定常波積分フーリエ変換分光法

定在波統合フーリエ変換分光法( SWIFTS ) または定在波統合フーリエ変換分光法は、光スペクトル全体の光の分布を測定するために使用される分析技術です。 SWIFTS 技術は、近接場リップマン アーキテクチャに基づいています。 光信号は導波管に注入され、ミラーで終了します (真のリップマン構成)。 入力信号は反射信号と干渉し、定在波または定常波を作成します。

対向伝播アーキテクチャでは、2 つの光信号が導波管の反対側の端に注入されます。導波管内を伝播するエバネッセント波は、光プローブによってサンプリングされます。これにより、干渉縞が生成されます。その後、フーリエ変換に似たリップマン変換と呼ばれる数学関数を使用して、光のスペクトルが求められます。

1891年、パリ科学アカデミーで、ガブリエル・リップマンは彼の新しい写真乾板で得られた太陽のスペクトルのカラー写真を発表しました。^[1]その後、1894年に彼は、彼の乾板が写真粒子のないゼラチンの深部に色情報を記録できる方法と、同じ乾板を現像処理すると光の反射だけで元の色画像を復元できる方法について論文を発表しました。^{[2]こうして彼は真の干渉}カラー写真の発明者となりました。彼はこの画期的な発明により1908年にノーベル物理学賞を受賞しました。残念ながら、この原理は使用するには複雑すぎました。この方法は発見から数年後に放棄されました。

当時無視されていたリップマン概念の1つの側面は、分光測定の応用に関するものです。1933年の初めに、ハーバート・E・アイブスは、定常波をプローブして分光測定を行うために光電装置を使用することを提案しました。 ^[3] 1995年に、P・コネス^[4]は、3次元リップマンベースの分光測定に、新しく登場した検出器技術を使用することを提案しました。これに続いて、2005年にクニップらによって、微小光電気機械システム（MOEMS）に基づく非常にコンパクトな分光計の最初の実現が報告されましたが、 ^[5]スペクトル分解能は非常に限られていました。2004年に、ジョセフ・フーリエ大学のエティエンヌ・ル・コアラーとINPグルノーブルのピエール・ベネシュという2人のフランス人研究者が、シングルモード導波管内の定在波のエバネッセント部分にセンシング要素を結合しました。2007年に、この2人の研究者は、導波管内の干渉縞をプローブする近接場法を報告しました。^[6]最初のSWIFTSベースの分光計は、SWIFTS線形構成に基づいて2011年に登場しました。

この技術は、分析対象の光によって生成される光定在波、または多色光の場合は定在波の合計をプローブすることによって機能します。SWIFTS 線形構成 (真のリップマン構成) では、定在波は固定ミラーで終端されたシングルモード導波管によって生成されます。定在波は、ナノ散乱ドットを使用して導波管の片側で定期的にサンプリングされます。これらのドットは、エバネッセント場にあります。これらのナノドットは、エバネッセント場が配置されている媒体との光学屈折率の差によって特徴付けられます。次に、光は導波管に垂直な軸の周囲に散乱されます。各ドットについて、この散乱光はこの軸に揃ったピクセルによって検出されます。したがって、検出された強度は、ドットの正確な位置における導波管内の強度に比例します。これにより、干渉画像の線形画像が生成されます。可動部品は使用されていません。次に、フーリエ変換に似たリップマン変換と呼ばれる数学関数がこの線形画像に適用され、光のスペクトルが得られます。

インターフェログラムは切り捨てられます。ミラーでの光路差ゼロに対応する周波数のみが、最も遠い点までサンプリングされます。それより高い周波数は拒否されます。このインターフェログラムの切り捨てによって、スペクトル分解能が決まります。インターフェログラムは、アンダーサンプリングされます。このアンダーサンプリングの結果、数学関数が適用される波長帯域幅が制限されます。

SWIFTS 技術は、干渉計が検出器の同じ要素で波長を同時に測定するのに対し、分散型分光計はそれらを順次測定するという事実から導かれるフェルゲットの利点を発揮します。フェルゲットの利点はまた、測定ノイズが検出器ノイズによって支配されているスペクトルを収集する場合、フーリエ変換分光計などのマルチプレックス分光計は、同等の走査型モノクロメータと比較して、スペクトルを構成するサンプルポイントの数の平方根にほぼ等しい信号対雑音比の相対的な改善をもたらすことを示しています。コンヌの利点は、ヘリウムネオンレーザーから得られる干渉計の波数スケールは、分散型機器の較正よりも正確で、長期安定性に優れていることを示しています。