KR20180112834A - 분광법을 수행하기 위한 시스템 - Google Patents
분광법을 수행하기 위한 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180112834A KR20180112834A KR1020187026334A KR20187026334A KR20180112834A KR 20180112834 A KR20180112834 A KR 20180112834A KR 1020187026334 A KR1020187026334 A KR 1020187026334A KR 20187026334 A KR20187026334 A KR 20187026334A KR 20180112834 A KR20180112834 A KR 20180112834A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- etalon
- optical
- filter
- aspects
- reflective surface
- Prior art date
Links
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 title claims abstract description 12
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 107
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 20
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 51
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 20
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 13
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 11
- 210000003786 sclera Anatomy 0.000 description 11
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 7
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 210000000795 conjunctiva Anatomy 0.000 description 5
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 description 5
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 3
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034203 Pectus Carinatum Diseases 0.000 description 1
- 206010057430 Retinal injury Diseases 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000000098 azimuthal photoelectron diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000000981 epithelium Anatomy 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001634 microspectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0227—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using notch filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0229—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using masks, aperture plates, spatial light modulators or spatial filters, e.g. reflective filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0237—Adjustable, e.g. focussing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0264—Electrical interface; User interface
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/027—Control of working procedures of a spectrometer; Failure detection; Bandwidth calculation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0286—Constructional arrangements for compensating for fluctuations caused by temperature, humidity or pressure, or using cooling or temperature stabilization of parts of the device; Controlling the atmosphere inside a spectrometer, e.g. vacuum
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2823—Imaging spectrometer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템이 제공된다. 일부 양샹들에서, 상기 시스템은 하나 이상의 주파수에서 광을 생성하여 표적으로 지향되도록 구성된 광학 소스를 포함하는 광학 어셈블리를 포함한다. 상기 광학 어셈블리는 또한 상기 표적으로부터 나오는 원하는 광 신호들을 선택하도록 구성된 적어도 하나의 광학 필터를 포함하고, 상기 적어도 하나의 광학 필터는 에탈론 및 상기 에탈론 외부의 적어도 하나의 반사 표면을 포함하며, 상기 적어도 하나의 반사 표면은 상기 에탈론으로부터 반사된 입사 빔을 적어도 한 번 상기 에탈론으로 재지향하도록 구성된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 2월 12일자로 출원된 "에탈론 필터(ETALON FILTERS)"라는 명칭의 미국 특허출원 일련번호 62/294,781에 기초하며, 그에 대한 우선권을 주장하고, 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합된다.
본 발명은 일반적으로 고분해능 분광법(high-resolution spectroscopy)을 위한 시스템 및 방법, 특히 광 스펙트럼 필터에 관한 것이다.
원하지 않는 스펙트럼 성분들의 제거(rejection)는 라만 산란 분광법(Raman scattering spectroscopy), 레이저 형광 영상법, 브릴루인 산란법(Brillouin scattering), 및 다른 산란 분광 방법과 같은 많은 광학 애플리케이션들에서 종종 필요하다. 이러한 기술들에 있어서, 레이저 소스들 및 광학 성분들로부터 탄성 산란(elastic scattering)을 포함하는 원하지 않는 스펙트럼 성분들을 억제하거나 필터링 처리하는 것이 유익하다.
이를 위해, 회절 격자와 같은 회절 소자들이 종종 광 신호들을 공간적으로 분리하는데 사용된다. 이러한 것은 원하지 않는 백그라운드 신호들(background signals)을 차단하면서 특정 신호들의 선택을 가능하게 한다. 다른 접근법은 상기 백그라운드 신호들과 원하는 신호들 사이에서 차동 투과 또는 반사(differential transmissions or reflections)를 갖는 스펙트럼 필터들을 사용하는 것을 포함한다. 통상적으로, 유전체-스택 필터들이 스펙트럼 필터로서 사용된다. 그러나 특정 애플리케이션에 따라서는 다른 유형들이 또한 사용된다. 예를 들어, 홀로그램 볼륨 필터들이 라만 산란법에 사용되었다. 레이저 라인 필터링에 사용되는 다른 필터들은 유기 흡수제와 그 용제를 포함한다. 또한, 일련의 복굴절 결정판(birefringent crystalline plate)으로 조립된 리오 필터(Lyot filters)가 특정의 파장을 제거하는 데 사용되었다. 일부 리오형(Lyott-type) 필터들은 또한 수동 복굴절 결정체들 대신에 포켓 셀들이 사용될 때 튜닝 가능한 투과 파장 피크들을 가질 수 있다.
일반적으로, 상술한 스펙트럼 필터들의 저지 대역(stopbands) 또는 에지(edges)의 폭들은 수 나노미터 내지 수십 나노미터 범위이다. 일부 구현들에서는 적합하기는 하지만, 그러한 종래의 필터링 기술들은 파장 또는 주파수 시프트들이 매우 작은 애플리케이션들에 대해서는 충분하지 않다. 예를 들어, 브릴루인 산란법에서, 파장 시프트는 통상적으로 1 피코미터 미만이며, 이는 종래 광학 필터의 성능보다 훨씬 작은 수치이다.
1970 년대 이후, 가스 셀(gaseous cells)이 라만 산란법 및 브릴루인 산란법에서 노치 필터로서 사용되어, 강하고 날카로운 흡수 라인을 제공하였다. 그러나, 이들은 몇 가지 내재하는 결점들이 있다. 첫째로, 가스 셀 필터들은 특정 파장에서 동작하므로, 그 적용 가능성이 제한적이다. 이러한 것은 가스 셀 필터가 폐쇄된 캡슐에서 특정 가스의 강한 광 흡수의 이점을 취하기 때문이다. 가스의 흡수 스펙트럼이 고정되기 때문에, 상기 필터는 특정 파장들에 대해서만 작용할 수 있다. 또한, 가스 셀의 흡수 스펙트럼에는 종종 복수의 노치들이 있다. 상기 노치들과 원하는 신호들 사이의 간섭으로 인해 신호 소멸(signal extinction)의 원하지 않는 감소가 있게 될 수 있다. 또한, 가스 셀은 일반적으로, 높은 소멸(extinction)을 달성하기 위해 고온으로 가열되어야할 필요가 있으며, 이는 광학 셋업을 더욱 복잡하게 한다. 예를 들어, 브릴루인 마이크로-분광법에서 사용되는 요오드 증기는 50 dB의 소멸에 도달하기 위해 100 ℃까지 가열되어야할 필요가 있다.
따라서, 전술한 문제점들을 극복하기 위한 개선된 필터링에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 이전 기술들의 결점들을 극복하는 분광법을 위한 시스템을 제공한다. 본 발명의 특징들 및 이점들은 다음의 설명으로부터 나타날 것이다.
본 발명의 한 양상들에 따라, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 하나 이상의 주파수에서 광을 생성하여 표적(target)으로 지향되도록 구성된 광학 소스를 포함하는 광학 어셈블리를 포함한다. 상기 광학 어셈블리는 또한 상기 표적으로부터 나오는 원하는 광 신호들을 선택하도록 구성된 적어도 하나의 광학 필터를 포함하고, 상기 적어도 하나의 광학 필터는 에탈론(etalon) 및 상기 에탈론 외부의 적어도 하나의 반사 표면을 포함하며, 상기 적어도 하나의 반사 표면은 상기 에탈론으로부터 반사된 입사 빔을 적어도 한 번 상기 에탈론으로 재지향하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양상들에 따라 광학 필터가 제공된다. 상기 광학 필터는 입사 빔으로부터 분리된 광 신호들을 선택하도록 구성되며, 상기 광학 필터는 에탈론 및 상기 에탈론 외부의 적어도 하나의 반사 표면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 반사 표면은 상기 에탈론으로부터 반사된 빔을 적어도 한 번 상기 에탈론으로 재지향하도록 구성된다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시하는 첨부된 도면들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게된다.
도 1a는 본 발명에 따른 노치 필터를 나타내는 개념도이다.
도 1b는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 양상들에 따른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 양상들에 따른 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2c는 본 발명의 양상들에 따른 또 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2d는 본 발명의 양상들에 따른 또 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 양상들에 따른 예시적인 에탈론을 나타내는 개략도이다.
도 3b는 도 3a의 예시적인 에탈론을 통한 측정된 투과를 도시하는 그래프이다.
도 3c는 도 3a의 예시적인 에탈론으로부터의 측정된 반사를 도시하는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 양상들에 따라 각도-틸팅에 의한 에탈론의 투과 변조를 도시하는 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 양상들에 따라 각도-틸팅에 의한 에탈론 튜닝의 예시를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 양상들에 따라 온도 튜닝에 의한 에탈론의 투과 변조를 도시하는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 양상들에 따라 온도를 사용하는 에탈론 튜닝의 예시를 도시한다.
도 6은 본 발명의 양상들에 따라 레이저 주파수 로킹(클린업) 필터의 예시적인 프로파일을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 양상들에 따라 클린업 필터를 이용한 활성 주파수 로킹 방식을 도시하는 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 양상들에 따른 노치 필터의 일례를 도시한다.
도 8b는 본 발명의 양상들에 따른 노치 필터의 다른 예를 도시한다.
도 8c는 본 발명의 양상들에 따른 노치 필터의 또 다른 예를 도시한다.
도 8d는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 일례를 도시한다.
도 8e는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 다른 예를 도시한다.
도 8f는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 또 다른 예를 도시한다.
도 8h는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 또 다른 예를 도시한다.
도 9a는 본 발명의 양상들에 따라 단일 또는 다중 스테이지의 가상 이미지화된 위상 어레이(VIPA)-기반의 분광계들과 결합된 필터들의 예를 도시한다.
도 9b는 본 발명의 양상들에 따른 도 9a의 한 실시예를 도시한다.
도 9c는 본 발명의 양상들에 따른 도 9a의 다른 실시예를 도시한다.
도 10a는 본 발명의 양상들에 따라 에탈론으로부터의 하나의 반사를 사용하여 측정된 소멸 프로파일들을 도시하는 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 양상들에 따라 에탈론으로부터의 두 번의 반사들을 사용하여 측정된 소멸 프로파일들을 도시하는 그래프이다.
도 10c는 본 발명의 양상들에 따라 에탈론으로부터의 세 번의 반사들을 사용하여 측정된 소멸 프로파일들을 도시하는 그래프이다.
도 11은 반사들의 개수의 함수로서, 본 발명의 양상들에 따라, 노치 필터의 총 투과율(적색 마커), 소멸률(흑색 마커)을 도시하는 그래프이다.
도 12a는 본 발명의 양상들에 따라 시뮬레이션에서 필터의 투과 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 12b는 본 발명의 양상들에 따라 도 12a의 시뮬레이션에서 3-패스 필터의 반사 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 12c는 본 발명의 양상들에 따라 도 12a의 시뮬레이션에서 시뮬레이션된 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 12d는 본 발명의 양상들에 따라 도 12a의 시뮬레이션에서 주파수-로킹 클린업 필터로 레이저 라인의 1-패스 투과를 도시하는 그래프이다.
도 12e는 본 발명의 양상들에 따라 도 12의 시뮬레이션에서 백그라운드 클리닝을 위한 3-패스 반사 대역 저지 필터를 도시하는 그래프이다.
도 12f는 본 발명의 양상들에 따라 도 12의 시뮬레이션에서 필터링된 신호를 도시하는 그래프이다.
도 13a는 본 발명의 양상들에 따라 다른 시뮬레이션에서 필터의 투과 프로필을 도시하는 그래프이다.
도 13b는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 3-패스 필터의 반사 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 13c는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 시뮬레이션된 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 13d는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 주파수-로킹 클린업 필터로 레이저 라인의 1-패스 투과를 도시하는 그래프이다.
도 13e는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 백그라운드 클리닝을 위한 3-패스 반사 대역 저지 필터를 도시하는 그래프이다.
도 13f는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 필터링된 신호를 도시하는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 양상들에 따라 메틸 메타크릴레이트(PMMA) 샘플로부터 브릴루인 산란 신호의 측정된 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 15a는 본 발명의 양상들에 따라 시스템을 사용하여 인간 공막으로부터 기록된 광학 신호들을 나타내는 이미지이다.
도 15b는 도 15a에서 측정된 광 신호들에 대한 신호 카운트를 도시하는 그래프이다.
도 16a는 본 발명의 양상들에 따라 시스템을 사용하여 백그라운드 억제를 달성하기 위한 시뮬레이션에서의 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 16b는 본 발명의 양상들에 따라 도 16a의 시뮬레이션에서 3-패스 투과 및 레이저 라인을 도시하는 그래프이다.
도 16c는 본 발명의 양상들에 따라 도 16a의 시뮬레이션에서 필터링된 신호를 도시하는 그래프이다.
도 17a는 본 발명의 양상들에 따라 시스템을 사용하여 백그라운드 억제를 달성하기 위한 또 다른 시뮬레이션의 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 17b는 본 발명의 양상들에 따라 도 17a의 시뮬레이션에서 3-패스 투과 및 레이저 라인을 도시하는 그래프이다.
도 17c는 본 발명의 양상들에 따라 도 17a의 시뮬레이션에서 필터링된 신호를 도시하는 그래프이다.
도 1a는 본 발명에 따른 노치 필터를 나타내는 개념도이다.
도 1b는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 양상들에 따른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 양상들에 따른 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2c는 본 발명의 양상들에 따른 또 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2d는 본 발명의 양상들에 따른 또 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 양상들에 따른 예시적인 에탈론을 나타내는 개략도이다.
도 3b는 도 3a의 예시적인 에탈론을 통한 측정된 투과를 도시하는 그래프이다.
도 3c는 도 3a의 예시적인 에탈론으로부터의 측정된 반사를 도시하는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 양상들에 따라 각도-틸팅에 의한 에탈론의 투과 변조를 도시하는 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 양상들에 따라 각도-틸팅에 의한 에탈론 튜닝의 예시를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 양상들에 따라 온도 튜닝에 의한 에탈론의 투과 변조를 도시하는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 양상들에 따라 온도를 사용하는 에탈론 튜닝의 예시를 도시한다.
도 6은 본 발명의 양상들에 따라 레이저 주파수 로킹(클린업) 필터의 예시적인 프로파일을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 양상들에 따라 클린업 필터를 이용한 활성 주파수 로킹 방식을 도시하는 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 양상들에 따른 노치 필터의 일례를 도시한다.
도 8b는 본 발명의 양상들에 따른 노치 필터의 다른 예를 도시한다.
도 8c는 본 발명의 양상들에 따른 노치 필터의 또 다른 예를 도시한다.
도 8d는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 일례를 도시한다.
도 8e는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 다른 예를 도시한다.
도 8f는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 또 다른 예를 도시한다.
도 8h는 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터의 또 다른 예를 도시한다.
도 9a는 본 발명의 양상들에 따라 단일 또는 다중 스테이지의 가상 이미지화된 위상 어레이(VIPA)-기반의 분광계들과 결합된 필터들의 예를 도시한다.
도 9b는 본 발명의 양상들에 따른 도 9a의 한 실시예를 도시한다.
도 9c는 본 발명의 양상들에 따른 도 9a의 다른 실시예를 도시한다.
도 10a는 본 발명의 양상들에 따라 에탈론으로부터의 하나의 반사를 사용하여 측정된 소멸 프로파일들을 도시하는 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 양상들에 따라 에탈론으로부터의 두 번의 반사들을 사용하여 측정된 소멸 프로파일들을 도시하는 그래프이다.
도 10c는 본 발명의 양상들에 따라 에탈론으로부터의 세 번의 반사들을 사용하여 측정된 소멸 프로파일들을 도시하는 그래프이다.
도 11은 반사들의 개수의 함수로서, 본 발명의 양상들에 따라, 노치 필터의 총 투과율(적색 마커), 소멸률(흑색 마커)을 도시하는 그래프이다.
도 12a는 본 발명의 양상들에 따라 시뮬레이션에서 필터의 투과 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 12b는 본 발명의 양상들에 따라 도 12a의 시뮬레이션에서 3-패스 필터의 반사 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 12c는 본 발명의 양상들에 따라 도 12a의 시뮬레이션에서 시뮬레이션된 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 12d는 본 발명의 양상들에 따라 도 12a의 시뮬레이션에서 주파수-로킹 클린업 필터로 레이저 라인의 1-패스 투과를 도시하는 그래프이다.
도 12e는 본 발명의 양상들에 따라 도 12의 시뮬레이션에서 백그라운드 클리닝을 위한 3-패스 반사 대역 저지 필터를 도시하는 그래프이다.
도 12f는 본 발명의 양상들에 따라 도 12의 시뮬레이션에서 필터링된 신호를 도시하는 그래프이다.
도 13a는 본 발명의 양상들에 따라 다른 시뮬레이션에서 필터의 투과 프로필을 도시하는 그래프이다.
도 13b는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 3-패스 필터의 반사 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 13c는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 시뮬레이션된 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 13d는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 주파수-로킹 클린업 필터로 레이저 라인의 1-패스 투과를 도시하는 그래프이다.
도 13e는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 백그라운드 클리닝을 위한 3-패스 반사 대역 저지 필터를 도시하는 그래프이다.
도 13f는 본 발명의 양상들에 따라 도 13a의 시뮬레이션에서 필터링된 신호를 도시하는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 양상들에 따라 메틸 메타크릴레이트(PMMA) 샘플로부터 브릴루인 산란 신호의 측정된 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 15a는 본 발명의 양상들에 따라 시스템을 사용하여 인간 공막으로부터 기록된 광학 신호들을 나타내는 이미지이다.
도 15b는 도 15a에서 측정된 광 신호들에 대한 신호 카운트를 도시하는 그래프이다.
도 16a는 본 발명의 양상들에 따라 시스템을 사용하여 백그라운드 억제를 달성하기 위한 시뮬레이션에서의 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 16b는 본 발명의 양상들에 따라 도 16a의 시뮬레이션에서 3-패스 투과 및 레이저 라인을 도시하는 그래프이다.
도 16c는 본 발명의 양상들에 따라 도 16a의 시뮬레이션에서 필터링된 신호를 도시하는 그래프이다.
도 17a는 본 발명의 양상들에 따라 시스템을 사용하여 백그라운드 억제를 달성하기 위한 또 다른 시뮬레이션의 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 17b는 본 발명의 양상들에 따라 도 17a의 시뮬레이션에서 3-패스 투과 및 레이저 라인을 도시하는 그래프이다.
도 17c는 본 발명의 양상들에 따라 도 17a의 시뮬레이션에서 필터링된 신호를 도시하는 그래프이다.
라만 산란 및 분광계 기반의 브릴루인 이미징(Raman scattering and spectrometer-based Brillouin imaging)과 같은 많은 분광학 애플리케이션들은 표적(target)으로부터 원하는 신호들을 유지하면서, 여기 광(excitation light), 미광(stray light) 및 기타 백그라운드 노이즈의 제거(rejection)를 필요로 한다. 그러나, 원하는 신호들과 원하지 않는 신호들 사이의 차이가 작으면 그 신호들을 분리하기 어렵다. 이러한 것은 종래의 광학 필터들의 저지 대역들(stopbands) 또는 에지들(edges)이 대략 수 나노미터로 제한되는 데 반해 브릴루인 산란과 같은 일부 분광학 애플리케이션들로부터의 파장 차이는 대략 1 피코미터 이하일 수 있기 때문이다. 결과적으로, 교란 신호들(confounding signals) 및 노이즈는 높은 소멸 비율로 제거될 수 없다.
따라서, 본 발명은 이전 기술들의 단점들을 극복할 수 있는 분광학 시스템을 제공한다. 특히, 여기에서는 높은 충실도, 소멸 비율(extinction ratio), 및 증가된 신호-백그라운드 비율("SBR")로 원하는 신호들의 필터링을 생성할 수 있는 에탈론 필터(etalon filters)에 기초하여 새로운 필터링 접근법이 도입된다. 특히, 높은 소멸 브릴루인 분광법(high-extinction Brillouin spectroscopy)은 생물학적 샘플, 특히 공막, 피부, 혈관벽, 및 내부 조직과 같은 불투명 조직들의 생체역학적 이미징을 가능하게 한다. 그러나, 본 접근법은 온도 애플리케이션, 기계적 진동 애플리케이션, 음향 파 애플리케이션, 전압 애플리케이션, 자기장 애플리케이션 및 기타의 것들은 물론 멀티플렉싱 통신 시스템과 같은 광학 필터링을 필요로 하는 광범위한 애플리케이션들에 적합하다.
본 발명의 일부 양상들에서, 노치 필터가 제공된다. 노치 필터는 미러, 렌즈, 및 다른 구성요소들과 같은 다른 광학 요소들은 물론 적어도 하나의 에탈론을 사용하여 형성될 수 있다. 노치 필터의 한 실시예에서, 에탈론에 의해 반사된 입사 빔은 예를 들어 미러 또는 반사 표면을 사용하여 복수 회에 걸쳐 상기 에탈론으로 다시 재지향될 수 있다. 기술될 바와 같이, 이러한 것은 에탈론으로부터 단일 통과 반사를 사용하여 달성된 저지 대역(stopband)과 비교하여 상당히 개선된 제거 비율(rejection ratio)을 제공한다. 일례로서, 도 1a는 스펙트럼의 다른 부분들에서 신호들을 허용하면서, 스펙트럼의 일부에서 신호들을 억제하기 위해, 본 발명에 따른 노치 필터를 사용하는 개념을 도시한다. 특히, 노치 필터의 애플리케이션은 레이저 라인(λ0)에 대한 저지 대역(10) 및 원하는 신호들이 유지되는 통과 대역들(12)을 생성할 수 있다. 대안적으로, 노치 필터는 상기 레이저 라인의 투과(transmission)를 허용하고 모든 다른 대역들을 제거하도록 구성될 수 있다. 상기 제공된 노치 필터는, 브릴루인 이미징 및 라만 산란 이미징과 같이, 강력한 백그라운드 노이즈 억제 및 신호 소멸이 유리한 애플리케이션에 사용될 수 있다는 것을 구상할 수 있다.
본 발명의 다른 양상들에서, 대역 통과 필터가 제공된다. 상기 대역 통과 필터는 적어도 하나의 에탈론을 사용하여 형성될 수 있으며, 역시 미러, 렌즈, 및 다른 구성요소들과 같은 다른 광학 요소들을 사용하여 형성될 수 있다. 대역 통과 필터의 한 실시예에서, 입사 빔은 복수 회에 걸쳐 에탈론을 횡단(traverse)할 수 있으며, 상기 빔은 두 개의 미러들 또는 반사 표면들 사이에서 앞뒤로 반사된다. 일례로서, 도 1b는 스펙트럼의 다른 부분들에서 신호들을 허용하면서 스펙트럼의 일부에서 신호들을 억제하기 위해, 본 발명에 따른 대역 통과 필터를 사용하는 개념을 도시한다. 특히, 대역 통과 필터의 애플리케이션은 레이저 라인(λ0)을 포함하는 저지 대역(10') 및 원하는 신호들이 유지되는 통과 대역(12')을 생성할 수 있다. 대안적으로, 대역 통과 필터는 레이저 라인을 포함하는 대역의 투과를 허용하고, 또한 다른 모든 대역들을 제거하도록 구성될 수 있다. 하나의 구상된 애플리케이션에서, 본 발명의 양상들에 따른 대역 통과 필터들은 광원으로부터 자연적인 방출 노이즈(spontaneous emission noise)를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 제공된 대역 통과 필터는 소스 레이저의 주파수를 안정화시키도록 주파수 로킹 필터로서 사용될 수 있다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 양상들에 따른 예시적인 시스템(100)이 도시되어 있다. 일반적으로, 시스템(100)은 광학 어셈블리(102), 제어기(104), 데이터 발생기 및/또는 데이터 프로세서(106), 및 하나 이상의 신호 센서들(108), 또는 임의의 그 조합을 포함할 수 있다. 시스템(100)은 또한 입력 및 동작 명령들을 수신하기 위한 입력(110) 및 생성된 보고를 제공하기 위한 출력(112)을 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 시스템(100)은 모터, 기어, 이동가능한 스테이지 등을 포함하는 다양한 광학 구성요소들을 회전시키고 이동시키는 성능들을 더 포함할 수 있다. 시스템(100)의 다양한 구성요소들은 단일 하우징 또는 인클로저 내에 포함될 수 있다. 대안적으로, 시스템(100)의 복수의 구성요소들은 독립적인 또는 분리된 구성요소들 또는 장치들로서 개별적으로 하우징될 수 있다. 일부 양상들에서, 시스템(100)은 후술될 도 2b 내지 도 2d에 도시된 실시예들에 도시된 바와 같이 분광 시스템(spectroscopy system)이 될 수 있다.
도 2a의 광학 어셈블리(102)는 편광기(polarizers), 셔터, 필터, 증폭기, 감쇠기, 필터 등은 물론, 광원, 렌즈, 콜리메이터, 빔 스플리터, 회절 격자, 홀로그램, 미러, 광학 아이솔레이터, 단일 또는 다중 모드 광섬유, 번들(bundles), 도파관 또는 광학 커플링의 다양한 조합을 포함하는 다양한 광학 구성요소 및 하드웨어를 포함할 수 있다. 특히, 상기 광원은 단색(단일 파장), 다색(다중 파장) 또는 광대역(다양한 파장들) 광 신호들을 생성하도록 구성될 수 있다. 비-제한적으로 예시적인 광원은 백열 소스, 형광 소스, 발광 다이오드("LEDs"), 수퍼 발광(super luminescent) LED, 레이저, 레이저 다이오드 및 다른 광원을 포함할 수 있다. 생성된 광은 연속파(continuous-wave)(일정함), 주파수 또는 일시적으로 변조될 수 있다. 실례로, 변조된 광(modulated light)은 사인파 형태로 변조되거나, 단계적으로 변조되거나(step modulated), 3각으로 변조되거나, 임의로 변조되거나, 또는 펄스화될 수 있다. 그와 같이, 광원은 연속파, 주파수 도메인, 및 시간 도메인에서 동작할 수 있다.
일부 양태들에서, 광학 어셈블리(102)는 하나 이상의 클리닝 필터들, 노치 필터들 및 대역 통과 필터를 형성하는, 하나 이상의 에탈론들을 포함한다. 예시적인 에탈론(300)은 도 3a에 개략적으로 도시된다. 구체적으로, 에탈론(300)은 공기 또는 두께 d의 고체 물질에 의해 분리된 2 개의 반투명 표면들(302)을 포함한다. 에탈론(300)에 대한 파장 λ 및 입사각 θ'를 갖는 광 빔(304)은 다중 반사를 겪게 되고, 복수의 반사된 빔들(306) 및 투과된 빔들(308)을 생성할 수 있다. 각각의 바운스(bounce) 동안, 광 빔(304)은 
의 위상 변화를 겪게 되며, 여기서, θ는 에탈론에서의 입사각이고, n은 굴절률이다. 반사된 빔들(306)과 투과된 빔들(308)의 간섭은 입사 빔(304)의 변조(modulation)를 초래한다. 특히, 에탈론(300)의 투과 스펙트럼(T)은 보강 간섭이 발생하는 일련의 공진 주파수 피크들을 포함한다. 피크들 사이의 주파수 간격은 자유 스펙트럼 범위("FSR")이다. 흡수 및 산란 손실이 작은 경우, 반사 스펙트럼(R)은 1에서 투과 스펙트럼(T)을 뺀 것이며, 그에 따라 일련의 저지 대역들(a series of stop bands)을 형성한다.
일부 실시예들에서, 성능을 개선하기 위해 FSR, 피네스(finesse) 및 반사 횟수가 모두 선택될 수 있다. 에탈론의 제거 효율 또는 소멸은 주파수 의존적이며, 공진 피크들 사이에서 최대치이다; 즉, FSR의 절반만큼 공진 주파수들로부터 분리된 주파수에서 발생한다. 투과 모드에서, 브릴루인 신호는 에탈론의 투과 피크(transmission peak)를 통과한다. 그러므로, 일부 실시예에서 에탈론의 FSR은 샘플의 브릴루인 주파수 시프트의 두 배와 거의 같거나 그보다 약간 크다. 상기 FSR이 FSR의 절반보다 약간 크게 선택될 수 있는 이유는, FSR이 높을수록 투과 피크가 더 넓어지고, 따라서 브릴루인 신호에 대해 사용할 수 있는 주파수 범위가 더 넓어지기 때문이다. 반사 모드에서, 에탈론의 투과 피크는 레이저 라인과 일치하도록 선택될 수 있고, 높은 제거 효율이 바람직할 것이다. 이러한 경우, 에탈론의 FSR은, FSR이 투과 모드의 경우에서보다 약간 높게 될 수 있지만, 일반적인 브릴루인 주파수 시프트의 두 배와 동일하게 될 수 있다.
양쪽 모드에서, 에탈론의 피네스(finesse)가 또한 최적의 범위 내에 있도록 선택될 수 있다. 피네스가 증가함에 따라, 제거 효율은 증가하지만 공진 피크의 폭은 감소한다. 공진 피크를 너무 날카롭게 하는 것은, 이러한 것이 투과 모드에서 이용가능한 브릴루인 신호 범위의 폭을 감소시키기 때문에, 바람직하지 않을 수 있다. 반사 모드에서, 좁은 공진 피크는 에탈론의 투과 피크를 레이저 라인에 정렬시키기 위해 에탈론의 투과 피크에 대한 엄격한 제어를 필요로 하며, 다만 이러한 어려움은 레이저 파장을 에탈론에 로킹시킴으로써 회피될 수 있다. 일부 실시예들은 중간 내지 낮은 피네스, 예를 들어 20 미만 5 초과를 사용한다. 피네스가 너무 낮으면(예를 들면, 약 5 아래) 그 제거 효율이 너무 낮을 것이기 때문에 바람직하지 않을 것이다. 중간 내지 낮은 피네스를 갖는 에탈론이 사용될 때, 그 단일 통과 제거 효율은 특정 애플리케이션들에 대해 충분히 높지 않을 수 있다. 이 경우 다중-통과(multi-pass) 구성이 유용하다. 투과 및 반사 모드 양쪽에서 통과 횟수는 일부 실시예들에서 2 초과 6 미만(즉, 3 내지 5의 범위)이 되도록 선택된다. 낮은 한계는 충분한 소멸을 가져야 할 필요성에서 비롯된다. 상위 한계는 통과 횟수가 증가함에 따른(통상적으로 통과의 횟수에 따라 지수적으로 커짐) 브릴루인 신호의 증가하는 삽입 손실(insertion loss)에 기인한다. 동일한 소멸 레벨에서, 높은 피네스(예를 들면, 20보다 큼)를 갖는 에탈론에 대한 단일 통과에서보다는 낮은 내지 중간의 피네스를 갖는 에탈론에 대한 다중 통과들에 의해 더 넓은 투과 대역이 얻어진다.
예로서, 도 3b 및 도 3c는 도 3a를 참조하여 기술된 바와 같이 에탈론을 사용하여 얻어진 예시적인 투과 및 반사 스펙트럼을 도시한다. 에탈론은 2 nm RMS(root-mean-squared) 두께 균일성으로, 25 mm × 25 mm의 면적 및 약 6.4 mm의 두께를 갖는 용융 실리카 조각으로 만들어졌다. FSR은 약 16 GHz 이다. 양쪽 면 상의 반사 코팅은 약 720 내지 840 nm의 파장 범위에 대해 약 65 % 였다. 측정된 데이터는 약 2.8 mm의 빔 직경을 갖는 780 nm 단일 파장 레이저로 얻어졌다. 이러한 측정을 위해, 레이저의 광 주파수는 아날로그 램프 전압 신호로 변조되었다. 투과 프로파일은 30 dB 동적 범위를 갖는 포토다이오드로 측정되었다. 투과된 피크들의 날카로움(sharpness)이라 칭하는 에탈론의 피네스는 약 7이 되는 것으로 측정되었다. 투과 모드에서, 최대 투과는 공진 주파수들에서 약 97 % 였고, 최소는 공진 피크들 사이에서 약 5.3 % 였으며, 약 11.9 dB의 제거 비율을 제공했다. 광 흡수, 평면 결함 및 정렬 에러와 같은 이유들로 인하여 투과 모드보다 일반적으로 더욱 도전적이기는 하지만, 반사 모드에서 높은 최적의 제거 비율들이 얻어질 수 있다. 여기에서, 더욱 높은 제거 비율들은 에탈론의 다중 스테이지들을 캐스케이딩함으로써 얻어질 수 있다는 것으로 인식된다.
다시 도 2a를 참조하면, 시스템(100)은 또한 시스템(100)을 제어하도록 구성된 제어기(104)를 포함한다. 제어기(104)는 광학 어셈블리(102), 데이터 발생기 또는 데이터 프로세서(106) 및 신호 센서들(108)의 다양한 요소들과 통신하고, 조정하고, 제어할 수 있다. 신호 센서들(108)은 반도체 포토다이오드, PIN 포토다이오드, CCD 및 CMOS 이미지 센서, 포톤-카운팅 애벌런치 포토다이오드(photon-counting avalanche photodiodes)("APDs") 및 기타와 같은 하나 이상의 광 검출기들을 포함할 수 있다. 데이터 생성기 또는 데이터 프로세서(106)는 광 및 다른 데이터를 획득 및/또는 처리하기 위한 다양한 하드웨어 및 구성요소들을 포함할 수 있다. 도 2a에서는 별개의 구성요소들로 도시되어 있지만, 데이터 생성기 또는 데이터 프로세서(106) 및 신호 센서들(108)은 예를 들어 CCD 카메라 또는 분광계와 같은 단일 디바이스 또는 장치에 결합될 수 있다.
일부 양상들에서, 제어기(104)는 광원의 광 주파수와 클린 필터(clean filter), 노치 필터, 또는 대역 통과 필터 중 하나 이상의 공진 주파수의 정렬을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 것은 광원의 광 주파수를 제어하거나 또는 상기 필터의 공진 주파수를 튜닝함으로써 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 통과 대역은 예를 들어 스펙트럼의 다른 부분들을 제거하면서 하나 이상의 원하는 관심 라인들(desired lines of interest)에 매칭될 수 있다.
일부 양상들에서, 제어기(104)는 하나 이상의 에탈론들의 투과 프로파일을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 것은 각도 튜닝, 온도 튜닝, 압전 기술에 의한 폭 튜닝, 및 에어-갭 에탈론에 대한 압력 튜닝을 포함하는 복수의 기술들을 사용하여 달성될 수 있다. 예로서, 도 4a 및 도 4b는 각도 튜닝으로 인한 에탈론(400)의 투과 변조를 도시한다. 광 주파수 또는 파장을 갖는 입사 빔(402)의 경우, 검출기(406)에 의해 수신된 투과된 빔(404)의 파워는 도 4b에 도시된 바와 같이 하나 이상의 방향들에서 에탈론의 틸팅 각도의 함수로서 변화될 수 있다. 다시 말해서, 에탈론의 투과 공진 주파수들은 도 4a에 도시된 바와 같이 틸팅 각도의 함수로서 튜닝된다.
또 다른 예로서, 도 5a 및 도 5b는 온도 튜닝으로 인한 에탈론(500)의 투과 변조를 도시한다. 특히, 이 기술은 공기 분야 또는 고체 분야 에탈론에 사용될 수 있다. 고체 분야 에탈론의 경우, 튜닝가능한 범위는 사용되는 재료에 의존할 수 있다. 에탈론(500)은 예를 들어 인클로저(502) 내부의 온도 제어 능력을 갖는 내열성인클로저(502) 내에 배치될 수 있다. 인클로저(502) 내에 형성된 적어도 하나의 미러(504)가 도 5b에 도시된 바와 같이, 입사 빔(506)이 들어오고 투과된 빔(508)이 인클로저(502)를 빠져나가 검출기(510)에 의해 수신되도록 한다. 온도 튜닝 프로파일 또는 투과 공진 프로파일은 도 5a에 도시된 바와 같이, 온도의 함수로서 입력 파워에 대해 정상화된 투과된 광의 파워를 측정함으로써 생성될 수 있다.
이제 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 시스템(200)의 한 실시예가 도시된다. 상기 시스템(200)은 도시된 바와 같이, 신호 감지 모듈(208), 제 2 필터 모듈(210), 데이터 모듈(212), 및 컴퓨터(214)뿐만 아니라 광원(204) 및 제 1 필터(206)를 포함하는 주파수 로킹 모듈(202)을 포함한다. 한 양상에서, 주파수 로킹 모듈(202) 내의 제 1 필터(206)는 설명된 바와 같이 에탈론에 기초한 대역 통과 필터의 형태로 주파수-로킹 또는 클린업 필터가 될 수 있다. 예를 들어, 레이저 광으로서 광원(204)에 의해 생성된 광은 제 1 필터(206)에 입사할 것이고, 제 1 필터(206)는 원하지 않는 것들을 제거하면서 특정 파장들 또는 주파수들을 선택한다. 일부 양상들에서, 상기 광의 중심 주파수(또는 파장)는, 컴퓨터(214)에 의해 수행되는 소프트웨어 또는 프로그래밍을 사용하여, 제 2 필터(210)의 투과 피크에 로킹될 수 있다. 로킹 방식은 레이저 출력을 안정화시키고, 제 2 필터(210)에 의한 적절한 동작 또는 필터링을 보장할 수 있다.
도시된 바와 같이, 신호 감지 모듈(208)에 의해 수신된 신호들은 제 2 필터(210)로 지향된다. 일부 양상들에서, 제 2 필터(210)는 본 발명의 양상들에 따라 에탈론에 기초한 대역 통과 필터, 대역 저지 필터 또는 노치 필터를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 양상들에서, 상기 제 2 필터(210)는 제 1 필터(206)에 매칭되거나 로킹될 수 있다. 상기 제 2 필터(210)에 의해 필터링된 신호들은 데이터 모듈(212)에 의해 획득되어 추가 처리될 수 있다. 그 다음, 컴퓨터(214)는 상기 데이터 모듈(212)로부터 원시(raw) 및/또는 처리된 데이터를 획득하고 리포트를 발생시킬 수 있다.
일부 구현들에 있어서, 시스템(200)은 브릴루인 마이크로스코피와 같이, 백그라운드 노이즈에 대한 레이저 라인의 높은 소멸 비율이 중요한 애플리케이션들에 대해 사용될 수 있다. 일반적으로, 100-500 MHz의 대역폭으로 측정될 때 80 dB 보다 큰 소멸 비율이 바람직할 수 있다. 높은 산란 샘플들의 경우, 100 dB보다 큰 소멸 비율이 바람직할 수 있다. 일례로서, 도 6은 레이저 주파수-로킹 또는 클린업 필터의 개략적인 프로파일을 도시한다. 대역 통과 필터로서, 상기 프로파일은 중앙 통과 대역 및 중앙 피크(λ0)의 양측에 저지 대역들을 포함한다. 이 필터는 레이저 스펙트럼의 측면 모드들을 억제할 수 있으므로 상기 광의 출력 주파수 또는 파장을 안정화시키는 데 사용될 수 있고, 이는 제 2 필터의 투과 피크에 로킹될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 것과 같은 프로파일을 갖는 클린업 대역 통과 필터는 레이저 출력에서 자연적인 방출 백그라운드 및 스퓨리어스 측면 모드들을 억제하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 필터는 특히, 상대적으로 높은 자연적인 노이즈 백그라운드를 일반적으로 갖는 레이저 소스로서 반도체 레이저가 사용되는 경우에 중요할 수 있다. 통상의 분광계에 의해 측정된 전형적인 레이저 대 자연적인 노이즈 비율은 -50 내지 -55 dB이다. 공막과 같이 높은 산란 조직(highly scattering tissues)을 이미지화할 때, 레이저 라인과 백그라운드 양쪽으로 구성된 레이저 출력의 한정된 양이 탄성적으로 산란된다. 상기 레이저 라인은 필터 및 VIPA 에탈론에 의해 억제될 수 있지만, 브릴루인 주파수 범위에서 광대역의 자연적인 방출 백그라운드는 브릴루인 신호의 크기를 잃지 않고서는 억제될 수 없으며, 이는 이들이 동일한 주파수를 차지하고 있기 때문이다. 샘플 이전에 배치된 클린업 필터는 일부 실시예들에서 유용하게 되는데, 이는 이러한 것이 상기 샘플로부터 산란되기 전에 브릴루인 주파수 대역에서 백그라운드 노이즈를 억제하기 때문이다. 브릴루인 주파수 범위에서 전형적으로 65 dB 보다 큰 충분히 높은 레이저-백그라운드 비율을 달성하기 위한 그러한 배열은 공막과 같이 높은 산란-유도된 후방 반사를 갖는 조직들을 이미지화하는데 유용하다. 클린업 필터의 투과는 레이저 라인 및 투과 또는 반사 필터의 높은 제거 피크 모두에 대해 정렬된다. 사용될 수 있는 클린업 필터 유형의 예들은: 에탈론, 회절 격자, 및 가스 흡수 필터를 포함한다. 에탈론 클린업 필터는 예를 들어, 5 내지 20 범위의 피네스를 가질 수 있다. FSR은 브릴루인 주파수 시프트의 약 2 배 또는 그보다 약간 더 크게 되도록 선택될 수 있다. 브릴루인 시스템은 2 단계(stage) VIPA 분광계와 함께 레이저 클린업 필터와 반사 모드 노치 에탈론 필터를 모두 이용할 수 있다. 이러한 시스템의 실시예들은 이전에 가능하지 않았던 공막 내의 고도로 산란하는 안구 조직의 브릴루인 이미징을 가능하게 하였다.
도 2c를 참조하면, 본 발명의 양상들에 따른 능동 주파수-로킹 시스템(230)의 한 실시예가 도시된다. 상기 시스템(230)은 소스 제어기(234), 상기 소스 제어기(234)에 의해 제어되는 광원(236)과 통신하는 컴퓨터(232)를 포함할 수 있다. 광원(236)은 레이저 또는 다른 튜닝 가능한 광학 소스일 수 있다. 하나의 비 제한적인 예에서, 상기 레이저는 다이오드 레이저 또는 반도체 레이저일 수 있다. 상기 시스템(230)은 또한 주파수 로킹 필터(238), 빔 샘플러(240), 및 검출기(244)를 포함할 수 있다. 광원(236)에 의해 생성된 광 빔은 주파수-로킹 필터(238)를 통과하여 빔 샘플러(240) 상에 충돌한다. 광 빔의 일부분(예를 들어, 5 % 미만)은 검출기(244) 쪽으로 반사될 수 있고, 다른 부분은 샘플 또는 조직과 같은 표적으로 지향될 수 있다. 상기 검출기(244)는 광 검출기(photodetector)일 수 있으며, 예를 들어 아날로그 신호의 형태로 피드백 신호를 컴퓨터(232)에 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 광원(236)의 출력의 주파수는 예를 들어 근접한 최대 파워 처리량을 달성하도록 컴퓨터(232)에 의해 지시된 바와 같이 소스 제어기(234)를 사용하여 연속적으로 튜닝될 수 있다. 상기 출력은 설명된 바와 같이, 또한 에탈론 기반 필터의 투과 피크에 대응하는 주파수에 로킹될 수 있다. 주파수의 튜닝은 예를 들어 대략 1 mV의 입력 분해능 및 대략 10 MHz의 튜닝 분해능으로 아날로그 전압 입력을 소스 제어기(234)에 제공함으로써 달성될 수 있다. 98 %의 피크 투과보다 크게 주파수 로킹 필터(238)를 통한 투과를 능동적으로 유지함으로써, 20 MHz 미만의 주파수 로킹 안정성이 달성된다.
이러한 주파수-로킹 방식은 도 7에 도시되어 있다. 예를 들어, 주파수 튜닝 가능한 레이저 시스템을 사용하여, 상기 출력은 예를 들어 에탈론의 적어도 하나의 투과 피크(700)와 일치하는 주파수 범위를 스캔하도록 변조될 수 있다. 이때 상기 출력의 주파수는 상기 주파수를 능동적으로 변조하거나 또는 디더링(dithering)함으로써 좁은 주파수 범위 내에서 고정될 수 있어, 미리 결정된 임계값에 대해 상기 필터를 통한 투과 파워(transmission power)를 유지한다. 예로서, 그러한 임계값은 90 % 이상의 파워 투과, 보다 구체적으로는 약 95 %의 파워 투과가 될 수 있다.
이제 도 2d를 참조하면, 본 발명의 양상들에 따른 시스템(260)의 다른 예가 도시되어있다. 상기 시스템(260)은 컴퓨터(262), 데이터 모듈(264), 광원(266), 및 광학 어셈블리(268)를 포함한다. 기술된 바와 같이, 광원(266)은 다이오드 레이저와 같은 레이저를 포함할 수 있다. 특히, 광학 어셈블리(268)는 제 1 광 아이솔레이터(270), 제 1 반파장판(half-wavelength wave plate)(272), 제 1 필터(274), 빔 스플리터(276), 및 광 검출기(278)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 광 검출기(278)는 컴퓨터(262) 및 광원(266)을 사용하여 주파수 로킹을 달성하기 위한 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다. 특히, 광학 소스(266)의 출력 주파수 또는 파장은 본 발명에 따라 에탈론에 기초한 대역 통과 필터일 수 있는 제 1 필터(276)의 중심 주파수 또는 파장에 튜닝되고 로킹될 수 있다.
광학 어셈블리(268)는 또한 상기 광학 어셈블리(268)의 다양한 광학 요소들을 접속하는 복수의 광섬유들(280)을 포함한다. 광학 어셈블리는 또한 모터라이즈될(motorized) 수 있는 실험 인터페이스(282)를 포함한다. 상기 실험 인터페이스(282)는 제 2 반파장판(284), 편광 빔 스플리터(286), 제 2 광 아이솔레이터(288), 및 대물 렌즈(290)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 실험 인터페이스(282)로부터의 신호들은 광섬유들(280)을 통해 제 2 필터(292)로 지향될 수 있다. 한 예에서, 제 2 필터(292)는 본 발명에 따른 노치 필터가 될 수 있다. 그 후, 제 2 필터(292)로부터의 필터링된 신호들은 데이터 모듈(264)에 의해 지향 및 처리될 수 있다. 도시된 바와 같이, 데이터 모듈(264)은 가상 이미지화된 위상 어레이("VIPA")(294) 및 예를 들어 CCD 카메라일 수 있는 이미저(imager)(296)를 포함할 수 있다. VIPA(294)는 도 9a-9c의 예들에 도시된 바와 같이 단일 또는 다중 스테이지 VIPA 분광계가 될 수 있다.
본 발명의 양상들에 따르면, 도 8a-도 8h는 필터들의 다양한 실시예들을 도시한다. 특히, 도 8a-도 8c를 참조하면, 다중 반사들을 갖는 노치 필터의 상이한 변형들이 도시된다. 구체적으로, 도 8a 및 8b는 하나의 에탈론 및 상기 에탈론 외부의 하나의 미러를 포함하는 구성을 도시한다. 에탈론으로부터 반사된 빔 입사는 미러 또는 다른 반사면에 의해 여러 번에 걸쳐 상기 에탈론으로 재지향된다. 반사의 횟수 및 출사 빔의 방향은 에탈론 및 미러의 크기 및 상대 위치에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 8a에서, 반사의 횟수, 미러의 크기 및 위치(에탈론에 대해 수직으로 시프트됨)는 출사 빔(802)이 입사 빔(800)과 동일한 방향이 되도록 한다. 대조적으로, 도 8b에서, 출사 빔(802')은 입사 빔(800)의 반대 방향에 있다. 에탈론 및 미러는 에탈론 상의 빔의 실질적으로 동일한 입사각을 갖는 다중 반사들을 달성하기 위해 에탈론 각도-튜닝 기술로 신중하게 정렬될 수 있다. 도 8c에 도시된 노치 필터의 한 변형 예에서, 2 개의 실질적으로 평행한 에탈론들이 이용될 수 있다. 제 1 에탈론으로 지향된 입사 빔(800)은 제 2 에탈론에 반사되고, 이러한 형태가 복수 회 반복된다. 도 8a-도 8c에 도시된 바와 같이, 입사 빔(800)은 예를 들어 에탈론의 표면에 대해 소정의 각도, 예를 들어 10도 미만으로 배향된다.
기술된 바와 같이, 노치 필터들은 에탈론으로부터 단일 통과 반사를 사용하여 달성된 저지 대역과 비교하여 상당히 개선된 제거 비율을 제공할 수 있다. 원칙적으로, 제거 효율 또는 소멸 비율은 에탈론의 수 및 반사 횟수에 따라 증가할 수 있다. 예를 들어, 하나의 반사 프로파일의 소멸이 10 dB인 경우, 20 dB까지는 두 개의 반사들로 달성될 수 있고, 30 dB까지는 세 번의 반사들로 달성될 수 있다. 실제로, 정렬로 인한 에러, 흡수에 의한 손실, 빔 형상 변형이 각각의 추가적인 반사와 함께 누적될 수 있으며, 그에 따라서 노치 필터에서의 특정 구성 및 빔 반사의 횟수를 선택하는 데 있어 고려될 필요가 있다.
기술된 노치 필터는 다양한 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. 예를 들어,도 9a 및 9b는 에탈론 및 미러에 기초한 노치 필터와 1 단계(stage) 또는 2 단계 VIPA 분광계를 결합한 광학 어셈블리를 도시한다. 구체적으로, 도 9a의 광학 어셈블리는 노치 필터(900), 시준 렌즈("CL"), 가상 이미지화된 위상 어레이(virtually imaged phased array)("VIPA"), 대물 렌즈("OL") 및 이미저("EMCCD")를 도시한다. 도 9b의 광학 어셈블리는 노치 필터(900), 제 1 시준 렌즈("CL1"), 제 1 가상 이미지화된 위상 어레이("VIPA 1"), 제 2 시준 렌즈("OL2"), 제 1 대물 렌즈("OL1"), 제 2 가상 이미지화된 위상 어레이("VIPA 2"), 제 2 대물 렌즈("OL2"), 및 이미저( "EMCCD")를 도시한다.
특히, 도 8d-8e를 참조하면, 다중 투과들을 갖는 대역 통과 필터의 상이한 변화들이 도시된다. 특히, 도 8d 및 도 8e에서, 입사 빔(800)은 에탈론 외부의 및 실질적으로 평행한 2 개의 미러들을 사용하여 상기 에탈론을 통해 복수 회에 걸쳐 투과된다. 에탈론 및 미러들의 크기 및 상대 위치에 의존하여, 상기 투과된 빔의 방향은 동일한 방향(도 8d에서 출사 빔(804'))에 있거나 또는 입사 빔(800)에 대해 반대 방향(도 8e에서 출사 빔(804"))이 될 수 있다. 에탈론을 통한 각각의 통과 및 투과에 기인한 투과 프로파일의 증가는 높은 소멸을 이끌 수 있다.
도시된 바와 같이, 도 8e 및 8d에서, 에탈론 상의 입사 빔(800)의 각도는 0이 아니다. 도 8f 및 도 8g에 도시된 일부 변화된 예들에서, 입사각은 실질적으로 0이 될 수 있다. 이를 위해, 2 개보다 많은 미러들 또는 반사 표면들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 에탈론들 및 미러들이 도 8h에 도시된 바와 같이 이용될 수 있다.
예로서, 도 10a-도 10c는 광 입사 빔의 1, 2 및 3 반사들을 갖는 도 8a 및 8b를 참조하여 기술된 노치 필터로 얻어진 실험 데이터를 도시한다. 10 dB 소멸보다 크게 단일 반사로 달성될 수 있지만(도 10a), 3 회의 반사들이 사용될 때 약 30 dB이 실현될 수 있다(도 10c). 에탈론의 반사면에 대한 법선에 대해 약 0.6 도의 입사각으로, 도 10a-도 10c는 다중 반사들을 갖는 개선된 확장을 확실히 보여주고 있다.
예로서, 도 11은 본 발명에 따른 노치 필터를 사용하여 측정된 전체의 투과 및 레이저 라인 제거 비율을 도시한다. 1에서 5로 반사의 횟수가 증가함에 따라 제거 비율이 40 dB보다 크게 증가되었고, 전체적인 투과 비율이 50 %보다 우수했다.
다른 예로서, 도 12a-도 12f 및 도 13a-도 13f는 본 발명에 따른 필터들의 작동 원리를 도시하는 수치적 시뮬레이션 결과들을 도시한다. 도 3a- 도 3d를 참조하여 기술된 바와 같은 에탈론 파라미터들이 주파수 로킹/클린업 필터 및 노치 필터로서 사용되었다. 브릴루인 신호는 레이저 라인보다 약 50 dB 낮게 설정되었다.
노치 필터가 주의 깊게 정렬된 후에, 기술된 바와 같이, 상기 노치를 에탈론의 투과 프로파일과 매칭하도록(도 12a, 도 13a) 레이저 라인이 로킹되었다. 대역 통과 클린업 필터는 노치 필터와 동일한 FSR을 공유한다(도 12b, 도 13b). 시뮬레이션된 신호가 도 12c 및 도 13c에 도시된다. 검출된 결합된 신호(녹색 라인)는 레이저 라인(파란색 도트)과 신호 라인(빨간색 마커)의 조합이다. 레이저 라인과 투과/클린업 필터 사이 및 반사 프로파일과 브릴루인 신호 사이의 관계는 도 12d, 도 13d 및 도 12e 및 도 13e에 각각 도시된다.
도 12f 및 도 13f에 도시된 바와 같이, 신호 라인은 상기 신호 내에 유지되는 반면, 레이저 라인은 최종 결과 스펙트럼에서 억제된다. 도 12d 및 도 13d에 각각 도시된 바와 같이, 주파수-로킹 필터의 단일 및 다중-투과 구성을 또한 사용할 수 있다. 도 12f 및 도 13f는, 원하는 신호가 백그라운드 레이저 라인보다 50 dB 낮을 때, 1- 및 3-패스 투과를 갖는 필터 결과들을 도시한다. 3-투과 플러스 3-반사 노치 필터는 약 120-dB 제거를 제공하고, 필터링된 스펙트럼에서 20 dB 신호 대 백그라운드 비율("SBR")로 이끌어, 레이저 스펙트럼에서 ASE 성분의 추가적인 억제가 상기 SBR을 더 향상시킬 수 있게 되는 것을 보여준다.
예로서, 도 14는 도 2d를 참조하여 기술된 시스템을 사용하여 측정된 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 샘플로부터 브릴루인 산란 신호의 스펙트럼을 도시한다. 기술된 바와 같이, 레이저 주파수는 에탈론에 기초한 대역 통과 필터를 사용하고 있다. 획득 신호는 2 단계 가상 이미지화된 위상 어레이(VIPA) 기반의 분광계에 들어가기 전에, 노치 필터를 통해 통과되었고 이미징 시스템에 통합되었다. 이러한 구성에서, 주파수-로킹 에탈론(도 2d에서의 제 1 필터(274))은 투과 피크를 노치 필터(도 2d의 제 2 필터(292))의 저지 대역에 매칭시키기 위해 작은 각으로 기울어지게 했다. 따라서, 레이저 라인이 억제된다. 도 14로부터 알 수 있듯이, 3 회 및 4 회 반사들을 사용하여 레일리(Rayleigh) 산란 신호의 억제가 달성되었다.
전술한 바와 같은 시스템을 사용하여, 인간 공막으로부터의 신호들의 기록들이 도 15a 및 도 15b에 도시된다. 특히, 780 nm 중심 파장 및 80 mW 출력을 갖는 외부 다이오드 레이저가 광학 소스로서 채택되었다. 기술된 바와 같은 주파수 로킹 필터와 노치 필터가 사용되었다. 광이 샘플 암으로 전달되어 샘플과 부딪쳤다. 수집된 후방 산란 신호는 단일 모드 섬유로 결합되어 다중 반사 노치 필터(5 회 반사)를 통과한 다음 2 단계 VIPA 분광계로 지향되었다. 데이터 기록을 위해 EMCCD가 사용되었다. 활성 주파수 로킹이 전술한 바와 같이 이용되었다. 브릴루인 산란된 신호는 잔류 탄성 산란 노이즈에도 불구하고 명확하게 관찰되었다. 로렌츠 함수(Lorentzien function)에 의한 커브 피팅(curve fitting)을 사용하여 브릴루인 주파수 시프트들이 결정되었다. 강한 산란이 있는 탁한 생체 조직의 이미징은 도전적인 사항이 되는데, 이는 후방 산란된 신호에서의 강한 탄성 산란에 기인한다. 40 dB의 소멸 비율을 갖는 노치 필터는 공막 브릴루인 분광계 및 탁한 조직의 브릴루인 이미징을 가능하게 했다.
또 다른 예로서, 도 16a-도 16c 및 도 17a-도 17c는 본 발명에 따른 다중 투과 대역 통과 필터의 시뮬레이션들을 도시한다. 도 2b를 참조하여 기술된 구성이 사용되었다. 출력 레이저 주파수가 클린업 필터(도 16a)의 투과 피크에 로킹되어 있는 동안, 대역 통과 필터의 통과 대역은 레이저 라인으로부터 약 7.5 GHz 떨어진 관심 라인과 겹치도록 튜닝되었다(도 16b). 다중 통과(본 예에서 3 회의 통과)는 높은 투과 소멸을 가능하게 했다(도 16c). 본 예에서, 레이저 라인 신호는 약 90 dB만큼 억제되었다. 원하는 SBR이 거의 30 dB로 증가되었다. 이러한 구성은 브릴루인 산란 신호의 스토크(Stoke) 및 안티-스토크(anti-Stokes) 피크들 중 하나가 픽업되는 것을 가능하게 했다. 일부 구현들에서, 스토크 및 안티-스토크 피크들을 동시에 기록하기를 원할 수 있다. 이러한 것은 도 17a 내지 도 17c에 도시된 바와 같이, 단일 에탈론의 2 개의 투과 피크들을 사용함으로써 실현될 수 있다.
여기에 기술된 기술들의 다양한 양상들을 설명하는 다른 결과들도 또한 달성되었다. 예를 들어, 셋업을 사용하여 살아있는 돼지 안구(fresh porcine eyeballs)의 브릴루인 이미징이 수행되었다. 조직 표면 또는 상피 아래의 약 100 내지 200 μm의 깊이 범위로부터 브릴루인 산란 신호가 얻어졌다. 레이저 파워(laser power)는 샘플 표면 상에서 약 5 mW 였다. 사람의 경우 공막 및 결막의 최대 노출 수준은 망막 손상의 위험이 적용되지 않기 때문에 각막의 노출 수준보다 높다. 결막의 광 산란 계수들은 닭 가슴살 조직의 광 산란 계수와 유사한 것으로 알려져 있으며, 공막으로부터의 광 산란은 결막의 산란보다 약 10 배 더 강하다. 광 산란의 양에 비례하여 감소된 신호 강도를 보상하기 위해, 각막, 결막, 및 공막에 대해 1, 2, 및 4 초의 서로 다른 EM-CCD 통합 시간이 각각 사용되었다. 상기 결막 조직은 각막보다 현저히 높은 브릴루인 시프트를 보였으며 상기 공막은 훨씬 더 높은 브릴루인 시프트를 보였다. 보고된 돼지 조직의 영의 계수(Young's moduli)의 전형적인 범위는 약 1-4 MPa의 공막 조직이며 각막에 대한 약 0.1 내지 0.5 MPa보다 훨씬 높다. 780 nm의 광 파장에서 공막으로부터의 전형적인 브릴루인 주파수 시프트는 약 6.1 내지 6.5 GHz 이었으며, 이는 각막에 대한 대략 5.4 GHz 및 결막에 대한 대략 5.6 GHz의 브릴루인 시프트들과는 통계적으로 상당히 상이하였다. 광학 소스의 파장은 상이한 상황들에서 요구될 수 있는 다양한 특성들에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 더 긴 파장은 일부 표적 조직에 대해 더욱 큰 관통을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광학 소스의 파장은 약 750 nm와 1500 nm 사이에 있다.
이러한 조합 및 서브 조합에 적합한 특징들은 본 출원의 전체적인 검토를 통해 당업자에게는 명백할 것이다. 본 명세서 및 청구된 청구 범위에 기술된 청구 대상은 기술에서의 모든 적절한 변경들을 커버하고 수용하도록 의도한다.
Claims (18)
- 표적에 대해 분광법(spectroscopy)을 수행하기 위한 시스템에 있어서,
광학 어셈블리를 포함하며,
상기 광학 어셈블리는:
표적으로 지향되는 하나 이상의 주파수들에서 광을 생성하도록 구성된 광학 소스;
상기 표적으로부터 나오는 원하는 광 신호들을 선택하도록 구성된 적어도 하나의 광학 필터로서, 상기 적어도 하나의 광학 필터는 에탈론(etalon) 및 상기 에탈론 외부의 적어도 하나의 반사 표면을 포함하며, 상기 적어도 하나의 반사 표면은 상기 에탈론으로부터 반사된 입사 빔을 적어도 한 번 상기 에탈론으로 재지향하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 광학 필터; 및
상기 적어도 하나의 광학 필터에 결합된 가상 이미지화된 위상 어레이(virtually imaged phased array)를 포함하는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 필터는 노치 필터를 포함하는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 소스는 다이오드 레이저 또는 반도체 레이저를 포함하는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 가상 이미지화된 위상 어레이는 상기 원하는 광 신호들을 검출하도록 구성된 이미저(imager)에 결합되는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 소스와 상기 표적 사이에 배치되어, 상기 광학 소스에 의해 생성된 광 내의 노이즈 백그라운드를 감소시키도록 구성된 다른 필터를 더 포함하는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 다른 필터는 다른 에탈론 및 상기 에탈론 외부의 적어도 하나의 다른 반사 표면을 포함하는 대역 통과 필터이며, 상기 적어도 하나의 다른 반사 표면은 상기 다른 에탈론을 통해 투과된 빔을 적어도 한 번 상기 다른 에탈론으로 재지향하도록 구성되는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 대역 통과 필터는 복수의 에탈론들을 포함하는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 6 항에 있어서,
적어도 상기 광학 소스를 제어하도록 구성된 컴퓨터를 더 포함하는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 컴퓨터는 또한 상기 대역 통과 필터의 주파수를 매칭하기 위해 상기 광학 소스의 출력을 적응시키도록 구성되는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 컴퓨터는 또한 상기 입사 빔에 대한 상기 에탈론의 배향을 제어함으로써 또는 상기 에탈론에 의해 샘플링된 온도를 제어함으로써 사용하는 상기 적어도 하나의 광학 필터를 튜닝하도록 구성되는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 10 항에 있어서,
대략 20 C와 50 C 사이의 범위에 걸쳐 상기 온도를 적응시키도록 구성되는 인클로저를 더 포함하는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 필터는 적어도 30 dB의 레벨에서 원하지 않는 광 신호들의 소멸(extinction)을 제공하도록 구성되는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 원하는 광 신호들 및 원하지 않는 광 신호들은 대략 1 나노미터 미만의 파장에 의해 분리되는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 에탈론은 약 20 미만의 피네스(finesse)를 가지며, 상기 적어도 하나의 반사 표면은 상기 에탈론으로부터 반사된 적어도 3 개의 상이한 입사 빔들을 상기 에탈론으로 재지향시키도록 구성되는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 에탈론은 약 5 이상의 피네스를 가지며, 상기 적어도 하나의 반사 표면은 상기 에탈론으로부터 반사된 최대 5 개의 상이한 입사 빔들을 상기 에탈론으로 재지향시키도록 구성되는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 소스는 상기 에탈론의 자유 스펙트럼 범위에 적어도 일부 기초하는 자유 스펙트럼 범위를 갖는 대역 통과 필터에 결합되는, 표적에 대해 분광법을 수행하기 위한 시스템. - 입사 빔으로부터 분리된 광 신호들을 선택하도록 구성된 광학 필터로서, 상기 광학 필터는 에탈론 및 상기 에탈론 외부의 적어도 하나의 반사 표면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 반사 표면은 상기 에탈론으로부터의 반사된 빔을 적어도 한 번 상기 에탈론으로 재지향하도록 구성되는, 상기 광학 필터; 및
상기 광학 필터에 결합된 가상 이미지화된 위상 어레이를 포함하는, 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 반사된 빔을 상기 에탈론으로 재지향시키도록 구성된 다른 에탈론을 더 포함하는, 장치.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662294781P | 2016-02-12 | 2016-02-12 | |
| US62/294,781 | 2016-02-12 | ||
| PCT/US2017/017643 WO2017139747A1 (en) | 2016-02-12 | 2017-02-13 | A system for performing spectroscopy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180112834A true KR20180112834A (ko) | 2018-10-12 |
Family
ID=59563676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020187026334A KR20180112834A (ko) | 2016-02-12 | 2017-02-13 | 분광법을 수행하기 위한 시스템 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11333551B2 (ko) |
| EP (1) | EP3414535A4 (ko) |
| JP (1) | JP6941107B2 (ko) |
| KR (1) | KR20180112834A (ko) |
| CN (1) | CN109073459B (ko) |
| AU (1) | AU2017218000B2 (ko) |
| BR (1) | BR112018016506B1 (ko) |
| CA (1) | CA3014323A1 (ko) |
| IL (1) | IL261121B2 (ko) |
| MX (1) | MX2018009833A (ko) |
| WO (1) | WO2017139747A1 (ko) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018140602A1 (en) | 2017-01-27 | 2018-08-02 | University Of Maryland, College Park | Methods and devices for reducing spectral noise and spectrometry systems employing such devices |
| KR102394398B1 (ko) * | 2019-06-03 | 2022-05-06 | 주식회사 브릴리온포토닉스 | 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치 |
| US11422029B1 (en) * | 2019-11-22 | 2022-08-23 | Intelon Optics, Inc. | Managing stability in spectroscopy measurement systems |
| CN111122594A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-05-08 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种利用荧光增强法检测光学元件亚表面缺陷的方法 |
| CN117043582A (zh) * | 2021-04-20 | 2023-11-10 | 芒斯特森斯技术有限公司 | 具有箱式锁定的超快激光成像 |
| CN113776565A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-12-10 | 田斌 | 一种水下布里渊散射光谱测量装置及测量方法 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3729261A (en) * | 1971-06-21 | 1973-04-24 | Rca Corp | Stabilized multipass interferometer |
| US5172383A (en) * | 1990-09-19 | 1992-12-15 | At&T Bell Laboratories | Mode partition noise screening apparatus |
| US5056101A (en) * | 1990-09-19 | 1991-10-08 | At&T Bell Laboratories | Mode partition screening apparatus |
| US5666225A (en) | 1996-02-26 | 1997-09-09 | Jds Fitel Inc. | Multi-pass etalon filter |
| US6201909B1 (en) * | 1996-10-25 | 2001-03-13 | Arroyo Optics, Inc. | Wavelength selective optical routers |
| US6262822B1 (en) * | 1998-05-13 | 2001-07-17 | Jds Fitel Inc. | Circuit for monitoring optical signals |
| US6243170B1 (en) * | 1999-02-04 | 2001-06-05 | Cymer, Inc. | Double pass etalon spectrometer |
| US6061129A (en) * | 1999-01-22 | 2000-05-09 | Cymer, Inc. | Compact high resolution grating spectrometer |
| US6359693B2 (en) * | 1999-02-04 | 2002-03-19 | Cymer, Inc. | Double pass double etalon spectrometer |
| US6747741B1 (en) * | 2000-10-12 | 2004-06-08 | Lambda Physik Ag | Multiple-pass interferometric device |
| US6792010B2 (en) | 2002-12-20 | 2004-09-14 | Picarro, Inc. | Laser with reduced parasitic etalon effects |
| JP4364617B2 (ja) * | 2003-05-28 | 2009-11-18 | 株式会社光学技研 | 複合型エタロン素子及び該複合型エタロン素子を用いたレーザ装置 |
| DE102005027315B4 (de) * | 2005-06-13 | 2010-01-14 | Sirah Laser- Und Plasmatechnik Gmbh | Optimierung der Modenselektion in einem Laserresonator |
| WO2008137637A2 (en) * | 2007-05-04 | 2008-11-13 | The General Hospital Corporation | Methods, arrangements and systems for obtaining information associated with a sample using brillouin microscopy |
| US7898656B2 (en) | 2008-04-30 | 2011-03-01 | The General Hospital Corporation | Apparatus and method for cross axis parallel spectroscopy |
| CN102299472B (zh) | 2011-07-12 | 2012-11-21 | 天津奇谱光电技术有限公司 | 光频率精密可调谐激光器 |
| WO2014205145A1 (en) | 2013-06-18 | 2014-12-24 | Avedro, Inc. | Systems and methods for determining biomechanical properties of the eye for applying treatment |
-
2017
- 2017-02-13 IL IL261121A patent/IL261121B2/en unknown
- 2017-02-13 AU AU2017218000A patent/AU2017218000B2/en active Active
- 2017-02-13 JP JP2018542285A patent/JP6941107B2/ja active Active
- 2017-02-13 WO PCT/US2017/017643 patent/WO2017139747A1/en active Application Filing
- 2017-02-13 MX MX2018009833A patent/MX2018009833A/es unknown
- 2017-02-13 KR KR1020187026334A patent/KR20180112834A/ko not_active Application Discontinuation
- 2017-02-13 EP EP17750951.0A patent/EP3414535A4/en active Pending
- 2017-02-13 BR BR112018016506-9A patent/BR112018016506B1/pt active IP Right Grant
- 2017-02-13 US US16/077,189 patent/US11333551B2/en active Active
- 2017-02-13 CA CA3014323A patent/CA3014323A1/en active Pending
- 2017-02-13 CN CN201780023319.8A patent/CN109073459B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL261121B (en) | 2022-11-01 |
| US11333551B2 (en) | 2022-05-17 |
| US20210181018A1 (en) | 2021-06-17 |
| JP2019510212A (ja) | 2019-04-11 |
| WO2017139747A1 (en) | 2017-08-17 |
| CN109073459A (zh) | 2018-12-21 |
| EP3414535A4 (en) | 2019-10-23 |
| JP6941107B2 (ja) | 2021-09-29 |
| MX2018009833A (es) | 2018-09-11 |
| EP3414535A1 (en) | 2018-12-19 |
| BR112018016506B1 (pt) | 2022-12-13 |
| BR112018016506A2 (pt) | 2018-12-26 |
| AU2017218000B2 (en) | 2022-03-10 |
| IL261121B2 (en) | 2023-03-01 |
| CA3014323A1 (en) | 2017-08-17 |
| AU2017218000A1 (en) | 2018-08-30 |
| CN109073459B (zh) | 2021-01-15 |
| IL261121A (en) | 2018-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2017218000B2 (en) | A system for performing spectroscopy | |
| JP7002407B2 (ja) | 波長同調発信源装置 | |
| JP5558839B2 (ja) | 角度走査及び分散手順を用いて波長掃引レーザを利用するための方法、構成及び装置 | |
| JP5898077B2 (ja) | Ｏｃｔ医療用画像化のためのフィルタａｓｅ掃引源 | |
| JP4956540B2 (ja) | 低減された実効線幅を有する光コヒーレンス撮像システム及びそれを使用する方法 | |
| US11239626B2 (en) | Multi-pass etalon filter | |
| KR20190032601A (ko) | 광대역 소스로부터 다중 채널 조정 가능한 조명을 생성하는 시스템 및 방법 | |
| US9188538B2 (en) | Raman microscope and Raman spectrometric measuring method | |
| US20190028641A1 (en) | Systems and methods for high resolution imaging using a bundle of optical fibers | |
| JP4640577B2 (ja) | 光スペクトラムアナライザ | |
| US9128059B2 (en) | Coherent anti-stokes raman spectroscopy | |
| US7310357B2 (en) | Providing low-coherence light | |
| EP1211827A2 (en) | Optical signal monitoring system and method of optical signal monitoring | |
| JP2021526632A (ja) | 複合マルチスペクトルラマン分光測定方法及び装置 | |
| CN108666859A (zh) | 一种基于可调谐滤波器的波长扫描的光纤激光器 | |
| US6864980B2 (en) | Linear filter based wavelength locking optical sub-assembly and associated methods | |
| US20140209795A1 (en) | High resolution fast tunable filter using a tunable comb filter | |
| Slattery et al. | SPDC correlated photon source filtered for narrowed bandwidth using volume Bragg grating | |
| WO2015151077A1 (en) | Wavelength selector | |
| CN109765702A (zh) | 结合相干和非相干机制的可调谐多抽头微波光子滤波器 | |
| JP2015050214A (ja) | 光源装置および該光源装置を備える光断層画像撮像装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |