[发明专利]材料的圆双折射识别

说明书

一种光学系统使用设置在光学腔体内的样本介质，接收可以是非相干或相干的输入光束，并通过产生每个腔体遍历的双折射引起的光束分量而产生输入光束的光能，形成输入光束的混合量子态光束。混合量子态光束射出腔体，并且在一定范围的调谐输入光束频率上分析出射光束的能量分布，以唯一地识别样本介质内的圆双折射材料，例如氨基酸、蛋白质或其他圆双折射分子、生物等。

技术领域

本公开总体上涉及使用光学镜腔体系统识别双折射材料的技术。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月16日提交的美国申请第15/435,246号的优先权，并根据美国法典第35章第119(a)节要求2016年11月29日提交的名称为“材料的圆双折射识别”的美国临时申请第62/427,394号的优先权权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

本文提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的上下文。相对于本公开，目前称作发明人的、在背景部分中描述范围内的工作以及在提交时可能不作为现有技术的描述的各方面，既不明确也不暗示地被认为是现有技术。

圆双折射和选择吸收(圆二色性)的观察已被广泛用于识别手性(圆偏振)分子。在许多情况下，这些技术优于其他技术，例如MRI。通常，这些技术通过使光通过样本一次来工作，之后分析输出光束，寻找引起螺旋性变化(线性光束转换为圆偏振光束)或选择吸收的证据。由于几个原因，这些单程系统的灵敏度通常有限。首先，通常需要大量的目标颗粒来正确识别样本，当样本具有低密度(即气体)时，这可能是特别困难的。其次，因为对于样本的正确识别也需要大量光子，如果一束光通过样本一次，则可能需要极亮光源。第三，对检测方案有严格的要求。此外，所有这些因素都增加了为分析给定样本并实现可靠的识别水平所需的时间。

先前使用镜腔体放大双折射介质的吸收特征的工作(即，使用反射镜使光束多次通过双折射样本以便更好地识别样本)已经失败，因为每次当光束通过双折射介质时，双折射介质易于破坏任何圆双折射效应而不是增强它。也就是说，具有顺时针旋转的电磁场的光束与逆时针旋转的辐射不同地穿过双折射介质，即，导致偏振特征的不同旋转。当反射镜将刚刚通过双折射介质的光束反射回去以通过相同双折射介质时，偏振特征的旋转以相反的方向进行，有效地抵消了先前产生的效应。因此，因为包含双折射介质的镜腔体通常随着光束每次穿过腔体而产生衰减的旋转特征，所以镜腔体通常无法通过双折射介质放大圆双折射特征。

发明内容

提供了用于识别呈现圆双折射或圆二色性(选择性吸收)的样本介质的技术。这些特性被当前技术利用来识别样本介质中的组成材料。当介质与通过的光子束相互作用时，这些技术使用镜腔体系统来放大任一过程。与包括基于圆双折射的传统技术的传统技术相比，本技术使用旋转元件来维持系统内辐射的“混合量子状态”，从而能够在每次遍历腔体时放大整体效应并允许信号放大。

该系统利用镜腔体、输入光束、呈现圆双折射或圆二色性的样本介质，以及一对偏振旋转元件(例如，四分之一波片或半波片或在腔体内部的其他光学有源元件)。该系统可另外利用外部磁场来增强样本介质的圆双折射和/或圆二色性。射出镜腔体的辐射在被光接收器观察之前照射在分析器上，该分析器可以由偏振板组成。

在一些示例中，通过部分反射镜或者通过镜面中的开口，输出光束从外部光源(也称为“光束源”)传播到腔体中。光源可以包括用于从白光中选择窄带辐射的元件，或者可以由一系列窄带LED组成。在一些示例中，光源由系统的可编程控制器控制，例如，被编程为选择性地调谐来自光源的输出光束的中心波长的一个或多个处理器。在一些示例中，光源被包含在系统本身内并由其可编程控制器控制。