DE19650073A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Strahlungsdosis ionisierender Strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Strahlungsdosis ionisierender Strahlung, insbesondere zur Messung besonders geringer Strahlenbelastung und zum Nachweis der Strahlungsdosis in kurzen Zeitabschnitten. Sie ist anwendbar für Teilchen- und Photonenstrahlung, wie z. B. energiereiche Ionen, Neutralteilchen, Neutronen, Elektronen, Gamma- und Röntgenquanten.

Für die genannten Strahlungsarten sind seit langem Detektoren in Form von Zählrohren und Ionisationskammern, Fotoplatten, Szintillationszählern, Photolumineszenzdosimetern sowie verschiedenen Typen von Halbleiter- und Festkörperspur-Detektoren bekannt (Siehe z. B. W. Petzold und H. Krieger; "Strahlungsphysik, Dosimetrie und Strahlenschutz", Bd. 1 Grundlagen, B.G. Teubner Verlag, Stuttgart, 1988). Die Messung bereitet trotzdem immer noch Probleme der nachfolgenden Art:

• - Die durch die Strahlung in einem Sensor primär hervorgerufenen Wirkungen (Erzeugung von Defekten, Elektron-Loch-Paaren, Ionisation) und die damit verbundenen Eigenschaftsänderungen sind in der Regel sehr klein. Deshalb ist zu ihrem Nachweis eine geeignete Verstärkung und/oder eine hinreichende Integration der Effekte erforderlich.
• - Die meisten Meßverfahren sind nicht für in-situ oder gar in-vivo Messungen geeignet, was aber z. B. für die Prozeßkontrolle bei der Ionenimplantation oder bei der Bestrahlung von Tumorgewebe von besonderer Bedeutung ist.
• - Die Notwendigkeit der Kombination der Sensoren mit modernen Bausteinen der Informationsübertragung und -verarbeitung macht veränderte Bauformen bzw. Wirkprinzipien erforderlich.

In den letzten Jahren wurde eine ganze Reihe neuer bzw. abgewandelter Lösungen entwickelt, wobei besonders Anwendungen in der Medizin (Radiologie) und Personendosimetrie sowie die Bestimmung von Ionen- Implantationsdosen im Mittelpunkt standen.

So beschrieben Büker und Häsing (DE 39 29 294 A1) ein Verfahren zur Messung der Dosis bzw. Dosisleistung von Kernstrahlung in lebendem Gewebe mit einem speziell präparierten Lichtwellenleiter als Strahlungssensor. Die Dämpfung des Lichtes im Wellenleiter, hervorgerufen durch die von der Kernstrahlung erzeugten Strukturfehler, ist dabei ein Maß für die Dosis. Möglich ist auch die Messung der durch die Kernstrahlung im aktiven (szintillierenden) Wellenleiter erzeugten Lumineszenzstrahlung, die ein Maß für die Dosisleistung darstellt. In beiden Fällen sind zum Nachweis der sehr kleinen Effekte relativ große Baulängen der Sensoren (10 bis 50 mm) erforderlich.

In der EP 0560627 A2 wird beschrieben, am Ende einer optischen Faser einen Diamantstrahlungssensor mit einer Stickstoffkonzentration unterhalb 150 ppm zu befestigen. Dieser Sensor wird bezüglich seiner durch UV-Anregung hervorgerufenen Lichtemission im sichtbaren Spektralbereich überwacht. Die Intensität der Lichtemission erweist sich dabei in bestimmten Dosisbereichen als direkt proportional zur Gamma-Strahlungsdosis. Dieser Sensor ist speziell für in-vivo-Anwendungen konzipiert.

Aus der EP 0257770 A1 ist ein kalorimetrischer Dosismonitor für Implantationsanlagen bekannt. Die Dosis wird hierbei über die Wärmemenge gemessen, die ein Ionenstrahl in ein Kalorimeter mit bekannter Empfängerfläche deponiert. Gegenüber der Standard-Ionendosismessung über die mitgeführte Ladungsmenge bietet das den Vorteil, unempfindlich gegenüber freien Elektronen sowie Änderungen des Ladungszustandes der Ionen auf dem Weg zum Target zu sein. Nachteilig ist, daß der Ionenstrahl mindestens Energie in der Größenordnung 10 W/cm² deponieren muß, was lediglich bei stromstarken Implantern erreicht wird, und daß das Kalorimeter eine große Fläche von 1 bis 10 cm² beansprucht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Messung der Strahlungsdosis ionisierender Strahlung zu finden, die empfindlich und universell einsetzbar ist. Insbesondere sollen Anwendungen für in-situ-Messungen von Ionenimplantationsdosen und in-vivo-Messungen der Gammastrahlung im menschlichen Körper genauso wie Messungen von Neutronen- oder anderen Strahlungsdosen möglich sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Messung der Strahlungsdosis ionisierender Strahlung mittels optischen Nachweises von strahlungsbedingten Strukturänderungen in einem Sensormaterial gelöst durch Bereitstellung des Sensormaterials in Form einer auf einem Substrat aufgebrachten, im wesentlichen planparallelen Sensorschicht, die mindestens für eine bestimmte Laserwellenlänge ausreichend transparent ist, aber auch Anteile dieser Laserwellenlänge absorbiert und einen gegenüber dem Substrat verschiedenen Brechungsindex aufweist, so daß die Sensorschicht für die besagte Laserwellenlänge einen Fabry-Perot-Resonator darstellt, durch Einbringen der Sensorschicht in die zu messende ionisierende Strahlung, wobei diese Strahlung Änderungen des komplexen Brechungsindexes der Sensorschicht induziert, durch Bestrahlen der Sensorschicht mit fokussiertem, intensitätsmoduliertem Laserlicht der besagten Laserwellenlänge zur periodischen Anregung der Sensorschicht mit der Folge einer periodischen Änderung der effektiven optischen Resonatorlänge des Fabry-Perot- Resonators, durch Erfassen der durch die ionisierende Strahlung induzierten Brechungsindexänderungen der Sensorschicht mittels photothermischer Responsemessung aus der besagten modulierten Anregung der Sensorschicht, wobei die Brechungsindexänderung der Sensorschicht eine Änderung der photothermischen Response verursacht, und durch Auswerten der photothermischen Responseänderungen und Umsetzungen in kalibrierte Dosiswerte der eingefallenen ionisierenden Strahlung.

Zweckmäßig wird der Fabry-Perot-Resonator so abgestimmt, daß er auf einer Flanke seiner Reflexions- oder Transmissionskennlinie arbeitet. Die optimale Einstellung eines solchen Arbeitspunktes erfolgt durch Einstellung der optischen Schichtdicke der Sensorschicht. Dazu eignen sich prinzipiell alle Verfahren, die die optische Schichtdicke einer Schicht beeinflussen. Beispielhaft seien zwei einfache Verfahren für die Einstellung der optischen Schichtdicke der Sensorschicht genannt.

Im Falle der Herstellung der Sensorschicht durch Implantation einer bestimmten Ionenart in das Substrat erfolgt die Einstellung durch die Wahl der Ionenenergie, Ionendosis und Implantationstemperatur sowie gegebenenfalls durch thermische Nachbehandlung. Bei Anwendung von Beschichtungstechniken, wie Sputtern oder Bedampfen zur Herstellung der Sensorschicht wird der Arbeitspunkt außer über vorgegebene Materialparameter in erster Linie über die geometrische Schichtdicke eingestellt. Als Sensorschicht wird vorteilhaft eine dielektrische Schicht verwendet. Geeignet sind aber auch Halbleiter- oder bestimmte Metallschichten.

Zur Erfassung der photothermischen Response sind verschiedene Varianten geeignet.

So läßt sich die Beeinflussung der Sensorschicht zweckmäßig messen, indem ein einfach intensitätsmodulierter Laserstrahl die Resonatorlänge des (durch die Sensorschicht verkörperten) Fabry-Perot-Resonator moduliert und die Veränderungen dieser Modulation mittels eines unmodulierten Laserstrahls ausgelesen werden.

Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit der Responsemessung ergibt sich durch Einstrahlung eines doppelt intensitätsmodulierten Laserstrahls, dessen zwei Modulationsfrequenzen eng benachbart sind (z. B. 10 kHz-Differenz), und Auswertung einer resultierenden Mischfrequenz aus dem Laserlicht nach Wechselwirkung mit der Sensorschicht.

Eine weitere Variante sieht vor, die photothermische Response mittels zweier einfach modulierter Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge aufzunehmen, wobei die Wahl der einen Wellenlänge eine maximale Energiedeponierung in der Sensorschicht verursacht und die andere Wellenlänge dem Auslesen der Response im Bereich des Maximums der Strahlungsempfindlichkeit der Sensorschicht angepaßt wird.

Die durch die ionisierende Strahlung induzierten Strukturänderungen in der Sensorschicht werden durch Aufnehmen der photothermischen Response vorzugsweise in Reflexion erfaßt. Gleichwertige Möglichkeiten sind durch Messung der photothermischen Response in Transmission oder durch Erfassung der photothermisch modulierten Streuung gegeben.

Die photothermische Response wird vorteilhaft permanent während der Einwirkung ionisierender Strahlung erfaßt. Es ist jedoch für bestimmte Fälle auch sinnvoll, die Response vor und nach einer festgelegten Zeitdauer der Einwirkung ionisierender Strahlung zu messen.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die strahlungsinduzierten Strukturänderungen der Sensorschicht durch zusätzliche Energiedeponierung ausgeheilt werden können. Das ist z. B. zum einen durch intensive Laserbestrahlung möglich. Andererseits können die Veränderungen in der Sensorschicht auch durch Tempern ausgeheilt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung zur Messung der Strahlungsdosis ionisierender Strahlung, in der in einem Sensor Materialeigenschaften durch die einfallende Strahlung einer Veränderung unterworfen sind und diese Änderungen der Eigenschaften optisch ausgelesen werden, dadurch gelöst, daß der Sensor eine auf einem Substrat aufgebrachte, im wesentlichen planparallele Sensorschicht, die mindestens für eine definierte Laserwellenlänge ausreichend transparent, aber auch teilweise absorbierend ist und einen gegenüber dem Substrat verschiedenen Brechungsindex aufweist, enthält, daß eine Anregungseinrichtung zur periodischen Anregung der Sensorschicht mit fokussiertem, intensitätsmoduliertem Laserlicht der besagten Laserwellenlänge vorhanden ist, wobei die Sensorschicht für das modulierte Laserlicht einen Fabry-Perot- Resonator darstellt, dessen effektive Resonatorlänge sich infolge einer photothermischen Energiedeponierung periodisch ändert, daß optische Sensormittel zur Aufnahme-der photothermischen Response der Sensorschicht infolge der besagten modulierten Anregung der Sensorschicht sowie eine Auswerteeinheit zur Umsetzung von photothermischen Responseänderungen in kalibrierte Dosiswerte der ionisierenden Strahlung vorgesehen sind.

Die Sensorschicht ist vorteilhaft eine Schicht aus einer transparenten Matrix mit absorbierenden Zentren. Vorzugsweise ist sie eine dielektrische Schicht. Zweckmäßig kann aber auch eine Halbleiterschicht als Fabry-Perot-Resonator eingesetzt sein. Dabei wird die Sensorschicht so angelegt, daß der resultierende Fabry-Perot-Resonator auf die Flanke seiner Reflexions- bzw. Transmissionskennlinie einstellbar ist. Die optimale Einstellung eines solchen Arbeitspunktes erfolgt durch Einstellung der optischen Schichtdicke der Sensorschicht. Dazu eignen sich prinzipiell alle Verfahren, die die optische Schichtdicke einer Schicht beeinflussen. Beispielhaft seien zwei Herstellungsverfahren für die Sensorschicht die einfachsten Möglichkeiten zur Einstellung der optischen Schichtdicke genannt.

Eine geeignet eingestellte Sensorschicht wird beispielsweise durch Implantation von Si⁺-Ionen mit einer Energie zwischen 50 und 150 keV und einer Dosis von 2 bis 5 × 10¹⁷/cm² auf Glassubstrat erzeugt. Das Ergebnis ist eine SiO_x-Schicht von 0,1 bis 0,5 µm Dicke, die einen deutlich höheren Brechungsindex als das Glassubstrat und im sichtbaren bzw. nahen infraroten Spektralbereich stark absorbierende Zentren aufweist.

Alternativ ist die Möglichkeit der Implantation von Au, Ag oder Cu in SiO₂ bzw. Al₂O₃, wobei ebenfalls Dosiswerte in der Größenordnung 10¹⁶ bis 10¹⁷ cm⁻² erforderlich sind (Buchal, Ch. et al.: Ion Implantation of Optical Materials, in: Annu. Rev. Mat. Sci. 24 (1994) 125-157).

Für den Nachweis von Gamma- und Elektronenstrahlung eignen sich besonders Sensorschichten aus Ionenkristallen (z. B. KCl, NaCl oder CaF₂), in denen bei der Bestrahlung Farbzentren mit charakteristischen Absorptionsbanden im sichtbaren und nahen IR-Spektralbereich entstehen. Die Konzentration der Farbzentren und damit der Absorptionskoeffizient bei der entsprechenden Wellenlänge steigen in einem bestimmten Dosisbereich nahezu linear mit der Dosis an und streben danach einem Sättigungswert zu. Da die photothermische Response proportional zur absorbierten Laserleistung wächst, ergibt sich in weiten Grenzen ein strahlungsdosisproportionales Signal.

Bei Anwendung von Beschichtungstechniken, wie Sputtern oder Bedampfen zur Herstellung der Sensorschicht wird der Arbeitspunkt außer über vorgegebene Materialparameter in erster Linie über die geometrische Schichtdicke eingestellt.

Die photothermische Response der Sensorschicht kann auf verschiedene Weise gemessen werden.

Zweckmäßig weist die Anregungseinrichtung einen intensitätsmodulierten Anregungslaser der besagten Laserwellenlänge auf und die optischen Sensormittel enthalten ein unmoduliertes Laserlicht, das erst durch die photothermische Response der Sensorschicht eine Modulation erfährt, sowie Detektionsmittel zur Analyse dieser Responsemodulation.

Von besonderem Vorteil ist es, die Analyse der photothermischen Response so zu organisieren, daß die Anregungseinrichtung Mittel zur Erzeugung eines doppelt intensitätsmodulierten Anregungslaserstrahls enthält, wobei die beiden Modulationsfrequenzen eng beieinanderliegen (z. B. 10 kHz-Differenz), und die optischen Sensormittel Detektionsmittel enthalten, die wenigstens einen Anteil des doppeltmodulierten Anregungslaserstrahls nach seiner Wechselwirkung mit der Sensorschicht aufnehmen und auf einer aus den Anregungsfrequenzen durch Mischung in der Sensorschicht resultierenden Mischfrequenz (z. B. der Differenzfrequenz) die photothermische Response der Sensorschicht ausfiltern.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung enthält in der Anregungseinrichtung zwei separate intensitätsmodulierte Laser unterschiedlicher Wellenlänge, die auf dasselbe Gebiet der Sensorschicht fokussiert sind, wobei die eine Wellenlänge auf eine maximale Energiedeponierung in der Sensorschicht ausgerichtet ist und die andere Wellenlänge dem Auslesen der photothermischen Response in einen Bereich der maximalen Strahlungsempfindlichkeit der Sensorschicht gegenüber der ionisierenden Strahlung angepaßt ist.

Zur Auswertung der photothermischen Response der Sensorschicht können die Sensormittel bezüglich der Einstrahlungsrichtung des Laserlichts in Reflexion, Transmission oder Rückstreugeometrie angeordnet sein. Dabei ist es in aller Regel zweckmäßig, bei permanenter Messung der ionisierenden Strahlung durch das Substrat hindurch eine Rückseitendetektion der Änderung der photothermischen Response in der Sensorschicht durchzuführen. Für eine intervallmäßige Kontrolle der Änderungen in der Sensorschicht wird als Richtung für das eingestrahlte Laserlicht aus der Anregungseinrichtung vorteilhaft direkt die Sensorschichtseite gewählt und der Einfachheit halber vorzugsweise in Reflexion von den Sensormitteln aufgenommen.

Beide Einrichtungen, die Anregungseinrichtung und die Sensormittel, werden vorzugsweise über dieselbe Fokussieroptik optisch an die Sensorschicht gekoppelt. Andernfalls (im Transmissionsfall) wäre ein solches fokussierendes System zweifach erforderlich.

Eine andere mögliche Ankopplung von Anregungseinrichtung und Sensormitteln ist der Einsatz mindestens eines Lichtwellenleiters, z. B. einer in die Endfläche der Lichtleitfaser implantierten oder auf die Faserendfläche geeignet aufgebrachte Sensorschicht. Dabei kann entweder das Faserende als Sensor ausgebildet werden, d. h. durch Aufbringen einer separaten Sensorschicht oder durch Implantation bzw. anderweitige Dotierung bzw. strukturelle Änderung des Fasermaterials selbst, möglich ist auch die Präparation eines Teilstückes der Faser als Fabry-Perot-Resonator.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht zusammengefaßt darin, daß die strahlungsinduzierten Strukturänderungen in Sensormaterialien, die stets mit kleinen Änderungen des komplexen Brechungsindexes des Materials verbunden sind, durch die Verknüpfung von optischer Resonanz (Fabry-Perot- Resonator) und modulierter photothermischer Detektion außerordentlich empfindlich detektiert werden.

Dabei besteht die Möglichkeit, die Empfindlichkeit des Sensors in weiten Grenzen über die Parameter des Resonators, die Art, Größe und Konzentration von absorbierenden Zentren, die Wellenlänge, Leistungsdichte oder Modulationsfrequenz des Laserlichts sowie über die Temperatur zu variieren und auf konkrete Meßprobleme einzustellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren, realisierbar in unterschiedlichen erfindungsgemäßen Vorrichtungen, gestattet eine äußerst empfindliche Messung der Strahlungsdosis ionisierender Strahlung. Es ist für unterschiedlichste Strahlungsmessungen, insbesondere für in-situ-Messungen von Ionenimplantationsdosen, in-vivo-Messungen von Gammastrahlung sowie zur Messung von Neutronen- und anderen Strahlungsdosen einsetzbar.

Die Erfindung soll nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 den Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Strahlungssensors mit implantierter Sensorschicht,

Fig. 2 einen Teil des Strahlungssensors mit aufgedampfter Sensorschicht,

Fig. 3 einen Strahlungssensor mit heterodynem photothermischen Ausleseverfahren bei einer aufgedampften Sensorschicht in Reflexion,

Fig. 4 einen Strahlungssensor mit homodynem photothermischen Ausleseverfahren bei aufgedampfter Sensorschicht in Reflexion,

Fig. 5 einen Strahlungssensor mit Transmissionsauslesung der Sensorschicht bei heterodyner Anregung mit zusätzlich verschieden gewählten Laserwellenlängen,

Fig. 6 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des strahlungsempfindlichen Sensorteils mit einer auf der auf der Endfläche einer Lichtleitfaser befindlichen Sensorschicht,

Fig. 7 den Verlauf des Thermowellenmeßwertes |K| in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis von Silizium- bzw. Sauerstoffionen bei Verwendung einer durch Ionenimplantation hergestellten SiO_x-Sensorschicht,

Fig. 8 den Verlauf des Thermowellenmeßwertes |K| in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis von Stickstoffionen bei Verwendung einer gesputterten Titan-Sensorschicht auf einem Glassubstrat, und

Fig. 9 ein Beispiel für die Abhängigkeit der photothermischen Response einer Sensorschicht von der Dosis der Ionenimplantation bei ihrer Herstellung (Si⁺-Ionen mit 50 keV- Ionenenergie auf Quarzglas-Substrat) zur Auswahl des Arbeitspunktes auf der Responsekennlinie.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Dosis ionisierender Strahlung, das aus dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach erkennbar ist, besteht aus den Schritten:

• - Bereitstellen eines Sensormaterials in Form einer auf einem Substrat 2 aufgebrachten, im wesentlichen planparallelen, mindestens für eine bestimmte Laserwellenlänge ausreichend transparenten, aber auch teilweise absorbierenden Sensorschicht 21, die gegenüber dem Substrat 2 einen deutlich verschiedenen Brechungsindex aufweist und für die besagte Wellenlänge einen Fabry-Perot-Resonator darstellt,
• - Einbringen der Sensorschicht 21 in die zu messende ionisierende Strahlung 1, wobei diese Strahlung 1 Änderungen des Brechungsindexes der Sensorschicht 21 verursacht,
• - Bestrahlen der Sensorschicht 21 mit fokussierten intensitätsmoduliertem Laserlicht 41 der besagten Laserwellenlänge zur periodischen Anregung der Sensorschicht 21 mit der Folge einer periodischen Änderung der effektiven optischen Resonatorlänge des Fabry-Perot-Resonators,
• - Erfassen der durch die ionisierende Strahlung 1 induzierten Brechungsindexänderungen der Sensorschicht 21 mittels photothermischer Responsemessungen aus der besagten modulierten Anregung der Sensorschicht 21, wobei die Brechungsindexänderung eine Änderung der photothermischen Response 51 verursacht, und
• - Auswerten der photothermischen Responseänderungen und Umsetzung in kalibrierte Dosiswerte der eingefallenen ionisierenden Strahlung 1.

Fig. 1 zeigt dazu eine Sensorschicht 21, die durch Ionenimplantation an der Oberfläche des Substrats 2 erzeugt wurde und die der ionisierenden Strahlung 1 ausgesetzt ist. Die Strahlung 1 verursacht die oben erwähnten Änderungen des Brechungsindexes der Sensorschicht 21. Die in Fig. 1 angedeutete implantierte Sensorschicht 21 wird beispielsweise folgendermaßen erzeugt.

An der Oberfläche einer Glasscheibe als Substrat 2 wird durch Implantation von Siliziumionen (Si⁺-Ionen) mit einer Energie zwischen 50 und 1 50 keV und einer Dosis von 2 bis 5 × 10¹⁷/cm² eine SiO_x-Schicht mit einer Dicke von 0,1 bis 0,5 µm erzeugt. Diese Sensorschicht 21 besitzt im sichtbaren sowie im nahen Infrarot-Spektralbereich einen deutlich größeren Brechungsindex als das Glassubstrat, so daß zwischen Sensorschicht 21 und Substrat 2 eine optische Grenzfläche besteht. Der Raum zwischen dieser Grenzfläche und der Oberfläche des Substrats 2 bildet einen Fabry-Perot-Resonator.

Die bei der Ionenimplantation entstandenen Si-Precipitate sowie eintretende Strahlungsschäden bewirken außerdem eine relativ starke Absorption von Licht des oben genannten Spektralbereiches in dieser Sensorschicht 21.

Aus einer Anregungseinheit 4 zur periodischen Anregung der Sensorschicht 21 wird intensitätsmoduliertes Laserlicht 41 über ein Objektiv 3 in die Sensorschicht 21 fokussiert. Dadurch werden in einem Anregungsgebiet 22 thermische Wellen generiert, die infolge der Temperaturabhängigkeit des komplexen Brechungsindexes der Sensorschicht 21 die Resonanzeigenschaften des Fabry-Perot-Resonators modulieren. Die von der Sensorschicht 21 durch die periodische Anregung erzeugte photothermische Response 51, die in diesem Fall als reflektierte Response 51 erfaßt werden soll, wird über das Objektiv 3 und mittels eines Strahlteilers 52 auf optische Sensormittel 5 ausgekoppelt.

Die über die Sensormittel 5 mittels Lock-in-Technik aufgenommene photothermische Response 51 wird in der nachfolgenden Auswerteeinheit 6 auf Veränderungen analysiert, und diese Veränderungen, die zur Brechungsindexänderung der Sensorschicht 21 äquivalent sind, werden in kalibrierte Dosiswerte der ionisierenden Strahlung 1 umgesetzt.

Eine andere Art der Erzeugung der Sensorschicht 21 ist in Fig. 2 symbolisch dargestellt. Hier soll die Sensorschicht 21 durch Aufdampfen, Sputtern oder ähnliche Techniken oberflächlich aufgetragen sein, wobei die optischen Eigenschaften zu den obengenannten gleichwertig sind. Die optischen Eigenschaften werden im wesentlichen durch alle bekannten Prozeßparameter bei der Erzeugung von Schichten beeinflußt. Die einfachste Art der Beeinflussung ist im Falle des Sputterns oder Aufdampfens über die Wahl des Materials sowie über die geometrische Schichtdicke der Sensorschicht 21 gegeben.

Bei der Ionenimplantation zur Schichterzeugung lassen sich die Einstellungen der Eigenschaften einfach über die Ionenenergie und die Dosis vornehmen. Dazu zeigt Fig. 9 ein Beispiel zur Wahl eines geeigneten Arbeitspunktes AP entlang der Kennlinie des photothermischen Meßsignals |K| in Abhängigkeit von der Dosis der Si⁺-Implantation in Quarzglas bei einer Ionenenergie von 50 keV. Deutlich sichtbar ist der steile Anstieg des Meßsignals |K| im Dosisbereich oberhalb 3 × 10¹⁷/cm². Damit entfaltet die Sensorschicht 21 in diesem Bereich ihre größte Empfindlichkeit gegenüber strukturellen Änderungen. Die Sensorschicht 21 wird also für die Messung der Dosis von ionisierender Strahlung 1 (energiereiche Teilchen oder Photonen) so präpariert, daß der Arbeitspunkt AP der Sensorschicht 21 am Beginn des steilen Anstiegs der Kennlinie liegt. Das entspricht im angegebenen Beispiel einer Si⁺-Implantation mit einer Dosis 3,8 × 10¹⁷/cm².

Jedes energiereiche Teilchen oder Photon der ionisierenden Strahlung 1, das nun auf die Sensorschicht 21 trifft und dort Energie deponiert (siehe Fig. 1) erzeugt zusätzliche strukturelle Defekte. Bei der Implantation von Ionen oder neutralen Teilchen als ionisierende Strahlung 1 kann das bis zu Änderungen der stöchiometrischen Zusammensetzung des Materials der Sensorschicht 21 führen. Durch diesen Effekt werden die optischen Schichtparameter verändert und der Fabry-Perot-Resonator verstimmt. Bei der Lage des Arbeitspunktes AP gemäß Fig. 9 bewirkt das einen Anstieg des photothermischen Meßsignals |K|, das aus der aufgenommenen photothermischen Response 51 gewonnen wird. Durch geeignete Wahl des Arbeitspunktes AP wird ein monotoner Charakter der Reflexions-/Transmissions-Kennlinie der Sensorschicht 21 in dem gewünschten Bereich der Ionendosis erreicht, so daß durch Kalibrierung eine eindeutige Zuordnung der Meßgröße |K| zur eingefallenen Strahlungsdosis gegeben ist. Fig. 7 zeigt das für den Fall einer SiO₂-Sensorschicht 21. Mit steigender Dosis der ionisierenden Strahlung, d. h. der 100 keV - Siliziumionen bzw. der 60 keV - Sauerstoffionen, wächst das Meßsignal im Dosisbereich 4 bis 12 × 10¹⁶ cm⁻² stetig an.

Durch eine Kalibrierung ist dem photothermischen Meßsignal |K| direkt die Ionendosis zuordenbar. Bei Vergleichsmessungen wird in diesem Fall eine Meßgenauigkeit von ± 2% erreicht.

Wird die SiO²-Schicht durch eine 250 nm dicke Ti-Schicht auf einem Glassubstrat ersetzt, so ergibt sich bei Implantation von 60 keV - Stick­ stoffionen die in Fig. 8 dargestellte Dosisabhängigkeit des Thermowellen- Meßsignals. Die Verstimmung des Fabry-Perot-Resonators ist in diesem Falle so stark, daß monotonem Anstieg der Meßwerte im Dosisbereich bis 5,5 × 10¹⁶ cm⁻² ein steiler Abfall folgt. Die Empfindlichkeit der Sensorschicht ist in diesem Dosisbereich (6,0 bis 7,5 × 10¹⁶ cm⁻²) maximal. Die Meßgenauigkeit der Dosis liegt hier unter 1% zuzüglich des Fehlers der Kalibrierung.

Der Arbeitsbereich des photothermischen Strahlungssensors läßt sich den unterschiedlichen Meßproblemen (Strahlungsart, Dosisbereich) durch Wahl des Sensormaterials und der Schichtdicke sowie der Laserwellenlänge und Modulationsfrequenz des Meßsystems optimal anpassen.

Bei der in Fig. 2 auf die Oberfläche des Substrats 2 aufgebrachten Sensorschicht 21 erfolgen photothermische Anregung durch das Laserlicht 41 und Aufnahme der photothermischen Response 51 in Reflexion von der Substratrückseite durch das Substrat 2 hindurch in gleicher Weise wie in Fig. 1.

In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Sensor mit der gleichen Auslesevariante (in Reflexion ausgelesene implantierte Sensorschicht 21) wie in Fig. 1 dargestellt mit der Besonderheit, daß zur Anregung ein photothermisches Heterodynverfahren nach Wagner et al. (DE 40 35 266 C2) verwendet wird. Die Anregungseinrichtung 4 besteht zu diesem Zweck aus zwei einfach intensitätsmodulierten Lasern 43, die mit unterschiedlichen, eng benachbarten Modulationsfrequenzen f₁ und f₂ (Differenz z. B. 10 kHz) durch eine Steuereinheit 44 angesteuert werden. Das modulierte Laserlicht 41 beider Laser 43 wird mittels eines Strahlteilers 42 zu einem doppeltmodulierten Strahl zusammengefügt, der dann in gleicher Weise wie in Fig. 1 auf die Sensorschicht 21 einwirkt und als reflektierte photothermische Response 51 wiederum über den Strahlteiler 52 auf die Sensormittel 5 ausgekoppelt wird. Die Sensormittel 5 verfügen über eine Lock-in-Technik, die ein photothermisches Meßsignal vorzugsweise auf der Differenzfrequenz f₁ - f₂ ausfiltert. Diese Methode der Erfassung eines Thermowellensignals der Sensorschicht 21 zeichnet sich durch besonders hohe Empfindlichkeit und einfache Verschiebbarkeit der Modulationsfrequenzen f₁ und f₂ (bei konstanter Differenz) aus. Zur Umsetzung der photothermischen Meßsignale in Dosiswerte der eingefallenen Strahlung 1 arbeitet die Auswerteeinheit 6 in gleicher Weise, wie unter Fig. 1 angegeben.

Eine für die meisten Anwendungen ebenfalls geeignete, ausreichend empfindliche Auslesemethode für einen erfindungsgemäßen Sensor ist in Fig. 4 gezeigt. Hier wird mit einem photothermischen Homodynprinzip gearbeitet. Ohne Einschränkung der Gleichwertigkeit und Austauschbarkeit mit der implantierten Sensorschicht 21 ist hier (wie in Fig. 2) eine aufgedampfte oder gesputterte Sensorschicht 21 der ionisierenden Strahlung 1 zugewandt. Intensitätsmoduliertes Laserlicht 41 aus der Anregungseinrichtung 4 durchquert den Auslese-Strahlteiler 52 und wird mittels des Objektivs 3 auf die als Fabry-Perot-Resonator wirkende Sensorschicht 21 fokussiert. Das geschieht wiederum durch das Substrat 2 hindurch ins Anregungsgebiet 22 der Sensorschicht 21.

In den Sensormitteln 5 ist eine zweite Laserquelle enthalten. Dieser Laser 54 sendet einen unmodulierten Sondenstrahl 56 aus, der gegenüber dem modulierten Laserlicht 41 eine deutlich verschiedene Wellenlänge aufweist. Der Sondenstrahl 56 wird über die Strahlteiler 52 und 53 geleitet und durch das Objektiv 3 ebenfalls in das Anregungsgebiet 22 der Sensorschicht 21 fokussiert. Nach einer Reflexion trägt der Sondenstrahl 56 die photothermische Response 51, die ihm durch die Sensorschicht 21 infolge ihrer Anregung durch das modulierte Laserlicht 41 aufgeprägt wurde. Mittels der Strahlteiler 52 und 53 erfolgt die Auskopplung des Sondenstrahls 56, so daß die ihm aufmodulierte photothermische Response 51 auf die Detektionsmittel 55 geleitet wird. Durch eine Lock-in-Technik auf einer der Modulationsfrequenz der Anregungseinrichtung 4 entsprechenden Frequenz sind mit der Auswerteeinheit 6 wie im vorigen Beispiel Änderungen der photothermischen Response 51 erkennbar und werden in Dosiswerte der eingefallenen ionisierenden Strahlung 1 umgesetzt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Abwandlung des heterodynen Ausleseverfahrens nach Fig. 3. Zusätzlich zur Doppelmodulation mit den Anregungsfrequenzen f₁ und f₂ wird mit Lasern 43 gearbeitet, die unterschiedliche Wellenlängen λ₁ und λ₂ aufweisen. Die Wellenlänge λ₁ ist dabei auf eine maximale Energiedeponierung in der Sensorschicht 21 abgestimmt, während die Wellenlänge λ₂ das Auslesen der photothermischen Response 51 im Bereich des Maximums der Strahlungsempfindlichkeit der Sensorschicht 21 sichert.

Die Auslesung der photothermischen Response 51 erfolgt in Fig. 5 in Transmission. Diese Variante ist vorteilhaft bei der intervallmäßigen Bestimmung der eingefallenen Dosis ionisierender Strahlung 1 (nicht dargestellt) anwendbar. Das Substrat 2 mit Sensorschicht 21 wird dazu zweckmäßig vom Strahlungsort in die Auswertungseinrichtung überführt.

Das aus Anregungslasern 43 bereitgestellte, modulierte Laserlicht 41 besteht aus zwei Teilstrahlen mit unterschiedlichen, von der Steuereinheit 44 bereitgestellten Modulationsfrequenzen f₁ und f₂ sowie verschiedenen Wellenlängen λ₁ und λ₂, die - wie bei heterodyner Responseanalyse üblich - vor­ zugsweise koaxial über einen Strahlteiler 42 zusammengefügt und durch das Objektiv 3 in die Sensorschicht 21 fokussiert werden. Dabei ist es unerheblich, ob das Laserlicht 41 durch das Substrat 2 hindurch oder direkt auf die Sensorschicht 21 trifft. In diesem Fall wird die photothermische Response 51 in Transmissionsrichtung mittels eines gleichwertigen Objektivs 3 auf die Sensormittel 5 geführt und auf einer Mischfrequenz (z. B. der Differenzfrequenz) nach dem photothermischen Heterodynprinzip ausgefiltert. Die Auswerteeinheit 6 arbeitet wie in den übrigen Beispielen.

Ein grundlegend abweichendes Ausführungsbeispiel beinhaltet eine anders geartete Anordnung der Sensorschicht 21, die zudem auch die Art der Auslesung der photothermischen Response 51 vereinfacht.

Die Sensorschicht 21 wird - wie in Fig. 6 gezeigt - direkt auf die Endfläche einer optischen Lichtleitfaser 33 aufgebracht. Die Art und Weise dieser Beschichtung erfolgt wie in den vorangegangenen Beispielen durch Implantation oder Bedampfen bzw. Sputtern. In die Endfläche, und zwar auf Kern 31 und Hülle 32 der Lichtleitfaser 33, werden gemäß der Darstellung in Fig. 6 z. B. Si⁺-Ionen implantiert. Eine Beschichtung mit dielektrischen oder auch metallischen Schichten geeigneter Transparenz (für die verwendete Laserwellenlänge der Anregungseinrichtung 4) ist dem gleichwertig und unkompliziert herstellbar (nicht gezeichnet). Als "Substrat" für diese Ausführungsform des Sensors eignen sich alle Lichtleitfasern mit kleinem Durchmesser (≦ 50 µm). Bevorzugt werden Monomode-Fasern (ca. 10 µm Durchmesser) eingesetzt. Die Funktion der Strahlteiler 42, 52, 53 aus den Varianten des 1. Beispieles kann vorteilhaft durch Faserkoppler übernommen werden. Die Sensorkomponenten Anregungseinrichtung 4, Sensormittel 5 und Auswerteeinheit 6 bleiben prinzipiell unverändert in Funktion und Art der Laseranregung und Signalauswertung. Die Führung des modulierten Laserlichts 41 (und gegebenenfalls des unmodulierten 56) sowie der transmittierten oder reflektierten photothermischen Response 51 macht im Vergleich zu den Varianten des ersten Ausführungsbeispieles eine Justierung der Laserfokussierung mittels des Objektivs 3 überflüssig. Auch die Ein- und Auskopplung der Laserstrahlen ist wegen entsprechender Faserkoppler justierfreundlich und macht die Justage der in den Fig. 1, 3, 4 und 5 dargestellten Strahlteilerwürfel 42 bzw. 52 entbehrlich. Die daraus resultierende mechanische Stabilität und Reduzierung des Rauschpegels machen diese Ausführungsform des Sensors besonders geeignet für in-vivo Messungen von hohen Bestrahlungsdosen und für die Überwachung der Bestrahlungsdosis in gefährdeten Bereichen.

Gegenüber den bekannten Lösungen des Standes der Technik (z. B. Büker und Häsing) zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch extrem kleines empfindliches Volumen (Sensorschicht 21 im Extremfall in der Größe des Durchmessers einer Lichtleitfaser 33), die Möglichkeit der Abstimmung auf die zu messende Strahlungsart und den interessierenden Dosisbereich sowie die Möglichkeit der Ausheilung der strahlungsinduzierten Defekte der Sensorschicht 21 aus. Letzteres kann vorteilhaft durch kurzzeitige Erhöhung der Leistungsdichte des Anregungslasers in der Anregungsrichtung (ohne Sonderbehandlung der Sensorschicht 21) erfolgen.

Claims (33)

1. Verfahren zur Messung der Strahlungsdosis ionisierender Strahlung mittels optischen Nachweises von strahlungsbedingten Strukturänderungen in einem Sensormaterial, gekennzeichnet durch die Schrittfolge

• - Bereitstellung des Sensormaterials in Form einer auf einem Substrat (2) aufgebrachten, im wesentlichen planparallelen Sensorschicht (21), die mindestens für eine bestimmte Laserwellenlänge ausreichend transparent ist, aber auch Anteile dieser Laserwellenlänge absorbiert und einen gegenüber dem Substrat (2) verschiedenen Brechungsindex aufweist, so daß die Sensorschicht (21) für die besagte Laserwellenlänge einen Fabry-Perot-Resonator darstellt,
• - Einbringen der Sensorschicht (21) in die zu messende ionisierende Strahlung (1), wobei diese Strahlung Änderungen des Brechungsindexes der Sensorschicht (21) induziert,
• - Bestrahlen der Sensorschicht (21) mit fokussiertem, intensitätsmoduliertem Laserlicht (41) der besagten Laserwellenlänge zur periodischen Anregung der Sensorschicht (21) mit der Folge einer periodischen Änderung der effektiven optischen Resonatorlänge des Fabry-Perot-Resonators,
• - Erfassen der durch die ionisierende Strahlung (1) induzierten Brechungsindexänderungen der Sensorschicht (21) mittels photothermischer Responsemessung aus der besagten modulierten Anregung der Sensorschicht (21), wobei die Brechungsindexänderung der Sensorschicht (21) eine Änderung der photothermischen Response (51) verursacht, und
• - Auswerten der photothermischen Responseänderungen und Umsetzen in kalibrierte Dosiswerte der eingefallenen ionisierenden Strahlung (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fabry-Perot-Resonator so abgestimmt wird, daß er auf einer Flanke seiner Reflexions-/Transmissionskennlinie arbeitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschicht (21) eine transparente Matrix und absorbierende Zentren enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensorschicht (21) eine dielektrische Schicht verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensorschicht (21) eine Halbleiterschicht verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensorschicht (21) eine geeignete Metallschicht verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photothermische Response (51) mittels eines einfach modulierten und eines unmodulierten Laserstrahls aufgenommen wird, wobei die von der Sensorschicht (21) dem eingangs unmodulierten Laserstrahl aufgeprägte Modulation analysiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photothermische Response (51) eines doppelt modulierten Laserstrahls durch Auswertung einer resultierenden Mischfrequenz aus dem Laserlicht nach dessen Wechselwirkung mit der Sensorschicht (21) aufgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photothermische Response (51) mittels zweier, einfach modulierter Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge aufgenommen wird, wobei die Wahl der einen Wellenlänge eine maximale Energiedeponierung in der Sensorschicht (21) verursacht und die andere Wellenlänge zum Auslesen der photothermischen Response (51) dem Bereich des Maximums der Strahlungsempfindlichkeit der Sensorschicht (21) angepaßt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die ionisierende Strahlung (1) induzierten Strukturänderungen mittels Aufnahme der photothermische Response (51) in Reflexion erfaßt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die ionisierende Strahlung (1) induzierten Strukturänderungen mittels Aufnahme der photothermische Response (51) in Transmission erfaßt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die ionisierende Strahlung (1) induzierten Strukturänderungen mittels Aufnahme der photothermisch modulierten Streuung erfaßt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der photothermischen Response (51) permanent während der Einwirkung ionisierender Strahlung (1) erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der photothermischen Response (51) vor und nach einer bestimmten Dauer der Einwirkung ionisierender Strahlung (1) erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die ionisierte Strahlung (1) induzierten Strukturänderungen der Sensorschicht (21) durch zusätzliche Energiedeponierung ausgeheilt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsinduzierten Strukturänderungen der Sensorschicht (21) durch intensive Laserbestrahlung ausgeheilt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsinduzierten Strukturänderungen der Sensorschicht (21) durch Tempern ausgeheilt werden.

18. Vorrichtung zur Messung der Strahlungsdosis ionisierender Strahlung, in der in einem Sensor Materialeigenschaften durch die einfallende Strahlung einer Veränderung unterworfen sind und diese Änderungen der Eigenschaften optisch ausgelesen werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Sensor eine auf einem Substrat (2) aufgebrachte, im wesentlichen planparallele Sensorschicht (21), die mindestens für eine definierte Laserwellenlänge ausreichend transparent, aber auch teilweise absorbierend ist und einen gegenüber dem Substrat (2) verschiedenen Brechungsindex aufweist, enthält,
• - eine Anregungseinrichtung (4) zur periodischen Anregung der Sensorschicht (21) mit fokussiertem, intensitätsmoduliertem Laserlicht (41) der besagten Laserwellenlänge vorhanden ist, wobei die Sensorschicht (21) für das modulierte Laserlicht (41) einen Fabry-Perot- Resonator darstellt, dessen effektive Resonatorlänge sich infolge einer photothermischen Energiedeponierung periodisch ändert,
• - optische Sensormittel (5) zur Aufnahme der photothermischen Response (51) der Sensorschicht (21) infolge der besagten modulierten Anregung der Sensorschicht (21) sowie
• - eine Auswerteeinheit (6) zur Umsetzung von photothermischen Responseänderungen in kalibrierte Dosiswerte der ionisierenden Strahlung (1) vorgesehen sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschicht (21) eine dielektrische Schicht ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschicht (21) eine Halbleiterschicht ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschicht (21) eine für die besagte Laserwellenlänge transparente Matrix mit absorbierenden Zentren aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschicht (21) eine durch Ionenimplantation auf Glassubstrat erzeugte SiO_x-Schicht von 0,1 bis 0,5 µm Dicke ist, die durch Beschuß mit Si⁺-Ionen mit Energien zwischen 50 und 150 keV mit einer Dosis von 2 bis 5 × 10¹⁷/cm² entsteht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Sensorschicht (21) gebildete Fabry-Perot-Resonator auf eine Flanke seiner Kennlinie (24) einstellbar ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung (4) einen intensitätsmodulierten Anregungslaser der besagten definierten Laserwellenlänge aufweist und die optischen Sensormittel (5) einen unmodulierten Laserstrahl, der durch die Anregung der Sensorschicht (21) eine Modulation erfährt und somit Träger der photothermische Response (51) wird, sowie Detektionsmittel zur Analyse dieser Responsemodulation enthalten.

25. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung (4) Mittel zur Erzeugung eines doppelt intensitätsmodulierten Anregungslaserstrahls enthält und die optischen Sensormittel (5) Detektionsmittel enthalten, die mindestens einen Anteil des anregenden doppeltmodulierten Laserlichts (41) nach seiner Wechselwirkung mit der Sensorschicht (21) aufnehmen und auf einer aus den Anregungsmodulationsfrequenzen (f₁; f₂) durch Mischung in der Sensorschicht (21) resultierenden Mischfrequenz die photothermische Response (51) der Sensorschicht (21) ausfiltern.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung (4) zwei einfach intensitätsmodulierte Laser (43) unterschiedlicher Wellenlänge (λ₁; λ₂) enthält, die auf dasselbe Gebiet der Sensorschicht (21) fokussiert sind, wobei die eine Wellenlänge (λ₁) auf eine maximale Energiedeponierung in der Sensorschicht (21) abgestimmt und die andere Wellenlänge (λ₂) dem Auslesen der photothermischen Response (51) in einem Bereich der maximalen Strahlungsempfindlichkeit der Sensorschicht (21) angepaßt ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Sensormittel (5) bezüglich der Richtung des modulierten Laserlichtes aus der Anregungseinrichtung (4) in Reflexion angeordnet sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Sensormittel (5) bezüglich der Richtung des modulierten Laserlichtes aus der Anregungseinrichtung (4) in Transmission angeordnet sind.

29. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Sensormittel (5) bezüglich der Richtung des modulierten Laserlichtes aus der Anregungseinrichtung (4) in einem Raumwinkel der Rückstreuung des Laserlichts angeordnet sind.

30. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung (4) und die Sensormittel (5) zur Aufnahme der photothermischen Response (51) über mindestens ein fokussierendes Objektiv (3) optisch mit der Sensorschicht (21) gekoppelt sind.

31. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung (4) und die Sensormittel (5) zur Aufnahme der photothermischen Response (51) über mindestens einen Lichtwellenleiter (33) optisch mit der Sensorschicht (21) gekoppelt sind.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (33) vorzugsweise eine Lichtleitfaser vom Monomode-Typ ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter das Substrat (2) für die Sensorschicht (21) darstellt, wobei sich die Sensorschicht (21) an einer der Endflächen des Lichtwellenleiters (33) befindet.