光子など

Photon etc. は、学術および産業用途向けの赤外線カメラ、広範囲に調整可能な光学フィルター、ハイパースペクトル画像、分光科学機器を製造するカナダのメーカーです。同社の主要技術は、掃引レーザーまたはグローバル画像用のフィルターとして使用される体積ブラッグ格子に基づいています。

カリフォルニア工科大学^[1]のスピンオフとして、同社は2003年にセバスチャン・ブレイス・ウエレット^{[2] [3 ]によって設立されました。彼は}地球の大気中のヒドロキシル基を検出するための狭帯域イメージングチューナブルフィルターに取り組んでいました。彼はこのようにして、同社の主要技術である、フィルタリング用の 特許取得済みの^{[4] [5] [6]ボリュームブラッググレーティングを開発しました。}

当社は、モントリオール大学のJ.-Armand Bombardierインキュベーター内に最初に設立され、そこで完全なインフラストラクチャと研究者との近接性の恩恵を受けました。 5年後、Photon etc.はモントリオールのローズモント地区にある「健康技術キャンパス」に移転しました。Photon etc.はカナダで25人の従業員を抱え、数々の賞や表彰を受けています（ケベック起業家オブザイヤー（ファイナリスト） ^[7] 、 CCFC（受賞者）^[8]、アルマンフラッピエ財団（エマージェンス賞受賞者）^[9] 、プリズム賞（ファイナリスト）^[10]）。過去10年間で、同社は数多くのコラボレーションを展開し、^{[11] [12] [13]}、いくつかの特許を申請し、さまざまな分野でスピンオフ企業を設立しました：Photonic Knowledge（鉱山探査）、Nüvü Cameras（EMCCDカメラ）^[14]、Optina Diagnostics（網膜画像）^[15] 。最近では、2015年6月に、Photon etc.はナノテクノロジーの専門知識を拡大し、新しいナノテクノロジーの研究開発センターを立ち上げました。部門、Photon Nano。Photon Nano は、トップクラスの研究機関で合成されたラマン、蛍光、プラズモニックラベルを提供しています。これらのラベルは主に、細胞イメージングの多重化アプリケーションで使用されています。

Photon etc.のコア技術は、体積ブラッグ格子に基づく連続的に調整可能なフィルタです。これは、周期的に変化する屈折率を持つ光熱屈折ガラスで構成されており、変調構造は入射光を透過または反射するように配向できます。^[16]フィルタリング（回折）される特定の波長を選択するために、フィルタの角度はブラッグ条件を満たすように調整されます。^{[17] [18]}

${\displaystyle \lambda _{B}=2n\Lambda \sin(\theta +\varphi )\,,}$

ここで、nは整数、λ _Bは回折される波長、Λは格子のステップ、θは入射ビームと入射面の法線との間の角度、φ は法線と格子ベクトルとの間の角度です。透過格子の場合、ブラッグ平面は入射面に対して垂直 ( φ = π /2) ですが、反射格子の場合、ブラッグ平面は入射面に対して平行 ( φ =0) です。ビームがブラッグ条件を満たさない場合、回折されずにフィルターを通過します。

ブラッグフィルタでは、入射する平行光はまずボリュームフィルタによって回折され、スペクトルのごく一部のみが影響を受けます。次に、同じ変調周期を持つ2番目の並列フィルタを使用することで、光が再結合され、画像が再構成されます。^[19]

同社は、体積ブラッグ格子に基づくハイパースペクトル画像システムを商品化しています。この技術は、分光法と画像化を組み合わせたもので、各画像は狭い波長帯域（最小 0.3 nm）で取得されます。単色画像は、サンプルの空間情報（x 軸と y 軸）とスペクトル情報（z 軸）の両方を含むハイパースペクトル データ キューブから取得されます。

この技術では、サンプルを損傷することなくサンプルの広い領域を取得するためにグローバルイメージングが使用されます。^[20]グローバルイメージングでは、マップを再構築するためにサンプルまたは励起レーザーのいずれかを移動する必要があるポイントバイポイント技術と比較して、顕微鏡対物レンズの視野全体が同時に取得されます。顕微鏡と組み合わせると、暗視野または明視野照明を使用でき、次のようなさまざまな実験を実行できます。

体積ブラッグ格子技術は、さまざまな光源用の可変帯域通過フィルタの設計にも使用されています。この技術は、帯域外除去比<-60dBとOD 6を超える光学密度^[21]を、電磁スペクトルの可視および近赤外領域にわたる可変性と組み合わせたものです。

ブラッググレーティングフィルタリング技術は、スーパーコンティニュームレーザーと組み合わせて、波長可変レーザー光源を生成することができます。スーパーコンティニューム光源は通常、超広帯域放射を発する高出力ファイバーレーザーであり、定常状態実験や寿命実験に使用できます。^[13]この超広帯域放射は、レーザーを非線形媒体に通すと得られます。そこから、一連の高度に非線形な光学プロセス（例：4波混合、ソリトンのラマンシフト）が加算され、スーパーコンティニューム放射が生成されます。適切なフィルターと組み合わせると、400 nmから2,300 nmのスペクトル範囲にわたって準単色出力を提供できます。このツールは、次のようないくつかの実験や研究分野で使用できます。

Photon 社は、850 nm から 2,500 nm まで感度を持つ低ノイズ赤外線カメラを設計、製造しています。同社のHgCdTe (MCT) 焦点面アレイ (FPA) は、微弱なフラックス測定用に最初に開発され、現在は天文学、分光法、品質管理、選別に使用されています。

太陽光発電デバイスは、エレクトロルミネッセンス（EL）およびフォトルミネッセンス（PL）マッピングによるグローバルハイパースペクトルイメージングによって特性評価できます。この技術により 、太陽電池のさまざまな側面（開回路電圧、輸送メカニズム、^[22] 外部量子効率、^[23] 飽和電流、^[24]組成マップ、均一性コンポーネント、結晶ドメイン、応力シフト、材料品質の寿命測定）の特性評価が可能になります。実際、この技術は、Cu（In、Ga）Se ₂（CIGS）^{[23] [25]}およびGaAs ^[22]太陽電池の特性評価にすでに使用されています。IRDEP（太陽光発電研究開発研究所）の研究者は、その研究で、フォトルミネッセンスとエレクトロルミネッセンスのハイパースペクトル測定とスペクトルおよび測光絶対較正法を組み合わせて、準フェルミ準位分裂と外部量子効率のマップを抽出することができました。

グローバルハイパースペクトルイメージングは​​非侵襲的な技術であるため、ここ数年で医療分野で人気が高まっています。^{[26] [27]} 例えば、網膜異常（例：加齢黄斑変性症（AMD）、網膜血管酸素飽和度^[28]）の早期診断や、神経学や皮膚科に加えて生物医学分野で特定のタンパク質（例：ヘモグロビン）や色素（例：メラニン）の識別と位置の特定に使用されています。

生命科学では、この技術は暗視野顕微鏡や落射蛍光顕微鏡に使用されています。いくつかの研究では、CD44 +癌細胞を標的とする金ナノ粒子（AuNPs）^[29]や中枢神経系（CNS）の分子動態の研究のための量子ドット（QD）のハイパースペクトルイメージング結果が示されています。

さらに、近赤外線に最適化されたハイパースペクトルイメージングは​​、生きた細胞や組織内の単一カーボンナノチューブの発光を研究するのに適したツールです。Scientific Reportsの論文で、Roxburyら^[30]は、生きた細胞内の12の異なる蛍光種を含む17のナノチューブカイラリティの同時イメージングを提示しています。測定はex vivoとin vivoで行われました。

1947年にトランジスタが発明されてから、半導体材料の研究は大きく前進しました。このことから生まれた技術の1つは、ラマン分光法とハイパースペクトルイメージングを組み合わせたもので、ラマン拡散の特異性によりサンプルの特性評価が可能になります。たとえば、シリコン(Si)サンプルの応力、ひずみ、不純物を、Siフォノンバンド(~520 cm ⁻¹ )の周波数、強度、形状、幅の変化に基づいて検出することができます。^{[31] [32]一般的に、材料の}結晶品質、局所的な応力/ひずみ、ドーパントおよび不純物レベル、表面温度を評価することができます。 ^[33]

ナノマテリアルは、産業、生物医学、電子工学の分野で膨大な用途があることから、最近、材料科学の分野で大きな関心を集めています。グローバルハイパースペクトルイメージングをフォトルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス、ラマン分光法と組み合わせると、これらの新興材料を分析する方法が得られます。これにより、量子ドット^[34] 、ナノワイヤ、ナノ粒子、ナノトレーサー^{[35] [36]}などを含むサンプルのマッピングを行うことができます。グローバルハイパースペクトルイメージングは​​、カーボンナノチューブの直径とカイラリティ分布^[37]、ラジアルブリージングモード（RBM）^{[38]の研究にも使用できます。均一性、欠陥、無秩序性のマップを作成できるほか、層の数と相対的な向き、歪み、電子励起に関する情報も提供されます。そのため、}グラフェンや二硫化モリブデン（MoS ₂）などの2D材料の特性評価に使用できます。^[39]

ハイパースペクトルイメージングでは、特定の化合物の組成と分布に関する情報を抽出できます。これらの特性により、ハイパースペクトルイメージングは​​鉱業に適した技術となっています。鉱物の特定のスペクトル特性を利用して、Photonic Knowledge の Core Mapper™ は鉱物の即時識別を提供します。この技術は、単色画像と高速鉱物マッピングを提供します。広視野モダリティにより、鉱物特性の識別だけでなく、植物(例:雑草、精密農業) や食品(例:肉の鮮度、果物の欠陥)の分類も可能になり、さまざまな屋外用途に使用できます。^[40]

爆発性液体前駆物質を迅速かつ効率的に検出できることは、潜在的な脅威を特定するための重要な資産です。SWIR領域のハイパースペクトルカメラは、迅速にスペクトル分解された画像を取得することで、このような検出を可能にします。得られた単色のフルフレーム画像により、化学物質を迅速に識別できます。レーザー誘起ブレークダウン分光法（LIBS）による硫黄の検出も、フィルタリング要素としてホログラフィックブラッググレーティングを使用することで簡単に実現できます。^[41]

研究者が自分の研究結果を他の研究グループの結果と比較し、高い基準を維持したい場合、測定機器 (例:光検出器、分光計) の校正は不可欠です。スペクトル校正は頻繁に必要となり、電磁スペクトルの広い範囲をカバーできるよく知られた光源が必要です。チューナブル レーザー光源は上記の要件をすべて備えているため、このタイプの校正に特に適しています。

ジェミニ惑星イメージャー（GPI）がジェミニ南に送られる前に、そのコロナグラフを較正する必要がありました。このためには、0.95-2.4μmをカバーできるほぼ無色で平行な光源が必要でした。コロナグラフのテストには、フォトンなどの効率的なチューナブルレーザー光源が選ばれました。チューナブル光源は、GPIの波長領域全体にわたって出力を提供することができました。^{[42] [43]}

薄膜フィルタは光学機器に不可欠な要素です。バンドパス、ノッチ、エッジフィルタは現在、特性評価が困難な難しい仕様になっています。実際、光学密度（OD）が6を超えると識別が困難です。このため、エクス・マルセイユ大学の研究者グループは、スーパーコンティニューム光源とレーザーラインチューナブルフィルタに基づくスペクトル分解特性評価技術を開発しました。この方法は、Optics Letter ^[44]のLiukaityteらの論文で詳細に説明されており、400 nmから1000 nmの波長範囲で光学密度が0から12の薄膜フィルタを研究することができます。

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