GRIN probe를 이용한 광섬유 번들 공초점 내시경의 설계 및 광효율 향상에 관한 연구

Abstract

공초점 현미경은 고분해능으로 세포내의 절편을 이미징 할 수 있는 큰 장점이 있는 기술이다. 이런 특성을 이용한 공초점 내시경의 경우 세포의 암의 조기진단이 가능하다. 이런 공초점 현미경의 종류 중 광섬유 번들과 GRIN probe를 이용할 경우 스캐닝 메커니즘을 probe에 삽입하지 않아도 되고 GRIN lens가 높은 NA에 비해 크기가 작으므로 초소형 공초점 내시경을 구현할 수 있다. 그러나 광섬유 번들과 GRIN probe의 결합효율(coupling efficiency)이 낮다는 단점이 있다. 기하광학적인 분석과 파동광학적인 분석을 통해서 광섬유 번들의 NA와 coupling lens의 NA의 차이가 작을수록 결합효율이 더욱 향상된다는 것을 알 수 있다. 선행연구에서는 0.25 pitch일 때 0.2 NA를 가지는 GRIN lens로 coupling lens가 구성되었지만 본 논문에서는 결합효율의 증가를 위해서 0.25 pitch일 때 0.2 와 0.6 NA를 가지는 GRIN lens의 길이 변화와 조합을 통해서 NA가 향상된 coupling lens의 구현을 제안하였다. 실험결과 coupling lens의 증가로 인한 결합효율이 향상을 증명할 수 있었다. 하지만 본 논문에서 제안한 방법에 의해서 GRIN probe의 구면수차가 증가함을 알 수 있었다. 따라서 본 논문에서 제안한 방법으로 결합효율을 향상시키기 위해서는 굴절률 개형의 최적화를 통한 구면수차의 보상이 필요하다. 결론적으로, 본 논문에서 제안한 방법과 구면수차의 보상을 통해 결합효율을 향상시킬 수 있으며, 이는 광섬유 번들을 이용한 공초점 내시경의 선명도(contrast)의 향상을 가져온다.