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간섭계

Interferometry
그림 1.Michelson 간섭계를 통과하는 광선 경로.공통 소스를 가진 두 개의 광선이 반실버 거울에 결합되어 검출기에 도달한다.이들은 광파가 위상에 도달하면 구조적으로(강도로 강화) 간섭하거나, 세 거울 사이의 정확한 거리에 따라 위상에서 벗어나면 파괴적으로(강도로 약화) 간섭할 수 있다.

간섭계는 중첩파의 간섭을 이용해 정보를 추출하는 기술이다.[1]간섭계측학은 전형적으로 전자파를 사용하며, 천문학, 광섬유, 공학계측학, 광학계측학, 해양학, 지진학, 분광학(및 그 화학에의 적용), 양자역학, 핵 및 입자물리학, 플라스마물리학, 원격감지, 생체분자 등의 분야에서 중요한 조사기법이다. 상호작용, 표면 프로파일링, 미세유체학, 기계적 응력/기압 측정, 벨로시미터 측정, 검안법, 홀로그램 제작.[2]: 1–2

간섭계는 간섭으로부터 정보를 추출하는 장치다.그것들은 현미경 변위, 굴절률 변화, 표면 불규칙성 측정을 위해 과학과 산업에서 널리 사용된다.대부분의 간섭계의 경우, 단일 선원의 빛은 서로 다른 광학적 경로를 이동하는 두 개의 빔으로 분할되고, 두 광원은 다시 결합되어 간섭을 일으키지만, 두 개의 일관성 없는 선원이 어떤 상황에서 간섭하도록 만들어질 수도 있다.[3]결과적인 간섭은 광학 경로 길이의 차이에 대한 정보를 제공한다.해석학에서 간섭계는 나노미터 정밀도로 광학 성분의 길이와 모양을 측정하는 데 사용된다. 그것들은 현존하는 가장 높은 정밀 길이 측정 기구다.푸리에 변환 분광학에서 물질 또는 혼합물과 관련된 흡수 또는 방출 특성을 포함하는 빛을 분석하는 데 사용된다.천문 간섭계는 두 개 이상의 별개의 망원경으로 이루어져 그들의 신호를 결합하여 개별 원소들 사이의 가장 큰 분리에 해당하는 직경의 망원경과 같은 해상도를 제공한다.

기본 원리

그림 2.Michelson 간섭계에서의 프링의 형성
그림 3.Michelson 간섭계의 색상과 단색 프링: (a) 두 빔이 위상 역전 횟수가 다른 흰색 라이트 프링, (b) 두 빔이 동일한 위상 반전을 경험한 흰색 라이트 프링, (c) 단색광을 사용한 프린지 패턴(소듐 D 라인)
추가 정보:간섭(파장 전파)

간섭계측법은 중첩의 원리를 이용하여 파동을 조합한 결과를 파동의 원상태를 진단하는 어떤 의미 있는 성질을 갖게 하는 방식으로 파동을 결합시킨다.이는 동일한 주파수의 두 파형이 결합할 때 두 파장 사이의 위상차이(위상에 있는 파장은 건설적인 간섭을 받는 반면 위상에 벗어난 파장은 파괴적인 간섭을 받게 되기 때문에 그 결과 강도 패턴이 결정되기 때문이다.완전히 위상이 아니거나 위상이 완전히 벗어난 파형은 중간 강도 패턴을 가지며, 이를 사용하여 상대 위상 차이를 결정할 수 있다.대부분의 간섭계는 빛이나 다른 형태의 전자기파를 사용한다.[2]: 3–12

일반적으로(그림 1, 잘 알려진 Michelson 구성 참조) 단일 유입 광선은 빔 스플리터(부분적으로 반사되는 미러)에 의해 동일한 두 빔으로 분할된다.이들 빔은 각각 경로라고 불리는 다른 경로를 이동하며, 검출기에 도달하기 전에 재조합된다.경로 차이, 즉 각 빔이 이동한 거리의 차이는 그들 사이의 위상 차이를 만들어낸다.초기에 동일한 파동 사이에 간섭 패턴을 만드는 것이 도입된 위상 차이다.[2]: 14–17 하나의 빔이 두 개의 경로를 따라 분할된 경우 위상 차이는 경로를 따라 위상을 변경하는 모든 것에 대한 진단이다.이는 경로 길이 자체의 물리적 변화일 수도 있고 경로를 따라 굴절률의 변화일 수도 있다.[2]: 93–103

그림 2a와 2b에서 보듯이 관찰자는 빔 스플리터를 통해 보이는 미러 M의1 직접 보기를 가지고 있으며, 미러 M의2 반사된 이미지 2M m을 본다.프링크는 원본 S의 두 가상 이미지 S 1s과 S′2에서 나오는 빛 사이의 간섭의 결과로 해석할 수 있다.간섭 패턴의 특성은 광원의 특성과 미러 및 빔 스플리터의 정확한 방향에 따라 달라진다.그래서 S′1과 S′2은 관찰자와 일맥상통 그림에서. 2a, 광학 장치, 그리고 결과적인 간섭 패턴은 정상에 M1및 M'2에 중심으로 구성되어 있다. 만약, 그림. 2b, M1및 M′2 서로에 대하여 기울어져, 간섭 무늬 일반적으로 원뿔(hyperbolas),의 모습으로 나타날 것이다 지향하도록 합니다. 하지만f M′1와 M′2가 겹치며, 축 근처의 프링들은 직선, 평행, 그리고 균일한 간격을 가질 것이다.S가 그림과 같이 점원이 아닌 확장된 소스인 경우 그림 2a의 프링크는 무한대로 설정된 망원경으로 관찰해야 하며, 그림 2b의 프링크는 미러에 국부화되어야 한다.[2]: 17

백색광을 사용하면 컬러 프링의 패턴이 생긴다(그림 3 참조).[2]: 26 동일한 경로 길이를 나타내는 중심 가장자리는 두 빔이 광학 시스템을 통과할 때 경험하는 위상 반전 횟수에 따라 밝거나 어두울 수 있다.[2]: 26, 171–172 (이 문제에 대한 자세한 내용은 Michelson Interferometer를 참조하십시오.)

분류

간섭계 및 간섭계 기법은 다양한 기준으로 분류할 수 있다.

호모디네 대 헤테로디네 검출

호모디네 검출에서 간섭은 동일한 파장(또는 반송파 주파수)에서 두 빔 사이에서 발생한다.두 빔 사이의 위상 차이는 검출기의 빛의 세기에 변화를 초래한다.이 두 빔의 혼합 후 빛의 결과 강도를 측정하거나 간섭의 패턴을 보거나 기록한다.[4]이 기사에서 논의된 중간계 대부분이 이 범주에 속한다.

헤테로디네 기법은 (1) 입력 신호를 새로운 주파수 범위로 전환하는 것뿐만 아니라 (2) 약한 입력 신호를 증폭시키는 데 사용된다(활성 믹서의 사용을 가정한다).주파수 f의1 약한 입력 신호는 국부 오실레이터(LO)의 강한 기준 주파수 f와2 혼합된다.입력 신호의 비선형 조합은 두 주파수의 합 f1 + f에서2 한 신호와 차이1 f - f에서2 두 개의 새로운 신호를 생성한다.이 새로운 주파수는 헤테로디네즈라고 불린다.일반적으로 새로운 주파수 중 하나만 원하고, 다른 신호는 믹서의 출력에서 걸러진다.출력 신호는 입력 신호의 진폭 산물에 비례하는 강도를 갖는다.[4]

헤테로디네 기법의 가장 중요하고 널리 사용되는 적용은 1918년 미국의 엔지니어 에드윈 하워드 암스트롱이 발명한 초헤테로디네 수신기(슈퍼헤이트)에 있다.이 회로에서 안테나에서 들어오는 무선 주파수 신호는 국부 오실레이터(LO)로부터의 신호와 혼합되어 이질체 기법에 의해 중간 주파수(IF)라고 하는 더 낮은 고정 주파수 신호로 변환된다.이 IF는 확성기로 전송되는 오디오 신호를 추출하는 검출기에 적용되기 전에 증폭되고 필터링된다.[5]

광학 헤테로디네 검출은 헤테로디네 기법을 더 높은 주파수(가시성)로 확장한 것이다.[4]

광학 헤테로디네 인터페로메트리는 보통 한 지점에서 수행되지만 이 넓은 영역을 수행하는 것도 가능하다.[6]

이중 경로 대 공통 경로

참고 항목:공통 경로 간섭계
그림 4.공통 경로 간섭계의 네 가지 예

이중 경로 간섭계는 기준 빔과 샘플 빔이 서로 다른 경로를 따라 이동하는 것을 말한다.예를 들어 Michelson 간섭계, Twyman-Green 간섭계 및 Mach-Zehnder 간섭계가 있다.시험 대상 샘플과의 상호작용에 의해 동요된 후, 샘플 빔을 기준 빔과 재결합하여 간섭 패턴을 생성하여 해석할 수 있다.[2]: 13–22

공통 경로 간섭계는 기준 빔과 샘플 빔이 동일한 경로를 따라 이동하는 간섭계의 한 종류다.그림 4는 Sagnac 간섭계, 광섬유 자이로스코프, 포인트 회절 간섭계 및 측면 피복 간섭계를 나타낸다.공통 경로 간섭계의 다른 예로는 제르니케 위상 대비 현미경, 프레스넬의 biprism, 제로 영역 Sagnac, 산점 간섭계가 있다.[7]

파전면 분할 대 진폭 분할

파전면 분할 유추계

파전선이 갈라지는 간섭계는 점이나 좁은 슬릿(즉, 공간적으로 일관성이 있는 빛)에서 나오는 빛의 파전선을 분할하여 파전선의 두 부분이 서로 다른 경로를 통해 이동할 수 있게 한 후 재결합이 가능하다.[8]그림 5는 영의 간섭 실험과 로이드의 거울을 보여준다.파전면 분할 간섭계의 다른 예로는 프레스넬 바이프리즘, 빌레트 바이-렌즈, 레일리 간섭계가 있다.[9]

그림 5.두 파전선이 인터페로미터를 분할

1803년 영의 간섭 실험은 빛의 파동 이론을 일반적으로 수용하는 데 큰 역할을 했다.영의 실험에 백색 빛을 사용한다면, 그 결과는 감소하는 강도의 색 프링의 대칭적인 패턴으로 둘러싸인 두 개의 슬릿으로부터 동일한 경로 길이에 해당하는 건설적 간섭의 흰색 중심 밴드가 된다.영의 실험은 지속적인 전자기 방사 외에, 전자현미경으로 볼 수 있을 만큼 큰 버키볼 분자를 개별 광자,[10] 전자, [11][12]버키볼 분자로 수행되었다.[13]

로이드의 거울은 소스(파란 선)에서 나오는 직사광선과 방목 발생 시 들고 있는 거울에서 나오는 소스 반사 이미지(빨간 선)에서 나오는 빛을 결합하여 간섭 프링글을 생성한다.그 결과는 프링의 비대칭 패턴이다.거울에 가장 가까운 같은 경로 길이의 띠는 밝기보다는 어둡다.1834년 험프리 로이드(Humphrey Lloyd)는 이러한 효과를 전면-표면 반사빔의 국면이 반전된다는 증거로 해석했다.[14][15]

진폭 분할 유추계

그림 6.진폭 분할 간섭계: 피조, 마하-젠더, 파브리 페로트.

간섭계를 분할하는 진폭은 부분 반사경을 사용하여 입사파의 진폭을 분리 및 재결합되는 별도의 빔으로 나눈다.

Fizau 간섭계는 광학 플랫을 테스트하기 위해 설정될 수 있는 것처럼 표시된다.정밀하게 계산된 기준 플랫이 시험 중인 플랫 위에 배치되고 좁은 스페이서로 분리된다.기준 플랫은 플랫의 후면 표면이 간섭을 일으키지 않도록 약간 경사져 있다(베벨링 정도의 일부만 필요).시험과 기준 평면을 분리하면 두 평면을 서로 기울일 수 있다.프린지 패턴에 제어된 위상 구배를 추가하는 틸트를 조정하면 프링의 간격과 방향을 조절할 수 있어 복잡한 윤곽선 소용돌이보다는 쉽게 해석되는 일련의 거의 평행한 프링들을 얻을 수 있다.그러나 플레이트를 분리하려면 조명 빛을 시준해야 한다.그림 6은 단색광의 시준 빔이 2개의 플랫과 프링크를 축에서 볼 수 있도록 하는 빔 스플리터를 보여준다.[16][17]

마하-젠더 간섭계는 미셸슨 간섭계보다 다용도 계측기다.잘 분리된 각각의 광경로는 한 번만 통과되며 프링크는 원하는 평면에서 국부화되도록 조정할 수 있다.[2]: 18 일반적으로 프링크는 테스트 물체와 동일한 평면에 눕도록 조정되어 프링과 테스트 물체가 함께 촬영될 수 있다.만약 백색광에서 프링크를 생산하기로 결정되면, 백색광은 마이크로미터의 순서에 따라, 광학 경로를 균등하게 하기 위해 많은 주의를 기울여야 한다. 그렇지 않으면 프링크는 보이지 않을 것이다.그림 6에 나타낸 것처럼 보상 셀은 시험 셀과 일치하도록 기준 빔의 경로에 배치될 것이다.빔 스플리터의 정확한 방향도 참고하십시오.빔 스플리터의 반사 표면은 시험 및 기준 빔이 동일한 양의 유리를 통과하도록 방향을 정할 수 있다.이 방향에서 시험 및 기준 빔은 각각 두 개의 전면-표면 반사를 경험하여 동일한 수의 위상 역전을 초래한다.그 결과, 테스트 빔과 기준 빔에서 동일한 광 경로 길이를 이동하는 빛은 건설적인 간섭의 흰색 가장자리를 생성한다.[18][19]

Fabry-Pérot interferometer의 심장은 실링된 표면이 서로 마주보고 있는 상태에서 수 밀리미터에서 센티미터의 간격을 두고 부분적으로 실링된 유리 광학 평판이다.(대안적으로 Fabry-Pérotealon은 두 개의 평행한 반사 표면이 있는 투명한 판을 사용한다.)[2]: 35–36 Fizau 인터페로미터와 마찬가지로 플랫은 약간 기울어져 있다.일반적인 시스템에서 조도는 시준 렌즈의 초점 평면에 설정된 확산 선원에 의해 제공된다.포커싱 렌즈는 페어링된 평면이 존재하지 않을 경우 선원의 반전된 이미지를 생성한다. 즉, 페어링된 평면이 없을 경우 광학 시스템을 통과하는 A 지점에서 방출되는 모든 빛이 A 지점에 집중될 것이다.그림 6에서는 선원의 A 지점에서 방출된 한 개의 광선만 추적된다.레이가 페어링된 평면을 통과할 때 반사되어 포커싱 렌즈에 의해 수집되어 화면의 A' 지점에 도달하는 여러 개의 전송되는 광선을 생성한다.완전한 간섭 패턴은 일련의 동심원 고리 모양을 취한다.고리의 날카로움은 플랫의 반사율에 따라 달라진다.반사율이 높아 높은 Q 인자(즉, 높은 미세화)가 발생하는 경우, 어두운 배경에 대해 단색광은 좁은 밝은 고리를 생성한다.[20]그림 6에서 낮은 파인즈 이미지는 높은 파인즈 이미지의 반사율 0.04(즉, 실링되지 않은 표면) 대 0.95의 반사율에 해당한다.

그림 6은 피조, 마하-젠더 및 파브리-페로트 간섭계를 나타낸다.간섭계를 분할하는 진폭의 다른 예로는 Michelson, Twyman–Green, 레이저 불평등 경로 및 Linnik 간섭계가 있다.[21]

미셸슨몰리

Michelson과 Morley [22](1887)와 기타 초기 실험자들은 발광 에테르 성질을 측정하기 위해 계간 기법을 사용하는 초기의 실험자들로서, 초기 장비 설정에만 단색광을 사용했으며, 실제 측정을 위해 항상 백색광으로 전환했다.그 이유는 측정이 시각적으로 기록되었기 때문이다.단색광은 균일한 앞면 패턴을 야기할 것이다.현대적인 환경 온도 조절 수단이 부족하여, 실험자들은 간섭계가 지하에 설치될 수 있음에도 불구하고 계속적인 변두리 표류로 고생했다.말들이 지나가는 길이나 먼 뇌우 등에 의한 진동으로 가끔 프링들이 사라지기 때문에 프링들이 시야로 돌아오면 관찰자가 '잃어버리기' 쉬울 것이다.독특한 색상의 프린지 패턴을 연출한 백색광의 장점은 연접 길이가 짧아 기구 정렬의 어려움을 훨씬 능가했다.[23]이것은 "2 pi 모호성"을 해결하기 위해 백색광을 사용한 초기 사례였다.

적용들

물리학과 천문학

중간계측법은 전파 천문학에 사용되며, D sin의 타이밍 오프셋이 있다.

물리학에서 19세기 후반의 가장 중요한 실험 중 하나는 특수상대성이론의 증거를 제공한 미셸슨과 몰리의 유명한 "실패한 실험"이었다.Michelson-Morley 실험의 최근 반복은 교차 극저온 광학 공명기의 박동 주파수에 대한 헤테로디네 측정을 수행한다.그림 7은 2003년에 뮐러 등이 수행한 공명기 실험을 예시하고 있다.[24]두 개의 레이저의 주파수를 제어하는 결정 사파이어로 만들어진 두 개의 광학적 공명기가 헬륨 냉동고 안에서 직각으로 설정되었다.주파수 비교기는 두 공명기의 결합된 출력의 박동 주파수를 측정했다.2009년 현재 공명기 실험에서 빛의 속도의 음이소트로피가 제외될 수 있는 정밀도는−17 10 수준이다.[25][26]

MMX with optical resonators.svg
그림 7.미셸슨-몰리(Michelson-Morley
극저온 광학 공명기 		Fourier transform spectrometer.png
그림 8.푸리에 변환 분광학
그림 9.찍은 태양 코로나 사진
LASCO C1 코로나그래프로

Michelson 인터페로미터는 조정 가능한 협대역 광학 필터와[27] 푸리에 변환 분광기의 핵심 하드웨어 구성요소에 사용된다.[28]

튜닝이 가능한 협대역 필터로 사용될 때, Michelson 간섭계는 Fabry-Pérot interferometer 또는 Lyot 필터와 같은 경쟁 기술과 비교할 때 많은 장단점을 보인다.미켈슨 간섭계는 특정 파장에 대한 시야가 가장 크며, 조정은 파브리-페로트 시스템에서 사용되는 압전 결정 또는 리튬 니오베이트 광학 조절기의 고전압 제어를 통해서가 아니라 파장의 기계적 회전을 통해 이루어지기 때문에 상대적으로 조작이 간단하다.2차 원소를 사용하는 라이엇 필터에 비해 미셸슨 간섭계는 상대적으로 온도 민감도가 낮다.부정적인 측면에서는 Michelson 간섭계는 파장 범위가 상대적으로 제한되어 있고 투과율을 제한하는 프리필터를 사용해야 한다.[29]

그림 8은 푸리에 변환 분광계의 작동을 예시하고, 이것은 본질적으로 하나의 거울이 움직이는 미켈슨 중간계(Michelson Interferometer)이다. (실용 푸리에 변환 분광계는 기존의 미셸슨 중간계(Michelson interferometer)의 평평한 거울을 위해 코너 큐브 반사체를 대신하지만, 단순성을 위해 그림은 이를 보여주지 않는다.) 인터페로그램은 움직이는 거울의 많은 이산 위치에서 신호를 측정함으로써 생성된다.푸리에 변환은 인터페로그램을 실제 스펙트럼으로 변환한다.[30]

그림 9는 FeX 근처의 여러 파장에서 태양 코로나의 스캔을 복구하기 위해 튜닝 가능한 Fabry-Pérot interferometer를 사용하여 만든 태양 코로나의 도플러 이미지를 보여준다.IV 그린 라인.사진은 선로 도플러 이동의 색상으로, 위성 카메라로 향하는 코로나 플라즈마 속도와 관련이 있을 수 있다.

Fabry-Pérot 박막 에탈론은 영상을 위해 단일 스펙트럼 라인을 선택할 수 있는 좁은 밴드패스 필터(예: H-알파선 또는 태양 또는 별의 Ca-K선)에 사용된다.그림 10은 195 ultraviolet스트룀(19.5 nm)에서 태양의 극자외선 영상망원경(EIT) 영상을 보여주며, 이는 증식 철 원자의 스펙트럼 라인에 해당한다.[31]EIT는 가벼운 " 스페이서" 요소(실리콘 등)와 무거운 "스캐터" 요소(몰리브덴 등)의 대체 레이어로 코팅된 반사 미러를 사용했다.각 거울에는 각 타입의 약 100겹의 층이 배치되었으며, 각 층의 두께는 약 10nm이다.층 두께는 원하는 파장에서 각 층의 반사광자가 건설적으로 간섭하도록 엄격하게 제어되었다.

레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)는 중력파 탐지를 위해 미켈슨-파브리-페로트 간섭계 2개를 사용한다.[32]이 어플리케이션에서, 파브리-페로트 공동은 거울들 사이에서 펄쩍펄쩍 뛰는 동안 거의 1밀리초 동안 광자를 저장하는 데 사용된다.이것은 중력파가 빛과 상호작용할 수 있는 시간을 증가시켜 낮은 주파수에서 더 나은 감도를 만들어낸다.일반적으로 모드 클리너라고 불리는 작은 구멍은 메인 레이저의 공간 필터링과 주파수 안정화에 사용된다.중력파의 첫 관측은 2015년 9월 14일에 일어났다.[33]

마하-젠더 간섭계는 비교적 크고 자유롭게 접근할 수 있는 작업 공간과 프링거를 유연하게 배치할 수 있기 때문에 풍동에서의 흐름을 시각화하고 [34][35]일반적인 흐름 시각화 연구를 위한 간섭계가 되었다.기체의 압력, 밀도, 온도 변화를 측정하기 위해 공기역학, 플라즈마 물리학, 열전달 분야에서 자주 사용된다.[2]: 18, 93–95

마하-젠더 간섭계는 양자 역학의 가장 반직관적인 예측들 중 하나인 양자 얽힘 현상도 연구하는데 사용된다.[36][37]

그림 11.VLA 간섭계

천문 간섭계는 매우 비싼 단일 망원경이 아닌 비교적 작은 망원경 군집으로부터의 신호를 혼합하여 조리개 합성 기술을 사용하여 고해상도 관측을 달성한다.[38]

초기 전파망원경 간섭계는 측정을 위해 단일 기준선을 사용했다.그림 11에 묘사된 매우 큰 배열과 같은 후에 천문 간섭계는 지상의 패턴으로 배열된 망원경 배열을 사용했다.제한된 수의 기준선은 불충분한 커버리지로 귀결될 것이다.이것은 지구의 자전을 이용하여 하늘을 기준으로 배열을 회전시킴으로써 완화되었다.따라서, 단일 기준선은 지구 회전 합성이라고 불리는 기술인 반복 측정을 통해 다중 방향으로 정보를 측정할 수 있었다.수천 킬로미터 길이의 기준선은 매우 긴 기준 간섭계를 사용하여 달성되었다.[38]

알마(Alma)는 차즈난토르 고원에[39] 위치한 천문 간섭계다.

천문학적 광학 간섭계는 전파망원경 간섭계에 의해 공유되지 않는 많은 기술적 문제들을 극복해야 했다.빛의 짧은 파장은 시공의 극도의 정밀성과 안정성을 필요로 한다.예를 들어 공간 분해능은 100m 기준에서 0.5µm의 안정성이 필요하다.광학 간섭 측정은 1990년대 후반까지 사용할 수 없었던 고감도 저소음 검출기를 필요로 한다.별을 반짝이게 하는 난류인 천문학적 "보기"는 들어오는 빛에 빠르고 무작위적인 위상 변화를 도입하여 데이터 수집 속도가 난류 속도보다 빨라야 한다.[40][41]이러한 기술적 어려움에도 불구하고, 3개의 주요 시설이 현재 운영 중에 있으며, 단밀리아크초의 범위까지 해결책을 제공하고 있다.이 링크된 비디오는 MARC 계측기와 함께 CARA 어레이가 관찰한 바와 같이, Lyra 별자리에서 약 960광년(290파섹) 떨어진 이진 별 시스템인 Beta Lyrae 시스템의 조리개 합성 영상에서 조립된 영화를 보여준다.더 밝은 성분은 1차 항성 또는 질량 기증자 입니다.기절성분은 2차 항성, 즉 질량 게이너를 둘러싼 두꺼운 원반이다.두 구성 요소는 1밀리 아르크로 분리된다.질량기여자와 질량기여자의 조석 왜곡이 모두 뚜렷이 보인다.[42]

물질의 파동 특성을 이용하여 간섭계를 만들 수 있다.물질 간섭계의 첫 번째 예는 전자 간섭계였고, 후에 중성자 간섭계가 그 뒤를 이었다.1990년경 최초의 원자 간섭계가 입증되었고, 그 후 분자를 채용한 간섭계가 그 뒤를 이었다.[43][44][45]

전자 홀로그래피(Electronic Hollaphy)는 물체의 전자 간섭 패턴을 사진적으로 기록하는 영상 기법으로, 이후 재구성되어 원래의 물체에 대해 크게 확대된 이미지를 산출한다.[46]이 기술은 전자 현미경 검사에서 기존의 영상 검사 기법을 사용하여 가능한 것보다 더 큰 분해능을 가능하게 하기 위해 개발되었다.기존 전자현미경 검사의 분해능은 전자파장에 의해 제한되는 것이 아니라 전자렌즈의 큰 이상에 의해 제한된다.[47]

중성자 간섭측정법은 아하로노프-봄 효과를 조사하고, 기초 입자에 작용하는 중력의 영향을 조사하며, 다음과 같은 파울리 배제 원리의 기초에 있는 페르미온의 이상한 행동을 입증하는 데 이용되었다.페르미온이 어떤 축에 대하여 360° 회전할 때 거시적인 물체와 달리 원상태로 돌아가지 않고 파동함수에서 마이너스 부호를 발생시킨다.다시 말해 페르미온은 원래 상태로 돌아가기 전에 720° 회전해야 한다.[48]

원자 간섭계 기법은 일반 상대성 이론의 실험실 규모 시험을 허용하기에 충분한 정밀도에 도달하고 있다.[49]

간섭계는 대기 중 원격 음향을 통한 미량 가스의 고정밀 측정을 위해 대기 물리학에서 사용된다.미량 가스의 흡수 또는 방출 특성 중 하나를 이용하는 중간계에는 몇 가지 예가 있다.일반적으로 기기 위의 오존 및 일산화탄소와 같은 미량 가스의 기둥 농도를 지속적으로 모니터링하는 데 사용된다.[50]

공학 및 응용과학

그림 13.광학 평판 간섭 프링.(왼쪽) 평탄한 표면, (오른쪽) 곡선 표면.
반사 표면에 놓여 있는 광학 평판에 의해 간섭이 어떻게 형성되는가.광파의 표면과 파장의 간격이 크게 과장되어 있다.

뉴턴(테스트 플레이트) 간섭계는 광학 산업에서 표면이 형성되고 측정되는 동안 표면의 품질을 시험하기 위해 자주 사용된다.그림 13은 서로 다른 완료 단계에서 두 개의 시험 평면을 점검하기 위해 사용되는 기준 평면의 사진을 보여주며, 간섭 프링의 다른 패턴을 보여준다.기준 평판은 바닥 표면이 시험 평면에 닿은 상태에서 쉬고 있으며, 단색 광원에 의해 조명된다.두 표면에서 반사되는 광파는 간섭을 일으켜 밝고 어두운 띠의 패턴을 일으킨다.왼쪽 사진의 표면은 거의 평평하며, 동일한 간격으로 프링되는 직선 평행 간섭 패턴으로 표시된다.오른쪽 사진의 표면이 울퉁불퉁해 곡선의 프링(fring) 패턴이 나타난다.각 인접한 프링의 쌍은 사용된 빛의 파장 반 파장의 표면 고도 차이를 나타내므로 프링크를 세어 표고 차이를 측정할 수 있다.이 방법으로 표면의 평탄도를 백만분의 일 인치까지 측정할 수 있다.시험 대상 표면이 기준 광학 평탄도와 관련하여 오목한 것인지 볼록한 것인지를 결정하기 위해 몇 가지 절차 중 하나를 채택할 수 있다.상단 평면을 부드럽게 누를 때 프링글이 어떻게 변하는지 관찰할 수 있다.흰 빛으로 프링글을 관찰하면 색의 순서는 경험에 익숙해지고 해석에 도움이 된다.마지막으로 머리를 정상 위치에서 비스듬한 시야 위치로 이동할 때 프링거의 외관을 비교할 수 있다.[51]이러한 종류의 기동은 광학 작업장에서 흔히 볼 수 있지만 형식적인 시험 환경에서는 적합하지 않다.플랫이 판매 준비가 되었을 때, 그것들은 일반적으로 공식적인 시험과 인증을 위해 Fizau 간섭계에 장착될 것이다.

파브리페로트 에탈론은 빛의 파장을 제어하고 측정하기 위해 통신, 레이저, 분광기에 널리 사용된다.이분필터는 다층 박막형 에탈론이다.통신에서는 단일 광섬유를 통해 여러 개의 빛의 파장을 사용할 수 있는 기술인 파장분할 멀티플렉싱이 박막 이탈론인 필터링 장치에 의존한다.단일 모드 레이저에는 관심 있는 단일 모드를 제외한 모든 광학 공동 모드를 억제하기 위해 에탈론을 사용한다.[2]: 42

그림 14.Twyman-Green Interferometer

트위만-그린 간섭계는 1916년 트위만과 그린이 발명한 것으로 광학부품을 시험하는 데 널리 사용되는 미켈슨 간섭계의 변종이다.[52]그것을 Michelson 구성과 구별하는 기본적인 특성은 단색 포인트 광원과 시준기의 사용이다.Michelson(1918)은 Twyman-Green 구성이 당시 사용할 수 있는 광원의 일관성이 제한되었기 때문에 대형 광학 부품의 시험에 적합하지 않다고 비판했다.Michelson은 제한된 일관성 길이에 의해 강요된 기하학적 제약은 테스트 미러와 동일한 크기의 기준 미러를 사용해야 하므로 Twyman-Green은 많은 목적으로 실용적이지 않다고 지적했다.[53]수십 년 후 레이저 광원의 등장은 미셸슨의 반대에 부응했다. (레이저 광원과 불균등한 경로 길이를 사용하는 Twyman-Green 간섭계를 LUPI라고 한다.) 그림 14는 렌즈를 시험하기 위해 설치된 Twyman-Green 간섭계를 예시하고 있다.단색 점원으로부터의 빛은 다이버깅 렌즈에 의해 확장된 다음(표시되지 않음) 평행 빔으로 시준된다.볼록한 구형 거울은 굴곡의 중심이 시험 중인 렌즈의 초점과 일치하도록 배치된다.비상 빔은 분석을 위해 영상 시스템에 의해 기록된다.[54]

마하-젠더 간섭계는 외부적으로 변조되는 도파관의 두 가지 분지 사이에 빛이 간섭하여 상대 위상을 변화시키는 통합 광학 회로에 사용되고 있다.빔 스플리터 중 하나를 약간 기울이면 경로 차이가 발생하고 간섭 패턴이 변경된다.마하-젠더 간섭계는 RF 변조기에서 센서[55][56], 광학 스위치에 이르기까지 매우 다양한 장치의 기본이다.[57]

30미터 망원경이나 초거대 망원경과 같이 최근에 제안된 초거대 천문 망원경은 분할된 설계가 될 것이다.그들의 일차 거울은 수백 개의 육각 거울 조각으로 만들어질 것이다.이러한 비구체적이고 비회전적으로 대칭되는 미러 세그먼트를 연마하고 파악하는 것은 큰 난제를 야기한다.전통적인 광학 시험 방법은 표면을 구형 기준과 비교하여 무효 보정기의 도움을 받는다.최근 몇 년 동안 복잡한 비구면 테스트 설정에서 컴퓨터 생성 홀로그램(CGHs)이 null 교정기를 보완하기 시작했다.그림 15는 이것이 어떻게 이루어지는지를 보여준다.실제 CGH는 그림과 달리 1~10µm의 순서로 라인 간격을 두고 있다.레이저 광선이 CGH를 통과하면 제로 오더 확산 빔은 파동 전면 수정을 경험하지 않는다.그러나 1차 확산 빔의 파형은 시험 표면의 원하는 형태에 맞게 수정된다.그림으로 나타낸 Fizau 간섭계 시험 설정에서 제로오더 확산 빔은 구형 기준 표면으로 향하며, 1차 확산 빔은 두 반사 빔이 결합하여 간섭 프링크를 형성하는 방식으로 시험 표면 쪽으로 향한다.가장 바깥쪽 미러와 동일한 테스트 설정을 사용할 수 있으며, CGH만 교환하면 된다.[58]

그림 15.Fizau interferometer와 컴퓨터가 생성하는 홀로그램에 의한 광학적 테스트

링 레이저 자이로스코프(RLG)와 광섬유 자이로스코프(FOG)는 항법 시스템에 사용되는 간섭계다.그들은 Sagnac 효과의 원리로 작동한다.RLGs와 FOGs의 구별은 RLG에서는 전체 링이 레이저의 일부인 반면 FOG에서는 외부 레이저가 광섬유 링에 역프로파제 빔을 주입하고 시스템의 회전을 통해 이들 빔 사이의 상대적인 위상변동을 일으킨다는 것이다.RLG에서는 관측된 위상 편이 누적 회전수에 비례하는 반면, FOG에서는 관측된 위상 편이 각 속도에 비례한다.[59]

통신망에서 헤테로디닝은 단일 물리적 전송선을 공유할 수 있는 다른 채널로 개별 신호의 주파수를 이동시키는데 사용된다.이를 주파수분할 멀티플렉싱(FDM)이라고 한다.예를 들어 케이블 텔레비전 시스템에서 사용하는 동축 케이블은 각각 주파수가 다르기 때문에 500개의 텔레비전 채널을 동시에 운반할 수 있어 서로 간섭하지 않는다.연속파(CW) 도플러 레이더 탐지기는 기본적으로 전송 빔과 반사 빔을 비교하는 헤테로디네 탐지 장치다.[60]

광학 헤테로디안 검출은 대기 중에 흩어진 매우 약한 빛을 감지하고 풍속을 높은 정확도로 모니터링할 수 있는 정합성 도플러 리다르 측정에 사용된다.광섬유 통신, 다양한 고해상도 스펙트럼 분석 기법 등에 응용하고 있으며, 자가히터오디엔(self-heterodyne) 방식을 이용해 레이저의 선폭을 측정할 수 있다.[4][61]

그림 16.모드 잠금 레이저의 주파수 빗.점선은 반송파-엔벨로브 오프셋(CEO)의 주파수를 향한 모드 주파수 외삽을 나타낸다.수직 회색 선은 알려지지 않은 광학 주파수를 나타낸다.수평 검은색 선은 두 개의 가장 낮은 비트 주파수 측정값을 나타낸다.

광학 헤테로디네 검출은 광원 주파수의 고정도뿐만 아니라 광원 주파수의 고정도 측정에 사용되는 필수 기법이다.상대적으로 몇 년 전까지만 해도 세슘이나 다른 원자 시간원의 마이크로파 주파수를 광학 주파수에 연결하기 위해서는 긴 주파수 체인이 필요했다.체인의 각 단계에서 주파수 승수를 사용하여 해당 단계의 주파수의 고조파를 생성하는데, 이는 다음 단계(전자파 소스, 원적외선 레이저, 적외선 레이저 또는 가시 레이저의 출력)와 이질 검출에 의해 비교된다.단일 스펙트럼 라인의 각 측정에는 사용자 정의 주파수 체인 구축에 수년간의 노력이 필요했다.현재 광 주파수 빗은 광 주파수를 측정하는 훨씬 간단한 방법을 제공했다.모드 잠금식 레이저가 펄스 열을 형성하도록 변조되는 경우, 그 스펙트럼은 펄스 반복 주파수와 동일한 간격을 가진 광학 측면 대역 주파수의 촘촘한 빗으로 둘러싸인 반송파 주파수로 구성된다(그림 16).펄스 반복 주파수는 주파수 표준의 주파수로 고정되며, 스펙트럼의 적색 끝에서 빗 원소의 주파수는 두 배로 증가하고 스펙트럼의 청색 끝에서 빗 원소의 주파수와 이질화되므로 빗이 자체 기준의 역할을 할 수 있다.이러한 방식으로, 원자력 표준에 대한 주파수 빗 출력의 잠금은 한 단계로 수행될 수 있다.알 수 없는 주파수를 측정하기 위해 주파수 빗 출력은 스펙트럼으로 분산된다.알 수 없는 주파수는 빗의 적절한 스펙트럼 부분과 중첩되며 결과적인 헤테로디네 박자의 주파수를 측정한다.[62][63]

광학 간섭 측정의 가장 일반적인 산업 응용 중 하나는 표면 지형의 고정밀 검사를 위한 다용도 측정 도구로 사용된다.인기 있는 간섭 측정 기술 단계 Shifting 간섭 법과(CSI)[66]CSI간섭 현미경 검사를 위해 능력의 범위를 연장하기 위해 일관성을 착취하고 있고 수직 주사 Interferometryᆬ,[65]또한 주사 백색광 간섭 법(SWLI)또는 ISO용어 코히어 런스 주사 간섭 법에 의해로 알려진(PSI)[64]을 포함한다..[67][68]이러한 기법은 마이크로 전자 및 마이크로 광학 제작에 널리 사용된다.PSI는 단색광을 사용하며 매우 정밀한 측정을 제공하지만 매우 매끄러운 표면에만 사용할 수 있다.CSI는 종종 백색 광선과 높은 숫자 구경을 사용하며, PSI가 그렇듯이 프링게의 위상을 보기보다는 최대 프린지 대비 또는 전체 프린지 패턴의 다른 특징을 가장 잘 찾는다.CSI는 가장 간단한 형태로 PSI보다 정밀도가 낮지만 거친 표면에서 사용할 수 있다.CSI의 일부 구성(Enhanced VSI, 고해상도 SWLI 또는 FDA(Frequency Domain Analysis)는 정밀도를 높이기 위해 간섭 단계와 조합하여 일관성 효과를 사용한다.[69][70]

그림 17.위상 편이 및 정합성 검사 간섭계

Phase Shifting Interferometry는 정적 간섭그램의 고전적 분석과 관련된 몇 가지 문제를 다룬다.전형적으로, 하나는 프린지 센터의 위치를 측정한다.그림 13에서 볼 수 있듯이, 직선 및 동일한 간격에서의 가장자리 편차는 일탈의 척도를 제공한다.프린지 센터의 위치를 결정할 때의 오류는 고전적 분석의 정밀도에 내재된 한계를 제공하며, 인터페로그램에 걸친 강도 변화도 오류를 발생시킬 것이다.정밀도와 데이터 포인트 수 사이에는 트레이드오프가 있다. 밀접하게 간격을 두고 있는 프링크는 정밀도가 낮은 많은 데이터 포인트를 제공하는 반면, 넓은 간격의 프링크는 정밀도가 높은 데이터 포인트의 수를 낮게 제공한다.프린지 중심 데이터는 고전적 분석에서 사용하는 모든 것이기 때문에, 인터페로그램의 강도 변동에 대한 상세한 분석으로 이론적으로 얻을 수 있는 다른 모든 정보는 버려진다.[71][72]마지막으로 정적 인터페로그램에서는 파동전선의 극성을 결정하기 위한 추가 정보가 필요하다.그림 13에서 오른쪽의 시험된 표면이 평평함에서 벗어나는 것을 볼 수 있지만, 평평함에서 오는 이 편차가 오목한 것인지 볼록한 것인지 이 단일 이미지에서 알 수 없다.전통적으로 이 정보는 기준 표면이 밀릴 때 프링지가 움직이는 방향을 관찰하는 것과 같은 비자동화 수단을 사용하여 얻었을 것이다.[73]

위상 이동 간섭계는 프린지 중심 찾기에 의존하지 않고 CCD 이미지 센서의 모든 지점에서 강도 데이터를 수집함으로써 이러한 한계를 극복한다.그림 17에서 보듯이, 압전 변환기(PZT)를 사용하여 각 피폭 사이에 파장의 정밀한 부분에 의해 이동된 기준 광학 표면으로 다중 간섭그램(최소 3개)을 분석한다.또는 레이저 주파수를 조절하여 정확한 위상 변화를 도입할 수 있다.[74]캡처된 영상은 컴퓨터가 광파전선의 오류를 계산하기 위해 처리한다.PSI의 정밀도와 재현성은 파장의 100분의 1의 측정 반복성이 일상화되어 정적 인터페로그램 분석에서 가능한 것보다 훨씬 크다.[71][72]위상 이동 기술은 Twyman-Green, Mach-Zehnder, 레이저 Fizau와 같은 다양한 간섭계 유형과 심지어 점 굴절 및 측면 피복 간섭계와 같은 공통 경로 구성에도 적용되었다.[73][75]보다 일반적으로 위상 이동 기법은 홀로그램과 얼룩 중간계 등 측정을 위해 프링크를 사용하는 거의 모든 시스템에 적용할 수 있다.[73]

그림 18.스캔 화이트 라이트 인터페로메트리(SWLI)로 시각화된 네펜테스 카시아나의 루나테 세포
그림 19.Twyman-Green 간섭계 화이트 라이트 스캐너로 설정

정합성 검사 간섭계에서 간섭은 간섭계의 경로 길이 지연이 광원의 정합성 시간 내에 일치할 때만 달성된다.[76]CSI는 프링글의 위상이 아닌 앞쪽 대비를 감시한다.[2]: 105 그림 17은 목적에서 미라우 간섭계를 사용하는 CSI 현미경을 보여준다. 백색광과 함께 사용되는 다른 형태의 간섭계는 미셸슨 간섭계(미라우 목표의 기준 거울이 너무 많은 개구부를 방해하는 저배율 목표의 경우)와 린니크 간섭계(높은 장엄함의 경우)를 포함한다.작업 거리가 제한된 목표에 대해.[77]샘플(또는 그 대안으로 목표)은 샘플의 전체 높이 범위 위로 수직으로 이동하며, 각 픽셀에 대해 최대 프린지 대조의 위치를 찾는다.[67][78]정합성 검사 간섭 측정의 주요 이점은 정합성 간섭 측정의 2 pi 모호성을 겪지 않는 시스템을 설계할 수 있다는 것이며,[79][80][81] 180μm x 140μm x 10μm 부피를 스캔하는 그림 18에서 볼 수 있듯이, 그것은 프로파일링 단계와 거친 표면에도 잘 적합하다.시스템의 축 분해능은 부분적으로 광원의 일관성 길이에 의해 결정된다.[82][83]산업 응용 분야에는 프로세스 내 표면 계측, 거칠기 측정, 접근하기 어려운 공간 및 적대적 환경에서 3D 표면 계측, 가로 세로 비율 특징(홈, 채널, 구멍), 필름 두께 측정(반도체 및 광학 산업 등)이 포함된다.[84][85]

그림 19는 거시적 물체의 백색 광선 스캐닝을 위해 설정된 Twyman-Green 간섭계를 예시한다.

홀로그래피 간섭측정법은 홀로그래피를 이용해 단일 파장 구현 시 작은 변형을 감시하는 기법이다.다중 파장 구현에서는 대형 부품 및 조립품의 치수 측정법을 수행하고 더 큰 표면 결함을 감지하는 데 사용된다.[2]: 111–120

홀로그램 제작 중 발생한 실수로 홀로그램 상호간섭이 우연히 발견되었다.초기 레이저들은 상대적으로 약했고 사진판들은 무감각해서 광학 시스템에서 진동이나 미세한 이동이 발생할 수 있는 긴 노출을 필요로 했다.프링으로 덮인 홀로그램 주제를 보여준 결과물 홀로그램은 망한 것으로 간주됐다.[86]

결국 60년대 중반의 몇몇 독립된 실험자들 집단은 프링게스가 피험자에서 일어나는 치수 변화에 대한 중요한 정보를 암호화한 것을 깨닫고 의도적으로 홀로그램 이중 노출을 만들기 시작했다.주요 홀로그래픽 간섭계 기사에는 이 방법의 특허 발급 과정에서 발생한 발견 우선순위 시비가 다뤄진다.[87]

이중노출과 다중노출 홀로그래피는 홀로그램 인터페로그램을 만들 때 사용되는 세 가지 방법 중 하나이다.첫 번째 노출은 물체가 눌리지 않은 상태로 기록된다.동일한 사진판에 대한 후속 노출은 물체가 약간의 스트레스를 받는 동안 이루어진다.합성 이미지는 스트레스를 받는 상태와 스트레스를 받지 않는 상태의 차이를 묘사한다.[88]

실시간 홀로그래피는 홀로그램 인터페로그램을 만드는 두 번째 방법이다.비압축 물체의 홀로그램이 생성된다.이 홀로그램은 물체가 약간의 스트레스를 받는 동안 원래 물체 자체에 직접 겹쳐진 홀로그램 이미지를 생성하기 위해 기준 빔으로 조명된다.이 홀로그램 이미지에서 나온 물체 파동은 물체에서 나오는 새로운 파동을 방해할 것이다.이 기법은 형상변화에 대한 실시간 모니터링을 가능하게 한다.[88]

세 번째 방법인 시간 평균 홀로그래피는 물체가 주기적인 스트레스나 진동을 받는 동안 홀로그래프를 만드는 것을 포함한다.이것은 진동 패턴을 시각적으로 보여준다.[88]

  • 그림 20.하와이 킬라우에아의 InSAR Image는 6개월에 걸쳐 지형의 변형으로 인한 골격을 보여준다.

  • 그림 21.클램핑된 사각판의 진동 모드를 보여주는 ESPI 프링

초기계간 합성 개구부 레이더(InSAR)는 지오디와 원격 감지에 사용되는 레이더 기법이다.지리적 특성의 위성 합성 조리개 레이더 영상은 별도 요일에 촬영되며, 별도 요일에 촬영된 레이더 영상 사이에 발생한 변화는 홀로그램 간섭측정법에서 얻은 것과 유사한 프링으로 기록된다.이 기법은 지진, 화산, 산사태로 인한 센티미터에서 밀리미터까지의 변형을 감시할 수 있으며, 특히 침하와 구조 안정성을 감시하기 위해 구조 공학에 사용된다.그림 20은 하와이의 활화산 킬라우에아를 보여준다.1994년 4월 13일과 1994년 10월 4일 우주왕복선 인데버호의 X-밴드 합성 개구부 레이더를 사용하여 획득한 데이터는 킬라우에아의 X-SAR 이미지에 겹쳐진 간섭계 프링 생성에 사용되었다.[89]

TV 홀로그래피라고도 알려진 전자 반점무늬 간섭계(ESPI)는 영상검출과 녹화를 사용하여 녹화 사이에 물체의 변위를 나타내는 프린지 패턴이 겹쳐진 물체의 이미지를 만들어낸다.(그림 21 참조) 프링크는 홀로그램 간섭측정법에서 얻은 것과 유사하다.[2]: 111–120 [90]

레이저가 처음 발명되었을 때 레이저 반점은 레이저를 사용하여 물체를 비추는 데 있어서, 특히 곡물처럼 생긴 이미지 때문에 홀로그램 영상에서는 심각한 단점으로 간주되었다.나중에 얼룩무늬가 물체의 표면 변형에 대한 정보를 전달할 수 있다는 것이 밝혀졌다.버터스와 리엔데르츠는 1970년에 얼룩무늬 간섭계법 기술을 개발했고,[91] 그 이후로 얼룩무늬는 다양한 응용 분야에서 활용되었다.사진은 변형 전 반점무늬로 제작되고, 두 번째 사진은 변형 후 반점무늬로 제작된다.두 영상의 디지털 뺄셈은 상관관계인 프린지 패턴을 초래하며, 프링그는 동일한 변형의 선을 나타낸다.나노초 범위의 짧은 레이저 펄스는 매우 빠른 과도현상을 포착하는 데 사용될 수 있다.위상 문제는 다음과 같다.다른 정보가 없을 경우, 피크 대 수조를 나타내는 등고선 간의 차이를 구별할 수 없다.위상 모호성 문제를 해결하기 위해 ESPI는 위상 편이 방법과 결합될 수 있다.[92][93]

Yrjö Vaiselae에 의해 발명된 정밀한 측지 기준선을 설정하는 방법은 백색 빛의 낮은 일관성을 이용했다.처음에 백색 빛은 두 개로 나뉘었고, 기준 빔은 "접힌" 상태로 거울 쌍 사이에 정확히 1m 간격으로 6번 튕겨졌다.시험 경로가 정확히 6배인 경우에만 기준 경로가 보인다.이 절차를 반복적으로 적용하면 최대 864m의 거리를 정밀하게 측정할 수 있었다.따라서 설정된 기준선은 측지 거리 측정 장비를 교정하기 위해 사용되었고, 이러한 계측기로 측정한 측지 네트워크에 대해 도량형 추적 가능한 척도로 이어졌다.[94](이 방법은 GPS로 대체되었다.)

간섭계의 다른 용도는 재료의 분산, 굴절의 복잡한 지수 측정 및 열 특성을 연구하기 위한 것이었다.그것들은 또한 구조물의 진동 패턴을 매핑하는 것을 포함한 3차원 움직임 매핑에도 사용된다.[69]

생물학과 의학

생물학과 의학에 적용되는 광학 간섭측정법은 생체분자, 아세포 성분, 세포, 조직의 측정을 위한 민감한 계량학적 기능을 제공한다.[95]많은 형태의 라벨 없는 바이오센서는 전자기장과 국소 분자 편광성의 직접적인 상호작용으로 형광 태그나 나노입자 표지의 필요성이 없어지기 때문에 간섭계에 의존한다.더 큰 규모에서 셀룰러 간섭계는 위상 대비 현미경 검사와 측면을 공유하지만 굴절과 회절을 통해 셀룰러 성분들 사이의 광학적 간섭에 의존하는 훨씬 더 큰 종류의 위상 민감 광학 구성으로 구성된다.조직 규모에서 조직 구조의 미세한 이상과 이질성을 통한 부분적으로 조정한 전방 가시광 전파는 위상 민감성 동기(광학적 정합성 단층촬영)뿐만 아니라 위상 민감성 변동 분광법을 사용하여 미묘한 구조 및 역동적 특성을 이미지화할 수 있는 기회를 제공한다.

OCT B-Scan Setup-en.svg
그림 22.단일 점 OCT의 일반적인 광학 설정 		Central serous retinopathy.jpg
그림 23.중심 경막망막병증, 이미지화, 사용법
광학 일관 단층 촬영

OCT(Optical Consence Tomography, OCT)는 내부 조직 미세구조의 단층 시각화를 제공하기 위해 저밀도 간섭계를 사용하는 의료 영상 기법이다.그림 22에서 볼 수 있듯이, 전형적인 OCT 시스템의 핵심은 Michelson 간섭계다.한 개의 간섭계 암은 조직 샘플에 초점을 맞추고 X-Y 세로 래스터 패턴으로 샘플을 스캔한다.다른 간섭계 암은 기준 미러에서 튕겨져 나온다.조직 샘플에서 반사된 빛과 기준에서 반사된 빛이 결합된다.광원의 일관성이 낮기 때문에, 간섭계 신호는 표본의 제한된 깊이에서만 관측된다.따라서 X-Y 스캐닝은 한 번에 하나의 얇은 광학 슬라이스를 기록한다.여러 번의 스캔을 수행하고 각 스캔 간에 기준 미러를 이동함으로써 조직의 전체 3차원 영상을 재구성할 수 있다.[96][97]최근의 발전은 일관성 있는 간섭계 측정의 나노미터 위상 검색과 낮은 정합성 간섭계 측정의 범위 지정 능력을 결합하는 데 애를 먹고 있다.[69]

  • 그림 24.위상 대비를 받는 Spyrogira 셀(알고선 필라멘트에서 분리됨)

  • 그림 25.독소플라즈마 곤디이 불포화 난모시스트, 미분 간섭 대조

  • 그림 26.거미의 고해상도 위상 대비 X선 영상

위상 대비와 미분 간섭 대조(DIC) 현미경은 생물학과 의학에서 중요한 도구다.대부분의 동물 세포와 단세포 유기체는 색이 거의 없으며, 세포 내 유기체는 단순한 밝은 장 조명 아래 거의 완전히 보이지 않는다.이러한 구조물은 시료를 얼룩지게 함으로써 눈에 잘 띄게 할 수 있지만, 얼룩 절차는 시간이 많이 걸리고 세포를 죽인다.그림 24와 25에서 볼 수 있듯이 위상 대비와 DIC 현미경은 무균의 살아있는 세포가 연구될 수 있도록 한다.[98]DIC는 또한 평면 실리콘 반도체 처리 분석에서와 같이 비생물학적 응용을 가지고 있다.

각이해상 저공해성 간섭계(a/LCI)는 산란된 빛을 이용해 세포핵을 포함한 세포하 물체의 크기를 측정한다.이를 통해 간섭계 깊이 측정을 밀도 측정과 결합할 수 있다.조직 건강 상태와 세포 이하의 물체의 측정 사이에 다양한 상관관계가 발견되었다.예를 들어 조직이 정상에서 암으로 변화함에 따라 평균 세포핵 크기가 증가하는 것으로 밝혀졌다.[99][100]

위상 대비 X선 영상촬영(그림 26)은 일관성이 있는 X선 빔의 위상 정보를 영상 연조직에 사용하는 다양한 기법을 말한다. (기본적인 논의는 위상 대비 X선 영상촬영(소개)을 참조한다.자세한 내용은 위상 대비 X선 영상촬영을 참조하십시오.)그것은 광범위한 생물학 및 의학 연구에서 세포와 조직학적 구조를 시각화하는 중요한 방법이 되었다.X선 위상 대비 영상촬영에는 여러 가지 기술이 사용되며, 모두 다른 원리를 이용하여 물체에서 발생하는 X선의 위상 변동을 강도 변형으로 변환한다.[101][102]여기에는 전파 기반 위상 대비,[103] 탈봇 간섭계,[102] 무리에 기반한 원거리 간섭계,[104] 굴절 강화 영상,[105] X선 간섭계 등이 포함된다.[106]이 방법들은 일반적인 흡수 대비 X선 영상과 비교하여 더 높은 대비를 제공하므로 더 작은 디테일을 볼 수 있다.단점은 이러한 방법에는 싱크로트론이나 마이크로 포커스 X선 소스, X선 광학 또는 고해상도 X선 검출기와 같은 보다 정교한 장비가 필요하다는 것이다.

참고 항목

참조

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