KR20130135976A - 분광 장치를 위한 적응형 셀 디자인 - Google Patents
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Abstract
조절 가능 광학 셀 어셈블리가 캐비티 및 그 캐비티 내부에 단단히 고정된 복수의 광학 소자들을 정의하는 중공체를 포함한다. 제1 액추에이터는 복수의 광학 소자들 중 제1 광학 소자와 제2 광학 소자 사이의 거리 및 상대적 배향 중 적어도 하나가 응답적으로 변하도록 중공체의 적어도 일부가 탄성 변형하기에 충분한 힘을 중공체의 외부 표면에 가하도록 구성된다.
Description
본 출원은 "CELL DESIGN FOR CAVITY RING-DOWN AND OTHER FORMS OF CAVITY ENHANCED SPECTROSCOPY AND RELATED METHOD THEREOF"라는 발명의 명칭으로, 2011년 3월 25일에 Kevin K. Lehmann 명의로 출원되어 본 출원과 동일한 양수인에게 양도된 가출원 제61/467,467호의 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 "CELL DESIGN FOR CAVITY RING-DOWN AND OTHER FORMS OF CAVITY ENHANCED SPECTROSCOPY AND RELATED METHOD THEREOF"라는 발명의 명칭으로, 2011년 12월 12일에 Kevin K. Lehmann 명의로 출원되어 본 출원과 동일한 양수인에게 양도된 가출원 제61/569,527호의 우선권을 주장한다. 이들 출원 각각은 전체적으로 참조로서 여기에 통합되어 있다.
본 발명은 일반적으로 분광법(spectroscopy) 분야에 관한 것으로서, 더 상세하게는 분광 장치를 위한 적응형 셀 디자인에 관한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
광 흡수(optical absorption)는 화학적 성분들과 이들 각각의 농도를 포함한 샘플의 조성을 판단할 수 있는 방법이다. 이러한 광 흡수는 화학적 프로세스 제어, 제조시 불순물의 모니터링 및 제어, 배출 가스 규제의 준수 여부의 모니터링, 자연 종 및 의인화 종(natural and anthropomorphic species)의 분산 및 화학적 운명의 모니터링, 연소 진단법, 의료 진단법, 및 바이오-의료 연구를 포함한 상황에 따른 일정 범위의 응용분야를 찾을 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 조절 가능한 광학 셀 어셈블리가 제공된다. 어셈블리는 캐비티(cavity) 및 그 캐비티 내에 단단히 고정된 복수의 광학 소자를 정의하는 중공체(hollow body)를 포함한다. 제1 액추에이터는 중공체의 적어도 일부가 탄성 변형하기에 충분한 힘을 중공체의 외부 표면에 가하여 복수의 광학 소자의 제1 광학 소자와 제2 광학 소자 사이의 거리 및 상대적 배향 중 하나가 반응적으로 변경되도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 어셈블리는 광학 셀 장치를 포함한다. 광학 셀 장치는 그 광학 셀 장치의 벽을 포함하는 중공의 관상체(hollow tubular body)를 포함한다. 관상체는 세로방향으로(longitudinally) 이격된 있는 제1 본체 단부 및 제2 본체 단부를 가지며, 광학 셀의 세로축을 둘러쌈으로써 이를 통해 부재 루멘(member lumen)을 정의한다. 제1 단부 부재는 실질적으로 단단하고 제1 본체 단부에 부착되어 제1 광학 셀 단부를 정의한다. 제1 광학 소자는 부재 루멘 내에 가 위치하고, 제1 단부 부재에 고정 부착된다. 제2 단부 부재는 실질적으로 단단하고 제2 본체 단부에 부착되어 제2 광학 셀 단부를 정의한다. 제2 광학 소자는 광학 셀 내에 위치하고, 제2 단부 부재에 고정 부착된다. 제1 액추에이터는 부재 루멘의 외부에 실장되어, 광학 셀 장치의 적어도 일부가 탄성 변형하기에 충분한 힘을 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 광학 셀 장치의 외부 표면에 가하여, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자 사이의 세로방향의 거리가 제1 액추에이터에 응답하여 변경되도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 분해물질의 농도를 검출하기 위한 방법이 제공된다. 강성체(rigid body) 및 그 강성체에 고정된 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하는 광학 캐비티(optical cavity)가 실질적으로 고정된 파장의 레이저 생성 광을 이용하여 여기된다. 강성체는 적어도 제1 위치에서 탄성 변형되어 레이저 및 캐비티를 공진 상태로 만든다. 캐비티로부터 방출된 광이 검출된다. 검출된 광은 분해물질의 농도를 판단하기 위해 평가된다.
본 발명의 전술한 특징 및 그 밖의 다른 특징은 다음의 첨부 도면을 참조하여 다음의 설명을 읽을 때 본 발명과 관련된 당업자에게 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따라 길이 조절 가능한 광학 셀 장치를 제공하기 위한 어셈블리의 세로축에 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따라 조절 가능 셀 어셈블리의 일 구현예의 세로축에 따른 단면도를 예시한다.
도 3은 도 2의 어셈블리의 가로축에 따른 단면도를 제공한다.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따라 조절 가능 셀 어셈블리의 다른 구현예의 가로 축에 따른 단면도를 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따라 조절 가능 셀 어셈블리의 또 다른 구현예의 세로축에 따른 단면도를 예시한다.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따른 조정가능 셀 어셈블리의 또 다른 구현예를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 양태에 따라 길이 조절 가능한 셀의 일례를 활용한 CRDS(cavity ring-down spectroscopy) 시스템을 예시한다.
도 8은 본 발명의 일 양태에 따라 분해물질의 농도를 판단하는 방법을 예시한다.
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도 5는 본 발명의 일 양태에 따라 조절 가능 셀 어셈블리의 또 다른 구현예의 세로축에 따른 단면도를 예시한다.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따른 조정가능 셀 어셈블리의 또 다른 구현예를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 양태에 따라 길이 조절 가능한 셀의 일례를 활용한 CRDS(cavity ring-down spectroscopy) 시스템을 예시한다.
도 8은 본 발명의 일 양태에 따라 분해물질의 농도를 판단하는 방법을 예시한다.
캐비티 강화 분광법(cavity enhanced spectroscopy)은 저손실 광학 캐비티(optical cavity)를 사용하여 샘플 특히, 가스 샘플의 약한 흡수를 검출 가능하게 하는 여러 관련된 분광 기법을 커버한다. 휴대용 기구 또는 가속이나 진동 하의 환경에 있는 기구들에서 이들 기법을 사용하기 위해, 광학 캐비티를 구성하는 미러 또는 프리즘의 견고한 정렬(rigid alignment)을 유지하도록 셀 디자인이 제공된다. 협대역폭의 레이저로부터 이러한 캐비티로 상당한 양의 광을 주입하기 위해, 레이저 및 캐비티를 공진 상태로 만드는 것이 필요하다. 검출 파장에서의 불확실성을 도입하고, 측정의 정확성을 감소시키는 여기 레이저의 파장을 변조하기보다는, 견고한 셀의 길이의 튜닝을 가능하게 하여 공진(resonance)을 성취하기 위한 조절 가능 셀이 제공된다. 그것은 2 이상의 고반사율(high reflectivity)의 미러 또는 프리즘으로 형성된 광학 캐비티들에 적용될 수 있다.
셀은 모놀리식(monolithic)으로서 캐비티 내의 임의의 광학 소자들의 견고한 배열을 유지한다. 하나 이상의 고분해능 및 고출력(high-force)의 변환기가 셀의 본체의 탄성적 변형에 의해 셀의 길이를 스윕(sweep)하는데 사용된다. 캐비티 길이는 캐비티를 여기시키는데 사용된 광의 반파장 보다 긴 파장으로 스캔되는데, 이는 캐비티의 적어도 하나의 TEM00 모드가 레이저를 이용하여 공진을 거쳐갈 것이라는 점을 보장한다. 이러한 셀의 하나의 이점은 주파수-잠금-레이저 cw-CRDS 기법에서 사용됨으로서, 캐비티의 FSR(free spectral range)을 따라 레이저의 주파수를 스윕하는 대용물에 비해 측정치들의 주파수 정밀도를 증가시킨다. 그러나, 이 셀은 매우 단단하면서도 안정한 광학 에탈론(etalon)이 요구되는 임의의 분야에서 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따라 길이 조절 가능한 광학 셀 장치(20)를 제공하기 위한 어셈블리(10)의 세로축에 따른 단면도이다. 광학 셀 장치(20)는 광학 셀 장치의 벽을 형성하는 중공의 관상체(hollow tubular body)(22)를 포함한다. 관상체(22)는 세로방향으로(longitudinally) 이격된 제1 본체 단부(24) 및 제2 본체 단부(26)를 가지며, 광학 셀의 세로축을 둘러싸며 이를 통해 부재 루멘(28)을 정의한다. 일 구현예에서, 관상체(22)는 대응 광원(미도시)의 여러 파장에 따른 확장을 견디기에 충분한 탄성 한계를 갖는 견고한 금속으로 형성된 고체 실린더 튜브일 수 있다. 예를 들어, 관상체(22)는 스테인리스 스틸 또는 인바(Invar)로 형성될 수 있다.
제1 본체 단부(24) 및 제2 본체 단부(26)에는 제1 단부 부재(30) 및 제2 단부 부재(32)가 각각 부착되어 제1 광학 셀 단부 및 제2 광학 셀 단부를 정의한다. 제1 단부 부재(30) 및 제2 단부 부재(32)는 실질적으로 단단하고, 관상체(22)와 함께 광학 셀 어셈블리를 위한 실질적으로 밀폐된 캐비티를 형성한다. 제1 단부 부재(30) 및 제2 단부 부재(32) 각각이 적절한 방법으로 부착된 관상체(22) 또는 별도의 아티클과 통합되어 내구성 있고 실질적으로 밀폐된 봉인을 형성할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 일 구현예에서, 제1 단부 부재(30)는 콘플랫 플랜지(Conflat flange)와 같은 진공 플랜지를 포함할 수 있다.
제1 광학 소자(34) 및 제2 광학 소자(36)는 부재 루멘 내에 위치하며, 제1 단부 부재(30) 및 제2 단부 부재(32)에 각각 고정 부착된다. 광학 소자(34 및 36)는 미러, 빔 스플리터, 프리즘, 렌즈, 또는 광빔(beam of light)의 방향, 극성, 및 가간섭성(coherence)을 변경하는 임의의 다른 부품 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 각각의 광학 소자(34 및 36)는 광원과 대응된 주파수에서 반사율이 높은 물질로 형성되거나 코팅된 적어도 하나의 표면을 갖는 미러이다. 일 구현예에서, 미러들은 오목하며 거의 공초점 배열(confocal arrangement)로 위치할 수 있다. 광학 소자들(34 및 36)가 가속 또는 진동을 받은 경우에도 이들의 정렬을 유지하도록 각각의 단부 부재(30 및 32)의 표면에 대해 압축될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 광학 셀 장치(20)는 단단하면서도 충분히 탄성적이어서, 검출에 사용되는 광의 적어도 반파장의 거리로 광학 소자들(34 및 36) 사이의 거리를 변경하기에 충분한 양으로 광학 셀 장치(22)를 늘릴 수 있고, 이로써 그 셀이 관심 분해물질의 흡수선의 피크에 고정된 레이저와 공진 상태가 되도록 허용한다고 판단되었다. 이를 위해, 제1 액추에이터(40)는 부재 루멘의 외부에 실장되고, 광학 셀 장치의 적어도 일부가 탄성 변형하기에 충분한 힘을 광학 셀 장치(20)의 외부 표면 상의 위치에 가하도록 구성되어, 제1 광학 소자(34)와 제2 광학 소자(36) 사이의 세로방향의 거리가 제1 액추에이터에 응답하여 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 액추에이터(40)는 압전 변환기로서 구현될 수 있다.
액추에이터(40)는 관상체(22)를 늘이도록 힘을 가하는 위치에 있을 수 있고, 이로써 광학 소자(34 및 36) 사이의 거리를 증가시킨다. 광학 소자의 변위 ΔL은 가해진 힘 F, 관상체(22)를 형성하는 물질의 영률(Young's modulus) E, 관상체의 단면적 A로부터 다음과 같이 계산될 수 있다.
여기서 L0는 관상체의 원래 길이이다.
물질의 길이, 면적, 및 물질 특성은 공지되어 있고 상수이기 때문에, 광학 소자(34 및 36) 사이의 거리는 액추에이터에 의해 가해진 힘을 조정함으로써 제어될 수 있다. 시중 판매되는 고출력 액추에이터를 사용하여 대응 광원의 여러 파장마다 거리를 변경할 수 있다고 판단되었다.
시스템(10)은 예를 들어, 액추에이터 스택의 제1 액추에이터와 직렬로 실장된 추가 액추에이터를 포함하여 광학 셀 어셈블리(20)의 외부 표면상에 동일 위치에 적용되도록 할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일 구현예에서, 제1 액추에이터(40)는 제1 단부 부재(30)에 고정되고 시스템 제어기(미도시)의 명령에 응답하여 제2 단부 부재(32)에 힘을 가하도록 구성된다. 2개의 단부 부재(30 및 32) 사이의 거리에 힘의 인가를 용이하게 하기 위해, 로드(rod)(42)가 제1 액추에이터(40)에 고정되고 제1 액추에이터와 제2 단부 부재 사이에 세로방향으로 연장되어 제1 액추에이터와 제2 단부 부재 사이에 힘을 전달할 수 있다. 예를 들어, 로드(42)는 사파이어 볼(sapphire ball)로 액추에이터(40)에 고정된 1 인치 금속 로드(예를 들어, 스테인리스 스틸, 인바)로서 구현되어 조립 중에 액추에이터에 인가된 임의의 토크를 최소화할 수 있다. 다른 사이즈 및 물질이 로드(42)에 사용될 수 있지만,액추에이터(40)에 의해 생성된 힘에 의한 로드의 압축이 액추에이터들의 요구되는 변위를 증가시켜서 요구되는 양으로 광학 셀 장치(20)를 변형할 것이기 때문에 바람직하게는 견고한 물질이 좋다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 조절 가능 셀 어셈블리의 일 구현예를 예시한다. 도 1과 공통적 부재에 대해서는 동일한 번호를 부여한다. 도 2는 어셈블리(10)의 세로축에 따른 단면도를 제공한다. 도 3은 제1 단부 부재(30) 근처에 있어 어셈블리(10)의 가로축에 따른 단면도를 제공하며, 제1 액추에이터(40) 및 제2 액추에이터(44)의 배열을 예시한다. 제1 단부 부재(30)와 제2 단부 부재(32) 각각은 관상체(22)에 실질적으로 밀폐된 봉인을 제공하도록 구성된 진공 플랜지를 포함한다. 플랜지(30 및 32)는 관상체(22)의 단면을 넘어 측방향으로 연장된다.
예시적인 구현예에서, 제1 액추에이터(40)와 제2 액추에이터(44) 각각은 제1 단부 부재(30)에 고정되어 제1 위치 및 제2 위치 각각에서 제2 단부 부재(32)에 힘을 가하도록 구성된 압전 변환기를 포함한다. 제2 로드(46)가 제2 액추에이터(44)에 고정되고, 제2 액추에이터와 제2 단부 부재(32) 사이에서 세로방향으로 연장되어 제2 액추에이터(44)와 제2 단부 부재 사이에 힘을 전달한다. 제2 액추에이터(44)의 추가는 여러 이점을 제공하는데, 여기에는 다수의 어셈블리 사이의 셀 본체를 변형하는데 필요한 힘을 공유하는 것과, 각각의 액추에이터에 요구되는 용량을 감소시키는 것을 포함하며, 액추에이터들이 세로축 주변으로 대칭적 위치에 있다고 가정하면, 추가 액추에이터는 캐비티 길이의 스캔으로서 셀의 광축을 이동시킴에 있어서 셀의 뒤틀림(warping)의 가능성을 감소시킬 수 있다. 마지막으로, 다수의 액추에이터가 사용되는 경우, 상이한 레벨의 힘을 제공하도록 이들이 구성될 수 있으며, 이로써 셀 본체가 균일하지 않게 변형되고, 광학 소자들(34 및 36)의 상대적 배향이 변경된다.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 조절 가능 셀 어셈블리의 또 다른 구현예를 예시하며, 여기에서는 3개의 변환기들이 제1 단부 부재(30) 근처에서 어셈블리(10)의 가로축에 따른 단면도로 볼 때 대칭적인 배열로 사용되며, 제1 액추에이터(40), 제2 액추에이터(44), 및 제3 액추에이터(48)의 배열을 예시한다. 더 많은 액추에이터를 사용함으로써, 셀 본체의 불균일한 확장에 기인한 셀의 임의의 오정렬을 보상할 수 있게 된다. 또한, 더 많은 액추에이터가 사용됨에 따라, 각각의 개별 액추에이터에 요구되는 힘이 감소되며, 미러(34 및 36)의 상대적 배향이 더 높은 정확도로 제어될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일반적으로 어셈블리는 임의의 양의 정수 n개의 액추에이터들을 사용하여 힘을 광학 셀 장치에 가할 수 있는데, 여기서 복수의 액추에이터 각각은 광학 셀 어셈블리의 외부 표면상의 상이한 위치에서 힘을 가하고, 집합적으로 취해진 위치들은 관상체(22)에 의해 정의된 실린더의 축 둘레에서 n-겹 회전 대칭(n-fold rotational symmetry)을 갖는다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따라 조절 가능 셀 어셈블리의 또 다른 구현예를 세로축에 따른 단면도로서 예시하는데, 여기에서 도 1과 공통적인 부재들은 동일 번호를 부여한다. 도 5에서, 하나 이상의 중간 부재(52 및 54)가 제1 단부 부재(30)와 제2 단부 부재(32) 사이의 지점에서 관상체의 외부 표면에 단단히 고정된다. 예를 들어, 소정의 중간 부재(52 및 54)는 용접, 접착, 또는 이와 유사한 접합 프로세스를 통해 영구적으로, 또는 클램프 또는 이와 유사한 조립을 이용해 일시적으로 셀 본체에 단단히 부착되는 플랜지를 포함할 수 있다. 일시적으로 중간 부재를 셀 본체에 고정시킴으로써, 상이한 파장의 여기 소스(excitation source)의 사용을 위해 차후에 그 위치를 변경할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 하나의 중간 부재(예를 들어, 52)에 실장되고 다른 중간 부재(예를 들어, 54)에 힘을 가하도록 구성된 액추에이터(40)와 함께 2개의 중간 부재(52 및 54)가 사용된다. 한편, 액추에이터(40)가 단부 부재(30 및 32) 중 하나와 하나의 중간 부재(52) 사이에 위치하여, 단부 부재(30 및 32) 중 하나로 부터 중간 부재(52)로 힘을 가하거나, 중간 부재로부터 단부 부재로 힘을 가할 수 있음이 이해될 것이다. 액추에이터들이 예를 들어 직렬로 연결되어, 제1 액추에이터는 단부 부재(예를 들어, 30)로부터 제1 중간 부재(예를 들어, 52)로 힘을 가하고, 제2 액추에이터는 제1 중간 부재로부터 제2 중간 부재(예를 들어, 54)로 힘을 가하고, 제3 액추에이터는 제2 중간 부재로부터 제2 단부 부재(예를 들어, 32)로 힘을 가할 수 있음이 더 이해될 것이다. 중간 부재들은 관상체(22)의 세로방향으로 단면의 아크(arc)의 일부만을 포함하는 것으로서 예시되어 있지만, 본체의 아크 전부를 포함할 수 있음이 더 이해될 것이다. 따라서, 다수의 액추에이터(미도시)는 하나 이상의 중간 부재(52 및 54)에서 병렬로 사용될 수 있다.
중간 부재(52 및 54)의 사용은 도 2의 단부 부재(30 및 32) 사이에서 힘을 전달하는데 필요한 로드 길이를 제거하거나 감소시킬 수 있다. 이는 힘이 셀 본체 상에 작용하는 거리를 감소시키고, 이로써 PZT들이 동일한 변위를 획득하기 위해 생성해야 하는 힘을 증가시킨다. 한편, PZT들이 늘어난 경우, 도 2 및 도 3의 어셈블리에서 힘을 전달하는데 사용되는 로드가 약간의 압축을 경험할 것이기 때문에 요구되는 PZT 소자 연장이 감소된다.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따라 조절 가능 셀 어셈블리의 또 다른 구현예를 예시하는데, 도 1과 공통적인 부재들은 동일 번호를 부여한다. 예시적인 구현예에서, 캐비티(62)가 관상체(22)의 외부 표면에 제공되며, 제1 액추에이터(40)가 캐비티 내부에 적어도 부분적으로 실장된다. 예를 들어, 액추에이터(40)는 관상체(22)에 기계성형(machine)된 노치(notch)에 억지끼움(press fit)할 수 있다. 명확히 설명하기 위해 하나의 액추에이터만이 도시되어 있지만, 다수의 캐비티가 관상체의 둘레 주변에 제공될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 캐비티(62)의 길이는 정확도 매칭을 통해 각 액추에이터의 길이와 매칭될 수 있다. 대안으로서, 캐비티(62)의 벽과 액추에이터(40)의 엄격한 대응을 달성하기 위해 심(shim)들이 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 캐비티(62)는 셀의 중심에 가장 가까운 액추에이터(40)의 측면에 도구가 도달할 수 있도록 형상화되어 액추에이터들의 제거를 가능토록 한다.
설명의 편의를 위해 여기에서의 어셈블리들은 선형의 2개의 소자 캐비티로서 도시되어 있지만, 여기의 어셈블리 및 방법들, 특히 도 6의 캐비티 실장 액추에이터는 이러한 배열로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 간단한 예시를 제공하기 위해, 어셈블리는 L자형 배열의 코너에서 만나는 2개의 관형 부재를 포함할 수 있는데, 여기서 제3 광학 소자는 광이 2개의 관형 부재들 사이에서 자유롭게 지날 수 있도록 위치한다. 다수의 액추에이터가 2개의 관형 부재들을 탄성 변형시켜 제1 광학 소자, 제2 광학 소자, 및 제3 광학 소자의 소자 간 거리 및 상대적 배향을 조절하도록 사용될 수 있다. 여기에 제시된 시스템 및 방법들을 고려하면 당업자에게 그 밖의 다른 구성들이 명백할 것이다.
도 1 내지 도 6에 예시된 시스템들은 링-다운 분광기 시스템(ring-down spectroscopy system)에 사용되는 경우 많은 이점을 제공한다. 예를 들어, 캐비티 길이는 대응된 여기 레이저와의 공진이 스캔될 수 있는데, 이는 캐비티 붕괴를 관측하도록 중요한 캐비티 전달을 얻는데 필요하다. 여기 레이저의 주파수 대신 캐비티 길이를 다양하게 함으로써, 시스템의 민감도가 적당한 양으로 증가되며, 더 중요하게 검출 파장에서 흡수 단면의 변화를 최소화할 수 있다. 캐비티 붕괴율(decay rate)에서 관측된 변화로부터 샘플 농도의 계산은 흡수 단면에 의한 분할을 요구하기 때문에, 이 계산에서 소스의 부정확성을 방지하여 농도 측정의 정확도를 향상시킨다.
전술한 조절 가능 캐비티를 사용함으로써 캐비티 공진 주변의 레이저를 스캔하는 것을 최소로 유지할 수 있으며, 이로써 캐비티는 거의 계속적으로 여기된다. 캐비티 향상 분광법에 널리 사용되는 여러 레이저들의 단기 라인폭(short-term linewidth)이 흡수선폭의 일부이기 때문에, 이는 대단한 효과이고, 수 백배의 크기로 가능한 검출율을 향상시킬 수 있다. 또한, 흡수선의 피크 및 그 바로 주변에서 동작하는 것은 레이저 파장 및 레이저의 스펙트럼 폭의 판단 오류에 의한 영향을 최소화한다. 조절 가능 캐비티가 캐비티를 모니터링하거나 분해물질의 흡수선의 피크로부터 주파수 오프셋을 계산할 필요성을 제거한다는 점에 주목할 필요가 있다. 주파수 의존 백그라운드 흡수(frequency dependent background absorption)를 갖는 샘플에서, 주파수 오프셋에 관한 보정은 배경의 정밀 주파수 의존성에 의존하며, 이로써 그 보정을 하지 않는 것이 더 나을 것이다. 마지막으로, 다양한 버전의 캐비티 강화 흡수 분광법들, 특히 NICE-OHMS(Noise-Immune Cavity-Enhanced Optical Heterodyne Molecular Spectrometry)라고 알려진 방법은 (~1 KHz 이하의 레지듀얼 지터(residual jitter)를 갖는) 캐비티 공진에 대한 레이저의 단단한 잠금(tight locking)을 요구하며, 이로써 흡수선 상의 레이저를 반복적으로 스캔하는 것과 양립할 수 없다. 여기에 설명된 조절 가능 캐비티는 이러한 방법과 함께 사용하는데 적합하다.
다수의 액추에이터의 추가는 또한 서로에 대해 하나의 미러를 기울기는 것을 가능하게 하며, 이는 그 캐비티의 광축을 이동시킨다. 이는 입력 레이저 및 캐비티의 상대적 정렬을 미세 튜닝하는데 사용될 수 있으며, 캐비티의 최저 차수 가로 모드(lowest order transverse mode (TEM00 mode))로 광 커플링을 최적화하고, 미러 코딩에서의 로컬 결함들로 인한 증가된 손실을 갖는 미러들의 로컬 스팟을 회피하는데 유용하다. 또한, 캐비티에서 미러를 표면에 단단히 고정함으로써, 시스템은 쉽핑(shipping), 또는 일례로 캐비티 강화 분광법을 사용하는 것과 같은 여러 환경에서 일어날 수 있는 고급 레벨의 진동 또는 가속을 받는 경우에도 중요 광학 정렬을 유지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 양태에 따라 길이 조절 가능한 셀의 일례를 활용한 CRDS(cavity ring-down spectroscopy) 시스템(100)을 예시한다. 트레이스 종(trace species)의 검출은 지금도 광학 분광 기술의 중요한 응용예이다. CRDS는 경로-길이가 길고, 민감도가 높기 때문에 최근 수십 년 동안 이들 종의 검출에 사용되고 있다. 그 이점들 중에는 레이저 강도의 변동에 대한 면역성(immunity)이 있는데, 그 이유는 CRDS는 캐비티의 레이저 전력의 붕괴율을 측정한다. 펄스화된 레이저 CRDS에 비해, 연속파(cw) CRDS는 고분해능을 제공하는 협대역폭을 제공하며, 여기 레이저가 캐비티의 FSR(free spectral range)보다 훨씬 좁은 대역폭을 갖는 경우에만 가능한 캐비티의 TEM00 모드만의 안정한 여기는 더 안정한 캐비티 붕괴율 및 이로 인한 방법의 더 높은 민감도를 초래한다. IR 영역, 특히 저압력에서, 개별적인 회전 진동 변화의 폭이 종래의 길이의 캐비티들의 FSR과 필적할만하며, 캐비티의 cw 여기는 실험적으로 판단된 스펙트럼 및 그로부터 감소된 분자 농도의 정확도에 중요하다.
캐비티의 FSR 미만의 라인폭 
을 갖는 스펙트럼이 좁은 레이저를 사용하는 경우, 캐비티과 레이저 중 하나 또는 전부는 공진으로 튜닝되어 캐비티의 하나의 TEM00 모드의 효율적인 캐비티 여기를 가능하게 한다. 이는 캐비티 길이 또는 레이저 주파수를 스윕함으로써 수행될 수 있다. 적어도 하나의 FSR의 레이저 또는 적어도 □/2의 캐비티 길이의 스캔 진폭(□가 레이저 주파수에 대응하는 파장임)은 적어도 하나의 TEM00 모드가 각각의 스윕에서 레이저와 공진되는 것이라는 점을 보증할 것이다.
다이오드 레이저 및 여러 다른 단일 모드 레이저의 경우에도, 공진을 보장하도록 통상 요구되는 수백 MHz의 레이저를 전기적으로 스윕하는 것이 가능하다. 이것의 단점은 추가적인 측정이 없으면, 레이저 스캔 진폭 및 이로 인한 캐비티의 적어도 하나의 FSR에 의해서도 샘플 흡수가 측정되는 광학 주파수가 불확실하다는 것이다. 캐비티 링-다운 이벤트가 충분한 캐비티 전달에 의해 개시되는 경우, 레이저 스캔 램프 전압을 측정할 수 있으며, 이로써 레이저 주파수 변조를 보정할 수 있지만, 이는 때때로 수용할 수 없는 오류를 가져온다. 이러한 오류의 하나의 원인은 레이저 주파수 변조(FM)를 생성하는 변환기에서의 위상 시프트이다. 따라서, 매우 정밀한 측정을 제공하기 위해, 전술된 시스템(100)의 레이저 주파수는 예를 들어, 흡수선 또는 광학 빗살(comb tooth)에 대해 고정되며, 이로써 주파수 변조를 전체적으로 회피하거나, 적어도 캐비티 모드에 대해 램핑하는데 사용되는 주파수 변조에 대한 필요성을 회피한다.
예시적인 시스템에서, 적어도 하나의 CRDS 캐비티를 구성하는 미러는 하나 이상의 압전 변환기 액추에이터에 의해 이동됨으로써 미러 위치의 전자적 제어를 가능하게 한다. 이는 각각의 캐비티 붕괴가 레이저의 대역폭 내의 초기에 캐비티 내부의 광과 함께 일어난다는 이점을 갖는다. 캐비티가 스캔됨에 따라, 이동 중인 미러의 라이트 오프(light off)의 도플러 시프트는 캐비티 내부 광을 스캐닝 모드와의 공진 상태로 유지할 것이다. 도플러 확대 라인 또는 브로더(broader)를 이용한 실험의 경우, 이러한 캐비티 내부 주파수의 시프트가 무시될 수 있다. 이동 중인 미러를 가지면서 셀의 진공 무결성(vacuum integrity)의 유지를 허용하기 위해, 도 1 내지 도 6에 설명된 시스템과 같이 셀 본체를 탄성 변형시키고, 미러 위치를 조절하기 위해 외부에 실장된 변환기들과 함께 스테인리스 스틸 셀이 활용된다. 캐비티 외부에 액추에이터를 유지함으로써, 압력 확대가 도플러 확대와 대략 일치하는 바람직한 압력 범위에서 동작하는 경우 더욱 일반적인, 관련된 오염 위험, 액추에이터에 대한 화학적 손상, 또는 전기적 항복과 함께, 가스 샘플에 대한 액추에이터의 노출 등을 회피할 수 있도록 하고, 이는 신호 대 잡음 및 효과적인 스펙트럼 분해능을 동시에 최대화하도록 요구된다. 셀이 가속 또는 상당한 진동을 받은 경우, 직접적으로 실장된 미러들과 함께 견고한 스틸 셀의 사용은 정렬 불량의 가능성을 감소시킨다.
시스템(100)은 광학 캐비티(111)를 형성하는 스테인리스 스틸 셀(110)을 포함한다. 스테인리스 스틸 셀(102)은 380㎒의 FSR을 부여하는 약 40㎝의 길이를 갖는다. 바깥 지름은 2.9㎝이다. 엔딩 진공 플랜지는 7.5㎝의 바깥 지름을 갖는다. 6.5㎝의 길이를 갖는 2개의 PZT(preloaded piezoelectric transducer)(112 및 113)는 단부 플랜지(114 및 115)에 수직인 스테인리스 스틸 셀(110)의 제1 단부 플랜지에 실장되어 있으며, 캐비티(111)의 길이를 스윕하여 제1 미러(116)와 제2 미러(117) 사이의 거리를 조절하는데 사용된다. 지름이 1.8㎝이고 길이가 33㎝인 2개의 스테인리스 스틸 로드(118 및 119)는 셀의 제2 단부 플랜지(115)에 1/4-20 스레드된 로드만큼 부착되어 힘을 전송한다. 스레드(thread)된 로드의 압축을 최소화하기 위해, 로드(118 및 119)의 단부와 제2 단부 플랜지(115) 사이에 스너그 피트(snug fit)가 이루어지도록 선택된 두께를 갖는 C자 형상의 스페이서(미도시)가 로드 및 PZT(112 및 113)가 실장된 후 억지 끼움으로 실장된다. 로드(118 및 119)를 단단히 조일 때 PZT(112 및 113)에 대한 토크를 최소화하기 위해, 사파이어 볼(미도시)이 이들 사이에 사용된다.
최대 100V의 전압이 시스템 제어부(120)로부터 인가되는 경우, PZT(112 및 113)는 0.3㎚의 분해능을 가지고 30㎛의 최대 개루프 이동 거리를 갖도록 선택된다. 예시적인 시스템(100)에서, 인가된 전압은 저항이 존재하지 않으면 4.8의 PZT 연장을 생성하는데 충분한 약 1V와 17V 사이에서 스윕되었다. 관측된 미러(116 내지 117)의 이동 거리는 1 FSR(~0.88㎛)보다 약간 더 컸다. 스윕 중에, PZT들은 20㎐의 삼각파에 의해 구동되고, 시스템 제어부(120)와 대응되는 기능 생성기에 의해 생성되고, 압전 드라이버에 의해 증폭되었다.
단부 플랜지(114 및 115)에 대한 힘에 의해 생성된 미러(116 내지 117)의 변위는 전술한 수학식 (1)로 주어진다. 단부 플랜지 사이의 길이 L에 대한 거리가 0.4m이고, 캐비티 본체 A의 단면적이 15㎤이고, 스테인리스 스틸을 위한 영률 E가 207㎬이라고 가정하면, 775N의 힘이 1㎛의 변위마다 요구된다. 예시적인 구현예에서, PZT 액추에이터(112 및 113)는 3KN의 힘 및 대응하는 30㎛의 변위를 인가할 수 있는데, 이들은 상대적으로 긴 적외선 파장에서조차 요구되는 반파장만큼 캐비티를 스윕하는데 필요한 것보다 더 많다. 2개의 대칭 위치 PZT 액추에이터(112 및 113)는 캐비티 길이가 스캔됨에 따라 셀의 광축을 이동시킬 셀의 임의의 잠재적 뒤틀림(warping)을 회피하도록 사용된다. 셀의 단부 사이에 힘을 전송하는데 사용되는 스테인리스 스틸 로드(118 및 119)가 중심 셀 본체가 확장되는 동안 자체적으로 압축될 것이라는 점에 주목한다. 각각의 로드(118 및 119)가 스테인리스 스틸이고, A’의 면적을 갖고, L’의 길이를 가지면, 각각의 PZT(112 및 113)는 미러 사이의 거리 증가의 
배의 배율(factor)만큼 확장될 것이다. 이 배율은 예시적인 셀(102)에 관해 약 3.3이다.
예시적인 셀(102)에서, 캐비티의 입력 미러(116)는 평평하고, 출력 미러(117)는 1미터의 곡률반경을 갖는다. 양 미러 모두는 0.55°만큼 ?지(wedge)된 후면을 가져서 캐비티 내로의 레이저 피드백을 방지하며, 이는 캐비티 붕괴율을 수정할 수 있게 한다. 스테인리스 스틸 볼 베어링 레이스(stainless steel ball bearing race)(미도시)가 각각의 미러(116 및 117)와 그 미러가 누르는 셀 표면 사이에 위치한다. 스테인리스 스틸 워셔(washer) 및 스테인리스 스틸 억제 너트(restraining nut)가 이들 각각의 베어링 레이스에 대해 미러들을 유지하는데 순차적으로 사용된다. 각각의 미러(116 및 117)의 억제 너트는 셀(102)의 링-다운 시상수를 최적화하기 위해 조절된다. 캐비티가 형성된 스테인리스 스틸 튜브에 기계화된 스텝들에 대해 미러들(116 및 117)을 단단히 고정시킴으로써, 미러들의 정렬은 어셈블리의 가속 또는 진동 중에도 유지될 수 있다.
시스템(100)은 간섭 광선(coherent light beam)을 셀(110)에 제공 및 송신하여 광학 캐비티(111)를 여기시키도록 구성된 적어도 하나의 레이저 어셈블리(122)를 더 포함한다. 일 구현예에서, 레이저 어셈블리(122)는 약 1650㎚의 파장을 갖는 적외선 광을 생성하는 분산 피드백 레이저를 포함한다. 레이저 어셈블리(122)는 초저잡음 전류원에 의해 구동되며, 레이저 온도는 각각 시스템 제어부(120)와 관련된 온도 컨트롤러를 사용함으로써 안정화된다. 예를 들어, 시스템 제어부(120)는 액추에이터(112 및 113)를 구동하기 위한 기능 생성기 각각을 제어하고, 대응 광검출기(126)로부터 데이터를 수집하기 위한 적절한 소프트웨어뿐 아니라, 신호를 16비트 또는 12비트 A/D 보드에 제공함으로써 온도 컨트롤러의 세트 전압을 판단하기 위한 소프트웨어를 실행하는 범용 프로세서를 포함할 수 있다. 레이저 온도를 변경함으로써, 레이저 파장/파수가 튜닝될 수 있다.
캐비티(111)의 후면을 떠난 광은 오프-축 포물면 미러(off-axis parabolic mirror)(128)를 사용함으로써 초점이 맞춰지며, 광검출기(126)에 제공된다. 예를 들어, 광검출기(126)는 적절한 파장의 수신 광을 전기 신호로 변환하여 그것을 증폭하는 InGaAs 검출기/증폭기를 포함할 수 있다. 검출기에 대한 레이저 강도가 미리 설정된 임계치를 초과하면, 레이저 어셈블리(122)와 대응되는 반도체 광학 증폭기를 턴오프하기 위해 시스템 제어부(120)와 대응되는 펄스/딜레이 생성기가 사용된다. 시스템 제어부(120)는 포인트들의 동일 가중치를 갖는 비선형 맞춤 알고리즘을 사용하여 단일 지수 붕괴에 대해 일시적인 각각의 링다운 붕괴에 적합하다. 이로 인한 캐비티 붕괴율은 미러들로 인한 손실율(loss rate) (1-R2)×FSR(여기서 R은 미러들의 전력 반사율임)과 샘플 소광(extinction)으로 인한 손실 c×α(v)(여기서 c는 빛의 속도이고, α(v)는 미러들 사이의 기체 사이의 소광 계수임)의 합이다.
전술한 구조적 기능적 특징들의 관점에서, 본 발명의 다양한 양태에 따른 방법론이 도 8을 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 설명의 간략화를 위해, 도 8의 방법론이 직렬로 실행되는 것으로 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 예시적인 순서에 의해 제한되는 않는 것으로 이해될 수 있으며, 일부 양태들은 본 발명에 따라, 여기에 도시 및 설명된 다른 양태들과 상이한 순서로 일어나고/거나 동시에 일어난다. 또한, 예시된 모든 특징들이 본 발명의 일 양태에 따른 방법론을 구현하는데 요구될 필요는 없을 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 양태에 따라 분해물질의 농도를 판단하는 방법(150)을 예시한다. 152에서, 강성체 및 그 강성체에 고정된 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하는 광학 캐비티가 실질적으로 고정된 파장의 레이저 생성 광을 이용하여 여기된다. 154에서, 강성체는 적어도 제1 위치에서 탄성 변형하여 레이저 및 캐비티를 공진 상태로 만든다. 예를 들어, 강성체는 본체를 늘이기 위해 강성체에 있는 대응 위치들에 힘을 가하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터를 포함할 수 있으며, 이로써 제1 미러와 제2 미러 사이의 거리를 증가시킨다. 다수의 액추에이터가 사용되는 경우, 강성체는 다수의 위치에서 비균일적으로 변형되어 제1 광학 소자와 제2 광학 소자의 상대적 배향을 변경할 수 있다. 일 구현예에서, 각각의 액추에이터는 강성체를 실질적 고정 파장의 적어도 절반만큼 늘리기 위해 충분한 힘을 가하도록 선택된다. 156에서, 캐비티로부터 방출되는 광이 검출된다. 158에서, 검출된 광은 분해물질의 농도를 판단하기 위해 평가된다.
본 발명의 전술한 설명으로부터, 당업자는 개선, 변경, 수정을 인식할 것이다. 당업계에서의 이러한 개선, 변경, 및 수정은 첨부된 청구항에 의해 커버되는 것으로 의도된다.
Claims (20)
- 어셈블리로서,
광학 셀 장치를 포함하고, 상기 광학 셀 장치는,
상기 광학 셀 장치의 벽을 포함하는 중공의 관상체(hollow tubular body) - 상기 관상체는 세로방향으로(longitudinally) 이격된 제1 본체 단부와 제2 본체 단부를 갖고, 상기 광학 셀의 세로축을 둘러쌈으로써 부재 루멘(member lumen)을 정의함 -;
실질적으로 단단하고 상기 제1 본체 단부에 부착되어 제1 광학 셀 단부를 정의하는 제1 단부 부재;
상기 부재 루멘 내에 위치하고 상기 제1 단부 부재에 고정 부착된 제1 광학 소자;
실질적으로 단단하고 상기 제2 본체 단부에 부착되어 제2 광학 셀 단부를 정의하는 제2 단부 부재;
상기 광학 셀 내에 위치하고 상기 제2 단부 부재에 고정 부착된 제2 광학 소자; 및
상기 부재 루멘의 외부에 실장되고, 상기 광학 셀 장치의 적어도 일부가 탄성 변형하기에 충분한 힘을 상기 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 광학 셀 장치의 외부 표면에 가하도록 구성된 제1 액추에이터 - 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 사이의 세로방향의 거리가 상기 제1 액추에이터에 응답하여 변경됨 -
를 포함하는 어셈블리. - 제1항에 있어서, 상기 제1 액추에이터는 제1 위치에서 상기 광학 셀 장치에 힘을 가하도록 구성되며, 상기 어셈블리는,
상기 부재 루멘의 외부에 실장되고, 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자의 상대적 배향이 선택적으로 변경될 수 있도록 상기 제1 위치와 상이한 제2 위치에서 상기 광학 셀 장치에 힘을 가하도록 구성된 제2 액추에이터를 더 포함하는 어셈블리. - 제2항에 있어서, 상기 부재 루멘은 실린더이고, 상기 제1 액추에이터 및 상기 제2 액추에이터는 복수의 액추에이터 중의 첫번째 및 두번째 액추에이터이고, 상기 복수의 액추에이터 각각은 상기 부재 루멘의 외부에 실장되고 대응 위치(associated location)에서 상기 광학 셀 장치에 힘을 가하도록 구성되며, 상기 복수의 액추에이터들의 대응 위치들은 관상 부재에 의해 정의되는 상기 실린더의 축 주위에서 전체적으로 n-겹 회전 대칭(n-fold rotational symmetry)을 갖고, n은 1보다 큰 정수인 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 단부 부재와 상기 제2 단부 부재 각각은 상기 세로축에 수직으로 취해진 관상 부재의 단면을 넘어 측방향으로 연장되고, 상기 제1 액추에이터는 상기 부재 루멘 외부에 측방향으로 위치하는 상기 제1 단부 부재의 일부에 고정 부착되어 상기 제2 단부 부재에 힘을 가하여 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 사이의 세로방향의 거리를 증가시키는 어셈블리.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 액추에이터에 고정되고 상기 제1 액추에이터와 상기 제2 단부 부재 사이에서 세로방향으로 연장되어 상기 제1 액추에이터와 상기 제2 단부 부재 사이에 힘을 전달하는 강성 로드(rigid rod)를 더 포함하는 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 광학 셀 장치는 제1 단부 부재와 상기 제2 단부 부재 사이의 한 지점에서 상기 관상체의 외부 표면에 단단히 고정된 중간 부재를 더 포함하는 어셈블리.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 액추에이터는 상기 제1 단부 부재와 상기 중간 부재 중 선택된 하나에 고정되며, 상기 제1 단부 부재와 상기 중간 부재 중 다른 하나에 힘을 가하도록 구성되는 어셈블리.
- 제6항에 있어서, 상기 중간 부재는 제1 중간 부재이고, 상기 광학 셀 장치는 상기 제1 단부 부재와 상기 제2 단부 부재 사이에서 상기 관상체의 외부 표면에 단단히 부착된 제2 중간 부재를 더 포함하고, 상기 제1 액추에이터는 상기 제1 중간 부재 상에 실장되어 상기 제2 중간 부재에 힘을 가하도록 구성되는 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 관상체의 외부 표면에 캐비티(cavity)가 제공되고, 상기 제1 액추에이터는 상기 캐비티 내에 적어도 부분적으로 실장되는 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 변환기(transducer)는 압전 변환기인 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 광학 소자들은 제1 및 제2 미러들인 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 관상체는 스테인리스 스틸과 인바(Invar) 중 하나로 형성되는 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 액추에이터와 직렬로 배열된 제2 액추에이터를 더 포함하여, 상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터 각각은 상기 외부 표면의 동일한 위치에 힘을 가하는 어셈블리.
- 캐비티 링-다운 분광 장치로서,
제1항의 어셈블리;
상기 광학 셀 장치에 광을 제공하도록 구성된 레이저 어셈블리;
상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 사이의 거리가 미리 정해진 범위 내에서 동적으로 선택될 수 있도록 상기 제1 액추에이터를 제어하도록 구성된 시스템 제어부; 및
상기 광학 셀 장치로부터 방출된 광을 검출하고 상기 방출된 광을 표현하는 전기 신호를 상기 시스템 제어부에 제공하도록 구성된 검출기
를 포함하는 캐비티 링-다운 분광 장치. - 어셈블리로서,
캐비티를 정의하는 강성 중공체;
상기 캐비티 내에 단단히 고정된 복수의 광학 소자; 및
상기 중공체의 적어도 일부가 탄성 변형하는데 충분한 힘을 상기 중공체의 외부 표면에 가하도록 구성된 제1 액추에이터 - 상기 복수의 광학 소자들 중 제1 광학 소자와 제2 광학 소자 사이의 거리 및 상대적 배향 중 하나가 상기 제1 액추에이터에 응답하여 변경됨 -
를 포함하는 어셈블리. - 제15항에 있어서, 상기 중공체는 스테인리스 스틸과 인바 중 하나로 형성되는 어셈블리.
- 캐비티 링-다운 분광 장치로서,
제15항의 어셈블리;
대응 파장(associated wavelength)을 갖는 광을 광학 셀 장치에 제공하도록 구성된 레이저 어셈블리; 및
상기 중공체의 외부 표면에 가해진 힘이 상기 레이저 어셈블리에 의해 제공된 광의 대응 파장의 절반보다 큰 양만큼 상기 중공체를 늘리는데 충분하도록 상기 제1 액추에이터를 제어하도록 구성된 시스템 제어부
를 포함하는 캐비티 링-다운 분광 장치. - 분해물질의 농도를 판단하는 방법으로서,
실질적으로 고정된 파장의 레이저 발생 광으로 강성체 및 상기 강성체에 고정된 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함한 광학 캐비티(optical cavity)를 여기하는 단계;
적어도 제1 위치에서 상기 강성체를 탄성 변형시켜 상기 레이저와 상기 캐비티의 공진을 발생시키는 단계; 및
상기 캐비티로부터 방출된 광을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 광을 평가하여 상기 분해물질의 농도를 판단하는 단계
를 포함하는 방법. - 제18항에 있어서, 적어도 제1 위치 및 제2 위치에서 상기 강성체를 탄성 변형시켜 상기 제1 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자의 상대적 배향을 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 적어도 제1 위치에서 상기 강성체를 탄성 변형시키는 단계는 상기 실질적으로 고정된 파장의 적어도 절반만큼 상기 강성체를 늘이는 단계를 포함하는 방법.
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