公开了一种激光手术系统，包括：探头，其限定同时传递去往解剖目标的第一光信号和来自解剖目标的第二光信号的第一光路；分束器，其至少包括第一、第二和第三端口，第一和第二端口限定与第一光路对准的第二光路，第二和第三端口限定第三光路以传递第二光信号的至少一部分；一个或多个光纤，其收集第二光信号的至少一部分；光学地耦合至一个或多个光纤的光学传感器系统，该一个或多个光纤包括耦接在分束器与光学传感器系统之间的至少一个光纤，该至少一个光纤从分束器接收第二光信号的至少一部分，并且将第二光信号的所接收的部分传输至光学传感器系统，光学传感器系统至少部分地基于第二光信号的所接收的部分来识别解剖目标的特性。