DE102017104379A1 - OPTOELECTRONIC PARTICLE SENSOR - Google Patents

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Abstract

Ein optoelektronischer Partikelsensor umfasst einen ersten Emitter, einen Detektor und einen dielektrischen Körper, wobei über einer Oberfläche des dielektrischen Körpers eine Metallschicht angeordnet ist. Die vom ersten Emitter ausgesendete elektromagnetische Strahlung kann in den dielektrischen Körper eingeleitet werden. Bei Vorliegen einer Anregungsbedingung können in der Metallschicht Oberflächenplasmonen angeregt werden. Die wieder aus dem dielektrischen Körper austretende elektromagnetische Strahlung kann auf den Detektor treffen. An der Metallschicht können sich Partikel anlagern, wobei die Anregungsbedingung von sich an der Metallschicht anlagernden Partikeln abhängig ist. Die am Detektor gemessene Intensität ist von dem Vorliegen der Anregungsbedingung abhängig.

Figure DE102017104379A1_0000
An optoelectronic particle sensor comprises a first emitter, a detector and a dielectric body, wherein a metal layer is arranged above a surface of the dielectric body. The electromagnetic radiation emitted by the first emitter can be introduced into the dielectric body. When an excitation condition is present, surface plasmons can be excited in the metal layer. The electromagnetic radiation emerging from the dielectric body can strike the detector. Particles can accumulate on the metal layer, the excitation condition being dependent on particles deposited on the metal layer. The intensity measured at the detector is dependent on the presence of the excitation condition.
Figure DE102017104379A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optoelektronischen Partikelsensor gemäß dem unabhängigen Anspruch.The present invention relates to an optoelectronic particle sensor according to the independent claim.

Aus dem Stand der Technik sind optoelektronische Rauchmeldevorrichtungen bekannt, bei denen elektromagnetische Strahlung unmittelbar an zu detektierenden Partikeln gestreut und abgelenkt werden kann.From the state of the art optoelectronic smoke detection devices are known in which electromagnetic radiation can be scattered and deflected directly to be detected particles.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optoelektronischen Partikelsensor bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an optoelectronic particle sensor.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Partikelsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.This object is achieved by an optoelectronic particle sensor with the features of claim 1. In the dependent claims various developments are given.

Ein erfindungsgemäßer optoelektronischer Partikelsensor umfasst einen ersten Emitter und einen Detektor, wobei der Emitter ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung auszusenden, während der Detektor ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu detektieren. Weiterhin umfasst der optoelektronische Partikelsensor einen dielektrischen Körper, wobei über einer Oberfläche des dielektrischen Körpers eine Metallschicht angeordnet ist. Die vom ersten Emitter ausgesendete elektromagnetische Strahlung kann in den dielektrischen Körper eingeleitet werden. Bei Vorliegen einer Anregungsbedingung können in der Metallschicht Oberflächenplasmonen angeregt werden. Die aus dem dielektrischen Körper wieder austretende elektromagnetische Strahlung kann auf den Detektor treffen. An der Metallschicht können sich Partikel anlagern, wobei die Anregungsbedingung von sich an der Metallschicht anlagernden Partikeln abhängig ist. Die am Detektor gemessene Intensität ist von dem Vorliegen der Anregungsbedingung abhängig.An optoelectronic particle sensor according to the invention comprises a first emitter and a detector, wherein the emitter is designed to emit electromagnetic radiation, while the detector is designed to detect electromagnetic radiation. Furthermore, the optoelectronic particle sensor comprises a dielectric body, wherein a metal layer is arranged above a surface of the dielectric body. The electromagnetic radiation emitted by the first emitter can be introduced into the dielectric body. When an excitation condition is present, surface plasmons can be excited in the metal layer. The electromagnetic radiation emerging from the dielectric body can strike the detector. Particles can accumulate on the metal layer, the excitation condition being dependent on particles deposited on the metal layer. The intensity measured at the detector is dependent on the presence of the excitation condition.

Vorteilhafterweise reagiert ein optoelektronischer Partikelsensor, der auf der Anregung von Oberflächenplasmonen in einer Metallschicht beruht, besonders empfindlich auf Brechungsindexänderungen in der Umgebung der Metallschicht und damit auf sich an der Metallschicht anlagernde Partikel. Damit kann die Adsorption von Partikeln effizient detektiert werden.Advantageously, an optoelectronic particle sensor, which is based on the excitation of surface plasmons in a metal layer, is particularly sensitive to refractive index changes in the environment of the metal layer and thus to particles attached to the metal layer. Thus, the adsorption of particles can be detected efficiently.

In einer Ausführungsform kann die die Anregung von Oberflächenplasmonen durch Totalreflexion erfolgen.In one embodiment, the excitation of surface plasmons may be by total reflection.

Vorteilhafterweise ist ein optoelektronischer Partikelsensor, der darauf beruht, dass Oberflächenplasmonen durch Totalreflexion angeregt werden können, besonders einfach aufgebaut und kostengünstig zu realisieren.Advantageously, an optoelectronic particle sensor, which is based on the fact that surface plasmons can be excited by total reflection, is particularly simple in design and inexpensive to implement.

In einer Ausführungsform des optoelektronischen Partikelsensors ist der dielektrische Körper ein Prisma mit trapezförmiger Grundfläche, über dessen schrägen Seitenflächen jeweils eine Metallschicht angeordnet ist.In one embodiment of the optoelectronic particle sensor, the dielectric body is a prism with a trapezoidal base surface, over whose oblique side surfaces a metal layer is arranged in each case.

Vorteilhafterweise können bei dieser Ausführungsform der erste Emitter und der Detektor nah beieinander angeordnet sein, so dass ein optoelektronischer Partikelsensor in kompakter Art und Weise realisiert und leicht in andere elektrische Geräte integriert werden kann.Advantageously, in this embodiment, the first emitter and the detector can be arranged close to each other, so that an optoelectronic particle sensor can be realized in a compact manner and easily integrated into other electrical devices.

In einer Ausführungsform ist der dielektrische Körper ein Wellenleiter, wobei die Anregung von Oberflächenplasmonen durch Kopplung von Wellenleitermoden an Oberflächenplasmon-Moden erfolgen kann.In one embodiment, the dielectric body is a waveguide, wherein the excitation of surface plasmons can be done by coupling waveguide modes to surface plasmon modes.

Vorteilhafterweise ist diese Variante des optoelektronischen Partikelsensors besonders platzsparend, da der Wellenleiter beispielsweise ein dünner Schichtwellenleiter oder eine Faser sein kann.Advantageously, this variant of the optoelectronic particle sensor is particularly space-saving, since the waveguide may be, for example, a thin layer waveguide or a fiber.

In einer Ausführungsform erfolgt das Ein- und/oder Auskoppeln der elektromagnetischen Strahlung in den Wellenleiter bzw. aus dem Wellenleiter durch Stirnflächen-, Gitter- oder Prismenkopplung.In one embodiment, the coupling and / or decoupling of the electromagnetic radiation takes place in the waveguide or from the waveguide by Stirnflächen-, grid or prism coupling.

Vorteilhafterweise lässt sich die elektromagnetische Strahlung durch diese Methoden der Kopplung besonders einfach in den Wellenleiter einkoppeln bzw. aus dem Wellenleiter auskoppeln. Für den Fall eines dünnen Schichtwellenleiters bietet insbesondere die Gitterkopplung die Möglichkeit, elektromagnetische Strahlung effizient in den Wellenleiter einzukoppeln. Die Stirnflächenkopplung hingegen ermöglicht es einen relativ flachen und kompakten optoelektronischen Partikelsensor zu konstruieren, da ein linearer Aufbau von erstem Emitter, Wellenleiter und Detektor vorliegt.Advantageously, the electromagnetic radiation can be particularly easily coupled by these methods of coupling in the waveguide and decoupled from the waveguide. In the case of a thin layer waveguide, in particular, the grating coupling offers the possibility of efficiently coupling electromagnetic radiation into the waveguide. On the other hand, the face coupling makes it possible to construct a relatively flat and compact optoelectronic particle sensor, since there is a linear structure of the first emitter, waveguide and detector.

In einer Ausführungsform ist zwischen dem dielektrischen Körper und der Metallschicht eine weitere dielektrische Schicht angeordnet.In one embodiment, a further dielectric layer is disposed between the dielectric body and the metal layer.

Vorteilhafterweise liegt dadurch eine besonders günstige Kopplungssituation vor, da die Eindringtiefe eines Oberflächenplasmons für eine dielektrische Schicht größer ist, als für eine Metallschicht. Somit kann der Überlapp der exponentiell abklingenden, evaneszenten Felder der Oberflächenplasmonen und der elektromagnetischen Wellen erhöht werden.Advantageously, this results in a particularly favorable coupling situation, since the penetration depth of a surface plasmon is greater for a dielectric layer than for a metal layer. Thus, the overlap of the exponentially decaying, evanescent fields of the surface plasmons and the electromagnetic waves can be increased.

In einer Ausführungsform bildet die Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Körper und der Metallschicht ein periodisches Gitter. Die Anregung von Oberflächenplasmonen kann durch Beugung der elektromagnetischen Strahlung an dem periodischen Gitter erfolgen. In one embodiment, the interface between the dielectric body and the metal layer forms a periodic lattice. The excitation of surface plasmons can be done by diffracting the electromagnetic radiation at the periodic lattice.

Vorteilhafterweise lässt sich die Anregungsbedingung für Oberflächenplasmonen besonders einfach erfüllen. Beispielsweise kann bei festem Einfallswinkel und fester Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung das Vorliegen der Anregungsbedingung durch Anpassung der Gitterkonstante des periodischen Gitters erreicht werden. Alternativ kann das periodische Gitter gedreht werden, um eine Position zu finden, für die die Anregungsbedingung erfüllt ist.Advantageously, the excitation condition for surface plasmons can be fulfilled particularly easily. For example, with a fixed angle of incidence and a fixed wavelength of the electromagnetic radiation, the presence of the excitation condition can be achieved by adjusting the lattice constant of the periodic grating. Alternatively, the periodic grating may be rotated to find a position for which the excitation condition is met.

In einer Ausführungsform ist der erste Emitter ein Laserchip, insbesondere ein VCSEL.In one embodiment, the first emitter is a laser chip, in particular a VCSEL.

Ein VCSEL (Englisch: Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) ist ein Halbleiterlaserchip, der elektromagnetische Strahlung senkrecht zu seiner Oberfläche emittiert. Vorteilhafterweise emittiert ein VCSEL elektromagnetische Strahlung (beispielsweise sichtbares Licht) aus einer kleinen Fläche heraus und in gerichteter Art und Weise. Unerwünschtes Licht, welches in einen größeren Raumwinkel abgestrahlt wird, kann somit effizient unterdrückt werden. Dadurch ist es möglich, dass mehr Leistung im Detektionsbereich deponiert werden kann. Auch ein Übersprechen mit dem Detektor wird durch die gerichtete Emission vermieden. Ein VCSEL zeichnet sich weiterhin durch niedrige Produktionskosten und einen geringen Stromverbrauch aus.A VCSEL (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) is a semiconductor laser chip that emits electromagnetic radiation perpendicular to its surface. Advantageously, a VCSEL emits electromagnetic radiation (eg, visible light) out of a small area and in a directional manner. Unwanted light which is radiated into a larger solid angle can thus be suppressed efficiently. This makes it possible that more power can be deposited in the detection area. Crosstalk with the detector is also avoided by the directed emission. A VCSEL is further characterized by low production costs and low power consumption.

In einer Ausführungsform weist der optoelektronische Partikelsensor einen zweiten Emitter auf, wobei der zweite Emitter ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung auszusenden. Die vom zweiten Emitter ausgesendete elektromagnetische Strahlung liegt in einem anderen Spektralbereich, als die vom ersten Emitter ausgesendete elektromagnetische Strahlung.In one embodiment, the optoelectronic particle sensor has a second emitter, wherein the second emitter is designed to emit electromagnetic radiation. The electromagnetic radiation emitted by the second emitter lies in a different spectral range than the electromagnetic radiation emitted by the first emitter.

Vorteilhafterweise wird durch den Einsatz eines zweiten Emitters der spektrale Arbeitsbereich des optoelektronischen Partikelsensors erweitert.Advantageously, the use of a second emitter extends the spectral working range of the optoelectronic particle sensor.

In einer Ausführungsform weist der Detektor mindestens eine Photodiode auf.In one embodiment, the detector has at least one photodiode.

Vorteilhafterweise ist ein mit Photodioden ausgestatteter optoelektronischer Partikelsensor kompakt und kostengünstig. Darüber hinaus kann die spektrale Empfindlichkeit einer Photodiode an die Wellenlänge vom ersten Emitter ausgesandter elektromagnetischer Strahlung angepasst werden.Advantageously, an optoelectronic particle sensor equipped with photodiodes is compact and inexpensive. In addition, the spectral sensitivity of a photodiode to the wavelength of the first emitter emitted electromagnetic radiation can be adjusted.

In einer Ausführungsform sind ein erster Filter und ein zweiter Filter über dem Detektor angeordnet. Der erste Filter ist ausgebildet, nur die vom ersten Emitter ausgesendete elektromagnetische Strahlung zu transmittieren. Der zweite Filter ist ausgebildet, nur die vom zweiten Emitter ausgesendete elektromagnetische Strahlung zu transmittieren.In one embodiment, a first filter and a second filter are disposed above the detector. The first filter is designed to transmit only the electromagnetic radiation emitted by the first emitter. The second filter is designed to transmit only the electromagnetic radiation emitted by the second emitter.

Das Anordnen von Filtern über dem Detektor bietet den Vorteil, dass elektromagnetische Strahlung, die eine andere Wellenlänge aufweist, als die von den Emittern ausgesendete elektromagnetische Strahlung, effizient gefiltert werden kann. Damit kann der Einfluss von Umgebungslicht unterdrückt werden. Dies verbessert das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der am Detektor ausgelesenen Daten.Arranging filters over the detector offers the advantage that electromagnetic radiation having a different wavelength than the electromagnetic radiation emitted by the emitters can be efficiently filtered. Thus, the influence of ambient light can be suppressed. This improves the signal-to-noise ratio of the data read out at the detector.

In einer Ausführungsform ist der optoelektronische Partikelsensor eine Rauchmeldevorrichtung.In one embodiment, the optoelectronic particle sensor is a smoke detection device.

Vorteilhafterweise kann eine Rauchmeldevorrichtung dazu beitragen, einen Brand zu erkennen, sodass Maßnahmen zur Bekämpfung des Brandes oder zum Schutz von in der Nähe des Brandes befindlichen Personen ergriffen werden können.Advantageously, a smoke detection device can help to detect a fire, so that measures can be taken to combat the fire or to protect people in the vicinity of the fire.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, sind klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematischer Darstellung:

  • 1: eine Seitenansicht eines optoelektronischen Partikelsensors mit einem Prisma als dielektrischer Körper, wobei das Prisma eine dreieckige Grundfläche aufweist;
  • 2: eine Seitenansicht einer Ausführungsform, wobei der dielektrische Körper ein Prisma mit trapezförmiger Grundfläche ist;
  • 3: eine Seitenansicht einer Ausführungsform mit einem Wellenleiter als dielektrischer Körper;
  • 4: eine Oberfläche des dielektrischen Körpers, über der eine weitere dielektrische Schicht und eine Metallschicht angeordnet sind;
  • 5: die Grenzfläche zwischen dielektrischem Körper und Metallschicht, die ein periodisches Gitter bildet.
The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will be clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in connection with the drawings. Shown schematically in each case:
  • 1 FIG. 2: a side view of an optoelectronic particle sensor with a prism as a dielectric body, the prism having a triangular base area; FIG.
  • 2 FIG. 2 is a side view of an embodiment wherein the dielectric body is a prism with a trapezoidal base; FIG.
  • 3 FIG. 2 is a side view of an embodiment having a waveguide as the dielectric body; FIG.
  • 4 a surface of the dielectric body over which another dielectric layer and a metal layer are disposed;
  • 5 : the interface between the dielectric body and the metal layer forming a periodic lattice.

1 zeigt ein Schema eines optoelektronischen Partikelsensors 100 mit einem Prisma 400 als dielektrischer Körper 300. Das Prisma 400 weist eine dreieckige Grundfläche 430 auf. 1 shows a schematic of an optoelectronic particle sensor 100 with a prism 400 as a dielectric body 300. The prism 400 has a triangular base 430 on.

Der optoelektronische Partikelsensor 100 weist weiterhin einen ersten Emitter 200 und einen Detektor 210 auf. The optoelectronic particle sensor 100 also has a first emitter 200 and a detector 210 on.

Der erste Emitter 200 weist eine Oberseite 201 und eine Unterseite 202 auf. Der erste Emitter 200 ist ausgebildet, elektromagnetische Strahlung 220 (zum Beispiel sichtbares Licht) auszusenden. Der erste Emitter 200 kann beispielsweise ein VCSEL (Englisch: Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) sein, der elektromagnetische Strahlung 220 an seiner Oberseite 201 aussendet.The first emitter 200 has a top 201 and a bottom 202 on. The first emitter 200 is trained electromagnetic radiation 220 (for example, visible light). The first emitter 200 For example, a VCSEL (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) may be the electromagnetic radiation 220 at its top 201 sending out.

Der erste Emitter 200 kann auch eine andere Laserdiode sein. Beispielsweise kann der erste Emitter 200 ein Kantenemitter sein. Der erste Emitter 200 kann aber auch eine Leuchtdiode sein. Denkbar ist auch der Einsatz einer polychromatischen Lichtquelle.The first emitter 200 can also be another laser diode. For example, the first emitter 200 be an edge emitter. The first emitter 200 but can also be a light emitting diode. Also conceivable is the use of a polychromatic light source.

Das Prisma 400 weist eine Basisfläche 420 und zwei Seitenflächen 410 auf. Die Basisfläche 420 und die Seitenflächen 410 sind bezüglich der Grundfläche 430 senkrecht angeordnet. Der erste Emitter 200 ist gegenüber einer der Seitenflächen 410 des Prismas 400 angeordnet. Die vom ersten Emitter 200 ausgesendete elektromagnetische Strahlung 220 kann durch diese Seitenfläche 410 in das Prisma 400 eintreten und an dessen Basisfläche 420 totalreflektiert werden. Es kann auch ein optisches Element zwischen dem ersten Emitter 200 und der Seitenfläche 410 des Prismas 400 angeordnet sein, um die vom ersten Emitter 200 ausgesendete elektromagnetische Strahlung 220 zu kollimieren.The prism 400 has a base surface 420 and two side surfaces 410 on. The base area 420 and the side surfaces 410 are in terms of footprint 430 arranged vertically. The first emitter 200 is opposite one of the side surfaces 410 of the prism 400 arranged. The first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 can through this side surface 410 in the prism 400 enter and at its base surface 420 be totally reflected. It can also be an optical element between the first emitter 200 and the side surface 410 of the prism 400 be arranged to be from the first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 to collimate.

Über der Basisfläche 420 des Prismas 400 ist eine Metallschicht 320 angeordnet. Ein in Folge der Totalreflexion vorliegendes evaneszentes Feld der elektromagnetischen Strahlung 220 kann in der Metallschicht 320 Oberflächenplasmonen anregen, wenn eine Anregungsbedingung erfüllt ist. Die Anregung von Oberflächenplasmonen in der Metallschicht 320 hängt vom Einfallswinkel und der Wellenlänge der vom ersten Emitter 200 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 220 ab. Bei fester Wellenlänge kann also ein Anregungswinkel eingestellt werden. Bei festem Einfallswinkel kann eine Anregungswellenlänge gewählt werden. Darüber hinaus ist das Vorliegen der Anregungsbedingung vom Brechungsindex der Umgebung der Metallschicht 320 abhängig.Above the base area 420 of the prism 400 is a metal layer 320 arranged. An evanescent field of the electromagnetic radiation 220 present as a result of the total reflection may be present in the metal layer 320 Excite surface plasmons when an excitation condition is met. The excitation of surface plasmons in the metal layer 320 depends on the angle of incidence and the wavelength of the first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 from. At fixed wavelength so an excitation angle can be adjusted. At a fixed angle of incidence, an excitation wavelength can be selected. In addition, the presence of the excitation condition of the refractive index is the vicinity of the metal layer 320 dependent.

Der Detektor 210 weist eine Oberseite 211 und eine Unterseite 212 auf. Der Detektor 210 ist gegenüber der weiteren Seitenfläche 410 des Prismas 400 angeordnet. Der Detektor 210 ist ausgebildet, elektromagnetische Strahlung 220 an seiner Oberseite 211 zu detektieren. Der Detektor 210 kann beispielsweise mindestens eine Photodiode aufweisen.The detector 210 has a top 211 and a bottom 212. The detector 210 is opposite the other side surface 410 of the prism 400 arranged. The detector 210 is trained electromagnetic radiation 220 at its top 211 to detect. The detector 210 may for example have at least one photodiode.

Die am Detektor 210 gemessene Intensität ist von dem Vorliegen der Anregungsbedingung für Oberflächenplasmonen abhängig. In Folge einer Anregung von Oberflächenplasmonen wird ein Teil der elektromagnetischen Energie der einfallenden elektromagnetischen Strahlung 220 absorbiert. Dadurch wird nicht mehr die gesamte einfallende Intensität der elektromagnetischen Strahlung 220 totalreflektiert. Somit gelangt weniger Intensität zum Detektor 210.The at the detector 210 measured intensity is dependent on the presence of the excitation condition for surface plasmons. As a result of excitation of surface plasmons becomes a part of the electromagnetic energy of the incident electromagnetic radiation 220 absorbed. This no longer reduces the total incident intensity of the electromagnetic radiation 220 totally reflected. Thus, less intensity gets to the detector 210 ,

Die Anregungsbedingung für Oberflächenplasmonen ist stark abhängig von der Umgebung der Metallschicht 320. Eine Veränderung des Brechungsindex in der Nähe des evaneszenten Feldes eines Oberflächenplasmons durch sich an der Metallschicht 320 anlagernde Partikel modifiziert die Anregungsbedingung, sodass eine Verschiebung des Anregungswinkels oder der Anregungswellenlänge erfolgt.The excitation condition for surface plasmons is strongly dependent on the environment of the metal layer 320 , A change in the refractive index near the evanescent field of a surface plasmon through the metal layer 320 Anlagernde particles modified the excitation condition, so that a shift of the excitation angle or the excitation wavelength takes place.

Somit bestehen zwei Möglichkeiten, die Anlagerung von Partikeln an der Metallschicht 320 zu detektieren. Zunächst können der Einfallswinkel und die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung 220 derart gewählt werden, dass die Anregungsbedingung ohne an der Metallschicht 320 angelagerte Partikel genau erfüllt ist. In diesem Fall ist in Folge der Adsorption von Partikeln an der Metallschicht 320 eine Zunahme der Intensität am Detektor 210 zu beobachten, da nun keine Anregung von Oberflächenplasmonen stattfindet, sodass die gesamte Intensität an der Basisfläche 420 des Prismas 400 totalreflektiert wird.Thus, there are two possibilities, the attachment of particles to the metal layer 320 to detect. First, the angle of incidence and the wavelength of the electromagnetic radiation 220 be chosen such that the excitation condition without on the metal layer 320 Accumulated particles is exactly met. In this case, as a result of the adsorption of particles on the metal layer 320 an increase in intensity at the detector 210 because there is no excitation of surface plasmons, so that the total intensity at the base surface 420 of the prism 400 is totally reflected.

Umgekehrt können Einfallswinkel und Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung 220 derart gewählt werden, dass zunächst die Anregungsbedingung gerade noch nicht erfüllt ist. Eine Anlagerung von Partikeln führt dann dazu, dass die Anregungsbedingung erfüllt ist. Dadurch wird ein Teil der Energie der einfallenden elektromagnetischen Strahlung 220 für die Anregung von Oberflächenplasmonen genutzt, sodass eine Abnahme der Intensität am Detektor 210 zu beobachten ist.Conversely, the angle of incidence and the wavelength of the electromagnetic radiation 220 be chosen such that initially the excitation condition is just not fulfilled. An addition of particles then leads to the fact that the excitation condition is fulfilled. This will be part of the energy of the incident electromagnetic radiation 220 used for the excitation of surface plasmons, so that a decrease in the intensity at the detector 210 can be observed.

Über dem Detektor 210 ist ein erster Filter 700 angeordnet. Der erste Filter 700 ist dazu ausgebildet, nur die vom ersten Emitter 200 ausgesendete elektromagnetische Strahlung 220 zu transmittieren. Der erste Filter 700 kann beispielsweise ein Interferenzfilter sein. Der erste Filter 700 ist dazu vorgesehen, den Detektor 210 vor Umgebungslicht zu schützen. Der erste Filter 700 kann aber auch entfallen. Insbesondere wenn als erster Emitter 200 eine Laserdiode verwendet wird, kann der erste Filter 700 entfallen, da eine Laserdiode monochromatische elektromagnetische Strahlung 220 aussendet und die spektrale Empfindlichkeit des Detektors 210 an die Wellenlänge der vom ersten Emitter 200 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 220 angepasst werden kann.Above the detector 210 is a first filter 700 arranged. The first filter 700 is designed to only those from the first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 to transmit. The first filter 700 For example, it may be an interference filter. The first filter 700 is meant to be the detector 210 to protect from ambient light. The first filter 700 but can also be omitted. Especially when as the first emitter 200 a laser diode is used, the first filter 700 omitted, since a laser diode monochromatic electromagnetic radiation 220 emits and the spectral sensitivity of the detector 210 to the wavelength of the first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 can be adjusted.

2 zeigt in schematischer Darstellung die Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Partikelsensors 100. 2 shows a schematic representation of the side view of another embodiment of the optoelectronic particle sensor 100 ,

In dieser Ausführungsform weist das Prisma 400 eine trapezförmige Grundfläche 430 auf. Neben der Basisfläche 420 und den Seitenflächen 410 weist das trapezförmige Prisma 400 eine weitere, der Basisfläche 420 gegenüberliegende und zu dieser parallel verlaufende Fläche auf. Ein weiterer Unterschied zur in 1 gezeigten Ausführungsform, bei der die Metallschicht 320 über der Basisfläche 420 des Prismas 400 angeordnet ist, besteht darin, dass bei der Variante in 2 über beiden Seitenflächen 410 des Prismas 400 jeweils eine Metallschicht 320 angeordnet ist.In this embodiment, the prism 400 a trapezoidal base 430 on. Next to the base area 420 and the side surfaces 410 has the trapezoidal prism 400 another, the base area 420 opposite and parallel to this surface. Another difference to in 1 shown embodiment, in which the metal layer 320 above the base area 420 of the prism 400 is arranged, that in the variant in 2 over both side surfaces 410 of the prism 400 one metal layer each 320 is arranged.

In dieser Ausführungsform sind der erste Emitter 200 und der Detektor 210 gegenüber der Basisfläche 420 des Prismas 400 nebeneinander angeordnet. Die vom ersten Emitter 200 ausgesendete elektromagnetische Strahlung 220 kann durch die Basisfläche 420 des Prismas 400 in das Prisma 400 gelangen, an der dem ersten Emitter 200 zugewandten Seitenfläche 410 des Prismas 400 totalreflektiert werden, durch das Prisma propagieren, an der dem Detektor 210 zugewandten Seitenfläche 410 des Prismas 400 erneut totalreflektiert werden und schließlich durch die Basisfläche 420 des Prismas 400 wieder aus dem Prisma 400 austreten und zum Detektor 210 gelangen.In this embodiment, the first emitter 200 and the detector 210 opposite the base area 420 of the prism 400 arranged side by side. The first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 can through the base area 420 of the prism 400 in the prism 400 arrive at the first emitter 200 facing side surface 410 of the prism 400 be totally reflected, propagate through the prism, at the detector 210 facing side surface 410 of the prism 400 be totally reflected again and finally through the base area 420 of the prism 400 back from the prism 400 exit and to the detector 210 reach.

Wiederum kann die Anregungsbedingung für Oberflächenplasmonen zunächst entweder erfüllt sein oder gerade nicht, sodass mit der Anlagerung von Partikeln an den Metallschichten 320 die vom Detektor 210 gemessene Intensität zu- oder abnimmt.Again, the excitation condition for surface plasmons may initially be either satisfied or not, so with the attachment of particles to the metal layers 320 the one from the detector 210 increases or decreases measured intensity.

Bei dieser Ausführungsform können der erste Emitter 200 und der Detektor 210 besonders nah beieinander angeordnet sein, was die Umsetzung eines kompakten optoelektronischen Partikelsensors 100 begünstigt. Durch die zweifache Totalreflexion an den Seitenflächen 410 des Prismas 400 und der damit einhergehenden Anregung von Oberflächenplasmonen bei Vorliegen einer Anregungsbedingung, wird die Empfindlichkeit des optoelektronischen Partikelsensors 100 verbessert.In this embodiment, the first emitter 200 and the detector 210 be arranged very close to each other, which is the implementation of a compact optoelectronic particle sensor 100 favored. Due to the double total reflection on the side surfaces 410 of the prism 400 and the concomitant excitation of surface plasmons in the presence of an excitation condition, the sensitivity of the optoelectronic particle sensor 100 improved.

3 zeigt eine Ausführungsform des optoelektronischen Partikelsensors 100, wobei der dielektrische Körper 300 ein Wellenleiter 500 ist. Mit einem Wellenleiter 500 wird dabei ein Medium bezeichnet, in dem die elektromagnetische Strahlung 200 als Wanderwelle geführt wird. Der Wellenleiter 500 weist eine Oberfläche 310 und zwei sich gegenüberliegende Stirnflächen 520 auf. Der Wellenleiter 500 kann beispielsweise ein Schichtwellenleiter sein. Der Wellenleiter 500 kann aber auch eine Faser sein. Die Metallschicht 320 ist über der Oberfläche 310 des Wellenleiters 500 angeordnet. 3 shows an embodiment of the optoelectronic particle sensor 100 wherein the dielectric body 300 a waveguide 500 is. With a waveguide 500 In this case, a medium is referred to, in which the electromagnetic radiation 200 is guided as a traveling wave. The waveguide 500 has a surface 310 and two opposing faces 520 on. The waveguide 500 may be, for example, a layer waveguide. The waveguide 500 but it can also be a fiber. The metal layer 320 is above the surface 310 of the waveguide 500 arranged.

Bei dieser Ausführungsform kann die Anregung von Oberflächenplasmonen durch Kopplung einer Wellenleitermode 510 an eine Oberflächenplasmon-Mode erfolgen. Die Wellenleitermode 510 ist in 3 schematisch durch das Profil einer Monomode angedeutet.In this embodiment, the excitation of surface plasmons can be achieved by coupling a waveguide mode 510 done on a surface plasmon mode. The waveguide mode 510 is in 3 schematically indicated by the profile of a single mode.

Im Fall einer Anregung von Oberflächenplasmonen in der Metallschicht 320 findet eine Energiedissipation statt, sodass nur ein Teil der vom ersten Emitter 200 ausgesendeten Intensität am Detektor 210 angelangt.In the case of excitation of surface plasmons in the metal layer 320 There is an energy dissipation, so that only a part of the first emitter 200 emitted intensity at the detector 210 reached.

Auch bei dieser Ausführungsform ist die Anregungsbedingung für Oberflächenplasmonen stark abhängig von der Umgebung der Metallschicht 320. Eine Veränderung des Brechungsindex in der Nähe des evaneszenten Feldes eines Oberflächenplasmons durch sich an der Metallschicht 320 anlagernde Partikel modifiziert die Anregungsbedingung, sodass eine Verschiebung der Anregungswellenlänge erfolgt.Also in this embodiment, the excitation condition for surface plasmons is highly dependent on the environment of the metal layer 320 , A change in the refractive index near the evanescent field of a surface plasmon through the metal layer 320 Anlagernde particles modifies the excitation condition, so that a shift of the excitation wavelength takes place.

Somit bestehen zwei Möglichkeiten, die Anlagerung von Partikeln an der Metallschicht 320 zu detektieren. Zunächst kann die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung 220 derart gewählt werden, dass die Anregungsbedingung genau erfüllt ist. In diesem Fall wäre in Folge der Adsorption von Partikeln an der Metallschicht 320 eine Zunahme der Intensität am Detektor 210 zu beobachten, da nun keine Anregung von Oberflächenplasmonen stattfindet, sodass eine geführte elektromagnetische Welle ohne Energiedissipation durch den Wellenleiter 500 propagiert.Thus, there are two possibilities, the attachment of particles to the metal layer 320 to detect. First, the wavelength of the electromagnetic radiation 220 be chosen such that the excitation condition is met exactly. In this case would be due to the adsorption of particles on the metal layer 320 an increase in intensity at the detector 210 since there is no excitation of surface plasmons, so a guided electromagnetic wave without energy dissipation through the waveguide 500 propagated.

Umgekehrt kann die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung 220 derart gewählt werden, dass zunächst die Anregungsbedingung gerade noch nicht erfüllt ist. Eine Anlagerung von Partikeln würde dazu führen, dass die Anregungsbedingung erfüllt ist. In diesem Fall würde ein Teil der Energie der elektromagnetischen Welle für die Anregung von Oberflächenplasmonen genutzt werden, sodass eine Abnahme der Intensität am Detektor 210 zu beobachten wäre.Conversely, the wavelength of the electromagnetic radiation 220 be chosen such that initially the excitation condition is just not fulfilled. An accumulation of particles would lead to the excitation condition being fulfilled. In this case, part of the energy of the electromagnetic wave would be used for the excitation of surface plasmons, so that a decrease in the intensity at the detector 210 would be observed.

In dem in 3 dargestellten Beispiel sind erster Emitter 200 und Detektor 210 jeweils gegenüber den Stirnflächen 520 des Wellenleiters 500 angeordnet, sodass das Ein- und Auskoppeln der elektromagnetischen Strahlung 220 in den Wellenleiter 500 bzw. aus dem Wellenleiter 500 durch Stirnflächenkopplung erfolgt. In diesem Fall könnten zusätzliche optische Komponenten vor den Stirnflächen 520 des Wellenleiters 500 angeordnet sein. Beispielsweise könnte ein optisches Element die vom ersten Emitter 200 ausgesendete elektromagnetische Strahlung 220 auf eine Stirnfläche 520 bündeln.In the in 3 Example shown are first emitter 200 and detector 210 each opposite the end faces 520 of the waveguide 500 arranged so that the coupling and decoupling of the electromagnetic radiation 220 in the waveguide 500 or from the waveguide 500 done by face coupling. In this case, additional optical components could be in front of the faces 520 of the waveguide 500 be arranged. For example, an optical element could be that from the first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 on a face 520 bundle up.

Das Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung 220 in den Wellenleiter 500 kann aber auch durch Prismen- oder Gitterkopplung erfolgen. Dabei wird die elektromagnetische Strahlung 220 nicht an den Stirnflächen 520 des Wellenleiters 500 eingestrahlt. Der erste Emitter 200 wäre gegenüber der Oberfläche 310 des Wellenleiters 500 derart angeordnet, dass die vom ersten Emitter 200 ausgesendete elektromagnetische Strahlung 220 schräg auf die Oberfläche 310 des Wellenleiters 500 treffen würde. In diesem Fall wäre ein Prisma oder ein Gitter über der Oberfläche 310 des Wellenleiters 500 und im Strahlengang des ersten Emitters 200 angeordnet.The coupling of the electromagnetic radiation 220 in the waveguide 500 but can also be done by prism or grating coupling. In this case, the electromagnetic radiation 220 is not at the end faces 520 of the waveguide 500 irradiated. The first emitter 200 would be opposite the surface 310 of the waveguide 500 arranged such that from the first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 slanted on the surface 310 of the waveguide 500 would meet. In this case, a prism or grid would be above the surface 310 of the waveguide 500 and in the beam path of the first emitter 200 arranged.

Eine Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung 220 in den Wellenleiter 500 erfolgt, wenn die axiale Komponente des Wellenvektors der einfallenden elektromagnetischen Strahlung 220 dem Wellenvektor einer geführten Wellenleitermode 510 entspricht. Im Fall der Prismenkopplung würde bei einem hinreichend kleinen und passenden Abstand zwischen Wellenleiter 500 und Prisma das evaneszente Feld der eingestrahlten und an einer dem Wellenleiter 500 zugwandten Fläche des Prismas totalreflektierten elektromagnetischen Strahlung 220 eine Wellenleitermode 510 im Wellenleiter 500 anregen.A coupling of the electromagnetic radiation 220 in the waveguide 500 occurs when the axial component of the wave vector of the incident electromagnetic radiation 220 the wave vector of a guided waveguide mode 510 equivalent. In the case of prism coupling, at a sufficiently small and appropriate distance between waveguides 500 and prism the evanescent field of the incident and at one the waveguide 500 zugwandten surface of the prism totally reflected electromagnetic radiation 220 a waveguide mode 510 in the waveguide 500 stimulate.

Die Modifikation und Anpassung des Wellenvektors der einfallenden elektromagnetischen Strahlung 220 kann auch durch Beugung an einem optischen Gitter erfolgen, das statt des Prismas an der Oberfläche 310 des Wellenleiters 500 angeordnet sein kann.The modification and adaptation of the wave vector of the incident electromagnetic radiation 220 can also be done by diffraction on an optical grating, instead of the prism on the surface 310 of the waveguide 500 can be arranged.

Die Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung 220 aus dem Wellenleiter 500 kann in analoger Art und Weise entweder durch Stirnflächen-, Prismen- oder Gitterkopplung erfolgen. Damit muss auch der Detektor 210 nicht notwendigerweise gegenüber einer Stirnfläche 520 des Wellenleiters 500 angeordnet sein, wie dies in 3 gezeigt ist. Wie der erste Emitter 200 kann der Detektor 210 gegenüber der Oberfläche 310 des Wellenleiters 500 angeordnet sein, sodass mit Hilfe eines Prismas oder eines Gitters ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung 220 schräg in Bezug zur Oberfläche 310 des Wellenleiters 500 seitlich aus dem Wellenleiter 500 austreten und auf den Detektor 210 treffen würde.The decoupling of the electromagnetic radiation 220 from the waveguide 500 can be done in an analogous manner either by Stirnflächen-, prism or grating coupling. This also requires the detector 210 not necessarily opposite a face 520 of the waveguide 500 be arranged like this in 3 is shown. Like the first emitter 200 can the detector 210 opposite the surface 310 of the waveguide 500 be arranged so that with the aid of a prism or a grid decoupled electromagnetic radiation 220 obliquely in relation to the surface 310 of the waveguide 500 laterally out of the waveguide 500 exit and onto the detector 210 would meet.

Es ist auch möglich, dass Oberflächenplasmonen einen Teil ihrer Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung 220 wieder emittieren. Auch diese elektromagnetische Strahlung 220 kann dazu dienen, die Adsorption von Partikeln an der Metallschicht 320 zu detektieren. Hierzu kann der Detektor 210 derart angeordnet werden, dass die von den Oberflächenplasmonen wieder emittierte elektromagnetische Strahlung 220 detektiert werden kann.It is also possible that surface plasmons share some of their energy in the form of electromagnetic radiation 220 emit again. This electromagnetic radiation 220 can also serve to adsorb particles on the metal layer 320 to detect. For this purpose, the detector 210 be arranged such that the re-emitted by the surface plasmons electromagnetic radiation 220 can be detected.

4 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwischen der Oberfläche 310 des dielektrischen Körpers 300 und der Metallschicht 320 eine weitere dielektrische Schicht 600 angeordnet ist. 4 shows an embodiment in which between the surface 310 of the dielectric body 300 and the metal layer 320 another dielectric layer 600 is arranged.

Bei dieser Variante des optoelektronischen Partikelsensors 100 kann der dielektrische Körper 300 sowohl ein Prisma 400 als auch ein Wellenleiter 500 sein. Das Prisma 400 kann entweder eine dreieckige oder eine trapezförmige Basisfläche 420 aufweisen, sodass die in den 1 und 2 gezeigten Konfigurationen des optoelektronischen Partikelsensors 100 möglich sind.In this variant of the optoelectronic particle sensor 100, the dielectric body 300 both a prism 400 as well as a waveguide 500 be. The prism 400 can be either triangular or trapezoidal 420 have, so that in the 1 and 2 shown configurations of the optoelectronic particle sensor 100 possible are.

Diese Ausführungsform wird als Otto-Konfiguration bezeichnet und kann den Vorteil einer effizienteren Anregung von Oberflächenplasmonen gegenüber der sogenannten Kretschmann-Konfiguration, bei der die Metallschicht 320 unmittelbar an der Oberfläche 310 des dielektrischen Körpers 300 angeordnet ist, bieten. Die weitere dielektrische Schicht 600 muss allerdings nicht notwendigerweise über der Oberfläche 310 des dielektrischen Körpers 300 angeordnet sein. Die Metallschicht 320 kann auch in einem Abstand zur Oberfläche 310 des dielektrischen Körpers 300 angeordnet sein. Dadurch würde ein Spalt zwischen der Oberfläche 310 und der Metallschicht 320 vorliegen, sodass in diesem Fall Luft als die weitere dielektrische Schicht 600 fungieren würde.This embodiment is referred to as Otto configuration and may have the advantage of more efficient excitation of surface plasmons over the so-called Kretschmann configuration where the metal layer 320 directly on the surface 310 of the dielectric body 300 is arranged to provide. The further dielectric layer 600 but not necessarily above the surface 310 of the dielectric body 300 be arranged. The metal layer 320 may also be at a distance from the surface 310 of the dielectric body 300 be arranged. This would create a gap between the surface 310 and the metal layer 320 exist, so in this case air as the further dielectric layer 600 would act.

5 zeigt eine Ausführungsform, in der die Grenzfläche 330 zwischen dielektrischem Körper 300 und der Metallschicht 320 ein periodisches Gitter bildet. 5 shows an embodiment in which the interface 330 between dielectric body 300 and the metal layer 320 forms a periodic lattice.

Bei dieser Ausführungsform kann die Anregung von Oberflächenplasmonen durch Beugung der elektromagnetischen Strahlung 220 am periodischen Gitter erfolgen.In this embodiment, the excitation of surface plasmons by diffraction of the electromagnetic radiation 220 done on the periodic grid.

Im dargestellten Beispiel erfolgt die Anregung von Oberflächenplasmonen in Reflexion. Dabei sind der erste Emitter 200 und der Detektor 210 jeweils gegenüber dem dielektrischen Körper 300 angeordnet. Denkbar wäre auch, dass die Anregung in Transmission erfolgt. In diesem Fall wäre der erste Emitter 200 dem dielektrischen Körper 300 gegenüber angeordnet. Der Detektor 210 wäre gegenüber der Metallschicht 320 angeordnet. Um eine Transmission der elektromagnetischen Strahlung 220 durch das Substrat sicherzustellen, kann die Metallschicht 320 als nicht durchgängige Schicht aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Metallschicht 320 periodische Streifen aufweisen, die an der Oberfläche 310 des dielektrischen Körpers 300 angeordnet sind.In the example shown, the excitation of surface plasmons occurs in reflection. Here are the first emitter 200 and the detector 210 each opposite to the dielectric body 300 arranged. It would also be conceivable that the excitation takes place in transmission. In this case, the first emitter would be 200 the dielectric body 300 arranged opposite. The detector 210 would be opposite the metal layer 320 arranged. To a transmission of electromagnetic radiation 220 ensure the metal layer through the substrate 320 be constructed as a non-continuous layer. For example, the metal layer 320 have periodic stripes on the surface 310 of the dielectric body 300 are arranged.

Durch eine Verschiebung der Anregungswellenlänge für Oberflächenplasmonen infolge von sich an der Metallschicht 320 anlagernden Partikeln, liegt die Anregungswellenlänge anschließend nicht mehr im Spektralbereich der vom ersten Emitter 200 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 220.By a shift of the excitation wavelength for surface plasmons due to the metal layer 320 attached particles, the excitation wavelength is then no longer in the spectral range of the first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 ,

Um den spektralen Arbeitsbereich des optoelektronischen Parikelsensors 100 zu erweitern, kann der optoelektronische Partikelsensor 100 einen zweiten Emitter 250 aufweisen. Der zweite Emitter 250 ist ebenfalls ausgebildet, elektromagnetische Strahlung 220 auszusenden. Die vom zweiten Emitter 250 ausgesendete elektromagnetische Strahlung 220 liegt in einem anderen Spektralbereich, als die vom ersten Emitter 200 ausgesendete elektromagnetische Strahlung 220.Around the spectral working range of the opto-electronic Parikelsensors 100 can expand, the optoelectronic particle sensor 100 a second emitter 250 exhibit. The second emitter 250 is also designed to electromagnetic radiation 220 send out. The second emitter 250 emitted electromagnetic radiation 220 lies in a different spectral range than that of the first emitter 200 emitted electromagnetic radiation 220 ,

Der zweite Emitter 250 ist unmittelbar neben dem ersten Emitter 200 angeordnet. Der zweite Emitter 250 kann beispielsweise eine Laserdiode, insbesondere ein VCSEL, sein. Der zweite Emitter 250 kann aber auch eine Leuchtdiode sein. Der zweite Emitter 250 kann aber auch entfallen. Insbesondere wenn der erste Emitter 200 eine Weißlichtquelle ist, kann der zweite Emitter 250 entfallen.The second emitter 250 is right next to the first emitter 200 arranged. The second emitter 250 For example, it may be a laser diode, in particular a VCSEL. The second emitter 250 but can also be a light emitting diode. The second emitter 250 but can also be omitted. Especially if the first emitter 200 is a white light source, the second emitter 250 omitted.

Weist der optoelektronische Partikelsensor 100 einen zweiten Emitter 250 auf, so kann auch ein zweiter Filter 750 über dem Detektor 210 angeordnet sein. Der zweite Filter 750 ist ausgebildet, nur die vom zweiten Emitter 250 ausgesendete elektromagnetische Strahlung 220 zu transmittieren. Der zweite Filter 750 kann beispielsweise ein Interferenzfilter sein. Der zweite Filter 750 kann aber auch entfallen. Insbesondere wenn als zweiter Emitter 250 eine Laserdiode verwendet wird, kann der zweite Filter 750 entfallen, da eine Laserdiode monochromatische elektromagnetische Strahlung 220 aussendet, die vom Umgebungslicht unterschieden werden kann.Indicates the optoelectronic particle sensor 100 a second emitter 250 on, so can a second filter 750 above the detector 210 be arranged. The second filter 750 is formed, only the second emitter 250 emitted electromagnetic radiation 220 to transmit. The second filter 750 For example, it may be an interference filter. The second filter 750 but can also be omitted. Especially when as the second emitter 250 a laser diode is used, the second filter 750 omitted, since a laser diode monochromatic electromagnetic radiation 220 which can be distinguished from the ambient light.

Der optoelektronische Partikelsensor 100 kann beispielsweise eine Rauchmeldevorrichtung sein. Dabei würden Rauch oder Rußpartikel, die sich an der Metallschicht 320 anlagern, die Anregungsbedingung für Oberflächenplasmonen modifizieren. Damit würde eine Modifikation der am Detektor 210 gemessenen Intensität einhergehen.The optoelectronic particle sensor 100 may be, for example, a smoke detector. This would include smoke or soot particles attached to the metal layer 320 attach, modify the excitation condition for Oberflächenplasmonen. This would be a modification of the detector 210 accompanied by measured intensity.

Der erfindungsgemäße optoelektronische Partikelsensor 100 kann darüber hinaus auch quantitative Aussagen über sich in der Luft befindliche Partikel erlauben. Dies könnte dadurch ermöglicht werden, dass die am Detektor 210 gemessene Intensität auch von der Schichtdicke sich anlagernder Partikel abhängt. Für diesen Modus würde als erster Emitter 220 eine Weißlichtquelle in Frage kommen, um die Verschiebung der Anregungswellenlänge mit zunehmender Schichtdicke zu messen.The optoelectronic particle sensor according to the invention 100 In addition, it can also allow quantitative statements about airborne particles. This could be made possible by the fact that at the detector 210 measured intensity also depends on the layer thickness of deposited particles. For this mode would be the first emitter 220 a white light source can be used to measure the displacement of the excitation wavelength with increasing layer thickness.

Aufgrund seiner Kompaktheit, kann der optoelektronische Partikelsensor 100 auch in elektrische Geräte integriert werden. Beispielsweise könnte der optoelektronische Partikelsensor 100 in ein Mobiltelefon integriert werden. Damit könnte der optoelektronische Partikelsensor 100 als mobile Rauchmeldevorrichtung fungieren.Due to its compactness, the optoelectronic particle sensor can 100 also be integrated into electrical devices. For example, the optoelectronic particle sensor 100 could be integrated into a mobile phone. This could be the optoelectronic particle sensor 100 act as a mobile smoke detector.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele beschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.The present invention has been further illustrated and described with reference to the preferred embodiments. Nevertheless, the invention is not limited to the disclosed examples. Rather, other variations may be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
optoelektronischer Partikelsensor optoelectronic particle sensor
200200
erster Emitterfirst emitter
201201
Oberseite des ersten EmittersTop of the first emitter
202202
Unterseite des ersten EmittersBottom of the first emitter
210210
Detektordetector
211211
Oberseite des DetektorsTop of the detector
212212
Unterseite des DetektorsBottom of the detector
220220
elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
250250
zweiter Emitter second emitter
300300
dielektrischer Körperdielectric body
310310
Oberfläche des dielektrischen KörpersSurface of the dielectric body
320320
Metallschichtmetal layer
330330
Grenzfläche zwischen dielektrischem Körper und Metallschicht Interface between dielectric body and metal layer
400400
Prismaprism
410410
Seitenflächen des PrismasSide surfaces of the prism
420420
Basisfläche des PrismasBase surface of the prism
430430
Grundfläche des Prismas Base of the prism
500500
Wellenleiterwaveguides
510510
WellenleitermodeWaveguide mode
520520
Stirnflächen des Wellenleiters End faces of the waveguide
600600
weitere dielektrische Schicht another dielectric layer
700700
erster Filterfirst filter
750750
zweiter Filtersecond filter

Claims (12)

Optoelektronischer Partikelsensor (100) mit einem ersten Emitter (200), der ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung (220) auszusenden, einem Detektor (210), der ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung (220) zu detektieren, und einem dielektrischen Körper (300), wobei über einer Oberfläche (310) des dielektrischen Körpers (300) eine Metallschicht (320) angeordnet ist, wobei die vom ersten Emitter (200) ausgesendete elektromagnetische Strahlung (220) in den dielektrischen Körper (300) eingeleitet werden kann und bei Vorliegen einer Anregungsbedingung Oberflächenplasmonen in der Metallschicht (320) anregen kann, wobei aus dem dielektrischen Körper (300) austretende elektromagnetische Strahlung (220) auf den Detektor (210) treffen kann, wobei sich an der Metallschicht (320) Partikel anlagern können, wobei die Anregungsbedingung von sich an der Metallschicht (320) anlagernden Partikeln abhängig ist, wobei die am Detektor (210) gemessene Intensität von dem Vorliegen der Anregungsbedingung abhängig ist.An optoelectronic particle sensor (100) having a first emitter (200) configured to emit electromagnetic radiation (220), a detector (210) configured to detect electromagnetic radiation (220) and a dielectric body (300), wherein over a surface (310) of the dielectric body (300) a metal layer (320) is arranged, the electrodes of the electromagnetic emitter (220) can be introduced into the dielectric body (300) and excite surface plasmons in the metal layer (320) when an excitation condition exists, with electromagnetic radiation (220) emerging from the dielectric body (300). can encounter the detector (210), whereby particles can deposit on the metal layer (320), the excitation condition being dependent on particles deposited on the metal layer (320), the intensity measured at the detector (210) being dependent on the presence of the Excitation condition is dependent. Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Anregung von Oberflächenplasmonen durch Totalreflexion erfolgen kann.Optoelectronic particle sensor (100) according to Claim 1 , where the excitation of surface plasmons can be done by total reflection. Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß Anspruch 2, wobei der dielektrische Körper (300) ein Prisma (400) mit trapezförmiger Grundfläche (430) ist, über dessen schrägen Seitenflächen (410) jeweils eine Metallschicht (320) angeordnet ist.Optoelectronic particle sensor (100) according to Claim 2 in which the dielectric body (300) is a prism (400) with a trapezoidal base (430), over whose oblique side surfaces (410) a respective metal layer (320) is arranged. Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß Anspruch 1, wobei der dielektrische Körper (300) ein Wellenleiter (500) ist, wobei die Anregung von Oberflächenplasmonen durch Kopplung von Wellenleitermoden an Oberflächenplasmon-Moden erfolgen kann.Optoelectronic particle sensor (100) according to Claim 1 wherein the dielectric body (300) is a waveguide (500), wherein the excitation of surface plasmons can be done by coupling waveguide modes to surface plasmon modes. Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß Anspruch 4, wobei das Ein- und/oder Auskoppeln der elektromagnetischen Strahlung (220) in den Wellenleiter (500) bzw. aus dem Wellenleiter (500) durch Stirnflächen-, Gitter- oder Prismenkopplung erfolgt.Optoelectronic particle sensor (100) according to Claim 4 , Wherein the coupling and / or decoupling of the electromagnetic radiation (220) in the waveguide (500) and from the waveguide (500) by Stirnflächen-, grid or prism coupling takes place. Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem dielektrischen Körper (300) und der Metallschicht (320) eine weitere dielektrische Schicht (600) angeordnet ist.An optoelectronic particle sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein a further dielectric layer (600) is arranged between the dielectric body (300) and the metal layer (320). Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Grenzfläche (330) zwischen dem dielektrischen Körper (300) und der Metallschicht (320) ein periodisches Gitter bildet, wobei die Anregung von Oberflächenplasmonen durch Beugung an dem periodischen Gitter erfolgen kann.Optoelectronic particle sensor (100) according to Claim 1 wherein the interface (330) between the dielectric body (300) and the metal layer (320) forms a periodic lattice, wherein the excitation of surface plasmons may be by diffraction at the periodic lattice. Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Emitter (200) ein Laserchip, insbesondere ein VCSEL, ist.Optoelectronic particle sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the first emitter (200) is a laser chip, in particular a VCSEL. Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem zweiten Emitter (250), wobei der zweite Emitter (250) ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung (220) auszusenden, wobei die vom zweiten Emitter (250) ausgesendete elektromagnetischen Strahlung (220) in einem anderen Spektralbereich liegt, als die vom ersten Emitter (200) ausgesendete elektromagnetische Strahlung (220).Optoelectronic particle sensor (100) according to one of the preceding claims, having a second emitter (250), wherein the second emitter (250) is designed to emit electromagnetic radiation (220), wherein the electromagnetic radiation (220) emitted by the second emitter (250) is in a different spectral range than the electromagnetic emitter (220) emitted by the first emitter (200). Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß Anspruch 9, wobei ein erster Filter (700) und ein zweiter Filter (750) über dem Detektor (210) angeordnet sind, wobei der erste Filter (700) ausgebildet ist, nur die vom ersten Emitter (200) ausgesendete elektromagnetische Strahlung (220) zu transmittieren, wobei der zweite Filter (750) ausgebildet ist, nur die vom zweiten Emitter (250) ausgesendete elektromagnetische Strahlung (220) zu transmittieren.Optoelectronic particle sensor (100) according to Claim 9 wherein a first filter (700) and a second filter (750) are disposed over the detector (210), wherein the first filter (700) is adapted to transmit only the electromagnetic radiation (220) emitted by the first emitter (200) wherein the second filter (750) is adapted to transmit only the electromagnetic radiation (220) emitted by the second emitter (250). Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor (210) mindestens eine Photodiode aufweist.Optoelectronic particle sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the detector (210) comprises at least one photodiode. Optoelektronischer Partikelsensor (100) gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der optoelektronische Partikelsensor (100) eine Rauchmeldevorrichtung ist.An optoelectronic particle sensor (100) according to the preceding claims, wherein the optoelectronic particle sensor (100) is a smoke detection device.
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