될 수 있으며, 바람직하게는 피에조 요소에 의해 이동 가능하다. 위상 편이 수단(50)은 거울의 병진 이동(도 2에 미 도시)에 의해 제 2 거울(4b)이 될 수 있으며, 바람직하게는 피에조 요소에 의해 이동 가능하다. 위상 편이 수단(50)은 또한 섬유 확장기(섬유 간섭계 설정 용), 및/또는 경사진 평면-평행 판, 및/또는 두 펌프 빔들(3a 및 3b) 사이에 주파수 차이를 도입하는 광학 요소, 및/또는 EOM(전기 광학 변조기), 및/또는 웨이브 판, 및/또는 편광 빔 스플리터, 및/또는 편광 변경에 의한 변광기, 및/또는 판 기울임에 의한 평면-평행 판, 및/또는 판 기울임에 의한 복굴절 판일 수 있다.
위상 편이 수단(50)의 가능한 위치들은 제 1 신호 필드(s1, 11) 및/또는 제 1 아이들러 필드(i1, 12) 및/또는 펌프 빔(3)에 있다.
도 3에는 피조-간섭계와 같은 구성의 본 발명의 장치의 제 3 실시예가 도시되어 있다. 도 2와의 차이점은 도 3에서는 제 1 다이크로익 거울(5a)이 빔 스플리터(7)로 대체되고, 제 1 신호 필드(11)가 생성 수단(10)의 표면에 반사되어, 제 2 신호 필드(21) 및 아이들러 필드(22)의 생성을 위해 펌프 방향을 변경한다. 제 1 아이들러 빔만이 표면을 통해 투과되고, 물체들과 상호 작용하며, 생성 수단(10)에서 다시 안내된다.
도 4는 BBO 결정을 갖는 마하 젠더-간섭계 설정에서 본 발명의 장치의 제 4 실시예가 도시되어 있다.
펌프 소스(2)는 제 1 및 제 2 펌프 빔들(3a 및 3b)으로 분할된 펌프 빔(3)을 방출하는 반면, 편광은 제 1 및 제 2 생성 수단들(10 및 20)을 펌핑하도록 웨이브 판(미 도시)에 의해 조정될 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 및 제 2 생성 수단들(10, 20)은, 제 1 생성 수단(10)에서 제 1 신호 필드(11) 및 제 1 아이들러 필드(21)를 방출하고 제 2 생성 수단(20)에서 특정 각도로 제 2 신호 필드(21) 및 제 2 아이들러 필드(22)를 방출하는 BBO 결정이다.
제 1 펌프 빔(3a)에 의해 펌핑된 제 1 생성 수단(10)은 제 1 신호 필드(11) 및 제 1 아이들러 필드(21)를 생성한다. 제 1 신호 필드(11)는 제 1 거울(4a), 바람직하게는 이동식 거울에서 반사되어 제 1 신호 필드(11)를 빔 스플리터(7)로 안내한다. 제 1 아이들러 필드(12)는 투과 및/또는 반사에 의해 물체(30)와 상호 작용하고 제 2 생성 수단(20)으로 안내된다.
제 2 펌프 빔(3b)에 의해 펌핑된 제 2 생성 수단(20)은 제 2 신호 필드(21) 및 제 2 아이들러 필드(22)를 생성한다. 제 1 및 제 2 아이들러 필드들(12, 22)은 제 1 및 제 2 아이들러 필드들(12 및 22)이 구별 불가능하도록 제 2 생성 수단(20) 내부 및 뒤에서 공간적으로 중첩된다. 제 2 신호 필드(21)는 빔 스플리터(7)로 안내되고 빔 스플리터 상에서 제 1 신호 필드(11)와 간섭한다. 빔 스플리터의 두 출력 암들에는 간섭 신호 필드(40)를 검출하기 위한 검출 수단(8)이 배치된다.
전술한 바와 같이, 도 4에는 더 많은 위상 편이 수단(50)이 도시되어 있는 반면, 하나 또는 그 이상의 위상 편이 수단(50)만이 이미징 및 분광을 위한 장치(1)에 배치될 수 있다. 도 4에서, 단지 일 예시로서, 위상 편이 수단(50)이 더 많은 장소들에 표시된다. 위상 편이 수단은 거울의 병진에 의해 제 1 거울(4a)이 될 수 있으며, 바람직하게는 피에조 요소에 의해 이동 가능하다. 위상 편이 수단(50)은 또한 섬유 확장기(섬유 간섭계 설정 용), 및/또는 경사진 평면-평행 판, 및/또는 2개의 펌프 빔들(3a 및 3b) 사이에 주파수 차이를 도입하는 광학 요소, 및/또는 EOM(전기 광학 변조기), 및/또는 웨이브 판, 및/또는 편광 빔 스플리터, 및/또는 편광 변경에 의한 변광기, 및/또는 판 기울임에 의한 평면-평행 판, 및/또는 판 기울임에 의한 복굴절 판일 수 있다.
위상 편이 수단(50)의 가능한 위치는 제 1 신호 필드(s1, 11), 및/또는 제 2 신호 필드(s2, 21), 및/또는 제 1 아이들러 필드(i1, 12), 및/또는 제 2 아이들러 필드(i2, 22), 및/또는 또는 제 1 펌프 빔(3a), 및/또는 제 2 펌프 빔(3b)에 있다.
이러한 결과를 가져온 연구는 유럽 연합의 자금 지원을 받았다.
이 애플리케이션으로 이어지는 프로젝트는 보조금 계약 제801060호에 따라 유럽 연합의 "호라이즌(Horizon) 2020 연구 및 혁신 프로그램"으로부터 자금을 받았다.
1 이미징 및 분광 장치
2 펌프 소스
3 펌프 빔
3a 제 1 펌프 빔
3b 제 2 펌프 빔
4a 제 1 거울
4b 제 2 거울
5a 제 1 다이크로익 거울
5b 제 2 다이크로익 거울
5c 제 3 다이크로익 거울
5d 제 4 다이크로익 거울
6 펌프 빔 스플리터
7 빔 스플리터(BS)
8 검출 수단
10 제 1 필드 생성 수단
11 제 1 신호 필드
12 제 1 아이들러 필드
20 제 2 필드 생성 수단
21 제 2 신호 필드
22 제 2 아이들러 필드
30 물체
40 간섭 신호 필드
50 위상 편이 장치
2 펌프 소스
3 펌프 빔
3a 제 1 펌프 빔
3b 제 2 펌프 빔
4a 제 1 거울
4b 제 2 거울
5a 제 1 다이크로익 거울
5b 제 2 다이크로익 거울
5c 제 3 다이크로익 거울
5d 제 4 다이크로익 거울
6 펌프 빔 스플리터
7 빔 스플리터(BS)
8 검출 수단
10 제 1 필드 생성 수단
11 제 1 신호 필드
12 제 1 아이들러 필드
20 제 2 필드 생성 수단
21 제 2 신호 필드
22 제 2 아이들러 필드
30 물체
40 간섭 신호 필드
50 위상 편이 장치
Claims (15)
- 간섭계 설정을 사용하는 이미징 및 분광 중 적어도 하나를 위한 방법으로서,
i) 두 필드들이 상관되도록, 제 1 비선형 매체를 펌프 빔으로 펌핑함으로써, 제 1 신호 필드(s1) 및 제 1 아이들러 필드(i1)를 생성하는 단계,
ii) 각각 투과 및 반사 중 적어도 하나에 의해 상기 제 1 아이들러(i1) 필드로 물체를 조명하는 단계,
iii) 두 필드들이 상관되도록, 상기 펌프 빔으로 공간적으로 분리된 제 2 비선형 매체를 펌핑하거나 또는 상기 제 1 비선형 매체를 상기 펌프 빔으로 2차로 펌핑함으로써, 제 2 신호 필드(s2) 및 제 2 아이들러 필드(i2)를 생성하는 단계,
iv) 두 필드들이 구별 불가능하도록, 상기 제 1 아이들러(i1) 및 제 2 아이들러 (i2) 필드들을 조합하고, 두 필드들이 간섭하도록 상기 제 1 신호(s1) 및 제 2신호(s2) 필드들을 조합하는 단계,
v) 검출 수단에 의해 간섭 신호 필드(s12)를 1차로 측정하는 단계,
vi) 상기 검출 수단에 의한 간섭 신호 필드(s12)를 한번 이상 추가 측정하는 단계, 및
vii) 물체의 이미지 및 분광 중 적어도 하나를 얻기 위해, 상기 단계 v) 및 단계 vi)에서의 측정에서 위상 함수 Φ 를 계산하는 단계를 포함하고,
상기 단계 vi)에서의 각각의 추가 측정에 대해 상이한 위상 편이 α가 간섭계 설정에 생성되고,
상기 단계 v)의 상기 1차 측정 및 상기 단계 vi)의 상기 한번 이상의 추가 측정은 모두 간섭계 설정의 안정성 시간 내에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상 편이 α는 다음 중 적어도 하나에서 생성되는 것을 특징으로 하는 방법:
-상기 제 1 신호 필드(s1),
-상기 제 2 신호 필드(s2),
-상기 제 1 아이들러 필드(i1),
-상기 제 2 아이들러 필드(i2),
-상기 제 1 비선형 매체 앞의 펌프 빔,
-상기 제 2 비선형 매체 앞의 펌프 빔,
-상기 제 1 신호 필드(i1)와 상기 제 2 신호 필드(i2) 사이,
-상기 제 1 아이들러 필드(s1)와 상기 제 2 아이들러 필드(s2) 사이,
-상기 제 1펌프 빔과 상기 제 2 펌프 빔 사이, 및
-상기 간섭 신호 필드(s12).
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상 편이 α는 다음 중 적어도 하나에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법:
-하나 이상의 필드의 경로 길이를 변경하는 것,
-제 1 펌프 빔과 제 2 펌프 빔 중 적어도 하나의 파장을 변경하는 것,
-열 효과, 및
-하나의 또는 두 간섭계 암에서의, 공간적 변위 또는 광학 경로 길이의 변경.
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상 편이는 거울의 병진, 광학 표면의 병진, 다이크로익 거울의 병진에 의해 도입될 수 있고,
상기 위상 편이는 피에조 요소, 섬유 확장기, 평면-평행 판을 기울이는 것, 2개의 빔들 사이의 광학 주파수 차이, EOM과 웨이브 판와 편광 빔 스플리터와 편광기 중 적어도 하나에 의한 편광의 변화, 복굴절 판의 회전 또는 이동 중 적어도 하나에 의해 각각 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 단계 v)에서 상기 간섭계 설정의 위상은 알려지지 않은 것과 임의적인 것 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 단계 i) 및 상기 단계 iii) 중 적어도 하나에서, 상기 신호 및 아이들러 필드들은, 상기 비선형 매체에서의 신호 및 아이들러 필드들의 생성으로 인해 결정 내부 또는 뒤에서 분리 수단에 의해 분리되고, 각각 BBO 결정에서의 필드 생성으로 인해 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 단계 v) 및 상기 단계 vi) 중 적어도 하나에서, 구성 간섭 및 파괴 간섭은 50/50 빔 스플리터인, 간섭 수단의 두 출력 암들 뒤에서, 각각 제 1 및 제 2 검출 수단에 의해 측정되고, 상기 50/50 빔 스플리터는 신호 결합 수단인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 단계 v) 및 상기 단계 vi) 중 적어도 하나에서 하나의 검출 수단이 사용되고, 각각의 측정에 대해 상기 위상 편이 α가 생성되거나, 또는 둘 이상의 검출 수단이 사용되고, 각각의 추가 검출에 대해 동일하거나 별도의 위상 편이 α가 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법들 중 하나를 제공하도록 구성된 이미징 및 분광 중 적어도 하나를 위한 분광 장치.
- 이미징 및 분광 중 적어도 하나를 위한 분광 장치로서,
펌프 빔을 생성하기 위한 펌프 소스,
상기 펌프 빔에 의해 펌핑되는 제 1 신호(s1) 필드 및 제 1 아이들러(i1) 필드 생성 수단,
상기 펌프 빔에 의해 펌핑되는 제 2 신호(s2) 필드 제 2 아이들러(i2) 필드 생성 수단,
상기 제 1 아이들러 필드(i1)에 의한 투과 또는 반사에 의해 각각 조명되는 측정할 물체,
두 필드들이 간섭하도록 상기 제 1 신호(s1) 필드 및 상기 제 2 신호(s2) 필드를 중첩시키는 신호 결합 수단,
두 필드들이 구별 불가능하도록 상기 제 1 아이들러(i1) 및 상기 제 2 아이들러(i2) 필드들을 중첩하는 아이들러 결합 수단,
간섭된 신호 필드의 세기 및 위상 중 적어도 하나를 검출하는 검출 수단을 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 필드 생성 수단은,
-상기 펌프 빔에 의해 펌핑되는 공간적으로 분리된 2개의 비선형 매체, 또는
-상기 펌프 빔에 의해 제 1 신호(s1) 필드 및 제 1 아이들러(i1) 필드를 생성하기 위해 1차 펌핑되고, 제 2 신호(s2) 필드 및 제 2 아이들러(i2) 필드를 생성하기 위해 2차 펌핑되는 하나의 비선형 매체이며,
위상 편이 장치가 상기 제 1 신호(s1) 필드, 상기 제 2 신호(s2) 필드, 상기 펌프 빔, 구별이 불가능한 제 1 및 제 2 신호 필드들(s1, s2) 중 적어도 하나에 배열되며, 상기 위상 편이 장치는 상기 물체의 이미지 및 분광 중 적어도 하나를 얻기 위해, 측정 동안 장치에 위상 편이 α를 도입하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
- 제 10 항에 있어서,
상기 위상 편이는 이동 가능한 거울, 이동 가능한 광학 표면, 및 이동 가능한 다이크로익 거울 중 적어도 하나에 의해 도입될 수 있고,
상기 위상 편이는 각각 피에조 요소, 섬유 확장기, 기울어질 수 있는 평면-평행 판, 2개의 빔들 사이의 광학 주파수 차이, EOM과 웨이브 판과 편광 빔 스플리터와 편광기 중 적어도 하나에 의한 편광의 변화, 기울일 수 있는 평면-평행 판, 및 회전 가능하거나 이동 가능한 복굴절 판 중 적어도 하나에 의해 이동 가능한 것을 특징으로 하는 분광 장치.
- 제 10 항에 있어서,
분리 수단 및 상기 신호 결합 수단은 마하-젠더 간섭계 구성, 레이저 피조 간섭계 구성, 또는 마이켈슨 간섭계 구성으로 배열되는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 위상 편이 α는 상기 간섭계 내에서 생성되는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
- 이미징 및 분광 중 적어도 하나를 위한 분광 장치로서,
펌프 빔을 생성하기 위한 펌프 소스,
상기 펌프 빔에 의해 펌핑되는 제 1 신호(s1) 필드 및 제 1 아이들러(i1) 필드 생성 수단,
상기 펌프 빔에 의해 펌핑되는 제 2 신호(s2) 필드 제 2 아이들러(i2) 필드 생성 수단,
상기 제 1 아이들러 필드(i1)에 의한 투과 또는 반사에 의해 각각 조명되는 측정할 물체,
두 필드들이 간섭하도록 상기 제 1 신호(s1) 필드 및 상기 제 2 신호(s2) 필드를 중첩시키는 신호 결합 수단,
두 필드들이 구별 불가능하도록 상기 제 1 아이들러(i1) 및 상기 제 2 아이들러(i2) 필드들을 중첩하는 아이들러 결합 수단,
간섭된 신호 필드의 세기 및 위상 중 적어도 하나를 검출하는 검출 수단, 및
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법들 중 하나를 제공하도록 구성된 제어 장치를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 필드 생성 수단은,
-상기 펌프 빔에 의해 펌핑되는 공간적으로 분리된 2개의 비선형 매체, 또는
-상기 펌프 빔에 의해 제 1 신호(s1) 필드 및 제 1 아이들러(i1) 필드를 생성하기 위해 1차 펌핑되고, 제 2 신호(s2) 필드 및 제 2 아이들러(i2) 필드를 생성하기 위해 2차 펌핑되는 하나의 비선형 매체이며,
위상 편이 장치가 상기 제 1 신호(s1) 필드, 상기 제 2 신호(s2) 필드, 상기 펌프 빔, 구별이 불가능한 제 1 및 제 2 신호 필드들(s1, s2) 중 적어도 하나에 배열되며, 상기 위상 편이 장치는 상기 물체의 이미지 및 분광 중 적어도 하나를 얻기 위해, 측정 동안 장치에 위상 편이 α를 도입하도록 구성되고,
상기 제어 장치는 상기 위상 편이 장치 및 상기 검출 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
- 비 휘발성 메모리를 갖는 마이크로 프로세서를 갖는 컴퓨터 장치로서, 상기 비 휘발성 메모리는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법들 중 하나를 제공하도록 구성된 실행 가능한 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 장치.
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