專利名稱：使用多路傳輸全息圖及偏振操縱從被分析物測(cè)量光譜線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及根據(jù)樣本中被分析物所特有的電磁頻譜來(lái)測(cè)量所述被分析物，且更具體而言，涉及借助多路傳輸?shù)娜D及偏振操縱來(lái)進(jìn)行這種測(cè)量。
背景技術(shù)：
人們已作出諸多努力來(lái)創(chuàng)造一種用于對(duì)生物有機(jī)體內(nèi)的重要物質(zhì)進(jìn)行非侵害性測(cè)量的恰當(dāng)設(shè)備。此種測(cè)量能力的重要性不僅緣于需要在不擾亂系統(tǒng)的情況下觀測(cè)這些有機(jī)體中的生物化學(xué)反應(yīng)、而且還是為了在非常希望比屆時(shí)需要刺穿皮膚的實(shí)際頻度更頻繁地測(cè)量患者的葡萄糖值的情況下幫助控制例如糖尿病等慢性病。
人們已提出使用光譜學(xué)來(lái)進(jìn)行此種測(cè)量。光譜儀設(shè)計(jì)中的一重要考慮因素是設(shè)備在一既定分辨率情況下的視場(chǎng)。具體而言，通常較佳使用一大的檢測(cè)器以便對(duì)一更大的樣本體積進(jìn)行成像。然而，通常不希望成比例地增大聚光光學(xué)器件的直徑。因此，通常希望使視場(chǎng)為聚光光學(xué)器件的直徑的一盡可能大的分率。
第5,768,040號(hào)美國(guó)專利提出一種光譜儀布局，其作為一復(fù)合物具有一寬的視場(chǎng)。所述設(shè)備由多個(gè)光譜儀構(gòu)成，其中每一光譜儀均基于球形凸面全息衍射光柵及相關(guān)聯(lián)的反射光學(xué)器件。整個(gè)設(shè)備的成本由這些光譜儀的許多倍構(gòu)成且對(duì)于許多應(yīng)用而言價(jià)格過(guò)高。另外，此種設(shè)備的大小將使其無(wú)法用于可用空間有限的情形。一種其中可在相同的可用空間中有效地將多個(gè)光譜儀多路傳輸且成本不會(huì)隨視場(chǎng)而顯著地按比例放大的解決方案將更為可取。
可有利地使用多路傳輸于單個(gè)記錄媒體中的多個(gè)反射全息圖來(lái)將被分析物的每一有用的光譜線反射至單個(gè)檢測(cè)器或多個(gè)檢測(cè)器。然而，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)的極限孔徑變成聚光透鏡或聚光鏡的直徑的一相當(dāng)大的分率時(shí)，全息圖將不可避免地受到分布于一角度范圍內(nèi)的光而非完全準(zhǔn)直光的照射。然而，全息圖具有有限的接收角—其在該接收角內(nèi)具有恰當(dāng)?shù)难苌湫?。因此，要?huì)聚的光量將通常隨全息圖的接收角按正比例增大。可在使用更大直徑光學(xué)器件為代價(jià)的情況下減小角度范圍，但會(huì)對(duì)成本及大小產(chǎn)生不利影響。使全息圖具有大的視場(chǎng)可消除使用更大光學(xué)器件這一需要，或者在給定光學(xué)器件大小的情況下，可增大所會(huì)聚的光的量?？梢子谧C明，對(duì)于平面全息圖而言，在相對(duì)于構(gòu)成全息圖的條紋以接近法向入射進(jìn)行照射的情況下，視場(chǎng)最大。然而，可能非常難以相對(duì)于所述表面以接近90°對(duì)反射全息圖進(jìn)行照射，因?yàn)榉瓷涔鈱㈦S后大體沿與照射光相同的路徑返回且可能難以分離這兩個(gè)光束。
另外，人們通過(guò)實(shí)驗(yàn)已發(fā)現(xiàn)，某些散射過(guò)程可產(chǎn)生顯著偏振的散射光。如果散射光基本上未偏離于其原始方向，即使在穿過(guò)一混濁媒介(例如人體組織)之后，偏振也可很好地得到保持。例如拉曼(Raman)散射等非彈性散射可提供含有所關(guān)心的各種被分析物的特征光譜標(biāo)記圖的散射光譜。人們已發(fā)現(xiàn)，如果自混濁樣本內(nèi)的一不過(guò)大的深度會(huì)聚拉曼散射輻射，則散射輻射是高度偏振的。
物質(zhì)因吸收激發(fā)性激光波長(zhǎng)而受到激發(fā)所產(chǎn)生的熒光通常是主要的噪聲源。通常發(fā)現(xiàn)，熒光只是出現(xiàn)弱偏振，但其幅值可為大于拉曼信號(hào)的數(shù)量級(jí)。如果需要得到被分析物濃度的定量估計(jì)值，則希望設(shè)想出一種用于自拉曼信號(hào)中減去熒光信號(hào)的準(zhǔn)確方法。另外，為提高信噪比，希望相對(duì)于拉曼信號(hào)優(yōu)先衰減熒光。因此，希望找到一種方法來(lái)充分利用在某些有利情況下出現(xiàn)的散射信號(hào)的優(yōu)先偏振，以提高信噪比并準(zhǔn)確地分離出干擾性非偏振輻射。
使用例如衍射光柵等色散性元件的光譜方法存在若干缺點(diǎn)。例如，許多這些方法無(wú)法將一被分析物的兩條或更多條光譜線多路傳輸至單個(gè)檢測(cè)器上以便使信號(hào)增大。使用級(jí)聯(lián)的二向色性透射濾光器的技術(shù)具有相同的缺陷。此外，這兩種技術(shù)均未將這兩個(gè)偏振分離以便在此后進(jìn)行相減。應(yīng)使用具有與應(yīng)用于第一偏振的光譜特性大體相同的光譜特性的濾光器對(duì)與所需信號(hào)的偏振正交偏振的光進(jìn)行光譜過(guò)濾，因?yàn)榉駝t減去這兩個(gè)信號(hào)便無(wú)法準(zhǔn)確地分離出噪聲。
最后，常常希望觀測(cè)一種或多種其他被分析物的光譜線，以便準(zhǔn)確地確定第一被分析物的絕對(duì)濃度。當(dāng)存在具有可在一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)處與被分析物的光譜重疊的混雜光譜的物質(zhì)時(shí)，尤其如此。然而，每一種混雜的物質(zhì)均可具有一條或多條不同于被分析物的光譜線的獨(dú)特光譜線。因此，可使用對(duì)這些其他線的觀測(cè)來(lái)分離出所述混雜物質(zhì)的作用。在一種更一般的方法中，可構(gòu)造一種回歸演算法來(lái)分離出多種混雜物質(zhì)的作用。
因此，希望作為另一選擇，觀察不同于第一被分析物的光譜線的其他光譜線。另一選擇為，觀測(cè)所述被分析物所溶解于的溶劑的光譜線對(duì)于確定散射體積中的溶劑量而言非常有用。可使用溶劑體積來(lái)確定被分析物的絕對(duì)濃度。一般而言，觀測(cè)許多條光譜線已經(jīng)需要使用一線性檢測(cè)器陣列構(gòu)建一攝譜儀來(lái)觀測(cè)整個(gè)光譜。當(dāng)需要使用一大的檢測(cè)器陣列時(shí)，此可能頗為昂貴。此外，多個(gè)檢測(cè)器的暗電流噪聲是加性的。因此，與一較小的陣列或單個(gè)檢測(cè)器相比，大的陣列可能具有差的信噪比。
因此，需要提供改良的光譜方法，例如可用于根據(jù)被分析物的光譜線來(lái)檢測(cè)被分析物的光譜方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明即解決這些及其他限制條件，其提供一種其中使用多路傳輸全息圖來(lái)獲得波長(zhǎng)選擇性并使用偏振操縱來(lái)利于使光接近法向入射于全息圖上的光學(xué)設(shè)備。所述偏振操縱能夠使自所述全息圖反射的光自入射于所述全息圖上的光分離。法向入射的一好處是使全息圖具有一擴(kuò)展角度的視場(chǎng)。所述擴(kuò)展的視場(chǎng)允許在光學(xué)會(huì)聚系統(tǒng)內(nèi)使用更小的聚光光學(xué)器件及/或更大的孔徑?？墒褂酶蟮目讖絹?lái)增大被成像的散射體積的大小，從而增大由所關(guān)心的被分析物所產(chǎn)生的信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一對(duì)偏振敏感的組合件按照偏振來(lái)分離入射光。例如，一偏振光束分離器可將入射光分離成正交的線性偏振。所述經(jīng)偏振分離的光入射于一個(gè)或多個(gè)全息組合件上。所述全息組合件包含用于反射所選波長(zhǎng)帶內(nèi)的光的全息圖；其他光則被透射。例如，可根據(jù)所要檢測(cè)的被分析物的光譜線來(lái)選擇所述波長(zhǎng)帶。反射光通過(guò)所述偏振敏感的組合件自入射光分離，從而能夠法向入射于所述多路傳輸?shù)娜D上。
所述設(shè)備還可包括一個(gè)或多個(gè)經(jīng)定位以接收所述反射光的檢測(cè)器。可將不同的偏振及/或波長(zhǎng)帶路由至不同的檢測(cè)器。在一實(shí)施例中，由單個(gè)檢測(cè)器接收所有偏振及所有波長(zhǎng)帶。在另一實(shí)施例中，則對(duì)所述波長(zhǎng)帶進(jìn)行劃分。某些波長(zhǎng)帶由一個(gè)檢測(cè)器接收到，其他波長(zhǎng)帶由一第二檢測(cè)器接收到，依此類推。這可通過(guò)使對(duì)應(yīng)的全息圖以不同的角度定向來(lái)實(shí)現(xiàn)。在另一實(shí)施例中，由不同的檢測(cè)器接收不同的偏振。也可實(shí)行這些實(shí)施方式的組合。
例如，如果所需的散射信號(hào)在一個(gè)方向上顯著偏振，則可使用自正交偏振產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)減去自大致存在于這兩個(gè)偏振中的意外輻射源產(chǎn)生的噪聲。這些意外輻射源可包括來(lái)自生物樣本的熒光。在一實(shí)施方案中，在一個(gè)檢測(cè)器處接收到包含來(lái)自被分析物的散射信號(hào)的偏振，且在一單獨(dú)的檢測(cè)器處接收到正交的偏振(大多為噪聲，帶有較低的到不帶有被分析物散射信號(hào))。可隨后處理這兩個(gè)檢測(cè)器信號(hào)，以從包含來(lái)自被分析物的散射信號(hào)的信號(hào)中移除噪聲。在該實(shí)例中，希望使這兩個(gè)偏振在傳播過(guò)所述系統(tǒng)時(shí)經(jīng)受相同的衰減。在一種設(shè)計(jì)中，對(duì)這兩個(gè)偏振使用同一全息組合件。一個(gè)偏振入射于正面上，另一個(gè)偏振則入射于背面上。通過(guò)此種方式，這兩個(gè)偏振將經(jīng)歷相同的全息衍射效率、視場(chǎng)等等。
在一特定設(shè)計(jì)中，通過(guò)使用四分之一波長(zhǎng)板來(lái)分離入射光束及自所述全息組合件反射的反射光束。所述入射光束的偏振穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)板并自線性偏振轉(zhuǎn)變成圓偏振。所述光束隨后自多路傳輸?shù)娜D反射。所述反射光束再次穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)板并自圓偏振轉(zhuǎn)變成線性偏振，但與入射光束正交。使用偏振的差別來(lái)分離這兩個(gè)光束。
在本發(fā)明的再一方面中，可詢問(wèn)不止一組波長(zhǎng)帶。不同的全息組合件包含用于構(gòu)建不同波長(zhǎng)帶組的多路傳輸全息圖。因此，一個(gè)全息組合件可根據(jù)一目標(biāo)被分析物的光譜線來(lái)選擇波長(zhǎng)帶，另一全息組合件可根據(jù)可存在的某種其他物質(zhì)的光譜線來(lái)選擇波長(zhǎng)帶，且一第三全息組合件可為所述被分析物溶解于其中的溶劑選擇波長(zhǎng)帶。在各種設(shè)計(jì)中，可將不同的偏振路由至這些全息組合件的不同組合及/或可將反射光路由至不同的檢測(cè)器組合。所述路由也可隨時(shí)間而變化(即時(shí)分多路傳輸)。
在一種設(shè)計(jì)中，將所有反射光路由至單個(gè)檢測(cè)器，但由主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器改變使用哪些全息組合件，從而改變反射光的波長(zhǎng)成分。在一種應(yīng)用中，在兩種狀態(tài)之間切換一主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器。在一種狀態(tài)中，將被分析物波長(zhǎng)路由至一檢測(cè)器。在另一種狀態(tài)中，將被分析物波長(zhǎng)加上其他波長(zhǎng)(例如與被分析物信號(hào)局部重疊的混雜物質(zhì)的波長(zhǎng))路由至檢測(cè)器。通過(guò)比較這兩個(gè)信號(hào)，便可確定被分析物及/或另一物質(zhì)的強(qiáng)度。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，使用若干可級(jí)聯(lián)的級(jí)以模塊方式設(shè)計(jì)所述系統(tǒng)。級(jí)的基本設(shè)計(jì)是模塊式的，從而能夠添加額外的級(jí)。因此，一個(gè)級(jí)可設(shè)計(jì)成檢測(cè)第一組波長(zhǎng)帶，但可添加額外的級(jí)來(lái)檢測(cè)第二組、第三組等波長(zhǎng)帶。
用于路由來(lái)自被分析物的散射信號(hào)的波長(zhǎng)及偏振的方法同等地適用于將多個(gè)波長(zhǎng)及偏振自光源(例如激光器)路由至不同的目的地。在任一特定系統(tǒng)中，均可使用類似的技術(shù)將源波長(zhǎng)及偏振二者路由至不同的目的地及/或?qū)⑸⑸洳ㄩL(zhǎng)及偏振路由至不同的檢測(cè)器。
本發(fā)明的其他方面包括對(duì)應(yīng)于上面所述裝置及系統(tǒng)的方法及應(yīng)用。
為說(shuō)明可用以獲得本發(fā)明上述及其他優(yōu)點(diǎn)及特征的方式，下文將參照在附圖中所圖解說(shuō)明的本發(fā)明特定實(shí)施例來(lái)提供對(duì)上面所概述的本發(fā)明的更具體說(shuō)明。在了解這些圖式僅繪示本發(fā)明的典型實(shí)施例且因而不應(yīng)視為限定本發(fā)明范疇的情況下，將借助附圖更加具體及詳細(xì)地說(shuō)明及解釋本發(fā)明，附圖中圖1是一根據(jù)本發(fā)明的裝置的方塊圖；圖2a及2b是圖解說(shuō)明圖1中的波長(zhǎng)路由器所進(jìn)行的波長(zhǎng)路由的圖式；圖3是一根據(jù)本發(fā)明的光譜裝置的圖式；圖4是多路傳輸反射全息圖的反射率隨波長(zhǎng)變化的曲線圖；圖5是一顯示在建立視場(chǎng)中光學(xué)系統(tǒng)的孔徑與聚光光學(xué)器件的焦距之間關(guān)系的圖式；圖6顯示圖3所示光譜設(shè)備的一種變化形式，其中將兩個(gè)大致正交的線性偏振中的入射輻射轉(zhuǎn)向兩個(gè)不同的檢測(cè)器；圖7顯示圖3所示光譜設(shè)備的一變化形式，其中使用一共用全息組合件來(lái)衍射這兩個(gè)正交的線性偏振；圖8是另一根據(jù)本發(fā)明的光譜裝置的圖式；
圖9顯示圖8所示光譜設(shè)備的一變化形式。
具體實(shí)施例方式
圖1是一根據(jù)本發(fā)明的裝置的高層次方塊圖，其主要顯示所述裝置內(nèi)各主要組件的光學(xué)功能。在該特定實(shí)例中，所述裝置包括四個(gè)源S1-S4、兩個(gè)檢測(cè)器1140A-B、一參考單元1125及快門1120、一樣本1135及快門1130、及一波長(zhǎng)/偏振路由器1110。
大體而言，所述裝置按如下方式工作。源S1-S4產(chǎn)生光，所述光由波長(zhǎng)/偏振路由器1110通過(guò)各自的快門1120、130路由至參考單元1125及/或樣本1135?？扉T1120、130允許對(duì)照明進(jìn)行時(shí)間選通。自參考單元1125及/或樣本1135散射的光由路由器1110路由至檢測(cè)器1140。
圖中將源S1-S4顯示成具有各種各樣的波長(zhǎng)及偏振(圖1中的波長(zhǎng)1-2及偏振1-2)。波長(zhǎng)/偏振路由器1110將入射光的一線性組合通過(guò)快門1120、130自源S1-S4引導(dǎo)至樣本1135及/或引導(dǎo)至參考單元1125。如果Ikj是第k個(gè)源在第j個(gè)偏振中的強(qiáng)度，則照射參考單元1125的強(qiáng)度Ir及照射樣本1135的強(qiáng)度Is分別表示為Ir=Σj=12Σk=1WBkjIkj---(1)]]>Is=Σj=12Σk=1WAkjIkj---(2)]]>其中0≤Akj≤1，0≤Bkj≤1，且Akj+Bkj≤1，且W是源的總數(shù)量。波長(zhǎng)/偏振路由器1110執(zhí)行入射光至不同輸出端的無(wú)源功率劃分。系數(shù)Akj及Bkj描述在兩個(gè)正交偏振之一(j＝1或2)中在波長(zhǎng)k處進(jìn)行的功率劃分?？赏ㄟ^(guò)將波長(zhǎng)/偏振路由器1110設(shè)計(jì)成使恰當(dāng)?shù)南禂?shù)標(biāo)稱等于1或0來(lái)選取特定功能，以將一既定波長(zhǎng)及/或偏振基本上全部路由至參考單元1125及/或樣本1135。
圖2a是一以圖畫形式顯示波長(zhǎng)/偏振路由的圖式。左手側(cè)上的四個(gè)箭頭代表由這四個(gè)源S1-S4所產(chǎn)生的光。每一箭頭均代表波長(zhǎng)與偏振的一特定組合。每一自一個(gè)源至一目的地(參考單元1125或樣本1135)的路徑均代表每一輸入波長(zhǎng)及偏振的轉(zhuǎn)向恰當(dāng)目的地的一預(yù)定分率。來(lái)自源S1、S2及S4的光由路由器1110路由至參考單元1125。來(lái)自源S2及S3的光由路由器1110路由至樣本1135。在該圖式中，每一目的地也由箭頭表示；對(duì)于各目的地而言，箭頭數(shù)量并不打算具有特定的含意。箭頭數(shù)量也不打算隱含著關(guān)于光束的實(shí)體位置或方向的特性。例如，單個(gè)箭頭未必對(duì)應(yīng)于單個(gè)實(shí)體位置或單個(gè)入射角。對(duì)應(yīng)的光可包含于照射單個(gè)位置的單個(gè)光束中、或者照射不同位置及/或以不同角度入射的若干個(gè)分離的光束中。另外，來(lái)自一個(gè)源的光也可包含于多個(gè)光束中。
當(dāng)來(lái)自路由器1110的光照射參考單元1125或樣本1135時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一散射信號(hào)。所述信號(hào)通常由來(lái)自參考單元1125或樣本1135內(nèi)各種物質(zhì)的許多光譜線組成。產(chǎn)生該等光譜線的過(guò)程包括但不限于拉曼(Raman)散射、二次諧波的產(chǎn)生、三次諧波的產(chǎn)生、四波混合及熒光。這些過(guò)程中的任何一種均可產(chǎn)生一為所要測(cè)量的被分析物所特有的光譜。來(lái)自一個(gè)源的每一入射波長(zhǎng)均可通過(guò)上述過(guò)程中的一種或幾種過(guò)程產(chǎn)生大量散射波長(zhǎng)。
以拉曼散射作為一特別適用的實(shí)例，每一入射波長(zhǎng)均將以由入射頻率與物質(zhì)的特有拉曼頻率之差所給出的頻率產(chǎn)生散射波長(zhǎng)。該過(guò)程稱作斯托克斯-拉曼散射(StokesRaman scattering)。還出現(xiàn)和頻產(chǎn)生且此稱作反斯托克斯-拉曼散射(Anti-Stokes Ramanscattering)。
在下文中，使用斯托克斯過(guò)程來(lái)圖解說(shuō)明該裝置的功能，但并非僅限于斯托克斯過(guò)程。如果在樣本1135上有N個(gè)入射波長(zhǎng)且有L個(gè)特有拉曼頻率，則散射信號(hào)將含有N×L＝P個(gè)拉曼散射波長(zhǎng)。每一此種波長(zhǎng)均可路由至M個(gè)檢測(cè)器中的任一個(gè)。如同自源至參考單元/樣本的路由一樣，自參考單元/樣本至檢測(cè)器的路由是一般性的并可由如下方程式表示Id=Σj=12Σk=1PCdkjPkj---(3)]]>其中Id是入射于第d個(gè)檢測(cè)器上的總功率，Pkj是在第j個(gè)偏振中第k個(gè)散射波長(zhǎng)的散射功率，且Cdkj是第k個(gè)波長(zhǎng)及第j個(gè)偏振的功率中由路由器1110轉(zhuǎn)向至第d個(gè)檢測(cè)器的分率。在不存在光學(xué)放大的情況下，能量守恒定量要求任一單獨(dú)散射波長(zhǎng)的系數(shù)Cdkj均遵循如下不等式Σd=1MCdkj≤1---(4)]]>且其中對(duì)于所有的k值及j值，Cdkj≥0。
在圖2b中顯示路由器1110相對(duì)于來(lái)自樣本1135的散射波長(zhǎng)的函數(shù)，其中每一路徑均代表一既定散射波長(zhǎng)中轉(zhuǎn)向一既定檢測(cè)器的分率。在本實(shí)例中假定在樣本中存在三條感興趣的拉曼線且照射光處于兩種不同的波長(zhǎng)且在每一波長(zhǎng)上處于兩個(gè)不同的偏振中。因此，總共有2×2×3＝12個(gè)來(lái)自所述樣本的散射拉曼信號(hào)。右手側(cè)上的每一箭頭均代表在其中一個(gè)散射偏振中的其中一個(gè)散射波長(zhǎng)。假定在參考單元中存在一條感興趣的拉曼線。因此，存在四個(gè)來(lái)自參考單元的散射拉曼信號(hào)。
在許多應(yīng)用中，較佳使路由方案為一無(wú)阻塞架構(gòu)。以一既定波長(zhǎng)且在一既定偏振中轉(zhuǎn)向一特定目的地的光的分率大致與以任一其他波長(zhǎng)及任一其他偏振轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向的光或轉(zhuǎn)向至任一其他目的地的光的分率無(wú)關(guān)(當(dāng)然，其遵守能量守恒定量)。在數(shù)學(xué)上，這意味著無(wú)需使不同k及j值的系數(shù)Cdkj相關(guān)聯(lián)。類似地，無(wú)需使系數(shù)Akj相關(guān)聯(lián)且無(wú)需使系數(shù)Bkj相關(guān)聯(lián)。在許多應(yīng)用中，還較佳使所述架構(gòu)允許進(jìn)行廣播，此可定義為將一既定波長(zhǎng)及偏振的一分率轉(zhuǎn)向不止一個(gè)目的地。所得到的架構(gòu)因此較佳可為一具有廣播能力的完全大體線性無(wú)阻塞無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。
在同在申請(qǐng)中的第10/923,264號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案“使用一波長(zhǎng)路由器根據(jù)電磁頻譜測(cè)量被分析物(Measuring Analytes from an Electromagnetic Spectrum Using aWavelength Router)”中在波長(zhǎng)路由上下文中給出了關(guān)于一類似裝置的工作及特征的更多細(xì)節(jié)，該美國(guó)專利申請(qǐng)案由Jan Lipson于2004年8月20日提出申請(qǐng)，其全文以引用方式并入本文中。下面的圖3-9給出了關(guān)于各種用于路由源及信號(hào)波長(zhǎng)及偏振的實(shí)施例更多細(xì)節(jié)。
所提供的各個(gè)實(shí)施例實(shí)質(zhì)利用了對(duì)偏振的操縱。一般而言，不需要在相差180°的線性偏振之間進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)樗鲈O(shè)備對(duì)如此不同的偏振的操作不存在物理差別。一般而言，可在一特定方向上或在一距第一方向180°的方向上概略地顯示偏振，且這兩種圖式是等價(jià)的。類似地，左手與右手圓偏振輻射之間的區(qū)別對(duì)于所述設(shè)備的發(fā)揮功能而言也不重要。雙折射單軸晶體(例如方解石或石英)的工作可使得自兩個(gè)線性偏振之一構(gòu)造兩個(gè)圓偏振之一，且取決于這些晶體是正性還是負(fù)性的。只要使此種選項(xiàng)恒定不變，其并不影響所述設(shè)備的功能。
在下面的許多圖式中，將顯示各種光束的傳播方向與偏振二者。通常將傳播方向顯示為一實(shí)線箭頭。一在兩端上均具有箭頭的實(shí)線通常指示兩個(gè)光束其中一個(gè)光束在一個(gè)方向上傳播，而另一光束則在相反方向上傳播(例如當(dāng)自一全息圖或鏡發(fā)生法向入射反射時(shí)即可為此種情形)。線性偏振如果處于紙平面中則通常顯示為一虛線箭頭，且如果與紙平面正交則通常顯示為一個(gè)圓。圓偏振通常由一不帶x的圓來(lái)顯示。
圖3為一個(gè)實(shí)施例的圖式，其圖解說(shuō)明將波長(zhǎng)自一樣本(未顯示)路由至一檢測(cè)器100。透鏡20對(duì)來(lái)自樣本的散射光5進(jìn)行成像。散射光5可在兩個(gè)正交的偏振中均包含相當(dāng)大的輻射量，如由虛線箭頭5B及帶有x的圓5A所示。對(duì)應(yīng)的實(shí)線箭頭指示散射光正在圖中自左側(cè)傳播至右側(cè)。
圖中顯示光5已起源于一孔徑10。所述孔徑無(wú)需位于所示位置，且無(wú)需為一物理孔徑。一般而言，所述孔徑是由限制由光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像的散射體積大小的光學(xué)元件來(lái)界定。并非一物理開(kāi)孔的此種可能的極限孔徑的一實(shí)例將是一其直徑對(duì)于確定在所述檢測(cè)器上成像的散射體積大小而言是一限制因素的檢測(cè)器。
一偏振光束分離器30將這兩個(gè)正交的線性偏振引導(dǎo)至不同的方向-在圖中顯示為光束32A及32B。這兩束分離的線性偏振光32A及32B分別穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板60及70，此將線性偏振變換成圓偏振，如符號(hào)62A及62B所示。全息組合件50及80-其分別包含若干個(gè)多路傳輸?shù)姆瓷淙D-大致在相反方向上反射所選波長(zhǎng)帶的光(如由符號(hào)62A及62B中的返回箭頭所表示)。
在第二次穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)板之后，偏振自圓偏振轉(zhuǎn)換成線性偏振，此在圖中顯示為符號(hào)64A及64B。然而，反射光束64A及64B的線性偏振分別與原始光束32A及32B的偏振正交。當(dāng)入射于偏振光束分離器30上時(shí)，入射光束64A作為光束66A穿過(guò)，且入射光束64B作為光束66B穿過(guò)。
應(yīng)注意，盡管多路傳輸全息圖50及80將光束沿相同的路徑反射回、從而允許法向入射于全息圖上，然而偏振操縱使輸出光束66不沿與入射光束5相同的路徑傳播。在圖3中，將輸入光束5與輸出光束66之間的角度差顯示為大致90°。然而，例如通過(guò)相對(duì)于傳播方向選取偏振光束分離器30的一不同的角度定向，也可得到其他角度。光束66A及66B具有正交的偏振，但由于偏振光束分離器30的操作而沿同一方向傳播。透鏡90將合成光66聚焦至檢測(cè)器100上。
例如50及80等全息組合件的操作圖解說(shuō)明于圖4中，該圖定性地顯示這些全息組合件的反射率隨波長(zhǎng)變化的功能形式。每一全息組合件均包含若干個(gè)多路傳輸?shù)姆瓷淙D，每一全息圖均具有一反射帶。每一反射帶均經(jīng)優(yōu)選選擇以對(duì)應(yīng)于所關(guān)心被分析物的一適用的光譜線。所述反射帶的寬度優(yōu)先選擇成與被分析物的光譜線近似相同。反射率的值優(yōu)選選擇成接近100％。關(guān)于多路傳輸全息圖的操作及構(gòu)造的更多細(xì)節(jié)特別闡述于第10/923,264號(hào)待決美國(guó)專利申請(qǐng)案“使用一波長(zhǎng)路由器根據(jù)電磁頻譜測(cè)量被分析物(Measuring Analytes from an Electromagnetic Spectrum Using aWavelength Router)”的圖3、4及6中以及對(duì)應(yīng)文本中，該美國(guó)專利申請(qǐng)案由Jan Lipson于2004年8月20日提出申請(qǐng)，其內(nèi)容以引用方式并入本文中。
通常希望增大多路傳輸全息圖的視場(chǎng)。當(dāng)通過(guò)大小有限的準(zhǔn)直光學(xué)器件會(huì)聚來(lái)自散射體積的光時(shí)，將存在一標(biāo)稱準(zhǔn)直光的角度分布。該情形繪示于圖5中，其中一直徑為A的孔徑界定散射體積的橫向尺寸。透鏡20使發(fā)源于所述孔徑內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的光變準(zhǔn)直。最大角度偏差Δθ近似表示為Δθ＝A/2f(5)其中f是準(zhǔn)直透鏡的焦距。為使大致所有發(fā)源于所述孔徑中的光衍射，全息圖應(yīng)具有一大于Δθ的角度視場(chǎng)。如果視場(chǎng)較大，則根據(jù)方程式(5)可見(jiàn)，所述孔徑可較大。可會(huì)聚的信號(hào)量將隨系統(tǒng)極限孔徑的大小按正比例增大?；蛘?，焦距可較小。對(duì)于一自一固定立體角進(jìn)行聚光的透鏡而言，透鏡的直徑將隨焦距按比例增大。相應(yīng)地，一小焦距透鏡將具有較小的直徑。光學(xué)器件的成本隨大小急劇變化。因此，減小聚光光學(xué)器件的直徑可特別重要。此外，某些應(yīng)用受到空間限制，例如當(dāng)必須將一非侵害性診斷儀器配戴在身體上時(shí)。在這些應(yīng)用中，光學(xué)器件的尺寸也特別重要。
對(duì)于全息圖而言，可通過(guò)將布拉格(Bragg)衍射方程式在角度偏差方面擴(kuò)展至二階來(lái)獲得視場(chǎng)δ-其定義為相對(duì)于使衍射效率將變?yōu)?的最佳角度的角度偏差，其結(jié)果如下Δλλa=cotθdθ-12dθ2---(6)]]>其中θ是入射光與全息圖條紋所成的夾角，dθ是相對(duì)于標(biāo)稱值的角度偏差，且Δλ是相對(duì)于使衍射效率變?yōu)?的最佳波長(zhǎng)λa的波長(zhǎng)偏差。因此，在角度接近90°、使方程式(6)中的線性項(xiàng)變?yōu)?時(shí)，視場(chǎng)最大。因此可見(jiàn)，圖3中所示的設(shè)備適用于增大全息圖的視場(chǎng)，因?yàn)橐子趯?shí)現(xiàn)法向入射、且回射光在空間上自入射光束分離從而便于檢測(cè)。
對(duì)以830nm為中心且?guī)挒?nm的全息圖實(shí)施的仿真顯示，可在一近似1nm的重疊光譜區(qū)域情況下獲得一半角近似為3°視場(chǎng)，其中對(duì)于0°及3°兩個(gè)入射角，衍射效率均大于80％。在該實(shí)例中，全息圖為1000μm厚。條紋的最大折射率差為0.003。本底折射率在媒介的整個(gè)厚度上線性變化0.003。
在圖6中顯示一種適用于分別監(jiān)測(cè)兩個(gè)正交偏振中的信號(hào)的實(shí)例性設(shè)計(jì)。所述設(shè)備與圖3所述設(shè)備相同，只是已增加了偏振光束分離器40、透鏡85及檢測(cè)器95。在此種配置中，一個(gè)偏振66A穿過(guò)偏振光束分離器40而產(chǎn)生光束68A，光束68A如前面一樣由檢測(cè)器100會(huì)聚。另一偏振66B則反射為光束68B，其由透鏡85及檢測(cè)器95單獨(dú)會(huì)聚。因此，在所關(guān)心的波長(zhǎng)帶內(nèi)，入射光的偏振分量5A路由至檢測(cè)器100且偏振分量5B路由至檢測(cè)器95。
作為多路傳輸全息圖的操作的結(jié)果，在這兩個(gè)正交偏振中的每一個(gè)中對(duì)散射光的光譜進(jìn)行取樣。在某些應(yīng)用中，需要測(cè)量的信號(hào)主要在一個(gè)方向上偏振且將基本上由這兩個(gè)檢測(cè)器95、100之一來(lái)檢測(cè)。在一較佳實(shí)施例中，將多路傳輸全息圖50與80選擇成基本相同。在這兩個(gè)偏振中均存在噪聲且因此將由這兩個(gè)檢測(cè)器加以檢測(cè)。如果噪聲完全不偏振而所述信號(hào)完全偏振，則將自檢測(cè)器95及100產(chǎn)生的信號(hào)相減便會(huì)自所述信號(hào)中分離出噪聲。在該理想實(shí)例中，也假定對(duì)這兩個(gè)偏振起作用的所有光學(xué)器件均以相同的效率發(fā)揮作用且各檢測(cè)器具有相同的響應(yīng)性。
在實(shí)際中，噪聲可能并非完全不偏振。在對(duì)人類皮膚的偏振特性的測(cè)量中，已發(fā)現(xiàn)，熒光噪聲以近似47％至53％的比率在這兩個(gè)偏振之間劃分。在使用圖6所示設(shè)備時(shí)，如同可確定所述設(shè)備對(duì)于這兩個(gè)偏振的光-電傳送特性那樣，也可確定所要測(cè)量的樣本類別的該比率。通過(guò)使用所述傳送特性與噪聲偏振的已知比率二者，可在相減之前在自檢測(cè)器95與100所產(chǎn)生的信號(hào)之間引入一換算因數(shù)。所述換算因數(shù)優(yōu)先地經(jīng)計(jì)算以使得如果僅存在噪聲，則除了被減去信號(hào)中仍將產(chǎn)生噪聲的不可約的方差外，來(lái)自一個(gè)檢測(cè)器的經(jīng)換算信號(hào)與來(lái)自另一檢測(cè)器的實(shí)際信號(hào)之差將標(biāo)稱為0。此種選擇將使得在存在信號(hào)時(shí)使相減后的噪聲得到明顯消除，這是一重要的優(yōu)點(diǎn)。可通過(guò)電路、軟件或其他類型的傳統(tǒng)邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這兩個(gè)檢測(cè)器信號(hào)的處理。
如前面所述，在圖6所示設(shè)計(jì)中，較佳使多路傳輸全息圖50與80相同。一個(gè)原因在于，對(duì)噪聲的準(zhǔn)確相減取決于使這兩個(gè)偏振經(jīng)受優(yōu)先相同的光譜過(guò)濾。倘若噪聲與信號(hào)相比非常大，則每一偏振所遇到的全息圖的光譜過(guò)濾特性的小的偏差可在相減后的信號(hào)估計(jì)中造成大的誤差。為緩解此種情形，較佳以兩個(gè)正交偏振來(lái)照射單組全息圖，同時(shí)保持使這兩個(gè)偏振在空間上分離。
一種使用此種方法的替代光學(xué)布局顯示于圖7中，其中一個(gè)偏振自正面照射多路傳輸全息圖，而正交的偏振則自背面照射多路傳輸?shù)娜D。這是借助鏡210及220與偏振光束分離器230相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所有這些器件均配置成使一個(gè)偏振轉(zhuǎn)向以便自與正交偏振的方向相反的方向入射于多路傳輸全息圖80上。四分之一波長(zhǎng)板190與全息組合件80的組合會(huì)實(shí)現(xiàn)與四分之一波長(zhǎng)板70與全息組合件80的組合相同的功能。當(dāng)自正面或背面照射時(shí)，多路傳輸全息圖80的功能將實(shí)質(zhì)上相同。因此，為這兩個(gè)正交偏振形成相同的光學(xué)傳遞函數(shù)以便更準(zhǔn)確地相減的較佳目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。
更詳細(xì)地說(shuō)，以與圖3中所示相同的方式路由偏振分量5B。光束5B穿過(guò)光束分離器30，從而得到光束32B。光束32B穿過(guò)波長(zhǎng)板70，自全息組合件80反射并向回穿過(guò)波長(zhǎng)板70，從而得到光束64B。光束64B自光束分離器30反射，從而形成光束66B，光束66B經(jīng)透鏡90及檢測(cè)器100會(huì)聚。
偏振分量5A則以不同的方式路由，以照射全息組合件80(而非如在圖3中一樣照射一不同的全息組合件50)的對(duì)置側(cè)。反射光束32A由鏡210及220路由至偏振光束分離器230。該入射光束由光束分離器230朝多路傳輸全息圖80的背面反射(光束72A)。該光束72A傳播過(guò)波長(zhǎng)板190，自全息組合件80反射并向回穿過(guò)波長(zhǎng)板190，從而得到光束74B。光束74B相對(duì)于光束72A正交地偏振，因此其穿過(guò)偏振光束分離器230(光束76B)并經(jīng)透鏡240及檢測(cè)器250會(huì)聚。
對(duì)于自大的本底熒光中分離出拉曼(Raman)信號(hào)的特定情形而言，較佳以具有寬度處于10-100cm-1范圍內(nèi)的反射帶的反射全息圖來(lái)制造多路傳輸全息圖。在一較佳實(shí)施例中，通過(guò)使通帶寬度與所測(cè)量的線的實(shí)際光譜寬度相匹配且具有適當(dāng)?shù)墓钊菹迊?lái)選擇通帶寬度。尤其對(duì)于拉曼光譜學(xué)而言，希望設(shè)計(jì)出對(duì)于用于形成散射的激光波長(zhǎng)具有高的帶外抑制的全息圖。這是因?yàn)槔⑸涫且环N產(chǎn)生小信號(hào)的微弱過(guò)程，且來(lái)自激光器的雜散光可能較大。通過(guò)恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)50dB的抑制。在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于具有適用于上面所界定的拉曼光譜學(xué)的光譜特性的全息圖而言，將全息圖的視場(chǎng)規(guī)劃成處于0.01至0.07弧度范圍內(nèi)是切實(shí)可行的。使用例如在如下參考文獻(xiàn)中所述的傳統(tǒng)工具，可容易地對(duì)所述視場(chǎng)及其他相關(guān)的性能特性進(jìn)行建模T.Jannson等人所著的“Lipmann-Bragg全息鏡(Lipmann-Bragg Holographic Mirrors)”，Journal ofthe Optical Society of America，第8卷，第201頁(yè)(1991年1月)。對(duì)檢測(cè)器的恰當(dāng)選擇取決于正使用光譜的哪一部分，且還取決于靈敏度需要。對(duì)于源于約800nm的激光散射的拉曼光譜，適于選取硅光電二極管或硅檢測(cè)器，例如CCD陣列中的硅光電二極管或硅檢測(cè)器。
四分之一波長(zhǎng)板較佳自晶體石英獲得，且較佳在兩面上均涂覆減反射層(AR)。還應(yīng)類似地對(duì)透鏡進(jìn)行涂覆。偏振光束分離器則自二向色性多層涂層方便地獲得。上面未沉積偏振光束分離涂層的表面較佳也進(jìn)行AR涂覆。
圖3-7中的裝置具有許多共同之處。例如，其均包含某種通過(guò)偏振來(lái)分離入射光并隨后根據(jù)需要來(lái)操縱偏振以獲得所需路由的偏振敏感組合件。在圖3中，這是通過(guò)元件30、60及70來(lái)實(shí)現(xiàn)；在圖6中，通過(guò)元件30、60、70及90來(lái)實(shí)現(xiàn)；且在圖7中，主要通過(guò)元件30、70、190及230來(lái)實(shí)現(xiàn)。在所有三個(gè)圖中，入射光的入口均處于透鏡20的右側(cè)；出口是出射光離開(kāi)所述偏振敏感組合件以便由檢測(cè)器會(huì)聚之處。另外，在所有這些系統(tǒng)中，均通過(guò)一包含多路傳輸全息圖的全息組合件來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)選擇性，且在已通過(guò)偏振將入射光分離后進(jìn)行波長(zhǎng)選擇。遵循這些原理的其他設(shè)計(jì)也將顯而易見(jiàn)。
在許多光譜應(yīng)用中，希望測(cè)量多種物質(zhì)的光譜線。具體而言，在樣本中常常存在其光譜與所要測(cè)量的目標(biāo)被分析物的某些光譜線大致重疊的物質(zhì)。為準(zhǔn)確地測(cè)量所關(guān)心的被分析物，較佳正確地減去這些混雜光譜。在許多情形中，可找到每一種混雜物質(zhì)的一條或多條不與目標(biāo)被分析物的光譜線重疊的光譜線。這些線的幅值由此提供混雜物質(zhì)的濃度量度并可允許在與目標(biāo)被分析物重疊的每一波長(zhǎng)處準(zhǔn)確地減去該物質(zhì)的光譜。可根據(jù)回歸來(lái)開(kāi)發(fā)一種更一般的演算法，其中通過(guò)查找每一物質(zhì)的在相加時(shí)與所述數(shù)據(jù)最佳地匹配的濃度來(lái)得到對(duì)所觀測(cè)光譜的最佳擬合。另一選擇為，可根據(jù)一包含一獨(dú)立測(cè)量濃度范圍的訓(xùn)練集合來(lái)使用逆方法，例如主分量回歸或偏最小乘方回歸。與僅使用被分析物的光譜不同，這些技術(shù)通常需要額外的光譜數(shù)據(jù)。
另外，一相關(guān)的問(wèn)題是在并不準(zhǔn)確地知曉所測(cè)量的樣本體積時(shí)查找被分析物的絕對(duì)濃度。在某些情形中，如果被分析物具有一主溶劑，則測(cè)量所述溶劑的光譜便可足夠。被分析物與溶劑的光譜值的比率以及基于不同散射截面的適當(dāng)縮放比例可足以獲得被分析物的絕對(duì)濃度。然而，同樣需要使用額外的光譜數(shù)據(jù)-在此種情形中是溶劑的光譜數(shù)據(jù)。
圖8及9顯示包含主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器的裝置。所述主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器在兩種不同模式之間切換所述裝置。在一種模式中，檢測(cè)所選波長(zhǎng)帶中的信號(hào)。在另一種模式中，檢測(cè)這些波長(zhǎng)帶中的信號(hào)加上其他波長(zhǎng)帶中的信號(hào)。在下面的各實(shí)例中，將始終存在的波長(zhǎng)帶稱作永久波長(zhǎng)帶并將其他波長(zhǎng)帶稱作輔助波長(zhǎng)帶。
在一種應(yīng)用中，所述永久波長(zhǎng)帶是基于目標(biāo)被分析物的光譜線，且所述輔助波長(zhǎng)帶是基于某種其他物質(zhì)的光譜線(例如其他物質(zhì)的混雜光譜或者溶劑的光譜)。通過(guò)將在裝置的兩種可能狀態(tài)中獲得的信號(hào)相減，便可獲得不同于被分析物的光譜線的總和光譜。如果顛倒被分析物與另一物質(zhì)的角色，則可獲得被分析物的總和光譜。
參見(jiàn)圖8，元件50及80是包含多路傳輸全息圖的全息組合件。所述多路傳輸全息圖的反射帶決定永久波長(zhǎng)帶。元件290是另一包含多路傳輸全息圖的全息組合件，其反射帶決定輔助波長(zhǎng)帶。元件260是主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器。
在下面的各實(shí)例中，較佳將主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器260選擇成一具有一體式四分之一波長(zhǎng)板的液晶可變延遲器，并可作為一組合件獲得。法拉第旋轉(zhuǎn)器410較佳為一處于強(qiáng)磁場(chǎng)中的磁-光晶體，或者如果是閂鎖材料，則具有一內(nèi)置磁場(chǎng)。YIG及石榴石膜即為適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)。石榴石膜可按閂鎖形式獲得而無(wú)需使用磁鐵，但并非對(duì)可能的感興趣的所有波長(zhǎng)均透明。如果不希望使用石榴石膜，則通常適合使用YIG。
在圖式中，短劃線形式的偏振符號(hào)表示永久波長(zhǎng)帶中的分量。長(zhǎng)劃線形式的偏振符號(hào)則表示輔助波長(zhǎng)帶中的分量。例如，永久波長(zhǎng)與輔助波長(zhǎng)的入射光可能均不偏振。永久波長(zhǎng)帶中的正交偏振分量由5A及5B表示。輔助波長(zhǎng)帶中的正交偏振分量由105A及105B表不。
對(duì)于永久波長(zhǎng)帶而言，圖8所示裝置的操作與圖3所示裝置相同。元件30、50、60、70、80、90及100的物理結(jié)構(gòu)與圖3中的相同。具有偏振5A的永久波長(zhǎng)帶中的入射光按如下方式路由至檢測(cè)器100自光束分離器30反射，穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板60、自全息組合件50反射，向回穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板60(但具有正交的偏振)，并穿過(guò)光束分離器30到達(dá)檢測(cè)器100。具有偏振5B的永久波長(zhǎng)帶中的入射光則按如下方式路由至檢測(cè)器100穿過(guò)光束分離器30，穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板70、自全息組合件80反射，向回穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板70(但具有正交的偏振)，并穿過(guò)光束分離器30到達(dá)檢測(cè)器100。
所述裝置的其余部分用于處理輔助波長(zhǎng)帶105。當(dāng)主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器斷開(kāi)(即無(wú)偏振旋轉(zhuǎn))時(shí)，偏振105B路由至全息組合件290，由全息組合件290選擇性地反射輔助波長(zhǎng)帶。反射光隨后路由至檢測(cè)器100。當(dāng)主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器接通(即無(wú)偏振旋轉(zhuǎn))時(shí)，分量105B路由至一光束收集器330。在該實(shí)例中，分量105A始終路由至光束收集器330。
自偏振105B開(kāi)始，該分量的傳播將與偏振5B相同，直至其到達(dá)全息組合件80為止。多路傳輸全息圖80反射永久信號(hào)5B，但使輔助信號(hào)105B作為光束182B通過(guò)。四分之三波長(zhǎng)板255恢復(fù)原始的線性偏振184B。主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器260使偏振保持不變186B，或者當(dāng)接通時(shí)，如286B所示使偏振旋轉(zhuǎn)90°。在該實(shí)施例中，主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器260的接通狀態(tài)使光286B自偏振光束分離器270反射。然后，光288B收集入光束收集器330內(nèi)。
當(dāng)主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器260處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，裝置270傳遞光186B。該光188B穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板280。輔助波長(zhǎng)帶中的光自多路傳輸反射全息圖290反射并向回穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板280。所得到的光192B相對(duì)于光束188B正交偏振。該光192B受到偏振光束分離器270反射。其194B受到鏡300反射并穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板310，由四分之一波長(zhǎng)板310將偏振變換成圓偏振196B。在自鏡320反射并穿過(guò)全息組合件50之后，四分之一波長(zhǎng)板60使圓偏振恢復(fù)至線性偏振198B，其方向與鏡300處的光194B的偏振正交。偏振光束分離器30傳遞該光，由透鏡90將該光與來(lái)自永久波長(zhǎng)帶的兩個(gè)偏振的輻射一起聚焦至檢測(cè)器100。
為簡(jiǎn)化圖解說(shuō)明起見(jiàn)，在本實(shí)例中未使用偏振105A。該分量路由至全息組合件50(與分量5A相同)。全息組合件50傳遞該分量。四分之一波長(zhǎng)板60將該偏振自圓偏振轉(zhuǎn)變成線性偏振172A。光束分離器270將光傳遞至光束收集器330。
因此，當(dāng)偏振旋轉(zhuǎn)器260處于接通狀態(tài)時(shí)，僅永久波長(zhǎng)帶5被路由至檢測(cè)器100。也就是說(shuō)，所述設(shè)備中用于輔助波長(zhǎng)帶的部分未被啟動(dòng)。當(dāng)偏振旋轉(zhuǎn)器260處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，所述設(shè)備中用于輔助波長(zhǎng)帶的部分被啟動(dòng)且永久波長(zhǎng)帶5與輔助波長(zhǎng)帶105B的所述一個(gè)偏振二者均被路由至檢測(cè)器100。因此，如果將在接通狀態(tài)中獲得的信號(hào)從在斷開(kāi)狀態(tài)中獲得的信號(hào)中減去，便會(huì)獲得一差值信號(hào)，所述差值信號(hào)是輔助波長(zhǎng)帶中一個(gè)偏振的各波長(zhǎng)分量之和。如果根據(jù)一目標(biāo)被分析物的光譜線來(lái)選擇永久波長(zhǎng)帶并根據(jù)某種其他物質(zhì)的其他光譜線來(lái)選擇輔助波長(zhǎng)帶，則所述差將為該另一種物質(zhì)的量度。如果斷開(kāi)狀態(tài)與接通狀態(tài)的測(cè)量時(shí)間不同，則可在相減之前引入一換算因數(shù)，其為這兩個(gè)測(cè)量時(shí)間之比。也可使用其他換算因數(shù)來(lái)補(bǔ)償這兩次測(cè)量中的其他差別。
通過(guò)檢查圖8，許多變化形式將顯而易見(jiàn)。圖9即顯示一種變體。對(duì)于分量105B而言，從左到右按順序以如下元件來(lái)取代圖8中的四分之三波長(zhǎng)板255四分之一波長(zhǎng)板400；不可逆偏振旋轉(zhuǎn)器(例如法拉第旋轉(zhuǎn)器)410，其使偏振旋轉(zhuǎn)45°；及半波長(zhǎng)板420，其經(jīng)定向以使偏振旋轉(zhuǎn)45°。除去了圖8中的四分之一波長(zhǎng)板280。
所述裝置按如下方式工作。四分之一波長(zhǎng)板400將圓偏振的光182B轉(zhuǎn)變成線性偏振的光952B，其正交于緊靠元件70左側(cè)所觀測(cè)到的該光的偏振。法拉第旋轉(zhuǎn)器410使所述偏振旋轉(zhuǎn)45°(符號(hào)954B)。半波長(zhǎng)板420使從左向右傳播的光的偏振旋轉(zhuǎn)另外45°，從而得到光束956B。當(dāng)裝置260接通時(shí)，其使偏振旋轉(zhuǎn)且所得到的光自光束分離器270反射至光束收集器330。
當(dāng)裝置260斷開(kāi)時(shí)，光956B穿過(guò)270且受到全息圖290反射，從而向回再次穿過(guò)裝置260，裝置260在處于斷開(kāi)位置時(shí)使偏振保持不變962B。裝置420使從右向左傳播的光的偏振旋轉(zhuǎn)-45°，這是因?yàn)槠錇橐豢赡嫜b置。然而，裝置410作為一非可逆裝置，使偏振旋轉(zhuǎn)+45°。因此，對(duì)于從右向左傳播的光，來(lái)自420及410的旋轉(zhuǎn)相抵消，如由與962B具有相同偏振的符號(hào)964B所示。穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)板400及70會(huì)使偏振旋轉(zhuǎn)90°，且多路傳輸反射全息圖80對(duì)該輻射透明。光966B現(xiàn)在與來(lái)自5B的對(duì)應(yīng)分量具有相同的偏振及方向。偏振光束分離器30將該輻射引導(dǎo)至透鏡90并由此引導(dǎo)至檢測(cè)器100。
在此種型式中，分量105A路由至一直接位于全息組合件50后面的光束收集器430。之所以可如此路由，是因?yàn)橐褜⑺鲅b置修改成使分量105B經(jīng)過(guò)全息組合件80路由回至檢測(cè)器100，而非如在圖8中一樣通過(guò)全息組合件50路由。
圖8及9所示的構(gòu)造可分別具有多種其他變體。例如，在圖9中，可實(shí)質(zhì)上在裝置50下面復(fù)制裝置80右側(cè)的“臂”，以便能夠觀測(cè)輔助波長(zhǎng)入射光的兩個(gè)偏振105A及105B。在該實(shí)施例中，所有四個(gè)入射分量(5A，5B，105A，105B)均將路由至單個(gè)檢測(cè)器100。在替代實(shí)施例中，可將不同的分量(或各分量的組合)路由至不同的檢測(cè)器，從而能夠比較及/或組合各個(gè)信號(hào)。此種形式的一種有用的變化形式是對(duì)從偏振光束分離器30產(chǎn)生的這兩個(gè)輔助臂(即全息組合件80左側(cè)的臂及在全息組合件50下面所增加的臂)使用具有不同反射帶的全息組合件。這允許使用兩個(gè)不同的輔助波長(zhǎng)帶，此可提供用于分離出混雜光譜或用于校準(zhǔn)的額外重要數(shù)據(jù)。
也可通過(guò)復(fù)制260、270及290的結(jié)構(gòu)、但對(duì)每一全息組合件使用不同的反射帶來(lái)將圖9中的架構(gòu)擴(kuò)展至多個(gè)輔助波長(zhǎng)帶。將260、270及290的每一組合視為一平臺(tái)。圖9因而具有單個(gè)平臺(tái)?，F(xiàn)在使用一具有不同反射帶的第二平臺(tái)來(lái)取代光束收集器330。如果平臺(tái)1中的偏振旋轉(zhuǎn)器260處于斷開(kāi)狀態(tài)，則光路由至平臺(tái)1的全息組合件290且平臺(tái)1的輔助帶得到構(gòu)建。而如果平臺(tái)1中的偏振旋轉(zhuǎn)器260處于接通狀態(tài)，則光路由至平臺(tái)2。如果平臺(tái)2中的偏振旋轉(zhuǎn)器260處于斷開(kāi)狀態(tài)，則光路由至平臺(tái)2的全息組合件290且平臺(tái)2的輔助帶將得到構(gòu)建。如果平臺(tái)2中的偏振旋轉(zhuǎn)器260處于接通狀態(tài)，則光可路由至一平臺(tái)3，依此類推。所得到的裝置可用于在時(shí)分多路傳輸基礎(chǔ)上對(duì)不同的輔助帶進(jìn)行取樣(即由同一檢測(cè)器在不同時(shí)刻對(duì)不同的輔助帶進(jìn)行取樣)。
類似地，圖3所示的基本設(shè)計(jì)也可進(jìn)行級(jí)聯(lián)以執(zhí)行空間多路傳輸(即由不同的檢測(cè)器對(duì)不同的帶進(jìn)行取樣)。全息組合件80傳遞該全息組合件的反射帶以外的波長(zhǎng)。此可視為入射光(具有已知的偏振)且圖3所示的基本結(jié)構(gòu)可進(jìn)行級(jí)聯(lián)以同時(shí)使用具有不同反射帶的全息組合件來(lái)對(duì)一組不同的波長(zhǎng)帶進(jìn)行取樣。也可將空間多路傳輸與時(shí)間多路傳輸方法相結(jié)合。
作為一最終實(shí)例，再次參見(jiàn)圖8及9，可將全息圖290與光束收集器330調(diào)換，且可在260接通時(shí)而非在其斷開(kāi)時(shí)照射全息圖290。進(jìn)一步，可轉(zhuǎn)換用于被分析物的全息圖及用于干擾物質(zhì)的全息圖的角色。然而，被分析物信號(hào)通常處于重要地位，且較佳使被分析物信號(hào)穿過(guò)最少數(shù)量的光學(xué)元件。
多路傳輸反射全息圖可為從0至非常接近于1不等的任意衍射效率。因此，可寫入一組具有一可表示為如下的光譜的多路傳輸全息圖R(λ)=Σi=1KDi(λi)---(7)]]>其中R(λ)是在波長(zhǎng)λ處的反射系數(shù)，且Di(λi)是經(jīng)設(shè)計(jì)以衍射每一波長(zhǎng)的每一全息圖的反射系數(shù)，且N是需要觀測(cè)的線的總數(shù)量。
在許多情況下，干擾物質(zhì)均具有一不同于被分析物的光譜線及若干重疊的光譜線。其在所觀測(cè)到的被分析物波長(zhǎng)處的干擾與在不同于被分析物的光譜線處所觀測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度成正比。比例常數(shù)是所述物質(zhì)的一固定特性并可加以測(cè)量。因此，通過(guò)從所述信號(hào)中減去與在干擾物質(zhì)的不同光譜線處所觀測(cè)到的光成正比的量，便可從被分析物信號(hào)中分離出干擾。如果存在多種干擾物質(zhì)，則可對(duì)每一種干擾物質(zhì)執(zhí)行此種運(yùn)算。所述運(yùn)算可用數(shù)學(xué)形式表示如下SA=SM-ΣEkS(λk)---(8)]]>其中SA是僅由被分析物產(chǎn)生的信號(hào)，SM是測(cè)量信號(hào)，其是被分析物的各所選光譜線的功率之和，但包含來(lái)自其他物質(zhì)的干擾，S(λk)是在已為干擾物質(zhì)所選的不同于被分析物光譜線的每一條線處觀測(cè)到的信號(hào)，且Ek是比例常數(shù)，其使所述不同線中的光譜強(qiáng)度與針對(duì)干擾物質(zhì)為被分析物選擇的線中的總和光譜的強(qiáng)度相關(guān)。
應(yīng)注意，在方程式(8)中要減去的項(xiàng)與在方程式(7)中要減去的項(xiàng)具有相同的形式。因此，如果系數(shù)Dk按如下關(guān)系式與系數(shù)Ek相關(guān)聯(lián)Dk＝FEk(9)
則可通過(guò)適當(dāng)選取每一全息圖的衍射效率來(lái)直接獲得所有干擾物質(zhì)的作用的經(jīng)過(guò)正確加強(qiáng)的量度。方程式(9)中的總體比例常數(shù)F選擇成使系數(shù)Dk可根據(jù)要求始終＜1.0。其是一固定數(shù)值，可存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中并應(yīng)用于所示的方程式(8)中。應(yīng)注意，不要求僅為每一干擾物質(zhì)選擇一條光譜線。
也可選取圖8或9中的全息組合件290來(lái)對(duì)應(yīng)于其中溶解被分析物的溶劑的較佳光譜線。此允許直接測(cè)量散射體積中的溶劑量。假如借助一換算因數(shù)將溶劑的總和線的總散射截面與被分析物的總散射截面之比考慮在內(nèi)，這些信號(hào)與被分析物信號(hào)之比便會(huì)得到絕對(duì)濃度的正確估計(jì)值。
為形成具有不同衍射效率的全息圖，在寫入系統(tǒng)中改變每一全息圖的曝光時(shí)間通常即足夠。所述關(guān)系為理想的線性關(guān)系，但如果材料的動(dòng)態(tài)范圍是臨界范圍，則可考慮飽和效應(yīng)。
作為另一實(shí)例，可將具有不同反射波長(zhǎng)的全息圖設(shè)置為不同的角度，以使反射光可成像至一檢測(cè)器陣列的不同部分上。此使得可獲得比以其他方式可獲得的光譜信息更詳細(xì)的光譜信息。
有時(shí)將偏振及波長(zhǎng)從用于執(zhí)行散射的源路由至多個(gè)目的地也較為有用。還常常希望組合同一波長(zhǎng)的兩種偏振的功率及/或組合波長(zhǎng)，例如當(dāng)希望通過(guò)使用增強(qiáng)的光功率照射目標(biāo)來(lái)獲得更高的信號(hào)水平、但各單獨(dú)的源的功率可能小于所需功率時(shí)。有時(shí)還希望在測(cè)量過(guò)程期間改變各單獨(dú)波長(zhǎng)及/或偏振所路由到的目的地。根據(jù)上文說(shuō)明顯而易見(jiàn)，圖3、6、7、8及9所示的任一實(shí)施例及其任一變體均可用于路由來(lái)自多個(gè)源(例如激光器)的多種波長(zhǎng)及偏振的輻射。某些實(shí)例可包括照射樣本上的不止一個(gè)目標(biāo)位置、或者照射一具有所關(guān)心被分析物的已知濃度的參考單元。在后一種情形中，散射信號(hào)可提供有用的校準(zhǔn)信息，從而能夠提供一種或多種被分析物的絕對(duì)濃度量度。作為一最后的實(shí)例，一既定裝置可采用這些實(shí)施例的組合來(lái)將源波長(zhǎng)及偏振與散射波長(zhǎng)及偏振二者路由至所需的多個(gè)目的地。
權(quán)利要求
1.一種用于路由入射光中所選波長(zhǎng)帶的設(shè)備，其包括一用于接收入射光的入口；一偏振敏感組合件，其經(jīng)定位以通過(guò)偏振來(lái)分離所述入射光；一個(gè)或多個(gè)全息組合件，其包含多路傳輸全息圖以用于選擇性地反射所述經(jīng)偏振分離的光的所述所選波長(zhǎng)帶；及一與所述入口分離的出口，其中所述偏振敏感組合件也經(jīng)定位以將所述反射光引導(dǎo)至所述出口。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述經(jīng)偏振分離的光入射于所述多路傳輸全息圖上的角度相對(duì)于全息條紋處于70-90度范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述入射光來(lái)自一樣本且所述所選波長(zhǎng)帶是根據(jù)所要檢測(cè)的一種或多種被分析物的光譜線加以選擇。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述入射光來(lái)自一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生至少兩種波長(zhǎng)的光發(fā)射體。
5.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述多路傳輸全息圖中至少一者的半峰全反射帶寬介于10與100cm-1波數(shù)之間且位于250-20,000nm光譜范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述多路傳輸全息圖中至少一者的半峰半角視場(chǎng)至少為0.01弧度。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，其經(jīng)定位以接收自所述出口的所述反射光。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述檢測(cè)器由一單個(gè)檢測(cè)器組成。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述檢測(cè)器包括一檢測(cè)器陣列。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述全息組合件中的至少一者包含設(shè)置為不同角度的多路傳輸全息圖，以使來(lái)自至少兩個(gè)不同的所選波長(zhǎng)帶的光反射至所述陣列中的不同檢測(cè)器。
11.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述偏振敏感組合件還根據(jù)偏振來(lái)重新組合所述反射光，以便對(duì)于至少一個(gè)波長(zhǎng)帶，將不同偏振的入射光路由至同一檢測(cè)器。
12.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述偏振敏感組合件不根據(jù)偏振來(lái)重新組合所述反射光，以便對(duì)于至少一個(gè)波長(zhǎng)帶，將正交偏振的入射光路由至兩個(gè)不同的檢測(cè)器。
13.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中對(duì)于至少一個(gè)全息組合件，將一種偏振的入射光路由至所述全息組合件的一側(cè)并將一不同偏振的入射光路由至所述全息組合件的另一側(cè)。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述全息組合件由一個(gè)全息組合件組成，且所述偏振敏感組合件將一種偏振的入射光路由至所述全息組合件的一側(cè)并將一正交偏振的入射光路由至所述全息組合件的另一側(cè)。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述全息組合件由兩個(gè)全息組合件組成，且所述偏振敏感組合件將一種偏振的入射光路由至一個(gè)全息組合件并將一正交偏振的入射光路由至另一全息組合件。
16.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述偏振敏感組合件包括一偏振光束分離器，其用于將所述入射光分離成具有正交線性偏振的一第一偏振光束及一第二偏振光束；及對(duì)于所述偏振光束中的每一者一相位延遲板，其接收所述偏振光束并將所述所接收偏振光束的所述線性偏振轉(zhuǎn)變成一圓偏振且將所述圓偏振光束引導(dǎo)至所述全息組合件中的一者，且還接收從所述全息組合件反射回的所述圓偏振光束并將所述圓偏振光束轉(zhuǎn)變成一大致與所述所接收偏振光束的所述線性偏振正交的線性偏振且將所述線性偏振光束引導(dǎo)回至所述偏振光束分離器。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述相位延遲板是一四分之一波長(zhǎng)板。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括一用于一第二平臺(tái)的入口，其用于接收由所述全息組合件中的至少一者透射的光；一個(gè)或多個(gè)用于所述第二平臺(tái)的全息組合件，其包含第二多路傳輸全息圖以用于選擇性地反射所述所接收光的第二、不同的所選波長(zhǎng)帶；一用于所述第二平臺(tái)的出口，其與用于所述第二平臺(tái)的所述入口分離；及一用于所述第二平臺(tái)的偏振敏感組合件，其經(jīng)定位以將自所述第二平臺(tái)的所述入口至所述第二平臺(tái)的所述全息組合件的所述所接收光路由至所述第二平臺(tái)的所述出口。
19.一種用于路由入射光中所選波長(zhǎng)帶的設(shè)備，其包括一偏振敏感組合件，其經(jīng)定位以通過(guò)偏振來(lái)分離入射光；一個(gè)或多個(gè)全息組合件，其包含多路傳輸全息圖以用于選擇性地反射所述經(jīng)偏振分離的光的所述所選波長(zhǎng)帶；及其中所述偏振敏感組合件也經(jīng)定位以沿兩個(gè)或更多個(gè)不同方向引導(dǎo)所述反射光，以將不同偏振的入射光路由至不同的方向。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述經(jīng)偏振分離的光入射于所述多路傳輸全息圖上的角度相對(duì)于全息條紋處于70-90度范圍內(nèi)。
21.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括兩個(gè)或更多個(gè)檢測(cè)器，其經(jīng)定位以接收路由至不同方向的所述反射光。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述入射光來(lái)自一樣本且所述所選波長(zhǎng)帶是根據(jù)所要檢測(cè)的一種或多種被分析物的光譜線加以選擇。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括組合邏輯，其用于組合來(lái)自不同偏振的入射光所路由至的所述不同檢測(cè)器的檢測(cè)器信號(hào)。
24.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括組合邏輯，其用于組合來(lái)自一第一檢測(cè)器與一第二檢測(cè)器的檢測(cè)器信號(hào)，其中所述偏振敏感組合件將所述入射光分離成兩個(gè)正交的線性偏振并將一個(gè)線性偏振的光路由至所述第一檢測(cè)器且將另一線性偏振的光路由至所述第二檢測(cè)器。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中組合所述檢測(cè)器信號(hào)會(huì)減小噪聲。
26.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述邏輯根據(jù)所述兩個(gè)檢測(cè)器信號(hào)來(lái)計(jì)算一差值。
27.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述邏輯按比例換算所述檢測(cè)器信號(hào)并計(jì)算所述按比例換算檢測(cè)器信號(hào)的一差值。
28.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述入射光來(lái)自一樣本；所述所選波長(zhǎng)帶是根據(jù)所要檢測(cè)的一種或多種被分析物的光譜線來(lái)加以選擇；來(lái)自所述被分析物的所述入射光沿一被引導(dǎo)至所述第一檢測(cè)器的第一線性偏振顯著地偏振；噪聲不顯著偏振；且所述邏輯按比例換算所述檢測(cè)器信號(hào)并計(jì)算所述按比例換算檢測(cè)器信號(hào)的一差值。
29.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述全息組合件由一個(gè)全息組合件組成，且所述偏振敏感組合件將一種線性偏振的入射光路由至所述全息組合件的一側(cè)并將另一線性偏振的入射光路由至所述全息組合件的另一側(cè)。
30.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述偏振敏感組合件包括一偏振光束分離器，其用于將所述入射光分離成所述兩個(gè)正交的線性偏振；及對(duì)于所述兩個(gè)線性偏振光束中的每一者一相位延遲板，其接收所述偏振光束并將所述所接收偏振光束的所述線性偏振轉(zhuǎn)變成一圓偏振且將所述圓偏振光束引導(dǎo)至所述全息組合件中的一者，且還接收從所述全息組合件反射回的所述圓偏振光束并將所述圓偏振光束轉(zhuǎn)變成一大致與所述所接收偏振光束的所述線性偏振正交的線性偏振且將所述線性偏振光束引導(dǎo)回至所述偏振光束分離器。
31.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述入射光來(lái)自一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生兩種不同偏振的光發(fā)射體。
32.一種用于路由入射光中所選波長(zhǎng)帶的設(shè)備，其包括一第一平臺(tái)，其包括一用于接收入射光的第一入口；一第一偏振敏感組合件，其經(jīng)定位以通過(guò)偏振來(lái)分離所述入射光；一個(gè)或多個(gè)第一全息組合件，其包含第一多路傳輸全息圖以用于選擇性地反射所述經(jīng)偏振分離的光的第一所選波長(zhǎng)帶；一第一出口，其中所述第一偏振敏感組合件也經(jīng)定位以將從所述第一全息組合件反射的光引導(dǎo)至所述第一出口；及一第二平臺(tái)，其包括一第二入口，其用于接收由所述第一全息組合件中至少一者透射的光；一個(gè)或多個(gè)第二全息組合件，其包含第二多路傳輸全息圖以用于選擇性地反射所述所接收光的第二所選波長(zhǎng)帶，其中所述第二所選波長(zhǎng)帶不同于所述第一所選波長(zhǎng)帶；一第二出口；及一主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器，其可在啟動(dòng)與不啟動(dòng)所述第二平臺(tái)之間切換，其中啟動(dòng)所述第二平臺(tái)導(dǎo)致將所述所接收光路由至所述第二全息組合件并隨后路由至所述第二出口。
33.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，其經(jīng)定位以自所述第一出口接收所述反射光，其中由所述主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器路由至所述第二出口的光將通過(guò)所述第一出口傳播至相同的一個(gè)(多個(gè))檢測(cè)器。
34.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)第一檢測(cè)器，其經(jīng)定位以自所述第一出口接收所述反射光；及一個(gè)或多個(gè)與所述第一檢測(cè)器分離的第二檢測(cè)器，其經(jīng)定位以接收由所述主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器路由至所述第二出口的光。
35.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，其經(jīng)定位以在所述第二平臺(tái)啟動(dòng)時(shí)及在所述第二平臺(tái)未啟動(dòng)時(shí)自所述第一出口及/或所述第二出口接收光。
36.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述檢測(cè)器在空間上經(jīng)多路傳輸以在所述第二平臺(tái)啟動(dòng)時(shí)及在所述第二平臺(tái)未啟動(dòng)時(shí)接收光。
37如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述檢測(cè)器經(jīng)時(shí)分多路傳輸以在所述第二平臺(tái)啟動(dòng)時(shí)及在所述第二平臺(tái)未啟動(dòng)時(shí)接收光。
38.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括組合邏輯，其用于組合當(dāng)所述第二平臺(tái)啟動(dòng)時(shí)來(lái)自所述檢測(cè)器的一檢測(cè)器信號(hào)與當(dāng)所述第二平臺(tái)未啟動(dòng)時(shí)來(lái)自所述檢測(cè)器的一檢測(cè)器信號(hào)。
39.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中組合所述檢測(cè)器信號(hào)會(huì)減小噪聲。
40.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中所述邏輯根據(jù)所述檢測(cè)器信號(hào)來(lái)計(jì)算一差值。
41.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中所述邏輯按比例換算所述檢測(cè)器信號(hào)并計(jì)算所述按比例換算檢測(cè)器信號(hào)的一差值。
42.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中針對(duì)所述未啟動(dòng)的第二平臺(tái)的所述檢測(cè)器信號(hào)是基于所要檢測(cè)的一種或多種被分析物的光譜線；且針對(duì)所述被啟動(dòng)的第二平臺(tái)的所述檢測(cè)器信號(hào)是基于所要檢測(cè)的所述被分析物的光譜線及一種或多種其他物質(zhì)的光譜線。
43.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中針對(duì)所述未啟動(dòng)的第二平臺(tái)的所述檢測(cè)器信號(hào)是基于所要檢測(cè)的一種或多種被分析物的光譜線；且針對(duì)所述被啟動(dòng)的第二平臺(tái)的所述檢測(cè)器信號(hào)是基于所要檢測(cè)的所述被分析物的光譜線及其中溶解所述被分析物的一溶劑的光譜線。
44.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述第一偏振敏感組合件將所述入射光分離成兩個(gè)正交的線性偏振且所述主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器僅將所述偏振中的一者路由至所述第二出口。
45.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器是基于液晶中的偏振旋轉(zhuǎn)。
46.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括一第三平臺(tái)，其包括一第三入口，其用于在所述第二平臺(tái)未啟動(dòng)時(shí)自所述第二平臺(tái)接收光；一個(gè)或多個(gè)第三全息組合件，其包含第三多路傳輸全息圖以用于選擇性地反射所述所接收光的第三所選波長(zhǎng)帶，其中所述第三所選波長(zhǎng)帶不同于所述第一及第二所選波長(zhǎng)帶；一第三出口；及一主動(dòng)式偏振旋轉(zhuǎn)器，其可在啟動(dòng)與不啟動(dòng)所述第三平臺(tái)之間切換，其中啟動(dòng)所述第三平臺(tái)導(dǎo)致將所述所接收光路由至所述第三全息組合件并隨后路由至所述第三出口。
47.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述入射光來(lái)自一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生至少兩種波長(zhǎng)的光發(fā)射體。
48.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述入射光來(lái)自一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生不同偏振的光發(fā)射體。
49.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述第二平臺(tái)進(jìn)一步包括一不可逆偏振旋轉(zhuǎn)器，其使在一個(gè)方向上傳播的光的偏振與在一相反方向上傳播的光相差90度旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種光學(xué)設(shè)備，其中使用多路傳輸全息圖來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)選擇性并使用偏振操縱來(lái)利于使光接近法向入射于全息圖上。所述偏振操縱使從全息圖反射的光能夠與入射于全息圖上的光分離。在一個(gè)應(yīng)用中，所述設(shè)備可用于從自一樣本散射的輻射中提取出被分析物的光譜線。
文檔編號(hào)G02B5/32GK101031831SQ200580031459
公開(kāi)日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
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