專利名稱：使用多路傳輸全息圖及偏振操縱從被分析物測量光譜線的制作方法
技術領域：
本發明大體而言涉及根據樣本中被分析物所特有的電磁頻譜來測量所述被分析物，且更具體而言，涉及借助多路傳輸的全息圖及偏振操縱來進行這種測量。
背景技術：
人們已作出諸多努力來創造一種用于對生物有機體內的重要物質進行非侵害性測量的恰當設備。此種測量能力的重要性不僅緣于需要在不擾亂系統的情況下觀測這些有機體中的生物化學反應、而且還是為了在非常希望比屆時需要刺穿皮膚的實際頻度更頻繁地測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來進行此種測量。光譜儀設計中的一重要考慮因素是設備在一既定分辨率情況下的視場。具體而言，通常較佳使用一大的檢測器以便對一更大的樣本體積進行成像。然而，通常不希望成比例地增大聚光光學器件的直徑。因此，通常希望使視場為聚光光學器件的直徑的一盡可能大的分率。
第5,768,040號美國專利提出一種光譜儀布局，其作為一復合物具有一寬的視場。所述設備由多個光譜儀構成，其中每一光譜儀均基于球形凸面全息衍射光柵及相關聯的反射光學器件。整個設備的成本由這些光譜儀的許多倍構成且對于許多應用而言價格過高。另外，此種設備的大小將使其無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光譜儀多路傳輸且成本不會隨視場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記錄媒體中的多個反射全息圖來將被分析物的每一有用的光譜線反射至單個檢測器或多個檢測器。然而，當光學系統的極限孔徑變成聚光透鏡或聚光鏡的直徑的一相當大的分率時，全息圖將不可避免地受到分布于一角度范圍內的光而非完全準直光的照射。然而，全息圖具有有限的接收角—其在該接收角內具有恰當的衍射效率。因此，要會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器件為代價的情況下減小角度范圍，但會對成本及大小產生不利影響。使全息圖具有大的視場可消除使用更大光學器件這一需要，或者在給定光學器件大小的情況下，可增大所會聚的光的量。可易于證明，對于平面全息圖而言，在相對于構成全息圖的條紋以接近法向入射進行照射的情況下，視場最大。然而，可能非常難以相對于所述表面以接近90°對反射全息圖進行照射，因為反射光將隨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光束。
另外，人們通過實驗已發現，某些散射過程可產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心的各種被分析物的特征光譜標記圖的散射光譜。人們已發現，如果自混濁樣本內的一不過大的深度會聚拉曼散射輻射，則散射輻射是高度偏振的。
物質因吸收激發性激光波長而受到激發所產生的熒光通常是主要的噪聲源。通常發現，熒光只是出現弱偏振，但其幅值可為大于拉曼信號的數量級。如果需要得到被分析物濃度的定量估計值，則希望設想出一種用于自拉曼信號中減去熒光信號的準確方法。另外，為提高信噪比，希望相對于拉曼信號優先衰減熒光。因此，希望找到一種方法來充分利用在某些有利情況下出現的散射信號的優先偏振，以提高信噪比并準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。例如，許多這些方法無法將一被分析物的兩條或更多條光譜線多路傳輸至單個檢測器上以便使信號增大。使用級聯的二向色性透射濾光器的技術具有相同的缺陷。此外，這兩種技術均未將這兩個偏振分離以便在此后進行相減。應使用具有與應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與所需信號的偏振正交偏振的光進行光譜過濾，因為否則減去這兩個信號便無法準確地分離出噪聲。
最后，常常希望觀測一種或多種其他被分析物的光譜線，以便準確地確定第一被分析物的絕對濃度。當存在具有可在一個或多個波長處與被分析物的光譜重疊的混雜光譜的物質時，尤其如此。然而，每一種混雜的物質均可具有一條或多條不同于被分析物的光譜線的獨特光譜線。因此，可使用對這些其他線的觀測來分離出所述混雜物質的作用。在一種更一般的方法中，可構造一種回歸演算法來分離出多種混雜物質的作用。
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，觀測所述被分析物所溶解于的溶劑的光譜線對于確定散射體積中的溶劑量而言非常有用。可使用溶劑體積來確定被分析物的絕對濃度。一般而言，觀測許多條光譜線已經需要使用一線性檢測器陣列構建一攝譜儀來觀測整個光譜。當需要使用一大的檢測器陣列時，此可能頗為昂貴。此外，多個檢測器的暗電流噪聲是加性的。因此，與一較小的陣列或單個檢測器相比，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，例如可用于根據被分析物的光譜線來檢測被分析物的光譜方法。
發明內容
本發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獲得波長選擇性并使用偏振操縱來利于使光接近法向入射于全息圖上的光學設備。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展角度的視場。所述擴展的視場允許在光學會聚系統內使用更小的聚光光學器件及/或更大的孔徑。可使用更大的孔徑來增大被成像的散射體積的大小，從而增大由所關心的被分析物所產生的信號。
在本發明的一個方面中，一對偏振敏感的組合件按照偏振來分離入射光。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。所述經偏振分離的光入射于一個或多個全息組合件上。所述全息組合件包含用于反射所選波長帶內的光的全息圖；其他光則被透射。例如，可根據所要檢測的被分析物的光譜線來選擇所述波長帶。反射光通過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的全息圖上。
所述設備還可包括一個或多個經定位以接收所述反射光的檢測器。可將不同的偏振及/或波長帶路由至不同的檢測器。在一實施例中，由單個檢測器接收所有偏振及所有波長帶。在另一實施例中，則對所述波長帶進行劃分。某些波長帶由一個檢測器接收到，其他波長帶由一第二檢測器接收到，依此類推。這可通過使對應的全息圖以不同的角度定向來實現。在另一實施例中，由不同的檢測器接收不同的偏振。也可實行這些實施方式的組合。
例如，如果所需的散射信號在一個方向上顯著偏振，則可使用自正交偏振產生的信號來減去自大致存在于這兩個偏振中的意外輻射源產生的噪聲。這些意外輻射源可包括來自生物樣本的熒光。在一實施方案中，在一個檢測器處接收到包含來自被分析物的散射信號的偏振，且在一單獨的檢測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)。可隨后處理這兩個檢測器信號，以從包含來自被分析物的散射信號的信號中移除噪聲。在該實例中，希望使這兩個偏振在傳播過所述系統時經受相同的衰減。在一種設計中，對這兩個偏振使用同一全息組合件。一個偏振入射于正面上，另一個偏振則入射于背面上。通過此種方式，這兩個偏振將經歷相同的全息衍射效率、視場等等。
在一特定設計中，通過使用四分之一波長板來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所述四分之一波長板并自線性偏振轉變成圓偏振。所述光束隨后自多路傳輸的全息圖反射。所述反射光束再次穿過所述四分之一波長板并自圓偏振轉變成線性偏振，但與入射光束正交。使用偏振的差別來分離這兩個光束。
在本發明的再一方面中，可詢問不止一組波長帶。不同的全息組合件包含用于構建不同波長帶組的多路傳輸全息圖。因此，一個全息組合件可根據一目標被分析物的光譜線來選擇波長帶，另一全息組合件可根據可存在的某種其他物質的光譜線來選擇波長帶，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帶。在各種設計中，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器組合。所述路由也可隨時間而變化(即時分多路傳輸)。
在一種設計中，將所有反射光路由至單個檢測器，但由主動式偏振旋轉器改變使用哪些全息組合件，從而改變反射光的波長成分。在一種應用中，在兩種狀態之間切換一主動式偏振旋轉器。在一種狀態中，將被分析物波長路由至一檢測器。在另一種狀態中，將被分析物波長加上其他波長(例如與被分析物信號局部重疊的混雜物質的波長)路由至檢測器。通過比較這兩個信號，便可確定被分析物及/或另一物質的強度。
在本發明的另一個方面中，使用若干可級聯的級以模塊方式設計所述系統。級的基本設計是模塊式的，從而能夠添加額外的級。因此，一個級可設計成檢測第一組波長帶，但可添加額外的級來檢測第二組、第三組等波長帶。
用于路由來自被分析物的散射信號的波長及偏振的方法同等地適用于將多個波長及偏振自光源(例如激光器)路由至不同的目的地。在任一特定系統中，均可使用類似的技術將源波長及偏振二者路由至不同的目的地及/或將散射波長及偏振路由至不同的檢測器。
本發明的其他方面包括對應于上面所述裝置及系統的方法及應用。
為說明可用以獲得本發明上述及其他優點及特征的方式，下文將參照在附圖中所圖解說明的本發明特定實施例來提供對上面所概述的本發明的更具體說明。在了解這些圖式僅繪示本發明的典型實施例且因而不應視為限定本發明范疇的情況下，將借助附圖更加具體及詳細地說明及解釋本發明，附圖中圖1是一根據本發明的裝置的方塊圖；圖2a及2b是圖解說明圖1中的波長路由器所進行的波長路由的圖式；圖3是一根據本發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變化的曲線圖；圖5是一顯示在建立視場中光學系統的孔徑與聚光光學器件的焦距之間關系的圖式；圖6顯示圖3所示光譜設備的一種變化形式，其中將兩個大致正交的線性偏振中的入射輻射轉向兩個不同的檢測器；圖7顯示圖3所示光譜設備的一變化形式，其中使用一共用全息組合件來衍射這兩個正交的線性偏振；圖8是另一根據本發明的光譜裝置的圖式；
圖9顯示圖8所示光譜設備的一變化形式。
具體實施例方式
圖1是一根據本發明的裝置的高層次方塊圖，其主要顯示所述裝置內各主要組件的光學功能。在該特定實例中，所述裝置包括四個源S1-S4、兩個檢測器1140A-B、一參考單元1125及快門1120、一樣本1135及快門1130、及一波長/偏振路由器1110。
大體而言，所述裝置按如下方式工作。源S1-S4產生光，所述光由波長/偏振路由器1110通過各自的快門1120、130路由至參考單元1125及/或樣本1135。快門1120、130允許對照明進行時間選通。自參考單元1125及/或樣本1135散射的光由路由器1110路由至檢測器1140。
圖中將源S1-S4顯示成具有各種各樣的波長及偏振(圖1中的波長1-2及偏振1-2)。波長/偏振路由器1110將入射光的一線性組合通過快門1120、130自源S1-S4引導至樣本1135及/或引導至參考單元1125。如果Ikj是第k個源在第j個偏振中的強度，則照射參考單元1125的強度Ir及照射樣本1135的強度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是源的總數量。波長/偏振路由器1110執行入射光至不同輸出端的無源功率劃分。系數Akj及Bkj描述在兩個正交偏振之一(j＝1或2)中在波長k處進行的功率劃分。可通過將波長/偏振路由器1110設計成使恰當的系數標稱等于1或0來選取特定功能，以將一既定波長及/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/偏振路由的圖式。左手側上的四個箭頭代表由這四個源S1-S4所產生的光。每一箭頭均代表波長與偏振的一特定組合。每一自一個源至一目的地(參考單元1125或樣本1135)的路徑均代表每一輸入波長及偏振的轉向恰當目的地的一預定分率。來自源S1、S2及S4的光由路由器1110路由至參考單元1125。來自源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；對于各目的地而言，箭頭數量并不打算具有特定的含意。箭頭數量也不打算隱含著關于光束的實體位置或方向的特性。例如，單個箭頭未必對應于單個實體位置或單個入射角。對應的光可包含于照射單個位置的單個光束中、或者照射不同位置及/或以不同角度入射的若干個分離的光束中。另外，來自一個源的光也可包含于多個光束中。
當來自路由器1110的光照射參考單元1125或樣本1135時，會產生一散射信號。所述信號通常由來自參考單元1125或樣本1135內各種物質的許多光譜線組成。產生該等光譜線的過程包括但不限于拉曼(Raman)散射、二次諧波的產生、三次諧波的產生、四波混合及熒光。這些過程中的任何一種均可產生一為所要測量的被分析物所特有的光譜。來自一個源的每一入射波長均可通過上述過程中的一種或幾種過程產生大量散射波長。
以拉曼散射作為一特別適用的實例，每一入射波長均將以由入射頻率與物質的特有拉曼頻率之差所給出的頻率產生散射波長。該過程稱作斯托克斯-拉曼散射(StokesRaman scattering)。還出現和頻產生且此稱作反斯托克斯-拉曼散射(Anti-Stokes Ramanscattering)。
在下文中，使用斯托克斯過程來圖解說明該裝置的功能，但并非僅限于斯托克斯過程。如果在樣本1135上有N個入射波長且有L個特有拉曼頻率，則散射信號將含有N×L＝P個拉曼散射波長。每一此種波長均可路由至M個檢測器中的任一個。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個檢測器上的總功率，Pkj是在第j個偏振中第k個散射波長的散射功率，且Cdkj是第k個波長及第j個偏振的功率中由路由器1110轉向至第d個檢測器的分率。在不存在光學放大的情況下，能量守恒定量要求任一單獨散射波長的系數Cdkj均遵循如下不等式Σd=1MCdkj≤1---(4)]]>且其中對于所有的k值及j值，Cdkj≥0。
在圖2b中顯示路由器1110相對于來自樣本1135的散射波長的函數，其中每一路徑均代表一既定散射波長中轉向一既定檢測器的分率。在本實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且在每一波長上處于兩個不同的偏振中。因此，總共有2×2×3＝12個來自所述樣本的散射拉曼信號。右手側上的每一箭頭均代表在其中一個散射偏振中的其中一個散射波長。假定在參考單元中存在一條感興趣的拉曼線。因此，存在四個來自參考單元的散射拉曼信號。
在許多應用中，較佳使路由方案為一無阻塞架構。以一既定波長且在一既定偏振中轉向一特定目的地的光的分率大致與以任一其他波長及任一其他偏振轉向轉向的光或轉向至任一其他目的地的光的分率無關(當然，其遵守能量守恒定量)。在數學上，這意味著無需使不同k及j值的系數Cdkj相關聯。類似地，無需使系數Akj相關聯且無需使系數Bkj相關聯。在許多應用中，還較佳使所述架構允許進行廣播，此可定義為將一既定波長及偏振的一分率轉向不止一個目的地。所得到的架構因此較佳可為一具有廣播能力的完全大體線性無阻塞無源網絡。
在同在申請中的第10/923,264號美國專利申請案“使用一波長路由器根據電磁頻譜測量被分析物(Measuring Analytes from an Electromagnetic Spectrum Using aWavelength Router)”中在波長路由上下文中給出了關于一類似裝置的工作及特征的更多細節，該美國專利申請案由Jan Lipson于2004年8月20日提出申請，其全文以引用方式并入本文中。下面的圖3-9給出了關于各種用于路由源及信號波長及偏振的實施例更多細節。
所提供的各個實施例實質利用了對偏振的操縱。一般而言，不需要在相差180°的線性偏振之間進行區分，因為所述設備對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的。類似地，左手與右手圓偏振輻射之間的區別對于所述設備的發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線性偏振之一構造兩個圓偏振之一，且取決于這些晶體是正性還是負性的。只要使此種選項恒定不變，其并不影響所述設備的功能。
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線箭頭。一在兩端上均具有箭頭的實線通常指示兩個光束其中一個光束在一個方向上傳播，而另一光束則在相反方向上傳播(例如當自一全息圖或鏡發生法向入射反射時即可為此種情形)。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圓。圓偏振通常由一不帶x的圓來顯示。
圖3為一個實施例的圖式，其圖解說明將波長自一樣本(未顯示)路由至一檢測器100。透鏡20對來自樣本的散射光5進行成像。散射光5可在兩個正交的偏振中均包含相當大的輻射量，如由虛線箭頭5B及帶有x的圓5A所示。對應的實線箭頭指示散射光正在圖中自左側傳播至右側。
圖中顯示光5已起源于一孔徑10。所述孔徑無需位于所示位置，且無需為一物理孔徑。一般而言，所述孔徑是由限制由光學系統進行成像的散射體積大小的光學元件來界定。并非一物理開孔的此種可能的極限孔徑的一實例將是一其直徑對于確定在所述檢測器上成像的散射體積大小而言是一限制因素的檢測器。
一偏振光束分離器30將這兩個正交的線性偏振引導至不同的方向-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分別穿過四分之一波長板60及70，此將線性偏振變換成圓偏振，如符號62A及62B所示。全息組合件50及80-其分別包含若干個多路傳輸的反射全息圖-大致在相反方向上反射所選波長帶的光(如由符號62A及62B中的返回箭頭所表示)。
在第二次穿過所述四分之一波長板之后，偏振自圓偏振轉換成線性偏振，此在圖中顯示為符號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。當入射于偏振光束分離器30上時，入射光束64A作為光束66A穿過，且入射光束64B作為光束66B穿過。
應注意，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，例如通過相對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聚焦至檢測器100上。
例如50及80等全息組合件的操作圖解說明于圖4中，該圖定性地顯示這些全息組合件的反射率隨波長變化的功能形式。每一全息組合件均包含若干個多路傳輸的反射全息圖，每一全息圖均具有一反射帶。每一反射帶均經優選選擇以對應于所關心被分析物的一適用的光譜線。所述反射帶的寬度優先選擇成與被分析物的光譜線近似相同。反射率的值優選選擇成接近100％。關于多路傳輸全息圖的操作及構造的更多細節特別闡述于第10/923,264號待決美國專利申請案“使用一波長路由器根據電磁頻譜測量被分析物(Measuring Analytes from an Electromagnetic Spectrum Using aWavelength Router)”的圖3、4及6中以及對應文本中，該美國專利申請案由Jan Lipson于2004年8月20日提出申請，其內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。當通過大小有限的準直光學器件會聚來自散射體積的光時，將存在一標稱準直光的角度分布。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使發源于所述孔徑內各個點的光變準直。最大角度偏差Δθ近似表示為Δθ＝A/2f(5)其中f是準直透鏡的焦距。為使大致所有發源于所述孔徑中的光衍射，全息圖應具有一大于Δθ的角度視場。如果視場較大，則根據方程式(5)可見，所述孔徑可較大。可會聚的信號量將隨系統極限孔徑的大小按正比例增大。或者，焦距可較小。對于一自一固定立體角進行聚光的透鏡而言，透鏡的直徑將隨焦距按比例增大。相應地，一小焦距透鏡將具有較小的直徑。光學器件的成本隨大小急劇變化。因此，減小聚光光學器件的直徑可特別重要。此外，某些應用受到空間限制，例如當必須將一非侵害性診斷儀器配戴在身體上時。在這些應用中，光學器件的尺寸也特別重要。
對于全息圖而言，可通過將布拉格(Bragg)衍射方程式在角度偏差方面擴展至二階來獲得視場δ-其定義為相對于使衍射效率將變為0的最佳角度的角度偏差，其結果如下Δλλa=cotθdθ-12dθ2---(6)]]>其中θ是入射光與全息圖條紋所成的夾角，dθ是相對于標稱值的角度偏差，且Δλ是相對于使衍射效率變為0的最佳波長λa的波長偏差。因此，在角度接近90°、使方程式(6)中的線性項變為0時，視場最大。因此可見，圖3中所示的設備適用于增大全息圖的視場，因為易于實現法向入射、且回射光在空間上自入射光束分離從而便于檢測。
對以830nm為中心且帶寬為2nm的全息圖實施的仿真顯示，可在一近似1nm的重疊光譜區域情況下獲得一半角近似為3°視場，其中對于0°及3°兩個入射角，衍射效率均大于80％。在該實例中，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厚度上線性變化0.003。
在圖6中顯示一種適用于分別監測兩個正交偏振中的信號的實例性設計。所述設備與圖3所述設備相同，只是已增加了偏振光束分離器40、透鏡85及檢測器95。在此種配置中，一個偏振66A穿過偏振光束分離器40而產生光束68A，光束68A如前面一樣由檢測器100會聚。另一偏振66B則反射為光束68B，其由透鏡85及檢測器95單獨會聚。因此，在所關心的波長帶內，入射光的偏振分量5A路由至檢測器100且偏振分量5B路由至檢測器95。
作為多路傳輸全息圖的操作的結果，在這兩個正交偏振中的每一個中對散射光的光譜進行取樣。在某些應用中，需要測量的信號主要在一個方向上偏振且將基本上由這兩個檢測器95、100之一來檢測。在一較佳實施例中，將多路傳輸全息圖50與80選擇成基本相同。在這兩個偏振中均存在噪聲且因此將由這兩個檢測器加以檢測。如果噪聲完全不偏振而所述信號完全偏振，則將自檢測器95及100產生的信號相減便會自所述信號中分離出噪聲。在該理想實例中，也假定對這兩個偏振起作用的所有光學器件均以相同的效率發揮作用且各檢測器具有相同的響應性。
在實際中，噪聲可能并非完全不偏振。在對人類皮膚的偏振特性的測量中，已發現，熒光噪聲以近似47％至53％的比率在這兩個偏振之間劃分。在使用圖6所示設備時，如同可確定所述設備對于這兩個偏振的光-電傳送特性那樣，也可確定所要測量的樣本類別的該比率。通過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器95與100所產生的信號之間引入一換算因數。所述換算因數優先地經計算以使得如果僅存在噪聲，則除了被減去信號中仍將產生噪聲的不可約的方差外，來自一個檢測器的經換算信號與來自另一檢測器的實際信號之差將標稱為0。此種選擇將使得在存在信號時使相減后的噪聲得到明顯消除，這是一重要的優點。可通過電路、軟件或其他類型的傳統邏輯來實現對這兩個檢測器信號的處理。
如前面所述，在圖6所示設計中，較佳使多路傳輸全息圖50與80相同。一個原因在于，對噪聲的準確相減取決于使這兩個偏振經受優先相同的光譜過濾。倘若噪聲與信號相比非常大，則每一偏振所遇到的全息圖的光譜過濾特性的小的偏差可在相減后的信號估計中造成大的誤差。為緩解此種情形，較佳以兩個正交偏振來照射單組全息圖，同時保持使這兩個偏振在空間上分離。
一種使用此種方法的替代光學布局顯示于圖7中，其中一個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的全息圖。這是借助鏡210及220與偏振光束分離器230相結合來實現的，所有這些器件均配置成使一個偏振轉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。四分之一波長板190與全息組合件80的組合會實現與四分之一波長板70與全息組合件80的組合相同的功能。當自正面或背面照射時，多路傳輸全息圖80的功能將實質上相同。因此，為這兩個正交偏振形成相同的光學傳遞函數以便更準確地相減的較佳目標得以實現。
更詳細地說，以與圖3中所示相同的方式路由偏振分量5B。光束5B穿過光束分離器30，從而得到光束32B。光束32B穿過波長板70，自全息組合件80反射并向回穿過波長板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經透鏡90及檢測器100會聚。
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)的對置側。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傳播過波長板190，自全息組合件80反射并向回穿過波長板190，從而得到光束74B。光束74B相對于光束72A正交地偏振，因此其穿過偏振光束分離器230(光束76B)并經透鏡240及檢測器250會聚。
對于自大的本底熒光中分離出拉曼(Raman)信號的特定情形而言，較佳以具有寬度處于10-100cm-1范圍內的反射帶的反射全息圖來制造多路傳輸全息圖。在一較佳實施例中，通過使通帶寬度與所測量的線的實際光譜寬度相匹配且具有適當的公差容限來選擇通帶寬度。尤其對于拉曼光譜學而言，希望設計出對于用于形成散射的激光波長具有高的帶外抑制的全息圖。這是因為拉曼散射是一種產生小信號的微弱過程，且來自激光器的雜散光可能較大。通過恰當的設計可實現50dB的抑制。在設計光學系統時，對于具有適用于上面所界定的拉曼光譜學的光譜特性的全息圖而言，將全息圖的視場規劃成處于0.01至0.07弧度范圍內是切實可行的。使用例如在如下參考文獻中所述的傳統工具，可容易地對所述視場及其他相關的性能特性進行建模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(1991年1月)。對檢測器的恰當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器，例如CCD陣列中的硅光電二極管或硅檢測器。
四分之一波長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)。還應類似地對透鏡進行涂覆。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，其均包含某種通過偏振來分離入射光并隨后根據需要來操縱偏振以獲得所需路由的偏振敏感組合件。在圖3中，這是通過元件30、60及70來實現；在圖6中，通過元件30、60、70及90來實現；且在圖7中，主要通過元件30、70、190及230來實現。在所有三個圖中，入射光的入口均處于透鏡20的右側；出口是出射光離開所述偏振敏感組合件以便由檢測器會聚之處。另外，在所有這些系統中，均通過一包含多路傳輸全息圖的全息組合件來實現波長選擇性，且在已通過偏振將入射光分離后進行波長選擇。遵循這些原理的其他設計也將顯而易見。
在許多光譜應用中，希望測量多種物質的光譜線。具體而言，在樣本中常常存在其光譜與所要測量的目標被分析物的某些光譜線大致重疊的物質。為準確地測量所關心的被分析物，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的一條或多條不與目標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的濃度量度并可允許在與目標被分析物重疊的每一波長處準確地減去該物質的光譜。可根據回歸來開發一種更一般的演算法，其中通過查找每一物質的在相加時與所述數據最佳地匹配的濃度來得到對所觀測光譜的最佳擬合。另一選擇為，可根據一包含一獨立測量濃度范圍的訓練集合來使用逆方法，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，這些技術通常需要額外的光譜數據。
另外，一相關的問題是在并不準確地知曉所測量的樣本體積時查找被分析物的絕對濃度。在某些情形中，如果被分析物具有一主溶劑，則測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縮放比例可足以獲得被分析物的絕對濃度。然而，同樣需要使用額外的光譜數據-在此種情形中是溶劑的光譜數據。
圖8及9顯示包含主動式偏振旋轉器的裝置。所述主動式偏振旋轉器在兩種不同模式之間切換所述裝置。在一種模式中，檢測所選波長帶中的信號。在另一種模式中，檢測這些波長帶中的信號加上其他波長帶中的信號。在下面的各實例中，將始終存在的波長帶稱作永久波長帶并將其他波長帶稱作輔助波長帶。
在一種應用中，所述永久波長帶是基于目標被分析物的光譜線，且所述輔助波長帶是基于某種其他物質的光譜線(例如其他物質的混雜光譜或者溶劑的光譜)。通過將在裝置的兩種可能狀態中獲得的信號相減，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的角色，則可獲得被分析物的總和光譜。
參見圖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帶。元件260是主動式偏振旋轉器。
在下面的各實例中，較佳將主動式偏振旋轉器260選擇成一具有一體式四分之一波長板的液晶可變延遲器，并可作為一組合件獲得。法拉第旋轉器410較佳為一處于強磁場中的磁-光晶體，或者如果是閂鎖材料，則具有一內置磁場。YIG及石榴石膜即為適當的選項。石榴石膜可按閂鎖形式獲得而無需使用磁鐵，但并非對可能的感興趣的所有波長均透明。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表示永久波長帶中的分量。長劃線形式的偏振符號則表示輔助波長帶中的分量。例如，永久波長與輔助波長的入射光可能均不偏振。永久波長帶中的正交偏振分量由5A及5B表示。輔助波長帶中的正交偏振分量由105A及105B表不。
對于永久波長帶而言，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的物理結構與圖3中的相同。具有偏振5A的永久波長帶中的入射光按如下方式路由至檢測器100自光束分離器30反射，穿過四分之一波長板60、自全息組合件50反射，向回穿過四分之一波長板60(但具有正交的偏振)，并穿過光束分離器30到達檢測器100。具有偏振5B的永久波長帶中的入射光則按如下方式路由至檢測器100穿過光束分離器30，穿過四分之一波長板70、自全息組合件80反射，向回穿過四分之一波長板70(但具有正交的偏振)，并穿過光束分離器30到達檢測器100。
所述裝置的其余部分用于處理輔助波長帶105。當主動式偏振旋轉器斷開(即無偏振旋轉)時，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帶。反射光隨后路由至檢測器100。當主動式偏振旋轉器接通(即無偏振旋轉)時，分量105B路由至一光束收集器330。在該實例中，分量105A始終路由至光束收集器330。
自偏振105B開始，該分量的傳播將與偏振5B相同，直至其到達全息組合件80為止。多路傳輸全息圖80反射永久信號5B，但使輔助信號105B作為光束182B通過。四分之三波長板255恢復原始的線性偏振184B。主動式偏振旋轉器260使偏振保持不變186B，或者當接通時，如286B所示使偏振旋轉90°。在該實施例中，主動式偏振旋轉器260的接通狀態使光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。
當主動式偏振旋轉器260處于斷開狀態時，裝置270傳遞光186B。該光188B穿過四分之一波長板280。輔助波長帶中的光自多路傳輸反射全息圖290反射并向回穿過四分之一波長板280。所得到的光192B相對于光束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反射并穿過四分之一波長板310，由四分之一波長板310將偏振變換成圓偏振196B。在自鏡320反射并穿過全息組合件50之后，四分之一波長板60使圓偏振恢復至線性偏振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將該光與來自永久波長帶的兩個偏振的輻射一起聚焦至檢測器100。
為簡化圖解說明起見，在本實例中未使用偏振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。四分之一波長板60將該偏振自圓偏振轉變成線性偏振172A。光束分離器270將光傳遞至光束收集器330。
因此，當偏振旋轉器260處于接通狀態時，僅永久波長帶5被路由至檢測器100。也就是說，所述設備中用于輔助波長帶的部分未被啟動。當偏振旋轉器260處于斷開狀態時，所述設備中用于輔助波長帶的部分被啟動且永久波長帶5與輔助波長帶105B的所述一個偏振二者均被路由至檢測器100。因此，如果將在接通狀態中獲得的信號從在斷開狀態中獲得的信號中減去，便會獲得一差值信號，所述差值信號是輔助波長帶中一個偏振的各波長分量之和。如果根據一目標被分析物的光譜線來選擇永久波長帶并根據某種其他物質的其他光譜線來選擇輔助波長帶，則所述差將為該另一種物質的量度。如果斷開狀態與接通狀態的測量時間不同，則可在相減之前引入一換算因數，其為這兩個測量時間之比。也可使用其他換算因數來補償這兩次測量中的其他差別。
通過檢查圖8，許多變化形式將顯而易見。圖9即顯示一種變體。對于分量105B而言，從左到右按順序以如下元件來取代圖8中的四分之三波長板255四分之一波長板400；不可逆偏振旋轉器(例如法拉第旋轉器)410，其使偏振旋轉45°；及半波長板420，其經定向以使偏振旋轉45°。除去了圖8中的四分之一波長板280。
所述裝置按如下方式工作。四分之一波長板400將圓偏振的光182B轉變成線性偏振的光952B，其正交于緊靠元件70左側所觀測到的該光的偏振。法拉第旋轉器410使所述偏振旋轉45°(符號954B)。半波長板420使從左向右傳播的光的偏振旋轉另外45°，從而得到光束956B。當裝置260接通時，其使偏振旋轉且所得到的光自光束分離器270反射至光束收集器330。
當裝置260斷開時，光956B穿過270且受到全息圖290反射，從而向回再次穿過裝置260，裝置260在處于斷開位置時使偏振保持不變962B。裝置420使從右向左傳播的光的偏振旋轉-45°，這是因為其為一可逆裝置。然而，裝置410作為一非可逆裝置，使偏振旋轉+45°。因此，對于從右向左傳播的光，來自420及410的旋轉相抵消，如由與962B具有相同偏振的符號964B所示。穿過四分之一波長板400及70會使偏振旋轉90°，且多路傳輸反射全息圖80對該輻射透明。光966B現在與來自5B的對應分量具有相同的偏振及方向。偏振光束分離器30將該輻射引導至透鏡90并由此引導至檢測器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，是因為已將所述裝置修改成使分量105B經過全息組合件80路由回至檢測器100，而非如在圖8中一樣通過全息組合件50路由。
圖8及9所示的構造可分別具有多種其他變體。例如，在圖9中，可實質上在裝置50下面復制裝置80右側的“臂”，以便能夠觀測輔助波長入射光的兩個偏振105A及105B。在該實施例中，所有四個入射分量(5A，5B，105A，105B)均將路由至單個檢測器100。在替代實施例中，可將不同的分量(或各分量的組合)路由至不同的檢測器，從而能夠比較及/或組合各個信號。此種形式的一種有用的變化形式是對從偏振光束分離器30產生的這兩個輔助臂(即全息組合件80左側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。這允許使用兩個不同的輔助波長帶，此可提供用于分離出混雜光譜或用于校準的額外重要數據。
也可通過復制260、270及290的結構、但對每一全息組合件使用不同的反射帶來將圖9中的架構擴展至多個輔助波長帶。將260、270及290的每一組合視為一平臺。圖9因而具有單個平臺。現在使用一具有不同反射帶的第二平臺來取代光束收集器330。如果平臺1中的偏振旋轉器260處于斷開狀態，則光路由至平臺1的全息組合件290且平臺1的輔助帶得到構建。而如果平臺1中的偏振旋轉器260處于接通狀態，則光路由至平臺2。如果平臺2中的偏振旋轉器260處于斷開狀態，則光路由至平臺2的全息組合件290且平臺2的輔助帶將得到構建。如果平臺2中的偏振旋轉器260處于接通狀態，則光可路由至一平臺3，依此類推。所得到的裝置可用于在時分多路傳輸基礎上對不同的輔助帶進行取樣(即由同一檢測器在不同時刻對不同的輔助帶進行取樣)。
類似地，圖3所示的基本設計也可進行級聯以執行空間多路傳輸(即由不同的檢測器對不同的帶進行取樣)。全息組合件80傳遞該全息組合件的反射帶以外的波長。此可視為入射光(具有已知的偏振)且圖3所示的基本結構可進行級聯以同時使用具有不同反射帶的全息組合件來對一組不同的波長帶進行取樣。也可將空間多路傳輸與時間多路傳輸方法相結合。
作為一最終實例，再次參見圖8及9，可將全息圖290與光束收集器330調換，且可在260接通時而非在其斷開時照射全息圖290。進一步，可轉換用于被分析物的全息圖及用于干擾物質的全息圖的角色。然而，被分析物信號通常處于重要地位，且較佳使被分析物信號穿過最少數量的光學元件。
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λ處的反射系數，且Di(λi)是經設計以衍射每一波長的每一全息圖的反射系數，且N是需要觀測的線的總數量。
在許多情況下，干擾物質均具有一不同于被分析物的光譜線及若干重疊的光譜線。其在所觀測到的被分析物波長處的干擾與在不同于被分析物的光譜線處所觀測到的信號強度成正比。比例常數是所述物質的一固定特性并可加以測量。因此，通過從所述信號中減去與在干擾物質的不同光譜線處所觀測到的光成正比的量，便可從被分析物信號中分離出干擾。如果存在多種干擾物質，則可對每一種干擾物質執行此種運算。所述運算可用數學形式表示如下SA=SM-ΣEkS(λk)---(8)]]>其中SA是僅由被分析物產生的信號，SM是測量信號，其是被分析物的各所選光譜線的功率之和，但包含來自其他物質的干擾，S(λk)是在已為干擾物質所選的不同于被分析物光譜線的每一條線處觀測到的信號，且Ek是比例常數，其使所述不同線中的光譜強度與針對干擾物質為被分析物選擇的線中的總和光譜的強度相關。
應注意，在方程式(8)中要減去的項與在方程式(7)中要減去的項具有相同的形式。因此，如果系數Dk按如下關系式與系數Ek相關聯Dk＝FEk(9)
則可通過適當選取每一全息圖的衍射效率來直接獲得所有干擾物質的作用的經過正確加強的量度。方程式(9)中的總體比例常數F選擇成使系數Dk可根據要求始終＜1.0。其是一固定數值，可存儲于存儲器中并應用于所示的方程式(8)中。應注意，不要求僅為每一干擾物質選擇一條光譜線。
也可選取圖8或9中的全息組合件290來對應于其中溶解被分析物的溶劑的較佳光譜線。此允許直接測量散射體積中的溶劑量。假如借助一換算因數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，這些信號與被分析物信號之比便會得到絕對濃度的正確估計值。
為形成具有不同衍射效率的全息圖，在寫入系統中改變每一全息圖的曝光時間通常即足夠。所述關系為理想的線性關系，但如果材料的動態范圍是臨界范圍，則可考慮飽和效應。
作為另一實例，可將具有不同反射波長的全息圖設置為不同的角度，以使反射光可成像至一檢測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的光譜信息。
有時將偏振及波長從用于執行散射的源路由至多個目的地也較為有用。還常常希望組合同一波長的兩種偏振的功率及/或組合波長，例如當希望通過使用增強的光功率照射目標來獲得更高的信號水平、但各單獨的源的功率可能小于所需功率時。有時還希望在測量過程期間改變各單獨波長及/或偏振所路由到的目的地。根據上文說明顯而易見，圖3、6、7、8及9所示的任一實施例及其任一變體均可用于路由來自多個源(例如激光器)的多種波長及偏振的輻射。某些實例可包括照射樣本上的不止一個目標位置、或者照射一具有所關心被分析物的已知濃度的參考單元。在后一種情形中，散射信號可提供有用的校準信息，從而能夠提供一種或多種被分析物的絕對濃度量度。作為一最后的實例，一既定裝置可采用這些實施例的組合來將源波長及偏振與散射波長及偏振二者路由至所需的多個目的地。
權利要求
1.一種用于路由入射光中所選波長帶的設備，其包括一用于接收入射光的入口；一偏振敏感組合件，其經定位以通過偏振來分離所述入射光；一個或多個全息組合件，其包含多路傳輸全息圖以用于選擇性地反射所述經偏振分離的光的所述所選波長帶；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定位以將所述反射光引導至所述出口。
2.如權利要求1所述的設備，其中所述經偏振分離的光入射于所述多路傳輸全息圖上的角度相對于全息條紋處于70-90度范圍內。
3.如權利要求1所述的設備，其中所述入射光來自一樣本且所述所選波長帶是根據所要檢測的一種或多種被分析物的光譜線加以選擇。
4.如權利要求1所述的設備，其中所述入射光來自一個或多個產生至少兩種波長的光發射體。
5.如權利要求3所述的設備，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波數之間且位于250-20,000nm光譜范圍內。
6.如權利要求3所述的設備，其中所述多路傳輸全息圖中至少一者的半峰半角視場至少為0.01弧度。
7.如權利要求1所述的設備，其進一步包括一個或多個檢測器，其經定位以接收自所述出口的所述反射光。
8.如權利要求7所述的設備，其中所述檢測器由一單個檢測器組成。
9.如權利要求7所述的設備，其中所述檢測器包括一檢測器陣列。
10.如權利要求9所述的設備，其中所述全息組合件中的至少一者包含設置為不同角度的多路傳輸全息圖，以使來自至少兩個不同的所選波長帶的光反射至所述陣列中的不同檢測器。
11.如權利要求7所述的設備，其中所述偏振敏感組合件還根據偏振來重新組合所述反射光，以便對于至少一個波長帶，將不同偏振的入射光路由至同一檢測器。
12.如權利要求7所述的設備，其中所述偏振敏感組合件不根據偏振來重新組合所述反射光，以便對于至少一個波長帶，將正交偏振的入射光路由至兩個不同的檢測器。
13.如權利要求1所述的設備，其中對于至少一個全息組合件，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。
14.如權利要求13所述的設備，其中所述全息組合件由一個全息組合件組成，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。
15.如權利要求1所述的設備，其中所述全息組合件由兩個全息組合件組成，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.如權利要求1所述的設備，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變成一圓偏振且將所述圓偏振光束引導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回至所述偏振光束分離器。
17.如權利要求16所述的設備，其中所述相位延遲板是一四分之一波長板。
18.如權利要求1所述的設備，其進一步包括一用于一第二平臺的入口，其用于接收由所述全息組合件中的至少一者透射的光；一個或多個用于所述第二平臺的全息組合件，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、不同的所選波長帶；一用于所述第二平臺的出口，其與用于所述第二平臺的所述入口分離；及一用于所述第二平臺的偏振敏感組合件，其經定位以將自所述第二平臺的所述入口至所述第二平臺的所述全息組合件的所述所接收光路由至所述第二平臺的所述出口。
19.一種用于路由入射光中所選波長帶的設備，其包括一偏振敏感組合件，其經定位以通過偏振來分離入射光；一個或多個全息組合件，其包含多路傳輸全息圖以用于選擇性地反射所述經偏振分離的光的所述所選波長帶；及其中所述偏振敏感組合件也經定位以沿兩個或更多個不同方向引導所述反射光，以將不同偏振的入射光路由至不同的方向。
20.如權利要求19所述的設備，其中所述經偏振分離的光入射于所述多路傳輸全息圖上的角度相對于全息條紋處于70-90度范圍內。
21.如權利要求19所述的設備，其進一步包括兩個或更多個檢測器，其經定位以接收路由至不同方向的所述反射光。
22.如權利要求21所述的設備，其中所述入射光來自一樣本且所述所選波長帶是根據所要檢測的一種或多種被分析物的光譜線加以選擇。
23.如權利要求22所述的設備，其進一步包括組合邏輯，其用于組合來自不同偏振的入射光所路由至的所述不同檢測器的檢測器信號。
24.如權利要求22所述的設備，其進一步包括組合邏輯，其用于組合來自一第一檢測器與一第二檢測器的檢測器信號，其中所述偏振敏感組合件將所述入射光分離成兩個正交的線性偏振并將一個線性偏振的光路由至所述第一檢測器且將另一線性偏振的光路由至所述第二檢測器。
25.如權利要求24所述的設備，其中組合所述檢測器信號會減小噪聲。
26.如權利要求24所述的設備，其中所述邏輯根據所述兩個檢測器信號來計算一差值。
27.如權利要求24所述的設備，其中所述邏輯按比例換算所述檢測器信號并計算所述按比例換算檢測器信號的一差值。
28.如權利要求24所述的設備，其中所述入射光來自一樣本；所述所選波長帶是根據所要檢測的一種或多種被分析物的光譜線來加以選擇；來自所述被分析物的所述入射光沿一被引導至所述第一檢測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器信號并計算所述按比例換算檢測器信號的一差值。
29.如權利要求24所述的設備，其中所述全息組合件由一個全息組合件組成，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。
30.如權利要求24所述的設備，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正交的線性偏振；及對于所述兩個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變成一圓偏振且將所述圓偏振光束引導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回至所述偏振光束分離器。
31.如權利要求19所述的設備，其中所述入射光來自一個或多個產生兩種不同偏振的光發射體。
32.一種用于路由入射光中所選波長帶的設備，其包括一第一平臺，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，其經定位以通過偏振來分離所述入射光；一個或多個第一全息組合件，其包含第一多路傳輸全息圖以用于選擇性地反射所述經偏振分離的光的第一所選波長帶；一第一出口，其中所述第一偏振敏感組合件也經定位以將從所述第一全息組合件反射的光引導至所述第一出口；及一第二平臺，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；一個或多個第二全息組合件，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帶，其中所述第二所選波長帶不同于所述第一所選波長帶；一第二出口；及一主動式偏振旋轉器，其可在啟動與不啟動所述第二平臺之間切換，其中啟動所述第二平臺導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.如權利要求32所述的設備，其進一步包括一個或多個檢測器，其經定位以自所述第一出口接收所述反射光，其中由所述主動式偏振旋轉器路由至所述第二出口的光將通過所述第一出口傳播至相同的一個(多個)檢測器。
34.如權利要求32所述的設備，其進一步包括一個或多個第一檢測器，其經定位以自所述第一出口接收所述反射光；及一個或多個與所述第一檢測器分離的第二檢測器，其經定位以接收由所述主動式偏振旋轉器路由至所述第二出口的光。
35.如權利要求32所述的設備，其進一步包括一個或多個檢測器，其經定位以在所述第二平臺啟動時及在所述第二平臺未啟動時自所述第一出口及/或所述第二出口接收光。
36.如權利要求35所述的設備，其中所述檢測器在空間上經多路傳輸以在所述第二平臺啟動時及在所述第二平臺未啟動時接收光。
37如權利要求35所述的設備，其中所述檢測器經時分多路傳輸以在所述第二平臺啟動時及在所述第二平臺未啟動時接收光。
38.如權利要求35所述的設備，其進一步包括組合邏輯，其用于組合當所述第二平臺啟動時來自所述檢測器的一檢測器信號與當所述第二平臺未啟動時來自所述檢測器的一檢測器信號。
39.如權利要求38所述的設備，其中組合所述檢測器信號會減小噪聲。
40.如權利要求38所述的設備，其中所述邏輯根據所述檢測器信號來計算一差值。
41.如權利要求38所述的設備，其中所述邏輯按比例換算所述檢測器信號并計算所述按比例換算檢測器信號的一差值。
42.如權利要求38所述的設備，其中針對所述未啟動的第二平臺的所述檢測器信號是基于所要檢測的一種或多種被分析物的光譜線；且針對所述被啟動的第二平臺的所述檢測器信號是基于所要檢測的所述被分析物的光譜線及一種或多種其他物質的光譜線。
43.如權利要求38所述的設備，其中針對所述未啟動的第二平臺的所述檢測器信號是基于所要檢測的一種或多種被分析物的光譜線；且針對所述被啟動的第二平臺的所述檢測器信號是基于所要檢測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.如權利要求32所述的設備，其中所述第一偏振敏感組合件將所述入射光分離成兩個正交的線性偏振且所述主動式偏振旋轉器僅將所述偏振中的一者路由至所述第二出口。
45.如權利要求32所述的設備，其中所述主動式偏振旋轉器是基于液晶中的偏振旋轉。
46.如權利要求32所述的設備，其進一步包括一第三平臺，其包括一第三入口，其用于在所述第二平臺未啟動時自所述第二平臺接收光；一個或多個第三全息組合件，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帶，其中所述第三所選波長帶不同于所述第一及第二所選波長帶；一第三出口；及一主動式偏振旋轉器，其可在啟動與不啟動所述第三平臺之間切換，其中啟動所述第三平臺導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.如權利要求32所述的設備，其中所述入射光來自一個或多個產生至少兩種波長的光發射體。
48.如權利要求32所述的設備，其中所述入射光來自一個或多個產生不同偏振的光發射體。
49.如權利要求32所述的設備，其中所述第二平臺進一步包括一不可逆偏振旋轉器，其使在一個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。
全文摘要
本發明揭示一種光學設備，其中使用多路傳輸全息圖來實現波長選擇性并使用偏振操縱來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。在一個應用中，所述設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G02B5/32GK101031831SQ200580031459
公開日2007年9月5日 申請日期2005年7月22日 優先權日2004年7月22日
發明者簡·利普森 申請人:C8麥迪森瑟斯公司