CN114729867A - 用于检测对象的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测对象的装置(1)，包括光学干涉仪(2)，该光学干涉仪被配置为接收来自光源(3)的电磁辐射，并向检测器(4)发射电磁辐射。光学干涉仪(2)耦合到环境,并且被进一步被配置为通过以下方式来对环境中的侵入到光学干涉仪(2)的相互作用体积(5)中的对象(10)作出响应：基于相互作用体积(5)中的对象(10)的特性改变发射到检测器(4)的电磁辐射的强度。信号处理器被配置为基于发射到检测器(4)的电磁辐射的强度产生输出信号。

Description

用于检测对象的装置和方法

本公开涉及一种用于检测对象的装置和一种用于检测对象的方法。具体地，本公开采用具有相互作用体积的光学干涉仪。

大多数低成本的现有技术的光学粒子检测器依赖于检测来自位于采样体积中的对象或粒子散射的光。这样的粒子检测器通常采用光源，例如激光,以用于照亮采样体积中的对象或粒子，并且采用光电检测器，该光电检测器相对于由光源与采样区域之间的路径限定的光轴以特定散射角度布置。因此，光电检测器被配置为以所述散射角度检测从采样体积中的对象或粒子散射的光量。产生的信号与采样体积内的粒子数浓度成正比，并包含有关粒子尺寸的信息。

现有技术的粒子检测器具有许多缺点。首先，因为光电检测器仅被配置为以单个特定散射角度测量2e散射光，因此大多数散射光丢失并且对信号没有贡献。此外，在典型的散射中，大部分光在向前方向上散射，即进一步沿着光轴，并且通常不能与入射光束区分。另外，被粒子吸收的光也丢失并且对信号没有贡献。

此外，对于实际粒子检测，必须已知或假设采样区域中的每种粒子的折射率。此外，常规粒子检测器需要大约200-300nm量级的最小粒子尺寸，这大于这种检测器感兴趣的许多类型的粒子，例如直径约为20nm至100nm因此不能够被常规检测器检测的烟灰粒子。

要解决的一个目的是提供一种用于检测对象和/或粒子的装置和一种用于检测这种对象和/或粒子的方法的改进构思。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。改进构思的实施例和改进方案是从属权利要求的主题。

改进的构思基于这样的思想，即将要检测的对象或粒子引入到光学干涉仪的相互作用体积中，并且随后检测由光学干涉仪的有效路径长度的变化和光的消光引起的干涉信号的变化。由于光学干涉仪中的有效路径长度的这种变化能够以极大的灵敏度被检测到，因此即使是像纳米粒子一样小的对象也能够使用根据改进的构思的装置潜在地被检测到。具体来说，改进的构思能够应用于自由空间以及基于波导的干涉仪。

根据改进构思的用于检测对象的装置包括光学干涉仪，该光学干涉仪被配置为接收来自光源的电磁辐射并向检测器发射电磁辐射。其中，光学干涉仪耦合到环境，并且被进一步配置为通过以下方式来对环境中的侵入到光学干涉仪的相互作用体积中的对象作出响应：基于相互作用体积中对象的特性改变发射到检测器的电磁辐射的强度。该装置还包括信号处理器，该信号处理器被配置为基于发射到检测器的电磁辐射的强度产生输出信号。

例如，电磁辐射是来自光源的提供给光学干涉仪的光。例如，光源包括在装置中。可替代地，光源是外部光源。电磁辐射能够是单色的，例如激光束，或者是宽带的，例如来自LED的光。

与光源类似，检测器能够包括在装置中，也能够是外部检测器。根据所采用的光学干涉仪的类型，检测器能够是单个检测器或具有多个检测器通道的检测器阵列，例如平衡检测器。对于单色光源，检测器能够是诸如光电二极管的光电检测器。对于宽带电磁辐射，检测器能够是分光计。

光学干涉仪用于向检测器发射电磁辐射，电磁辐射的强度取决于侵入到干涉仪的相互作用体积中的对象的特性。相互作用体积是干涉仪的一部分，在此处，对象能够与耦合到干涉仪中的电磁辐射相互作用。例如，发射到检测器的强度偏离标准强度，例如如果对象位于相互作用体积中或穿过相互作用体积，则预定强度可以为零，而在没有对象存在于相互作用体积或穿过相互作用体积的情况下，标准强度被发射到检测器。对象的特性能够是对象的数量和/或尺寸。换言之，相互作用体积的有效路径长度能够取决于侵入到相互作用体积中的对象的数量和/或尺寸。

信号处理器例如包括评估电路，该评估电路被配置为基于由检测器基于检测到的发射到检测器的电磁辐射的强度产生的信号来产生输出信号。例如，能够将输出信号提供给另外的处理器，用于生成指示相互作用体积中的对象的存在和/或对象的特性的测量的输出值。该另外的处理器能够包括在该装置中或者是外部处理器。

在一些实施例中，该装置还包括用于产生通过相互作用体积的流体流的仪器。

这些实施例中的装置还具有用于有意将对象朝向并通过相互作用体积引导的仪器。例如，泵或风扇结构产生从仪器引向相互作用体积的流体流。可选地，该仪器还包括粒子转移单元，用于将特定种类的对象朝向相互作用体积引导。此外，对于明确限定的流，仪器能够包括喷嘴，用于以明确限定的方式(例如，以恒定的速度)将对象从仪器朝向相互作用体积喷射。例如，通过层流，能够避免相互作用体积中的湍流。

在一些实施例中，光学干涉仪还被配置为如果相互作用体积不含对象，则在预定的操作点操作。

干涉仪的操作点能够设置成使得在相互作用体积中不存在对象的情况下，从干涉仪向检测器发射预定强度的电磁辐射。为此，能够例如通过相对于光源的波长调整腔长度来调谐干涉仪，使得实现特定的操作点。例如，通过实现干涉仪的相消干涉，能够设置操作点，使得如果在相互作用体积中不存在对象，则向检测器发射最小、接近最小或零强度。可替代地，通过实现干涉仪的相长干涉，能够设置所述操作点，使得如果在相互作用体积中不存在对象的情况下，则向检测器发射最大或接近最大强度。

例如，具有以透射方式布置的检测器的法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Pérotinterferometer)的相消干涉条件由下式给出：2*n*d＝(m+1/2)*lambda，而对于以反射方式布置的检测器由下式给出：2*n*d＝m*lambda。其中，n是腔中介质的折射率，d是镜之间的距离，lambda表示电磁辐射的波长，m是正整数。

由于干涉仪的操作点通常取决于干涉仪的腔中介质的折射率，温度、绝对压力和/或周围气体的微小变化能够显著影响操作点。

为了补偿这种漂移，能够采用诸如可调谐或宽带光源的对策来将电磁辐射提供给干涉仪。对于宽带辐射，分光计能够用作检测器，例如，通过使用在每个单个光电二极管的顶部带有薄膜波长选择滤波器的光电二极管阵列来实现。因此，干涉仪的透射或反射能够用这种分光计作为波长的函数进行监测。其他解决方案包括分光计的标准实现，例如通过使用衍射光栅或棱镜。可替代地，能够执行没有固定操作点的差分测量。

在一些实施例中，干涉仪是以下类型的干涉仪之一：马赫-曾德干涉仪、迈克尔逊干涉仪、萨尼亚克干涉仪、特外曼–格林干涉仪和法布里-珀罗干涉仪。干涉仪能够是基于法布里-珀罗的干涉仪，其包括彼此面对并因此形成腔的两个镜。镜能够是平面平行、同心聚焦、半球形、凹面和凸面的任意组合。腔镜能够由用于光学的任何标准材料制成，例如熔融石英或CaF₂。此外，镜能够包括薄膜涂层，例如，金或银涂层，用于调谐镜的反射率。例如，每个镜子的反射率能够为30％至99％以上。腔镜的尺寸能够为约300×300μm²到500×500μm²，因此例如在相互作用体积(即镜之间的腔体积)中具有相对高的粒子横截面与光束横截面的比率。在这些情况下的腔长度能够相应地在0.3mm至几十毫米的量级。

对于在反射模式下操作的法布里-珀罗型干涉仪，干涉仪还能够包括分束元件，例如薄膜分束器或反射和透射比为约50/50的棱镜。

替代解决方案是包括多个臂的干涉仪，例如迈克尔逊干涉仪和马赫-曾德干涉仪。在这些干涉仪类型中，相互作用体积能够位于臂之一中。干涉设置的实现类似于法布里-珀罗型干涉仪。

在一些实施例中，相互作用体积是干涉仪的自由空间体积。

例如，在法布里-珀罗、迈克尔逊或马赫-曾德型自由空间干涉仪中，电磁辐射的传播至少部分发生在自由空间中，即通过气体或通过真空体积。例如，相互作用体积位于法布里-珀罗型干涉仪的自由空间腔中，或者位于迈克尔逊或马赫-曾德型干涉仪的臂之一中的自由空间路径中。

侵入到自由空间相互作用体积中的对象或粒子由于其折射率不同于相互作用体积中的介质的折射率而改变有效光学路径长度，或通过吸收电磁辐射改变干涉仪的操作点。因此，由于干涉仪的不同的透射和/或反射，能够检测粒子的存在。

在一些实施例中，相互作用体积是干涉仪的波导结构的倏逝场区域。

在这些实施例中，干涉仪能够是上述类型之一，并且包括介电波导结构，在该结构中电磁辐射通过全内反射传播。为此，采用折射率比周围材料高的波导芯。对于这种波导结构，芯界面处和外部的电磁场不会消失，而是在周围材料中作为倏逝场呈指数衰减。通过改变芯的尺寸，从而改变芯内外电磁场的比率，从而能够调谐芯周围的倏逝场强度。波导结构的横截面中的芯尺寸能够是电磁辐射的波长的量级，例如，几百纳米的量级。

进入倏逝场区域的对象与电磁场相互作用，例如通过散射和/或吸收过程影响波导结构的透射。而且，对象的折射率不同于波导结构周围介质的折射率，会引起相位变化，因此在这种情况下，也会改变电磁辐射通过波导的有效路径长度。

在一些实施例中，光学干涉仪以透射或反射方式操作。

取决于应用和/或装置中采用的干涉仪的类型，检测器能够被设置用于透射测量或反射测量。例如，对于法布里-珀罗型干涉仪，在透射过程中，能够将操作点设置为低水平透射，但接近最大透射。换句话说，操作点能够在干涉仪的透射函数(例如艾里分布函数)的侧面附近。如果对反射功率进行监测，则操作点能够设置为透射函数的最大值。对于某些类型的干涉仪来说，监测反射功率可能是优选的，因为检测器处的地平面信号能够在任意低的反射下实现，而最大归一化透射原则上能够达到统一，而不管其精细度如何。

在一些实施例中，光学干涉仪被配置为响应最小直径为约10nm的对象。

由于光学干涉仪的高灵敏度，使用根据改进构思的装置能够检测小至10nm的纳米粒子。例如，这比使用基于光散射的常规粒子检测器所能实现的要小一个量级。因此，能够采用根据改进构思的装置来检测诸如人为和生物气溶胶粒子的对象，例如烟灰、细尘、盐和花粉粒子。

在一些实施例中，发射到检测器的电磁辐射的强度是侵入到相互作用体积中的对象的尺寸和/或折射率的函数。

干涉仪能够设计成使得发射强度例如与对象的折射率和/或尺寸成正比或成反比。例如，这能够通过提供具有相互作用体积的干涉仪来实现，该相互作用体积的特征是其中介质的折射率与侵入到相互作用体积中的对象的折射率显著不同。例如，相互作用体积是空腔或充满空气的腔。

在一些实施例中，根据改进构思的装置还包括平行于或基本上平行于相互作用体积定向的另外的相互作用体积，以及以取决于对象尺寸的速度发射对象的粒子源。从粒子源发射的对象侵入到相互作用体积中和另外的相互作用体积中。

如上所述，检测器处的信号能够是粒子尺寸和折射率的函数。如果对象的尺寸已知，则检测器处的信号能够用于计算粒子的折射率，反之亦然。

在一些另外的实施例中，另外的相互作用体积包括由另外的光学干涉仪构成，该另外的光学干涉仪耦合到环境，并且被配置为通过以下方式来对环境中的侵入到另外的相互作用体积中的对象作出响应：基于另外的相互作用体积中的对象的特性改变由另外的光学干涉仪发射到另外的检测器的电磁辐射的强度。

该目的还通过特别设计为集成设备的粒子检测器来解决，该检测器包括根据上述实施例之一的用于检测对象的装置。

为了相对于振动具有最大的稳定性并具有尽可能小的传感器，例如：对于可移动应用，传感器能够如下实现：粒子检测器设备能够包括衬底、光电检测器、衬底上、衬底上方或衬底内的电介质、电磁辐射源和衬底中的穿衬底通孔。穿衬底通孔暴露于环境，尤其是暴露于环境空气。波导布置在电介质中、上方或内部，使得由电磁辐射源发射的电磁辐射被耦合到波导的一部分中。波导的另一部分与光电检测器相对，使得波导的所述部分位于穿衬底通孔的不同侧。通过使通孔也延伸穿过波导来形成光学腔。能够将诸如金的材料溅射到由波导和通孔形成的光学腔的表面上，以增加反射率。

如果用于反射，则系统需要在波导中集成分束器。分束器必须位于辐射源之后和光学腔之前。腔能够被蚀刻到光纤中，类似于衬底中的通孔。在光纤中，存在诸如分束器和耦合光源以及检测器的标准元件，它们例如可用于电通信中。此外，腔能够由必须以稳定方式固定的离散元件形成。

该目的还通过一种用于检测对象的方法来解决。该方法包括将光学干涉仪耦合到环境，通过光学干涉仪接收来自光源的电磁辐射，以及通过光学干涉仪将电磁辐射发射到检测器。该方法还包括基于从环境中侵入到光学干涉仪中的相互作用体积中的对象的特性来改变发射到检测器的电磁辐射的强度。该方法还包括基于发射到检测器的电磁辐射的强度生成输出信号。

通过上述装置的实施例，本领域技术人员能够清楚地了解用于检测对象的方法的其他实施例。

下面将借助附图对改进的构思进行更详细的描述。在所有附图中，具有相同或相似功能的元件具有相同的附图标记。因此，在以下附图的描述中不必重复描述。

图1和2示出了根据改进构思的用于检测对象的装置的示例性实施例；

图3示出了用于检测对象的装置的另外的示例性实施例；

图4示出了在用于检测对象的装置的示例性实施例中采用的干涉仪的各种腔配置；

图5至图9示出了用于检测对象的装置的另外的示例性实施例；

图10示出了用于检测对象的装置的示例性实施例的工作原理，该装置包括基于波导的干涉仪；以及

图11示出了根据改进构思的装置中采用的干涉仪的操作点的合适选择。

图1示出了根据改进构思的用于检测对象的装置1的示例性实施例。在该实施例中，装置1包括法布里-珀罗型干涉仪2，该干涉仪具有两个镜2a、2b，它们形成包围自由空间相互作用体积5的法布里-珀罗腔。镜2a、2b因此是光学腔镜并且能够由用于光学的任何标准材料制成，例如熔融石英或CaF2。可选地，镜2a、2b能够包括用于调谐反射率的薄膜涂层，例如金或银涂层。

装置1还包括光源3(例如是诸如激光光源的单色光源)以及检测器4。例如，光源3为VCSEL、NdYAG、HeNe激光器、二极管激光器、分布反馈激光器。可替代地，光源3能够是LED。在替代实施例中，光源3能够是宽带光源。例如，检测器能够实现为光电二极管或单光子雪崩二极管。

光源3向干涉仪2的第一镜2a发射电磁辐射，例如可见光。镜2a、2b的特征在于反射率小于1。换句话说，镜2a、2b透射一定量的电磁辐射。例如，镜2a、2b的反射率为30％至99％以上。镜2a、2b的反射率能够彼此相同或不同。因此，电磁辐射耦合到腔中并在干涉仪2的镜2a、2b之间循环。检测器4布置在第二镜2b后面，并且配置为检测从干涉仪2通过第二镜2b发射的电磁辐射。因此，所示实施例的特征在于以透射方式操作的光学干涉仪2。

干涉仪2被对齐，使得在相互作用体积5中不存在对象的情况下，腔内的电磁辐射相消地相互作用，使得没有或几乎没有电磁辐射通过第二镜2b向外耦合检测器4。这也通常被称为干涉仪2的暗场配置。

该实施例的特征还在于用于产生通过相互作用体积5的流体流的仪器6。例如，仪器6使用泵和/或喷嘴产生对象10的气流，使得对象10穿过相互作用体积5。在附图中，气流被引导进入或离开附图的平面。流体流能够有助于有意地将想要的对象10引向相互作用体积5以提高装置1的效率。此外，在一些实施例中，取决于干涉仪类型和读出方案，与静止对象10的灵敏度相比，对移动对象10的灵敏度能够较大。

装置1还包括信号处理器，用于基于由检测器4检测到的信号产生输出信号。为了说明的目的，信号处理器未在图中示出。

图2示出了图1所示的装置1的示例性实施例，其中对象10在相互作用体积5内，即在干涉仪2的腔内。例如，对象10通过由仪器6产生的气流引入。对象10以多种方式影响干涉仪2的操作。首先，腔内的光由于散射和/或吸收效应而损失，从而扰乱了相消干涉的平衡。其次，由于对象10的折射率基本上不同于腔中的介质(例如空气)的折射率，有效光学路径长度会改变，即增加，从而改变干涉仪2的操作点。

结果，从干涉仪2朝向检测器4发射的强度改变，例如，增加。检测器4处的信号与空腔的信号不同，因此指示对象10的存在。很明显，对象10的数量越多和/或对象10的尺寸越大，干扰越大，因此检测器4处的信号越大。换句话说，该装置的该实施例中，检测器4处的信号是例如与对象的尺寸和/或数量成比例的函数。

图3示出了基于图1中所示的装置1的另外的示例性实施例。与后者相比，在该实施例中，干涉仪2以反射的方式操作。换句话说，检测器4与光源3布置在法布里-珀罗腔的同一侧。为了区分输入和输出辐射，采用分束器2c，使得检测器4不会检测到输入辐射。例如，分束器是薄膜分束器或具有例如50-50反射和透射的棱镜。

与图1和图2中所示的实施例相比，本实施例中的优选的暗场配置意味着干涉仪2的腔被对准，使得在空腔的情况下，即在相互作用体积5中没有对象10的情况下，第二镜2b处的透射最大。这样，没有或基本上没有辐射经由第一镜2a离开腔并到达检测器4。除此之外，该实施例的工作原理类似于先前图中所示的工作原理。

图4示出了在根据改进构思的装置1中采用的法布里-珀罗型干涉仪2的各种腔配置。如图从上到下所示，腔镜2a、2b能够选择为平面平行的、同心的、球形的、诸如凹凸的或共焦的不同类型。典型的腔参数包括腔镜2a、2b的腔长L和曲率半径R。根据选择，能够在腔内的不同位置实现不同的光束废料(waste)，如图所示。例如，小光束废料适合于使干涉仪2对直径为几十纳米的极小对象(例如烟灰粒子)敏感。

图5示出了根据改进构思的装置1的另外的示例性实施例。在该实施例中，装置1包括迈克尔逊型干涉仪2，该干涉仪包括分束器2c和形成两个干涉仪臂的端部镜2a、2b。相互作用体积5位于臂之一(感测臂SA)中，而另外的臂(参考臂RA)在任何时候都没有任何对象10。同样在该实施例中，检测器4相对于分束器2c布置成使得没有直接来自光源3的辐射被检测到。

在迈克尔逊型干涉仪中，能够调谐镜2a、2b与分束器2c的距离，以实现干涉仪2的某个操作点。例如，调谐距离，使得相消干涉发生在分束器2c的位置处，因此在这种情况下也实现暗场配置，其中在没有对象10位于或穿过相互作用体积5的情况下，没有或基本上没有辐射到达检测器4。类似于图1至图3的实施例，该实施例的特征还在于用于产生通过相互作用体积5的流体流的仪器6。

图6示出了根据改进构思的装置1的另外的示例性实施例。在该实施例中，装置1包括马赫-曾德型干涉仪2，该干涉仪包括两个分束器2c、2d。马赫-曾德干涉仪2还包括在参考臂RA中的移相元件2e，用于移相以实现特定操作点。该实施例的特征还在于两个检测器4，其分别布置在第二分束器2d的输出侧之一处。然而，检测器4中的任一个都足以使装置1有效操作。

类似于前面附图中所示的迈克尔逊干涉仪，相互作用体积5位于感测臂SA中。同样在这种情况下，该装置一能够具有如前所述的用于产生通过相互作用体积5的流体流的仪器6。

图7示出了用于检测对象的装置1的另外的示例性实施例。在该实施例中，装置1包括粒子源7，该粒子源被配置为以取决于对象10的尺寸的速度发射对象10。例如，这通过粒子源7的输出端上的喷嘴来实现。例如，前述仪器6能够是喷嘴。

装置1还包括基本上平行于干涉仪2的相互作用体积5定向的另外的相互作用体积5a。其中，干涉仪2能够是任何干涉仪类型，例如在前面的附图中所描述的那些。另外的相互作用体积5a例如是由彼此相对布置的另外的光源3a和另外的检测器4a实现的光屏障。

粒子源7被配置为发射对象10，使得对象10穿过相互作用体积5和另外的相互作用体积5a两者。相互作用体积5、5a相对于粒子源7的布置顺序能够任意选择。

由于离开喷嘴后的粒子的最终速度是空气动力学粒子尺寸的函数，因此每个对象10穿过相互作用体积5与穿过相互作用体积5a之间的测量时间差给出了粒子尺寸的信息。此外，如前所述，检测器4处的信号是对象尺寸和对象10的折射率的函数。因此，如果对象尺寸被确定，例如通过时间差，则检测器4处的信号能够用于计算对象10的折射率。因此，使用所示的装置1，能够通过尺寸和折射率来区分不同的粒子类别，例如煤烟、灰尘、盐或花粉。

在未示出的替代实施例中，另外的相互作用体积5a能够在另外的干涉仪内部实现。这能够进一步提高对象检测机制的灵敏度。

图8示出了包括基于波导的干涉仪2的装置1的示例性实施例。干涉仪2是马赫-曾德型干涉仪。然而，所有干涉仪类型都是可行的。同样在这种情况下，干涉仪2包括两个臂，感测臂SA和参考臂RA，以及两个分束器2c、2d。例如，分束器是波导分束器或定向耦合器，例如具有50-50的反射和透射。干涉仪2还包括参考臂RA中的移相元件2e，用于移相以便将系统调谐到某个操作点。

感测臂SA具有相互作用体积5，例如由横截面尺寸在电磁辐射波长量级(例如在1μm的量级)的无包覆的波导芯实现。引导光通过这种波导意味着大量的光作为倏逝场传播，即在波导外。此外，对于基于波导的干涉仪，能够采用仪器6将对象10朝向相互作用体积5引导。

位于该倏逝区域(即相互作用体积5)内的对象10通过散射和/或吸收过程改变透射的光量。此外，由于折射率的局部变化，在这种情况下，有效光学路径长度也会改变，从而导致两个干涉仪臂之间的路径长度差。由于这些影响，在没有对象10位于相互作用体积5内的情况下，检测器4处的信号会从操作点发生变化。

图9示出了装置1的另外的示例性实施例的三维示意图。在该实施例中，类似于图1和图2所示的自由空间腔通过两个波导之间的间隙形成。其中的腔镜2a、2b由波导的端面形成。第一波导将来自光源3的光朝向第一镜2a引导，即朝向腔引导，而第二波导将来自第二镜2b的光，即来自腔的光朝向检测器4引导。仪器6相对于相互作用体积5来布置，使得对象10被引导朝向和/或通过相互作用体积5。

图10说明了波导周围的近场，并示出了横截面中的电磁场强度。如果对象10位于波导的倏逝区域中，例如，如果对象10被吸附，则在对象10的位置处的倏逝场受到干扰，导致上述效果。特别地，z方向的透射受到影响。

图11示出了法布里-珀罗型干涉仪针对镜2a、2b的不同反射率(在图中以百分比数字表示)的示例性透射函数。在图中，标绘了归一化透射强度与相位角α的关系。对于处于透射的检测器配置，对于98％的镜反射率，暗场配置的合适操作点在图中表示为T。透射操作点T被设置为低水平透射但接近最大透射。换言之，操作点选择在法布里-珀罗腔的透射函数的侧面附近。

相反，对于处于反射的检测器配置，反射操作点R优选地选择为独立于镜反射率的最大透射点。在这两种情况下，即使是很小的对象10的存在也会导致干涉仪的操作点发生显著变化，从而导致在检测器4处检测到的信号发生显著变化。

附图标记

1 装置

2 干涉仪

2a、2b 镜

2c、2d 分束器

2e 移相元件

3、3a 源

4、4a 检测器

5、5a 相互作用体积

6 仪器

7 粒子源

10 对象

R 反射操作点

T 透射操作点

RA 参考臂

SA 感测臂。

Claims (17)

1.一种用于检测对象(10)的装置(1)，包括

-光学干涉仪(2)，其被配置为：

-从光源(3)接收电磁辐射；并且

-向检测器(4)发射电磁辐射；其中

-所述光学干涉仪(2)耦合到环境，并且被进一步配置为通过以下方式来对环境中的侵入到光学干涉仪(2)的相互作用体积(5)中的对象(10)作出响应：基于相互作用体积(5)中的对象(10)的特性改变发射到所述检测器(4)的电磁辐射的强度；以及

-信号处理器，其被配置为基于发射到所述检测器(4)的电磁辐射的强度产生输出信号。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，还包括用于产生通过所述相互作用体积(5)的流体流的仪器(6)。

3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其中，所述光学干涉仪(2)还被配置为，在所述相互作用体积(5)没有对象(10)的情况下在预定的操作点操作。

4.根据权利要求1至3之一所述的装置(1)，其中，所述干涉仪(2)是以下类型的干涉仪之一：马赫-曾德干涉仪、迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪。

5.根据权利要求1至4之一所述的装置(1)，其中，所述相互作用体积(5)的有效路径长度取决于侵入到所述相互作用体积(5)中的对象(10)的数量和/或尺寸。

6.根据权利要求1至5之一所述的装置(1)，其中，所述相互作用体积(5)是所述干涉仪(2)的自由空间体积。

7.根据权利要求1至5之一所述的装置(1)，其中，所述相互作用体积(5)是所述干涉仪(2)的波导结构的倏逝场区域。

8.根据权利要求1至7之一所述的装置(1)，其中，所述光学干涉仪(2)以透射或反射方式操作。

9.根据权利要求1至8之一所述的装置(1)，其中，所述光学干涉仪(2)被配置为响应最小直径为约10nm的对象(10)。

10.根据权利要求1至9之一所述的装置(1)，其中

-所述电磁辐射是单色的；或者

-所述电磁辐射是宽带的，并且所述检测器(4)是分光计。

11.根据权利要求1至10之一所述的装置(1)，其中，发射到所述检测器(4)的电磁辐射的强度是侵入到所述相互作用体积(5)中的对象(10)的尺寸和/或折射率的函数。

12.根据权利要求1至11之一所述的装置(1)，还包括

-另外的相互作用体积(5a)，其基本上平行于所述相互作用体积(5)定向；以及

-粒子源(7)，其以取决于对象(10)的尺寸的速度发射对象(10)；其中

-从所述粒子源(3)发射的对象(10)侵入相互作用体积(5)和另外的相互作用体积(5a)。

13.根据权利要求12所述的装置(1)，其中，所述另外的相互作用体积(5a)由布置在所述另外的相互作用体积(5a)的相对侧上的另外的光源(3a)和另外的检测器(4a)之间的光屏障构成。

14.根据权利要求12所述的装置(1)，其中，所述另外的相互作用体积(5a)由另外的光学干涉仪构成，所述另外的光学干涉仪耦合到环境，并且被配置为通过以下方式来对环境中的侵入到所述另外的相互作用体积(5a)中的对象(10)作出响应：基于所述另外的相互作用体积(5a)中的对象(10)的特性改变由所述另外的光学干涉仪发射到另外的检测器(4a)的电磁辐射的强度。

15.根据权利要求12至14之一所述的装置(1)，其中，所述信号处理器还被配置为

-测量对象(10)穿过相互作用体积(5)和穿过相互作用体积(5a)之间的时间差；和

-根据所测量的时间差确定对象(10)的尺寸。

16.一种粒子检测器，特别是被设计为集成设备的粒子检测器，所述粒子检测器包括根据权利要求1至15之一所述的用于检测对象(10)的装置(1)。

17.一种用于检测对象(10)的方法，所述方法包括

-将光学干涉仪(2)耦合到环境；

-借助于所述光学干涉仪(2)接收来自光源(3)的电磁辐射；

-借助于所述光学干涉仪(2)向检测器(4)发射电磁辐射；

-基于从所述环境侵入到所述光学干涉仪(2)的相互作用体积(5)中的对象(10)的特性，改变发射到所述检测器(4)的电磁辐射的强度，以及

-基于发射到所述检测器(4)的电磁辐射的强度产生输出信号。

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