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HINTERGRUND
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Sensoren werden bei Messsystemen eingesetzt, um Phänomene, Eigenschaften und Merkmale, wie z.B. Licht, Temperatur, Bewegung und Ähnliches, zu erfassen. Ein Typ eines Sensors ist ein Fluid-(Flüssigkeits- oder/und Gas-)Sensor, welcher betriebsfähig ist, um Fluids zu erfassen. Messungen werden durch den Sensor bezüglich einiger bestimmter Eigenschaften des Fluids durchgeführt, und diese Messungen werden dann eingesetzt, um den Typ des Fluids selbst zu bestimmen oder eine andere Eigenschaft des Fluids zu bestimmen.
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Ein gewöhnlicher Sensor ist ein Absorptionssensor, welcher zum Messen von Fluids eingesetzt wird, und eine typische Konfiguration ist ein geradliniger Wellenleiter (WG). Die geradlinige Wellenleiter-Konfiguration verwendet eine gradlinige Rille (Rippe), durch welche Licht passiert. Die Rille befindet sich in Kontakt mit einer Probe. Ein Ausgangsanschluss des Wellenleiters stellt eine Anregung des Lichts bereit und das Ausgangssignal verändert sich, wenn das Licht in dem Wellenleiter mit dem Fluid oben auf wechselwirkt. Diese Veränderungen können gemessen werden und korrelieren mit dem Fluid.
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Solche Wellenleiter sind jedoch relativ unempfindlich und erfordern sehr lange Längen, um verschiedene Flüssigkeiten ausreichend zu identifizieren. Alternativ werden im Allgemeinen mehrere Wellenleiter benötigt und als ein Netz ausgebildet, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Diese Netzkonstruktion ist zerbrechlich und daher anfällig gegenüber einer Beschädigung. Ein verbesserter Sensor wird benötigt, weshalb sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe stellt, einen solchen verbesserten Sensor bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Sensorsystem mit Kopplungsstrukturen nach Anspruch 1 und 14 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors mit Kopplungsstrukturen nach Anspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Darstellung eines Sensorsystems mit einer Kopplungsstruktur.
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2A ist eine Darstellung, welche eine Seitenansicht einer möglichen Konfiguration eines Sensors, welcher einen Wellenleiter und Kopplungsstrukturen aufweist, darstellt.
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2B ist eine Darstellung, welche eine Ansicht des Sensors, welcher eine Kopplungsstruktur, einen Wellenleiter und einen Kegel aufweist, von oben darstellt.
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3A ist eine Darstellung, welche ein beispielhaftes Kegelprofil für eine Kopplungsstruktur darstellt.
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3B ist eine Darstellung, welche ein beispielhaftes gekrümmtes Kegelprofil für eine Kopplungsstruktur darstellt.
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4 ist eine Darstellung, welche einen Wellenleiter, welcher auf einem photonischen Kristall (PhC) basiert, ohne Muster in den Kopplungsbereichen darstellt.
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5 ist eine Darstellung, welche einen Wellenleiter, welcher auf einem photonischen Kristall basiert, mit einem Kopplungsmuster in Form eines zweidimensionalen (2D) photonischen Kristalls in den Kopplungsbereichen darstellt.
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6 ist eine Darstellung, welche einen Wellenleiter, welcher auf einem photonischen Kristall basiert, mit Gittermustern als einem Koppler darstellt.
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7 ist ein Flussplan, welcher ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors mit Kopplungsstrukturen darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug zu den beigefügten Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen eingesetzt werden, um durchweg ähnliche Elemente zu bezeichnen, und wobei die dargestellten Strukturen und Vorrichtungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt sind.
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Sensor-Systeme und Verfahren werden im Folgenden offenbart, welche Kopplungsstrukturen verwenden, um eine Kopplungseffizienz zu verbessern. Ein Sensor weist im Allgemeinen eine Quelle einer elektromagnetischen Strahlung, ein Interaktionsvolumen und einen Detektor auf. Das Interaktionsvolumen kann in der Form eines Wellenleiters vorliegen, welcher zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangs-Kopplungsstruktur angeordnet ist, welche das Licht von der Quelle in den Wellenleiter einkoppeln und das Licht von dem Wellenleiter zu dem Detektor auskoppeln. Die Sensoren setzen Licht ein, um Eigenschaften der Umgebung zu messen, und werden zur Identifikation von Proben, zum Erfassen von Proben und Ähnlichem eingesetzt.
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Der Wellenleiter bildet einen Wechselwirkungsbereich aus, wo Licht hindurch verläuft und mit der Probe (dem Fluid) wechselwirkt. Das Licht wird zumindest teilweise entsprechend den Bedingungen und/oder den Proben in der Nähe des Wellenleiters gedämpft.
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1 ist eine Darstellung eines Sensorsystems 100, welches eine Kopplungsstruktur aufweist. Das System 100 ist zur Vereinfachung des Verständnisses in einer einfachen Form bereitgestellt. Das System 100 ist als ein Beispiel eines Systems bereitgestellt, welches einen Wellenleiter-Sensor mit einer Kopplungsstruktur einsetzt. Das System 100 kann in einem oder in mehreren Vorrichtungen ausgebildet oder eingesetzt werden.
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Das System 100 weist eine Schnittstelle 102, einen Sensor 104 und eine Steuereinheit 106 auf. Die Schnittstelle 102 koppelt den Sensor 104 mit der Steuereinheit 106. Die Schnittstelle 102 kann ausgestaltet sein, um eine Spannung und/oder Signale zur Kommunikation bereitzustellen.
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Die Steuereinheit 106 ist ausgestaltet, um den Sensor 104 zu steuern und Messungen, welche durch den Sensor 104 erzeugt werden, zu erhalten und einzusetzen. Die Steuereinheit 106 kann zum Beispiel ausgestaltet sein, um in einem Beispiel eine Flüssigkeit und eine Zusammensetzung der Flüssigkeit abhängig von einer Messung oder einem Ausgangssignal von dem Sensor 104 zu bestimmen.
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Der Sensor 104 ist ausgestaltet, um (eine) Probe(n) in der Nähe der Sensorstruktur 104 mit einer relativ hohen Kopplungseffizienz zu messen und/oder zu erfassen. Der Sensor 104 kann ausgestaltet sein, um chemische und/oder Umgebungs-Eigenschaften einer Probe in der Nähe des Sensors 104 zu messen. Die Probe kann in Kontakt mit dem Sensor oder in der Nähe des Sensors 104 platziert oder angeordnet werden.
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Der Sensor 104 weist eine oder mehrere Kopplungsstrukturen auf, welche ausgestaltet sind, um Kopplungsverluste zu verringern und eine Kopplungseffizienz zu verbessern. Kopplungsstrukturen ermöglichen, dass Licht von einer Lichtquelle in einen Wellenleiter eintritt und den Wellenleiter zur Messung an einem Detektor verlässt.
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Kopplungsverluste entsprechen einer Dämpfung und/oder eines Verlustes von Licht beim Eintritt und/oder Austritt des Wellenleiters über die Kopplungsstrukturen. Wie im Folgenden gezeigt wird, muss Licht von einer Lichtquelle notwendigerweise in den Wellenleiter / Wechselwirkungsbereich eintreten und diesen verlassen. Die Kopplungsstruktur wird entweder als eine Rasterung (Welligkeit der Oberfläche) oder als eine 2D-Anordnung von Löchern in der Scheibe des Wellenleiters (einem 2D-PhC) ausgebildet. Die Kopplungsstrukturen sind ausgestaltet, um Licht von der Lichtquelle in den Wellenleiter zu lenken und um Licht von dem Wellenleiter zu dem Detektor zu lenken. Kopplungsverluste treten aufgrund der Rasterung, des 2D-PhC-Kopplers und von Ähnlichem auf. Umso höher die Kopplungsverluste sind, desto mehr Licht muss erzeugt werden und umso höher muss die Empfindlichkeit des Detektors sein.
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Die Kopplungsstrukturen des Sensors 104 sind ausgestaltet, um Kopplungsverluste zu verringern, die Kopplungseffizienz zu erhöhen und eine Homogenität von Sensorkomponenten zu ermöglichen, indem sich verjüngende Abschnitte und andere Eigenschaften aufgenommen und ausgestaltet werden. Einige der anderen Eigenschaften umfassen einen Aufbau bzw. eine Zusammensetzung, Materialien, eine Gitterstruktur, eine Welligkeit einer Oberfläche und Ähnliches.
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Darüber hinaus sind die Kopplungsstrukturen des Sensors 104 ausgestaltet, um Wellenlängen eines Lichts zu selektieren und dienen als ein Filter. Die Wellenlängen können selektiert werden durch (i) die Periodizität des Gitters, (ii) die Periodizität und den Radius des 2D-PhC-Kopplers und (iii) die Periodizität und den Radius des PhC-WG und die anderen Eigenschaften. Zum Beispiel kann die Kopplungsstruktur ausgestaltet sein, um nur Infrarot-Wellenlängen des Lichts passieren zu lassen.
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Die Lichtquelle ist an einer Eingangs-Kopplungsstruktur ausgerichtet, welche ausgestaltet ist, um emittiertes Licht in den Wechselwirkungsbereich einzuführen. Der Lichtdetektor oder Photodetektor ist an einer Ausgangs-Kopplungsstruktur angeordnet, welche ausgestaltet ist, um austretendes Licht zu dem Detektor zu lenken.
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Wenn Licht durch einen Wechselwirkungsbereich verläuft, verändert sich das Licht bezüglich einer oder mehrerer seiner Eigenschaften. In einem Beispiel tritt eine Lichtdämpfung auf. In einem anderen Beispiel kann eine Verschiebung des Maximums der Lichtintensität im Spektrum auftreten. Die Dämpfung verändert sich gemäß einer Probe in Kontakt mit oder in der Nähe des Wechselwirkungsbereichs. Der Detektor misst das Ausgangslicht. Diese Information oder Messung kann der Steuereinheit 106 zur Analyse bereitgestellt werden. Die Messung korreliert mit der Probe und umfasst zum Beispiel den Probentyp, die Flüssigkeit, das Gas, die Temperatur und Ähnliches.
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2A und 2B beschreiben ein Sensorsystem 200, welches einen Wellenleiter und Kopplungsstrukturen aufweist. Die Kopplungsstrukturen sind ausgestaltet, um die Kopplungseffizienz zu verbessern und stellen eine Wellenlängen-Selektivität bereit.
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2A ist eine Darstellung, welche eine Seitenansicht eines Sensor-Systems 200 mit Kopplungsstrukturen darstellt. Das Sensorsystem 200 wird eingesetzt, um ein Fluid und Ähnliches in der Nähe des Sensors 200 zu erfassen und/oder zu messen. Das Sensorsystem 200 setzt einen Wechselwirkungsbereich 204 ein, durch welchen Licht passiert und in welchem Licht gemäß einer Probe 212 gedämpft wird. Charakteristisch für jedes Fluid ist sein Absorptionskoeffizient, welcher zu der charakteristischen Dämpfung führt.
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Der Sensor 200 weist ein Element 201, eine Lichtquelle 208 und einen Lichtdetektor 210 auf. Das Element 201 weist eine Eingangs-Kopplungsstruktur 202, einen Wellenleiter-Wechselwirkungsbereich 204 und eine Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 auf. Die Lichtquelle 208 emittiert ein elektromagnetisches Feld (Licht). Die Lichtquelle 208 kann ausgestaltet sein, um Licht einer bestimmten Wellenlänge, wie beispielsweise Infrarotlicht, zu emittieren. Der Detektor 210 ist ausgestaltet, um die Wellenlänge des Lichts, welches von der Lichtquelle 208 emittiert wird, zu erfassen oder zu messen, nachdem es durch den Wechselwirkungsbereich 204 (den Wellenleiter) passiert ist. Eine Probe 212 ist in der Nähe oder in Kontakt mit dem Wellenleiter / Wechselwirkungsbereich 204 angeordnet. Die Probe 212 kann eine Flüssigkeit und/oder ein Gas aufweisen.
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Die Eingangs-Kopplungsstruktur 202, der Wechselwirkungsbereich 204 und die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 sind auf einer Membran 214 ausgebildet. Die Kopplungsstrukturen 202 und 206 und der Bereich 204 sind aus einem geeigneten Material, wie z.B. Silicium (Si), Blei(II)-sulfid, Blei(II)-selenid, Siliciumnitrid (SixNy), ausgebildet und weisen geeignete Abmessungen auf. Bei einem Beispiel weist der Wellenleiter-Bereich 204 eine Breite von 2 Mikrometer und eine Höhe von 600 Nanometer auf. Andere Eigenschaften können auch ausgewählt oder eingestellt werden, was die Form für den Wechselwirkungsbereich 204, Materialien, eine Position der Quelle und des Detektors und Ähnliches einschließt, aber nicht darauf eingeschränkt ist. Bei einem Beispiel ist der Wellenleiter ein photonisches Kristall oder ein segmentierter Wellenleiter, welcher periodische Veränderungen in seinem Querschnitt / Brechungsindex aufweist, oder ist in einem solchen ausgebildet. Das photonische Kristall oder der segmentierte Wellenleiter können mit einer 2D-Strukturierung bzw. 2D-Musterung ausgebildet sein.
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Im Allgemeinen kann ein photonischer Kristall eine von zwei möglichen Typen einer periodischen Struktur annehmen: Luftlöcher in einer Materialschicht und Materialstangen in der Luft. Bei den Luftlöchern in einer Materialschicht sind die Luftlöcher in einem periodischen Gitter angeordnet. Bei Materialstangen in der Luft sind die Stangen in einem periodischen Gitter angeordnet. Ein Beispiel eines photonischen Kristalls ist im Folgenden beschrieben. Die Löcher in der Schicht können mit einem Material gefüllt sein, welches im Vergleich zu dem Material der Schicht einen anderen Brechungsindex aufweist.
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Die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 empfängt das emittierte Licht von der Lichtquelle 208 und lenkt das Licht zu dem Wechselwirkungsbereich 204. Bei einem Beispiel ist die Lichtquelle 208 außerhalb der Ebene bezüglich des Wechselwirkungsbereichs 204 (des Wellenleiters) angeordnet, und die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 ist mit einer Rasterung, Fehlstellen oder Riffelungen ausgestaltet, um zu ermöglichen, dass das Licht eintritt. Bei einem anderen Beispiel ist die Lichtquelle 208 in der Ebene von 204 angeordnet, so dass das emittierte Licht durch den Wellenleiter 201 gelenkt wird, ohne dass Koppler benötigt werden. Die Rasterung weist geeignete Abmessungen, wie z. B. eine Rasterungsperiode, eine Rasterungshöhe und Länge des Rasterungsbereichs (z.B. 2 mm) auf, um zu ermöglichen, dass ausreichend Licht eintritt.
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Die Membran 214 ist aus einem geeigneten Material, um das Element 201 zu halten, und typischerweise mit einer Anzahl von anderen Wellenleitern/Sensoren ausgebildet. Darüber hinaus ist das geeignete Material ausgewählt, um Anforderungen und Eigenschaften der Membran / des Substrats bereitzustellen, welche zum Beispiel einen Brechungsindex, eine Flexibilität und Ähnliches einschließen. Die Membran 214 kann etwas fest oder flexibel abhängig von den eingesetzten Materialien sein. Bei einem Beispiel weist die Membran 214 eine Wabenstruktur auf ihrer hinteren Seite bezüglich des Wellenleiters auf, was eine Festigkeit unterstützt, während eine Flexibilität ermöglicht wird. Bei einem Beispiel ist das geeignete Material Siliciumnitrit. Bei einem anderen Beispiel weist das geeignete Material einen geringen Brechungsindex auf.
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Der Wechselwirkungsbereich 204 ist ausgestaltet, um zu bewirken, dass das geführte Licht passieren oder sich ausbreiten kann. Die Größe und die Form des Bereiches 204 sind für (eine) ausgewählte Wellenlänge(n) und ein Dämpfungsverhältnis ausgestaltet. Wenn das geführte Licht durch den Absorptionsbereich passiert, wird das geführte Licht entsprechend der Probe 212 gedämpft. Daher ergeben sich für unterschiedliche Probentypen und Eigenschaften, wie z.B. Alter und Temperatur, unterschiedliche Absorptionsverhältnisse durch den Bereich. Als Ergebnis tritt das geführte Licht gedämpft um ein Verhältnis bzw. eine Rate aus dem Wechselwirkungsbereich 204 aus, welche(s) zumindest teilweise von der Probe abhängt. Daher wird das Licht aufgrund der Interaktion gedämpft, wenn es mit dem emittierten Licht oder mit dem Licht ohne die Probe 212 verglichen wird.
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Das Licht nach der Wechselwirkung (das Licht, das durch die Wechselwirkung entsteht) tritt aus der Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 aus. Das Licht nach der Wechselwirkung wird durch den Detektor 210 gemessen. Bei einem Beispiel weist die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 eine Rasterung auf, um zu ermöglichen, dass das Licht nach der Wechselwirkung den Wellenleiter 201 verlässt.
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Der Detektor 210 misst das aus der Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 austretende Licht. Das austretende Licht ist im Vergleich mit dem emittierten Licht oder mit dem Licht ohne die Probe 212 gedämpft. Der Detektor 210 oder eine andere Komponente, wie z.B. eine Steuerung, verwendet das gemessene Licht, um eine Zusammensetzung oder andere Eigenschaften der Probe 212 zu bestimmen. Bei einem Beispiel ist der Detektor 210 ausgestaltet, um sich außerhalb der Ebene / der Linie bzw. Richtung des Wellenleiters zu befinden.
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Der Detektor 210 kann ausgestaltet sein, um einen ausgewählten Spektralbereich oder ausgewählte Wellenlängen des Lichts, wie z.B. ein Infrarotlicht, zu messen. Bei einem Beispiel ist der Wellenleiter 200 ausgestaltet, um Wellenlängen von ungefähr 5–6 Mikrometer zu erfassen.
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Die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 ist mit einer sich verjüngenden Form ausgestaltet, welche den Eintritt von Licht von der Lichtquelle 208 erleichtert. Im Allgemeinen erlaubt die sich verjüngende Form, dass eine Strahlbreite der Lichtquelle 208 eine Breite des Wechselwirkungsbereichs 204 übersteigt. Daher sammelt oder fokussiert die sich verjüngende Form den Strahl von der Lichtquelle auf eine kleinere Breite.
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Die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 umfasst entweder eine Rasterung (welche eine eindimensionale Welligkeit der Oberfläche aufweist) oder eine zweidimensionale Welligkeit der Oberfläche (2D-PhC). Der PhC weist eine ausgewählte Gitterstruktur, Periodizität und Abmessung auf. Die Oberflächenausgestaltung der Kopplungsstruktur 202 unterstützt eine Verbesserung der Homogenität des Sensors 200.
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Die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 ist mit einer sich verjüngenden Form ausgestaltet, welche den Austritt des Lichts nach der Wechselwirkung erleichtert. Im Allgemeinen ermöglicht die sich verjüngende Form den Einsatz eines Detektors, welcher breiter als eine Strahlbreite des Lichts innerhalb des Wechselwirkungsbereichs 204 ist. Daher weist das austretende Licht eine Breite auf, welche die Breite innerhalb des Wechselwirkungsbereichs 204 übersteigt. Die sich verjüngende Form verbessert auch die Homogenität, was die Leistungsfähigkeit des Sensors weiter verbessert, indem der Umfang der Licht-Kopplungsverluste in und aus dem Wellenleiter verringert wird.
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Die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 umfasst entweder eine Rasterung (welche eine eindimensionale Welligkeit der Oberfläche aufweist) oder eine zweidimensionale Welligkeit der Oberfläche (2D-PhC). Der PhC weist eine ausgewählte Gitterstruktur, Periodizität und Abmessung auf. Darüber hinaus unterstützt die Oberflächenausgestaltung eine Verbesserung der Homogenität des Sensors 200. Die Homogenität verbessert die Leistungsfähigkeit des Sensors weiter, indem der Umfang der Lichtkopplungsverluste in und aus dem Wellenleiter verringert wird.
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2B ist eine Darstellung, welche eine Ansicht des Sensorsystems 200 mit einem Wellenleiter und Kopplungsstrukturen von oben darstellt. Der Sensor 200 wird eingesetzt, um ein Fluid und Ähnliches in der Nähe des Sensors 200 zu erfassen und/oder zu messen. Der Sensor 200 der 2A ist in 2B von oben dargestellt, um die sich verjüngende Form der Kopplungsbereiche zu veranschaulichen.
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Der Sensor 200 ist mit der Eingangs-Kopplungsstruktur 202, dem Wechselwirkungsbereich 204 und der Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 dargestellt. Die Kopplungsstrukturen 202 und 206 sind mit der sich verjüngenden Form und Rasterungen zum Eintritt und Austritt von Licht dargestellt.
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Die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 weist eine größere Breite 216 an einer Eingangsseite und eine schmalere Breite 220 an einer Ausgangsseite auf. Die Struktur 202 weist auch eine Länge 218 auf. Die Ausgangsbreite 220 ist typischerweise die Breite des Wechselwirkungsbereichs 204 und nimmt eine Strahlbreite des Lichts von oder unterhalb dieser Breite auf. Die Eingangsbreite 216 ist ausgestaltet, um mit dem emittierten Licht der Lichtquelle 208 übereinzustimmen. Ein Profil existiert zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Struktur 202. Bei diesem Beispiel ist das Profil als eine gerade Linie dargestellt. Es können jedoch andere Profile, wie z.B. ein gebogenes Profil und Ähnliches, eingesetzt werden.
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Die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 weist an einer Ausgangsseite eine größere Breite 216 und eine schmalere Breite 220 an einer Eingangsseite auf. Die Struktur 206 weist auch eine Länge 218 auf, welche dieselbe Länge wie die Länge der Eingangs-Kopplungsstruktur 202 bei diesem Beispiel ist. Die Eingangsbreite 220 ist typischerweise die Breite des Wechselwirkungsbereichs 204 und nimmt eine Strahlbreite von Licht von oder unterhalb dieser Breite auf. Die Ausgangsbreite 216 ist breiter als die Eingangsbreite und wird ausgewählt, um dem Detektor 210 Rechnung zu tragen. Ein Profil existiert zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Struktur 202. Bei diesem Beispiel ist das Profil als eine gerade Linie dargestellt. Jedoch können andere Profile, wie z.B. ein gebogenes Profil und Ähnliches, eingesetzt werden.
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Die Abmessungen und Profile für die Strukturen 202 und 206 sind in 2B identisch dargestellt. Es sei jedoch angemerkt, dass die Strukturen 202 und 206 Abmessungen und Profile aufweisen können, welche sich voneinander unterscheiden.
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3A ist eine Darstellung, welche ein beispielhaftes Kegelprofil bzw. ein sich verjüngendes Profil für eine Kopplungsstruktur 302 darstellt. Die Struktur kann zur Verwendung als eine Eingangs-Kopplungsstruktur und/oder eine Ausgangs-Kopplungsstruktur ausgestaltet sein.
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Die Kopplungsstruktur 302 ist mit einer ersten Seitenbreite 216, einer zweiten Seitenbreite 220 und einer Länge 218 dargestellt. Die Struktur 302 weist ein Kegelprofil 324 von der ersten Seite zu der zweiten Seite auf. Bei diesem Beispiel ist das Kegelprofil eine gerade Linie.
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3B ist eine Darstellung, welche ein Beispiel eines gebogenen oder gekrümmten Kegelprofils für eine Kopplungsstruktur 304 darstellt. Die Struktur kann zum Einsatz als eine Eingangs-Kopplungsstruktur und/oder eine Ausgangs-Kopplungsstruktur ausgestaltet sein.
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Die Kopplungsstruktur 304 ist mit einer ersten Seitenbreite 216, einer zweiten Seitenbreite 220 und einer Länge 218 dargestellt. Die Struktur 304 weist ein Kegelprofil 326 von der ersten Seite zu der zweiten Seite auf. Bei diesem Beispiel weist das Kegelprofil eine Rundung (Abrundung bzw. Einkehlung) auf.
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Im Allgemeinen ist das Kegelprofil ausgestaltet, um der Strahlbreite und einem Übergang des Strahls von einer Seite zu der anderen Rechnung zu tragen, während ein Kopplungsverlust verringert wird. Darüber hinaus ist das Kegelprofil für einen effizienten Übergang des Lichts zu/von der Kopplungsstruktur und dem Wechselwirkungsbereich ausgestaltet. Darüber hinaus kann das Kegelprofil ausgestaltet sein, um ausgewählte Wellenlängen zu filtern oder aufzunehmen.
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Die Kegelprofile können zum Beispiel linear, abhängig von einer Versuchsdurchführung, abhängig von einer Quadratsfunktion und Ähnlichem sein.
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4 ist eine Darstellung, welche ein auf einem photonischen Kristall basierendes Sensorelement 400 darstellt. Das Element 400 kann für den vorab beschriebenen Sensor 104 eingesetzt werden.
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Das Element 400 weist eine Eingangs-Kopplungsstruktur 202, einen Wechselwirkungsbereich 204 und eine Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 auf. Das Element 400 ist mit einem photonischen Kristall ausgebildet und weist Eigenschaften auf, welche ausgewählt sind, um Kopplungsverluste zu verringern, eine Kopplungseffizienz zu verbessern und emittiertes Licht zu filtern. Im Allgemeinen ist das Element 400 ausgestaltet, um die ausgewählten Eigenschaften aufzuweisen, welche ein Material, eine Zusammensetzung, eine Periodizität, eine Gitterstruktur, Muster, einen Fehlstellen-/Loch-Durchmesser, ein Profil und Ähnliches einschließen. Das Element 400 weist eine photonische Bandlücke (PBG) auf, welche nur Wellenlängen innerhalb der photonischen Bandlücke erlaubt, sich entlang des Elements 400 auszubreiten.
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Licht oder elektromagnetische Strahlung ist als Pfeile dargestellt und tritt in dem Eingangs-Kopplungsbereich 202 ein, wechselwirkt in dem Wechselwirkungsbereich 204 und tritt über den Ausgangs-Kopplungsbereich 206 aus.
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Die Periodizität ist ein Abstand von einem Mittelpunkt eines Lochs / einer Fehlstelle zu einem Mittelpunkt von benachbarten Löchern / Fehlstellen. Daher führt eine kleinere Periodizität zu einer größeren Dichte von Fehlstellen. Die Gitterstruktur ist eine Anordnung der Fehlstellen. 4 stellt eine quadratische oder rechteckige Anordnung von Fehlstellen dar. Andere Gitterstrukturen werden auch in Erwägung gezogen, was zum Beispiel hexagonale Anordnungen, hexagonale Ringe und Ähnliches einschließt.
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Das Element 400 wird ausgebildet, indem eine Schicht eines auf einem photonischen Kristall basierenden Materials auf einer Membran, wie z.B. der vorab beschriebenen Membran 214 oder einfach einem kompakten Substrat, ausgebildet wird. Die Schicht wird aus einem geeigneten Material, wie z.B. einem auf Silicium basierenden Material, ausgebildet. Löcher oder Fehlstellen sind innerhalb der Schicht ausgebildet und werden in 4 als Kreise dargestellt. Die Fehlstellen können mit einem Füllmaterial, wie z.B. SiOx, SiN oder Ähnlichem, gefüllt werden oder weisen kein Füllmaterial auf.
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Die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 ist ausgestaltet, um ausgewählte Eigenschaften aufzuweisen, um effizient Licht von einer Lichtquelle zu empfangen oder Wellenlängen zu filtern, so dass nur ausgewählte Wellenlängen in den Wechselwirkungsbereich 204 eintreten. Die ausgewählten Eigenschaften schließen Material, Zusammensetzung, Periodizität, Gitterstruktur, Muster, Fehlstellen-/Loch-Durchmesser, Profil und Ähnliches ein. Eine Oberfläche der Struktur 202 kann wellig sein, um den Eintritt von Licht zu erleichtern. In 4 ist die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 ohne Muster 430 dargestellt.
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Die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 ist ausgestaltet, um ausgewählte Eigenschaften aufzuweisen, um effizient Licht nach der Wechselwirkung von dem Wechselwirkungsbereich 204 einem Detektor bereitzustellen und Wellenlängen zu filtern, um nur ausgewählte Wellenlängen aus der Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 austreten zu lassen. Die ausgewählten Eigenschaften schließen Material, Zusammensetzung, Periodizität, Gitterstruktur, Muster, Fehlstellen-/Loch-Durchmesser, Profil und Ähnliches ein. Eine Oberfläche der Struktur 206 kann wellig sein, um den Austritt von Licht zu erleichtern. In 4 ist die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 ohne Muster oder Fehlstellen 432 dargestellt.
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Der Wechselwirkungsbereich / Wellenleiter 204 ist ausgestaltet, um ausgewählte geometrische Eigenschaften aufzuweisen, um zu ermöglichen, dass sich bestimmte Wellenlängen von der Eingangs-Kopplungsstruktur 202 ausbreiten (d.h. um die spezifische photonische Bandlücke aufzuweisen). Das sich ausbreitende Licht wechselwirkt mit einer Probe und wird zumindest teilweise gemäß der Probe in der Nähe des Bereichs 204 gedämpft. Bei diesem Beispiel sind Fehlstellen bei dem Wechselwirkungsbereich 204 nicht vorhanden, es sei jedoch angemerkt, dass andere geeignete Konfigurationen eingesetzt werden können.
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5 ist eine Darstellung, welche ein auf einem photonischen Kristall basierendes Element 500 darstellt. Das Element 500 kann für den vorab beschriebenen Sensor 104 verwendet werden.
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Das Element 500 weist eine Eingangs-Kopplungsstruktur 202, einen Wechselwirkungsbereich 204 und eine Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 auf. Der Wellenleiter 500 ist mit einem photonischen Kristall ausgebildet und weist Eigenschaften auf, welche ausgewählt sind, um Kopplungsverluste zu verringern, eine Kopplungseffizienz zu verbessern und emittiertes Licht zu filtern. Im Allgemeinen ist das Element 500 ausgestaltet, um die ausgewählten Eigenschaften aufzuweisen, welche Material, Zusammensetzung, Periodizität, Gitterstruktur, Muster, Fehlstellen-/Loch-Durchmesser, Profil und Ähnliches einschließen. Der Wellenleiter 500 weist eine photonische Bandlücke (PBG) auf, welche erlaubt, dass sich nur Wellenlängen innerhalb der photonischen Bandlücke entlang des Wellenleiters 500 ausbreiten. Bei einem Beispiel weisen die Fehlstellen eine kreisförmige Form auf, jedoch können die Fehlstellen andere Formen, wie z.B. ein Quadrat, aufweisen.
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Licht oder elektromagnetische Strahlung ist als Pfeile dargestellt und tritt bei dem Eingangs-Kopplungsbereich 202 ein und breitet sich in dem Wechselwirkungsbereich 204 aus, in welchem es mit der Probe wechselwirkt, und tritt über den Ausgangs-Kopplungsbereich 206 aus.
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Das Element 500 ist bei einem Beispiel ausgebildet, indem eine Schicht eines auf einem photonischen Kristall basierenden Materials auf einer Membran, wie z.B. der vorab beschriebenen Membran 214, ausgebildet ist. Die Schicht ist aus einem geeigneten Material, wie z.B. aus einem auf Silicium basierenden Material, ausgebildet. Löcher oder Fehlstellen sind innerhalb der Schicht ausgebildet und sind in 5 als Kreise dargestellt. Die Fehlstellen können mit einem Füllmaterial, wie z.B. SiOx, SiN und Ähnlichem, ausgefüllt sein oder können kein Füllmaterial aufweisen.
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Die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 ist ausgestaltet, um ausgewählte Eigenschaften aufzuweisen, um Licht von einer Lichtquelle effizient zu empfangen und Wellenlängen zu filtern, so dass nur ausgewählte Wellenlängen in den Wechselwirkungsbereich 204 eintreten. Die ausgewählten Eigenschaften schließen Material, Zusammensetzung, Periodizität, Gitterstruktur, Muster, Fehlstellen-/Loch-Durchmesser, Profil und Ähnliches ein. Eine Oberfläche der Struktur 202 kann wellig sein, um den Eintritt von Licht zu erleichtern. In 5 ist die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 mit einem Muster 534 dargestellt. Das Eingangsmuster 534 weist eine andere Periodizität und einen anderen Fehlstellen-Durchmesser als die umgebenden Abschnitte des Wellenleiters 500 auf. Die geometrischen Eigenschaften des Musters 534 sind ausgewählt, so dass die Phasenanpassungsbedingung, welche zum Einkoppeln bzw. Auskoppeln von Licht in bzw. aus dem Wellenleiter erforderlich ist, erfüllt wird.
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Die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 ist ausgestaltet, um ausgewählte Eigenschaften aufzuweisen, um effizient Licht von dem Wechselwirkungsbereich 204 zu einem Detektor auszukoppeln. Die ausgewählten Eigenschaften schließen Material, Zusammensetzung, Periodizität, Gitterstruktur, Muster, Fehlstellen-/Loch-Durchmesser, Profil und Ähnliches ein. Eine Oberfläche der Struktur 206 kann wellig sein (anstelle der 2D-PhC-Struktur), um den Austritt von Licht zu erleichtern. In 5 ist die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 mit einem Muster 536 dargestellt. Das Ausgangsmuster 536 weist eine andere Periodizität und einen anderen Fehlstellen-Durchmesser als die umgebenden Abschnitte des Wellenleiters 500 auf.
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Der Wechselwirkungsbereich 204 ist ausgestaltet, um ausgewählte Eigenschaften aufzuweisen, um mit dem emittierten Licht von der Eingangs-Kopplungsstruktur 202 eine Wechselwirkung aufzuweisen. Das emittierte Licht weist zumindest teilweise eine Wechselwirkung mit einer Probe in der Nähe des Bereichs 204 auf und wird zumindest teilweise durch die Probe gedämpft. Bei diesem Beispiel sind wiederum keine Fehlstellen oder Löcher vorhanden, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass andere geeignete Konfigurationen auch eingesetzt werden können.
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6 ist eine Darstellung, welche ein auf einem photonischen Kristall basierendes Element 600 darstellt. Das Element 600 kann für den vorab beschriebenen Sensor 104 eingesetzt werden.
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Das Element 600 weist eine Eingangs-Kopplungsstruktur 202, einen Wechselwirkungsbereich 204 und eine Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 auf. Das Element ist mit einem photonischen Kristall ausgebildet und weist Eigenschaften auf, welche ausgewählt sind, um Kopplungsverluste zu verringern, eine Kopplungseffizienz zu verbessern und emittiertes Licht zu filtern. Im Allgemeinen ist das Element 600 ausgestaltet, um die ausgewählten Eigenschaften aufzuweisen, welche Material, Zusammensetzung, Periodizität, Gitterstruktur, Muster, Fehlstellen-/Loch-Durchmesser, Profil und Ähnliches einschließen. Das Element 600 weist eine photonische Bandlücke (PBG) auf, welche nur Wellenlängen innerhalb der photonischen Bandlücke ermöglicht, sich entlang des Wellenleiters 600 auszubreiten.
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Licht oder elektromagnetische Strahlung ist als Pfeile dargestellt und tritt in den Eingangs-Kopplungsbereich 202 ein, wechselwirkt in dem Wechselwirkungsbereich 204 und tritt über den Ausgangs-Kopplungsbereich 206 aus.
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Das Element 600 ist ausgebildet, indem eine Schicht eines photonischen Kristalls auf eine Membran, wie z.B. die vorab beschriebene Membran 214, ausgebildet wird. Die Schicht ist aus einem geeigneten Material, wie z.B. einem auf Silicium basierenden Material, ausgebildet. Löcher oder Fehlstellen sind in der Schicht ausgebildet und sind in 6 als Kreise dargestellt. Die Fehlstellen können mit einem Füllmaterial, wie z.B. SiOx, SiN und Ähnlichem, gefüllt werden, oder können kein Füllmaterial aufweisen.
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Die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 ist ausgestaltet, um ausgewählte Eigenschaften aufzuweisen, um effizient Licht von einer Lichtquelle zu empfangen und Wellenlängen zu filtern, so dass nur ausgewählte Wellenlängen in den Wechselwirkungsbereich 204 eintreten. Die ausgewählten Eigenschaften schließen Material, Zusammensetzung, Periodizität, Gitterstruktur, Muster, Fehlstellen-/Loch-Durchmesser, Profil und Ähnliches ein. Eine Oberfläche der Struktur 202 kann wellig sein, um den Eintritt von Licht zu erleichtern. In 6 ist die Eingangs-Kopplungsstruktur 202 mit einer zweidimensionalen Rasterung 638 dargestellt.
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Die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 ist ausgestaltet, um ausgewählte Eigenschaften aufzuweisen, um effizient Licht nach der Wechselwirkung von dem Wechselwirkungsbereich 204 einem Detektor bereitzustellen und Wellenlängen zu filtern, so dass nur ausgewählte Wellenlängen aus der Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 austreten. Die ausgewählten Eigenschaften schließen Material, Zusammensetzung, Periodizität, Gitterstruktur, Muster, Fehlstellen-/Loch-Durchmesser, Profil und Ähnliches ein. Eine Oberfläche der Struktur 206 ist wellig, um den Austritt von Licht zu erleichtern. In 6 ist die Ausgangs-Kopplungsstruktur 206 mit einer zweidimensionalen Rasterung 638 dargestellt.
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Der Wechselwirkungsbereich 204 ist ausgestaltet, um ausgewählte Eigenschaften aufzuweisen, um mit dem Licht von der Eingangs-Kopplungsstruktur 202 eine Wechselwirkung aufzuweisen. Das sich ausbreitende Licht weist zumindest teilweise eine Wechselwirkung mit einer Probe in der Nähe des Bereichs 204 auf und wird zumindest teilweise durch diese Probe gedämpft. Bei diesem Beispiel ist der Wechselwirkungsbereich 104 wieder ohne Fehlstellen oder Löcher ausgestaltet, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass andere geeignete Konfigurationen eingesetzt werden können.
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4–6 stellen Beispiele von Mustern 428 für darstellerische Zwecke und zur Erleichterung des Verständnisses dar. Es sei darauf hingewiesen, dass andere geeignete Konfigurationen für die Kopplungsstrukturen und Wellenleiter eingesetzt werden können, was Kombinationen von den vorab beschriebenen einschließt.
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7 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren 700 zum Betrieb eines Sensors mit Kopplungsstrukturen darstellt. Die Kopplungsstrukturen sind ausgestaltet, um Licht von der Lichtquelle zu dem Wellenleiter und von dem Wellenleiter zu dem Detektor zu koppeln und auszubreiten, wobei eine Kopplungseffizienz verbessert und eine Wellenlängen-Selektivität bereitgestellt wird.
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Das Verfahren 700 beginnt bei Block 702, in welchem Eigenschaften des Wellenleiters, welche eine Wellenlänge oder einen Bereich von Wellenlängen und eine Kopplungseffizienz einschließen, ausgewählt werden. Die Wellenlänge kann gemäß einer Probe und/oder Typen von Proben, welche zu erfassen sind, ausgewählt werden. Darüber hinaus kann die Wellenlänge ausgewählt werden, um bestimmte chemische Eigenschaften und Umgebungseigenschaften zu erfassen. Bei einem Beispiel wird die Wellenlänge ausgewählt, um nur Infrarotlicht zu umfassen. Die Kopplungseffizienz wird gemäß einer Lichtquelle und/oder einem Detektor ausgewählt. Zum Beispiel ermöglicht eine höhere Effizienz eine Lichtquelle mit einer geringeren Leistung und einen Detektor mit einer geringeren Empfindlichkeit. Eine Steuereinheit, wie z.B. die vorab beschriebene Steuereinheit 106, kann ausgestaltet sein, um die Wellenlängen auszuwählen.
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Die anderen Eigenschaften des Wellenleiters schließen interne Strahlabmessungen oder Strahlabmessungen des Wechselwirkungsbereichs, eine Strahlabmessung der Lichtquelle, eine Strahlabmessung des Detektors, Absorptionsverhältnisse und Ähnliches ein.
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Eigenschaften der Kopplungsstruktur werden bei Block 704 zumindest teilweise gemäß den Eigenschaften des Wellenleiters ausgewählt, was die ausgewählte Wellenlänge und die ausgewählte Kopplungseffizienz einschließt. Die Eigenschaften schließen Periodizität, Loch-Durchmesser, Abmessungen, Materialien, Gitterstruktur und Ähnliches ein. Zum Beispiel ist eine Eingangsseite für eine Eingangs-Kopplungsstruktur ausgestaltet, um eine Breitenabmessung aufzuweisen, welche Strahlabmessungen des emittierten Lichts von der Lichtquelle aufnimmt. Einige Beispiele von Struktureigenschaften sind im Detail vorab beschrieben. Die Steuereinheit 106 kann ausgestaltet sein, um die Struktureigenschaften zu konfigurieren.
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Die Kopplungsstrukturen werden bei Block 706 gemäß den Kopplungsstruktur-Eigenschaften konfiguriert. Dies schließt zum Beispiel ein, eine Schicht auf einer Membran auszubilden und die Schicht mit Fehlstellen mit ausgewählten Durchmessern, mit ausgewählter Periodizität und mit ausgewählter Gitterstruktur zu konfigurieren. Ein Wechselwirkungsbereich wird auch ausgestaltet, so dass ein Wellenleiter, welcher eine Eingangs-Kopplungsstruktur, einen Wechselwirkungsbereich und eine Ausgangs-Kopplungsstruktur aufweist, ausgestaltet wird.
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Eine Lichtquelle emittiert Licht mit der ausgewählten Wellenlänge bei Block 708. Die Lichtquelle wird bei einem Beispiel gesteuert, um nur die ausgewählte Wellenlänge aufzuweisen. Bei einem anderen Beispiel ist die Lichtquelle konfiguriert, um einen Bereich von Wellenlängen bereitzustellen, welcher die ausgewählte(n) Wellenlänge(n) einschließt.
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Das emittierte Licht verläuft durch den Wechselwirkungsbereich bei Block 710. Wenn sich das Licht in die Eingangs-Kopplungsstruktur und durch den Wechselwirkungsbereich ausbreitet, werden Teile des Lichts durch eine Probe in der Nähe des Wechselwirkungsbereichs absorbiert. Das Absorptionsverhältnis hängt zumindest teilweise von der Probe ab.
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Das Licht nach der Wechselwirkung verlässt den Wellenleiter durch die Ausgangs-Kopplungsstruktur und wird durch einen Detektor bei Block 712 gemessen. Der Lichtdetektor erfasst und misst das Licht nach der Wechselwirkung, welches den Wellenleiter verlässt.
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Eigenschaften der Probe werden gemäß dem emittierten Licht und dem gemessenen Licht bei Block 714 bestimmt. Die Eigenschaften weisen chemische und/oder Umgebungs-Eigenschaften auf. Darüber hinaus kann der Probentyp bei Block 714 bestimmt werden. Der Lichtdetektor und/oder eine getrennte Steuerung kann ausgestaltet sein, um die Bestimmung vorzunehmen.
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Während das beschriebene Verfahren als eine Serie von Vorgängen oder Ereignissen beschrieben wird, sei angemerkt, dass die dargestellte Reihenfolge von solchen Vorgängen oder Ereignissen nicht im einschränkenden Sinne zu interpretieren ist. Zum Beispiel können einige Vorgänge in einer anderen Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Ereignissen im Gegensatz zu dem hier Dargestellten und/oder Beschriebenen auftreten. Darüber hinaus müssen nicht alle dargestellten Vorgänge erforderlich sein, um einen oder mehrere Aspekte oder eine oder mehrere Ausführungsformen der hier beschriebenen Offenbarung zu implementieren. Ein oder mehrere der dargestellten Vorgänge können auch in einem oder in mehreren anderen Vorgängen und/oder Phasen ausgeführt werden.
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Es sei angemerkt, dass der beanspruchte Gegenstand als ein Verfahren, als eine Vorrichtung oder als ein Computerprogrammprodukt (z.B. ein Computerprogramm oder eine Software) ausgeführt werden kann, wobei standardisierte Programm- und/oder Konstruktions-Techniken eingesetzt werden, um Software, Firmware, Hardware oder irgendeine Kombination davon herzustellen, um einen Computer zu steuern, um den offenbarten Gegenstand zu implementieren (z.B. die Systeme, welche in 1, 2, usw. dargestellt sind, sind nicht einschränkende Beispiele eines Systems, welches eingesetzt werden kann, um die vorab beschriebenen Verfahren zu implementieren). Der Begriff „Computerprogrammprodukt“, wie er hier verwendet wird, soll ein Computerprogramm, welches von einer Computer-lesbaren Vorrichtung, von einem Datenträger oder von einem Medium gelesen werden kann, einschließen. Natürlich erkennt der Fachmann, dass viele Modifikationen bezüglich dieser Konfiguration vorgenommen werden können, ohne den Umfang oder Geist des beanspruchten Gegenstands zu verlassen.
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Ein Sensorsystem, welches Kopplungsstrukturen aufweist, wird beschrieben. Das System weist eine Eingangs-Kopplungsstruktur, einen Wechselwirkungsbereich und eine Ausgangs-Kopplungsstruktur auf. Die Eingangs-Kopplungsstruktur ist ausgestaltet, um emittiertes Licht mit einer ausgewählten Kopplungseffizienz zu empfangen und um das emittierte Licht für eine ausgewählte Wellenlänge zu filtern. Der Wechselwirkungsbereich ist mit der Eingangs-Kopplungsstruktur gekoppelt und ist ausgestaltet, dass sich das Licht ausbreitet und um eine Interaktion bzw. Wechselwirkung des sich ausbreitenden Lichts mit der Probe zu ermöglichen. Die Ausgangs-Kopplungsstruktur ist mit dem Wechselwirkungsbereich gekoppelt und ist ausgestaltet, um das Licht nach der Wechselwirkung von dem Wechselwirkungsbereich bereitzustellen.
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Ein anderes Sensorsystem, welches Kopplungsstrukturen aufweist, wird offenbart. Das System weist einen Sensor und eine Steuereinheit auf. Der Sensor weist eine Lichtquelle, einen Wellenleiter und einen Detektor auf. Die Lichtquelle ist ausgestaltet, um Licht zu emittieren, welches eine ausgewählte Wellenlänge, wie z.B. Infrarot, aufweist. Der Wellenleiter weist eine Eingangs-Kopplungsstruktur, einen Wechselwirkungsbereich und eine Ausgangs-Kopplungsstruktur auf. Die Eingangs-Kopplungsstruktur ist ausgestaltet, um das emittierte Licht aufzunehmen, aber auch um das emittierte Licht gemäß der ausgewählten Wellenlänge zu filtern. Der Wechselwirkungsbereich ist ausgestaltet, um einen Teil des Lichts gemäß einer Probe zu absorbieren. Die Ausgangs-Kopplungsstruktur ist ausgestaltet, um das Licht nach der Wechselwirkung bereitzustellen. Der Detektor ist ausgestaltet, um das Licht nach der Wechselwirkung von dem Wellenleiter zu messen. Die Steuereinheit ist mit dem Sensor gekoppelt und ist ausgestaltet, um Eigenschaften der Probe gemäß dem gemessenen Licht und dem emittierten Licht zu bestimmen.
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Ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors, welcher Kopplungsstrukturen aufweist, wird offenbart. Wellenleiter-Eigenschaften, welche eine Wellenlänge und eine Kopplungseffizienz einschließen, werden ausgewählt. Die Kopplungseigenschaften werden gemäß den Wellenleiter-Eigenschaften ausgewählt. Eine Eingangs-Kopplungsstruktur und eine Ausgangs-Kopplungsstruktur werden gemäß den ausgewählten Kopplungseigenschaften konfiguriert.
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Insbesondere bezüglich der verschiedenen Funktionen, welche durch die vorab beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen, usw.), ausgeführt werden, sollen die Begriffe (einschließlich einer Referenz auf „Mittel“), welche eingesetzt werden, um solche Komponenten zu beschreiben, jeder Komponente oder Struktur, welche die bestimmte Funktion der beschriebenen Komponente (z.B. welche funktional äquivalent ist) durchführt, entsprechen, es sei denn, es ist anders angezeigt, auch wenn sie nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, welche die Funktion in den hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ausführt. Darüber hinaus während ein bestimmtes Merkmal der Erfindung bezüglich nur einer von mehreren Ausführungsformen offenbart worden ist, kann ein solches Merkmal mit einem oder mit mehreren anderen Merkmalen der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, wie es erwünscht ist und wie es vorteilhaft für irgendeine gegebene oder bestimmte Anwendung ist. Des Weiteren sollen die Begriffe „einschließlich“, „aufweisen“, „mit“, „einschließen“, oder Varianten davon, welche entweder in der detaillierten Beschreibung oder in den Ansprüchen eingesetzt werden, als einschließende Begriffe ausgelegt werden, in einer ähnlichen Weise wie der Begriff „umfassend“.
