材料的圆双折射识别的制作方法

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。

技术实现要素：

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。

一旦在腔体中，输入光束将在照射样本介质之前经由四分之一波片或半波片或其他旋转元件经历变换。样本介质表现出圆双折射或者具有仅由施加到介质上的外部磁场引起的这种效应。由于介质的圆双折射，通过的光束进入样本介质，在那里它被分成左圆偏振光和右圆偏振光。光束射出介质并照射在第二四分之一波或半波片或其他旋转元件上，在那里它再次经历光学旋转。光束射出四分之一波或半波片或其他旋转元件并照射在反射镜上，其中反射过程使光束通过四分之一波或半波片或其他旋转元件然后返回到样本介质中。该过程在光束射出腔体并照射光电二极管平台之前重复几次到几十万次，其中光束将针对频率响应而被评估。

当输入光束的峰值波长在波长范围内调谐时，光电二极管平台测量并记录输出光束的频率响应，从而为样本材料建立独特的幅度与波长特征。该特征取决于样本材料的分子组成。样本材料将响应于样本中的分子组成而不同地改变不同波长的光束。示例输入光束波长范围从紫外到红外范围(例如，从245nm到1600nm)。输入光束波长可以在该范围的一部分上，例如，在约380nm至750nm的可见光谱上，在约750nm至1.4μm的近红外光谱上，或在两者的组合上。此外，通过使用配置为通过混合量子态腔体放大信号输出的系统，可以在采样时间段内检测甚至小浓度分子的特征。根据腔体遍历的数量和旋转元件的质量，这允许系统对甚至在1-100ppm量级上的低浓度的分子实现高灵敏度。结果，展现出圆双折射或圆二色性的材料的增强识别可以被用来更好地理解生物分子，并且可以被用于需要快速识别有机材料的环境中。例如，本发明的技术具有识别甚至折叠和旋转展现出圆双折射的长链分子的灵敏度。

根据示例，一种用于分析并识别圆双折射样本介质的光学系统，包括：由第一反射镜和第二反射镜形成的光学腔体，其中第一反射镜被配置为将来自光束源的光束接收到腔体中，并且其中第一反射镜和第二反射镜被放置为传播光束以经过腔体的多个往返遍历；位于光学腔体内的圆双折射样本介质，圆双折射样本介质被配置为接收光束，并随着每个往返遍历在时间上将光束分成具有顺时针或逆时针旋转偏振态的分量；位于光学腔体内的多个偏振器元件，被配置为引起光束或光束分量的偏振态的改变；以及光检测器，被放置为在光束的阈值数量的遍历之后接收来自腔体的出射光束，并通过测量出射光束的光谱响应来检测样本介质的圆双折射性质的特征。

附图说明

图1是根据示例的用于产生增强的圆双折射或圆二色性效应的光学系统的示意图。

图2是根据另一个示例的用于将分子样本的光学双折射增强为可观察效应的另一个光学系统的示意图。

图3示出了根据示例的圆双折射样本介质对输入光束的影响。输入光束被分成两个输出波分量，这两个输出波分量可以在空间上重叠，但是在时间(即相位)上是分开的。

图4A示出了输入光束在多个样本介质层上的行进，每个层的特征在于相同的光轴取向(即，当光束行进通过每个层时，光束相对于介质处于相同的状态)。图4B示出了输入光束在多个样本介质层上的行进，每层的特征在于旋转的圆双折射光轴取向，导致当光束行进通过每层时，相对于介质的连续混合量子态。

图5是根据示例的使用平面反射镜增强圆双折射和圆二色性的光学系统的示意图。

图6是根据另一个示例的使用平面反射镜增强圆双折射和圆二色性的另一个光学系统的示意图。

图7示出了从单程系统、多程系统和具有旋转元件的多程系统预期的双折射信号，以产生连续混合的量子态。

图8是根据示例的双折射介质以及使用分段偏振器、四分之一波片或其他光学偏振旋转器形成的光学腔体的示意图。

图9示出了根据示例的使用法布里-珀罗配置增强圆双折射和圆二色性的光学系统。

图10示出了根据示例的具有连续元件的单程光学系统，其中每层具有相对于前一层旋转的偏振，适合于磁感应圆双折射效应。

特定实施方式

本技术利用感应的圆双折射和光束能量的选择吸收来产生分子结构的独特特征，并且能够识别特定样本中的特定手性分子、长链分子、氨基酸和蛋白质，特定样本例如是汗水、唾液或生物的气息。例如，在经常提到的二十种常见氨基酸中，十九种是圆双折射的。脱氧核糖核酸和其他核酸展现出圆双折射和圆二色性。

图1示出了光学系统100，其具有光束源102、波长选择器104和由第一腔镜108和第二腔镜110限定的光学腔体106。光束源102可以是非相干光束源，举例来说，诸如弧光灯、闪光灯、电火花、无电极灯、准分子灯、荧光灯、高强度放电灯、空心阴极灯、感应照明、氖灯和氩灯、等离子灯、氙气闪光灯，使用各种灯丝或气体的灯泡，甚至阳光。在包括所示的其他示例中，光束源102可以是相干光束源，诸如二极管激光器、VCSEL阵列、或利用气体管、固态结构、光纤、光子晶体、半导体、染料、自由电子或其他特殊介质的激光器，无论是连续运行(CW)还是脉冲运行(q开关、锁模或脉冲泵浦)。来自光束源102的输出的波长可以是可调的。在一些示例中，光束源102是可调谐的。在其他示例中，如所描述的，将输出光束提供给波长选择系统。

在所示示例中，光束源102产生入射在波长选择系统104上的光束。使用波长选择系统104，可以从光束源102中选择具有光束能量的各种波长以引入腔体106中。以这种方式，可以改变照射在腔体106上的辐射，允许选择的具有光束能量的各种波长进入腔体106用于后续测量，这可以有助于区分对于具有光束能量的某些波长而不是其他波长表现出类似圆双折射值的材料。波长选择系统104可以包括可以将单色光束提供到腔体中的棱镜对112和安装的单个狭缝孔114。例如，棱镜对112可以将白色光束源粗略地划分为多个颜色(即，多个波长)，然后执行输出光谱的更精细划分以进一步缩小光束波长事件(即，包括在输出辐射中的波长组)。

在一些实施例中，安装的单狭缝孔114可以是适合于可以从棱镜对112照射的每个波长的单狭缝系统。狭缝可以具有不同的尺寸，并且可以附加地或替代地随着棱镜112旋转。这些单狭缝可以用于准直来自光束源102的光束，并且在非相干光束的情况下，用于在辐射到达腔体106之前使波前成扇形散开。一旦使用棱镜对112选择了窄带宽，光束可以照射在安装的单狭缝孔114上，穿过狭缝，并进入腔体106。在一些实施例中，波长选择系统104可以用安装的可以进入腔体106的不同颜色的LED系列代替。

在穿过安装的狭缝孔114之后，具有单个峰值波长的光束可以通过第一反射镜108引入腔体106中，第一反射镜108可以对外部光束部分透明或者可以具有钻孔(如图所示)，或者当光束与腔体106的轴成非90°角时，可以照射到第一反射镜108上。在一些实施例中，入射光束通过第一反射镜108中的输入钻孔进入并通过相同的输入钻孔从腔体106射出。在其他实施例中，入射光束可以通过腔体的相对侧上的反射镜110中的出口钻孔射出。

在腔体106内是样本介质116，例如通过入口/出口阀118引入腔体中的气体或液体，入口/出口阀118被设计为“吸入”气体或液体以填充用于询问的样本体积。在其他示例中，样本介质116可以被直接放置在容器中的腔体中，例如透明管。也就是说，一些实施例可以不需要入口/出口阀118，而是可以替代性依赖于外部收集的放入体积中的样本。因此，在一些实施例中，可存在用于在对后续样本进行操作之前冲洗体积中气体或液体的机构。

在一些实施例中，样本介质116可以展现出圆双折射或圆二色性。例如，样本介质可以是(或包含)圆双折射生物材料，诸如圆双折射氨基酸或蛋白质。然而，该仪器还可以被用于检测不固有地展现出圆双折射但是通过外力产生圆双折射的材料的吸收光谱。例如，在一些实施例中，针对场方向具有螺旋结构的外部磁场可以被用于将样本材料转化为或多或少的圆双折射状态。

在一些示例中，将针对波长上的频率响应，并且在一些示例中，针对响应于由施加到样本的外部磁场引起的调制而发生的输入光束改变，来评估观察到的由圆双折射样本引起的输入光束改变。换句话说，磁场会被调制，并搜索与调制同相/不同相的信号。如果输入辐射或者甚至是来自特定LED或激光源的光束的偏振方向的旋转，则可以将信号观察为光束能量的损失或引起的退相干。观察到的强度作为入射光束波长的函数的改变将与包括样本的材料相关联，并且以这种方式，样本可以被识别。

例如，可以通过使用具有在整个光谱区域上调谐的波长的输入光束探测样本，并且然后在整个光谱范围内检查来自系统的输出光束，以寻找作为输入波长的函数的圆二色性或圆双折射的证据，来识别样本介质的成分。一旦检测到任何一个，那么作为输入波长的函数的输出光束光谱响应可以被检查，以找到指示存在不同材料的频率的关键组合，类似于识别来自光谱吸收线的原子，通过查看在多个结构可以在单个频率值下贡献的情况下的不同频率下的相对效果给定频率的吸收/旋转程度。

样本介质116的特征可在于圆双折射，其中具有顺时针旋转的电磁场的通过辐射(passing)与逆时针旋转的辐射不同地穿过介质。针对在两个方向旋转的辐射，样本介质116可以具有不同的折射率。折射率也可以是输入辐射的波长的函数，需要使用多个波长，如上面关于波长选择系统104所讨论的。此外，样本介质116也可以呈现圆二色性(也称为选择吸收)。在这种情况下，一种类型的圆形旋转的辐射(顺时针对逆时针)比另一种旋转的辐射更容易被吸收。这样的效果也可以在诸如腔体106的腔体环境中被放大。

样本介质116可以放置在两个偏振器元件(板)120之间，这两个偏振器元件可以具有彼此对准、彼此正交或者相对于彼此成角度的偏振轴。这些偏振元件120可以包括线性或圆形偏振器或引起偏振改变的其他元件，包括波片或任何其他部分透明和偏振的材料。在一些示例中，偏振器板120是当光束穿过腔体106时提供部分偏振态旋转的波片。在其他示例中，这些偏振器120是可旋转元件，包括例如可电旋转的液晶板。也就是说，偏振器板120的偏振轴在操作期间可以被固定，而在其他示例中，偏振器板120在操作期间可以旋转，使得它们的偏振轴改变。在一些示例中，偏振轴可以相对于腔体106固定，或者每个元件120可以相对于另一个元件120以不同的速度旋转。操作期间的偏振旋转可以被用于调制输出辐射，从而覆盖输出光谱上的调制模式。在实施例中，该调制可以用于系统的校准以确保正常运行。元件120中的偏振率的改变率可以以多种方式确定。例如，偏振率可以通过样本介质中光学活性(圆双折射)材料的浓度来确定。在存在多种活性材料的情况下，可能需要大的照射光谱来解开样本介质中活性材料的相对浓度。

尽管未示出，但是在一些示例中，腔体106可以进一步包含诸如以下元件：沿着一个镜面嵌入在某些位置的光子检测器，沿着可以用于通过改变光束中的一些或全部光子的偏振来压印信息的双折射材料的表面的向列型晶体凝胶，或者在允许光束射出腔体之前聚焦或折射光束的任何其他材料。这些元件可以组合成层，作为由具有偏振旋转器或聚焦元件外层的中心双折射材料组成的单一材料，或者通过机械结构单独保持在适当位置。

在操作中，反射镜108、110形成反射腔体，其促使入射光束与包围的样本介质116重复地相互作用。因此，主要根据中心介质116的双折射程度，腔体106可被配置为光学延迟或法布里-珀罗腔。样本介质116不同地旋转输入光束的分量，在不同的分量中引起相移，如图3所示。在光束通过样本介质116之后，偏振板120旋转具有光束分量的光束的偏振。这种旋转使从样本介质116出射的光束相对于样本介质116中的材料处于“混合量子”状态，使得光束能量的时间分离随着腔体106的每次遍历而发生，如图4A和图4B所示。也就是说，偏振板120可以具有相对于与腔体轴正交的y轴成一角度的偏振轴。

图3示出了响应于通过圆双折射(或圆二色性)样本介质而发生在输入光束上的时间(即相位)分裂。输入光束在时间上被分成不同的相位分量，一个传播比另一个稍快。在一些材料中，还可以存在线性双折射，使得材料可以在空间上对分量进行划分，使得分量以不同的独特角度射出样本介质。某空间分离甚至可以由样本介质中的折射效应产生，尽管与圆双折射的时间分离相比，该分离将是极小的。

图4A示出了输入光束通过样本介质的进展，其中每层经历相同的相对圆双折射取向(即，相对光轴)，导致相同的相对量子效应。在任意样本中，此机制将增强整体特征。但是，对于圆双折射材料，就腔体中的每次回程来说，材料轴反转并且圆双折射效应减小。然而，图4B示出了输入光束通过样本介质的进展，其中相对圆双折射取向在每层旋转，产生相对于样本介质的混合量子态。在这种情况下，返回行程不减小效应，反而由于每层都会导致光束能量分布改变的事实而增强该效应。

每次遍历射出样本介质116的输入光束(参见例如图3和图4B)将在时间上被分成具有顺时针或逆时针旋转偏振态的分量。根据偏振板120的偏振轴的角度，光束分量将在每次遍历通过样本介质116时进一步分离。因此，该过程增强了样本介质116的可测量的圆双折射。此外，样本介质116的圆二色性也可以被增强，因为随着介质116的每次遍历，辐射的一个分量被重复吸收。对于类似于图1和图2的、其中在每次遍历之前板120的偏振轴相对于输出光束分量的偏振轴旋转的结构，对于腔体106的每次单向遍历，光束能量沿着行进方向分裂(即，每次往返行程分裂两次)。然而，对于其中板120的偏振轴中的一个相对于光束分量的偏振轴中的一个沿45°角保持恒定的结构，每次往返行程将发生一次分裂。此外，通过控制偏振器或偏振旋转器的操作，例如通过将液晶旋转元件连接到可变电压源，可以从一个遍历到下一个遍历调节往返行程中分裂的量。

如图4B所示，对于每一层，初始光束的能量以正向增加的方式被细分(分叉)。这与在其中圆双折射效应基本上完成然后随每层消失(参见例如图4A)的腔体环境中测量圆双折射的其他尝试不同。在通过腔体一定次数之后，样本介质116的双折射性质可以被精确地测量并将其压印在出射光束上。在使用曲面反射镜的实施例中，出射光束通过反射镜108和110中的一个中的钻孔射出腔体，或者在包含平面反射镜的实施例中沿着任一反射镜的边缘射出腔体，并照射在光检测器122上，光检测器122诸如是例如用于检测相对于彼此在时间上移位的两个波的分析器或偏振板。在一些实施例中，诸如出口孔径的其他元件可被用于准直或细化出射波前。在一些实施例中，光检测器122可以进一步将测量或分析发送到信号检测和处理设备124(如图2所示)。根据本文讨论的示例，信号检测和处理设备124包括一个或多个处理器以及存储可由一个或多个处理器执行以分析来自系统100的输出光束并识别样本介质116中的材料的指令的一个或多个存储器。处理设备124可以包括存储不同圆双折射材料的不同光谱特征曲线(例如图7中所示的曲线)的数据库(未示出)或者与其联网通信。数据库可以存储针对任何数量的圆双折射材料(包括生物材料)的光谱的光谱响应特征。示例性材料包括特定手性分子、长链分子、氨基酸和蛋白质(例如，汗液、唾液或生物体呼吸中含有的那些)。处理设备124从光检测器122收集输出光束响应数据，并在输入光束上的波长范围内建立光谱响应特征。从那里，处理设备124将该光谱响应与存储在数据库中的光谱响应进行比较，以识别一种或多种匹配材料。在一些示例中，处理设备124还可以控制在识别样本介质116内的材料时要检查的波长范围上的输入光束的调谐。在一些示例中，光检测器122包括一个或多个处理器和一个或多个存储器以执行分析和识别。本文描述的其他处理设备将包括类似的部件并提供类似的功能。

因此，当输入光束在不同波长上调谐时，射出腔体并照射在光检测器122上的光束的强度将显示代表构成样本116的分子的独特特征。在一些实施例中，在没有破坏进入腔体的光束的特定波长的圆二色性的情况下，可能发生导致独特噪声的分叉，这也可以代表样本116。在一些实施方式中，例如，对于高精细腔体，圆双折射可以导致也可以被测量并且可以是样本116的双折射程度的附加或替代指标的随机化效应。

一旦针对输入光束单个波长测量了圆双折射，棱镜系统112就可以被旋转，以将光束的波长调谐到新的波长，光束从棱镜系统112穿过孔114。该过程可以继续，以在一系列波长范围内探测样本，以产生样本的特性特征。也就是说，新波长然后可以探测样本体积116，使得样本的双折射性质可以作为照射光束波长的函数被绘出(参见例如图7)。针对样本绘制的根据波长变化的光束强度表示样本的分子组成。使用光束的各种波长对于区分对于某些波长而不是其他波长可能表现出类似的圆双折射值的材料是重要的。在一些示例中，光束源102的波长在245nm至1600nm的范围内被调谐以产生特征曲线。在一些示例中，调谐波长很小，例如，从450nm到690nm，并且通常捕获足够的信息以提供合适的样本特征。输入光束源102可以是一系列不同颜色的LED或激光二极管，在这种情况下，可以在不使用棱镜112或孔114的情况下实现转向。

换句话说，光学系统100是增强腔体环境内的圆双折射的技术的示例。此外，系统100也适用于测量圆二色性。在本技术中，光束在腔体内连续旋转，其中光束的偏振在每次遍历并且以在腔体内连续发生时间上的光束分离的方式被旋转，放大了可用于测量圆双折射的输出信号。附加地或替代地，最终输出能量的随机化提供了样本体积116的性质的另一个特征，并且可以针对具有超过由输入光子的数量确定的通过样本的特定遍历数量的设计来观察。

图5和图6示出了用于产生随机化的光学系统的其他示例结构。在图5的光学系统200中，光束源102从一个角度并且从第一腔镜204的外边缘外部提供入射光束，第一腔镜204是平坦的并且与第二腔镜206限定腔体205，第二腔镜206是平坦的并平行于第一反射镜204。两个偏振板208围绕双折射介质210而设置。板208，如板112，可以是具有固定或可旋转的偏振轴的偏振器或波片或液晶板或任何其他合适的偏振器。这些偏振器可以是线性偏振器，但在其他示例中，它们可以是圆偏振器。对于由平面反射镜204、206形成的腔体，由于几何形状，光束将简单地从腔体中射出。光束在腔体的左下方以非90°的角度进入，然后在一定数量的遍历之后从左上方射出，然后光束照射到连接至信号处理设备214(类似于处理设备214)的光检测器212上。图5示出了光学系统200，其中光检测器212位于系统的一侧。图6示出了位于另一侧的光检测器212(因此标记为200')。

如上面简要讨论的，在一些示例中，偏振器元件的偏振轴可以被电(或机械)控制以在操作期间旋转；轴甚至可以摆动。例如，液晶旋转器可以用作偏振板120。这些液晶旋转器可以在偏振方向上保持固定。然而，在其他示例中，可以使用施加的电压来改变元件的偏振轴，从而进一步控制腔体内的分束。图1示出了示例实施方式，其中可选波形发生器和电压控制器120由信号检测和处理设备124控制以发送调制的电压信号来控制偏振器元件120的旋转。利用这样的结构，施加的电压可以使用施加到控制电压的扰动信号正弦地增加或减少，以产生偏振旋转程度的改变。旋转量、旋转速率和调制波形都可以根据光学腔体的特性、腔体的往返时间、当前的遍历次数、精确测量介质的双折射性质所需的阈值遍历数以及任何其他合适的物理因素来控制。在任何情况下，即使在使用偏振板或波片的示例中，这些元件也可以被安装在可以使偏振器元件旋转从而调节其取向的安装台上。这种机械旋转可以是手动的或者是对安装台的电控制。在诸如这些的示例中，在调节偏振器元件的实际偏振取向的情况下，根据腔体的往返次数、双折射的量以及其他因素可以连续地或周期性地并且以时控的方式发生调节。

偏振旋转器可以被实现为位于双折射介质的任一侧上的单对旋转器，如图1和图2中的结构，或者如图8所示，它们可以被分为拦截通过腔体的光束路径的若干段，图8示出了分段偏振旋转器的示例实施方式300。两个平面反射镜302、304围绕双折射介质306。穿过至少一个反射镜的表面是多个偏振旋转器段308(仅示出其中的代表性数量)，每个段被设置为与两个反射镜302、304之间的腔体的特定遍历相对应的入射光束相互作用。当光束沿反射镜的直径向上行进时，每个遍历将经历偏振旋转器段。根据几何形状，一些光束可以在足够横向发展到下一个偏振旋转器段308之前，在多次遍历内照射在相同的偏振旋转器308上。在分段方法中，每个偏振旋转器段308可以操作相同，以产生相同的偏振旋转，或者每个都可以单独控制。段308的尺寸可以基于光束的形状和宽度以及为精确测量且压印在光束上的双折射介质的特性所需的遍历数量来设置。实施为液晶或其他方式，段308可以被安装到机械结构，该机械结构使段间隔开以最大化光斑在段中心的入射，并且可以由入射角确定。尽管未示出，但是也可以针对反射镜304形成匹配的段对。

图9示出了处于法布里-珀罗配置的另一个光学系统400。输入光束(来自未示出的光束源，例如光束源102，输入光束可能已经或可能尚未通过诸如波长选择器104的波长选择器)照射在第一聚焦镜402上，该第一聚焦镜402是部分反射的并且与第二部分反射镜406形成腔体404。因此，输入光束通过反射镜的部分反射性而不是通过钻孔被引入腔体404中。产生的能量以及如何射出也是如此。在所示的示例中，反射镜402的反射率可以显著高于反射镜406的反射率。偏振板408被示出为位于双折射样本410的相对侧。能量输出被提供到耦接至信号检测和处理设备416的光检测器412。

在其他示例中，用多层双折射结构代替腔体结构以产生单通光学系统，其中每个连续层相对于前一层具有旋转偏振，如图10所示。在系统500中，双折射结构502由多个邻接层形成，每个后续层具有与先前入射层未对准的双折射轴。在这样的结构中，在每个表面，光束将经历类似的分裂，接着是经历相对于下一层的旋转状态，使得在下一层进一步分裂，并且最终从该结构发生分叉。为了使分层系统500产生足以允许识别双折射介质的分叉，结构502的分层可以进一步包括嵌入层中的大规模液晶或其他受控偏振器。

在整个说明书中，多个实例可以实施被描述为单个实例的部件、操作或结构。尽管一个或多个方法的各个操作被示出并描述为单独的操作，但是可以同时执行一个或多个单独的操作，并且不需要以所示的顺序执行操作。在示例结构中作为单独部件呈现的结构和功能可以被实施为组合结构或部件。类似地，作为单个部件呈现的结构和功能可以被实施为单独的部件。这些和其他变化、修改、添加和改进都落入本文主题的范围内。

另外，本文将某些实施例描述为包括逻辑或许多程序、子程序、应用程序或指令。这些可以构成软件(例如，在机器可读介质上或在传输信号中体现的代码)或硬件。在硬件中，程序等是能够执行某些操作并且可以以某种方式配置或布置的有形单元。在示例实施例中，一个或多个计算机系统(例如，独立的客户端或服务器计算机系统)或计算机系统的一个或多个硬件模块(例如，处理器或一组处理器)可以由软件配置(例如，应用程序或应用程序部分)为用于执行如本文所述的某些操作的硬件模块。

在各种实施例中，硬件模块可以机械地或电子地实施。例如，硬件模块可以包括永久配置为执行某些操作的专用电路或逻辑(例如，作为专用处理器，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))。硬件模块还可以包括由软件临时配置以执行某些操作的可编程逻辑或电路(例如，包含在通用处理器或其他可编程处理器内)。应当理解，在专用和永久配置的电路中或在临时配置的电路(例如，由软件配置)中机械地实施硬件模块的决定可以通过成本和时间考虑来驱动。

因此，术语“硬件模块”应该被理解为包含有形实体，即被物理构造、永久配置(例如，硬连线)或临时配置(例如，编程)以以特定的方式操作或者执行本文所述的某些操作的实体。考虑到其中硬件模块被临时配置(例如，编程)的实施例，每一个硬件模块不需要在任何一个时刻配置或实例化。例如，在硬件模块包括使用软件配置的通用处理器的情况下，通用处理器可以在不同时间被配置为相应的不同硬件模块。因此，软件可以配置处理器，例如，在一个时刻构成特定硬件模块，并在不同时刻构成不同的硬件模块。

硬件模块可以向其他硬件模块提供信息并从其接收信息。因此，所描述的硬件模块可以被视为通信地耦接。在同时存在多个这样的硬件模块的情况下，可以通过连接硬件模块的信号传输(例如，通过适当的电路和总线)来实现通信。在其中在不同时间配置或实例化多个硬件模块的实施例中，这些硬件模块之间的通信可以例如通过存储和检索多个硬件模块访问的存储器结构中的信息来实现。例如，一个硬件模块可以执行操作并将该操作的输出存储在与其通信耦接的存储器设备中。然后，另外的硬件模块可以稍后访问存储器设备以检索并处理存储的输出。硬件模块还可以启动与输入或输出设备的通信，并且可以对资源(例如，信息的收集)进行操作。

本文描述的示例方法的各种操作可以通过临时配置(例如，通过软件)或永久配置为执行相关操作的一个或多个处理器来至少部分地执行。无论是临时配置还是永久配置，这些处理器可以构成操作以执行一个或多个操作或功能的处理器实施模块。在一些示例实施例中，本文提到的模块可以包括处理器实施模块。

类似地，本文描述的方法或程序可以至少部分地由处理器实施。例如，方法的至少一些操作可以由一个或多个处理器或处理器实施硬件模块执行。某些操作的执行可以分布在一个或多个处理器中，不仅驻留在单个机器内，而且还部署在多个机器上。在一些示例实施例中，一个或多个处理器可以位于单个位置(例如，在家庭环境、办公室环境内或作为服务器群)，而在其他实施例中，处理器可以分布在多个位置。

某些操作的执行可以被分布在一个或多个处理器之间，不仅驻留在单个机器内，而且还部署在多个机器上。在一些示例实施例中，一个或多个处理器或处理器实施模块可以位于单个地理位置(例如，在家庭环境、办公室环境或服务器群内)。在其他示例实施例中，一个或多个处理器或处理器实施模块可以被分布在多个地理位置上。

除非另有明确说明，否则本文中使用诸如“处理”、“计算”、“估计”、“确定”、“呈现”、“显示”等词语的讨论可以指机器(例如，计算机)的动作或处理，该机器操纵或传输表示为接收、存储、传输或显示信息的一个或多个存储器(例如，易失性存储器、非易失性存储器或其组合)、寄存器或其他机器部件内的物理(电子、磁场或光学)的量的数据。

如本文所使用的，对“一个实施例”或“实施例”的任何引用意味着结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都指的是同一实施例。

可以使用表达“耦接”和“连接”以及它们的派生词来描述一些实施例。例如，可以使用术语“耦接”来描述一些实施例，以指示两个或更多个元件处于直接物理或电接触。然而，术语“耦接”还可以表示两个或更多个元件彼此不直接接触，但仍然彼此协作或交互。实施例不限于此上下文。

如本文所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性的包含。例如，包括一系列元件的处理、方法、物品或装置不一定仅限于那些元件，而是可以包括未明确列出的或者这种过程、方法，物品或装置固有的其他元件。此外，除非有相反的明确说明，否则“或者”是指包含性的或不是排他性的。例如，条件A或B被以下任何一个满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)、A和B都是真的(或存在)。

另外，使用“一”来描述本文实施例的元件和部件。这仅仅是为了方便并且给出描述的一般意义。本说明书和随后的权利要求应被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非显而易见地另有所指。

该详细描述仅被解释为示例，并未描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使不是不可能也是不切实际的。本领域技术人员可以使用当前技术或在本申请的提交日期之后开发的技术来实现许多替代实施例。