DE112006001780T5

DE112006001780T5 - Messsystem, das eine modulierte Laserquelle aufweist

Info

Publication number: DE112006001780T5
Application number: DE112006001780T
Authority: DE
Inventors: Gregory D. San Jose Vanwiggeren; Douglas M. Los Altos Baney; Scott W. Sunnyvale Corzine
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-04-30
Also published as: WO2007018833A3; WO2007018833A2; US20070031154A1

Abstract

Ein System, das folgende Merkmale aufweist:
eine modulierte Laserquelle, die ein Ziel in einem Messsystem beleuchtet, wobei die Laserquelle eine erste Kohärenzlänge in einem unmodulierten Zustand und eine zweite Kohärenzlänge in einem modulierten Zustand aufweist; und
einen Detektor, der ein abgelenktes Signal von dem Ziel empfängt und ein erfasstes Signal liefert, das eine Signalkomponente und eine Driftkomponente aufweist, wobei die Driftkomponente in dem modulierten Zustand eine niedrigere Größe als in dem unmodulierten Zustand der Laserquelle aufweist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Ein herkömmliches Oberflächenplasmonresonanz-Messsystem (SPR-Messsystem; SPR = surface plasmon resonance) umfasst typischerweise eine oder mehrere lichtemittierende Dioden (LEDs; LEDs = light emitting diodes), die ein Ziel beleuchten. LEDs weisen eine Kohärenzlänge auf, die ausreichend lang ist, um zu ermöglichen, dass ein SPR-Messsystem kleine Verschiebungen bei SPR-Resonanzen erfasst, was für eine hohe Genauigkeit und eine hohe Empfindlichkeit für das SPR-Messsystem sorgen kann. LEDs weisen auch den Vorteil auf, dass dieselben nicht teuer sind. Jedoch ist Licht, das durch eine LED geliefert wird, nicht hoch gerichtet und weist typischerweise eine niedrige Leistung auf. Diese Eigenschaften der LED können die Lichtmenge, die auf das Ziel auftrifft, reduzieren und das Signal-Rauschen-Verhältnis (SNR; SNR = signal-to-noise ratio) reduzieren, was eine Genauigkeit und Empfindlichkeit des SPR-Messsystems entsprechend reduzieren kann.
Eine superlumineszierende lichtemittierende Diode (SLED; SLED = super-luminescent light emitting diode) weist viele der Leistungsfähigkeitsvorteile einer herkömmlichen LED auf, aber die SLED weist eine höhere Leistung auf und liefert mehr gerichtetes Licht als eine herkömmliche LED. Jedoch sind SLEDs gegenwärtig wesentlich teurer als herkömmliche LEDs.
Laser können Hochleistungslicht, das hoch gerichtet ist, zu Kosten liefern, die typischerweise niedriger als diejenigen einer SLED sind. Ein herkömmlicher Laser weist auch eine Kohärenzlänge auf, die ausreichend lang ist, um das SPR- Messsystem mit genug Messauflösung zu versehen, um kleine Verschiebungen bei SPR-Resonanzen zu erfassen. Jedoch kann die Kohärenzlänge eines herkömmlichen Lasers lang genug sein, um Störeffekte zu erzeugen, die die Genauigkeit und Messwiederholbarkeit eines SPR-Messsystems reduzieren.
Folglich besteht ein Bedarf nach einer Lichtquelle, die die niedrigen Kosten, die Hochleistungs- und Hochrichtungs-Merkmale eines herkömmlichen Lasers ohne die Störeffekte aufweist, die aus der langen Kohärenzlänge des herkömmlichen Lasers resultieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Messsystem, das eine modulierte Laserquelle gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung aufweist.
2A–2C zeigten Beispiele für modulierte Laserquellen, die in dem Messsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
3A–3B zeigen Beispiele für optische Signale, die durch eine modulierte Laserquelle in einem unmodulierten Zustand und einem modulierten Zustand geliefert werden.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Festlegen von Attributen eines Modulationssignals, das an die modulierte Laserquelle geliefert wird, die in dem Messsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
5A–5C zeigen Beispiele für erfasste Signale, die durch das Messsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung geliefert werden.
6A–6B zeigen Beispiele für optische Signale, die durch die modulierte Laserquelle geliefert werden, die in dem Messsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Detaillierte Beschreibung
1 zeigt ein Messsystem 10 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, das eine modulierte Laserquelle 12, ein Ziel 14 und einen Detektor 16 aufweist. Zum Zwecke der Darstellung ist das Messsystem 10 als das Ziel 14, den Detektor 16 und zugeordnete optische Eingangselemente 18 und optische Ausgangselemente 20 umfassend gezeigt, die für ein Oberflächenplasmonresonanz-Messsystem (SPR-Messsystem) 17 typisch sind. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel weist das Ziel 14 einen SPR-Sensor auf und die optischen Eingangselemente 18, die optischen Ausgangselemente 20 und der Detektor 16 sind konfiguriert, um Verschiebungen bei Brechungsindizes von Proben in dem SPR-Sensor zu erfassen. Der SPR-Sensor, die optischen Eingangselemente 18, die optischen Ausgangselemente 20 und der Detektor 16 eines SPR-Messsystems 17 sind in einer Vielfalt von Dokumenten offenbart, darin eingeschlossen Optical Biosensors: Present and Future, herausgegeben von F. S. Ligler und C. A. Rowe Taitt, Elsevier Science B. V., Seiten 207–247.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Messsystem 10 die Komponenten eines Reflektomerische-Interferenzspektroskopie-Messystems (RIfS-Messsystems; RIfS = reflectometric interference spectroscopy), wobei das Ziel 14 einen RIfS-Sensor umfasst. Ein Beispiel für ein RIfS-Messsystem und einen RIfS-Sensor ist in Quantification of Quaternary Mixtures of Alcohols: a comparison of reflectometric interference spectroscopy and surface plasmon resonance spectroscopy, von Maura Kasper, Stefan Gusche, Frank Dieterle, Georg Beige und Gunter Gauglitz, Institute of Physics Publishing, Measurement Science and Technology, 15, (2004), Seiten 540–548, offenbart.
Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst das Messsystem 10 die Komponenten eines gekoppelten Plasmonwellenlängenresonanz-Messsystems (CPWR-Messsystem; CPWR = coupled plasmon-waveguide resonance), bei dem das Ziel 14 einen CPWR-Sensor umfasst. Ein Beispiel für ein CPWR-Messsystem und einen CPWR-Sensor ist in Optical Anisotropy in Lipid Bilayer Membranes; Coupled Plasmon-Waveguide Resonance Measurements of Molecular Orientation, Polarizability, and Shape von Zdzislaw Salamon und Gordon Tollin, Biophysical Journal, Bd. 80, März 2001, Seiten 1557–1567, offenbart.
Das SPR-Messsystem 17 (in 1 gezeigt), das RIfS-Messsystem und das CPWR-Messsystem sind Beispiele für das Messsystem 10, die für ein Liefern einer Erfassung und einer Quantifizierung von in Bezug auf die Umwelt relevanten Zusammensetzungen oder für eine label-freie Analyse von biomolekularen Interaktionen geeignet sind. Während diese Beispiele zum Zwecke einer Darstellung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung geliefert werden, kann das Messsystem 10 irgendein optisches System oder Konfiguration sein, wobei die modulierte Laserquelle 12 das Ziel 14 beleuchtet und das Ziel 14 ein abgelenktes Signal 11, wie z. B. ein reflektiertes, gebrochenes oder übertragenes Signal, an den Detektor 16 ansprechend auf die Beleuchtung durch die modulierte Laserquelle 12 liefert.
Die modulierte Laserquelle 12 in dem Messsystem 10 umfasst gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung typischerweise eine Laserdiode, einen Festkörperlaser, einen Gaslaser, einen Halbleiterlaser mit einem externen Resonator oder irgendeinen anderen Typ eines Lasers mit einer ausreichend hohen Leistung und einem ausreichend gerichteten Licht, um das Ziel 14 zu beleuchten und für das Messsystem 10 ein geeignetes Signal-Rauschen-Verhältnis (SNR) zu liefern. Bei einem Beispiel umfasst die modulierte Laserquelle 12 eine Samsungmodell-D17140-201S-Laserdiode, die 80 mW von hoch gerichtetem Licht liefert, das amplitudenmoduliert sein kann, um die modulierte Laserquelle 12 zu liefern.
An die modulierte Laserquelle 12 wird ein Modulationssignal 13 angelegt, um ein optisches Signal 15 zu liefern. Die Charakteristika des Modulationssignals 13 hängen typischerweise von dem Lasertyp ab, der in der modulierten Laserquelle 12 enthalten ist. Bei einem in 2A gezeigten Beispiel umfasst die modulierte Laserquelle 12 ein Vorspannung-T-Stück 22 oder eine andere Schaltung oder System, das ermöglicht, dass ein Ansteuerstrom I_d1, wie z. B. ein Gleichstrom(DC)-Ansteuerstrom, und ein Modulationsstrom I_mod1, wie Z. B. ein Wechselstrom (AC), an einen Laser 26 in der modulierten Laserquelle 12 angelegt werden. Das Modulationssignal I_mod1 amplitudenmoduliert den Laser 26, wobei ermöglicht wird, dass die modulierte Laserquelle 12 das optische Signal 15 in dem Messsystem 10 liefert. Bei diesem Beispiel umfasst das Modulationssignal 13, das an die modulierte Laserquelle 12 angelegt wird, den Ansteuerstrom I_d1 und einen überlagerten Modulationsstrom I_mod1.
Bei einem in 2B gezeigten Beispiel wird Licht 21, das durch einen Laser 28 in der modulierten Laserquelle 12 geliefert wird, über einen Modulationsstrom I_mod2 moduliert, der an einen Modulator 24 angelegt ist, der zu dem Laser 28 extern ist. Der optische Modulator 24 ist typischerweise ein Infrometer-basierter Mach-Zehnder-Modulator, der unter Verwendung von LiNBO₃ oder GaAs als einem elektrooptischen Material hergestellt ist. Jedoch ist der Modulator 24 alternativ irgendeine elektrooptische Vorrichtung oder ein anderer Typ einer Vorrichtung, eines Elements oder eines Systems, der für eine Amplitudenmodulation des Lichts 21 sorgt, um das optische Signal 15 in dem Messsystem 10 zu liefern. Bei diesem Beispiel umfasst das Modulationssignal 13, das an die modulierte Laserquelle 12 angelegt ist, einen Ansteuerstrom I_d2 und einen separaten Modulationsstrom I_mod2.
Bei einem in 2C gezeigten Beispiel umfasst die modulierte Laserquelle 12 einen Laser 30, der über ein Modulationssignal I_mod3 moduliert wird, das an einen Modulator 32 angelegt wird, der in dem Laser 30 ist. Der Modulator 32 ist bei diesem Beispiel typischerweise eine akkustooptische Ablenkeinrichtung bzw. ein elektrooptischer Schalter, der für ein Q-Schalten des Lasers 30 sorgt, um das optische Signal 15 in dem Messsystem 10 zu liefern. Bei diesem Beispiel umfasst das Modulationssignal 13, das an die modulierte Laserquelle 12 angelegt wird, einen Ansteuerstrom I_d3 und einen separaten Modulationsstrom I_mod3.
Bei alternativen Beispielen sorgt das Modulationssignal 13 für eine Phasenkopplung, ein Frequenz-Chirpen oder ein Gewinnschalten des Lasers, der in der modulierten Laserquelle 12 enthalten ist. Phasengekoppelte Laser und Beispiele für die entsprechenden optischen Signale 15, die durch die phasengekoppelten Laser geliefert werden, sind in Dokumenten wie z. B. Optical Electronics, Fourth Edition, von Ammon Yariv, Saunders College Publishing, ISBN 0-03-047444-2, Seiten 190–200, offenbart. Frequenz-gechirpte Laser, Gewinn-geschaltete Laser und Beispiele für entsprechende optische Signale 15, die durch Laser geliefert werden, sind in Referenzen wie z. B. Long-Wavelength Semiconductor Lasers, G. P. Agrawal und N. K. Dutta, Van Nostrand Reinhold Company, ISBN 0-442-20995-9, Seiten 263–281, offenbart. Bei einem alternativen Beispiel umfasst die modulierte Laserquelle 12 einen passiven phasengekoppelten Laser. Die modulierte Laserquelle 12 kann auch irgendeinen anderen Typ von Laser umfassen, der über das Modulationssignal 13 amplituden- und/oder frequenzmoduliert sein kann, um eine Kohärenzlänge des Lasers zu reduzieren.
Die modulierte Laserquelle 12 weist einen unmodulierten Zustand auf, bei dem die modulierte Laserquelle 12 nicht moduliert ist. In dem unmodulierten Zustand weist das optische Signal, das geliefert wird, eine erste Kohärenzlänge auf. Die modulierte Laserquelle 12 weist einen modulierten Zustand auf, bei dem das Modulationssignal 13 an die modulierte Laserquelle 12 angelegt wird, um das optische Signal 15 zu liefern. In dem modulierten Zustand weist die modulierte Laserquelle 12 eine zweite Kohärenzlänge auf, die kürzer als die erste Kohärenzlänge ist. Bei einem Beispiel umfasst die modulierte Laserquelle 12 eine Laserdiode, die eine Kohärenzlänge größer als zehn Meter in dem unmodulierten Zustand und eine Kohärenzlänge von weniger als zwei Zentimetern in dem modulierten Zustand aufweist. Die Reduzierung der Kohärenzlänge zwischen dem modulierten Zustand und dem unmodulierten Zustand wird bei diesem Beispiel über das Modulationssignal 13 erreicht, das an die modulierte Laserquelle 12 angelegt wird und das einen sinusförmigen Modulationsstrom I_mod1 mit einer Spitze-Spitze-Amplitude von 30 mA mit einer Frequenz von 690 MHz umfasst, überlagert auf einem Steuersignal I_d1 von 40 mA DC.
Die Kohärenzlänge ist typischerweise wie in Fiber Optic Test and Measurement, herausgegeben von Dennis Derickson, Prentice Hall PTR, ISBN 0-13-534330-5, Seiten 172–173, als das Produkt der Kohärenzzeit einer Laserquelle und der Lichtgeschwindigkeit definiert, wobei die Kohärenzzeit als 1/(pDn) definiert ist, wobei Dn die Halbwertsbreite (FWHM; FWHM = full-width half-maximum) des optischen Signals 15 ist. Die Kohärenzlänge kann auch alternative Definitionen haben, die von den Charakteristika des Modulationssignals 13 und des resultierenden optischen Signals 15 abhängen.
3A–3B zeigen Beispiele für optische Signale, die durch die modulierte Laserquelle 12 in dem unmodulierten Zustand (3A) und einem modulierten Zustand (3B) geliefert werden, wenn die modulierte Laserquelle 12 die Samsungmodell-DL7140-201S-Laserdiode umfasst. In dem unmodulierten Zustand weist das resultierende optische Signal in 3A eine FWHM von 10 MHz auf. In dem modulierten Zustand weist das resultierende optische Signal 15 in 3B eine FWHM von 20 GHz auf, wobei angezeigt wird, dass die Kohärenzlänge der modulierten Laserquelle 12 in dem modulierten Zustand im Wesentlichen reduziert ist. Es ist zu erkennen, dass die Reduzierung der Kohärenzlänge in dem modulierten Zustand relativ zu dem unmodulierten Zustand mit einer Palette von Modulationssignalen 13 erreicht werden kann, die einen großen Bereich von Amplituden, Signalverlaufformen, Frequenzen oder anderen Attributen aufweisen, die ausreichend sind, um eine entsprechende Reduzierung von Kohärenzlängen zu erreichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden Attribute des Modulationssignals 13 gemäß einem Verfahren 50 festgelegt, das in 4 gezeigt ist. Das Verfahren 50 umfasst ein Einstellen von bezeichneten Attributen des Modulationssignals 13, wie z. B. der Amplitude, der Signalverlaufform und/oder der Frequenz des Modulationssignals 13 (Schritt 52). Schritt 54 des Verfahrens 13 umfasst ein Beobachten eines erfassten Signals 19, das durch das Messsystem 10 ansprechend auf die Einstellung der bezeichneten Attribute des Modulationssignals 13 geliefert wird. Bei Schritt 56 werden, wenn die Charakteristika des erfassten Signals 19 gemäß einem vorbezeichneten Kriterium zufriedenstellend sind, entweder die Schritte 52 und 54 des Verfahrens 50 wiederholt, um unterschiedliche Charakteristika zu erreichen, oder die Attribute des Modulationssignals 13 werden basierend auf einer vorhergehenden Einstellung der bezeichneten Attribute des Modulationssignals 13 gemäß den Schritten 52, 54 festgelegt (Schritt 56).
Ein Beispiel für das Verfahren 50 wird in dem Kontext von SPR-Messungen geliefert, die durch das Messsystem 10 erhalten werden. In einem unmodulierten Zustand der modulierten Laserquelle 12 weist das erfasste Signal 19, das durch das Messsystem 10 geliefert wird, eine zeitvariierende Welligkeit an dem erfassten Signal 19 auf, zusätzlich zu einer erwünschten Signalkomponente 29 des erfassten Signals 19. 5A zeigt ein Beispiel für das erfasste Signal 19, das verarbeitet wird, um eine Auftragung einer relativen Intensität gegen einen Einfallswinkel F des optischen Signals 50 auf das Ziel 14 zu liefern, die einen Resonanzeinfallswinkel FR umfasst. Die erwünschte Signalkomponente 29 ist durch eine gestrichelte Kontur in dem erfassten Signal 19 angezeigt, die auch die zeitvariierende Welligkeit umfasst. Bei SPR-Messungen werden Verschiebungen in dem Resonanzeinfallswinkel FR verwendet, um Verschiebungen bei Brechungsindizes des SPR-Sensors zu erfassen, der in dem Ziel 14 enthalten ist. Die zeitvariierende Welligkeit an dem erfassten Signal 19 kann die erwünschte Signalkomponente 29 des erfassten Signals 19, die verwendet wird, um Verschiebungen bei dem Resonanzeinfallswinkel FR zu erfassen, der dem Ziel 14 zugeordnet ist, maskieren oder andernfalls undeutlich machen. In dem modulierten Zustand der modulierten Laserquelle 12 ist die Größe der zeitvariierenden Welligkeit an dem erfassten Signal 19 im Wesentlichen reduziert, so dass das erfasste Signal 19 ungefähr gleich der erwünschten Signalkomponente 29 wird.
Bei einer SPR-Messung resultiert die zeitvariierende Welligkeit, die in 5A gezeigt ist, in einer Driftkomponente 31 (in 5C gezeigt), wenn das erfasste Signal 19 verarbeitet wird, um einen Brechungsindexeinheiten gegen Zeit anzuzeigen. Die resultierende Driftkomponente 31 kann die erwünschte Signalkomponente 29 des erfassten Signals 19, die verwendet wird, um Verschiebungen bei dem Brechungsindex des Ziels 14 zu erfassen, maskieren oder andernfalls undeutlich machen. Die Driftkomponente 31 des erfassten Signals 19 wird typischerweise auf Störeffekte aufgrund optischer Reflexionen in oder zwischen den optischen Eingangselementen 18 oder den optischen Ausgangselementen 20 einschließlich von Linsen, Polaristoren, akkustooptischen Ablenkeinrichtungen, Teleskopen, Filtern oder anderen Vorrichtungen, Elementen oder Systemen in den optischen Signalwegen des Messsystems 10 zurückgeführt. Der zeitvariierende Aspekt der Welligkeit, der in der Driftkomponente 31 des erfassten Signals 19 resultiert, ist typischerweise aufgrund von thermalen Effekten.
5B–5C zeigen Beispiele für erfasste Signale 19, die verarbeitet werden, um eine Auftragung von Brechungsindexeinheiten gegen Zeit für ein Ziel 14 zu liefern, das für eine Kalibrierung einer SPR-Messung konfiguriert ist. In 5B ist die modulierte Laserquelle 12 in einem modulierten Zustand, wobei das erfasste Signal 19 eine Signalkomponente 29 umfasst, die ein konstantes Signal mit dem inhärenten Rauschen N des Messsystems 10 ist, das an der Signalkomponente 29 anliegt. In 5C ist die modulierte Laserquelle 12 in einem unmodulierten Zustand, wobei das erfasste Signal 19 eine konstante Signalkomponente 29 mit einer unerwünschten Driftkomponente 31 umfasst, die auf der erwünschten Signalkomponente 29 überlagert ist, zusätzlich zu dem inhärenten Rauschen N des Messsystems 10, das ebenfalls an dem erfassten Signal 19 anliegt. Die Driftkomponente 31 des erfassten Signals 19 weist eine niedrigere Größe in dem modulierten Zustand (in 5B gezeigt) der modulierten Laserquelle 12 als in dem unmodulierten Zustand (in 5C gezeigt) auf. Da die Driftkomponente 31, die in 5C gezeigt ist, in 5B unwesentlich ist, ist die Driftkomponente 31 in 5B nicht angezeigt.
Die Reduzierung der Kohärenzlänge, die in dem modulierten Zustand der modulierten Laserquelle 12 geliefert wird, kann die Driftkomponente 31, die auf Störeffekte des Messsystems 10 zurückgeführt werden kann, im Wesentlichen reduzieren oder sogar beseitigen. Schritt 52 des Verfahrens 50 kann durch ein Einstellen der Attribute des Modulationssignals 13, wie z. B. der Amplitude, der Signalverlaufform oder der Frequenz, auf das Messsystem 10 angewendet werden, während das erfasste Signal 19, das durch das Messsystem geliefert wird, beobachtet wird (Schritt 54). Durch ein Anwenden von Schritt 56 des Verfahrens 50 können Schritte 52 und 54 wiederholt werden, bis die Driftkomponente 31 des erfassten Signals 19 minimiert oder zufrieden stellend klein ist. Basierend auf der Anwendung des Verfahrens 50 auf das Messsystem 10 können die Attribute des Modulationssignals 13 gewählt werden, so dass der modulierte Zustand der modulierten Laserquelle 12 eine Reduzierung der Driftkomponente 31 des erfassten Signals 19 liefert, die ausreichend ist, um zu ermöglichen, dass die Signalkomponente 29 des erfassten Signals 19 Verschiebungen bei Brechungsindizes des Ziels 14 angemessen erfasst.
Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden die Attribute des Modulationssignals 13 basierend auf dem optischen Signal 15 festgelegt, das an dem Ausgang der modulierten Laserquelle 12 in dem modulierten Zustand resultiert. Bei einem Beispiel werden die Amplitude und/oder Frequenz des Modulationssignals 13, das an die modulierte Laserquelle 12 angelegt wird, variiert, bis sich das optische Signal 15 von einer Kontinuierliche-Welle-Betriebsweise (CW-Betriebsweise; CW = continuous wave) (bei einem Beispiel in 6A gezeigt) zu einer gepulsten Betriebsweise verschiebt, wobei ein gepulstes Signal (bei einem Beispiel in 6B gezeigt) geliefert wird. Bei der gepulsten Betriebsweise sind eine Phasenkontinuität bzw. -kohärenz zwischen Pulsen in dem gepulsten Signal erheblich reduziert.
Während Beispiele für alternative Verfahren zum Festlegen der Attribute des Modulationssignals 13 zum Zwecke einer Darstellung geliefert worden sind, umfassen alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Modulationssignale 13, die Attribute aufweisen, die gemäß irgendeinem geeigneten Verfahren festgelegt werden. Das Modulationssignal 13 sorgt für eine Amplituden- und/oder Frequenzmodulation der modulierten Laserquelle 12. Das Modulationssignal 13 kann aufgrund der inhärenten Beziehung zwischen einer Amplitude und einer Intensität eines optischen Signals 15 auch eine Intensitätsmodulation der modulierten Laserquelle 12 liefern.
Der Detektor 16, der in dem Messsystem 10 enthalten ist, fängt das abgelenkte Signal 11 ab, das durch das Ziel 14 geliefert wird, und liefert ansprechend auf das abgefangene Signal 11 ein erfasstes Signal 19. Der Detektor 16 umfasst typischerweise eine Silizium-, Germanium- oder Indium-Gallium-Arsenid-Photodiode, ein Kameramodul oder einen Fotovervielfacher. Der Detektor 16 kann auch irgendeine Vorrichtung, irgendein Element oder Array von Vorrichtungen oder Elementen umfassen, die eins oder mehrere erfasste Signale 19 ansprechend auf das abgelenkte Signal 11 liefern. Der Detektor 16 umfasst typischerweise einen Prozessor (nicht gezeigt), der das erfasste Signal 19 empfängt und das erfasste Signal 19 verarbeitet, um eine Ausgabe an eine Anzeige oder eine andere Ausgabevorrichtung zu liefern. Der Prozessor ermöglicht, dass das erfasste Signal 19 eine relative Intensität gegen einen Einfallswinkel F angibt, wie es in 5A gezeigt ist, oder Brechungsindexeinheiten gegen Zeit angibt, wie es in 5B–5C angezeigt ist. Geeignete Prozessoren sind auf dem Gebiet sehr bekannt und sind in herkömmlichen SPR-Messsystemen typischerweise enthalten.
Der Typ von Ziel 14, der in dem Messsystem 10 enthalten ist, hängt von dem Typ des Messsystems 10 ab. Zum Beispiel umfasst das Ziel 14 in dem Messsystem 10, das in 1 gezeigt ist, einen SPR-Sensor. Das Ziel 14 kann auch einen RiFS-Sensor, einen CPWR-Sensor oder irgendein anderes Ziel 14 umfassen, das zum Liefern eines abgelenkten Signals 11 ansprechend auf eine Beleuchtung durch ein optisches Signal 15, das durch die modulierte optische Quelle 12 geliefert wird, geeignet ist.
Während die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert dargestellt worden sind, sollte es ersichtlich sein, dass Modifizierungen und Adaptionen dieser Ausführungsbeispiele sich dem Fachmann ohne weiteres erschließen können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfin dung, wie derselbe in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen.
Zusammenfassung
Ein Messsystem weist eine modulierte Laserquelle auf, die ein Ziel in dem Messsystem beleuchtet. Die modulierte Laserquelle weist eine erste Kohärenzlänge in einem unmodulierten Zustand und eine zweite Kohärenzlänge in einem modulierten Zustand auf, die kürzer als die erste Kohärenzlänge ist. Das Messsystem umfasst einen Detektor, der ein abgelenktes Signal von dem Ziel empfängt und ein erfasstes Signal liefert, das eine Signalkomponente und eine Driftkomponente aufweist, wobei die Driftkomponente niedriger in dem modulierten Zustand als in dem unmodulierten Zustand der modulierten Laserquelle ist.

Claims

Ein System, das folgende Merkmale aufweist: eine modulierte Laserquelle, die ein Ziel in einem Messsystem beleuchtet, wobei die Laserquelle eine erste Kohärenzlänge in einem unmodulierten Zustand und eine zweite Kohärenzlänge in einem modulierten Zustand aufweist; und einen Detektor, der ein abgelenktes Signal von dem Ziel empfängt und ein erfasstes Signal liefert, das eine Signalkomponente und eine Driftkomponente aufweist, wobei die Driftkomponente in dem modulierten Zustand eine niedrigere Größe als in dem unmodulierten Zustand der Laserquelle aufweist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem das Messsystem ein SPR-Messsystem umfasst und bei dem das Ziel ein SPR-Sensor ist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem das Messsystem ein RiFS-Messsystem umfasst und bei dem das Ziel ein RiFS-Sensor ist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem das Messsystem ein CPWR-Messsystem umfasst und bei dem das Ziel ein CPWR-Sensor ist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem die modulierte Laserquelle einen Diodenlaser umfasst, der eine erste Kohärenzlänge größer als zwei Zentimeter oder eine zweite Kohärenzlänge kleiner als zwei Zentimeter aufweist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem die modulierte Laserquelle eine Laserdiode, einen Festkörperlaser, einen Gaslaser, einen Halbleiterlaser mit einem externen Resonator, einen phasengekoppelten Laser, einen Frequenz-gechirpten Laser oder einen Gewinngeschalteten Laser umfasst.
Das System gemäß Anspruch 2, bei dem die modulierte Laserquelle eine Laserdiode, einen Festkörperlaser, einen Gaslaser, einen Halbleiterlaser mit einem externen Resonator, einen phasengekoppelten Laser, einen Frequenz-gechirpten Laser oder einen Gewinngeschalteten Laser umfasst.
Das System gemäß Anspruch 2, bei dem die modulierte Laserquelle eine Laserdiode umfasst und der modulierte Zustand über ein Modulationssignal erreicht wird, das auf einem Steuersignal überlagert ist und an die Laserdiode durch ein Vorspannung-T-Stück geliefert wird.
Das System gemäß Anspruch 8, bei dem Attribute des Modulationssignals durch ein Einstellen der Amplitude und/oder der Frequenz des Modulationssignals, ein Beobachten des erfassten Signals und entweder ein Neueinstellen der Amplitude und/oder der Frequenz des Modulationssignals oder ein Festlegen der Attribute des Modulationssignals aus einer vorhergehenden Einstellung der Amplitude und/oder der Frequenz des Modulationssignals basierend auf Charakteristika des beobachteten erfassten Signals festgelegt werden.
Das System gemäß Anspruch 9, bei dem die modulierte Laserquelle ein optisches Signal an das Ziel liefert, das ein gepulstes optisches Signal ist.
Ein System, das folgende Merkmale aufweist: eine modulierte Laserquelle, die ein Ziel in einem Messsystem beleuchtet, wobei die Laserquelle eine erste Kohärenzlänge in einem unmodulierten Zustand und eine zweite Kohärenzlänge in einem modulierten Zustand aufweist, die kürzer als die erste Kohärenzlänge ist, wobei der modulierte Zustand durch ein Modulationssignal geliefert wird, das an die modulierte Laserquelle angelegt ist; und einen Detektor, der ein abgelenktes Signal von dem Ziel empfängt und ein erfasstes Signal liefert, das eine Signalkomponente und eine Driftkomponente aufweist, wobei die Driftkomponente eine niedrigere Größe in dem modulierten Zustand als in dem unmodulierten Zustand der modulierten Laserquelle aufweist.
Das System gemäß Anspruch 11, bei dem das Messsystem ein SPR-Messsystem umfasst und bei dem das Ziel ein SPR-Sensor ist.
Das System gemäß Anspruch 11, bei dem die modulierte Laserquelle eine Laserdiode umfasst und das Modulationssystem einen Modulationsstrom umfasst, der auf einem Ansteuerstrom überlagert ist.
Das System gemäß Anspruch 13, bei dem die modulierte Laserquelle eine Vorspannung umfasst und bei dem das Modulationssignal durch ein Vorspannung-T-Stück an der Laserdiode angelegt ist.
Das System gemäß Anspruch 11, bei dem das Modulationssignal Attribute aufweist, die durch ein Einstellen der Amplitude und/oder der Frequenz des Modulationssignals, ein Beobachten des erfassten Signals und entweder ein Neueinstellen der Amplitude und/oder der Frequenz des Modulationssignals oder ein Festlegen der Attribute des Modulationssignals aus einer vorhergehenden Einstellung der Amplitude und/oder Frequenz des Modulationssignals basierend auf Charakteristika des beobachteten erfassten Signals festgelegt werden.
Ein System, das folgende Merkmale aufweist: eine modulierte Laserquelle, die ein Ziel in einem Messsystem beleuchtet, wobei die Laserquelle eine erste Kohärenzlänge in einem unmodulierten Zustand und eine zweite Kohärenzlänge in einem modulierten Zustand aufweist; und einen Detektor, der ein abgelenktes Signal von dem Ziel empfängt und ein erfasstes Signal liefert, das eine Signalkomponente und eine zeitvariierende Welligkeit aufweist, wobei die zeitvariierende Welligkeit eine niedrigere Größe in dem modulierten Zustand als in dem unmodulierten Zustand der modulierten Laserquelle aufweist.
Das System gemäß Anspruch 16, bei dem das Messsystem ein SPR-Messsystem umfasst und bei dem das Ziel ein SPR-Sensor ist.
Das System gemäß Anspruch 16, bei dem die modulierte Laserquelle eine Laserdiode umfasst und bei dem der modulierte Zustand durch ein angelegtes Modulationssignal geliefert wird, das einen Modulationsstrom umfasst, der auf einem Ansteuerstrom überlagert ist.
Das System gemäß Anspruch 18, bei dem die modulierte Laserquelle eine Vorspannung umfasst und bei dem das Modulationssignal an die Laserdiode durch ein Vorspannung-T-Stück angelegt ist.
Das System gemäß Anspruch 16, bei dem das Modulationssignal Attribute aufweist, die durch ein Einstellen der Amplitude und/oder der Frequenz des Modulationssignals, ein Beobachten des erfassten Signals und ent weder ein Neueinstellen der Amplitude und/oder der Frequenz des Modulationssignals oder ein Festlegen der Attribute des Modulationssignals aus einer vorhergehenden Einstellung der Amplitude und/oder Frequenz des Modulationssignals basierend auf Charakteristika des beobachteten erfassten Signals festgelegt werden.