KR20230048372A - 전체-필드 브릴루앙 현미경 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

브릴루앙 산란광 검출을 위한 전체 시야 현미경 방법은 샘플의 2차원 평면을 제1 파장을 갖는 조사광으로 조명하는 것을 포함한다. 2-차원 평면에서 방출된 광을 수집할 수 있다. 상기 방출된 광은 조사 광과 샘플의 상호 작용으로 인해 발생하는 브릴루앙 산란광을 포함한다. 브릴루앙 산란광은 제1 파장에서 이동된 제2 파장을 가질 수 있다. 수집된 광은 펌핑 광에 의해 조명되는 가스 또는 증기를 포함하는 스펙트럼 선택 조립체를 통과할 수 있다. 분광 선택적 조립 후 시료의 2-차원 평면에 있는 여러 지점에서 브릴루앙 산란광을 전기 광학 센서로 동시에 감지할 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 스펙트럼-선택 조립체는 브릴루앙 스펙트럼의 획득을 허용하도록 펌핑 광의 파장 또는 편광을 변경함으로써 변경될 수 있다.

Description

전체-필드 브릴루앙 현미경 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2020년 8월 4일에 출원된 "Systems and Methods for Full-field Brillouin Microscopy"라는 제목의 미국 가출원 번호 63/061,104의 이익을 주장하며, 이는 전체 내용이 참조로 본원에 포함된다.

연방 정부 지원 연구에 관한 진술

본 발명은 NSF(National Science Foundation)가 수여한 Award No. DBI1942003에 따라 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 갖는다.

본 발명은 일반적으로 브릴루앙 현미경에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전체-필드 브릴루앙 현미경을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

브릴루앙 광산란 분광법(Brillouin light scattering spectroscopy)은 어쿠스틱 포논(acoustic phonons) 측정을 통해 재료 특성의 비-침습적 특성화를 가능하게 한다. 그러나 브릴루앙 광산란 분광법은 1~10GHz 정도의 광 주파수 편이를 해결하기 위한 높은 스펙트럼 분해능과 편이되지 않은 광 신호 옆에 있는 약한 자발적 브릴루앙 시그니처(Brillouin signatures)를 감지하기 위한 높은 스펙트럼 소광 (예를 들어, 브릴루앙 신호보다 108배 더 강함)이 모두 필요하기 때문에 측정 관점에서 도전적이었다. 2-단계 가상 이미지 위상 배열(double-stage virtually imaged phase array(VIPA))를 사용하면 병렬 스펙트럼 검출로 측정이 크게 향상되어, GHz 미만의 분해능과 높은 처리량 효율성으로 전체 브릴루앙 스펙트럼을 한 번에 수집할 수 있다.

도 1은 이러한 2단계 VIPA 브릴루앙 광 산란 분광계(154)를 도시한다. 상기 분광계(154)는 샘플로부터 광(122)을 수신하는 제1 원통형 렌즈(100)를 포함할 수 있다. 제1 VIPA 에탈론(etalon) (102)은 제1 원통형 렌즈(100)의 초점면에 배치될 수 있다. 제2 원통형 렌즈(104)는 제1 VIPA 에탈론(102) 뒤에 배치될 수 있다. 따라서 제1 VIPA 패턴은 제2 원통형 렌즈(104)의 초점면(106)에서 관찰된다. 상기 평면(106)에서의 제1 VIPA 패턴은 구면 렌즈(108, 112)로 구성된 이미징 시스템을 통해 그리고 제2 VIPA 에탈론(110)을 통해 제2 초점면(114) 상에 이미징된다. 상기 분광계(154)의 각 단계에서, VIPA 에탈론(102, 110)은 에탈론 바로 뒤에 배치된 각각의 렌즈(104, 112)의 초점면(106, 114)에 스펙트럼 분산 패턴을 생성한다. 스펙트럼 분산 패턴(spectrally dispersed pattern)은 각 VIPA의 출력에서 전자기장의 푸리에 변환(Fourier transform)이다. 2-단계 분광계에서, 2개의 스펙트럼 분산 단계는 서로 직각으로 캐스케이드되고 각각의 스펙트럼 분산 패턴의 평면(106, 114)은 컨쥬게이트된다. 스펙트럼 분산된 패턴의 이미지는 이미징 시스템(119)에 의해 검출기(158)(예를 들어, CCD 카메라)에 투사되고, 패턴은 브릴루앙 신호(118)에 대응하여 형성된다.

이러한 2-단계 VIPA 분광계는 50ms에서 10s만큼 짧은 시간에 전체 브릴루앙-산란된 광 스펙트럼(Brillouin-scattered light spectrum)을 획득할 수 있다. 그러나, 포인트-스캐닝 브릴루앙 현미경(point-scanning Brillouin microscopy)은 본질적으로 획득 속도에 제한이 있기 때문에 더 넓은 영역을 측정하는 것은 여전히 어렵다. 자극 브릴루앙 산란(Stimulated Brillouin Scattering)은 획득 시간을 줄이기 위해 연구되었지만, 약간의 개선만 제공할 수 있었고 특히 살아있는 생물학적 샘플에 대한 시간 경과 실험의 경우 높은 입사력(high incident power)이 필요하다. 개시된 주제의 실시양태는 무엇보다도 상기 언급된 문제 및 단점 중 하나 이상을 다룰 수 있다.

개시된 주제 대상 시스템의 실시예는 가스의 원자 전자 전이에 대응하는 펌핑 광에 의해 조명되는 가스(또는 증기)를 포함하는 스펙트럼 선택적 조립체를 제공한다. 샘플의 단일 지점에 대한 전체 브릴루앙 스펙트럼(Brillouin spectrum)을 구별하기 위해 공간적 분리에 의존하는 대신, 개시된 현미경 시스템 및 방법은 후속 검출을 위해 샘플의 여러 지점에서 수집된 브릴루앙 산란광을 분리하기 위해 펌핑 광과 가스의 상호 작용으로 인한 좁은 선폭 투과(linewidth transmission)(예,≤ 200 MHz) 특성을 이용한다. 예를 들어, 스펙트럼 선택적 조립체는 레이저 유도 원형 이색성(LICD, Laser-induced circular dichroism) 필터를 포함할 수 있으며, 이로써 펌핑 광에 의한 내부 가스의 조명은 가스의 기저 상태(ground states) 또는 여기 상태(excited states)에 대응하는 파장에 대한 이색성(dichroism) 특성을 변경할 수 있다. 특정 파장에서 브릴루앙 산란광의 편광은 LICD 필터를 통과하여 변경할 수 있으며 하나 이상의 편광 광학 부품을 사용하여 변경된 편광을 선택할 수 있다. 브릴루앙 스펙트럼은 펌핑의 편광 및/또는 파장을 변경하는 등 LICD 필터의 조사창을 조정하여 얻을 수 있다.

개시된 브릴루앙 현미경(Brillouin microscopy) 시스템 및 방법은 대규모 다중화 스펙트럼 분석(massively multiplexed spectral analysis)을 제공함으로써 획득 속도의 현재 한계를 뛰어넘을 수 있다. 특히, 시료에서 수집된 빛의 모든 지점이 스펙트럼 선택 조립체로 이동하기 때문에 동시에 분석할 수 있다. 따라서 현미경 또는 이미징 시스템의 검출 아암에 통합될 때 스펙트럼 선택 조립체는 시야 내 모든 지점의 브릴루앙 특성을 동시에 분석할 수 있다. 더욱이, 검출 방식이 광의 물리적 분산에 기초하지 않기 때문에, 개시된 시스템 및 방법은 예를 들어 릴레이된 이미지 크기를 가스 셀 활성 영역 및 펌프 빔 직경(예, ~mm²)과 일치시킴으로써 무한 공간에서 광시트 이미징 트레인을 사용할 수 있다. 이전의 2-단계 VIPA 분광계와 비교할 때, 개시된 주제 대상의 실시예는 여러 지점에 대한 브릴루앙 스펙트럼을 획득하는 데 필요한 시간을 최소 10배 차이만큼 크게 줄일 수 있다.

하나 이상의 실시양태에서, 브릴루앙 산란광의 검출을 위한 전체 필드 현미경 방법(full-field microscopy method)은 제1 파장을 갖는 조사 광(interrogating light)으로 샘플의 2차원 평면을 조명하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 조사 광에 의해 조명된 2차원 평면으로부터 방출된 광을 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방출된 빛은 조사 광과 샘플의 상호 작용으로 인한 브릴루앙 산란 광을 포함할 수 있다. 브릴루앙 산란 광은 첫 번째 파장에서 이동된 두 번째 파장을 가질 수 있다. 이 방법은 또한 수집된 광을 펌핑 광에 의해 조명되는 가스 또는 증기를 포함하는 스펙트럼 선택적 조립체를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 전자광학 센서를 사용하여 스펙트럼 선택 조립체로부터 광을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 샘플 내 2차원 평면의 여러 지점에서 브릴루앙 산란광을 검출함으로써 동시에 검출할 수 있다.

하나 이상의 실시양태에서, 브릴루앙 산란 광 검출을 위한 전체 필드 현미경 시스템은 제1 광원, 조명 광학 조립체, 검출 광학 조립체 및 전기-광학 센서를 포함할 수 있다. 제1 광원은 제1 파장을 갖는 조사 광을 제공할 수 있다. 조명 광학 조립체는 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있고, 조명 광학 조립체는 조사 광으로 샘플의 2차원 평면을 조명하도록 구성될 수 있다. 검출 광학 조립체는 하나 이상의 렌즈 및 스펙트럼 선택적 조립체를 포함할 수 있다. 검출 광학 조립체는 조사 광에 의해 조명된 2차원 평면으로부터 방출된 광을 스펙트럼 선택 조립체를 통해 통과시키도록 구성될 수 있다. 방출된 광은 조사 광과 샘플의 상호 작용으로 인한 브릴루앙 산란 광을 포함할 수 있다. 브릴루앙 산란광은 첫 번째 파장에서 이동된 두 번째 파장을 가질 수 있다. 스펙트럼 선택 조립체는 펌핑 광에 의해 조명되는 가스 또는 증기를 포함할 수 있다. 전기-광학 센서는 스펙트럼 선택 조립체에서 빛을 감지할 수 있다. 샘플 내 2차원 평면의 여러 지점에서 브릴루앙 산란 광을 동시에 전기-광학 센서로 감지할 수 있다.

본 발명의 다양한 혁신기술 중 임의의 것은 조합하여 또는 개별적으로 사용될 수 있다. 이 요약은 아래의 상세 설명에서 추가로 설명되는 단순화된 형태의 개념을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 주제의 주요 특징 또는 본질적인 특징을 식별하기 위한 것이 아니며 청구된 주제의 범위를 제한하기 위해 사용하려는 것도 아니다. 개시된 기술의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 진행되는 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시양태를 설명할 것이며, 반드시 일정한 비율로 그려지지는 않을 것이다. 적용 가능한 경우, 기본 기능의 도면 및 설명을 돕기 위해 일부 요소를 단순화하거나 설명하지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 그림에서 빛의 전파는 표시되지 않았거나 광선 다이어그램을 사용하는 대신 블록 화살표 또는 실선/점선을 사용하여 설명되었다. 도면 전체에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 단일 포인트로부터의 브릴루앙-산란 광 스펙트럼(Brillouin-scattered light spectrum)의 검출을 위한 현미경 설정의 단순화된 개략도이다.
도 2a는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따른, 브릴루앙-산란광의 전체-필드 검출(full-field detection)을 위한 현미경 설정의 단순화된 개략도이다.
도 2b는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따른, 하나 이상의 추가적인 이미징 양식을 갖는 브릴루앙 현미경을 통합하는 설정의 단순화된 개략도이다.
도 3a는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따라 스펙트럼 선택을 위해 이용될 수 있는 루비듐(Rb) 가스의 동위원소에 대한 전자 전이를 도시한다.
도 3b는 Rb 가스의 동위원소에 대한 투과도 대 주파수의 그래프이다.
도 3c는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따른, 포화 프로브 빔에 의한 조명이 있거나 없는 Rb 동위원소 가스의 전송 대역의 그래프이다.
도 3d는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따라, 상기 가스에 좁은 원형 이색성 특징(narrow circular dichroism feature)을 생성하는 좌측 원형 편광 펌프 빔(left-handed circularly polarized pump beam)에 의한 ⁸⁷Rb 가스의 자기 서브-레벨의 포화를 도시한다.
도 3e는 도 3d의 원형 편광 이색성 특징에 기초한 ⁸⁷Rb 가스를 통한 빛의 투과를 나타낸다.
도 4a는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따른, 브릴루앙 현미경에서 사용하기 위한 스펙트럼-선택 조립체(spectrally-selective assembly)를 이용하는 예시적인 검출 아암(arm)을 보여준다.
도 4b는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따라 전송 튜닝을 위한 솔레노이드(solenoid for transmission tuning)를 갖는 스펙트럼-선택 조립체를 이용하는 또 다른 예시적인 검출 아암을 보여준다.
도 4c는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따른, 기울어진 펌핑 구성(skewed pumping configuration)을 갖는 스펙트럼-선택 조립체를 이용하는 또 다른 예시적인 검출 아암을 보여준다.
도 4d는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따라 직교 펌핑 구성(orthogonal pumping configuration)을 갖는 스펙트럼-선택 조립체를 사용하는 다른 예시적인 검출 아암을 보여준다.
도 5a는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따른 예시적인 전체-필드 브릴루앙 현미경 시스템을 보여준다.
도 5b는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따른 전체-필드 브릴루앙 및 형광 이미징 양식을 사용하는 예시적인 현미경 시스템을 보여준다.
도 5c는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따라 복조(demodulation)를 사용하는 또 다른 예시적인 전체-필드 브릴루앙 현미경 시스템을 보여준다.
도 5d는 개시된 주제 대상의 하나 이상의 실시양태에 따른 예시적인 단일-포인트 브릴루앙 현미경 시스템(single-point Brillouin microscope system)을 보여준다.
도 6은 개시된 기술이 구현될 수 있는 컴퓨팅 환경의 일반화된 실시예를 도시한다.
도 7a는 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=3) 전이에서 펌핑 광으로 조사된 ⁸⁷Rb 가스의 투과 스펙트럼 그래프이다.
도 7b는 데시벨 단위(dB)로 변환된 도 3a의 전송 스펙트럼을 도시한다.
도 8a는 펌핑 빛의 강도에 따라, ⁸⁷Rb 가스의 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=2) 전이에서 전송 그래프이며, 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=2) 전이에서 펌핑 광에 의해 조명된다.
도 8b는 펌핑 광의 강도에 따라, ⁸⁷Rb 가스의 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=2) 전이에서 투과 피크의 선폭(linewidth) 그래프이고, 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=2) 전이에서 펌핑 광에 의해 조명된다.
도 9a는 가스 온도의 함수로서, ⁸⁷Rb 가스의 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=2) 전이에서의 투과도 그래프이고, 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=2) 전이에서 펌핑 광에 의해 조명된다.
도 9b는 가스 온도의 함수로서, ⁸⁷Rb 가스의 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=2) 전이에서 투과 피크의 선폭 그래프이고, 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=2) 전이에서 펌핑 광에 의해 조명된다.
도 9c는 가스 온도의 함수로서 ⁸⁷Rb 가스의 소멸 그래프이다.
도 10a는 도플러-확장된(Doppler-broadened) ⁸⁷Rb F=2 밴드 내에서 상이한 주파수에 잠긴(lockes) 펌핑 광으로 조명된 ⁸⁷Rb 가스의 투과 스펙트럼의 그래프이다.
도 10b는 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=3)의 전이로부터 펌프 디튜닝의 함수로서 ⁸⁷Rb 가스의 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F′=2) 전이에서의 전송 그래프이다.
도 11은 스펙트럼-선택 조립체의 이미지 전송 성능을 특성화하기 위한 실험 장치를 보여준다.
도 12a는 도 11의 설정에 의해 획득된 해상도 테스트 차트의 로우 이미지(raw image)를 보여준다.
도 12b-12c는 각각 스펙트럼-선택 조립체의 펌핑 광 조명(pumping light illumination)이 있거나 없는 도 11의 설정에 의해 획득된 해상도 테스트 차트의 이미지를 보여준다.
도 12d는 스펙트럼-선택 조립체의 디튜닝된 펌핑 광 조명으로 도 11의 설정에 의해 습득된 해상도 테스트 차트의 이미지를 보여준다.

일반적 고려사항

상세설명은 본 개시된 실시예의 신규성, 특정 측면, 장점들을 기술하기 위함이다. 개시된 방법 및 시스템은 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 대신에, 본 개시발명은 모두 신규성을 지향하고 개시된 다양한 실시예의 자명하지 않은 특징 및 양태를 단독으로 그리고 구성의 다양한 조합 및 하위 조합을 지향한다. 이 방법 및 시스템은 임의의 특정 측면 또는 특징 또는 이들의 조합으로 제한되지 않으며, 개시된 실시예는 임의의 하나 이상의 특정 장점이 존재하거나 문제가 해결될 것을 요구하지 않는다. 임의의 실시예 또는 예로부터의 기술은 임의의 하나 이상의 다른 실시예 또는 예에서 설명된 기술과 결합될 수 있다. 개시된 기술의 원리가 적용될 수 있는 많은 가능한 실시예의 관점에서, 실시예된 실시예는 단지 실시예일 뿐이며 개시된 기술의 범위를 제한하는 것으로 받아들여서는 안 된다는 것을 인식해야 한다.

개시된 방법 중 일부의 동작이 편리한 표시를 위해 특정한 순차적인 순서로 설명되었지만, 아래에 설명된 특정 언어에 의해 특정 순서가 요구되지 않는 한 이러한 설명 방식은 재배열을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 순차적으로 기술된 동작들은 경우에 따라 재배치되거나 동시에 수행될 수 있다. 더욱이, 단순화를 위해, 첨부된 도면은 개시된 방법이 다른 방법과 함께 사용될 수 있는 다양한 방식을 나타내지 않을 수 있다. 추가적으로, 설명은 때때로 개시된 방법을 설명하기 위해 "제공하다" 또는 "달성하다"와 같은 용어를 사용한다. 이러한 용어는 수행되는 실제 작업의 상위 수준 추상개념이다. 이러한 용어에 해당하는 실제 조작은 특정 구현에 따라 달라질 수 있으며 숙련된 자가 쉽게 식별할 수 있다.

개시된 수치 범위는 달리 언급되지 않는 한 종료점을 포함하여 범위 내의 각각의 불연속 지점을 언급하는 것으로 이해되어야 한다. 달리 명시하지 않는 한, 명세서 또는 청구범위에 사용된 성분, 분자량, 백분율, 온도, 시간 등의 양을 나타내는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 함축적으로 또는 명시적으로 나타내지 않거나, 또는 보다 명확된 구조물을 가진 발명에서 문맥이 숙련된 자에 의해 적절히 이해되지 않는 것을 제외하고, 제시된 수치 파라미터는 근사값으로서, 표준 테스트 조건/방법 하에서 찾고자 하거나 제한하고자 하는 등 바람직한 특성에 의존적이 될 수 있다. 실시예를 논의된 선행 기술과 직접적이고 명시적으로 구별할 때, “약”이라는 단어가 언급되지 않는 한 실시예 번호는 근사치가 아니다. "실질적으로", "대략", "약" 또는 이와 유사한 언어가 특정 값과 함께 명시적으로 사용될 때마다 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 해당 값의 최대 10%까지의 변형이 의도된다. 도면 및 원리의 논의를 용이하게 하기 위해 지침 및 기타 관련 참조가 사용될 수 있지만 제한하려는 의도는 아니다. 예를 들어, "안", "바깥", "상부", "하부", "맨위", "바닥", "내부", "외부", "왼쪽", "오른쪽", “앞면”“뒤면”“후방”등 이와 같은 특정 용어가 사용될 수 있다. 이러한 용어는 적용 가능한 경우 특히 실시예된 실시예와 관련하여 상대적인 관계를 다룰 때 설명의 명료성을 제공하기 위해 사용된다. 그러나 이러한 용어는 절대적인 관계, 위치 및/또는 방향을 의미하지는 않는다. 예를 들어, 물체의 경우, 물체를 뒤집는 것만으로 "상부" 부분이 "하부" 부분이 될 수 있다. 그럼에도 불구하고 여전히 같은 부분이고 대상은 동일하게 유지된다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "구성하는"은 "포함하는"을 의미하고, 단수 형태 "a" 또는 "an" 또는 "the"는 문맥상 분명하게 달리 지시하지 않는 한 복수 참조를 포함한다. "또는"이라는 용어는 문맥상 명백하게 다르게 나타내지 않는 한, 명시된 대체 요소 중 단일 요소 또는 둘 이상의 요소의 조합을 의미한다.

여기에 제시된 구성요소, 변수, 작동 조건 등에 대한 대안이 존재하지만, 이런 대안들이 반드시 동등하거나 똑같게 수행된다는 의미는 아니다. 달리 명시되지 않는 한 대안이 선호하는 순서대로 나열된다는 의미도 아니다. 달리 명시되지 않는 한, 아래에 정의된 임의의 그룹은 치환되거나 치환되지 않을 수 있다.

달리 설명되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시 내용이 속하는 기술 분야의 숙련자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기에 개시된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료는 아래와 같다. 재료, 방법, 예는 실시예일 뿐이며 제한적이지 않다. 현재 개시된 주제 대상의 특징은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.

용어 설명

특정 용어 및 약어에 대한 다음 설명은 개시된 주제의 다양한 양태의 설명을 용이하게 하고 개시된 주제 대상을 실습하는 숙련자에게 안내하기 위해 제공된다.

빛 또는 광학: 가시광선 또는 근적외선(NIR) 배치에서 전자기 방사선, 예를 들어, 380nm 내지 2500nm사이의 파장 포함

원자증기 셀(Atomic Vapor Cell): 하나 이상의 광학적으로 투명한 창이 있고 가스 상태(순수 가스 또는 증기)의 단일 특정 원자 원소 동위원소를 포함한 기밀 인클로저(a gas-tight enclosure)(예: 세슘(Cs), 칼륨(K), 나트륨(Na) 또는 루비듐(Rb)), 이들의 전자 전이는 본 명세서에 기술된 바와 같이 좁은 선폭(예를 들어, ≤ 200MHz) 선택을 제공하는 데 사용될 수 있다.

투과창: 다른 주파수(예: 대역 외부)에 비해 더 적은 감소(예: 최소 1%의 투과)로 원자 증기 전지를 통과할 수 있는 단일 광 주파수(주파수 대역 (예, ~200MHz)). 일부 실시양태에서, 투과창은 적어도 20dB의 스펙트럼 소멸(예, 대역내 광에 비해 대역외 광의 감소)을 초래할 수 있다.

서론

에탈론 기반 분광기에서, 빛이 공간 방향을 따라 분산되며, 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 유사한 방식이다. 이와 같이 다중화 분석은 제한적이거나 어려울 수 있다. 또한 세포 또는 조직 응용분야의 경우, 브릴루앙 분광법은 10MHz 이하의 스펙트럼 정밀도가 필요하다. 그러나 에탈론 기반 분광계는 일반적으로 ~500MHz의 분해능을 가지므로, 피크 최적화하는데 요구되는 시간이 늘어날 수 있다. 대조적으로, 개시된 주제의 실시예는 통과하는 브릴루앙 산란광에 대한 스펙트럼 선택을 제공하기 위해 펌핑 광에 의해 조명되는 가스를 이용하는 브릴루앙 현미경 시스템을 제공하여, 스펙트럼 분석의 대규모 다중화 분석을 가능하게 한다. 또한 원자 가스(또는 증기)는 ~MHz 자연 선폭의 전자 전이를 특징으로 하여, 높은 처리량을 제공하고 극도의 주파수 안정성을 제공할 수 있다.

일부 실시양태에서, 스펙트럼 선택 조립체는 레이저 유도 원형 이색성(LICD) 필터를 포함하고, 여기에서 펌핑 광에 의한 내부 가스의 조명은 가스의 기저 상태 또는 여기 상태에 대응하는 파장에 대한 이색성 특성을 변경할 수 있다. 특정 파장에서 브릴루앙 산란광의 편광은 LICD 필터를 통과하여 변경할 수 있으며 하나 이상의 편광 광학 부품을 사용하여 변경된 편광을 선택할 수 있다. 브릴루앙 스펙트럼은 예를 들어 펌핑의 파장 및/또는 편광을 변경하여 LICD 필터의 조사 창을 조정하여 얻을 수 있다.

일부 실시양태에서, 스펙트럼 선택 조립체는 전체 필드 브릴루앙 분석을 지원하다. 샘플로부터 수집된 빛의 모든 지점이 동일한 가스 셀로 이동하기 때문에 동시에 분석할 수 있다. 따라서 현미경 또는 이미징 시스템의 검출 아암 (arm)에 통합될 때 분광 선택 조립체는 시야 내 모든 지점의 브릴루앙 특성(예: 브릴루앙 산란광의 주파수 이동, 선폭 또는 강도)을 동시에 분석할 수 있다. 일부 실시양태에서, 샘플은 광시트에 의해 조명된다(예, 샘플 내의 2차원 평명을 동시에 조명하기 위해). 스펙트럼 선택 조립체는 빛의 물리적 분산을 기반하기 않기 때문에 예를 들어 전송된 이미지 크기를 스펙트럼 선택 조립체의 활성 영역(예,가스 셀의 활성 영역) 및 펌프 빔 직경(예, ~mm²)에 일치시킴으로써 무한대 공간에서 광 시트 이미징 트레인에 통합될 수 있다.

예를 들어, 그림. 도 2A는 샘플(202)을 조사하기 위한 실시예적인 전체 필드 브릴루앙 현미경 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은 조명 광학 조립체(206)를 통해 조사 광(210)을 제1 광학 축을 따라 샘플로 향하게 하는 조사 광원(204)(예를 들어, 제1 파장을 갖는 레이저 방출 광)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 조명 광학 조립체(206)는 샘플(202)의 여러 지점의 동시 조명을 허용하기 위해 질문 광을 조명의 쌍곡선 시트(210)(여기서는 광 시트라고도 함)로 형성한다. 조명 광학 조립체(206)는 광원(204)으로부터 광 시트로 빔을 형성하도록 구성된 하나 이상의 렌즈(208)(예, 현미경 대물렌즈 등)를 포함할 수 있다.

시스템(200)은 제2광학 축을 따라 샘플로부터 방출된 빛(222)(예, 브릴루앙 산란광)을 스펙트럼 선택 조립체(218)을 통해 수집하고 수집된 빛을 전기 광학 센서(232)(예, 2차원 이미징 검출기, 전하결합소자(CCD), 상보적 금속-산화물-반도체(CMOS) 장치 등) 포함할 수 있다. 스펙트럼-선택 조립체(218)는 펌핑 광원(226)(예, 제2 파장을 갖는 레이저 방출 광)으로부터의 펌프 빔(228)에 의해 조명되는 가스(또는 증기)를 포함하는 원자 증기 셀(224)을 포함할 수 있다. 도 2A의 단순화한 도식에서, 광(222)은 제2 광축을 따라서만 방출되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 숙련자는 브릴루앙 산란광이 3차원으로 방출된다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시양태에서, 제1 광학 축과 제2 광학 축 사이의 각도(236)는 검출 광학 조립체(216)에 의해 수집될 브릴루앙 산란광의 특정 파장, 예를 들어, 스펙트럼-선택 조립체(218)에 의해 구별되는 것과 일치하는 파장에 대해 선택될 수 있다.

일부 실시양태에서, 스펙트럼-선택 조립체(218)는 전자-광학 센서(232)에 의해 검출될 수집된 광(222)의 특정 파장을 선택하기 위해 원자 증기 셀(224)과 조합하여 작동하는 하나 이상의 광학 구성요소(230)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프 빔(228)의 파장은 검출될 브릴루앙 산란광의 파장과 실질적으로 일치하고 원자 증기 전지(224) 내의 가스의 원자 전자 전이와 실질적으로 일치하도록 선택될 수 있다. 이로써 펌프 빔(228)에 의한 가스의 조명은 가스의 하나 이상의 광학 특성(예, 흡수, 이색성, 편광, 복굴절 등)을 변경할 수 있다. 브릴루앙 산란광을 선택하고 다른 광은 선택 해제(예, 가스를 흡수하거나 편광이 차단된 광학 구성요소(230)를 가짐) 하도록 하기 위해, 이는 이하에서 더 상세히 설명된다.

일부 실시양태에서, 시스템(200)은 컨트롤러(234)(또는 총체적으로 컨트롤러로 지칭될 수 있는 다수의 제어 유닛)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(234)는 조사 광원(204), 펌핑 광원(226) 및/또는 전자-광학 센서(232)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 컨트롤러(234)는 샘플의 이미징 및/또는 분광 분석을 수행하기 위해 결합된 구성요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(234)는 펌프 빔(228)의 파장 및/또는 편광을 변경하여 스펙트럼 선택 조립체의 투과창을 변경하도록 펌핑 광원(226)을 제어할 수 있고, 따라서 다른 주파수에서 전체 필드 브릴루앙 산란광을 수집할 수 있다. 펌핑 광원(226)의 이러한 튜닝 제어는 수집된 광에 대해 다양한 주파수(예, ~500MHz 범위 내의 ~10-20개의 상이한 주파수)를 통해 스윕하기 위해 증기 셀(224)의 다중 원자 전자 전이에 대해 반복될 수 있고, 브릴루앙 스펙트럼을 획득이 가능해진다. 샘플(202)(예: 필드 내의 모든 지점 또는 사용자가 선택한 일부 지점의 서브세트)의 여러 지점을 동시에 분석하는 기능은 브릴루앙 분광법의 획득 시간을 줄일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 스펙트럼당 픽셀당 유효 획득 시간은 마이크로초 수준(예, 파장당 픽셀당 ~10μs 또는 스펙트럼당 픽셀당 ~100-200μs)일 수 있다.

일부 실시양태에서, 컨트롤러(234)는 전기-광학 센서(232)로부터 검출된 광을 나타내는 신호(예, 2차원 어레이 픽셀에서 각 픽셀에 대한 강도 값)를 처리할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(234)는 조사광(210)에 의해 조명되는 2차원 평면의 각 지점에 대해 획득한 브릴루앙 스펙트럼으로부터 적어도 하나의 특성을 추출할 수 있다. 이러한 속성에는 브릴루앙 산란광의 주파수 편이, 선폭 및 강도가 포함될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 대안적으로 또는 추가적으로, 컨트롤러(234)는 검출된 강도 값 및/또는 추출된 특성을 샘플의 이미지로 형성할 수 있다.

일부 실시양태에서, 컨트롤러(234)는 적절한 사용자 인터페이스(예, 디스플레이, 입/출력 장치 등)를 통해 시스템(200)의 사용자와 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(234)는 사용자 인터페이스를 통해 시료 분석 결과를 표시할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시양태에서, 컨트롤러(234)는 사용자 인터페이스를 통해 사용자로부터 샘플 조사를 직접 지시하기 위한 명령을 수락할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 광시트(210)에 의한 조사를 위해 샘플(202)의 영역을 선택할 수 있고, 또는 샘플(202) 분석하는 데 2차원 평면의 포인트의 서브세트를 조명하기 위해 광시트(210)(예, 빔 폭)의 특성을 변경할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 사용자는 수집을 위해 광 시트(210)에 의해 조명되는 2차원 평면의 하위 영역을 선택할 수 있다. 컨트롤러(234)는 지정된 하위 영역으로부터 방출관 광 (222)만을 수집하기 위해 검출 광학 조립체(216)의 특성을 변경할 수 있다(예, 렌즈(220) 또는 샘플(202)과 전기-광학 센서(232) 사이의 트레인 내의 다른 광학 구성요소를 제어함으로서). 대안적으로 또는 부가적으로, 사용자는 분석을 위해 광 시트(210)에 의해 조명되는 2차원 평면의 하위 영역(예, 하나 또는 일부 지점, 그러나 전부는 아님)을 선택할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(234)는 조명 빔 또는 수집 구성을 달리 수정하지 않고 후속 분석을 위해 선택된 하위 영역에 대응하는 전기-광학 센서의 픽셀로부터 데이터를 선택할 수 있다.

일부 실시양태에서, 조사 광 시트(210) 및 방출된 광(222)은 동일한 렌즈를 통해 샘플(202)로부터 지향될 수 있다. 따라서, 별도의 렌즈(208, 220)로 도시되어 있지만, 일부 실시양태에서, 단일 렌즈가 조명 광학 조립체(206) 및 검출 광학 조립체 (216) (예, 도5D에서 도시된 구성과 유사함) 모두에 제공될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 제1 및 제2 광축은 일치할 것이다.

일부 실시양태에서, 샘플(202)은 트랜스레이션 스테이지(translation stage)에 배치된다. 예를 들어, 샘플(202)의 3차원 이미지(또는 적어도 3차원 데이터 맵)을 형성하기 위해 상이한 영역의 조사를 허용하도록 샘플을 이동이 가능해진다. 대안적으로 또는 추가적으로, 조명 광학 조립체(206) 및/또는 검출 광학 조립체(216)의 구성요소는 샘플의 상이한 영역의 조사를 허용하기 위해 적절한 트랜스레이션 스테이지 상에 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 조명 광학 조립체(206) 및/또는 검출 광학 조립체(216)에는 샘플과 광학 조립체 사이의 상대적 트랜스레이션 없이 샘플의 상이한 영역의 조사를 허용하는 빔 방향전환 구성요소(예, 스캐닝 미러)가 제공될 수 있다.

일부 실시양태에서, 전체 필드 Brillouin 현미경 시스템은 다른 현미경 검사 양식과 통합될 수 있다. 예를 들어, 도 2b는 도 2a의 전체 필드 브릴루앙 현미경 시스템(200)과 한 개 이상의 추가 현미경 모달리티(modalities) (252, 254)을 포함하는 멀티-모달리티 현미경(multi-modality microscopy) 시스템(250)을 도시한다. 부가적인 현미경 모달리티(252, 254)은 숙련자에 공지된 임의의 광학 이미징 또는 분광법 기술을 채용할 수 있다. 예를 들어, 광학 이미징 양식은 반사 이미징, 명시야 이미징, 형광 이미징, 다광자 이미징, 위상 대비 이미징 및 미분 간섭 이미징을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 분광 양식은 근적외선(NIR) 반사 분광법, 푸리에 변환 적외선(Fourier-transform infrared, FTIR) 분광법, 자발 라만(Spantaneous Raman) 분광법, 자극 라만(stimulated Raman) 분광법 및 주파수 콤(frequency comb) 분광법을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시양태에서, 추가적인 현미경 관찰 방식은 광-시트 형광 현미경 시스템을 포함한다. 예를 들어, co-localized 광-시트 형광(예: 4′,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) 및/또는 녹생 형광 단백질(GFP) 염색 사용)와 융합된 광-시트 브릴루앙 현미경은 세포, 조직 및 생체 재료의 형태학적 정보를 제공할 수 있으므로 브릴루앙 이미징을 위한 바람직한 볼륨을 식별할 수 있다.

스펙트럼-선택 조립체(spectrally-selective assembly)

실시양태에서, 스펙트럼-선택 조립체는 통과하는 브릴루앙 산란광(본 명세서에서 프로브 광(probe light) 또는 프로브 빔(probe beam)이라고도 함)에 대한 스펙트럼 선택을 제공하기 위해 펌핑 광에 의해 조명되는 가스(또는 증기)를 사용한다. 도 3A는 루비듐(Rb)의 동위원소, 특히 ⁸⁵Rb(패널 302) 및 ⁸⁷Rb(패널 304)에 대한 D₂ 전자 전이 라인을 도시한다. 도 3B에서 보여준 것처럼, Rb 동위원소는 좁은 초미세 전이선을 가지고 있지만 일반적으로 약 780nm에서 ~500MHz 폭(실온에서)의 도플러 확장 대역에서 빛을 흡수한다. 초미세 전이와 공명하는 고강도 레이저(여기서는 펌핑 광 또는 펌프 빔이라고도 함)가 증기 셀로 전송되면 해당 전이를 포화시켜 반대 전파 약한 프로브 빔에 대한 전송 창을 생성한다. 도 3C에서 보여준 것처럼, 투과 밴드(본 명세서에서 “도플러-프리(Doppler-free)”공존이라고도 함)은 도플러 확장 스펙트럼에서 딥(dip)으로 나타난다. 포화-전이 딥은 상대적으로 좁고(예: ≤ 200MHz, 예 ≤ 100MHz 또는 ≤ 50MHz 미만), 이상적인 조건에서 전이의 자연 선폭(natural linewidth)(예: 몇 MHz)에 접근할 수 있다. 좁고 포화된 전이 딥에 의해 정의된 전송 창은 후속 감지를 위해 빛의 파장을 선택하는 데 사용될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시양태에서, 펌프 조명 가스에 의해 제공되는 스펙트럼 선택은 이색성 특성의 변화에 의존한다. 도3D에서, 예를 들어, 왼손잡이 원형 편광 σ+가 있는 고강도 펌프 빔을 사용하여 자기 하위 수준(바이어스 자기장이 있거나 없는)을 선택적으로 포화시킬 수 있다. 펌핑은 가스에 좁은 원형 이색성 특징을 생성한다. 이와 같이 펌핑 빔과 동일한 주파수를 갖는 프로브 광은 원형 편광에 따라 가스를 통과할 때 다르게 흡수된다. 도3E에 도시된 바와 같이, 따라서 펌핑에 의한 포화로 인해 σ+ 편광의 빛은 투과되고 σ- 편광의 빛은 흡수된다.

상기 설명은 주로 원자의 기저 상태(예, Rb 동위원소의 기저 상태)에 관한 것이다. 그러나 개시된 주제의 실시예는 이에 제한되지 않는다. 오히려, 상기 개시된 원리는 기저 상태뿐만 아니라 여기 상태에도 적용될 수 있다. 실제로 여기 상태에서 모든 전자는 펌핑으로 인해 가장 큰 자기 부준위에 있기 때문에 (도 3D), 여기 상태 사이의 천이(예, Rb원자의 경우 ⁵P_3/2에서 더 높은 ⁵D_3/2)는 더 높은 수준에 더 큰 자기 수준이 존재하지 않기 때문에 ) σ-에 대해 발생한다. 이 현상은 브릴루앙-산란광의 좁은 투과를 위해 이용될 수 있는 원형 이색성 특징(바닥 상태에 대해 위에서 설명한 것과 유사)을 생성할 수 있다. 접지 상태 작동에 비해 전송 선폭은 더 클 수 있고(예: ~400MHz) 전송 처리량은 더 낮을 수 있다(예: ≤10%). 펌프 빔과 프로브 빔의 중심 파장은 서로 다른 전이를 대상으로 하기 때문에 더 클 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서, 필요한 경우 좁은(예, "레이저-라인(laser-line)") 스펙트럼 필터링 요소 및/또는 예리한 롱패스 필터를 사용하여 펌핑 광원으로부터의 미광을 억제할 수 있다.

분석할 브릴루앙-산란광은 σ- 및 σ+ 원형 편광의 조합인 선형 편광을 갖도록 만들 수 있다. 따라서 Brillouin 산란광이 펌프 조명 가스를 통과하면 σ- 성분만 흡수되기 때문에 Brillouin 광 편광이 회전하게 된다.가스 셀의 출력 광경로에 입력 편광과 직교하는 편광판을 배치하면 편광판이 회전된 빛만 편광판을 통과하게 된다. 그 결과 20% 이상의 처리량을 달성할 수 있고 대역 외(스펙트럼 소광이라고도 함) 빛을 최소 ~20dB(예: ~32dB)까지 거부할 수 있는 좁은 투과 필터(예: MHz 대역폭, Doppler-free 라인에 비교할만큼)가 생성된다.

펌프 빔과 프로브 빔이 공진하지 않으면 속도에 따라 서로 다른 원자를 처리한다.대조적으로, 펌프 빔과 프로브 빔이 공진 상태에 있을 때 둘 다 레이저 전파 방향에 직각으로 이동하는 원자를 처리한다. 결과적으로 LICD 필터 전송은 빔과 상호 작용하는 특정 속도 등급의 원자 수에 따라 달라진다. 특정 속도 등급 f(v)의 원자 수는 Boltzmann 속도 분포 방정식

를 사용하여 계산할 수 있다. 여기서 v는 속도, m은 원자의 질량, k는 볼츠만 상수, T는 온도이다. 증가된 온도(예: 보충 가열을 통해)는 빔과 상호 작용하는 가스 원자(예: Rb)의 수를 증가시켜 LICD 필터의 투과율을 증가시킬 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 펌프 및 프로브 빔과 상호작용하는 가스 원자의 수는 가스의 압력을 증가시키거나 가스 용량의 길이를 증가시킴으로써 증가될 수 있다(예: 펌프 빔과 프로브 빔이 전파되는 방향). 프로브 빔은 펌프 빔이 프로브 빔이 잠긴 전환을 포화시킬 만큼 충분히 강력할 때만 LICD 필터를 통해 전송된다. 가스 셀의 한쪽 끝에서 펌프 빔 강도가 천이 포화 미만 수준으로 감소하면 가스 셀의 반대쪽 끝에서 프로브 빔 전송이 감소할 수 있다. 예를 들어, 펌프 빔 역반사에 의한 미광이 우려되는 경우, 펌프 빔이 팽창되어 프로브 빔의 방향과 직각으로 삽입되는 가스 셀이 제공될 수 있다 (예, 도 4d의 구성과 유사함 ).

일부 실시양태에서, 스펙트럼-선택 조립체의 일부로서 LICD 필터의 사용은 대규모 다중화(massively multiplexed)를 허용할 수 있다. 특히, 위에서 언급한 바와 같이, 빔의 모든 지점을 동시에 분석할 수 있기 때문에, LICD필터는 현미경 트레인의 검출 아암(detection arm) 내에 배치될 때 (적절한 광학 고려) 시야 내 모든 지점의 브릴루앙 특성을 동시에 분석할 수 있다. 일부 실시양태에서 펌프 빔용 광원은 임의의 유형의 파장 스윕 레이저일 수 있고, 펌프 빔의 주파수는 예를 들어 압전 소자를 사용하여 레이저의 공진 공동의 속성을 변경함으로써 레이저의 적절한 제어에 의해 조정될 수 있다(예: 회절 격자 조정 및/또는 구멍 길이 변경).

대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시양태에서, 가스 내의 상이한 전이 라인은 원하는 프로브 빔 주파수(예, 브릴루앙-산란광 파장)를 일치시키고, 상이한 브릴루앙 스펙트럼을 획득하고/하거나 특정 응용 또는 샘플을 위한 분광계 성능을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시양태에서, 가스의 자연 발생 전이 라인은 예를 들어 적용된 자기장을 사용하여 원자 전자 수준을 이동시켜 원하는 프로브 빔 주파수 또는 주파수들과 일치시킴으로써 수정될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 일부 실시양태에서, 상이한 가스(또는 증기)가 스펙트럼 선택적 조립체로 대체될 수 있다. 그리고 펌프 빔은 원하는 프로브 빔 주파수와 일치하도록 내부의 전이 라인에 맞춰져 있고(또는 방출 파장이 대체된 가스의 전이 라인과 일치하는 다른 광원으로 대체됨), 다양한 브릴루앙 스펙트럼을 얻거나 특정 응용 프로그램 또는 샘플에 대한 분광계 성능을 최적화한다. 예를 들어, 스펙트럼 선택 조립체는 필터 휠 및/또는 스위칭 프리즘을 사용하여 내부에 다른 가스를 갖는 셀 사이를 선택할 수 있다.

일부 실시양태에서, 펌프 빔 및 LICD 필터의 스위핑 범위는 샘플의 브릴루앙 시프트에 중심을 둘 수 있다. 예를 들어, 샘플을 비추는 심문 빔은 ⁸⁵Rb F=2 대역 내에서 잠글 수 있는 반면 LICD 필터(및 해당 펌프 빔)는 ⁸⁷Rb F=2 대역 내에서 스윕될 수 있다. 따라서 도3B에 도시된 바와 같이, 주파수 편이(shift)에서 4 내지 4.5GHz의 범위를 산출한다. 스펙트럼 선택 조립체에 제공되는 프로브 빔에 대한 수집 각도(예: 조명 암의 광축에 대해 검출 암의 광축이 만드는 각도)는 LICD필터 파장에 해당하는 샘플로부터 특정 브릴루앙 산란광을 캡처하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, ⁸⁷Rb F=2 대역 내의 4-4.5GHz 스위핑 범위는 ~96°의 감지 수집 각도를 사용하여 브릴루앙 산란광의 중앙 이동을 조정하여 업스트림과 일치시킬 수 있다.

도 4a는 스펙트럼 선택 조립체(402) 내에 LICD 필터를 사용하는 실시예적인 검출 아암 구성(400)을 도시한다.예를 들어, 스펙트럼 선택 조립체(402)는 반파장 플레이트(410) 및 Glan-Taylor 편광기(412)와 같은 하나 이상의 입력 편광 광학 구성요소(408)를 포함할 수 있다. 스펙트럼 선택 조립체(402)는 또한 선형 편광기(424)와 같은 하나 이상의 출력 편광 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 입력 및 출력 편광 광학 구성요소 사이에서, 원자 증기 전지(414)가 광학 경로에 배치될 수 있다. 원자 증기 셀(414)에 열적으로 결합되고(예, 각각의 입력 및 출력 창에서) 히터 컨트롤러(418)에 의해 전력이 공급되는 세라믹 히터(416a, 416b)는 원자 증기 셀(414) 내의 가스를 원하는 온도(예, Rb의 경우 80 ℃).

원자 증기 전지(414)는 펌핑 셋업(404)으로부터의 원형 편광 펌프 빔(440)에 의해 조명될 수 있다. 예를 들어, 펌핑 셋업(404)은 레이저 소스(428), 하나 이상의 제1 편광 광학 구성요소(반파장 플레이트(432) 및 선형 편광기(434)와 같은), 거울(436)(또는 다른 재지향 광학 구성요소), 및 하나 이상의 제2 편광 광학 구성요소(예: 1/4 파장 플레이트(438)), 스펙트럼 선택 조립체(402)에 입력되는 원형 편광 펌프 빔을 생성하기 위함이다. 원형-편광 펌프 빔(440)은 원자 증기 셀(414)을 통해 역전파하는 방향으로 지향될 수 있다. 빔 스플리터(422)(예를들어, 10:40(R:T) 빔 스플리터)에 의해 프로브 빔(406)과 실질적으로 동일선상에 있다.

작동 시, 프로브 빔(406)은 반파장 플레이트(410)을 통해 전파된 다음 Glan-Taylor 편광기(412)를 통해 선형 편광된다. 이 편광 방식에서, 반파장 플레이트(410)은 증기 셀(414)에서 프로브 빔(406)의 전력을 제어하는 데 사용될 수 있다. 레이저 소스(428)로부터의 펌프 빔은 반파장 플레이트(432) 및 선형 편광기(434) 형태의 빔 감쇠기(430)를 통해 전송될 수 있다. 감쇠기(430)로부터의 펌프 빔은 거울(436)에 의해 1/4파장 판(438)으로 반사되어 좌측 원형 편광(σ+) 펌프 빔을 생성한다. σ+ 펌프 빔(440)은 그 후 빔 스플리터(422)에 의해 반사되고 증기 셀(414) 내에서 180º각도로 프로브 빔(406) 상에 중첩된다. 펌프 빔(440)은 증기 셀(414) 내의 가스의 특정 전자 전이를 포화시키기 위해 주파수 및 강도가 조정되기 때문에, 좁은 파장 대역,증기 셀(414)의 투명한 창은 펌프 빔과 동일한 주파수 및 편광에서 프로브 빔(406)의 구성 요소에 대해 생성된다. 따라서, 공진 상태에 있을 때, 우측(σ-) 및 좌측(σ+) 원형 편광의 합으로 간주될 수 있는 프로브 빔(406)의 선형 편광이 회전할 것이다.그 다음 프로브 빔은 빔 스플리터(422)에 의해 전송되고 Glan-Taylor 편광기(412)와 교차 구성으로 선형 편광기(424)에 의해 필터링되어 원자 증기 셀(414)에 의해 출력된 광만이 전송되고 전기 광학 센서(426)에 의해 검출되는 것을 보장한다.

일부 실시양태에서, 스펙트럼 선택 조립체(402)는 전기 광학 센서(426)에 의한 검출 이전에 미광 및/또는 이동되지 않은 광(예, 조사 광)으로부터 광 신호(예, 브릴루앙 신호)를 정리하기 위해 노치 필터를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어 노치 필터로 85Rb 가스 셀을 사용하면 추가로 40dB 제거(또는 스펙트럼 흡광)를 제공할 수 있으며 삽입 손실이 ~5%로 낮다. 이러한 노치 필터는 예를 들어 편광 광학 요소(408) 이전에 수집 광학 장치와 전기 광학 센서(426) 사이의 광학 열을 따라 임의의 지점에 제공될 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, (예, 증기 셀(414) 내 가스의 다른 전자 전이를 포화시키기 위해) 펌프 빔(440)의 주파수를 변경하면 증기 셀(414)을 통해 다른 투과 창을 정의된 프로브 빔(406)에서 다른 주파수를 선택할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 일부 실시양태에서, 증기 전지(414) 내의 가스의 전자 전이는 이에 대응하는 주파수를 변경하도록 변경될 수 있다. 일부 실시양태에서, 외부에서 인가된 자기장은 예를 들어 Faraday 변칙 분산 광학 필터(FADOF)에 사용된 것과 유사한 방식으로 원자 증기 전지에 적용될 수 있다. 예를들어, 도4B는 내부의 가스에 자기장을 인가하기 위해 증기 셀(414) 주위를 감싸는 솔레노이드(452)를 사용하는 실시예적인 검출 아암(detection arm) 구성(450)을 도시한다. 전이 변경 자기장을 인가하기 위한 다른 메커니즘 및 구성도 하나 이상의 고려된 실시예에 따라 가능하다.

일부 실시양태에서, 스펙트럼 선택 조립체의 LICD 필터(예, 증기 셀)의 주파수는 전체 브릴루앙 피크에 걸쳐 스윕되지 않는다. 오히려 LICD 필터가 좁은 대역통과 필터로 작동하고 각 픽셀의 강도가 브릴루앙 피크의 주어진 이동에 해당하는 방식으로 소량의 주파수(단일 주파수만)를 분석할 수 있다. 기울기 보조 분광법 또는 단일 샷 기울기 보조 분광법. 이러한 기술은 전체 Brillouin 이미지가 단일 샷으로 수집되기 때문에 가장 빠른 획득 시간을 달성할 수 있지만 미광 레이저 광의 더 큰 거부뿐만 아니라 강도 대 주파수 동작의 사전 보정이 필요할 수 있다. 프로브 빔(406)에 대해 역전파하고 프로브 빔(406)과 동일선상에 있는 원자 증기 셀(414) 내의 펌프 빔(440)의 제공은 (예, 히터(416b)에 인접한 증기 셀 윈도우에서) 역반사를 초래할 수 있다. 펌프 빔(440)은 프로브 빔(406)보다 훨씬 더 강할 수 있기 때문에(예, 적어도 108 더 큼), 그러한 역반사는 그렇지 않으면 전기광학 센서(426)에 의한 프로브 빔의 검출을 모호하게 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 윈도우( 예, 원자 증기 전지(414)의 히터(416b)에 인접한 출력 창, 히터(416a)에 인접한 입력 창, 또는 둘 다)에는 역반사를 피하거나 적어도 감소시키기 위해 반사 방지 코팅이 제공될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시양태에서, 펌프 및 프로브 빔의 전파 방향은 서로 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 그림. 도 4c는 펌핑 셋업(404)이 미러(462)에 의해 원자 증기 셀(414)을 통해 지향되는 원형 편광 펌프 빔(464)을 생성하는 실시예적인 검출 아암 구성(460)을 도시한다. 특히, 펌프 빔(464)은 각도(466)(예, ≥ 2˚)로 지향된다. 프로브 빔(406)의 전파 방향으로부터 오프셋된다. 일부 실시양태에서, 증기 셀(414) 내의 펌프 빔(464)의 위치 설정 및/또는 펌프 빔(464)의 크기는 프로브 빔(406)이 예를 들어, 펌프 빔(464)의 빔 폭은 프로브 빔(406)의 빔 폭보다 클 수 있다. 일부 실시양태에서, 빔 블록(468)은 증기 셀(414)을 빠져나가는 펌프 빔(464)을 흡수하거나 차단하도록 배치될 수 있다

대안적으로 또는 부가적으로, 일부 실시양태에서, 펌프 및 프로브 빔의 전파 방향은 서로 직교할 수 있는데, 예를 들어 증기 셀을 통한 투과창은 주로 편광 효과보다는 흡수에 의존한다.예를 들어, 그림. 도 4d는 펌핑 셋업(472)이 증기 셀(414)을 통한 프로브 빔(406)의 전파 방향(476)에 실질적으로 수직인 축(474)을 따라 지향되는 펌프 빔을 생성하는 실시예적인 검출 아암 구성(470)을 도시한다.일부 실시양태에서, 증기 셀(414) 내의 펌프 빔의 위치 및/또는 펌프 빔의 크기는 그것이 증기 셀(414)의 입력 단부로부터 증기 셀(414)의 출력 단부로 전파됨에 따라 프로브 빔(406)이 펌프 빔과 실질적으로 중첩되도록 할 수 있다.

브릴루앙 현미경 시스템

도 5a는 전체 필드 브릴루앙 현미경을 수행하기 위한 실시예적인 현미경 시스템(500)을 도시한다. 시스템(500)은 조명 광학 조립체(506), 검출 광학 조립체(510), 펌핑 광학 조립체(546) 및 전기 광학 센서(544)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 광학 조립체(506)는 광원(514)(예, 레이저 방출 제1 파장), 한 쌍의 미러(516, 518) 및 현미경 대물렌즈(520). 조명 광학 어셈블리(506)는 샘플(502)의 2차원 평면을 조명하기 위해 조명 광축(504)을 따라 지향되는 광 시트(522)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 검출 광학 조립체(510)는 검출 광축(508)을 따라 샘플(502)로부터 방출된 광을 수집하도록 배열된 검출 대물렌즈(524)를 포함할 수 있으며, 이는 브릴루앙의 원하는 주파수에 대응하는 조명 광축(504)에 대해 각도(512)이다. 검출 광학 어셈블리(510)는 좁은 투과율을 정의하기 위해 펌핑 어셈블리(546)로부터의 펌핑 광(552)에 의해 조명되는 원자 증기 셀(532)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 시스템(500)은 다중 브릴루앙 분석을 위해 광 시트 현미경 구성을 조정 가능한 좁은 스펙트럼 선택적 조립체(예, 전술한 바와 같이)와 결합한다.

작동 시, 브릴루앙 이미징에 사용되는 광원(514)의 파장은 85Rb(F=3) 대역 내부의 초미세 전이에서 고정될 수 있고 거울(516, 518)에 의해 현미경 대물렌즈(520)로 반사될 수 있다.브릴루앙 신호는 검출 대물렌즈(524)에 의해 ~96°의 각도(512)로 샘플(502)의 반대편에서 수집될 수 있다. 수집된 광은 조사광(522)의 주파수에서 미광 성분을 제거하기 위해 노치 필터(526)(예, 85Rb 증기 셀)를 통해 투과될 수 있다. 노치 필터(526)로부터의 광은 거울(528)에 의해 글랜-테일러 편광기(530)로 반사된 다음 87Rb 증기 셀(532)로 반사될 수 있다. 펌프 광원(548)으로부터의 산란광(예, 브릴루앙 산란광의 파장에 대응하는 제2 파장을 방출하는 레이저)은 거울(550)에 의해 87Rb 증기 전지(532)로 반사되어 브릴루앙 주파수에서 LICD 필터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 펌프 빔(552)은 87Rb(F=2) 대역 내의 주파수에서 고정될 수 있다. 펌프 빔(552)은 전기 광학 센서(544)로의 역반사를 피하기 위해 각도 > 2o에서 광(556)(예, 샘플로부터 방출된 브릴루앙-산란 광을 가짐)과 중첩될 수 있다. 증기 셀(532)을 나갈 수 있는 임의의 펌프 광(552)을 차단하기 위해 빔 블록(554)이 제공될 수 있다. 편광이 회전된 브릴루앙 신호(558)는 530에 대해 교차 구성으로 제2 글랜-테일러 편광기(534)를 통해 전파된다.빛(560)은 이후 렌즈(536)에 의해 비스듬한 이미징 평면(538)으로 포커싱되고, 대물 렌즈(540)에 의해 수집되고, 튜브 렌즈(542)에 의해 이미징을 위한 전기 광학 센서(544)(예, 과학적 CMOS(sCMOS) 카메라) 상에 시준된다.

현미경 시스템의 일부 실시양태에서, ~mm 시야(FOV)에 대해 0.02의 등가 라인 조명 개구수(NA) 및 ~0.25의 일치된 수집 NA가 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 롤링 셔터 기술 및/또는 스캔 라인 조명 기술은 효율을 증가시키고 및/또는 초점이 맞지 않는 제거를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.LICD 필터(예: 증기 전지(532))의 투과 대역을 일치시키기 위해 브릴루앙 광을 96°에서 수집할 수 있다. 그 결과, 현미경(500)은 경사 릴레이 이미징 평면(538)을 갖는다. 이러한 기울어진 수집은 스펙트럼 대역과 일치하도록 각도를 자주 조정해야 하는 경우 긴 이미징 준비 프로토콜로 이어질 수 있다.그러나, 각도 조정은 라이트 시트 분야에서 광범위하게 연구되어 왔으며, 라이트 시트 분야에서 개발된 종래의 솔루션이 개시된 주제의 실시양태에서 사용될 수 있다.실제로, 개시된 스펙트럼 식별은 현미경의 무한 공간에 있고 빛의 물리적 분산에 의존하지 않기 때문에, 광 시트 현미경을 위해 개발된 모든 방법이 개시된 시스템에서 사용될 수 있다.

현미경 시스템(500)의 성능을 정량화하기 위해, 256 x 256 x 20 픽셀의 3D 볼륨에 대해 개시된 스펙트럼 선택 기술은 256 x 19배의 포인트 조명에 대한 선택적 평면의 병렬화 이점을 제공한다(예: 조명 방향을 따라 다중화된 픽셀 x 공초점에 의해 재조명된 평면의 공초점). 그러나 16배의 단점(예: 스캔할 주파수 구성 요소 대 VIPA 싱글 샷 측정)으로 인해 ~300배 향상된다. 이 병렬화 요인에 분광계의 효율성(예: 단일 주파수당) 및 Brillouin 조명/수집(예: 단일 지점당)에 대한 고려 사항을 추가할 수 있다. 브릴루앙 분광계를 평가하는 핵심 매개변수는 스펙트럼 정밀도

Ω에 의해 결정되는 세로 계수 δM’’ 의 감도이다. 에탈론 기반 및 공개된 전체 필드 브릴루앙 분광계는 둘 다 샷-노이즈 영역에서 작동하는데,

, Δ_B 브릴루앙 선폭,Δ_NA NA-선 확장, ρ, 픽셀 스펙트럼 분산 및 τ, 스펙트럼 분해능을 갖는 샷 노이즈 영역에서 작동한다. NA-선 확장은 유사하며 픽셀 스펙트럼 분산은 LICD 기술에서 5배 더 좁다. 브릴루앙 선폭은 준수직 LICD 기술의 경우 두 배 더 작고 스펙트럼 분해능은 >10배 더 작다(예: VIPA에서 0.6GHz, LICD에서 0.045GHz). 신호 대 잡음비(SNR)는

에 비례한다. 여기서 N은 검출된 광자의 수이다. 따라서 SNR은 획득 시간에 비례한다(예: 분광계 처리량이 비슷하기 때문에 ~20%). 전반적으로 LICD 기술은 VIPA 분광계의 감도를 달성할 수 있지만 획득 시간은 ~16배 향상된다.

전체 신호 전력은 조명 강도, I _m 와 함께 P=I _m VΦR로 쓸 수 있다;

, 상호 작용 볼륨(획득 포인트 당); Φ, 수집 입체각 및 R, 산란 계수(두 방식에 대해 동일). 라이트-시트 방식에서, 상호 작용 볼륨은 조명과 수집 빔(반지름

, 길이

)의 실린더 교차점이다. 에피-구성(epi-configuration)에 대해서, 상호작용 볼륨은

이다. 입체각은 두 체계

² _{coll or epi.} 에서 NA를 수집하여 스케일링된다. 그 신호전력은

대비 광-시트의

이다. 동일한 조명 강도에 대해서, 두 방식의 비율은

이다. 이 비교는 0.1의 NA _epi (동일한 측면 해상도)와 0.02의 라이트-시트 등가 NA _ill 을 사용한다. 따라서 라이트 시트 방식은 효율이 ~3배 더 나쁘다. 그러나 개시된 LICD 기술은 최첨단 에탈론 분광계에 비해 획득 시간을 >1,500배 향상시킬 수 있다. 주파수가 스윕되지 않은 경우(예: 브릴루앙 스펙트럼을 얻기 위해 기울기-지원 측정 사용) LICD 기술은 최대 16배 향상을 추가로 얻을 수 있다.

일부 실시양태에서, 개시된 전체 필드 브릴루앙 현미경 셋업은 예를 들어 샘플(502)의 공동 등록된 부분의 동시 이미징을 제공하기 위해 다른 이미징 양식과 통합될 수 있다. 예를 들어, 그림. 도 5b는 광 시트 형광 어셈블리(572)를 추가로 포함하는 현미경 시스템(570)을 나타낸다. 예를 들어, 광 시트 형광 어셈블리(572)는 여기 광(574)(예, 또 다른 레이저 빔), 미러(576) 및 다른 현미경 대물렌즈(578)를 제공하는 광원(미도시)을 포함할 수 있다. 작동 중에, 광(574)은 거울(576)에 의해 현미경 대물렌즈(578)로 반사되어 샘플(502)을 조명한다. 여기 광 빔(574)과 검사 광 빔(522)은 모두 샘플(502) 내에서 동일한 이미징 평면을 공유할 수 있다. 형광 검출 경로(580)는 조명 경로에 직각이어야 한다. 라이트-시트 브릴루앙 현미경과 공동-국소화 라이트 시트 형광의 통합은 예를 들어 세포, 조직 및 생체 재료의 형태학적 정보를 제공함으로써 브릴루앙 이미징으로 조사할 영역을 식별하는 데 사용할 수 있다.

비록 도 5a 내지 5b는 수집된 광(556)의 전파 방향에 대해 기울어진 증기 셀(532) 내의 펌핑 광(552)의 전파 방향을 실시예하더라도, 펌핑 광(552)이 예를 들어 도 4a 에 대해 전술한 것과 유사한 방식으로, 수집된 광(556)에 역전파하는 방향으로 증기 셀(532)을 통해 지향되는 것과 수집된 빛(556)과 실질적으로 동일선상에 있는 것이다.

예를 들어, 그림. 도 5c는 펌핑 조립체(592)가 빔 스플리터(598)를 통해 증기 셀(532)을 통해 역전파 및 정렬된 펌핑 광(552)을 제공하는 현미경 시스템(590)을 나타낸다. 그러한 구성에서, 증기 셀(532)로부터의 펌핑 광(552)의 후방 반사가 관심사일 수 있다. 이러한 실시예(또는 개시된 실시예 중 임의의 것)에서, 변조기(594)는 예를 들어 검출 대물렌즈(524)와 노치 필터(526) 사이의 검출 조립체의 광학 경로에 배치될 수 있다. 변조기(594)는 음향 광학 변조기, 초퍼, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 유형의 광 변조 장치일 수 있다. 변조기(594) 및 전기광학 센서(544)에 작동적으로 결합된 컨트롤러(596)는 전기광학 센서(544)에 의해 검출된 광신호에서 배경 노이즈를 제거하거나 적어도 감소시키기 위해 그로부터의 신호를 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 컨트롤러(596)는 변조기(594)에 의해 변조된 주파수에서 검출된 광학 신호만을 판독하는 록-인(lock-in) 증폭기일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시양태에서, 컨트롤러(596)는 전기 광학 센서(544)에 의해 검출된 신호로부터 배경 잡음을 제거하거나 감소시키기 위해 다른 복조 기술을 사용할 수 있다.

위의 논의는 주로 전체 필드 Brillouin 현미경에 초점을 맞추었지만 스펙트럼 선택 조립체는 점대점 분석 시스템에서도 유리하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 그림. 도 5d는 단일점 브릴루앙 현미경 검사를 수행하기 위한 실시예적인 시스템(700)을 도시한다. 시스템(700)은 현미경 셋업(702)(예, 종래의 공초점 현미경 셋업) 및 검출 광학 조립체(720)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 현미경 셋업(702)은 조사광을 제공하기 위한 광원(706)(예, 레이저), 빔 스플리터(710), 현미경 대물렌즈(708), 대물렌즈(712) 및 단일 모드 섬유(714)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출 광학 조립체(720)는 변조기(722), 노치 필터(724)(예, 85Rb 증기 셀), 하나 이상의 입력 편광 광학 요소(예, 반파장 플레이트(728) 및 Glan-Taylor 편광기(730)), LICD 필터(732)(예, 87Rb 증기 전지), 빔 스플리터(734), 하나 이상의 이미징 렌즈(예, 렌즈(726, 736, 744, 748)), 공간 필터(738)(예, 렌즈(740) 및 핀홀(742)를 포함함) , 하나 이상의 출력 편광 광학 요소(예, 편광기(730)에 직교하는 배향을 갖는 Glan-Taylor 편광기(746)) 및 전기 광학 센서(750)(예, 실리콘 광전자 증배관, 광전자 증배관(PMT), 단일 광자 애벌랜치 다이오드(SPAD) 등)를 포함할 수 있다.

작동 중에 조사 광원(706)으로부터의 단일 주파수 레이저 빔은 대물렌즈(708)에 의해 샘플(704)에 초점을 맞출 수 있다. epi-검출 구성에서, 샘플(704)로부터 산란된 광은 현미경 대물렌즈(708)에 의해 수집되고 빔 스플리터(710) 및 다른 대물렌즈(712)를 통해 단일 모드 섬유(714)에 결합될 수 있다. 단일 모드 섬유(714)의 출력 단부는 샘플(704)로부터의 광을 검출 조립체(720)로 향하게 하고 시준하기 위한 렌즈를 포함할 수 있다. 수집된 광은 변조기(722)(예, 초퍼, 음향 광학 변조기 등)에 의해 변조되고 노치 필터(526)를 통과하여 질문 광의 주파수에서 미광 성분을 제거할 수 있다. 이미징 렌즈(726)는 반파장 플레이트(728) 및 Glan-Taylor 편광기(730)를 통해 노치 필터(526)로부터의 광을 LICD 필터(732)에 집중시킨다. 동시에, 펌프 빔은 미러(756), 1/4 파장판(758) 및 빔 스플리터(734)를 통해 펌핑 광원(754)으로부터 유도되어 LICD 필터(732)의 가스를 조명할 수 있으며, 검출할 브릴루앙 산란광의 주파수에 대응하는 좁은 투과 창을 정의한다. LICD 필터(732)로부터의 광은 빔 스플리터(734)를 통해 렌즈(736)로 진행할 수 있고, 여기서 렌즈(736)는 빔을 재시준할 수 있다. 재시준된 빔은 핀홀(742)을 통해 렌즈(740)에 의해 초점이 맞춰질 수 있고 Glan-Taylor 편광기(746)를 통과하기 전에 렌즈(744)에 의해 재시준될 수 있다. 편광기(746)로부터의 출력은 렌즈(748)에 의해 전기 광학 센서(750) 상으로 초점이 맞춰질 수 있다.

실시예된 예에서, 록인(lock-in) 증폭기(752)(또는 다른 복조 기술)는 변조기(722)에 의해 도입된 변조된 주파수를 갖는 전기 광학 센서(750)에서 검출된 신호만을 판독하는 데 사용될 수 있다. 감지된 신호의 배경 잡음을 줄이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 공간 필터(738)는 적어도 펌프 광 역반사에 대해 배경 잡음 감소의 일부 척도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 펌프 광 빔은 시준될 수 있는 반면, LICD 필터(732)의 출력 단부로부터 나오는 광 빔은 발산할 수 있다. 렌즈(736)를 통해 빛을 통과시키면 빔 구성이 반전된다. 즉, 원하는 브릴루앙 산란-광 신호가 초점에서 평행으로 변환되는 동안 임의의 펌프 빔 역반사가 시준에서 집중으로 변환된다. 구성은 다시 렌즈(740)에 의해 역전되어 브릴루앙 산란광 신호가 핀홀(742)을 통과하도록 초점이 맞춰지는 반면, 이제 시준된 펌프 빔 역반사는 핀홀(742)에 의해 효과적으로 차단된다.

도 6은 설명된 혁신기술이 구현될 수 있는 적합한 컴퓨팅 환경(620)의 일반화된 예를 도시하며, 예를 들어, 브릴루앙-산란 광, 컨트롤러(234), 컨트롤러(256), 컨트롤러(596)(예: 복조기(demodulator) 또는 록인 증폭기(lock-in amplifier)) 및/또는 복조기(752)의 전체 필드 현미경 검출방법 측면과 같다. 컴퓨팅 환경(620)은 혁신이 다양한 범용 또는 특수 목적 컴퓨팅 시스템에서 구현될 수 있기 때문에 사용 또는 기능의 범위에 대한 제한을 제안하기 위한 것이 아니다. 예를 들어, 컴퓨팅 환경(620)은 임의의 다양한 컴퓨팅 디바이스(예, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등)일 수 있다. 일부 실시양태에서, 컴퓨팅 환경(620)은 광학 이미징 시스템(예, 현미경)의 필수적인 부분이다. 대안적으로, 일부 실시양태에서, 컴퓨팅 환경(620)은 예를 들어 광학 이미징 시스템 또는 그 구성요소에 동작하는 전기 연결(예, 유선 또는 무선)을 만듦으로써 광학 이미징 시스템에 연결된 별도의 시스템이다.

도 1을 참조하여 도 6에서, 컴퓨팅 환경(620)은 하나 이상의 처리 유닛(630, 635) 및 메모리(640, 645)를 포함한다. 도 6에서, 이러한 기본 구성(650)은 파선 내에 포함된다. 처리 장치(630, 635)는 컴퓨터 실행 가능 명령을 실행한다. 처리 장치는 범용 중앙 처리 장치(CPU), 주문형 집적 회로(ASIC)의 프로세서 또는 기타 유형의 프로세서일 수 있다. 다중 처리 시스템에서 다중 처리 장치는 컴퓨터 실행 가능 명령을 실행하여 처리 능력을 높이다. 예를 들어, 도 6은 그래픽 처리 장치 또는 공동 처리 장치(635)뿐만 아니라 중앙 처리 장치(630)를 도시한다. 기억 메모리(tangible memory)(640, 645)는 휘발성 메모리(예, 레지스터, 캐시, RAM), 비휘발성 메모리(예, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 등) 또는 처리 장치에 의해 액세스 가능한 둘의 일부 조합일 수 있다. 메모리(640, 645)는 처리 장치에 의한 실행에 적합한 컴퓨터 실행 가능 명령의 형태로 본 명세서에 기술된 하나 이상의 혁신을 구현하는 소프트웨어(625)를 저장한다.

컴퓨팅 시스템에는 추가 기능이 있을 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 환경(620)은 스토리지(660), 하나 이상의 입력 장치(670), 하나 이상의 출력 장치(680) 및 하나 이상의 통신 연결(690)을 포함한다. 버스, 컨트롤러 또는 네트워크와 같은 상호 연결 메커니즘(미도시)은 컴퓨팅 환경(620)의 구성 요소를 상호 연결한다. 전형적으로, 운영 체제 소프트웨어(미도시)는 컴퓨팅 환경(620)에서 실행되는 다른 소프트웨어를 위한 운영 환경을 제공하고 컴퓨팅 환경(620)의 구성요소의 활동을 조정한다.

기억 저장소(660)는 제거 가능하거나 제거 불가능할 수 있으며 자기 디스크, 자기 테이프 또는 카세트, CD-ROM, DVD 또는 컴퓨팅 환경(620) 내에서 액세스할 수 있는 비일시적 방식으로 정보를 저장하는 데 사용할 수 있는 기타 매체를 포함한다. 스토리지(660)는 여기에 설명된 하나 이상의 혁신기술을 구현하는 소프트웨어(625)에 대한 명령을 저장할 수 있다.

입력 장치(들)(670)는 키보드, 마우스, 펜 또는 트랙볼과 같은 터치 입력 장치, 음성 입력 장치, 스캐닝 장치, 또는 컴퓨팅 환경(620)에 입력을 제공하는 다른 장치일 수 있다. 출력 장치(들)(680)는 디스플레이, 프린터, 스피커, CD 기록기 또는 컴퓨팅 환경(620)으로부터의 출력을 제공하는 다른 장치일 수 있다. 통신 연결(들)(690)은 통신 매체를 통해 다른 컴퓨팅 엔티티(entity)로의 통신을 가능하게 한다. 통신 매체는 컴퓨터 실행 가능 명령, 오디오 또는 비디오 입력 또는 출력 또는 변조된 데이터 신호의 기타 데이터와 같은 정보를 전달한다. 변조된 데이터 신호는 신호의 정보를 인코딩하는 방식으로 하나 이상의 특성이 설정되거나 변경된 신호이다. 제한이 아닌 예로서, 통신 매체는 전기, 광학, 무선 주파수(RF) 또는 기타 캐리어를 사용할 수 있다.

개시된 방법 중 임의의 것은 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(예, 하나 이상의 광학 매체 디스크, 휘발성 메모리 구성요소(예: DRAM 또는 SRAM) 또는 비휘발성 메모리 구성요소에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령으로 구현될 수 있다. (예: 플래시 메모리 또는 하드 드라이브)) 및 컴퓨터(예: 컴퓨팅 하드웨어를 포함하는 스마트폰 또는 기타 모바일 장치를 포함하여 상업적으로 이용 가능한 모든 컴퓨터)에서 실행된다.컴퓨터 판독 가능 저장 매체라는 용어는 신호 및 반송파와 같은 통신 연결을 포함하지 않는다. 개시된 기술을 구현하기 위한 임의의 컴퓨터 실행 가능 명령어뿐만 아니라 개시된 실시예의 구현 동안 생성되고 사용되는 임의의 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 실행 가능 명령은 예를 들어 전용 소프트웨어 애플리케이션 또는 웹 브라우저 또는 다른 소프트웨어 애플리케이션(예: 원격 컴퓨팅 애플리케이션)을 통해 액세스되거나 다운로드되는 소프트웨어 애플리케이션의 일부일 수 있다. 이러한 소프트웨어는 예를 들어 단일 로컬 컴퓨터(예, 임의의 적합한 상업적으로 이용 가능한 컴퓨터) 또는 네트워크 환경, 하나 이상의 네트워크 컴퓨터를 사용하는 서버 네트워크(예: 클라우드 컴퓨팅 네트워크) 또는 기타 네트워크)에서(예, 인터넷, 광역 네트워크, 근거리 네트워크, 클라이언트 네트워크를 통해)에서 실행될 수 있다.

명확성을 위해 소프트웨어 기반 구현의 특정 선택된 측면만 설명한다. 당업계에 잘 알려진 다른 세부 사항은 생략한다.

예를 들어, 개시된 기술은 특정 컴퓨터 언어 또는 프로그램에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 예를 들어, 개시된 기술의 측면은 C++, Java, Python 또는 임의의 다른 적절한 프로그래밍 언어로 작성된 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 마찬가지로, 개시된 기술은 특정 컴퓨터 또는 유형의 하드웨어에 제한되지 않는다. 적절한 컴퓨터 및 하드웨어의 특정 세부 사항은 잘 알려져 있으며 본 개시 내용에서 자세히 설명할 필요가 없다.

또한, 본 명세서에 기술된 임의의 기능은 소프트웨어 대신에 하나 이상의 하드웨어 로직 구성요소에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있음을 잘 이해해야 한다. 예를 들어 제한 없이 사용할 수 있는 실시예적인 유형의 하드웨어 논리 구성요소에는 FPGA(Field-programmable Gate Arrays), ASIC(Program-specific Integrated Circuits), ASSP(Program-specific Standard Products), System-on-a-chip 시스템(SOC), 복합 프로그램 논리 장치(CPLD) 등이 포함한 것을 사용할 수 있다.

또한, 임의의 소프트웨어 기반 실시예(예, 컴퓨터로 하여금 임의의 개시된 방법을 수행하게 하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령을 포함함)는 업로드, 다운로드 또는 적절한 통신 수단을 통해 원격으로 액세스될 수 있다. 그러한 적절한 통신 수단은 예를 들어 인터넷, 월드 와이드 웹, 인트라넷, 소프트웨어 애플리케이션, 케이블(광섬유 케이블 포함), 자기 통신, 전자기 통신(RF, 마이크로웨이브 및 적외선 통신 포함), 전자 통신, 또는 기타 그러한 통신 수단. 상술한 예 및 실시예 중 임의의 것에서, 요청(예, 데이터 요청), 표시(예, 데이터 신호), 명령(예, 제어 신호) 또는 시스템, 구성 요소, 장치 등 간의 임의의 다른 통신의 제공 유선 또는 무선 연결을 통해 적절한 전기 신호를 생성 및 전송함으로써 가능한다.

제작예 및 실험결과

도 7a-7b는 Rb 증기 셀을 사용하는 LICD 필터의 투과 및 흡광 특성을 도시한다. 브릴루앙 분석과 관련된 실험을 수행하기 위해 프로브 광선의 출력을 매우 낮게 유지하였다(예: Brillouin 신호). 따라서 탐침 광선은 원자 증기에 영향을 미치지 않는 반면 σ+ 펌프 광선의 출력은 포화 수준 이상이다. Rb 가스가 포함된 증기 셀을 80℃로 가열하였다. 펌프 빔은 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3) 초미세 전이에서 ⁸⁷Rb F=2 밴드 내부에 잠겼고, 프로브 빔 주파수는 동일한 밴드 내에서 스윕되었다.

도 7a는 결과적인 LICD 필터의 투과 스펙트럼을 보여준다. x축은 잠긴 펌프 주파수에 대해 디튜닝되는 프로브 주파수로 정의되었다. LICD 필터의 투과도는 도 4a의 셋업에 의해 측정된 I, 필터의 출력 강도와 도4a의 셋업으로부터 Rb 증기 셀 414 및 교차된 편광기(424)를 제거한 후, 펌프빔 없이 측정된 I ₀ , 의 입력 강도 사이의 비율로 정의된다. LICD 필터의 투과 스펙트럼은 각각 ⁸⁷Rb 전이 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=1,2,3)에 대응하는 3개의 피크(904, 902, 906)를 갖는다. LICD 필터에 의한 투과도는 예를 들어 일반적으로 ~10% 수준에서 1%보다 크거나 같을 수 있다.

도 7a에서, 전이 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3) 906에 해당하는 피크는 펌프에 의해 유도된 포화 흡수로 인해 전달되었다. 전환 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=1,2)에 해당하는 다른 두 개의 피크 904 및 902는 선형 편광의 σ+(σ-) 성분이 도 3e에서 보여준 것처럼, Δm=+1(-1)인 경우에만 흡수된다는 σ-전이에 대한 전이 금지 규칙으로 인해 존재하였다.

트랜지션 피크 ⁸⁷Rb 전이 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=2)에 해당하는 투과 피크는 전이 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3) 904보다 높았다. 프로브 투과 강도의 이러한 차이는 초미세 쌍극자 매트릭스의 Clebsch-Gordan 계수의 크기에 기인할 수 있으며, 여기서 전이 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=2) 902에 대한 계수는 전이 에 대한 계수보다 크기가 더 크다. 여기서 전이5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=2) 902에 대한 계수는 전이 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3) 904에 대한 계수보다 크기가 더 크다(각각

,

). 펌프가 잠겨있을 때 908에서와 같이 프로브는 완전히 흡수된다.

도 7b는, 도 7a의 프로브 투과 스펙트럼인 도 7b는 dB_filter = -10log₁₀(I/I₀)로 정의된 데시벨 단위(dB)로 변환되었다. x축은 도 7a에 정의된 바와 같다. 도 7b에서 피크들 912, 910, 914은 각각 ⁸⁷Rb 전이 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=1,2,3)에 해당된다. LICD 필터의 소광은 가장 높은 전송 피크(910)를 갖는 피크의 데시벨 값에서 잡음(918)의 데시벨 값을 빼서 계산되었다. LICD 필터는 적어도 20dB, 예를 들어 >30dB의 소광을 나타낼 수 있다.

도 8a 내지 8b는 펌프 전력이 LICD 필터의 투과 및 선폭에 어떻게 영향을 미치는지를 나타낸다. 이 실험에서 프로브 전력은 일정하게 유지되었고, Rb 증기 셀의 온도는 80℃로 설정되었으며, 펌프 빔은 전이 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3)에서 잠겼다. 도 8a는 펌프 전력의 함수로서 전이 5²S_1/2(F=2) → 5²P_3/2(F'=2)(도 7a에서 피크 902)에서의 LICD 필터의 투과를 도시한다. 펌프 빔의 목적은 프로브 빔과 상호 작용하는 Rb 원자를 포화시키는 것이므로 펌프 전력은 ⁸⁷Rb D₂ 라인의 포화 강도(예: I_sat= 1.669 mW/cm²)보다 상당히 높았다. 펌프 전력이 증가하면 프로브 투과는 결국 포화될 때까지 증가한다.

도 8b는 전송 피크 5²S_1/2(F=2) → 5²P_3/2(F'=2)(도 7a의 피크 902)의 선폭이 펌프 전력에 의해 어떻게 영향을 받는지를 보여준다. 선폭은 피크의 반치폭(full width at half-maximum, FWHM)에 의해 결정되었다. 전력 확장 효과로 인해 펌프 전력이 증가함에 따라 선폭이 증가한다. 전이의 선폭은 해당 전이의 수명과 관련이 있다(예: Rb D₂ 라인의 경우 ~26ns). 파워 I_sat가 있는 펌프 빔은 바닥 상태와 여기 상태에서 ⁸⁷Rb 원자의 동일한 개체수를 생성한다. 그러나 ⁸⁷Rb는 펌프 전력이 I_sat보다 훨씬 클 때 여기 상태에서 더 많은 시간을 보내므로 전환 수명이 늘어난다.

도 9A 내지9C는 Rb 증기 셀의 온도가 LICD 필터의 투과, 선폭 및 소광에 어떻게 영향을 미치는지 나타낸다. 이 실험에서는 3.75mW의 펌프 전력(예: 165mW/cm²)이 사용되었고, 펌프는 5²S_1/2(F=2) → 5²P_3/2(F'=3) 전환점에서 잠겼다. 셀의 온도는 Rb 증기 셀의 중앙에 있는 유리와 접촉하도록 배치된 외부 온도 센서를 사용하여 감지되었다. 도 9a는 온도의 함수로서 전이 5²S_1/2(F=2) → 5²P_3/2(F'=2)(도 7a에서 피크 902)에서의 필터의 투과를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이. 9a에서 온도가 증가하면 약 80℃에서 최대 전송까지 전송이 증가하였다. 80℃ 이상의 온도에서 피크 투과율이 감소하는 것은 Beer의 법칙에 의해 설명되는 것처럼 펌프 빔이 셀 길이 전체에 걸쳐 전파될 때 펌프 빔이 감쇠되기 때문이다.

도 9b는 투과 피크 5²S_1/2(F=2) → 5²P_3/2(F'=2)(도 7A의 피크 902)의 선폭을 Rb 증기 셀의 온도의 함수로서 도시한다. 셀의 온도가 증가함에 따라 선폭이 감소한다. 이것은 프로브와 펌프 빔을 통과하는 Rb 원자의 수가 증가하여 필터의 피크 축소 프로세스가 개선되기 때문이다. 도 9c는 Rb 증기 셀의 온도에 따른 필터 소광을 나타낸다. 소광은 도7b와 관련하여, 위에서 논의된 바와 같이 계산되었다. 셀의 온도가 증가함에 따라 소광이 개선되어 80℃ 부근에서 약 30dB의 최대값에 도달한다. 펌프 빔과 공진하지 않는 프로브 레이저 주파수의 흡수는 셀의 온도가 증가함에 따라 더 많이 흡수된다. 투과율이 감소하는 것과 같은 이유로 80℃ 이상의 온도에서는 소광이 감소한다.

도 10a 내지 10b는 예를 들어 펌프 빔의 주파수를 조정함으로써 LICD 필터의 조정 가능성을 도시한다. 이 실험에서, 프로브 및 펌프 전력은 온도 뿐만 아니라 도9a 및 도9c와 관련하여 전술한 바와 같이, 일정하게 유지되었다. 도 10a는 펌프가 도플러 확장된 ⁸⁷Rb F=2 대역 내부의 다른 주파수에서 잠겼을 때 탐침 빔의 다른 투과 스펙트럼을 보여준다. x축은 전이 5²S_1/2(F=2) → 5²P_3/2(F'=3)에서 디튜닝되는 프로브 주파수를 나타낸다. 5²S_1/2(F=2) → 5²P_3/2(F'=2) 전이에 해당하는 피크를 따라가면 펌프 디튜닝이 전송 피크(920-926)의 크기와 주파수를 변경한다는 것을 알 수 있다. 프로브 빔이 Rb 증기를 통과할 때 서로 다른 Rb 원자는 프로브 빔에 대해 서로 다른 속도로 이동한다. 펌프 빔이 프로브 빔 오프 공진과 역전파할 때 원자의 기준 프레임은 각 빔에 대해 다르다. 셀에서 이동하는 원자는 두 빔이 서로 공명하지 않는 한 적색 편이 또는 청색 편이 빔을 볼 수 있다. 빔이 공명 상태일 때 레이저에 수직으로 이동하는 원자(속도가 0인 원자)는 두 빔이 잠긴 주파수에서 원자를 보고 해당 주파수에서 원자를 포화시키고 프로브가 LICD 필터를 통해 투과될 수 있도록 한다. 펌프 주파수를 디튜닝하면 원자가 약간 청색 또는 적색 편이된 빔을 볼 수 있지만 그럼에도 불구하고 여전히 포화된다. 전송은 계속 발생하지만 Doppler-broadened 구성에서 광학 밀도가 가장 큰 프로브 주파수에서 최대 투과율이 발생한다.

도 10b는 전이 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=2)로부터 디튜닝하는 펌프의 함수로서 전환 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3)에 대응하는 피크의 프로브 투과를 도시한다. 펌프를 디튜닝하면 프로브의 다른 주파수를 전송하여 LICD 필터의 전체 스캔 범위를 측정할 수 있다. LICD 필터의 튜닝 범위는 ~500MHz인 Rb D₂ 전환의 도플러 폭이다. 데이터 분석에 사용된 Gaussian fit의 FWHM은 539MHz였다. 셀의 조정 가능한 범위를 늘리기 위해 다른 증기 종을 사용할 수 있다.

따라서, 원자 증기 셀은 좁은대역(예, ≤ 200MHz, 예, <100MHz), 높은 처리량(예, 적어도 1%, 예, ~10%), 양호한 소광을 갖는 LICD 필터로 사용될 수 있다(예: ≥ 20dB, 예: ~30dB, 프로브 빔 흡수를 위한 흡수성 가스 셀을 사용하여 >80dB로 업그레이드 가능) 및 넓은 튜닝 범위(예: ~500MHz).

도 11은 4f 이미징 시스템을 사용하여 LICD 필터의 이미지 전송 성능을 특성화하는 데 사용되는 실험 설정(800)의 개략도를 도시한다. 프로브 빔은 이미징을 위해 USAF-1951 해상도 테스트 차트(802)를 통해 전파된다. 빔은 초점 거리 f804 = 200 mm를 갖는 비구면 렌즈(804)로 초점을 맞췄다. 탐침빔의 세기는 반파장 플레이트(410) 형태의 감쇠기와 글란-테일러 편광판(412)으로 조절하였다. 프로브 빔은 히터 컨트롤러(418)에 연결된 세라믹 히터를 사용하여 창에서 가열되는 Rb 증기 셀(414)을 통해 전파된다. 레이저 소스(428)로부터의 펌프 빔은 반파장 플레이트(432) 및 선형 편광기(434). 그런 다음 펌프 빔은 미러(436)에 의해 σ+ 원형 편광 펌프 빔을 생성하도록 배향된 1/4 파장 플레이트(438)로 반사되었다. 펌프 빔은 10:90 빔 스플리터(422)에 의해 Rb 증기 셀(414)로 반사되어 프로브 빔과 180°중첩되었다. 프로브 빔은 Glan-Taylor 편광기(412)와 교차 구성으로 빔 스플리터(422) 및 선형 편광기(424)를 통해 전송된다. 선형 편광기(424)를 통해 투과된 후, 4f-시스템을 생성하기 위해 제1 비구면 렌즈(804)로부터 거리 f1+f2에 배치되어 있는 프로브 빔은 초점 거리 f₈₀₆= 200mm의 제2 비구면 렌즈(806)를 사용하여 시준되었다. USAF-1951 해상도 테스트 차트의 이미지는 전기 광학 센서(426)(예, 카메라)에서 생성되었으며 비구면 렌즈(806)에서 초점 거리만큼 떨어져 있다.

이미지 획득을 위해 프로브 빔 파워는 15 μW로 일정하게 유지되었고, 펌프 빔 파워는 4mW로 일정하게 유지되었으며, Rb 증기 셀(414)의 온도는 80℃로 유지되었다. 도 12a는 USAF-1951 해상도 테스트 차트(802)의 그룹 2의 요소 2 및 3의 원시 이미지를 보여준다. 이미지는 모든 전송된 선형 편광 프로브 광을 수집하기 위해 도 4의 설정으로부터 Rb 증기 셀(414) 및 제2 선형 편광판(424)(도 11의 셋업), 및 레이저 소스 (428)의 펌프빔을 제거함으로써 촬영되었다. 프로브 빔은 ⁸⁷Rb 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3)에서 잠겼다. 이 실험에서 광학 시스템의 시야(FOV)는 ~1.473mm²로 추정되었다. 도 12b는 도 11의 설정에 의해 획득된 이미지를 도시한다. Rb 증기 셀(414) 및 제2 선형 편광판(424)이 제자리에 있지만, 여전히 레이저 소스(428)로부터의 펌프 빔은 없다. 프로브 빔은 도12a에서와 같이 ⁸⁷Rb 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3)에서 잠겨있다. 그러나 제2 선형 편광판(424)이 Glan-Talyor 편광판(412)과 교차되고, 증기 셀(414)이 탐침 빔을 흡수하기 때문에 영상투과가 없다.

도 12c는 ⁸⁷Rb 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3)에서 고정된 σ+ 원형 편광 펌프를 중첩할 때 (예: 프로브가 고정되는 동일한 전이), 도 11의 설정에 의해 획득된 이미지를 도시한다.

프로브가 Rb 증기 셀(414)로 인해 편광 회전을 경험하기 때문에 제2 선형 편광기(424)를 통한 이미지 투과가 있다. 추정된 이미지 FOV는 ~1.263mm2로 추정되었다. 이미지의 흐릿함은 펌프 레이저의 빔 직경의 결과였다. 펌프 빔은 제한된 공간에서 프로브 빔에 대한 투명한 창만 생성한다. 따라서 그 효과는 이미징 시스템의 유효 개구수를 감소시키는 작은 핀홀을 통해 이미지를 전송하는 것과 유사한다.

도 12d는 빔이 공명에서 디튜닝된 공명(detuned off resonance)되었을 때, 도 11의 설정에 의해 획득된 이미지를 도시한다. 프로브 빔은 ⁸⁷Rb 5²S_1/2(F=2)→5²P_3/2(F'=3)에서 잠긴 상태로 유지되는 반면, 펌프 빔은 ⁸⁵Rb 5²S_1/2(F=3) 밴드 내부에서 잠겼다. 이 구성에서, 프로브 빔은 Rb 증기 셀(414)로 인해 편광 회전을 겪지 않을 것이고, 따라서 교차 편광기(424)에 의해 차단될 것이다. 프로브 주파수는 펌프 빔이 포화되는 주파수에서만 전송될 것이다.

공개된 진술의 추가된 실시예들

개시된 주제의 전술한 구현을 고려하여, 본 출원은 아래에 열거된 절에서 추가 예를 개시한다. 독립된 절의 하나의 특징, 또는 결합되어 취해진 절의 하나 이상의 특징, 및 선택적으로 하나 이상의 추가 절의 하나 이상의 특징과 결합된 것이 또한 본 출원의 개시내용 내에 속하는 추가적인 예임을 유의해야 한다.

항목 1. 브릴루앙 산란광 검출(Brillouin-scattered light)을 위한 전체 필드 현미경 방법으로서,

(a) 제1 파장을 갖는 조사 광(interrogating light)으로 샘플의 2차원 평면을 조명하는 단계;

(b) 조사광에 의해 조명된 2차원 평면으로부터 방출된 광(emitted light)을 수집하고, 방출된 광은 조사광과 샘플의 상호작용으로부터 발생하는 브릴루앙 산란광을 포함하고, 브릴루앙 산란광은 제1 파장에서 편이된 제2 파장을 갖는 단계;

(c) 펌핑 광(pumping light)에 의해 조명되는 가스 또는 증기를 포함하는 스펙트럼-선택 조립체(spectrally-selective assembly)를 통해 수집된 광을 통과시키는 단계; 및

(d) 전기-광학 센서(electro-optical sensor)를 사용하여 스펙트럼 선택 조립체로부터의 빛을 감지하는 단계;

(d)의 검출에 의해 시료의 2차원 평면의 복수점으로부터의 브릴루앙 산란광을 동시에 검출한다.

항목 2. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1의 방법으로서, 스펙트럼 선택적 조립체 내의 가스 또는 증기의 하나 이상의 광학적 특성은 펌핑 광을 이용한 조명에 의해 변경된다.

항목 3. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 2의 방법으로서, 하나 이상의 광학 특성은 흡수, 이색성, 편광 또는 복굴절을 포함한다.

항목 4. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1 내지 3 중 어느 하나의 방법에서, 펌핑 광을 사용한 조명은 가스 또는 증기의 기저 상태 또는 여기 상태에 대응하는 파장에 대한 이색성 특성을 변경한다.

항목 5. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1-4 중 어느 하나의 방법으로서, 스펙트럼 선택적 조립체는 제2 파장을 갖는 그를 통과하는 브릴루앙 산란 광의 편광을 변경한다.

항목 6. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1 내지 5 중 어느 하나의 방법으로서, 스펙트럼 선택 조립체는 변화된 편광을 이용한 브릴루앙 산란광을 구별하는 하나 이상의 편광 광학 요소를 포함한다.

항목 7. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1-6 중 어느 하나의 방법은 다음을 추가로 포함한다:

펌핑 광의 파장, 펌핑 광의 편광, 또는 펌핑 광의 파장과 편광 모두를 변경함으로써 스펙트럼 선택 조립체를 변경하는 단계; 및

샘플의 2차원 평면에 대한 브릴루앙 스펙트럼을 얻기 위해 변경된 스펙트럼 선택 조립체로 (a)에서 (d)까지 반복한다.

항목 8. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1-7 중 어느 하나의 방법으로 다음을 추가 포함한다:

조사광이 비추는 2차원 평면의 각 점에 대해 획득한 브릴루앙 스펙트럼에서 적어도 하나의 속성 추출하는 것, 및 브릴루앙 산란광의 주파수 편이, 선폭 또는 강도를 포함한 적어도 하나의 속성.

항목 9. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1-7 중 어느 하나의 방법으로서,다음을 추가 포함한다:

2차원 평면의 하나 또는 일부 점에 대해 획득한 브릴루앙 스펙트럼에서 적어도 하나의 속성을 추출하는 것, 및 브릴루앙 산란광의 주파수 편이, 선폭 또는 강도를 포함한 적어도 하나의 속성.

항목 10. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1-9 중 어느 하나의 방법으로서, 펌핑 광은 수집 광의 방향과 실질적으로 반대이거나, 적어도 교차하는 방향으로 가스 또는 증기를 통해 전파한다.

항목 11. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1-10 중 어느 하나의 방법으로서:

스펙트럼 선택적 조립체는 200MHz 이하 또는 동등한 주파수 대역에 대해 선택적이고;

스펙트럼 선택적 조립체는 적어도 1%의 제2 파장에 대한 투과율을 갖고;

스펙트럼 선택적 조립체는 제2 파장을 갖는 광에 비해 제1 파장을 갖는 광에 대해 적어도 20dB의 소광을 제공한다; 또는 위의 모든 조합.

항목 12. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1-11 중 어느 하나의 방법으로서, 스펙트럼 선택적 조립체는 파장의 고정 대역이 통과하도록 허용하고, 및 브릴루앙 피크의 이동에 대한 전기-광학 센서의 각 픽셀에서 강도를 연관시키는 단계를 추가로 포함한다.

항목 13. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1-12 중 어느 하나의 방법으로서, 브릴루앙 산란광의 주파수는 조사광의 주파수로부터 10GHz 또는 그 이하만큼 편이된다.

항목 14. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 1 내지 항목 13 중 어느 하나의 방법으로서, 스펙트럼-선택적 조립체는 광을 펌핑함으로써 조명되지 않고 제1 파장에서 광을 흡수하는 다른 가스 또는 증기를 더 포함한다.

항목 15. 브릴루앙 산란광 검출을 위한 전체 필드 현미경 시스템, 포함하는 것:

제1 파장을 갖는 조사 광을 제공하는 제1 광원;

하나 이상의 렌즈를 포함하고 조사광으로 샘플의 2차원 평면을 조명하도록 구성된 조명 광학 조립체;

하나 이상의 렌즈 및 스펙트럼 선택 조립체를 포함하는 검출 광학 조립체로서, 검출 광학 조립체는 조사 광에 의해 조명된 2차원 평면으로부터 방출된 광을 스펙트럼 선택 조립체를 통해 통과시키도록 구성되고, 방출된 광은 브릴루앙- 조사 광과 시료의 상호 작용으로 인해 발생하는 산란광, 브릴루앙 산란광은 제1 파장에서 이동된 제2 파장을 가지며, 스펙트럼 선택 조립체는 펌핑 광에 의해 조명되는 가스 또는 증기를 포함하며; 그리고

스펙트럼 선택적 조립체에서 빛을 감지하는 전기 광학 센서,

여기서 시료의 2차원 평면의 여러 지점으로부터의 브릴루앙 산란광은 전기 광학 센서에 의해 동시에 감지된다.

항목 16. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 15에 있어서, 스펙트럼 선택 조립체 내의 가스 또는 증기의 하나 이상의 광학적 특성이 펌핑 광을 사용한 조명에 의해 변경되는 시스템.

항목 17. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 16에 있어서, 흡수, 이색성, 편광 또는 복굴절을 포함한 하나 또는 이상의 광학적 속성을 갖는 시스템.

항목 18. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 15 내지 17 중 어느 하나에서, 펌핑 광을 사용한 조명은 가스 또는 증기의 기저 상태 또는 여기 상태에 대응하는 파장에 대한 이색성 특성을 변경하는 것을 특징으로 하는 시스템.

항목 19. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 15 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 스펙트럼 선택 조립체는 제2 파장을 갖는 그것을 통과하는 광의 편광을 변화시키는 것을 특징으로 하는 시스템.

항목 20. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 19 중 어느 하나에 있어서, 스펙트럼 선택 조립체는 변경된 편광을 사용하여 브릴루앙 산란광을 구별하는 하나 이상의 편광 광학 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템

항목 21. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 15 내지 20 중 어느 하나의 시스템으로서, 적어도 상기 전기 광학 센서에 작동 가능하게 결합된 컨트롤러(controller)를 추가로 포함하며, 상기 컨트롤러는 하나 이상의 프로세서 및 컴퓨터 판독 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(computer readable storage media)를 포함하며, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서가 샘플에서 2차원 평면의 브릴루앙 산란광 이미지를 생성하도록 하는 것을 특징으로 하는 시스템.

항목 22. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 15-21 중 어느 하나의 시스템으로서, 다음을 추가로 포함한다.

하나 이상의 프로세서 및 컴퓨터 판독 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는 컨트롤러를 추가로 포함하며, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서가 펌핑 광의 파장, 펌핑 광의 편광, 또는 펌핑 광의 파장 및 편광 모두를 변경함으로써 스펙트럼 선택 조립체를 변경하게 하여, 샘플의 2차원 평면에 대한 브릴루앙 스펙트럼을 획득하는 것을 특징으로 하는 시스템.

항목 23. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 22에 있어서,

컴퓨터 판독 가능 명령을 추가로 저장하는 데 컴퓨터 판독 가능 명령은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서가

조사광에 의해 조명된 2차원 평면의 각 지점에 대해, 획득한 브릴루앙 스펙트럼으로부터 적어도 하나의 속성을 추출하고,

상기 적어도 하나의 속성이 브릴루앙 산란광의 주파수 편이, 선폭 또는 강도를 포함하는 것을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.

항목 24. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 22에 있어서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가 추가로:

2차원 평면의 하나 또는 일부 지점에 대해 획득한 브릴루앙 스펙트럼에서 적어도 하나의 속성을 추출하고,

상기 적어도 하나의 특성은 브릴루앙 산란광의 주파수 편이, 선폭 또는 세기를 포함하는 것을 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.

항목 25. 본 명세서의 임의의 항목 또는 예, 특히 항목 15 내지 항목 24 중 어느 하나에서, 스펙트럼-선택 조립체는 광을 펌핑함으로써 조명되지 않고 제1 파장에서 광을 흡수하는 또 다른 가스 또는 증기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.

결론

상기 실시예 중 일부는 "이미징"을 언급하지만, 실제 이미지의 생성이 반드시 필요한 것은 아니다. 실제로 "이미징"에 대한 언급은 이미지가 생성되지 않을 수 있는 데이터 획득을 포함하기 위한 것이다. 따라서, 본 명세서에서 "이미징"이라는 용어의 사용은 제한적인 것으로 이해되어서는 안 된다.

특정 광학 구성요소 및 구성이 도면에 실시예되고 본 명세서에서 상세히 논의되었지만, 개시된 주제의 실시예는 이에 제한되지 않는다. 실제로, 숙련자는 상이한 광학 구성요소 또는 구성이 선택될 수 있고 및/또는 광학 구성요소가 추가되어 동일한 효과를 제공할 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 실제 구현에서, 실시예는 예를 들어 특정 현미경 형상에 맞도록 빔 경로를 조작하기 위한 추가 반사 요소와 같이 실시예된 것 이외의 추가 광학 구성요소 또는 기타 변형을 포함할 수 있다. 따라서, 개시된 주제의 실시예는 여기에 구체적으로 도시되고 설명된 특정 광학 구성으로 제한되지 않는다.

예를 들어, 도 4a - 5d에 구체적으로 도시된 것 이외의 다른 광학 구성요소로 현미경이나 구성 아암(arms) 또는 조립체가 포함될 수 있다. 더욱이, 실시예된 것과 다른 구성요소는 예를 들어 다른 광학 구성요소를 사용하여 동일한 기능을 달성하거나 다른 기능의 분광계를 제공하기 위해 현미경 또는 그 구성 아암(arms) 또는 조립체에 사용될 수 있다.

도 2a 내지 도 12d 및 항목 1 내지 25에 대하여 도시되거나 설명된 특징들 중의 어느 하나는 시스템, 방법, 장치 및 본 명세서에서 달리 설명되거나 구체적으로 설명되지 않은 실시예를 제공하기 위해 도 2a 내지 12a 및 항목 1 내지 25에 대하여 도시되거나 설명된 임의의 다른 특징과 조합될 수 있다. 여기에 설명된 모든 기능은 서로 독립적이며 구조적으로 불가능한 경우를 제외하고 여기에 설명된 다른 기능과 조합하여 사용할 수 있다.

개시된 기술의 원리가 적용될 수 있는 많은 가능한 실시예의 관점에서, 도시된 실시예는 단지 바람직한 실시예이고, 개시된 기술의 범위를 제한하는 것으로 받아들여서는 안 된다는 것을 인식해야 한다. 오히려, 범위는 다음 청구범위에 의해 정의된다. 따라서 우리는 이러한 주장의 범위와 정신에 속하는 모든 것을 주장한다.

Claims (25)

1. 브릴루앙 산란광 검출(Brillouin-scattered light)을 위한 전체-필드 현미경 방법(full-field microscopy method)으로서,
   (a) 제1 파장을 갖는 조사 광(interrogating light)으로 샘플의 2-차원 평면을 조명하는 단계;
   (b) 상기 조사광에 의해 조명된 2-차원 평면으로부터 방출된 광을 수집하는 단계로서, 상기 방출된 광(emitted light)은 조사광과 샘플의 상호작용으로부터 발생하는 브릴루앙-산란광을 포함하고, 상기 브릴루앙-산란광은 제1 파장으로부터 이동된 제2 파장을 갖는 단계;
   (c) 펌핑 광(pumping light)에 의해 조명되는 가스 또는 증기를 포함하는 스펙트럼-선택 조립체(spectrally-selective assembly)를 통해 수집된 광을 통과시키는 단계; 및
   (d) 전기-광학 센서(electro-optical sensor)를 사용하여 상기 스펙트럼-선택 조립체로부터의 빛을 검출하는 단계를 포함하며,
   상기 샘플의 2-차원 평면의 복수 포인트로부터의 브릴루앙-산란광은 상기 (d) 단계의 검출로 동시에 검출되는 것인 전체-필드 현미경 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼-선택 조립체 내의 가스 또는 증기의 하나 이상의 광학적 특성이 펌핑 광을 사용한 조명에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 특성이 흡수(absorption), 이색성(dichroism), 편광(polarization) 또는 복굴절(birefringence)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 펌핑 광을 사용한 조명은 가스 또는 증기의 기저 상태(ground state) 또는 여기 상태(excited states)에 상응하는 파장에 대한 이색성 특성을 변경하는 것을 특성으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼-선택 조립체는 제2 파장을 갖는 브릴루앙-산란광(Brillouin-scattered light)의 편광을 변화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 스펙트럼-선택 조립체는 변경된 편광을 사용하여 상기 브릴루앙-산란광을 구별하는 하나 이상의 편광 광학 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서,
   펌핑 광의 파장, 펌핑 광의 편광, 또는 펌핑 광의 파장과 편광 모두를 변경함으로써 상기 스펙트럼-선택 조립체를 변경하는 단계; 및
   상기 샘플의 2-차원 평면에 대한 브릴루앙 스펙트럼(Brillouin spectrum)을 획득하기 위해, 상기 변경된 스펙트럼-선택 조립체로 (a)에서 (d) 까지 반복하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서,
   조사광에 의해 조명된 상기 2-차원 평면의 각 포인트에 대해, 상기 획득한 브릴루앙 스펙트럼으로부터 적어도 하나 이상의 속성을 추출하고,
   상기 적어도 하나 이상의 속성이 브릴루앙-산란광의 주파수 변이, 선폭 또는 강도를 포함하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항에 있어서,
   2차원 평면의 하나 또는 일부 포인트에 대해 획득한 브릴루앙 스펙트럼에서 적어도 하나의 속성을 추출하고,
   적어도 하나의 속성은 브릴루앙 산란광의 주파수 편이, 선폭 또는 강도를 포함하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 펌핑 광은 수집된 광의 방향과 실질적으로 반대 방향 또는 적어도 교차하는 방향으로 가스 또는 증기를 통해 전파되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼-선택 조립체는 200MHz 이하의 주파수 대역에 대해 선택적이거나;
    상기 스펙트럼-선택 조립체는 적어도 1% 이상의 제2 파장에 대한 투과율을 갖거나;
    상기 스펙트럼-선택 조립체는 제2 파장을 갖는 광에 비해 제1 파장을 갖는 광에 대해 적어도 20dB 이상의 감광(extinction)을 제공하거나;
    상기의 모든 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼-선택 조립체는 파장의 고정된 밴드(fixed band)를 통과시키고, 전기-광학 센서(electro-optical sensor)의 각 픽셀에서의 강도를 브릴루앙 피크의 이동과 연관시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 브릴루앙-산란광의 주파수는 상기 조사 광의 주파수로부터 10GHz 이하만큼 이동되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼-선택 조립체는 광을 펌핑함으로써 조명되지 않고 제1 파장의 광을 흡수하는 또 다른 가스 또는 증기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 브릴루앙-산란광 검출을 위한 전체-필드 현미경 시스템(full-field microscopy system)으로서,
    제1 파장을 갖는 조사 광을 제공하는 제1 광원;
    하나 이상의 렌즈를 포함하고 상기 조사광으로 샘플의 2-차원 평면을 조명하도록 구성된 조명 광학 조립체(illumination optical assembly);
    하나 이상의 렌즈 및 스펙트럼-선택 조립체를 포함하는 검출 광학 조립체로서, 상기 검출 광학 조립체는 조사 광에 의해 조명된 2-차원 평면으로부터 방출된 광을 스펙트럼-선택 조립체를 통해 통과시키도록 구성되고, 상기 방출된 광은 조사광과 샘플의 상호작용으로부터 브릴루앙-산란광을 포함하고, 상기 브릴루앙-산란광은 제1 파장에서 이동한 제2 파장을 갖고, 상기 스펙트럼-선택 조립체는 펌핑광에 의해 조명되는 가스 또는 증기를 포함하는 검출 광학 조립체; 및
    스펙트럼-선택 조립체에서 광을 검출하는 전기 광학 센서(electro-optical sensor)를 포함하며,
    상기 샘플의 2-차원 평면의 복수 포인트로부터의 브릴루앙-산란광은 상기 전기-광학 센서에 의해 동시에 검출되는 것인 전체-필드 현미경 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 스펙트럼-선택 조립체 내의 가스 또는 증기의 하나 이상의 광학적 특성이 펌핑 광을 사용한 조명에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학적 특성은 흡수, 이색성, 편광 또는 복굴절을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 펌핑 광을 사용한 조명은 가스 또는 증기의 기저 상태 또는 여기 상태에 대응하는 파장에 대한 이색성 특성을 변경하는 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 제15항에 있어서, 상기 스펙트럼-선택 조립체는 제2 파장을 갖는 그것을 통과하는 광의 편광을 변화시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
20. 제19항에 있어서, 상기 스펙트럼-선택 조립체는 상기 변경된 편광을 사용하여 상기 브릴루앙-산란광을 구별하는 하나 이상의 편광 광학 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
21. 제15항에 있어서, 적어도 상기 전기-광학 센서에 작동 가능하게 결합된 컨트롤러(controller)를 추가로 포함하며, 상기 컨트롤러는 하나 이상의 프로세서(processors) 및 컴퓨터 판독 가능 명령(computer-readable instructions )을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(computer readable storage media)를 포함하며, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서가 샘플의 2-차원 평면의 브릴루앙-산란광 이미지를 생성하도록 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
22. 제15항에 있어서,
    하나 이상의 프로세서 및 컴퓨터-판독 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는 컨트롤러로를 추가로 포함하며. 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서가 펌핑 광의 파장, 펌핑 광의 편광, 또는 펌핑 광의 파장 및 편광 모두를 변경함으로써 스펙트럼-선택 조립체를 변경하게 하여, 샘플의 2-차원 평면에 대한 브릴루앙 스펙럼을을 획득하는 것을 특징으로 하는 시스템.
23. 제22항에 있어서, 상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령을 추가로 저장하는데, 컴퓨터 판독 가능 명령은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서가,
    조사광에 의해 조명된 상기 2-차원 평면의 각 포인트에 대해, 상기 획득한 브릴루앙 스펙트럼으로부터 적어도 하나 이상의 속성을 추출하고,
    상기 적어도 하나 이상의 속성이 브릴루앙-산란광의 주파수 변이, 선폭 또는 강도를 포함하는 것을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
24. 제22항에 있어서, 상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령을 추가로 저장하는데, 컴퓨터 판독 가능 명령은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가,
    2-차원 평면의 하나 또는 일부 포인트에 대해 획득한 브릴루앙 스펙트럼에서 적어도 하나의 속성을 추출하고,
    적어도 하나의 속성은 브릴루앙 산란광의 주파수 편이, 선폭 또는 강도를 포함하는 것을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
25. 제15항에 있어서, 상기 스펙트럼-선택 조립체는 광을 펌핑함으로써 조명되지 않고 제1 파장의 광을 흡수하는 또 다른 가스 또는 증기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.

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