[发明专利]路径解析的光学采样架构

说明书

本文描述了光学采样架构及其操作方法。光学采样架构能够朝向发射区域发射发射片光束，以及从检测区域接收检测片光束。所述发射区域可具有相对于另一个维度是伸长的一个维度。所述检测区域也可具有相对于另一个维度伸长的一个维度，使得所述系统可选择性地接纳具有一个或多个特性(例如，入射角度、光束尺寸、光束形状等)的光。在一些示例中，所述检测区域的所述伸长维度可大于所述发射区域的所述伸长维度。在一些示例中，所述系统可包括输出耦合器阵列和相关联部件，以产生具有不同的平面内发射位置和/或平面内发射角度的光线的发射片光束。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月29日提交的美国临时专利申请62/565,789的权益，该申请全文据此以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及能够测量一个或多个样本特性的光学采样架构。更具体地，该架构可在多个刻度长度上测量样本并且计算所测信号的平均值，同时控制所测信号的光学路径长度和光学采样深度。

背景技术

吸收光谱学是一种可用于确定样本特性的分析技术。用于吸收光谱学的常规系统和方法可包括向样本发射光。当光与样本相互作用(例如，反射和/或透射穿过)时，光能量的一部分可在一个或多个波长处被吸收。该吸收可引起与样本相互作用的光的特性的变化。与样本相互作用的光的特性可和与参考对象相互作用的光的特性进行比较，并且可基于该比较来确定样本特性。

离开样本的光的特性可由一个或多个检测器像素测量。在一些情况下，透射穿过样本的光可发生漫散射。在一些情况下，样本可以是异质样本，其中样本特性可跨样本中的不同体积而变化。漫散射可涉及光与相对较小的样本体积相互作用，这可导致对样本的不均匀性的敏感性增加。因此，相对较小的样本体积的测量可能无法表示整个样本。可期望在多个刻度长度上测量样本的特性并且计算信号平均值，同时控制所测信号的光学路径长度和光学采样深度的光学采样架构。

在一些示例中，光学测量可包括噪声。噪声可采取多种形式，包括不相干和相干。不相干噪声可归因于当光透射穿过样本时可能发生的漫散射，并且其特性可与入射到检测器上的光的相位无关。在一些情况下，样本可不均匀，其中样本特性可在样本中的不同体积上变化。样本的不均匀性可通过漫散射的随机分布等而导致不相干噪声。不相干噪声还可根据波长而变化。相干噪声可归因于例如散斑，并且其特性可取决于入射到检测器上的光的相位以及源功率的光谱密度。在一些架构中，可存在不相干噪声和相干噪声两者，并且这两种噪声可具有不同的百分比。可期望能够减小不相干噪声和相干噪声两者的光学采样架构。

发明内容

本文描述了光学采样架构及其操作方法。在一些示例中，光学采样架构能够从发射区域发射发射片光束，以及从检测区域接收检测片光束，其中发射区域和检测区域定位在系统接口处。该发射区域可具有一个相对于另一维度(例如，x维度)伸长的维度(例如，y维度)，使得从一个或多个波导输出的光可共同形成发射片光束。检测区域还可具有一个相对于另一维度伸长的维度，使得系统可选择性地接受具有一个或多个特性(例如，满足一个或多个标准的入射角度、光束尺寸和/或光束形状)的光。在一些示例中，所述检测区域的所述伸长维度可大于所述发射区域的所述伸长维度。附加地或另选地，包括在系统中的光学器件可被配置为选择性地接纳光。

如本文所述，光发射器可被配置为形成发射片光束。在一些示例中，该光发射器可包括一个或多个波导、一个或多个反射器，以及输出耦合器。所述的一个或多个波导可沿第一平面(例如，在基板的平面中)朝向反射器输出光(例如，包括在特定方向上取向的光线)。在一些示例中，该波导可形成相干光源的部分。反射器可沿第一平面引导光朝向输出耦合器，并且输出耦合器可将光引导到第二平面(例如，垂直于第一平面、相对于第一平面成60°、相对于第一平面成45°等)。在一些示例中，光发射器可以是不相干源。可基于样本中的光的目标交点来配置光发射器的部件以及系统的检测器、发射区域和检测区域。