HUP2200127A1 - Raman-spektroszkópiai eljárás diszperziós elem nélküli egycsatornás detektálással, továbbá berendezés az eljárás megvalósítására - Google Patents

Description

KÖZZÉTÉTELI PÉLÖÁW az vsa í: C.· Íí

Raman-spektroszkóplai eljárás diszperziós etem nélküli egyesaWnós detektálással, továbbá berendezés az eljárás megvalósítására

A találmány tárgya egy Raman-spektroszkópiai eljárás dísrtmmíós-elem nélküli egycsatornás detektálással, amelynek. során monokromatikus fénnyel gerjesztett msintáról s hullámhossz megváltozásával 5 szórt fény spektrumát detektáljuk, A találmány tárgya továbbá egy berendezés az eljárás megvalósítására, amely monokromatikus fénynyalábot előálKtó lézer fényforrást, továbbá az élűéilitott lézer fénynyaláb útját befolyásoló optikai elemeket tartalmaz.

A Raman-sp«ktrosz.kópia egy széles körben használt optikai spektreszkópiás módszer, melynél a monokromatikus fénnyel gerjesztett mintáról rugalmatlanul, azaz a hullámhossz megváltozásával szórt IC fény spektrumát detektálják. A módszer a minta karakterisztikus rezgéseit (moiekularezgések) sietektálja, és így (molekulák esetében) funkciós csoportok és a teljes szerkezet azonosítását is lehetővé teszi. Alkalmazási területei az ásványok vizsgálatától a gyártási min őség biztosításon és biológiai anyagokon át az orvosdiagnosztikálg a modern technológia számos területére kiterjednek.

A Raman-méréS során a mérendő mintát lézernyalábbal világítják meg, a szórt fényt egy megfelelő 15 optikai rendszerrel összegyűjtik és egy spektrométerbe jfetatják, A spektrométerben valamilyen diszperziós elem - ez lehet optikai rács vagy prizma - alkalmazásával megtörténik a fény hullámhossz szerinti felbontása. Az ismert eljárás lényeges jellemzője, hogy a gerjesztő lézer hullámhosszán nem mérik a szórt fény intenzitását, azt egy megfelelő szűrő' vagy kellően nagy felbontású spektrométer alkalmazásával kiszűrik a mért Raman-spektrumhól, A fe^mm-spektramokat és a Raman-csűcspozíciókat rela20 tív hullámszám mértékegységben ábrázolják, ami a összefüggéssel határozható' meg, ahol V:;«»·.^ a Raman-altefódás relatív huliámszáma, a gerjesztő lézer abszolút hullámszáma, v;?.^^. pedig a Raman-eltolódás abszolút hullámszáma, Így például egy S00 cm relatív hullámszámnái található Raman-sáv 735 nm-es gerjesztő lézer aikalmazása25 kor (ennek abszolút hullámszáma 12739 cm'Ü 12739 - SCO 12233 cm'¹ abszolút hullámssámnál jelentkezik. A Raman-spektrométer az abszolút hullámszámot méri, a Raman-eltolódást a lézer hullámszámának Ismeretében lehet a fenti képlettel kiszámítani,

A fteman-saörás további, a találmány sssrlntl késimlék szempontjából fontos tulajdonsága, hogy a spektrumban megfigyelhető Raman-sávoknak a gerjesztő lézer huliámszámához képesti relatív ptrtici·· 30 ója állandó, azaz a gerjesztő lézernyaláb hullámhosszának megváltoztatásakor a Raman-sáv abszolút hullámszámban mért pozíciója is megváltozik. Ha a fenti példában az SCO em'^-es Raman-sávot 7R5 nm helyett feX) nm-es lézerrel gerjesztjük, a Raman-sáv 12500-5CÖ ® 12ÍXJ0 cm^x abszolút hullámszámnál jelentkezik, .A gerjesztő lézer hullámszáma és a spektrométer áltál mért Raman-psúcspozi'eió abszolút huilámszámársak különbsége mindig 5GÖ e;® ·

Az US 7,327,453 b2 számú szabadalmi dokumentum eljárást ás rendszert ismertet Raman-spoktrurn detektálására, amelynél a mintát egy gerjesztő fénynyalábbal megvilágítják, és egy detektorrendszerrel egy apertúrán keresztül detektálják a minta Raman-spektráiis válaszolt, miközben a Raman-spekt5 rumot a detektorrendszerhez képest altöljék, A Raman-spektráhs válaszokat összetett spektrummá kombinálják, és az összetolt spektrumból az apertúra képét dekonvolúcló útján kapják meg a detektortömbön.

Az U$ S,514,.3S4 R2 számú szabadalmi dokumentum több gerjesztési hullámhossz-tartománnyal rendelkező, a Raman-spektroszkóplában használható spektrográfot ismertet, A spektrográf egy hullám10 hossz kapcsoló szerkezetet tartalmaz a különböző hullámhossz-tartományok közötti, a belépd fénynyaláb hullámhosszának megfelelő váltáshoz. A hullámhossz-kapcsoló szerkezet több, a különböző hullámhossz-tartományoknak megfelelő optikai egységet tartalmaz a belépő fénynyaláb féldolgozására. A szerkezet kapcsolóelemet is tartalmaz az optikai egységek kapcsolásához a megfelelő szerkezet belépő fénynyalábhoz igazításához. Minden optikai egység a bejövő fényjelet adott hallámhossz-tarto* l $ mányon belül több hullámhosszra bontó egy vagy több átviteli rácsot,, és egy a msxíokj közelében elrendezett visszaverő tükröt tartalmaz, amely egy spektrum létrehozásához a különböző hullámhosszúságú fényt az egy vagy több rácson keresztül visszaveri a fotodetektorokhoz a hullámhossz szerinti méréshez.

Mivel a ítamamszörás hatásfoka alacsony és a gerjesztett rezgések energiája kiesi, a Raman-spektro.20 méterekben nagy érzékenységű, leginkább többcsatornás detektálást, kis felértékszélességű gerjesztő fényforrásokat és nagy felbontású spektrométereket alkalmaznak. Mindezek miatt egy nagy felbontású Raman-spektrométer nagyméretű és drága, kérhetők rosszabb felbontással és kisebb érzékenységgel rendelkező kompakt berendezések, de ezek nem alkalmasak a Raman-sávok pozíciójában bekövetkező kismértékű változások kimutatására.

Fentiek miatt, bár igény lenne rájuk, a nagy felbontású Raman-spektrométereket kevesen használják az iparban.

Találmányunk célja ennek a hiányosságnak a megszüntetése.

Felismertük, hogy erre olyan eljárás., továbbá azt megvalósítani képes berendezés létrehozása a légnélszsrűbP, ahol a detektorághan elhagyjuk az eddigiekben egyeduraíkodóan használt diszperziós elemet. 30 Ez ö változtatás kompakt, nagy felbontású Raman-spektrornéter építését teszi lehetővé.

A felismerés alapján az általunk kidolgozott eljárás a Ramun-szúrás fent ismertetett tulajdonságát hasmálja ki., azaz azt, hogy egy adott csúcs Raman-eltolódása mindig azonos hullámszámnyira van a gerjesztő létor hul'lámszámától, ezt az ismert tulajdonságot az 1. ábra vázlatán tüntettük fel A monokromatikusnak tekintett lézereknek spektrális- félértékszélassége van, azaz az általuk kibocsátott fény meghatározott hullámszám·-tartományt fed le. Amennyiben a léte? 1, ábra bal oldalan látható csúccsal 5 jelzett IS -spektrumát vv v?, v;·,.....v :< v< komponenseire bontjuk, az 1. ábra jobb oldalán iátható csúcscsal jelzett R$ Raman-sáv tartományában spektrométerrel mérve hasonló komponenseket figyelhetünk meg, hiszen a Raman-sáv relatív hullámszámban mért, az 1. ábra alsó részén fekete pontozott nyilakkal jelölt v_S{WWi eltolódása móutegyík komponens esetében azonos lesz.

Amennyiben a fényütba a spektrométer elé egy kis, a GR gerjesztett Raman-tartományt gerjesztő lézer 10 komponenseinek félértékszélességével összemérhető félértékszéiességű F sávszűrőt helyezünk, a fenti

Raman-sáv komponensei közül már nem fog mitefegyik eljutni a detektorig, csak az, amelyiket a lézer azon v- komponense gerjeszti, amelyikhez kúpest a sávszűrő hullámszáma éppen a Raman-sáv w--»».» huilámszárrsával megegyező, a 2. ábrán szaggatott nyílód jelölt távolságra van. A többi vsΛ.ΎΧΪ :> ;> V&ötttwí -.-?.· ífeww,... te_Wfi;W._; komponenst a sávszűrő blokkolja. Ugyanakkor a gerjesztő lézer többi kom15. ponense gerjeszthet olyan Raman-sávokat, amennyiben van ilyen az adott mintánál, amelyek szórt fotonjai áthaladnak sávszűrőn, ha ezek hullámszáma, azaz Raman-eitelódása megegyezik a lézer adott komponense és a sávszűrő hullámszámának a X ábrán pontozott felakfe jelűit különbségével. Ezek Raman-eitolódása különbözni fog a korábbi, vastagon szedett szaggatott vonaliéi jelölt Ramansávélól. Igya sávszűrő alkalmazásakor az adott sávszélességű lézer komponensei a Raman-spektrum 20 kis tartományát fogják gerjeszteni, mindegyik komponens ezen tartomány egy-egy kis részét. Spektrométerrel ugyanakkor az így gerjesztett spektrum spektrumként már nem detektálható, mert az csak a sávszűrőn áthaladó fény hullámszámtartományát fogja látni, amelyben a fenti gerjesztési mechanizmus szerint a gerjesztett Raman-tartomány összes komponense egyszerre van jelen. Ennek intenzitása egyetlen detektorral mérhető,, azaz a Raman-szért fény detektálása egy csatornán, diszperziós-elem, 25 spektrométer használata nélkül elvégezhető.

A kitűzött feladatot tehát egyrészt egy Raman-spektroszkópiai eljárással oldattok meg diszperziós elem nélküli egycsatornás detektálással, -amelynek során monokromatikus fénnyel gerjesztett' mintáról a hullámhossz megváltozásával szórt fény spektrumát detektáljuk. Javaslatunk érteimében a mérendő Reman-altolódási spektrális tartományt lefedő spektrálís félértékszélességű monokro30 matlkusgerjesztő fénynyaláb spektrális komponenseit különböző, lOOHz-lOMHz közé eső frekvenciákkal moduláljuk, az ezzel a fénynyalábbal gerjesztett Raman-szórás idffete változását egy a gerjesztő fénynyaláb spektrális sávszélességénél kisebb sávszélességű, csak a gerjesztő fénynyaláb azon komponensei által gerjesztett hullámhosszú Raman-szórt fényt átengedő spektrális sávszűrő mögött detektáljuk, amelyek estében a R«>mp<ön»ns által g«rjs*sst®t.t Raman-szórt fény éppen a szűrő áteresztési húsíámhossz-tartományába esik, és az így mért jel F-ourier-transzformációjával előállítjuk a nagy, jellemzően fel hullámszám sistH spektrális felbontású Raman-spektrumut

A Javasolt eljárás egy előnyős megvalósítása értelmében a spektrum méréséhez- és a spektrális komponensek szétválasztásához megkülönböztetjük a gerjesztő fénynyaláb egyes spektrális komponenseit, oly módon, hogy a gerjesztő fénynyalábot optikai ráccsal spektrális komponenseire bontlufo

- az így kapott, a hullámhossz szerint vízszintes irányban felbontott fényt tartalmazó fénynyalábot egy tárcsára fókuszáljuk, amelyen koncentrikus gyűrűkben elrendezetten különböző ismétlődési periódussal tükröző és áteresztő tartományok vannak váltakozó módon kiképezve, a tárcsát forgatjuk, ezzel a ráfókuszált fénynyaláb komponenseit a tárcsa tartományaitól függően visszaverjük vagy áteresztjük, ás így folyamatosan és periodikusan moduláljuk a fénynyaláb intenzitását,

- a beeső fénynyalábbal megegyező, de azzal ellentétes irányban haladó visszavert fény komponen- seit az optikai ráccsal egyesítve visszakapjuk az egyes spektrális komponenseket már más-más frekvenciával modulálva magában foglaló gerjesztő lézernyalábot, a modulált kimenő nyalábbal gerjesztett Raman-spektrumot sávszűrőn átvezetjük, a sávszűrőn átvezetett fánynyaiábot egycsatornás detektorral detektáljuk,

- s detektor álfái kibocsátott ídötartománybeli jelen Fourier-transzformáclót végzünk, ezáltal ki- nyerjük a Raman-szórt spektrumban található frekvenciakomponenseket és azok intenzitásait, a gerjesztő lézer fénynyaláb egyes komponenseihez tartozó modulációs frekvenciák ismeretében meghatározzuk, hogy a komponensek milyen relatív hullámszámú Raman-eítolódáshoz tartoznak, és ezáltal rekonstruáljuk a Raman-spektrumot.

A ki tűzött feladatot másrészt egy berendezéssel oldottuk meg a találmány szerinti Raman-spekt toszkó- pias eljárás megvalósítására, amely monokromatikus gerjesztő fényforrásként a mérendő Raman-eltolódási spektrális tartományt lefedő spektrális féiértékszéiességgel rendelkező lézer fényforrást, a fényforrás által kibocsátott monokromatikus lézer fénynyaláb eltérő hullámhosszú komportsn30 seit eltérő frekvenciákkal moduláló modulátort, a modulált lézerfényt a mintára juttató és a mintáról visszaverődő szórt lényt gyűjtő optikai egy séget, a márni kívánt Ramsn-eltoíödási spektrálís tartományban áteresztő, a gerjesztő lézerfényénél jóval kisebb spektrálís félértékszélssségű sávszűrőt; ;=shol a sávssüró a detektor előtt van elrendezve, a sgórt fényt legalább a legnagyobb modulációs frekvencia kétszeresével mintavéteiező egycsatornás detektort;

- az így mért jel Fourier-transzfermációjának végrahíijtásávai nagy speirtrális felbontású Ramanspektrumot előállító aritmetikai egységet.

tartalmaz.

A javasolt berendezés egy előnyős kiviteli alakja értelmében a berendezés a fényforrás által előállított lézer fénynyaláb útjába iktatott nyalábosztót, a nyalábosáéból kilépő lézer fénynyaiábot egy rnintám 10 vetítő optikíú elemeket, a mintáról visszavert szórt fényt a szórt spektrumot megjelenitő/felvevő eszközre juttató optikai elemeket tartalmaz, a fényforrás kimenetéhez kapcsolódó polarizációfüggő nyaiábosztú után a lineárisáé polarizált fényt körkörösen polarizált fénnyé átalakító optikai negysdhuilámő lemez van elrendezve, a fény útjában az optikai negyedhullámű lemez után a fényt hullámhossz szerint komponenseire bontó optikai rács var? elrendezve, az optikai rács kimenetével a legyezőszerOen 15 széttartó komponenseket párhuzamosító lencse van társítva, a lencse után az eltérő hullámhosszú komponenseket különböző frekvenciákkal moduláló modulátor van elrendezve, a mintáról visszaverődő fény útjában sávszűrő és a sávszűrő mögött egycsatornás detektor van elrendezve.

A javasolt berendezés egy további előnyös kiviteli siskja érteimében a modulátor koncentrikus körökben elrendezett, körönként síitám számú váltakozó fényvisszaverő-nem fényvisszaverő szakaszokból 20 felépített forgó tárcsaként van kialakítva.

Utóbbi esetben előnyős lehet, ha a modulátor koncentrikus körökben elrendezett, körönként eltérő számú váltakozó fényáteresztő-nem fényé(eresztő szakaszokból felépített forgó tárcsaként van kialakítva.

Ezen kíaiakhás esetében előnyös, ha a modulátor egymással párhuzamos, tükrönként eltérő frekven25 dévai billenthető mikrotííkör-mátrlxként van kialakítva, különösen egymással párhuzamos, tükrönként eltérő frekvenciával billenthető mikrotükör-mátríxként van kdiskitva,

A javasolt berendezés egy további előnyös kiviteli saskja értelmében a sávszűrő interferenciás szűrő, egy alul- és egy felöláteresztö szűrő kombis^ádája; spektfáiis térszűrő, lótonikus kristály, virtuálisan leképezett fázismátrix, bármelyikeként van megvalósítva.

A találmányt sss alábbiakban kiviteli példák segitéségével ismertetjük részletesebben, hivatkozva a csatolt rajzra, amelyen az

R

1. és 2. ábra Raman-eholódás jellemző görbéit mutatja vázlatosan, a

3. ábra egy a találmány .szerinti eljárást -megvalósító berendezés péidslterte kiviteli alakjának vázlatos felépítését mutatja, és a

4-5, .ábrákon- a 3. ábra szerinti berendezésben aliíslnmtet forgótárcsás modulátor egy lehetséges 5 megvalósítása látható.

A technika állásából ismert: eljárások alapját a bevezető részben az 1. és 2. ábrák segítségével bemutattuk, A3, ábra egy a találmány szarirsti eljárást megvalósító berendezés péklaiterte kivitek alakjának vázlatos felépítését mutatja. A találmány szerinti eljárás egy csupán előnyös példaként tekintett megvalósítása során ismert,-megfelelő, azaz a mérni kiesni 8aman-eltolódátú spektrális tartományt lefedni .10 képes spektrális félértékszélességgel, és azon belül 3 Αν A* As.....As_:i, Λ; spektrális komponensekkel rendelkezö 1 lézer fényforrással monokromatikus 2 fenynyalábof állítunk elő. A detektálási eljárásnál a spektrum méréséhez és a spektrális komponensek szétválasztásához viszont valamilyen módon meg keli különböztetni a gerjesztő lézer .2 fénynyaláb egyes As s,._; Aj, .... A; spektrális komponenseit. Ehhez n 2 fénynyalábot polarizációfüggő 3 nysiábosxtórs vezetjük keresztül, amely jelen esetben a füg15 gőlegesen polarizált fényt egyenesen átengedi, a vízszintesen polarizáit fényt 90*-kal eltéríti, A 2 fény· nyaláb hsieciásí Irányában a 3- nyalábosztó után egy 4 negyedhullám lemez van a 2a fénynyaláb áljába behelyezve, amely a lineárisan poisritáii fényt körpolarizálttá teszi. A 2a fénynyalábot ezután 5 optikai rácsra vezetjük, amellyel azt hullámhosszak szerint legyezöszerüen komponenseire bontjuk. Ezeket a komponenseket § lencsével párhuzamosltjuk, majd 7 oiodulátorra vezetjük, amely jelen példában egy 20 a 4, és 5. ábrákon részletesebben is bemutatásra kerülő forgó tárcsa. A forgó tárcsával a rávezetett fény különböző hullámhossz A<, Aj, .... Λ;.A.· spaktráils komponenseit, övvel azok a tárcsa sugárirányában eltérő elhelyezkedésüek, más-más A- A -./sv Λ frekvenciával moduláljuk és verjük vissza a S lencsére. A komponensek a 6 lencsén visszajutva ismét legyezöszerű alakban állnak össze, és jutnak az S optikai rácsra. A beeső 3 fénynyalábbal megegyezd, de azzal ellentétes irányban haladó visszavert 25 fény komponenseit az 5 optikai ráccsal egyesítjük, így visszakapjuk a gerjesztő lézer fénynyalábot, de ebben az' egyes AU, AU. AU? ₅', A( 'spektrális komponensek már más-más frekvenciával modulálva vannak jelen, és a teljes lézer fénynyaláb intenzitás Időben összetett módon, a különböző frekvenciák szuperpozíciója szerint változik. Ezt a 2b lézerfénynyalábot Ismét átvezetjük a 4 negyedhullám lemezen, amivel lineárisan polarizált fényt áiktunk elő. Ez a fény azonban az 1 fényforrás által előállított 3ö 2 fénynyalábhoz képest merőleges polaritása. így s visszavert fényt a 3 nyalábosstóval Sfr' ban kiránt jük. A részletesebben nem ábrázolt S mintát ezzel a fénnyel világítjuk meg. A megvilágított 8 mintáról ezért tény vizsgálatára az ismert, szokásos eijárásulítoi eltérően nem spektrométert, hanem egy egyszerű., egycsatornás 9 detektort, például iótediódát használunk. A modulált kimenő nyalábbal gerjesztett Raman-spektrumban, és így a 3 detektor után elrendezett 10 sávszűrő után ar egycsatornás 8 detektorral detektált fényben szintén megjelenik az összetett moduláció, azaz a Raman-spektrum egyes vwsn-z, v_Ss~_í!fi,₅..... v_SofK<;;_;.< Raman-eltolódásnak megfelelő hullámszám-tartományai különböző frekvenciával lesznek modulálva. A 2. ábrán látható, nagyon kis áteresztési lehetővé tevő sávszűrő esetében a nyilak mindegyike egy-egy vs_anwft.;, ν_;·_0?ί;:Μ.^ ... energíaátmenetnek felel meg, és ha van olyan Raman-átmenet, rezgés a mintában, amely azzal gerjeszthető, akkor lesz jel a sávszűrő mögötti detektorban, míg, ha olyan az energiakülönbség, hogy azzal nem gerjeszthető, akkor nem lesz jel. A szaggatott vonalas nyíl egy működő rezgési átmenet, akkor csak a szaggatott vonalas nyíl s-w»,.» hullámszámán kapunk, jelet a sávszűrő után. Összetett spektrum esetén, ahol pl több csúcs van a tartományban, akkor értelemszerűen több működő rezgési átmenetet detektálhatnánk. A 9 detektor által kibocsátott ídőtartománybeli jelet Founer-transzformaivá kinyerhetők a Raman-szórt fényben található frekvenciakomponensek és azok intenzitásai, a gerjesztő lézer fénynyalábja egyes komponenseihez tartozó modulációs frekvenciák ismeretében pedig meghatározhatjuk, hogy ezek a komponensek milyen relatív hűllámszámú Raman-eltolódáshoz tartoznak, és így rekonstruálható a Raman-spektrum. Ennek köszönhető-en az ismeri eljárásokban aikaimázott diszperzív elemre, spektrométerre, végeredményben bonyolult és drága mérési elrendezésre sincs szükség. Az eljárás például lehetővé teszi, hogy az egycsatornás 3 detektort a 10 sávszűrővel egy objektívbe behelyezve eredményesen és rövid idő alatt elvégezzük a mérést és megkapjuk a Ramaneltolódást.

A 4. ábrán a bemutatott kiviteli alaknál alkalmazott forgótárcsás 7 modulátor példaként! megvalósítása látható. Mint az 5. ábra részleten látható, a 7 modulátor 11 tárcsáján koncentrikus 12 gyűrűk vannak kialakítva, amelyekben eltérő számú váltakozó fényvisszaverő-nem fényvisszaverő 13 szakasz van kiképezve. A12 gyűrűk periódusa, azaz frekvenciája a II tárcsán sugárirányban 12 gyűrűnként fix értékkel változik.

A lehetséges mérési tartományt a gerjesztő lézer 2 fénynyaláb spektrálís szélessége és a 9 sávszűrő jellemzői határozzák meg, a felbontást pedig a 7 modulátor, azaz a különböző frekvenciájú modulációs komponensek száma és a sávszűrő jellemzői határozzák meg. Egy tipikus, 635 nm-es hullámhosszú és 0,8.nm-es félértékszélességü gerjesztő lézer 2 fénynyaláb esetén az éltei» lefedett. Raman-eltofódási tartomány 20 cm'', a lézer fényét húsz frekvenciával modulálva IcW'-es felbontás érhetünk el. 785 nm hullámhossz és 0,8 nm fé'lértékszélességesetén ez 0,6 cm^'-nek adódik. A Raman-spektroszkópiában mindkét érték nagyon jónak mondható, így az eljárással, valamint az azt megvalósító berendezéssel elérhető spektrális felbontás összemérhető a kutatási célokra használt Raman' a spektrométerekével ami kb. 1 cm’¹ körük, de bonyolult optikai rendszer és detektálás helyett mindez néhány optikai elemből felépíthető.

shárásmUr egyik előnye, hogy négy spektiáhs szélességű, nem költséges lézer fényforrással megvalósítható, hiszen miuél nagyobb a lézer fényforrás félértékszélessége, annál nagyobb a spektrális tarto5 mány.. ami a haman-spektroszkópiában f elhasznál ható, többféle moduláció megvalósítható, .javul a detektálhatósági hatékonyság. További előny, hogy csak egycsatornás detektort keli használnunk, mert a zpektmlis komponensek feloldását nem a szórt fényen, hanem a gerjesztő lézer fénynyslábon végezzük «többcsatornás modulátorral.

A javasolt megoldás hiányossága a gerjesztő lézer félértékszélessége által korlátozott spektrális sávit) szélesség, így az eljárás leginkább keskeny ftaman-sávok nagy felbontású vizsgálatára alkalmazható, példáéi DhiS-hlbridizáció Raman-spektroszkópiával való detektálásakor, félvezetőiparban a szilíciumszeletek minősítésére stb,

A komponensek különböző frekvenciákkal történő modulációja a forgótárcsás eljárás mellett más ismert, például mikroelektro-mechaníkai, MEMS, módszerrel, térbeli fénymodulátorokkal,. SLM, vagy foil 5 lyadékkristályos mátrixszal is megvalósítható.

A fent bemutatott többhekvemilás moduláció melleit hasonló elven működő mérés végezhető úgy is, hogy a gerjesztő lézer hullámhosszát változtatjuk, és srzzel párhuzamosan a sávszűrővel és az egycsatornás detektorral mérjük az egyes hőmérsékletekhez tartozó jelet.

Claims (3)

1. Szabadalmi jgényponttár

   1, Raman-spektroszkópiai eljárás diszperziós elem nélküli egycsatornás detektálással, amelynek során monokromatikus fénnyel gerjesztett mtetától a hullámhossz megváltozásával szórt fény'spektrumát detektáljuk, azzal jellemezve, hogy

   5 - a mérendő Raman-eltolódási spektrális tartományt lefedő spektrális félértókstelsteégü monokromatikus gerjesztő fénynyaláb spektrális komponenseit különböző, lOOHz-löMHz közé eső frekvenciákkal moduláljuk, az ezzel a fénynyalábbal gerjesztett Raman-szórás időbeni változását egy a gerjesztő fénynyaiáb spsktráks sávszélességénél kisebb sávszélességű, csak a gerjesztő fénynyaláb azon komponensei

   1.0 áltei gerjesztett hullámhosszá Raman-szórt fényt átengedő spektrális sávszűrő mögött detektáljuk, amelyek esetében a komponens által gerjesztett Ramamszórt fény éppen a szűrő áteresztési hullámhossz-tartományába esik, és a?. így mért jel F-ntetes-trsnsxfoí'Utecíójsvsi előállítjuk a nagy, jellemzően fél hultemszám alatti spektrális felbontásé Raman-spektrumot

   15 Az 1.· igénypont szerintI eljárás azzal jellemezve, hogy a spektrum méréséhez és a spektrális komponensek szétválasztásához megkülönböztetjük a gerjesztő iénynyaiáb egyes spektrális komponenseit, oly módon, hogy a gerjesztő fénynyalábot optikai ráccsal spekírálte fer>frrp«>n«-ris®sre bontjuk, az így kapott, a hullámhstexz szerint vízszintes irányban felbontott fényt tartalmazó fénynyalábot

   20 egy tárcsára tóktíszáijuk, amelyen koncentrikus gyűrűkben elrendezetten különböző ismétlődési periódussal tükröző és áteresztő tartományok vannak váltakozó módon kiképezve, a tárcsát forgatjuk, ezzel a ráfákuteáit fénynyaláb komponenseit a tárcsa tartományaitól függően visszaverjük vagy áteresztjük, és így folyamatosan és periodikusan nteduiáiltsk s fénynyaláb intenzitását, a beeső fénynyalábbal megegyező, de azzal ellentétes irányban haladó visszavert fény komponen-

   25 seit az optikai ráccsal egyesítve visszakapjuk az egyes sps-kttelis komponenseket már más-más frekvenciával modulálva magában teglaló gerjesztő lézernyalábot, a modulált kimenő nyalábbal gerjesztett Raman-spektrumot sávszűrőn átvezetjük, a sávszűrőn átvezetett fénynyalábot egycsatornás detektorral detektáljuk, a detektor éltei kibocsátott irlötertemánybeli jelen hwíer-tmnszfomtedét végzünk, «teltei ki-

   30 nyerjük a Raman-szórt spekteumbsn található frakveociakomponensekpt. és azok intenzitásait, a gerjesztő lézer fénynyaíáb egyes komponenseihez tartózó modulációs frekvenciák ismeretében meghatározzuk, hogy a komponensek milyen relatív hullámtemö Raman-eltolódáshoz tartoznak.

   10és ezáltal rekonstruáljuk « Raman-spektrumot.

   3. Berendezés az 1-2. igénypontok bármelyike szer inti Raman-spekt roszkópi ai eljárás megvalósítására, azzal jellemezve, hogy tartalmaz:

   monokromatikus gerjesztő fényforrásként (1) a mérendő Raman-eltolódási spektrális tartományt 3 lefedő spekfrális félértéksséiességgel rendelkező lézer fényforrást (1), a fényforrás (Íj által kibocsátott monokromatikus lézer fénynyaláb (2} eltérő hullámhosszú komponenseit eltérő frekvenciákkal moduláló modulátort (7)., a modulált lézerfényt egy mintára IS) juttató és a mintáról (B) visszaverődő szórt fényt gyűjtő optikai egységként alkalmazott, a szórt fényt isgjdább a legnagyobb modulációs frekvencia kétszere.10 sávéi mimavéteiező egycsatornás detektort IS], a mérni kívánt Raman-eltolódási spektrális tartományban áteresztő, a gerjesztő lézer fénynyaláb·nál 12) kisebb spektrális félértékszélességő sávszűrőt (10), ahol a sávszűrő (10) a detektor (§j előtt van elrendezve, az így mért jel Fourier-transzformációjának végrehajtásával nagy spektrális felbontású Raman15 spektrumot előállító aritmstiksi egységet,

   4, A 3. igénypont szerinti berendezés azzal jaiiemezye, hogy a fényforrás (1) által előáiiított lézer fénynyalábot (2) a mintára (Bj vetítő optikai elemként a fényforrás (íj által aiőáiiított lézer fénynyaláb (2) útjába iktatott polarizációfüggő nyalábosztót (3), a nyalábosaiéból (3) kilépő iineárisan pohteáii lazes fénynyaiábot (2) körkörösen polarizált fénnyé <kakiíú negyedhullám lemezt (4|, a fénynyaláb (2) hala-
2. 2Ö dási irányában az optikai negyedhuliámú lemez (4) után a fényt hullámhossz szerint komponenseire bontó optikai rácsot (S), az abból kilépő legyezőszerően széttartó fény komponenseket párhuzamosító és a modulátorra (7) juttató lencsét (ő) foglal magában,

   S, A 3 vagy 4, igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a modulátor (7} koncentrikus gyűrűkben (12) elrendezett, gyúrónként (12 j eltérő számú véka kozó fényvisszaverő-nem fényvisszaverő 25 szakaszból (13) foléphtót forgó tárcsaként (11) van kíaiakítva, & Az S. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a modulátor (7) egymással párhuzamos, tükrönként eltérő frekvenciával biiiemtóúő mikrotükőr-mátrixként, különösen egymással párhuzamos, tükrönként eltérő fmkvenciávsi billenthető mikrotíikör-mátrlxként van kialakítva..
3. 7, A 1-ú. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a sávszűrő ilOj interfe30 renciás szűrő, alul- és egy felüiáteresztő szűrő kombinációja, spektrális térszürő, fotonikus kristály, vir- tuálisan leképezett fázismátrix, bármelyikeként van megvalósítva.