具有经调制的光源的微电子传感器设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在载体（１１）处进行光学检查的微电子传感器设备和方法，例如用于通过受抑全内反射（ＦＴＩＲ）来检测在该载体（１１）的接触表面（１２）处的磁性粒子（１）。光源（２１）和激光调制器（２２）一道用于发射输入光束（Ｌ１）到载体（１１）中，对该光源进行调制使得与来自所述载体（１１）的入射窗（１４）或其他部件的所述输入光束（Ｌ１）的反射（Ｌ１′）的光学干涉得以减少／最小化，所述光源具体地为激光光源。这例如能够通过脉冲的接通／断开调制来实现，其中当前发射的脉冲（ＰＮ）的第一弛豫最小值在所述光源（２１）中与反射的脉冲（ＰＮ－１′）的第一弛豫最大值重合。通过减少干涉效应，该设置不那么容易受到来自例如由热伸长所引起的尺寸变化的干扰。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种借助光源在载体处进行光学检查的微电子传感器设备和方法。此外，本专利技术涉及这种设备的用途。
技术介绍
US 2005/0048599A1公开了一种用于研究微生物的方法，用粒子对所述微生物加 标签从而能够对微生物施加(例如磁)力。在该方法的一个实施例中，引导激光束通过透 明材料而到达表面，该激光束在该表面被全内反射。该束的作为倏逝波而离开该透明材料 的光在该表面处被微生物和/或其他组分散射，然后由光电检测器进行检测或者被用来照 亮该微生物以便进行目视观察。该设置和类似设置的问题在于可能会发生发射的激光与该 光的反射的干涉，其随时间改变并因此造成激光输出的不期望的变化。
技术实现思路
基于这种情况，本专利技术的目的在于提供用于借助光源进行光学检查的可替换装 置，其中期望就光输出的变化而言，所述检查更具鲁棒性。 这一 目的由根据权利要求1所述的微电子传感器设备、根据权利要求2所述的方 法以及根据权利要求11所述的用途来实现。从属权利要求中公开了优选实施例。 根据本专利技术的微电子传感器设备用于在载体处进行光学检查，其中该载体不必属 于该设备。该载体将通常由透明材料制成从而允许传播给定光谱的光，所述透明材料例如 为玻璃或聚苯乙烯。其具体设计取决于其期望的应用。此外应当注意，要广义地理解术语 "检查"，其包括任何种类的光的操纵和/或光与在载体中或在载体处的某个实体的相互作 用。所述检查优选地可包括目标组分的定性或定量检测，所述目标组分包括标签粒子，其 中这些目标组分可以是例如生物学物质，如生物分子、配合物(complex)、细胞部分(cell fraction)或细胞。 该微电子传感器设备包括下列部件 a)光源，其用于发射经由入射窗进入到载体中的光束，所述光束在下文中称为"输 入光束"，其中所述入射窗是该载体的表面的特定(平面的或弯曲的)部分。该光源将通常 具有或多或少的明显的相干性，尽管应当注意该相干性可能非常小并且实际上是(不期望 的)副作用。该光源例如可以是激光二极管或者LED(发光二极管)，其可选地设有用于使 该输入光束成形并引导该输入光束的某些光学器件，特别是用于准直该输入光束的装置。 b)调制器，其用于对该光源进行调制，使得该光源与来自该载体的入射窗或者 光路中其他部件(特别是该载体的部件)的该输入光束的反射的光学干涉减少(优选 地被最小化或者完全消除)。该调制器可以按照例如激光器设计领域的技术人员已知 的许多不同方式来实现。例如其可包括用于供应激光器电流的电子电路，所述激光器电 流即为用于驱动激光器泵浦的电流，所述激光器泵浦在激光介质中产生激发态的过布居 (overpopulation)。 本专利技术还涉及一种用于在载体处进行光学检查的方法，该方法包括 a)利用光源发射经由入射窗进入到该载体中的输入光束。 b)利用调制器对该光源进行调制，使得(或多或少相干的)光源与来自该入射窗 或其他部件的该输入光束的反射的光学干涉减少。 所描述的微电子传感器设备和方法的优点是提供输入光束，该输入光束具有来自 例如该载体的入射窗或其他部件的反射的较小反馈。随着该反馈的减少，该反馈的变化也 减少，其中该反馈的变化可以例如由于光学部件在热膨胀下尺寸的轻微变化而发生。 通过反复试验即通过测试该调制器的不同设置并观察所得到的光学干涉可以发 现适当的调制操作参数。在本专利技术的优选实施例中，调制是经先验设计的，只要其包括输入 光束的脉冲发射，即该输入光束由在时间上被暂停间隔开的一系列脉冲组成。这些脉冲可 能彼此都不同，或者优选的是，所有脉冲都(近似)具有相同的形状。 在上述情况下，该光源的发射脉冲可以可选地形成尺寸，使得这些发射脉冲在光 源中不与在例如载体的入射窗或其他部件处反射的该光源的在前脉冲重合(coincide)。因 此，在例如入射窗处反射的脉冲将不具有干涉的任何可能性。 尽管上述方法是一种将干涉减少到绝对最小值零的方式，但是由于光源和脉冲的 反射位置之间的距离太短并且结合最小可能的脉冲持续时间，该结果在许多情况下可能很 难实现。因此在另一种对激光光源的输入光束进行调制的方法中，将这些脉冲设计成当前 发射的脉冲的(例如第一)弛豫最小值在该激光光源中(或者更精确地说，在其内部激光 腔中)与在该载体的入射窗或另一个部件处反射的在前脉冲的(例如第一)弛豫最大值重 合。当该激光光源在脉冲模式下工作时，由于该领域技术人员公知的弛豫振荡，该激光的输 出在该激光脉冲开始时表现出强度波动。如果激光脉冲的定时使外部反射的脉冲数(N-l) 的第一弛豫振荡最大值与当前发射的脉冲数N的第一弛豫最小值重合，那么由于在该时刻 该激光设备中载流子的耗尽，该激光对此光学反馈相当不敏感。 对于许多实际应用来说，已经发现，所提及的输入光束的脉冲以范围在大约 100MHz和1GHz之间的重复频率而周期性地重复是适当的。另外或者可替换地，优选的是， 脉冲具有范围在1%和80%之间的占空比(其中该百分比表明该脉冲是"导通(on)"的时 间段与暂停或"断开(off)"时间之比的分数)。应当注意，如果通过例如仅激发激光的第 一弛豫振荡来生成极短的光学脉冲，那么这需要脉冲宽度在纳秒区域的电学寻址方案，而 不管调制频率如何。对于具有小于10MHz的频率的调制来说，1纳秒脉冲宽度则意味着占空 比低于1%。 在前述实施例中，通过使脉冲在时域中分开来设法防止这些脉冲彼此相互作用 (这与激光动力学有关)，从而防止RIN(激光噪声)或者至少设法使其保持尽可能低。在本 专利技术的另一个实施例中，对驱动激光光源的激光器电流进行调制，用以将边模(sidemode) 引入到输入光束内并使其不那么相干。因此能够防止该激光器内部的任何相长/相消干涉 效应，这可以取决于外腔长度(这更确切地是光学效应)。 可以将所描述的微电子传感器设备应用在各种设置和装置中。在具体实例中，该 载体包括接触表面，输入光束在该接触表面处被全内反射成为输出光束。为此，该接触表面 必须包括在例如玻璃和水的两种介质之间的界面，如果入射光束以适当角度(大于全内反 射(TIR)的相关临界角)击中在该界面，那么能够在该界面处发生TIR。这样的设置经常用于检查在TIR界面处的样品的小体积，其由非传播的倏逝波来探测，该倏逝波指数地衰减到具有较低折射率的介质(例如水)中。然后，在研究区域中存在的目标组分能够散射或吸收该倏逝波的光，因此该倏逝波的光将不存在于反射光束中，所述目标组分为例如原子、离子、(生物)分子、细胞、病毒，或者部分细胞或病毒、组织提取物等。在"受抑全内反射"(FTIR)的这种情况中，该传感器设备的输出光束将由输入光束的反射光组成，其中由于倏逝波的散射而损失的少量光包含与接触表面处的目标组分有关的期望信息。 在前述实施例的进一步发展中，提供光检测器，其用于确定输出光束中的光的量(例如表示为在束的横截面中的强度)。该检测器可包括任何合适的传感器或多个传感器，通过传感器能够检测给定光谱的光，所述传感器例如为光电二极管、光敏电阻器、光电池、CCD芯片或光电倍增管。 在本专利技术的另一个实施例中，该微电子传感器设备包括致动器，其用于操纵邻近 载体的样品室中的目标粒子。这些目标粒子具体地可以是磁性粒子，其能够被磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在载体（１１）处进行光学检查的微电子传感器设备，该微电子传感器设备包括：ａ）光源（２１），其用于发射经由入射窗（１４）进入到所述载体（１１）中的输入光束（Ｌ１）；ｂ）调制器（２２），其用于对所述光源（２１）进行调制，使得该光源（２１）与来自所述入射窗（１４）或者其他部件的所述输入光束（Ｌ１）的反射（Ｌ１′）的光学干涉减少。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DM布鲁尔斯，JJHB施莱彭，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]