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KR20200131923A - 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법 및 장치 - Google Patents

선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법 및 장치 Download PDF

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KR20200131923A
KR20200131923A KR1020190056112A KR20190056112A KR20200131923A KR 20200131923 A KR20200131923 A KR 20200131923A KR 1020190056112 A KR1020190056112 A KR 1020190056112A KR 20190056112 A KR20190056112 A KR 20190056112A KR 20200131923 A KR20200131923 A KR 20200131923A
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이한주
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심상희
김도연
임소희
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고려대학교 산학협력단
(주)스마트코리아
기초과학연구원
한국기초과학지원연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법은, 3빔 경쟁 유도라만 산란(SRS; Stimulated Raman Scattering)을 이용한 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란(CARS; Coherent anti-Stokes Raman scattering) 신호 억제 방법에 있어서, 3개의 빔이 입사되는 단계; 입사된 상기 3개의 빔에 의해 제1 CARS 신호 및 제2 CARS 신호가 발생되는 단계; 상기 제1 CARS 신호 및 제2 CARS 신호에 의해 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정이 유발되는 단계; 및 상기 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정의 경쟁에 의해 상기 제1 CARS 신호를 억제하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Selective Suppression of Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Signal}
본 출원은 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 표지자 없이 물질 자체의 고유한 특성을 검출하여 세포 영상을 취득하는 기술이 주목받고 있으며, 예를 들어 라만 산란(Raman scattering) 분광법이 미세 구조에 대한 분자영상 측정에 이용되고 있다.
라만 현미경은 분자진동 주파수와 무관하게 임의의 단일 파장 광원을 사용할 수 있어 레이저 광원의 선택이 용이하고 동작이 간편하다는 장점이 있다. 그러나 라만 산란 신호의 세기는 극히 미약하여 영상을 취득하는데 오랜 시간이 걸리므로 살아있는 생체 시료 등에서 세포의 동적 특성을 관찰하는데 한계가 있다.
가간섭성 반스톡스 라만산란(CARS; Coherent Anti-stokes Raman scattering) 현미경은 이러한 한계를 극복하기 위하여 고안된 것으로 빛의 라만 비선형 효과를 이용하여 입사된 3개의 레이저 빔이 시료 내에서 상호작용하여 하나의 CARS 신호광을 생성하는 원리를 이용한다.
CARS 현미경은 라만 산란 현미경과 비교하여 매우 높은 측정감도를 기반으로 빠른 영상 취득속도를 얻을 수 있다는 장점을 가지며, CARS 신호의 세기는 시료와 입사된 빛의 3차 비선형 상호작용에 의하여 결정되므로 빛의 세기를 증가시킴으로써 CARS 신호의 세기를 훨씬 증폭시킬 수 있다.
또한, CARS 현미경은 표지자를 사용하지 않으며 비파괴적 측정 방법이라는 장점이 있으나, 서브 회절 제한에 의해 공간 분해 능력에는 한계가 있다.
따라서, 당해 기술분야에서는 CARS 현미경에서 회절 한계를 극복하여 비표지 초고분해 이미징이 가능하도록 하기 위한 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법을 제공한다.
상기 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법은, 3빔 경쟁 유도라만 산란(SRS; Stimulated Raman Scattering)을 이용한 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란(CARS; Coherent anti-Stokes Raman scattering) 신호 억제 방법에 있어서, 3개의 빔이 입사되는 단계; 입사된 상기 3개의 빔에 의해 제1 CARS 신호 및 제2 CARS 신호가 발생되는 단계; 상기 제1 CARS 신호 및 제2 CARS 신호에 의해 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정이 유발되는 단계; 및 상기 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정의 경쟁에 의해 상기 제1 CARS 신호를 억제하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 장치를 제공한다.
상기 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 장치는, 펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔을 제공하는 광원; 상기 펌프 빔 및 고갈 빔의 샘플 도달 시간을 각각 지연시키는 제1 및 제2 시간 지연부; 상기 고갈 빔을 도넛 형으로 성형하는 빔 성형부; 동일 선상으로 결합된 펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔을 샘플에 집속하는 제1 대물렌즈 및 상기 샘플로부터 생성된 CARS(Coherent anti-Stokes Raman scattering) 신호를 수집하는 제2 대물렌즈를 포함하는 렌즈부; 및 상기 제2 대물렌즈에 의해 수집된 CARS 신호를 검출하는 검출기를 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3빔 경쟁 SRS을 이용하여 CARS 신호를 선택적으로 억제함으로써 CARS 현미경에서 회절 한계를 극복하여 비표지 초고분해 이미징이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법의 효과를 확인하기 위한 실험 설정의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고갈 빔에 의한 펌프 빔과 스톡스 빔의 강도 변화를 비교하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 강한 고갈 빔에 의한 CARS 억제 효과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법은 3빔 경쟁 유도라만 산란(SRS; Stimulated Raman Scattering)을 이용하여 선택적으로 가간섭성 반스톡스 라만산란(CARS; Coherent anti-Stokes Raman scattering) 신호를 억제할 수 있다.
우선, 3개의 빔이 입사될 수 있다(S110). 여기서, 3개의 빔은 주파수 순으로 펌프 빔(Pump), 스톡스 빔(Stokes) 및 고갈 빔(Depletion)을 포함할 수 있으며, 펌프 빔 및 스톡스 빔은 가우시안 형(Gaussian shape)을 사용하고, 고갈 빔은 도넛 형(donut shape)을 사용할 수 있다. 고갈 빔은 빔 성형 장치에 의해 도넛 형으로 성형될 수 있다.
일 예에 따르면, 바이오 이미징을 위해서 레이저 파장은 NIR(near infrared)을 사용할 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 CARS 신호를 억제하기 위해서는 분자 진동모드와 일치시킬 필요가 있으므로, 이에 따라 파장 튜닝이 가능한 광원을 사용하는 것이 바람직하다.
이후, 입사된 3개의 빔에 의해 제1 CARS 신호 및 제2 CARS 신호가 발생될 수 있다(S120). 여기서, 제1 CARS 신호는 3개의 빔 중에서 펌프 빔 및 스톡스 빔에 의해 발생되고, 제2 CARS 신호는 3개의 빔 중에서 펌프 빔 및 고갈 빔에 의해 발생될 수 있다.
또한, 제1 CARS 신호의 파장은 샘플 내의 특정 분자 진동모드와 일치시키고, 제2 CARS 신호의 파장은 샘플 또는 주위의 다른 분자 진동모드와 일치시킬 수 있다. 이로써, 후술하는 바와 같은 샘플 또는 주위의 다른 분자 진동모드와 유도라만 산란을 이용하여 샘플 내의 특정 분자 진동모드로부터 발생하는 제1 CARS 신호를 제거할 수 있다.
이후, 제1 CARS 신호 및 제2 CARS 신호에 의해 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정이 유발될 수 있다(S130).
이후, 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정의 경쟁에 의해 제1 CARS 신호를 억제할 수 있다(S140). 이 경우, 펌프 빔과 고갈 빔 사이의 비트 주파수가 샘플 또는 주위의 다른 분자 진동모드의 주파수와 일치하도록 제어하여 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정의 경쟁을 유도할 수 있다.
또한, 고갈 빔의 강도를 제어하여 제1 CARS 신호를 선택적으로 억제할 수 있다. 일 예에 따르면, 고갈 빔의 강도를 높여서 펌프 빔의 에너지를 감소시켜 제1 CARS 신호를 급격하게 감소시킬 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 억제 원리 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)는 종래의 2 빔 CARS 신호를 도시하는 것으로, 2개의 레이저 빔, 즉 주파수가 ωP인 펌프 빔과 주파수가 ωS인 스톡스 빔을 사용하여 펌프 빔과 스톡스 빔 간의 주파수 차이(ωv1)가 다원자 분자의 진동 주파수와 동일할 때 주파수 ωCARS = 2ωP - ωS에서 공진적으로 향상된 CARS 신호를 생성할 수 있다.
도 2의 (b)는 경쟁하는 다른 SRS 과정(펌프 빔 및 고갈 빔)을 도시한다.
도 2의 (c)는 본 발명의 실시예에 따라 (a) 및 (b) 과정을 결합할 때 경쟁하는 SRS 과정으로 인해 CARS 신호가 선택적으로 억제됨을 도식적으로 도시하는 것으로, 입사된 3개의 빔, 즉 고갈 빔, 스톡스 빔 및 펌프 빔과, 생성된 펌프-스톡스-펌프(p-s-p) CARS 신호의 스펙트럼을 도시한다.
여기서, 펌프 빔의 실질적인 유도 라만 손실(SRL; stimulated Raman loss)은 펌프 빔 및 고갈 빔에 의한 SRS 공정에 의해 발생한다. 펌프 빔은 CARS 및 SRS 공정에서 동시에 사용되므로, 약한 필드 한계에서 대략 펌프 빔 강도의 제곱에 비례하는 CARS 신호(마젠타)는 경쟁 p-d SRS 과정의 시작으로 인한 펌프 빔의 큰 SRL로 인해 상당히 감소될 수 있다. 반면, 스톡스 빔은, 스톡스 빔과 고갈 빔 사이에 SRS 과정이 없을 뿐만 아니라 펌프 광자의 대부분이 지배적인 p-d SRS 과정에 의해 고갈 광자와 진동 여기로 변환되기 때문에 거의 변화하지 않는다.
도 2의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따라 액체 벤젠 샘플을 사용하는 경우로서 벤젠의 링 호흡 모드(ωv1 = 992cm-1)가 제1 CARS 신호(p-s-p-CARS)와 관련된 진동 모드이고, C-H 스트레칭 모드(ωv2 = 3062cm-1)가 제2 CARS 신호와 관련된 진동 모드인 예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법의 효과를 확인하기 위한 실험 설정의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 재생 앰프(RA; regenerative amplifier)는 중심 파장이 1028 nm, 펄스 지속 시간이 200~250 fs, 반복률이 100 kHz인 펨토초 재생 앰프가 사용될 수 있다.
RA의 출력은 빔 스플리터(BS; beam splitter)에 의해 세 개의 빔으로 분할되며, 이 중 두 개는 펌프(중심 파장이 781 nm) 및 스톡스(중심 파장이 842 nm)에 대한 광원을 생성하는 동일 선상 및 비 동일 선상의 광학 파라메트릭 증폭기(COPA 및 NOPA; collinear and non-collinear optical parametric amplifier)를 펌핑하는데 사용될 수 있다.
COPA 및 NOPA 각각의 출력 빔과 RA의 잔류 빔은 각각 펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔(중심 파장이 1026.5 nm)으로 사용될 수 있다.
COPA로부터의 펌프 빔은 두 개의 기울어진 협대역 통과 필터(NBF; narrow bandpass filter)에 의해
Figure pat00001
까지 스펙트럼적으로 좁혀질 수 있다.
한편, NOPA로부터의 스톡스 빔의 대역폭은 상대적으로 넓은 전송 대역폭을 갖는 대역 통과 필터(BPF; bandpass filter)를 사용하여
Figure pat00002
으로 설정될 수 있으며, 이는 CARS 신호 측정에서 관측 가능한 스펙트럼 윈도우를 결정할 수 있다.
RA로부터의 잔류 빔은 또 다른 두 개의 기울어진 NBF를 통과하여 대역폭이
Figure pat00003
인 고갈 빔으로 사용될 수 있다.
펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔의 펄스 에너지는 중립 밀도(ND; neutral density) 필터를 사용하여 조절될 수 있다. 일 예로, 고갈 빔의 펄스 에너지는 CARS 신호 억제 효율에 대한 고갈 빔 강도의 영향을 확인하기 위해 0에서 250nJ까지 변화될 수 있다. 반면, 펌프 빔 및 스톡스 빔의 펄스 에너지는 각각 SRL 측정을 위해 0.1 nJ 및 2 nJ로 조절되고, CARS 측정을 위해 4 nJ 및 2 nJ로 조절되었다.
상술한 3개의 레이저 빔은 다이크로익 미러(DM1 및 DM2; dichroic mirrors)와 동일 선상으로 결합된 후, 제1 대물 렌즈(OL1, NA = 0.3, ×10)를 사용하여 벤젠 샘플(1mm 두께)에 집속될 수 있다.
또한, 3개의 레이저 빔 사이의 시간적 중첩 및 시간 지연을 결정하기 위해, 샘플에서의 스톡스 빔에 대한 펌프 빔 및 고갈 빔의 도달 시간을 독립적으로 제어하기 위해 2 개의 병진 지연 스테이지(translational delay stage)가 사용될 수 있다.
OL1 직전의 3개의 레이저 빔의 직경은 대략 4 mm(펌프 빔), 4 mm (스톡스 빔) 및 5 mm(고갈 빔)이며, 아베의 회절 한계에 근거하여 초점에서의 빔의 직경은 펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔에 대해 각각 대략 3.2 μm, 3.5 μm 및 4.2 μm로 추정될 수 있다. 이와 같이 추정된 빔의 크기를 기초로 초점에서는 100 nJ의 고갈 빔의 펄스 에너지가 722 GW cm-2의 피크 강도에 해당한다고 계산될 수 있다.
샘플로부터 생성된 CARS 신호는 제2 대물 렌즈(OL2, NA = 0.13, Х4)로 수집 된 후 모노크로메타(monochromator) 및 1024 × 256 이미지 센서를 가진 고감도 CCD 카메라로 구성된 분광계에 의해 검출될 수 있다.
또한, CARS 신호 측정을 위해 OL2 후단에 단파장 통과 필터(SPF; short wavelength pass filter) 및 노치 필터(NF; notch filter)가 입사 레이저 빔 또는 SRS 신호를 제거하기 위해 사용될 수 있으며, SPF 및 NF는 펌프 및 스톡스 스펙트럼의 측정시에는 제거될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고갈 빔에 의한 펌프 빔과 스톡스 빔의 강도 변화를 비교하는 도면으로, 고갈 빔의 펄스 에너지(점선)를 0에서 250 nJ로 변화시킬 때의 펌프(Sp) 및 스톡스(Ss) 스펙트럼 신호 변화를 도시한다.
여기서, ΔSp (ΔSs)는 고갈 빔의 온 및 오프 시((a) 및 (c)에서의 점선)에 CCD 검출기에서 기록된 펌프(스톡스) 스펙트럼 신호의 차이를 나타낸다. ΔSp (ΔSs)는 펌프(스톡스) 빔 강도(ΔIp, ΔIs)에 비례한다.
도 4의 (b)에서
Figure pat00004
는 파장 781nm에서 고갈 펄스 에너지에 따른 ΔSp(검은색 원)에 대한 SRL 효율(파란색 사각형)을 나타낸다. 또한, 도 4의 (d)에서
Figure pat00005
는 파장 843nm에서 고갈 펄스 에너지에 따른 ΔSs(검은색 원)에 대한 SRL 효율(파란색 사각형)을 나타낸다.
펌프 빔의 SRL은 오직 공진 케이스, 즉 펌프 빔과 고갈 빔의 주파수 차이(ωp-d)가 정확하게 액체 벤젠의 C-H 스트레칭 모드(ωv2)와 일치할 때에만 생성됨을 알 수 있다. 이에 반해, 강한 고갈 빔 세기의 교차 위상 변조에 의한 스톡스 스펙트럼의 약간의 적색 편이를 제외하고는 비 공진 케이스에서 스톡스 강도에서 실질적인 순 변화(3 % 미만)가 관찰되지 않음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 강한 고갈 빔에 의한 CARS 억제 효과를 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는 p-s-p CARS 스펙트럼을 도시하는 것으로, 고갈 펄스 에너지를 0에서 250 nJ까지 증가시킴에 따라 725 nm에서의 p-s-p CARS 신호 강도는 급격하게 감소함을 알 수 있다.
진동적으로 공진하는 p-s-p CARS 신호 강도는
Figure pat00006
에 비례한다. 따라서, 펌프 강도에 선형적으로 비례하는 펌프의 SRG 또는 스톡스의 SRL과 비교하면, CARS 신호는 펌프 빔의 강도 손실에 보다 민감하며, 이는 본 발명의 실시예에서 경쟁하는 다른 p-d SRS로부터 야기된다. 고갈 펄스 에너지가 250nJ에 가까워짐에 따라, p-s-p CARS 신호는 매우 작아지고, 이는 CARS 신호를 매우 효율적으로 억제할 수 있음을 의미한다.
도 5의 (b)는 고갈 펄스 에너지에 따른 CARS 신호 강도(검은색 원) 및 추정된 CARS 신호 억제 효율(파란색 사각형)을 도시한다. 도 5의 (b)로부터 CARS 신호 억제 효율은 250 nJ의 고갈 펄스 에너지에서 97 %에 달함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 장치의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 CARS 신호 억제 장치(200)는 광원(210), 시간 지연부(221, 222), 빔 성형부(230), 스캐너(240), 렌즈부(250) 및 검출기(261, 262)를 포함하여 구성될 수 있다.
광원(210)은 선택적 CARS 신호 억제를 위해 사용되는 3개의 빔, 즉 펌프 빔(211), 스톡스 빔(212) 및 고갈 빔(213)을 제공하기 위한 것이다.
예를 들어, 광원(210)은 도 3을 참조하여 상술한 실험 설정과 동일하게 구현될 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 즉, 광원(210)은 분자 진동모드와 일치하도록 파장 튜닝이 가능한 광원이라면 제한없이 사용될 수 있다.
시간 지연부(221, 222)는 광원(210)으로부터 입사된 펌프 빔 및 고갈 빔의 샘플 도달 시간을 제어하기 위한 것으로, 스톡스 빔에 대한 펌프 빔 및 고갈 빔의 도달 시간을 지연시킬 수 있다. 예를 들어, 시간 지연부(221, 222)는 빔의 도달 시간이 지연되도록 추가적인 지연 선로로 구현될 수 있다.
빔 성형부(230)는 시간 지연부(222)를 통과한 고갈 빔을 도넛 형으로 성형하기 위한 것으로, 통상의 기술자에게 알려진 다양한 빔 성형 장치를 채용하여 구현될 수 있다.
상술한 구성을 통과한 펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔은 예를 들어 다이크로익 미러에 의해 동일 선상으로 결합된 후, 스캐너(240)로 입사될 수 있다.
스캐너(240)는 입사된 빔을 가공하기 위한 것으로, 예를 들어 갈바노 미러 스캐너(Galvano mirror scanner) 등으로 구현될 수 있다.
렌즈부(250)는 제1 대물렌즈(251) 및 제2 대물렌즈(252)를 포함할 수 있으며, 제1 대물렌즈(251)는 스캐너(240)를 통과한 빔을 샘플(S)에 집속하기 위한 것이고, 제2 대물렌즈(252)는 샘플(S)로부터 생성된 CARS 신호를 수집하기 위한 것이다.
제1 검출기(261)는 CARS 전체 스펙트럼을 검출하기 위한 것으로, 예를 들어 모노크로메타 및 CCD 카메라가 결합된 형태로 구현될 수 있다.
제2 검출기(262)는 CARS 이미지를 검출하기 위한 것으로, 예를 들어 광을 증폭시켜 검출하는 광전증배관(PMT; Photomultiplier Tube) 등으로 구현될 수 있다.
도 6에 도시된 선택적 CARS 신호 억제 장치(200)의 각 구성요소의 구체적인 기능은 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 바와 동일하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.
도 6을 참조하여 상술한 선택적 CARS 신호 억제 장치(200)는 가간섭성 반스톡스 라만산란 현미경으로 구현될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
200: 선택적 CARS 신호 억제 장치
210: 광원
221, 222: 시간 지연부
230: 빔 성형부
240: 스캐너
250: 렌즈부
261, 262: 검출기

Claims (8)

  1. 3빔 경쟁 유도라만 산란(SRS; Stimulated Raman Scattering)을 이용한 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란(CARS; Coherent anti-Stokes Raman scattering) 신호 억제 방법에 있어서,
    3개의 빔이 입사되는 단계;
    입사된 상기 3개의 빔에 의해 제1 CARS 신호 및 제2 CARS 신호가 발생되는 단계;
    상기 제1 CARS 신호 및 제2 CARS 신호에 의해 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정이 유발되는 단계; 및
    상기 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정의 경쟁에 의해 상기 제1 CARS 신호를 억제하는 단계를 포함하는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 3개의 빔은 주파수 순으로 펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 CARS 신호는 상기 펌프 빔 및 상기 스톡스 빔에 의해 발생되고, 상기 제2 CARS 신호는 상기 펌프 빔 및 상기 고갈 빔에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 CARS 신호의 파장은 샘플 내의 특정 분자 진동모드와 일치시키고, 상기 제2 CARS 신호의 파장은 샘플 또는 주위의 다른 분자 진동모드와 일치하도록 제어하여 상기 제1 SRS 과정 및 제2 SRS 과정의 경쟁을 유도하는 것을 특징으로 하는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 고갈 빔의 강도를 제어하여 상기 제1 CARS 신호를 선택적으로 억제하는 것을 특징으로 하는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 방법.
  6. 펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔을 제공하는 광원;
    상기 펌프 빔 및 고갈 빔의 샘플 도달 시간을 각각 지연시키는 제1 및 제2 시간 지연부;
    상기 고갈 빔을 도넛 형으로 성형하는 빔 성형부;
    동일 선상으로 결합된 펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔을 샘플에 집속하는 제1 대물렌즈 및 상기 샘플로부터 생성된 CARS(Coherent anti-Stokes Raman scattering) 신호를 수집하는 제2 대물렌즈를 포함하는 렌즈부; 및
    상기 제2 대물렌즈에 의해 수집된 CARS 신호를 검출하는 검출기를 포함하는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    동일 선상으로 결합된 펌프 빔, 스톡스 빔 및 고갈 빔이 입사되며, 입사된 빔을 가공하는 스캐너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 검출기는,
    상기 CARS 신호의 전체 스펙트럼을 검출하는 제1 검출기; 및
    상기 CARS 신호의 이미지를 검출하는 제2 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 가간섭성 반스톡스 라만산란 신호 억제 장치.
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