DE102011054512A1 - Method and apparatus for high-frequency analysis of liquid systems - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Führen von elektromagnetischer Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich in einer Flüssigkeit. Aufgrund der starken Absorption von wässrigen Lösungen werden biomolekulare Systeme bisher bevorzugt getrocknet, gepresst und in Pulverform mit Hilfe von THz-Strahlung charakterisiert, das heißt außerhalb ihrer natürlichen wässrigen Umgebung. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, die Propagationsstrecke von elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich in Flüssigkeiten, insbesondere in Wasser und wässrigen Lösungen, auszudehnen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Führen elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich in einer Flüssigkeit vorgeschlagen mit den Schritten: Erzeugen elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich, Bereitstellen der Flüssigkeit, Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Flüssigkeit und Anregen einer Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeit bzw. an deren Grenzflächen.The present invention relates to a method and a device for guiding electromagnetic radiation in the terahertz frequency range in a liquid. Due to the strong absorption of aqueous solutions, biomolecular systems have hitherto been preferably dried, pressed and characterized in powder form by means of THz radiation, ie outside their natural aqueous environment. It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device which make it possible to expand the propagation distance of electromagnetic radiation in the THz frequency range in liquids, in particular in water and aqueous solutions. To achieve this object, a method for guiding electromagnetic radiation in the THz frequency range in a liquid is proposed with the steps: generating electromagnetic radiation in the THz frequency range, providing the liquid, coupling the electromagnetic radiation into the liquid and exciting a surface polariton mode in the liquid or at their interfaces.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Führen von elektromagnetischer Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich in einer Flüssigkeit.The present invention relates to a method and a device for guiding electromagnetic radiation in the terahertz frequency range in a liquid.

Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Analyse einer Flüssigkeit mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich.The present invention furthermore relates to a method and a device for analyzing a liquid with the aid of electromagnetic radiation in the terahertz frequency range.

Der Terahertz-(THz)-Frequenzbereich oder Submillimeterwellenlängenbereich ist einer der letzten „dunklen” Bereiche des elektromagnetischen Spektrums. Erst langsam erschließen sich kommerzielle Anwendungsfelder für diesen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und dies obwohl der THz-Frequenzbereich gegenüber anderen Frequenzbändern des elektromagnetischen Spektrums intrinsische Vorteile aufweist:

  • – Viele optisch undurchsichtige Materialien sind im THz-Frequenzbereich transparent.
  • – THz-Strahlung ist nicht ionisierend und wird daher im biomedizinischen Bereich als sicher betrachtet.
  • – Bestimmte rotatorische, vibronische oder libratorische Molekülanregungen weisen eine Resonanzfrequenz im THz-Frequenzbereich auf.
  • – THz-Strahlung liefert wesentliche Informationen über Ladungsträgerdynamiken, insbesondere in solchen Strukturen, die eine essentielle Rolle in zukünftigen photonischen und elektronischen Komponenten spielen.
  • – THz-Strahlung zeigt eine geringere Streuung verglichen mit optischen Frequenzen und ist daher insbesondere zur Verwendung in industriellen Umgebungen, in denen es beispielsweise vermehrt zur Staubbildung kommt, geeignet.
  • – Betrachtet man Kommunikationssysteme, so ermöglichen höhere Frequenzen größere Übertragungsbandbreiten.
The terahertz (THz) frequency range or submillimeter wavelength range is one of the last "dark" regions of the electromagnetic spectrum. It is only slowly that commercial applications for this area of the electromagnetic spectrum are opening up, even though the THz frequency range has intrinsic advantages over other frequency bands in the electromagnetic spectrum:
  • - Many optically opaque materials are transparent in the THz frequency range.
  • - THz radiation is non-ionizing and therefore considered safe in the biomedical field.
  • - Certain rotatory, vibronic or libratory molecular excitations have a resonance frequency in the THz frequency range.
  • THz radiation provides substantial information about charge carrier dynamics, especially in those structures that play an essential role in future photonic and electronic components.
  • THz radiation exhibits less scattering compared to optical frequencies and is therefore particularly suitable for use in industrial environments in which, for example, more dust is generated.
  • - Looking at communication systems, higher frequencies allow greater transmission bandwidths.

THz-Strahlung eignet sich grundsätzlich insbesondere für analytische Untersuchungen an biomolekularen Systemen. Dabei hat sich jedoch herausgestellt, dass es nahezu unmöglich ist, diese biomolekularen Systeme in ihrer natürlichen, das heißt wässrigen, Umgebung mit Hilfe von THz-Strahlung zu analysieren. Diese Einschränkung ist darauf zurückzuführen, dass Wasser für THz-Strahlung sehr hohe Absorptionskoeffizienten aufweist, so dass dieser Bereich des elektromagnetischen Spektrums in Wasser und wässrigen Lösungen bereits nach wenigen hundert Mikrometern vollständig absorbiert ist. Eine Erfassung der Wechselwirkung der THz-Strahlung mit den biomolekularen Systemen nach einer geeigneten Wechselwirkungsstrecke ist somit schon deshalb nicht möglich, weil auf dieser Strecke die wässrige Lösung die THz-Strahlung vollständig absorbiert.THz radiation is basically suitable in particular for analytical investigations on biomolecular systems. However, it has been found that it is almost impossible to analyze these biomolecular systems in their natural, ie aqueous, environment using THz radiation. This limitation is due to the fact that water has very high absorption coefficients for THz radiation, so that this region of the electromagnetic spectrum is completely absorbed in water and aqueous solutions after only a few hundred micrometers. A detection of the interaction of the THz radiation with the biomolecular systems after a suitable interaction path is therefore not possible, because on this route, the aqueous solution completely absorbs the THz radiation.

Daher werden bisher biomolekulare Systeme bevorzugt getrocknet, gepresst und in Pulverform mit Hilfe von THz-Strahlung charakterisiert, das heißt außerhalb ihrer natürlichen wässrigen Umgebung.Therefore, biomolecular systems have hitherto been preferably dried, pressed and characterized in powder form by means of THz radiation, ie outside their natural aqueous environment.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, die Propagationsstrecke von elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich in Flüssigkeiten, insbesondere in Wasser und wässrigen Lösungen, auszudehnen. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Flüssigkeiten und Substanzen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Analyse biomolekularer Systeme in wässriger Umgebung, mit Hilfe von THz-Strahlung bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device which make it possible to expand the propagation distance of electromagnetic radiation in the THz frequency range in liquids, in particular in water and aqueous solutions. In addition, it is the object of the invention to provide a method and a device for the analysis of liquids and substances in liquids, in particular for the analysis of biomolecular systems in an aqueous environment, with the aid of THz radiation.

Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zum Führen elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich in einer Flüssigkeit gelöst mit den Schritten: Erzeugen elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich, Bereitstellen der Flüssigkeit, Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Flüssigkeit und Anregen einer Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeit bzw. an deren Grenzflächen.At least one of these objects is achieved by a method for guiding electromagnetic radiation in the THz frequency range in a liquid, comprising the steps of generating electromagnetic radiation in the THz frequency range, providing the fluid, coupling the electromagnetic radiation into the fluid and exciting a surface polariton. Mode in the liquid or at their interfaces.

Zumindest eine dieser Aufgaben wird auch durch ein Verfahren zur Analyse einer Flüssigkeit gelöst, das die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich, Bereitstellen der Flüssigkeit, Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Flüssigkeit, Anregen einer Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeit bzw. an deren Grenzflächen und Erfassen der in die zu analysierende Flüssigkeit eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung.At least one of these objects is also achieved by a method for analyzing a liquid, comprising the steps of: generating electromagnetic radiation in the THz frequency range, providing the liquid, coupling the electromagnetic radiation into the liquid, exciting a surface polariton mode in the Liquid or at their interfaces and detecting the coupled into the liquid to be analyzed electromagnetic radiation.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird von der Flüssigkeit als „zu analysierende Flüssigkeit” gesprochen, wenn es sich um ein Verfahren zur Analyse einer Flüssigkeit handelt.For the purposes of the present application, the liquid is referred to as "liquid to be analyzed", if it is a method for analyzing a liquid.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung erstreckt sich der THz-Frequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums in einem Bereich von etwa 10 GHz bis etwa 10 THz.For the purposes of the present application, the THz frequency range of the electromagnetic spectrum extends in a range from about 10 GHz to about 10 THz.

Es hat sich gezeigt, dass die Anregung einer, insbesondere gekoppelten, Oberflächen-Polariton-Mode an den Grenzflächen einer die THz-Strahlung stark absorbierenden Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, die Propagationsstrecke der THz-Strahlung erheblich verlängert, ohne dass die Strahlung dabei vollständig von der Flüssigkeit absorbiert würde. Das bedeutet insbesondere, dass die Wechselwirkungslänge der THz-Strahlung mit einer zu analysierenden Flüssigkeit und vorzugsweise mit in der Flüssigkeit befindlichen Substanzen erheblich ausgedehnt werden kann.It has been found that the excitation of a, in particular coupled, surface polariton mode at the interfaces of a THz radiation strongly absorbing liquid, such as water, the propagation distance of the THz radiation considerably extended without the radiation thereby completely from the Liquid would be absorbed. This means in particular that the interaction length of the THz radiation with a to be analyzed Liquid and preferably with substances in the liquid can be considerably expanded.

Das Anregen einer gekoppelten Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeit gelingt in einer Ausführungsform dann, wenn die Flüssigkeit zwei Grenzflächen mit dielektrischem, für die THz-Strahlung transparenten Material bildet, wobei die Flüssigkeit für die THz-Strahlung eine größere Absorption aufweist als das dielektrische Material. Dabei gilt, je größer die Absorption der Flüssigkeit verglichen mit dem dielektrischen Material ist, desto besser ist die Propagation der THz-Strahlung mit Hilfe der Oberflächen-Polariton-Mode.In one embodiment, exciting a coupled surface polariton mode in the liquid succeeds when the liquid forms two interfaces with dielectric material transparent to the THz radiation, the THz radiation liquid having a greater absorption than the dielectric Material. In this case, the greater the absorption of the liquid compared with the dielectric material, the better the propagation of the THz radiation by means of the surface polariton mode.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Flüssigkeit in Form einer Schicht bereitgestellt, deren Dicke kleiner ist als die Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung im THz-Frequenzbereich.In one embodiment of the method according to the invention, the liquid is provided in the form of a layer whose thickness is smaller than the wavelength of the electromagnetic radiation used in the THz frequency range.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Flüssigkeit in Form einer Schicht bereitgestellt, deren Dicke kleiner ist als das 1,5-fache der Skin-Tiefe für mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung in der zu verwendenden Flüssigkeit, deren Dicke vorzugsweise kleiner ist als das 1,25-fache der Skin-Tiefe für mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung in der zu verwendenden Flüssigkeit und deren Dicke besonders bevorzugt kleiner ist als die Skin-Tiefe für mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung in der zu verwendenden Flüssigkeit.In another embodiment, the liquid is provided in the form of a layer whose thickness is less than 1.5 times the skin depth for at least one of the wavelengths of the electromagnetic radiation generated by the radiation source in the liquid to be used, the thickness of which is preferably smaller is more preferably 1.25 times the skin depth for at least one of the wavelengths of the electromagnetic radiation generated by the radiation source in the liquid to be used and the thickness thereof, and less than the skin depth for at least one of the wavelengths of the radiation source generated electromagnetic radiation in the liquid to be used.

In solchen Ausführungsformen, bei denen die Flüssigkeit in zumindest einer Richtung, d. h. zwischen den zwei gegenüberliegenden Grenzflächen eine Dimension bzw. Dicke aufweist, die kleiner ist als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung bzw. kleiner als die Skin-Tiefe der elektromagnetischen Strahlung in der Flüssigkeit, fällt das in die Flüssigkeit eingekoppelte elektrische Feld der elektromagnetischen Strahlung auf zwei Seiten exponentiell in das die Flüssigkeit umgebende dielektrische Material ab. Der Großteil des Feldes liegt außerhalb der stark absorbierenden Flüssigkeit im verlustfreien bzw. verlustärmeren Material, welches die beiden Grenzflächen mit der Flüssigkeit ausbildet.In those embodiments where the liquid is in at least one direction, i. H. between the two opposing interfaces has a dimension or thickness which is smaller than the wavelength of the electromagnetic radiation or smaller than the skin depth of the electromagnetic radiation in the liquid, the electric field of the electromagnetic radiation coupled into the liquid falls on two sides exponentially into the dielectric material surrounding the liquid. The majority of the field lies outside of the strongly absorbing liquid in the lossless or low-loss material, which forms the two interfaces with the liquid.

In einer Ausführungsform ist die Dicke der Flüssigkeitsschicht in einer Richtung senkrecht zu den beiden Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem dielektrischen Material kleiner als etwa 50 μm, vorzugsweise kleiner als etwa 40 μm.In one embodiment, the thickness of the liquid layer in a direction perpendicular to the two interface between the liquid and the dielectric material is less than about 50 μm, preferably less than about 40 μm.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Flüssigkeit als Schicht zwischen einem ersten und einem zweiten Element aus dielektrischem Material bereitgestellt. Auf diese Weise können sich Oberflächen-Polariton-Moden an zwei Grenzflächen der Flüssigkeit zu dielektrischem Material ausbilden.In one embodiment of the method, the liquid is provided as a layer between a first and a second element of dielectric material. In this way, surface polariton modes can form at two interfaces of the liquid to dielectric material.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein evaneszentes Feld der elektromagnetischen Strahlung in die Flüssigkeit eingekoppelt.In a further embodiment of the method according to the invention, an evanescent field of the electromagnetic radiation is coupled into the liquid.

Um dies zu erreichen wird in einer Ausführungsform ein evaneszentes Feld beispielsweise zunächst in das dielektrische Material eingekoppelt, welches eine Grenzfläche mit der Flüssigkeit bildet, wobei sich das evaneszente Feld bis in die Flüssigkeit erstreckt.To accomplish this, in one embodiment, an evanescent field is first coupled into the dielectric material, for example, which forms an interface with the liquid, with the evanescent field extending into the liquid.

Zur Einkopplung eines evaneszenten Feldes in die Flüssigkeit kann beispielsweise eine interne Totalreflexion an einer Grenzfläche zwischen einem für die THz-Strahlung transparenten Körper, vorzugsweise einem Prisma, und dem dielektrischen Material, welches die Grenzfläche zu der Flüssigkeit ausbildet, genutzt werden.For coupling an evanescent field into the liquid, for example, an internal total reflection at an interface between a body transparent to the THz radiation, preferably a prism, and the dielectric material forming the interface to the liquid can be used.

Dazu weist der transparente Körper für die verwendete THz-Strahlung einen größeren Brechungsindex auf als das dielektrische Material, welches die Grenzfläche mit der Flüssigkeit ausbildet. Trifft die elektromagnetische Strahlung unter einem Winkel auf die Grenzfläche zwischen dem transparenten Körper und dem dielektrischen Material, der größer ist als der kritische Winkel, so tritt an dieser Grenzfläche eine Totalreflexion auf und nur ein evaneszentes, d. h. exponentiell abklingendes elektrisches Feld der elektromagnetischen Strahlung erstreckt sich bis in das dielektrische Material hinein, welches die Grenzfläche mit der Flüssigkeit bildet.For this purpose, the transparent body for the THz radiation used has a greater refractive index than the dielectric material, which forms the interface with the liquid. If the electromagnetic radiation hits the interface between the transparent body and the dielectric material at an angle which is greater than the critical angle, a total reflection occurs at this interface and only an evanescent, ie. H. The exponentially decaying electric field of the electromagnetic radiation extends into the dielectric material which forms the interface with the liquid.

Eine Anregung der gekoppelten Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeit bzw. an deren Grenzflächen ist dann erfassbar als Abschwächung der internen Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem transparenten Körper und dem dielektrischen Material, das die Grenzfläche zu der Flüssigkeit ausbildet. Wechselwirkungen der elektromagnetischen Strahlung im THz-Frequenzbereich mit der Flüssigkeit äußern sich ebenfalls in Änderungen der internen Totalreflexion und damit der Intensität der von einem Detektor erfassten reflektierten Strahlung.Excitation of the coupled surface polariton mode in the liquid or at its interfaces is then detectable as a weakening of the total internal reflection at the interface between the transparent body and the dielectric material, which forms the interface to the liquid. Interactions of the electromagnetic radiation in the THz frequency range with the liquid also manifest themselves in changes in the total internal reflection and thus the intensity of the reflected radiation detected by a detector.

In einer weiteren Ausführungsform, bei der die Flüssigkeit als Schicht zwischen einem ersten oder zweiten Element aus dielektrischem Material bereitgestellt wird, wird ein evaneszentes Feld der elektromagnetischen Strahlung in das erste Element aus dielektrischem Material eingekoppelt, wobei sich das evaneszente Feld durch die Flüssigkeit bis in das zweite Element aus dielektrischem Material erstreckt.In another embodiment, where the liquid is provided as a layer between a first or second dielectric material element, an evanescent field of electromagnetic radiation is coupled into the first dielectric material element evanescent field through the liquid extends into the second element of dielectric material.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Flüssigkeit im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche der Flüssigkeit mit dem dielektrischen Material.In one embodiment of the invention, the coupling of the electromagnetic radiation into the liquid takes place substantially parallel to the interface of the liquid with the dielectric material.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform erfolgt das Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Flüssigkeit im Wesentlichen senkrecht zu der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem dielektrischen Material.In a further alternative embodiment, the coupling of the electromagnetic radiation into the liquid takes place substantially perpendicular to the interface between the liquid and the dielectric material.

In Abhängigkeit von der Art des Einkoppelns der elektromagnetischen Strahlung in die Flüssigkeit, erfolgt das Erfassen der Anregung der Oberflächen-Polariton-Mode und/oder derer Wechselwirkung mit der Flüssigkeit direkt oder indirekt.Depending on the nature of the coupling of the electromagnetic radiation into the liquid, the detection of the excitation of the surface polariton mode and / or its interaction with the liquid takes place directly or indirectly.

Als Propagationsrichtung der Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeit wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Richtung parallel zur Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Material und der Flüssigkeit bezeichnet.As the propagation direction of the surface polariton mode in the liquid, a direction parallel to the interface between the dielectric material and the liquid is referred to in the sense of the present application.

Mit Hilfe des in dieser Anmeldung offenbarten Verfahrens lassen sich insbesondere folgende Ereignisse in einer zu analysierenden Flüssigkeit erfassen:

  • a) Die Anregung von inter- und intramolekularen Vibrations- und Rotationszuständen von Substanzen in wässriger Lösung. Diese führen zu einer Abschwächung der durch die zu analysierende Flüssigkeit propagierenden Oberflächen-Polariton-Mode.
  • b) Bindungsereignisse an oberflächenimmobilisierten Molekülen, d. h. in solchen Molekülen, die an der Grenzfläche zwischen dielektrischem Material und zu analysierender Flüssigkeit lokalisiert sind. Diese führen zu einer Brechungsindexänderung der zu analysierenden Flüssigkeit und damit zu einer Änderung des Absorptionsverhaltens der zu analysierenden Flüssigkeit.
  • c) Brechungsindexänderungen der zu analysierenden Flüssigkeit beispielsweise infolge einer Änderung der Konzentration der in der Flüssigkeit enthaltenden Biomoleküle. Diese führen ebenfalls zu einer Abschwächung der Anregung der Oberflächen-Polariton-Mode.
With the aid of the method disclosed in this application, in particular the following events can be detected in a liquid to be analyzed:
  • a) The excitation of inter- and intramolecular vibrational and rotational states of substances in aqueous solution. These lead to a weakening of the propagating through the liquid to be analyzed surface polariton mode.
  • b) Binding events on surface-immobilized molecules, ie those molecules located at the interface between dielectric material and liquid to be analyzed. These lead to a refractive index change of the liquid to be analyzed and thus to a change in the absorption behavior of the liquid to be analyzed.
  • c) refractive index changes of the liquid to be analyzed, for example due to a change in the concentration of the biomolecules contained in the liquid. These also lead to a weakening of the excitation of the surface polariton mode.

Während eine mögliche Anwendung der Führung elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich die Analyse von Flüssigkeiten oder von in einer Flüssigkeit enthaltenen Substanzen ist, kann das Führen auch dazu dienen, elektromagnetische THz-Strahlung beispielsweise auf einem Analyse-Chip hin zu einer Probenkammer zu führen. Ein solcher flüssigkeitbasierter Wellenleiter hat den Vorteil, dass er sich mit den gleichen Prozessschritten fertigen lässt wie eine Probenkammer für die zu analysierende Flüssigkeit. Wird das erfindungsgemäße Verfahren oder die erfindungsgemäße Vorrichtung als Wellenleiter verwendet, so ist die Kammer zur Aufnahme der Flüssigkeit in einer Richtung ausgedehnt, um einen Einkopplungspunkt mit einem Zielpunkt für die elektromagnetische Strahlung zu verbinden.While one possible application of the guidance of electromagnetic radiation in the THz frequency range is the analysis of liquids or substances contained in a liquid, the guiding may also serve to guide electromagnetic THz radiation, for example on an analysis chip, to a sample chamber. Such a liquid-based waveguide has the advantage that it can be manufactured with the same process steps as a sample chamber for the liquid to be analyzed. When the method or apparatus of the present invention is used as a waveguide, the chamber for receiving the liquid is extended in one direction to connect an injection point to a target point for the electromagnetic radiation.

Zumindest eine der oben genannten Aufgabe wird darüber hinaus auch durch eine Vorrichtung zum Führen elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich in einer Flüssigkeit gelöst mit einer Kammer zum Aufnehmen der Flüssigkeit, wobei die Kammer zwei gegenüberliegende Wandabschnitte aus einem für die elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich transparenten, dielektrischen Material aufweist, wobei die Wandabschnitte je eine Grenzfläche zu der in der Kammer aufzunehmenden Flüssigkeit ausbilden und wobei sich die in der Kammer aufzunehmende Flüssigkeit als Schicht zwischen den beiden Grenzflächen erstreckt, und einer Einrichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer, die so eingerichtet ist, dass im Betrieb der Vorrichtung eine Oberflächen-Polariton-Mode entlang den Grenzflächen angeregt wird.In addition, at least one of the above-mentioned objects is also achieved by a device for guiding electromagnetic radiation in the THz frequency range in a liquid having a chamber for receiving the liquid, wherein the chamber has two opposite wall sections of one transparent to the electromagnetic radiation in the THz frequency range dielectric material, wherein the wall sections each form an interface with the liquid to be accommodated in the chamber and wherein the liquid to be accommodated in the chamber extends as a layer between the two interfaces, and means for coupling the electromagnetic radiation into the chamber, the like is set up that during operation of the device, a surface polariton mode is excited along the interfaces.

Zudem wird mindestens eine der oben genannten Aufgaben durch eine Vorrichtung zur Analyse einer Flüssigkeit gelöst mit einer Strahlungsquelle, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich erzeugt, einer Kammer zum Aufnehmen der Flüssigkeit, wobei die Kammer zwei gegenüberliegende Wandabschnitte aus einem für die elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich transparenten dielektrischen Material aufweist, wobei die Wandabschnitte je eine Grenzfläche zu der in der Kammer aufzunehmenden Flüssigkeit ausbilden und wobei sich die in der Kammer aufzunehmende Flüssigkeit als Schicht zwischen den beiden Grenzflächen erstreckt, einer Einrichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer, die so eingerichtet ist, dass im Betrieb der Vorrichtung eine Oberflächen-Polariton-Mode entlang den Grenzflächen angeregt wird, und einem Detektor für die elektromagnetische Strahlung zum Erfassen der in die Kammer eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung.In addition, at least one of the above objects is achieved by a device for analyzing a liquid having a radiation source adapted to produce in operation electromagnetic radiation in the THz frequency range, a chamber for receiving the liquid, the chamber having two opposite wall sections comprising a dielectric material which is transparent to the electromagnetic radiation in the THz frequency range, the wall portions each forming an interface with the liquid to be accommodated in the chamber, and wherein the liquid to be accommodated in the chamber extends as a layer between the two boundary surfaces, means for coupling electromagnetic radiation into the chamber adapted to excite a surface polariton mode along the interfaces during operation of the device, and an electromagnetic radiation detector for detecting the radiation injected into the chamber opposed electromagnetic radiation.

Die Kammer für die Flüssigkeit ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Probenkammer, wenn es sich um eine Vorrichtung zur Analyse einer Flüssigkeit handelt.For the purposes of the present application, the chamber for the liquid is a sample chamber, if it is a device for analyzing a liquid.

Als Strahlungsquelle für die elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich eignen sich alle Strahlungsquellen, die in diesem Frequenzbereich emittierten. Dies sind zum einen Dauerstrichquellen und zum anderen impulsförmige Quellen. In Abhängigkeit von der zu verwendenden Flüssigkeit kann die Strahlungsquelle elektromagnetische Strahlung bei lediglich einer einzigen oder einer Mehrzahl von diskreten Frequenzen erzeugen. Jedoch ist es für viele Anwendungen wünschenswert, wenn die Strahlungsquelle möglichst breitbandige THz-Strahlung bereitstellt, so wie dies beispielsweise optoelektronische Quellen tun, die impulsförmige Strahlung emittieren.Suitable radiation sources for the electromagnetic radiation in the THz frequency range are all radiation sources that emitted in this frequency range. These are on the one hand continuous wave sources and on the other hand pulse-shaped sources. In Depending on the liquid to be used, the radiation source may generate electromagnetic radiation at only a single or a plurality of discrete frequencies. However, for many applications it is desirable for the radiation source to provide broadband THz radiation, as do, for example, optoelectronic sources emitting pulsed radiation.

Der Detektor für die elektromagnetische Strahlung muss sensitiv für die elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich sein.The electromagnetic radiation detector must be sensitive to the electromagnetic radiation in the THz frequency range.

Dabei kann für bestimmte Anwendungen der Detektor ein einfacher Leistungsdetektor, wie z. B. ein Bolometer oder eine Golay-Zelle sein, während es in anderen Ausführungsformen darauf ankommen kann, neben der Intensität der elektromagnetischen Strahlung im THz-Frequenzbereich auch deren Phasenlage zu erfassen. Zur Erfassung der Phasenlage eignen sich kohärente Detektionsverfahren, bei denen die elektromagnetische Strahlung mit einem Referenzsignal gemischt wird, um die Phasenlage der Strahlung erfassen zu können.In this case, for certain applications, the detector is a simple power detector, such. B. may be a bolometer or a Golay cell, while it may be important in other embodiments, in addition to the intensity of the electromagnetic radiation in the THz frequency range to detect their phase position. For detecting the phase position, coherent detection methods are suitable in which the electromagnetic radiation is mixed with a reference signal in order to be able to detect the phase position of the radiation.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle so eingerichtet, dass sie im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge erzeugt, wobei die Kammer zumindest in einer Richtung senkrecht zu den Grenzflächen zwischen dem dielektrischen Material der Wandabschnitte der Kammer und der Flüssigkeit eine Abmessung aufweist, die kleiner ist als mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung.In one embodiment of the invention, the radiation source is adapted to produce in operation electromagnetic radiation of at least one wavelength, the chamber having a dimension at least in a direction perpendicular to the interfaces between the dielectric material of the wall portions of the chamber and the liquid is smaller than at least one of the wavelengths of the electromagnetic radiation generated by the radiation source.

In einer Ausführungsform weist die Kammer in einer Richtung senkrecht zu den Grenzflächen zwischen dem dielektrischen Material der Wandabschnitte der Kammer und der Flüssigkeit eine Abmessung auf, die kleiner ist als das 1,5-fache der Skin-Tiefe für mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung in der zu verwendenden Flüssigkeit, die vorzugsweise kleiner ist als das 1,25-fache der Skin-Tiefe für mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung in der zu verwendenden Flüssigkeit und die besonders bevorzugt kleiner ist als die Skin-Tiefe für mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung in der zu verwendenden Flüssigkeit.In one embodiment, in a direction perpendicular to the interfaces between the dielectric material of the wall portions of the chamber and the liquid, the chamber has a dimension that is less than 1.5 times the skin depth for at least one of the wavelengths of the Radiation source generated electromagnetic radiation in the liquid to be used, which is preferably less than 1.25 times the skin depth for at least one of the wavelengths of the electromagnetic radiation generated by the radiation source in the liquid to be used and is particularly preferably smaller than that Skin depth for at least one of the wavelengths of the electromagnetic radiation generated by the radiation source in the liquid to be used.

Dabei ist es notwendig, dass im Betrieb der Vorrichtung die Flüssigkeit eine Absorption aufweist, die größer ist als die Absorption des dielektrischen Materials.It is necessary that during operation of the device, the liquid has an absorption which is greater than the absorption of the dielectric material.

Die Anregung einer gekoppelten Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeit erfordert eine Phasenanpassung (phase matching) zwischen der anregenden THz-Strahlung und der angeregten Oberflächen-Polariton-Mode. Das heißt Propagationskonstanten der THz-Strahlung und der angeregten Oberflächen-Polariton-Mode müssen weitgehend übereinstimmen. Da die zu erzeugende Oberflächen-Polariton-Mode immer einen größeren Impuls aufweist als das dielektrische Material der Kammer, gilt es, mit Hilfe der Einrichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer diesen Impulsversatz zu kompensieren.The excitation of a coupled surface polariton mode in the liquid requires phase matching between the exciting THz radiation and the excited surface polariton mode. That is propagation constants of the THz radiation and the excited surface polariton mode must largely match. Since the surface polariton mode to be generated always has a larger momentum than the dielectric material of the chamber, it is necessary to compensate for this pulse offset with the aid of the device for coupling the electromagnetic radiation into the chamber.

Für eine solche phasenangepasste Ankopplung der elektromagnetischen THz-Strahlung an die Oberflächen-Polariton-Mode sind insbesondere die im Folgenden offenbarten Anordnungen der Einrichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer geeignet.For such a phase-adapted coupling of the electromagnetic THz radiation to the surface polariton mode, in particular the arrangements of the device disclosed below for coupling the electromagnetic radiation into the chamber are suitable.

Dabei gilt, dass die Ankopplung der anregenden THz-Strahlung an die angeregte Oberflächen-Polariton-Mode um so besser ist, je größer der räumliche Überlapp der Felder der anregenden Strahlung und der angeregten Mode ist.It is true that the coupling of the exciting THz radiation to the excited surface polariton mode is the better, the greater the spatial overlap of the fields of the exciting radiation and the excited mode.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Einrichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer einen für die elektromagnetische Strahlung transparenten Körper, vorzugsweise ein Prisma, auf, der so angeordnet ist, dass er eine Grenzfläche mit dem dielektrischen Material der Kammer ausbildet, wobei der transparente Körper einen größeren Brechungsindex aufweist als das dielektrische Material der Kammer und wobei die Vorrichtung eine Strahlführung aufweist, welche im Betrieb der Vorrichtung die elektromagnetische Strahlung derart in den Körper einkoppelt, dass an der Grenzfläche zwischen dem Körper und dem dielektrischen Material der Kammer eine Totalreflexion auftritt, wobei der Detektor so angeordnet ist, dass er die nach der Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Körper und dem dielektrischen Material der Kammer aus dem Körper austretende elektromagnetische Strahlung erfasst.In one embodiment of the invention, the means for coupling the electromagnetic radiation into the chamber comprises an electromagnetic radiation transparent body, preferably a prism, arranged to form an interface with the dielectric material of the chamber, the transparent one Body has a greater refractive index than the dielectric material of the chamber and wherein the device comprises a beam guide which couples the electromagnetic radiation into the body during operation of the device such that total reflection occurs at the interface between the body and the dielectric material of the chamber. wherein the detector is arranged to detect the electromagnetic radiation emerging from the body after reflection at the interface between the body and the dielectric material of the chamber.

Mit einer derartigen Anordnung lässt sich auf einfache Weise ein evaneszentes Feld in der Kammer erzeugen, welches sich bis in die Flüssigkeit erstreckt und die Oberflächen-Polariton-Mode entlang den Grenzflächen zwischen der Flüssigkeit und dem dielektrischen Material der Wandabschnitte der Kammer anregt. Dabei wird das evaneszente Feld, das sich von der Grenzfläche zwischen dem Körper und dem dielektrischen Material der Kammer in das dielektrische Material der Kammer hineinerstreckt, in die Kammer bzw. die darin befindliche Flüssigkeit eingekoppelt.With such an arrangement, an evanescent field can easily be created in the chamber which extends into the liquid and excites the surface polariton mode along the interfaces between the liquid and the dielectric material of the wall portions of the chamber. Thereby, the evanescent field which extends from the interface between the body and the dielectric material of the chamber into the dielectric material of the chamber is coupled into the chamber or the liquid contained therein.

Es ist insbesondere darauf zu achten, dass in einer Ausführungsform das dielektrische Material der Kammer zwischen seinen Grenzflächen mit dem transparenten Körper und der Flüssigkeit eine Dicke aufweist, die bedeutend kleiner ist als der exponentielle Abfall des evaneszenten Feldes. Je größer der Überlapp zwischen der anregenden Mode der elektromagnetischen Strahlung und der angeregten Oberflächen-Polariton-Mode ist, desto besser ist die Anregung der Oberflächen-Polariton-Mode. It is particularly important to note that in one embodiment, the dielectric material of the chamber between its interfaces with the transparent body and the liquid has a thickness that is significantly smaller than the exponential decay of the evanescent field. The greater the overlap between the exciting mode of electromagnetic radiation and the excited surface polariton mode, the better the excitation of the surface polariton mode.

In einer alternativen Ausführungsform weist die Einrichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer ein Gitter für die elektromagnetische Strahlung auf, das so angeordnet ist, dass es eine Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer ermöglicht.In an alternative embodiment, the means for coupling the electromagnetic radiation into the chamber comprises a grid for the electromagnetic radiation arranged to enable coupling of the electromagnetic radiation into the chamber.

In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zudem eine Einrichtung zum Auskoppeln der elektromagnetischen Strahlung aus der Kammer auf, wobei die Einrichtung zum Auskoppeln vorzugsweise ein Gitter für die elektromagnetische Strahlung aufweist, das so angeordnet ist, dass es eine Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung aus der Kammer ermöglicht.In one embodiment, the apparatus further comprises means for coupling the electromagnetic radiation out of the chamber, the means for coupling preferably comprising a grid for the electromagnetic radiation arranged to allow outcoupling of the electromagnetic radiation from the chamber.

Dazu sind in einer Ausführungsform der Erfindung die Gitter so angeordnet, dass sie die elektromagnetische Strahlung in das dielektrische Material der Kammer ein- bzw. aus diesen auskoppeln.For this purpose, in one embodiment of the invention, the gratings are arranged such that they couple the electromagnetic radiation into or out of the dielectric material of the chamber.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Einrichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer so ausgestaltet, dass sie eine Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer umfasst, sodass die elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen die gleiche Propagationsrichtung aufweist wie die Oberflächen-Polariton-Mode, d. h. im Wesentlichen parallel zu der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Material der Kammer und der Flüssigkeit.In another alternative embodiment, the means for coupling the electromagnetic radiation into the chamber is configured to include focusing the electromagnetic radiation into the chamber such that the electromagnetic radiation has substantially the same propagation direction as the surface polariton mode, i , H. substantially parallel to the interface between the dielectric material of the chamber and the liquid.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kammer in einen Resonator für die verwendete anregende elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich integriert, so dass es in der Kammer zu einer Erhöhung des elektrischen Feldes und somit zu einer Verbesserung der Ankopplung der anregenden THz-Strahlung an die angeregte Oberflächen-Polariton-Mode kommt.In one embodiment of the invention, the chamber is integrated into a resonator for the excitation electromagnetic radiation used in the THz frequency range, so that it in the chamber to an increase of the electric field and thus to improve the coupling of the exciting THz radiation to the excited Surface Polariton Mode is coming.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Kammer einen Resonator für die angeregte Oberflächen-Polariton-Mode auf.In a further embodiment, the chamber has a resonator for the excited surface polariton mode.

Ein solcher Resonator für die angeregte Oberflächen-Polariton-Mode führt zu einer Erhöhung des elektrischen Feldes der Mode in der Flüssigkeit und damit zu einer Verstärkung der effektiven Interaktion der Oberflächen-Polariton-Mode mit der zu analysierenden Flüssigkeit. Damit kann eine Erhöhung der Empfindlichkeit der Oberflächen-Polariton-Mode auf Veränderungen der Flüssigkeit erreicht werden.Such a resonator for the excited surface polariton mode leads to an increase of the electric field of the mode in the liquid and thus to an enhancement of the effective interaction of the surface polariton mode with the liquid to be analyzed. Thus, an increase in the sensitivity of the surface polariton mode to changes in the liquid can be achieved.

Dies ist insbesondere zweckmäßig bei Ausführungsformen, bei welchen die Einkopplung der elektromagnetischen THz-Strahlung im Wesentlichen parallel zur Propagationsrichtung der Oberflächen-Polariton-Mode erfolgt.This is particularly expedient in embodiments in which the coupling of the electromagnetic THz radiation takes place substantially parallel to the propagation direction of the surface polariton mode.

Dabei ist eine Ausführungsform vorteilhaft, bei der Bragg-Gitter als Reflektoren für die Oberflächen-Polariton-Mode an der Kammer vorgesehen sind.In this case, an embodiment is advantageous in which Bragg gratings are provided as reflectors for the surface polariton mode on the chamber.

Die Bragg-Gitter sind in einer Ausführungsform als periodische oder quasiperiodische Strukturen in dem dielektrischen Material eines Wandabschnitts der Kammer vorgesehen, welcher eine Grenzfläche zu der Flüssigkeit ausbildet. In einer Ausführungsform wird die periodische oder quasiperiodische Struktur der Bragg-Gitter von Ausnehmungen im dielektrischen Material eines Wandabschnitts der Kammer gebildet.The Bragg gratings, in one embodiment, are provided as periodic or quasi-periodic structures in the dielectric material of a wall portion of the chamber which forms an interface to the liquid. In one embodiment, the periodic or quasi-periodic structure of the Bragg gratings is formed by recesses in the dielectric material of a wall portion of the chamber.

Ein Resonator für die Oberflächen-Polariton-Mode dient insbesondere zur Verstärkung des Feldes innerhalb der Flüssigkeit.A resonator for the surface polariton mode serves in particular to reinforce the field within the liquid.

In einer Ausführungsform hängt der effektive Brechungsindex der Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeit nicht nur von den umgebenden Materialien und den geometrischen Abmessungen ab, sondern insbesondere auch von der Flüssigkeit selbst und ihrer Zusammensetzung. Eine Änderung des Brechungsindex der Flüssigkeit führt allerdings auch zu einer Änderung der effektiven Brechungsindizes der Bragg-Gitter. Insbesondere führt eine Änderung des effektiven Brechungsindex der Oberflächen-Polariton-Mode in einer Ausführungsform zu einer Änderung des Kontrasts zwischen dem effektiven Brechungsindex der Oberflächen-Polariton-Mode in den Regionen mit dielektrischem Material und dem effektiven Brechungsindex der Oberflächen-Polariton-Mode in den Regionen der Zwischenräume, die in ihrer Gesamtheit die Struktur des Bragg Gitters darstellen. Eine solche Änderung des Kontrasts der effektiven Brechungsindizes der Bragg-Gitter des Resonators für die Oberflächen-Polariton-Mode wiederum führt zu einer Änderung des Stopbandes bzw. des Transmissionsbandes der Gitter bzw. des Resonators. Diese Änderung der Bandeigenschaften der Bragg-Gitter wiederum kann in einer Ausführungsform zur hoch sensitiven Erfassung der Eigenschaften der Flüssigkeit selbst dienen.In one embodiment, the effective refractive index of the surface polariton mode in the liquid depends not only on the surrounding materials and geometrical dimensions but also, in particular, on the liquid itself and its composition. However, a change in the refractive index of the liquid also leads to a change in the effective refractive indices of the Bragg gratings. In particular, a change in the effective refractive index of the surface polariton mode in one embodiment results in a change in the contrast between the effective refractive index of the surface polariton mode in the regions of dielectric material and the effective refractive index of the surface polariton mode in the regions the interspaces, which in their entirety represent the structure of the Bragg lattice. Such a change in the contrast of the effective refractive indices of the Bragg gratings of the resonator for the surface polariton mode in turn leads to a change in the stop band or the transmission band of the gratings and the resonator. This change in the band properties of the Bragg gratings, in turn, can in one embodiment serve for the highly sensitive detection of the properties of the liquid itself.

Zum Beispiel kann eine bestimmte Flüssigkeit zuverlässig erfasst werden, wenn man davon ausgeht, dass nur diese eine Flüssigkeit den Resonator so abstimmt, dass er mit der Oberflächen-Polariton-Mode in Resonanz ist. Für diese eine Flüssigkeit wird dann ein überhöhtes Signal erfasst, während für alle anderen Flüssigkeiten, die zu keiner Resonanz des Resonators mit der Oberflächen-Polariton-Mode führen, nur ein schwaches oder kein Signal erfasst wird.For example, a given liquid can be detected reliably if it is assumed that only this one liquid is the one Resonator tuned so that it is in resonance with the surface polariton mode. An excessively high signal is then detected for this one fluid, while only a weak or no signal is detected for all other fluids that do not resonate with the surface polariton mode resonator.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen und der dazugehörigen Figuren deutlich.Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of embodiments and the associated figures.

1 zeigt eine schematische Skizze einer Vorrichtung zur Analyse einer Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic diagram of a device for analyzing a liquid according to the present invention.

2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Probenkammer. 2 shows an embodiment of a sample chamber according to the invention.

3 zeigt eine erste Ausführungsform der Einkopplung elektromagnetischer Strahlung in die zu analysierende Flüssigkeit. 3 shows a first embodiment of the coupling of electromagnetic radiation in the liquid to be analyzed.

4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in die zu analysierende Flüssigkeit. 4 shows an alternative embodiment of the coupling of the electromagnetic radiation in the liquid to be analyzed.

5 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in die zu analysierende Flüssigkeit. 5 shows a further alternative embodiment of the coupling of the electromagnetic radiation in the liquid to be analyzed.

6 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Probenkammer mit einem Resonator. 6 shows an embodiment of a sample chamber according to the invention with a resonator.

7 zeigt schematisch die Feldverteilung der gekoppelten Oberflächen-Polariton-Mode. 7 schematically shows the field distribution of the coupled surface polariton mode.

In der folgenden Beschreibung der Figuren sind identische Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.In the following description of the figures, identical elements are designated by identical reference numerals.

7 zeigt schematisch die Feldverteilung der x-Komponente des elektrischen Feldes 50 und der y-Komponente des magnetischen Feldes 51 der gekoppelten Oberflächen-Polariton-Mode in einer Kammer gemäß der Erfindung. Die Kammer besteht aus einem ersten dielektrischen Material 52, welches für die verwendete elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich eine geringe Absorption aufweist, d. h. für die verwendete Strahlung im Wesentlichen transparent ist. Weiterhin besteht die Kammer aus einem zweiten dielektrischen Material 53, welches für die verwendete elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich ebenfalls eine geringe Absorption aufweist, d. h. für die verwendete Strahlung im Wesentlichen transparent ist. Zwischen den dielektrischen Materialien ist ein Spalt ausgebildet, in dem eine die THz-Strahlung stark absorbierende Flüssigkeit 54 aufgenommen ist. Auf beiden Seiten des Spaltes bildet sich je eine Grenzfläche 55, 56 zwischen den dielektrischen Wandabschnitten 52, 53 der Kammer und der Flüssigkeit 54 aus. Der Abstand der Grenzflächen 55, 56 voneinander, d. h. die Spaltbreite, ist dabei gerade so gewählt, dass er der Skin-Tiefe der elektromagnetischen Strahlung im THz-Frequenzbereich in der Flüssigkeit entspricht. 7 schematically shows the field distribution of the x component of the electric field 50 and the y-component of the magnetic field 51 the coupled surface polariton mode in a chamber according to the invention. The chamber is made of a first dielectric material 52 which has a low absorption for the electromagnetic radiation used in the THz frequency range, ie is substantially transparent to the radiation used. Furthermore, the chamber consists of a second dielectric material 53 which likewise has a low absorption for the electromagnetic radiation used in the THz frequency range, ie is substantially transparent to the radiation used. Between the dielectric materials, a gap is formed in which a THz radiation strongly absorbing liquid 54 is included. On both sides of the gap an interface forms 55 . 56 between the dielectric wall sections 52 . 53 the chamber and the liquid 54 out. The distance of the interfaces 55 . 56 from each other, ie the gap width, is just chosen so that it corresponds to the skin depth of the electromagnetic radiation in the THz frequency range in the liquid.

1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse einer Flüssigkeit mit Hilfe von THz-Strahlung. 1 shows the schematic structure of a device according to the invention for the analysis of a liquid with the aid of THz radiation.

In der dargestellten Ausführungsform wird eine kohärente optoelektronische THz-Anordnung, so wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, zur Erzeugung und Erfassung der THz-Strahlung in der Vorrichtung 1 zur Analyse einer Flüssigkeit verwendet.In the illustrated embodiment, a coherent THz optoelectronic device, as known in the art, is used to generate and detect the THz radiation in the device 1 used to analyze a liquid.

Ein Kurzpulslasersystem 2 dient zur Erzeugung von kurzen elektromagnetischen Impulsen im infraroten Spektralbereich mit einer Impulsdauer im Femtosekundenbereich. Die Ausgangsleistung 3 des Kurzpulslasersystems 2 wird mit Hilfe eines Strahlteiles 4 so aufgeteilt, dass ein Teil der Strahlung auf ein optoelektronisches Element 5 zur Umwandlung der infraroten Strahlung in THz-Strahlung geleitet werden kann und ein anderer Teil der Strahlung auf ein optoelektronisches Element 6 zur Erfassung der von dem Element 5 erzeugten THz-Strahlung.A short pulse laser system 2 is used to generate short electromagnetic pulses in the infrared spectral range with a pulse duration in the femtosecond range. The output power 3 of the short pulse laser system 2 is using a beam part 4 split so that part of the radiation is on an optoelectronic element 5 for converting the infrared radiation in THz radiation can be passed and another part of the radiation to an optoelectronic element 6 to capture the from the element 5 generated THz radiation.

Dabei sind in der dargestellten Ausführungsform die optoelektronischen Elemente 5, 6 elektrooptische Kristalle, hier aus Zinktellurid. Allerdings sind alternative Ausführungsformen denkbar, in denen die optoelektronischen Elemente schnelle optoelektronische Schalter mit zugeordneter Antennenstruktur zur Abstrahlung des THz-Signals sind.In this case, in the illustrated embodiment, the optoelectronic elements 5 . 6 electro-optic crystals, here from zinc telluride. However, alternative embodiments are conceivable in which the optoelectronic elements are fast optoelectronic switches with an associated antenna structure for emitting the THz signal.

Während in dem elektrooptischen Kristall 5 die THz-Stahlung erzeugt wird, ermöglicht der zweite elektrooptische Kristall 6 die zeitaufgelöste Erfassung des elektrischen Feldes der auf den Kristall 6 auftreffenden THz-Strahlung 8. Zur Erfassung der THz-Strahlung wird ausgenutzt, dass der elektrooptische Kristall 6 den Polarisationszustand der durch den Kristall 6 propagierenden Strahlung 7 im infraroten Bereich in Abhängigkeit von der Feldstärke des elektrischen Felds der ebenfalls durch den Kristall propagierenden, elektromagnetischen THz-Strahlung 8 verändert. Mit Hilfe eines Analysators 9 wird die Änderung des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Kurzpulsstrahlung 7 durch den Kristall 6 in eine Intensitätsänderung umgesetzt, die sich mit Hilfe eines herkömmlichen Detektors 10 für die infrarote elektromagnetische Strahlung 7 erfassen lässt.While in the electro-optical crystal 5 The THz radiation is generated by the second electro-optic crystal 6 the time-resolved detection of the electric field of the crystal 6 incident THz radiation 8th , To detect the THz radiation is exploited that the electro-optical crystal 6 the polarization state of the crystal 6 propagating radiation 7 in the infrared range as a function of the field strength of the electric field of the likewise propagating through the crystal, electromagnetic THz radiation 8th changed. With the help of an analyzer 9 becomes the change of the polarization state of the electromagnetic short pulse radiation 7 through the crystal 6 converted into a change in intensity, using a conventional detector 10 for the infrared electromagnetic radiation 7 can capture.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bildet der Kurzpulslaser 2 zusammen mit dem elektrooptischen Kristall 5 aus 1 die Strahlungsquelle für die elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich. Der elektrooptische Kristall 6, der Analysator 9 und der Infrarotdetektor 10 bilden zusammen den Detektor für die elektromagnetische Strahlung 8 im THz-Frequenzbereich. For the purposes of the present application forms the short-pulse laser 2 together with the electro-optical crystal 5 out 1 the radiation source for the electromagnetic radiation in the THz frequency range. The electro-optical crystal 6 , the analyzer 9 and the infrared detector 10 together form the detector for the electromagnetic radiation 8th in the THz frequency range.

Da der Impuls der infraroten Strahlung 7 kurz gegenüber dem Impuls der elektromagnetischen THz-Strahlung 8 kurz ist, lässt sich die Feldstärke des auf den elektrooptischen Kristall 6 treffenden THz-Impulses zeitaufgelöst erfassen, wenn der zeitliche Versatz zwischen dem THz-Impuls 8 und dem Impuls im infraroten Spektralbereich 7 mit Hilfe einer Verzögerungsstrecke 11 eingestellt und durchfahren werden kann.Because the pulse of infrared radiation 7 short of the pulse of electromagnetic THz radiation 8th short, lets the field strength of the on the electro-optical crystal 6 Detect the corresponding THz pulse time-resolved when the time lag between the THz pulse 8th and the impulse in the infrared spectral range 7 with the help of a delay line 11 can be adjusted and passed.

Während hier nur zusammenfassend kurz die Funktionalität eines optoelektronischen Messaufbaus beschrieben wird, so wie er aus dem Stand der Technik auch als THz-Time Domain-Setup (THz-TDS) bekannt ist, lassen sich die Messungen alternativ auch mit Systemen durchführen, die statt der impulsförmigen THz-Strahlung Dauerstrichstrahlung mit einer oder mit einer Mehrzahl von diskreten Frequenzen verwenden.While only the summary briefly describes the functionality of an optoelectronic measurement setup, as it is also known from the prior art as a THz-time domain setup (THz-TDS), the measurements can alternatively be carried out with systems that instead of the pulsed THz radiation use continuous wave radiation at one or more discrete frequencies.

Zentrales Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse einer Flüssigkeit ist die Probenanordnung 12, die in 1 lediglich schematisch als rechteckiger Kasten dargestellt ist.The central element of the device according to the invention for analyzing a liquid is the sample arrangement 12 , in the 1 only schematically shown as a rectangular box.

Die Probenanordnung 12 enthält eine Probenkammer 13, so wie sie schematisch in 2 gezeigt ist. Die Probenkammer ist so ausgestaltet, dass sie eine Flüssigkeitsschicht 14 definiert aufnimmt, wobei die Flüssigkeitsschicht zwei Grenzflächen 15, 16 mit dem sie umgebenden dielektrischen Material 17, 18 ausbildet. Das dielektrische Material 17, 17 bildet die oberen und unteren Wände der Probenkammer 13.The sample arrangement 12 contains a sample chamber 13 as they are schematic in 2 is shown. The sample chamber is designed to be a liquid layer 14 defines, wherein the liquid layer has two interfaces 15 . 16 with the surrounding dielectric material 17 . 18 formed. The dielectric material 17 . 17 forms the upper and lower walls of the sample chamber 13 ,

Entlang der Grenzflächen 15, 16 erfolgt die Propagation der für das Erreichen langer Wechselwirkungsstrecken zwischen der elektromagnetischen THz-Strahlung 8 und der zu analysierenden Flüssigkeit 14 notwendigen Oberflächen-Polariton-Moden.Along the interfaces 15 . 16 the propagation takes place for the achievement of long interaction distances between the electromagnetic THz radiation 8th and the liquid to be analyzed 14 necessary surface polariton modes.

In der beschriebenen Ausführungsform hat die Flüssigkeitsschicht 14 eine Dicke gemessen zwischen den beiden Grenzflächen 15, 16 von etwa 40 μm oder weniger.In the described embodiment, the liquid layer has 14 a thickness measured between the two interfaces 15 . 16 of about 40 μm or less.

Die dielektrischen Wände 17, 18 der Probenkammer 13 sind aus einem Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) hergestellt, hier TOPAS 5013. Ebenfalls gut geeignet für die Herstellung der dielektrischen Wände der Probenkammer ist COP.The dielectric walls 17 . 18 the sample chamber 13 are made of a cyclo-olefin copolymer (COC), here TOPAS 5013. Also well suited for the production of the dielectric walls of the sample chamber is COP.

Um die Probenkammer mit einer definierten Dicke der Flüssigkeitsschicht 14 bereitzustellen, wird in der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ein COC-Substrat mit einer Dicke von 3 mm zunächst mit einem negativen Fotolack (SU-8) durch Aufschleudern beschichtet, um eine Schichtdicke des Lackes zu erzeugen, die in etwa der Dicke der Flüssigkeitsschicht 14 in der fertigen Probenkammer 13 entspricht. Mit Hilfe einer UV-Maskenbelichtung werden diejenigen Bereiche des Lackes ausgehärtet, welche die Seitenwände der Probenkammer (in 2 nicht dargestellt) bilden sollen und nach der Entwicklung des Lacks wird der Lack dort entfernt, wo in der Probenkammer die Flüssigkeitsschicht aufgenommen werden soll. Abschließend wird die obere Wand 17 der Probenkammer 13 auf diese Anordnung aufgebracht und mit der verbliebenen Lackschicht verklebt.Around the sample chamber with a defined thickness of the liquid layer 14 is provided in the in 2 In the exemplary embodiment shown, a COC substrate having a thickness of 3 mm is first spin-coated with a negative photoresist (SU-8) to produce a layer thickness of the resist that is approximately the thickness of the liquid layer 14 in the finished sample chamber 13 equivalent. With the help of a UV mask exposure those areas of the paint are cured, which the side walls of the sample chamber (in 2 not shown) form and after the development of the paint, the paint is removed where in the sample chamber, the liquid layer is to be recorded. Finally, the top wall 17 the sample chamber 13 applied to this arrangement and glued to the remaining lacquer layer.

Um zu verhindern, dass sich Teile der oberen Wand 17 auf das Substrat bzw. die untere Wand 18 absenken, sind in der dargestellten Ausführungsform im Bereich der Flüssigkeitsschicht 14, d. h. in dem eigentlich freien Volumen zur Aufnahme der Flüssigkeit in der Probenkammer 13, Säulen aus Lack integriert, die die obere Wand 17 tragen.To prevent parts of the top wall 17 on the substrate or the lower wall 18 Lower, are in the illustrated embodiment in the liquid layer 14 ie in the actual free volume for receiving the liquid in the sample chamber 13 , Columns of lacquer integrated, which is the top wall 17 wear.

Zur Anregung der Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeitsschicht 14 muss die THz-Strahlung in die Flüssigkeitsschicht 14 in der Probenkammer 13 eingekoppelt werden. Gelingt es die Oberflächen-Polariton-Mode anzuregen, so propagiert diese entlang der Grenzfläche 15 bzw. der Grenzfläche 16 zwischen Flüssigkeitsschicht 14 und der oberen bzw. unteren Wand 17,18 der Probenkammer 13.To excite the surface polariton mode in the liquid layer 14 the THz radiation must be in the liquid layer 14 in the sample chamber 13 be coupled. If it is possible to excite the surface polariton mode, it propagates along the interface 15 or the interface 16 between liquid layer 14 and the upper or lower wall 17 . 18 the sample chamber 13 ,

Damit die für die langen Wechselwirkungslängen zwischen der THz-Strahlung und der Flüssigkeitsschicht 14 notwendige Oberflächen-Polariton-Mode angeregt werden kann, muss die Flüssigkeitsschicht 14 eine höhere Absorption aufweisen als die Wände 17, 18, welche die Grenzflächen 15, 16 ausbilden, entlang derer die Oberflächen-Polariton-Moden propagieren.So that for the long interaction lengths between the THz radiation and the liquid layer 14 necessary surface polariton mode can be excited, the liquid layer needs 14 have a higher absorption than the walls 17 . 18 which the interfaces 15 . 16 along which propagate the surface polariton modes.

Um eine Phasenanpassung zwischen der anregenden THz-Strahlung und der Oberflächen-Polariton-Mode zu erreichen, kommen verschiedene Einkopplungsmöglichkeiten für die THz-Strahlung in die Flüssigkeitsschicht 14 in der Probenkammer 13 in Frage. Die 3 bis 5 zeigen drei alternative Ausführungsformen der Einkopplung der THz-Strahlung in die Flüssigkeitsschicht 14.In order to achieve a phase matching between the exciting THz radiation and the surface polariton mode, different ways of coupling the THz radiation into the liquid layer occur 14 in the sample chamber 13 in question. The 3 to 5 show three alternative embodiments of the coupling of the THz radiation in the liquid layer 14 ,

3 zeigt die Ankopplung der elektromagnetischen THz-Strahlung 8 als evaneszentes Feld 27 an die gekoppelte Oberflächen-Polariton-Mode 19 an der Grenzfläche 15 zwischen der Wand 17 und der Flüssigkeitsschicht 14. Dazu ist auf die Wand 17 ein Prisma 20 aufgesetzt. Das Material des Prismas weist einen höheren Brechungsindex auf als der Brechungsindex des dielektrischen Materials 17 der Probenkammer 13. Koppelt man nun die optoelektronische THz-Strahlung 8 in das Prisma 20 derart ein, dass die Strahlung 8 unter einem Winkel auf die Grenzfläche 21 zwischen Prisma 20 und Wand 17 der Probenkammer 13 auftrifft, so tritt an der Grenzfläche 21 Totalreflexion auf und die elektromagnetische Strahlung 8 wird an der Grenzfläche 21 reflektiert. 3 shows the coupling of the electromagnetic THz radiation 8th as an evanescent field 27 to the coupled surface polariton mode 19 at the interface 15 between the wall 17 and the liquid layer 14 , This is on the wall 17 a prism 20 placed. The material of the Prism has a higher refractive index than the refractive index of the dielectric material 17 the sample chamber 13 , Now couple the optoelectronic THz radiation 8th in the prism 20 such that the radiation 8th at an angle to the interface 21 between prism 20 and wall 17 the sample chamber 13 impinges, so occurs at the interface 21 Total reflection on and the electromagnetic radiation 8th will be at the interface 21 reflected.

Der reflektierte Teil 22 der elektromagnetischen THz-Strahlung wird dann mit Hilfe eines Detektors, d. h. beispielsweise mit der Anordnung aus elektrooptischen Kristall 6, Analysator 9 und Detektor 10 aus 1, erfasst. Lediglich ein evaneszentes 27 erstreckt sich in die Wand 17 hinein und bei Wahl einer geeigneten Dicke der Wand 17 auch in den Flüssigkeitsfilm 14 in der Probenkammer und durch diesen hindurch in die zweite, hier untere Wand 18 der Probenkammer.The reflected part 22 The electromagnetic THz radiation is then detected by means of a detector, ie, for example, with the arrangement of electro-optical crystal 6 , Analyzer 9 and detector 10 out 1 , detected. Only an evanescent 27 extends into the wall 17 into it and choosing a suitable thickness of the wall 17 also in the liquid film 14 in the sample chamber and through it into the second, here lower wall 18 the sample chamber.

Das evaneszente Feld 27 ist im vorliegenden Fall senkrecht zu dem Film der Flüssigkeit 14 gerichtet. Das angeregte anti-symmetrisch gekoppelte longitudinale elektrische Feld 19 fällt exponentiell in die an den Flüssigkeitsfilm 14 angrenzenden Wände 17, 18 ab. Aufgrund der hohen Absorption des Flüssigkeitsfilms 14 ist der Großteil des anti-symmetrisch gekoppelten, Feldes außerhalb des Flüssigkeitsfilms 14 in dem für die verwendete THz-Strahlung nahezu verlustfreien Material der Wände 17, 18 lokalisiert. Auf diese Weise lassen sich Propagationsstrecken für die von der THz-Strahlung angeregte Oberflächen-Polariton-Mode im Bereich von Zentimetern erreichen und damit deutlich über den bisher erreichten Eindringtiefen von THz-Strahlung in Flüssigkeiten, insbesondere Wasser.The evanescent field 27 is in the present case perpendicular to the film of the liquid 14 directed. The excited anti-symmetric coupled longitudinal electric field 19 falls exponentially into the liquid film 14 adjacent walls 17 . 18 from. Due to the high absorption of the liquid film 14 is the bulk of the anti-symmetric coupled field outside the liquid film 14 in the almost lossless material of the walls used for the THz radiation 17 . 18 localized. In this way, propagation distances for the surface polariton mode excited by the THz radiation in the range of centimeters can be achieved and thus significantly above the previously achieved penetration depths of THz radiation in liquids, in particular water.

Die Erfassung der erfolgreichen Anregung einer Oberflächen-Polariton-Mode an der Grenzfläche 15 bzw. 16 zwischen Flüssigkeitsfilm 14 und den Wänden 17, 18 der Probenkammer 13 wird indirekt als Änderung der Intensität der an der Grenzfläche 21 zwischen dem Prisma und der oberen Wand 17 der Probenkammer 13 totalreflektierten, elektromagnetischen Strahlung erfasst.Capturing the successful excitation of a surface polariton mode at the interface 15 respectively. 16 between liquid film 14 and the walls 17 . 18 the sample chamber 13 is indirect as a change in the intensity of the interface 21 between the prism and the upper wall 17 the sample chamber 13 totally reflected electromagnetic radiation detected.

4 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung 8 in die Flüssigkeitsschicht 14 mithilfe eines ersten Gitters 23 erfolgt, während die Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung 8 aus der Flüssigkeitsschicht 14 mit einem zweiten Gitter 24 erfolgt. 4 shows an arrangement in which the coupling of the electromagnetic radiation 8th in the liquid layer 14 using a first grid 23 takes place while the coupling out of the electromagnetic radiation 8th from the liquid layer 14 with a second grid 24 he follows.

In der Ausführungsform aus 5 erfolgt die Einkopplung der THz-Strahlung 8 in eine Seitenfacette 25 des Flüssigkeitsfilms 14 und die Auskopplung erfolgt am anderen Ende der Probenkammer, nämlich durch eine Seitenfacette 26.In the embodiment of 5 the coupling of the THz radiation takes place 8th in a side facet 25 of the liquid film 14 and the decoupling takes place at the other end of the sample chamber, namely through a side facet 26 ,

Bei der Ausführungsform aus 3 wird die Ankopplung des evaneszenten Feldes an die Oberflächen-Polariton-Mode als Abnahme der Intensität der an der Grenzfläche 21 zwischen Prisma 20 und dielektrischem Material 17 der Wand der Probenkammer 13 reflektierten elektromagnetischen Strahlung 8 gemessen. D. h. die Messung erfolgt indirekt. Demgegnüber wird bei den Ausführungsformen aus den 4 und 5 die Leistung der mit Hilfe der Oberflächen-Polariton-Mode durch den Wasserfilm 14 propagierte THz-Strahlung direkt erfasst.In the embodiment of 3 coupling the evanescent field to the surface polariton mode as a decrease in the intensity at the interface 21 between prism 20 and dielectric material 17 the wall of the sample chamber 13 reflected electromagnetic radiation 8th measured. Ie. the measurement is done indirectly. Demgegnüber is in the embodiments of the 4 and 5 the power of using the surface polariton mode through the water film 14 propagated THz radiation directly detected.

6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Probenkammer 30. Diese stellt wie zuvor die zu analysierende Flüssigkeit als Film in einem Spalt 31 zwischen zwei Wandabschnitten 32, 33 aus dielektrischem, für die THz-Strahlung transparenten Material, hier COC, bereit. Jeder der Wandabschnitte 32, 33 bildet eine Grenzfläche 34, 35 mit einer in dem Spalt 31 aufzunehmenden Flüssigkeit aus. 6 shows an alternative embodiment of the sample chamber 30 , As before, this represents the liquid to be analyzed as a film in a gap 31 between two wall sections 32 . 33 dielectric material transparent to the THz radiation, here COC. Each of the wall sections 32 . 33 forms an interface 34 . 35 with one in the gap 31 to be absorbed from the liquid.

Die Probenkammer 30 weist zusätzlich einen Resonator für die Oberflächen-Polariton-Mode auf. Dieser verfügt über je ein Paar von Bragg-Gittern 36, 38 und 37, 39 am ersten und zweiten Ende der Probenkammer. Dabei sind die Gitter 36, 37 in dem ersten dielektrischen Wandabschnitt 32 ausgebildet, während die Gitter 38, 39 in dem zweiten dielektrischen Wandabschnitt 33 ausgebildet sind.The sample chamber 30 additionally has a resonator for the surface polariton mode. This one has a pair of Bragg grids 36 . 38 and 37 . 39 at the first and second end of the sample chamber. Here are the grids 36 . 37 in the first dielectric wall portion 32 trained while the grid 38 . 39 in the second dielectric wall portion 33 are formed.

Die Bragg-Gitter sind als periodisch angeordnete Vertiefungen in dem dielektrischen Material der Wandabschnitte 32, 33 vorgesehen. Zwischen den Vertiefungen bleiben jeweils Streifen 41 aus dielektrischem Material stehen. Die Periodizität der Bragg-Gitter 36, 37, 38, 39 ist so gewählt, dass diese unter Berücksichtigung der effektiven Brechungsindizes des dielektrischen Materials, der Luft zwischen dem dielektrischen Material und der Flüssigkeitsschicht in dem Spalt 31 ein Stopband für die Oberflächen-Polartion-Mode ausbilden. Auf diese Weise kann die Oberflächen-Polariton Mode zwischen dem Paar von Gittern 36, 38 am ersten Ende der Probenkammer 30 und dem zweiten Paar von Gittern 37, 39 am zweiten Ende der Probenkammer oszillieren. Dabei ist der Abstand des Gitterpaars 36, 38 am ersten Ende des Resonators von dem Gitterpaar 37, 39 am zweiten Ende der Probenkammer 30 gerade so gewählt, dass die Resonanzbedingung für die Oberflächen-Polariton-Mode in dem Resonator erfüllt ist.The Bragg gratings are as periodically arranged recesses in the dielectric material of the wall sections 32 . 33 intended. Between the depressions remain stripes 41 made of dielectric material. The periodicity of the Bragg gratings 36 . 37 . 38 . 39 is selected to be in consideration of the effective refractive indices of the dielectric material, the air between the dielectric material and the liquid layer in the gap 31 forming a stop band for the surface polarization mode. In this way, the surface polariton mode between the pair of grids 36 . 38 at the first end of the sample chamber 30 and the second pair of grids 37 . 39 oscillate at the second end of the sample chamber. Here is the distance of the grid pair 36 . 38 at the first end of the resonator of the grid pair 37 . 39 at the second end of the sample chamber 30 just chosen so that the resonance condition for the surface polariton mode is satisfied in the resonator.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppe kombinierbar sind, soweit es nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.For purposes of the original disclosure, it is to be understood that all such features as will become apparent to those skilled in the art from the present description, drawings, and claims, even if concretely described only in connection with certain other features, both individually and separately any combinations with other of the features or feature group disclosed herein are combinable, unless it was expressly excluded or technical conditions make such combinations impossible or pointless. On the comprehensive, explicit representation of all conceivable combinations of features is omitted here only for the sake of brevity and readability of the description.

Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.While the invention has been shown and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustration and description are exemplary only and not intended to limit the scope of the protection as defined by the claims. The invention is not limited to the disclosed embodiments.

Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen” nicht andere Elemtente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „ein” oder „eine” schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.Variations of the disclosed embodiments will be apparent to those skilled in the art from the drawings, the description and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality. The mere fact that certain features are claimed in different claims does not exclude their combination. Reference signs in the claims are not intended to limit the scope of protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtung zur Analyse einer Flüssigkeit mit THz-StrahlungApparatus for analyzing a liquid with THz radiation
22
KurzpulslasersystemShort-pulse laser system
33
infrarote Strahlung am Ausgang des Lasers 2 infrared radiation at the output of the laser 2
44
Strahlteilerbeamsplitter
5, 65, 6
elektrooptischer Kristallelectro-optical crystal
77
infrarote Strahlunginfrared radiation
88th
THz-StrahlungTHz radiation
99
Analysatoranalyzer
1010
Detektordetector
1111
Verzögerungsstreckedelay path
1212
Probenanordnungsample arrangement
1313
Probenkammersample chamber
1414
Flüssigkeitsschichtliquid layer
15, 1615, 16
Grenzflächen zwischen Flüssigkeit 14 und WandInterfaces between liquid 14 and wall
17, 1817, 18
Wand der ProbenkammerWall of the sample chamber
1919
x-Komponente des E-Feldes der gekoppelten Oberflächen-Polariton-Modex component of the E-field of the coupled surface polariton mode
2020
Prismaprism
2121
Grenzfläche zwischen Prisma 20 und Wand 17 der ProbenkammerInterface between prism 20 and wall 17 the sample chamber
2222
Linselens
23, 2423, 24
Gittergrid
25, 2625, 26
Seitenfacetten der ProbenkammerSide facets of the sample chamber
2727
evaneszentes Feld der anregenden THz-Strahlungevanescent field of stimulating THz radiation
3030
Probenkammersample chamber
3131
Spaltgap
32, 3332, 33
dielektrischer Wandabschnitt der Probenkammer 30 dielectric wall portion of the sample chamber 30
34, 3534, 35
Grenzflächeinterface
36, 3736, 37
Bragg-GitterBragg grating
38, 3938, 39
Bragg-GitterBragg grating
4040
Vertiefungdeepening
4141
Materialstegmaterial web
5050
x-Komponente des E-Feldes der gekoppelten Oberflächen-Polariton-Modex component of the E-field of the coupled surface polariton mode
5151
y-Komponente des H-Feldes der gekoppelten Oberflächen-Polariton-Modey-component of the H-field of the coupled surface polariton mode
52, 5352, 53
dielektrischer Wandabschnittdielectric wall section
5454
stark absorbierende Flüssigkeitstrongly absorbing fluid
55, 5655, 56
Grenzflächeinterface

Claims (16)

Verfahren zum Führen elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich in einer Flüssigkeit mit den Schritten Erzeugen elektromagnetischer Strahlung (8) im THz-Frequenzbereich, Bereitstellen der Flüssigkeit (14), Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung (8) in die Flüssigkeit und Anregen einer Oberflächen-Polariton-Mode in der Flüssigkeit (14).Method for guiding electromagnetic radiation in the THz frequency range in a liquid with the steps of generating electromagnetic radiation ( 8th ) in the THz frequency range, providing the liquid ( 14 ), Coupling the electromagnetic radiation ( 8th ) into the liquid and exciting a surface polariton mode in the liquid ( 14 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine gekoppelte Oberflächen-Polariton-Mode angeregt wird.A method according to claim 1, characterized in that a coupled surface polariton mode is excited. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit so bereitgestellt wird, dass sie mindestens zwei Grenzflächen zu dielektrischem, für die elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich transparenten Material aufweist und sich die Flüssigkeit als Schicht zwischen den beiden Grenzflächen erstreckt, wobei die Flüssigkeit eine größere Absorption aufweist als das dielektrische Material.A method according to claim 1, characterized in that the liquid is provided so that it has at least two interfaces to dielectric, transparent to the electromagnetic radiation in the THz frequency range material and the liquid extends as a layer between the two boundary surfaces, wherein the liquid has greater absorption than the dielectric material. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in Form einer Schicht bereitgestellt wird, deren Dicke zwischen den beiden Grenzflächen kleiner ist als die Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung im THz-Frequenzbereich und wobei deren Dicke vorzugsweise kleiner ist als das 1,5-fache der Skin-Tiefe für mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung in der zu verwendenden Flüssigkeit, vorzugsweise kleiner ist als das 1,25-fache der Skin-Tiefe für mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung in der zu verwendenden Flüssigkeit und die besonders bevorzugt kleiner ist als die Skin-Tiefe für mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung in der zu verwendenden Flüssigkeit.A method according to claim 3, characterized in that the liquid is provided in the form of a layer whose thickness between the two interfaces is smaller than the wavelength of the electromagnetic radiation used in the THz frequency range and whose thickness is preferably smaller than the 1.5- times the skin depth for at least one of the wavelengths of the radiation source generates electromagnetic radiation in the liquid to be used, preferably less than 1.25 times the skin depth for at least one of the wavelengths of the electromagnetic radiation generated by the radiation source in the liquid to be used and which is particularly preferably smaller than that Skin depth for at least one of the wavelengths of the electromagnetic radiation generated by the radiation source in the liquid to be used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein evaneszentes Feld der elektromagnetischen Strahlung in die Flüssigkeit eingekoppelt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that an evanescent field of the electromagnetic radiation is coupled into the liquid. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein evaneszentes Feld der elektromagnetischen Strahlung in das dielektrische Material eingekoppelt wird, wobei sich das evaneszente Feld bis in die Flüssigkeit erstreckt.Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that an evanescent field of the electromagnetic radiation is coupled into the dielectric material, wherein the evanescent field extends into the liquid. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein evaneszentes Feld der elektromagnetischen Strahlung in das dielektrische Material eingekoppelt wird, welches eine erste Grenzfläche mit der Flüssigkeit bildet, wobei sich das evaneszente Feld durch die Flüssigkeit bis in das zweite Element aus dieelektrischem Material erstreckt.Method according to one of claims 3 to 6, characterized in that an evanescent field of the electromagnetic radiation is coupled into the dielectric material, which forms a first interface with the liquid, wherein the evanescent field through the liquid to the second element of the dielectric Material stretches. Verfahren zur Analyse einer Flüssigkeit (14) mit elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich mit den Schritten Führen der elektromagnetischen Strahlung im THz-Frequenzbereich in der zu analysierenden Flüssigkeit (14) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und Erfassen der in die zu analysierende Flüssigkeit (14) eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung (8).Method for analyzing a liquid ( 14 ) with electromagnetic radiation in the THz frequency range with the steps of guiding the electromagnetic radiation in the THz frequency range in the liquid to be analyzed ( 14 ) with a method according to one of claims 1 to 7 and detecting the liquid to be analyzed ( 14 ) coupled electromagnetic radiation ( 8th ). Vorrichtung (1) zum Führen elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich in einer Flüssigkeit mit einer Kammer (13) zum Aufnehmen der Flüssigkeit (14), wobei die Kammer (13) zwei gegenüberliegende Wandabschnitte (17, 18) aus einem für die elektromagnetische Strahlung (8) transparenten dielektrischen Material aufweist, wobei die Wandabschnitte je eine Grenzfläche (15, 16) zu der in der Kammer (13) aufzunehmenden Flüssigkeit (14) ausbilden und wobei sich die in der Kammer aufzunehmende Flüssigkeit als Schicht zwischen den beiden Grenzflächen erstreckt, und einer Einrichtung (20, 22, 23, 24) zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung (8) in die Kammer (13), die so eingerichtet ist, dass im Betrieb der Vorrichtung eine Oberflächen-Polariton-Mode entlang den Grenzflächen (15, 16) angeregt wird.Contraption ( 1 ) for guiding electromagnetic radiation in the THz frequency range in a liquid having a chamber ( 13 ) for receiving the liquid ( 14 ), whereby the chamber ( 13 ) two opposite wall sections ( 17 . 18 ) from one for the electromagnetic radiation ( 8th ) transparent dielectric material, wherein the wall sections each have an interface ( 15 . 16 ) to that in the chamber ( 13 ) liquid ( 14 ) and wherein the liquid to be accommodated in the chamber extends as a layer between the two boundary surfaces, and a device ( 20 . 22 . 23 . 24 ) for coupling the electromagnetic radiation ( 8th ) into the chamber ( 13 ) which is set up such that, during operation of the device, a surface polariton mode along the interfaces ( 15 . 16 ) is stimulated. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Strahlungsquelle (1, 5) aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb elektromagnetische Strahlung (8) mit mindestens einer Wellenlänge erzeugt, wobei die Kammer zwischen den Grenzflächen eine Dicke aufweist, die kleiner ist als mindestens eine der Wellenlängen der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung und die vorzugsweise kleiner ist als die Skintiefe der elektromagnetischen Strahlung in einer in der Kammer aufzunehmenden Flüsssigkeit.Apparatus according to claim 9, characterized in that it comprises a radiation source ( 1 . 5 ) which is adapted to operate in use electromagnetic radiation ( 8th ) having at least one wavelength, wherein the chamber between the interfaces has a thickness which is smaller than at least one of the wavelengths of the electromagnetic radiation generated by the radiation source and which is preferably smaller than the skin depth of the electromagnetic radiation in a liquid to be accommodated in the chamber , Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eirichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer einen für die elektromagnetische Strahlung transparenten Körper aufweist, der so angeordnet ist, dass er eine Grenzfläche mit einem Wandabschnitt der Kammer ausbildet, wobei der transparente Körper einen größeren Brechungsindex aufweist als das dielektrische Material des Wandabschnitts der Kammer und wobei die Vorrrichtung eine Strahlführung aufweist, welche im Betrieb der Vorrichtung die elektromagnetische Strahlung derart in den Körper eingekoppelt, dass an der Grenzfläche zwischen dem Körper und dem dielektrischen Material der Probenkammer eine interne Totalreflexion auftritt, wobei ein Detektor so angeordnet ist, dass er die nach der Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Körper und dem dielektrischen Material der Probenkammer aus dem Körper austretende elektromagnetische Strahlung erfasst.Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the means for coupling the electromagnetic radiation into the chamber comprises a body transparent to the electromagnetic radiation, which is arranged to form an interface with a wall portion of the chamber, the transparent body a larger refractive index than the dielectric material of the wall portion of the chamber and wherein the Vorrrichtung has a beam guide, which coupled in the operation of the device, the electromagnetic radiation in the body such that at the interface between the body and the dielectric material of the sample chamber, a total internal reflection occurs, wherein a detector is arranged so that it detects the exiting from the body after the reflection at the interface between the body and the dielectric material of the sample chamber electromagnetic radiation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer ein Gitter für die elektromagnetische Strahlung aufweist, das so angeordnet ist, dass es eine Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer ermöglicht.Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the means for coupling the electromagnetic radiation into the chamber comprises a grating for the electromagnetic radiation, which is arranged so that it allows a coupling of the electromagnetic radiation in the chamber. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zum Auskoppeln der elektromagnetischen Strahlung aufweist, wobei die Einrichtung zum Auskoppeln vorzugsweise ein Gitter für die elektromagnetische Strahlung aufweist, das so angeordnet ist, dass es eine Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung aus der Kammer ermöglicht.Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that it comprises a device for coupling out the electromagnetic radiation, wherein the device for coupling preferably comprises a grid for the electromagnetic radiation, which is arranged so that it is a decoupling of the electromagnetic radiation the chamber allows. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in die Kammer eine Strahlführung mit einer Fokussierung aufweist, so dass die elektromagnetische Strahlung mit einer Propagationsrichtung in die Kammer eingekoppelt wird, die im Wesentlichen parallel zu den Grenzflächen zwischen der Flüssigkeit und dem dielektrischen Material der Wandabschnitte der Kammer ist.Device according to one of claims 9, 10 or 13, characterized in that the means for coupling the electromagnetic radiation into the chamber comprises a beam guide with a focus, so that the electromagnetic radiation is coupled with a propagation direction in the chamber, which is substantially parallel to the interfaces between the liquid and the dielectric material of the wall sections of the chamber. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Resonator für die Oberflächen-Polariton-Mode aufweist, wobei der Resonator vorzugsweise zwei Bragg-Reflektoren aufweist.Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that it comprises a resonator for the surface polariton mode, wherein the resonator preferably comprises two Bragg reflectors. Vorrichtung zur Analyse einer Flüssigkeit mit einer Strahlungsquelle (1, 5), die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb elektromagnetische Strahlung (8) im THz-Frequenzbereich erzeugt, einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, und einem Detektor (6, 9, 10) für die elektromagnetische Strahlung (8) zum Erfassen der in die Kammer (8) eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung (8).Device for analyzing a liquid with a radiation source ( 1 . 5 ), which is set up so that, during operation, it can emit electromagnetic radiation ( 8th ) in the THz frequency range, a device according to one of claims 1 to 15, and a detector ( 6 . 9 . 10 ) for the electromagnetic radiation ( 8th ) for detecting in the chamber ( 8th ) coupled electromagnetic radiation ( 8th ).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106442424B (en) * 2016-12-08 2024-01-30 中国计量大学 Alcohol concentration measuring device and method using graphene terahertz surface plasma effect

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6479822B1 (en) * 2000-07-07 2002-11-12 Massachusetts Institute Of Technology System and Method for terahertz frequency measurements
DE202007018632U1 (en) * 2007-07-08 2009-03-19 Imst Gmbh Broadside-coupled ultra-compact multi-band coupler structures in split-guided surfaces Plasmon Polariton waveguide technology
DE102009019928A1 (en) * 2008-05-14 2009-12-24 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Apparatus and method for generating a high-resolution image of a human body by means of electromagnetic terahertz waves and endoscope operating therewith
US20100017922A1 (en) * 2006-05-31 2010-01-21 Heungjoo Shin Integrated sensing probes, methods of fabrication thereof, and methods of use thereof
WO2011098943A1 (en) * 2010-02-15 2011-08-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device for analyzing a sample using radiation in the terahertz frequency range

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8629983B2 (en) * 2008-09-24 2014-01-14 Stichting Imec Nederland Assembly with absorbing sensor layer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6479822B1 (en) * 2000-07-07 2002-11-12 Massachusetts Institute Of Technology System and Method for terahertz frequency measurements
US20100017922A1 (en) * 2006-05-31 2010-01-21 Heungjoo Shin Integrated sensing probes, methods of fabrication thereof, and methods of use thereof
DE202007018632U1 (en) * 2007-07-08 2009-03-19 Imst Gmbh Broadside-coupled ultra-compact multi-band coupler structures in split-guided surfaces Plasmon Polariton waveguide technology
DE102009019928A1 (en) * 2008-05-14 2009-12-24 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Apparatus and method for generating a high-resolution image of a human body by means of electromagnetic terahertz waves and endoscope operating therewith
WO2011098943A1 (en) * 2010-02-15 2011-08-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device for analyzing a sample using radiation in the terahertz frequency range

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