TW202321671A - 光隔離器穩定的雷射光學粒子偵測器系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種粒子偵測系統可包含：一雷射光源，其提供一電磁輻射束；一或多個射束塑形元件，其或其等用於接收該電磁輻射束；一光隔離器，其安置在該射束之路徑中，介於該雷射源與該一或多個射束塑形元件之間；一粒子詢問區，其安置在該射束之該路徑中，其中該粒子詢問區中之粒子與該電磁輻射束相互作用；及一第一光偵測器，其經組態以偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光；一第二光偵測器，其經組態以監測該射束之功率；及一控制器，其經組態以基於來自該第二光偵測器之一信號調整該射束功率，其中該光隔離器經組態以將來自該粒子偵測系統之光學回饋從通向該第二光偵測器之一光學路徑濾除。

Description

光隔離器穩定的雷射光學粒子偵測器系統及方法
需要無塵室條件之技術之進步已導致需要偵測及特性化愈來愈小之粒子。例如，微電子代工廠致力於偵測大小小於20 nm且在一些情況中大小小於10 nm之粒子，此係因為其等可影響愈來愈敏感之製造程序及產品。類似地，對製造藥物及生物材料之無菌處理條件之需求需要活性及非活性粒子的準確特性化以解決與健康及人類安全有關之合規標準。
通常，此等行業依靠光學粒子計數器來偵測及特性化小粒子。偵測較小粒子之能力需要具有增加的雷射功率及/或改良穩定性之改良雷射。此等系統對光學回饋愈來愈敏感。與此回饋相關聯之問題包含頻率不穩定性、鬆弛振盪、放大受激發射、假粒子計數及(在一些情況中)光學損壞。
例如，由於具有不同折射率之兩種材料之間之任何介面(諸如空氣與一光學組件之間之介面、一光學組件與水之間之介面等)，可發生反向散射。此外，當一粒子計數器在延長時間段內操作時，材料或碎屑可能逐漸累積在光學路徑中之表面上，從而導致增加的反向散射、光學發射及粒子計數器資料之增加的不穩定性。光學路徑污染可來自氣態分子污染、光化學反應、粒子污染及/或流體流徑內部之污染殘留物累積。另外或替代地，來自進行粒子分析之一流體之分子散射可返回至雷射。此類型之反向散射有時被稱為「雜訊」。
在一些例項中，歸因於反向散射之雜訊可導致振幅可超過一粒子偵測臨限值之異常電子信號，從而導致粒子偵測假計數。隨著所關注粒子已變小，此現象已變得特別重要，此係因為散射光信號以1/d^6減小，其中d係粒子之直徑。因此，非常小粒子之偵測需要更大雷射穩定性以避免在不存在粒子行進通過射束之情況下產生超過粒子偵測臨限值之電子信號。
因此，從前文可見，此項技術中需要提供對具有小大小尺寸之粒子之增強光學感測之系統及方法。
本文中提供用於光隔離器穩定的雷射光學粒子偵測器之系統及方法。所揭示之系統及方法可保護雷射光學粒子偵測器系統免受潛在雜訊源之影響，諸如歸因於射束之光學路徑中之材料之間之介面之反向散射、歸因於光學組件之污染之反向散射及/或來自粒子詢問區中之流體到達雷射時之分子散射。此等改良之功能益處可包含改良之資料品質、增強之靈敏度及更長雷射壽命及系統預期。
在一些實施例中，一法拉第(Faraday)隔離器在一個方向上以高透射率透射光，同時防止在相反方向上行進之光之透射之能力可用於減小現代高靈敏度光學粒子偵測器中之光學回饋之不利影響。
在一項實施例中，一種粒子偵測系統可包括：一雷射光源，其提供一電磁輻射束；一或多個射束塑形元件，其或其等用於接收該電磁輻射束；一光隔離器，其安置在該射束之路徑中，介於該雷射源與該一或多個射束塑形元件之間；一粒子詢問區，其安置在該射束之該路徑中，其中該粒子詢問區中之粒子與該電磁輻射束相互作用；及一或多個光偵測器，其或其等經組態以偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光。
在一項實施例中，一種粒子偵測系統包括：一雷射光源，其提供一電磁輻射束；一或多個射束塑形元件，其或其等用於接收該電磁輻射束；一光隔離器，其安置在該射束之路徑中，介於該雷射源與該一或多個射束塑形元件之間，其中該光隔離器提供從該系統至該雷射光源之反射、散射或發射光之小於或等於10%之一透射率；一粒子詢問區，其安置在該射束之該路徑中，其中該粒子詢問區中之粒子與該電磁輻射束相互作用；及一光偵測器，其經組態以偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光。
在一項實施例中，一種粒子偵測系統包括：一雷射光源，其提供一電磁輻射束；一或多個射束塑形元件，其或其等用於接收該電磁輻射束；一光隔離器，其安置在該射束之路徑中，介於該雷射源與該一或多個射束塑形元件之間；一粒子詢問區，其安置在該射束之該路徑中，其中該粒子詢問區中之粒子與該電磁輻射束相互作用；一第一光偵測器，其經組態以偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光；一第二光偵測器，其經組態以監測該射束之功率；及一控制器，其經組態以基於來自該第二光偵測器之一信號調整該射束功率，其中該光隔離器經組態以將來自該粒子偵測系統之光學回饋從通向該第二光偵測器之一光學路徑濾除。
在一項實施例中，一種粒子偵測系統包括：一雷射光源，其提供一電磁輻射束，該雷射光源具有一外殼；一或多個射束塑形元件，其或其等用於接收該電磁輻射束；一光隔離器，其安置在該射束之路徑中，介於該雷射源與該一或多個射束塑形元件之間，其中該光隔離器安置在該雷射光源之該外殼內；一粒子詢問區，其安置在該射束之該路徑中，其中該粒子詢問區中之粒子與該電磁輻射束相互作用；及一光偵測器，其經組態以偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光。
在一些實施例中，該光隔離器提供來自該雷射光源之該電磁輻射束之大於或等於50%之一透射率。在一些實施例中，該光隔離器提供從該系統至該雷射光源之反射、散射或發射光之小於或等於10%之一透射率。在一些實施例中，該光隔離器防止或減少該雷射光源中之光學回饋。
在一些實施例中，該光隔離器降低由下游組件或該粒子詢問區中之量測流體之反向反射或散射光導致之該雷射光源之不穩定性。在一些實施例中，該光隔離器包括一法拉第旋轉器。在一項實施例中，該光隔離器係獨立的。在一替代實施例中，該光隔離器整合至該雷射光源之一外殼中。
在一些實施例中，該光隔離器係一偏振相依光隔離器。例如，在一項實施例中，該光隔離器包括一輸入偏振器、一法拉第旋轉器及一輸出偏振器。該輸入偏振器可定位在該雷射光源與該法拉第旋轉器之間，且該輸出偏振器可定位在該法拉第旋轉器與該粒子詢問區之間。
在一些實施例中，該法拉第旋轉器提供不可逆旋轉，同時維持該電磁輻射束之一線性偏振。例如，該法拉第旋轉器(或其系列)使該電磁輻射束之偏振平面旋轉45°至90°。
在一些實施例中，該輸出偏振器經組態以將從該法拉第旋轉器行進之該電磁輻射束透射朝向該粒子詢問區。該輸入偏振器可經組態以防止從法拉第旋轉器行進之光透射朝向該雷射光源。
在一些實施例中，該光隔離器係一偏振獨立光隔離器。例如，在一項實施例中，該光隔離器包括一輸入雙折射光楔、一法拉第旋轉器及一輸出雙折射光楔。該輸入雙折射光楔可定位在該雷射光源與該法拉第旋轉器之間，且該輸出雙折射光楔可定位在該法拉第旋轉器與該粒子詢問區之間。在一項實施例中，該輸入雙折射光楔經組態以將來自該雷射光源之該射束分裂為一第一分量射束及一第二分量射束，其中該第一分量射束對應於該射束之垂直分量，且該第二分量射束對應於該射束之水平分量。該輸出雙折射光楔可經組態以使該等第一及第二分量射束在行進通過該法拉第旋轉器之後重組。
在一項實施例中，該法拉第旋轉器經組態以旋轉該等第一及第二分量射束之偏振平面。在一項實施例中，該系統包括定位在該光隔離器與該雷射光源之間之一第一準直器及定位在該光隔離器與該粒子詢問區之間之一第二準直器。
在一項實施例中，該雷射光源係一固態雷射。在一項實施例中，該雷射光源係一雷射二極體或雷射振盪器。
在一項實施例中，該系統包括複數個雷射光源及複數個光隔離器。
在一項實施例中，該雷射光源提供具有選自0.01 W至200 W之範圍之一輻射功率之光。在一項實施例中，該雷射光源提供具有選自160 nm至1500 nm之範圍之一輻射波長之光。
在一項實施例中，該一或多個射束塑形元件包括用於將光聚焦至該粒子詢問區上之至少一聚焦元件。在一項實施例中，該系統包括安置在該射束之該路徑中介於該光隔離器與該一或多個射束塑形元件之間之一鏡或其他非射束塑形組件。
在一項實施例中，該系統包括位於該光隔離器之後之該射束之該路徑中以恢復該射束之該偏振之一半波板。
在一項實施例中，該粒子詢問區包括用於使含有該等粒子之一流體流動之一流動胞元。在一些實施例中，該粒子詢問區包括一表面。例如，在一項實施例中，該粒子詢問區包括一半導體晶圓之一表面。
在一項實施例中，該光偵測器包括一或多個二維光偵測器陣列。在一項實施例中，該光偵測器經組態以偵測由該粒子詢問區中之粒子散射之光。在一項實施例中，該光偵測器經組態以偵測透射穿過該粒子詢問區之光。
在一項實施例中，該雷射光源具有一出射窗，且該窗與該光隔離器之間之該射束路徑小於500 mm。在一項實施例中，該雷射光源具有一出射窗，且該窗與該光隔離器之間之該射束路徑小於300 mm。在一項實施例中，該雷射光源具有一出射窗，且該窗與該光隔離器之間之該射束路徑小於100 mm。
在一項實施例中，該雷射光源具有一外殼，且其中該第二光偵測器、控制器及光隔離器安置在該雷射光源之該外殼內。
在一項實施例中，一種偵測粒子之方法包括：產生一電磁輻射束；使該射束行進通過一光隔離器；經由一或多個射束塑形元件對該射束進行塑形；將該經塑形射束引導朝向一粒子詢問區；使粒子行進通過該粒子詢問區，其中該射束與該粒子詢問區中之該等粒子相互作用；及偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光之至少一部分，其中該光隔離器提供從該系統至該雷射光源之反射、散射或發射光之小於或等於10%之一透射率。
在一項實施例中，一種控制一主動穩定雷射粒子偵測系統之方法包括：經由該主動穩定雷射產生一電磁輻射束，該射束具有一射束功率；使該射束行進通過一光隔離器；經由一或多個射束塑形元件對該射束進行塑形；將該經塑形射束引導朝向一粒子詢問區；使粒子行進通過該粒子詢問區，其中該射束與該粒子詢問區中之該等粒子相互作用；及經由一第一光偵測器偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光之至少一部分；經由一第二光偵測器監測該射束功率；經由一光隔離器將來自該粒子偵測系統之光學回饋從通向該第二光偵測器之一光學路徑濾除；回應於該等監測及濾波步驟而經由一控制器調整該射束功率。
在一項實施例中，該方法包括經由該光隔離器防止或減少至該光源中之光學回饋。在一項實施例中，該光隔離器包括一法拉第旋轉器。
在一項實施例中，該光隔離器係偏振相依的。例如，在一項實施例中，使該射束行進通過該光隔離器包括：經由一第一偏振元件使該射束線性偏振；使該射束之偏振平面旋轉45°；及使該射束行進通過一第二偏振元件，其中該第二偏振元件具有相對於該第一偏振元件之一偏振軸以45°對準之一偏振軸。
在一項實施例中，該方法包括：使光在反向方向上行進通過該第二偏振元件以形成經偏振反向光；使該經偏振反向光之偏振平面旋轉45°；及經由該第一偏振元件衰減該反向光。
在一些實施例中，該光隔離器係偏振獨立的。例如，在一項實施例中，該射束通過該光隔離器包括：使該射束行進通過一第一雙折射光楔以形成一e射線及一o射線；經由該法拉第旋轉器使該e射線及該o射線之偏振平面旋轉45°；及經由一第二雙折射光楔重組該e射線及該o射線。在一項實施例中，該方法包括：使光在該反向方向上行進通過該第二雙折射光楔以形成一反向e射線及一反向o射線；經由該法拉第旋轉器使該反向e射線及該反向o射線之偏振平面旋轉45°；及經由該第一雙折射光楔使該反向e射線及該反向o射線發散。在一項實施例中，該方法包括經由一準直器衰減該反向e射線及該反向o射線。
在一些實施例中，該方法係用於減少一光學粒子計數器中之雜訊。在一些實施例中，該方法係用於增加一光學粒子計數器之穩定性及壽命。
本文中揭示之光隔離器穩定系統及方法可用於各類粒子偵測系統中。在一項實施例中，該光隔離器穩定的粒子偵測器係一散射粒子偵測器。在一項實施例中，該光隔離器穩定的粒子偵測器係一暗射束粒子偵測器。在一項實施例中，該光隔離器穩定的粒子偵測器係一側散射粒子偵測器。在一項實施例中，該光隔離器穩定的粒子偵測器係一前向散射粒子偵測器。在一項實施例中，該光隔離器穩定的粒子偵測器係一差分粒子偵測器。在一項實施例中，該光隔離器穩定的粒子偵測器係一干涉粒子偵測器。在一項實施例中，該光隔離器穩定的粒子偵測器係一幫浦射束粒子偵測器。
在不希望受任何特定理論之束縛的情況下，本文中可存在對與本文中揭示之裝置及方法有關之基本原理之信念或理解之論述。應認知，無論任何機械說明或假設之最終正確性如何，本發明之一實施例仍可係可操作且有用的。
在以下描述中，闡述本發明之裝置、裝置組件及方法之許多特定細節，以便提供對本發明之精確性質之一透徹說明。然而，熟習此項技術者將明白，可在不具有此等特定細節之情況下實踐本發明。
所揭示之系統及方法可在高穩定性雷射與一光學粒子計數器中之射束塑形光學器件之間採用一光隔離器，藉此防止來自系統之雜散光耦合回至雷射中且潛在地擾亂容納在其中之功率穩定系統。在一些實施例中，光隔離器可為一偏振相依光隔離器。在其他實施例中，光隔離器可為一偏振獨立光隔離器。
偵測一流體中處於低濃度之非常小粒子可需要一主動穩定雷射作為粒子偵測系統之部分。主動穩定(即，用以穩定雷射之功率輸出之回饋控制系統)容許更靈敏地偵測粒子。然而，其亦可引入假粒子計數之可能性。現轉向圖9，展示繪示此非所要假計數行為之一個實例之一流程圖。首先，主動穩定雷射照明粒子詢問區。主動穩定雷射可包含：一光偵測器，其用以連續監測離開雷射之出射窗之射束之功率；及一控制器，其用以相應地調整雷射之功率。因此，在正常操作條件下，雷射之功率可為穩定的。
然而，歸因於系統內之一或多個反向散射源，反向反射光可返回至主動穩定雷射之雷射窗中。反向反射光與雷射輸出之樣本組合，藉此向控制器指示例如射束之輸出功率過高，而實際上並非如此。因此，控制器可錯誤地降低射束功率。監測雷射功率之偵測器可接著偵測射束功率之此下降，且控制器可藉由增加射束功率來作出回應。在一些實施例中，此現象可導致粒子詢問區內部之射束功率之振盪，其振幅足以超過監測粒子詢問區之一或多個光偵測器處之粒子偵測臨限值。因此，在詢問區中不存在粒子之情況下可發生假粒子計數，此僅係歸因於反向反射光返回至主動穩定雷射中。在一些實施例中，本文中揭示之系統及方法可解決此問題。 實例1-概念證明：粒子偵測器在操作中之雜訊減少
現轉向圖1，展示證實本發明之系統及方法之功效之資料。特定言之，圖1展示粒子濃度對時間之一標繪圖。在X軸上展示時間，且在Y軸上展示粒子濃度。該標繪圖展示來自對相同介質進行取樣之兩個粒子計數器單元之資料。
如可見，該等單元之一者顯示不穩定操作，其中光偵測器感測到與由小粒子散射之光位準具有相同量值之光學波動，藉此產生一粒子偵測事件，即使不存在粒子亦如此。此不穩定性可歸因於上文論述之因素(包含光學組件上之污染、來自粒子詢問區中之一流體之分子散射、具有不同折射率之材料之間之介面等)。在圖表上識別之時間點，安裝根據本發明之一光隔離器。在光隔離器安裝之後，第二單元似乎停止展現信號雜訊，且兩個粒子計數器之粒子濃度資料緊密一致。 實例2-偏振相依隔離器
在一些實施例中，一偏振相依法拉第隔離器由三個主要組件構成：一輸入偏振器、一法拉第旋轉器及一輸出偏振器。如圖2中展示，在前向方向上行進之光可行進通過輸入偏振器且在例如垂直平面中變得偏振。在行進通過法拉第旋轉器之後，偏振平面將已繞軸旋轉45°。輸出偏振器(其偏振軸已相對於輸入偏振器之偏振軸以45°對準)將容許光暢通無阻地行進。
如圖3中展示，在反向方向上行進之光將行進通過輸出偏振器，且變得以45°偏振。接著，光將行進通過法拉第旋轉器，且經歷額外45°之不可逆旋轉。光現在水平面中被偏振，且將被輸入偏振器拒絕，此僅容許在垂直平面中偏振之光暢通無阻地行進。因此，在上游方向上行進之光可被高度衰減，且可改良源雷射之穩定性。
已發現，一法拉第隔離器在維持一線性偏振的同時提供不可逆旋轉之能力係其與一λ/4板偏振器型隔離器之區別，且容許其提供更高隔離及更大穩定性。在一些實施例中，可將一½波板增設至系統以維持對下游組件之輸入偏振。
雖然所描繪之實例採用經組態以在前向方向上提供偏振平面之一45°旋轉之一單一法拉第旋轉器，其中輸入及輸出偏振器根據法拉第旋轉器之45°旋轉來安置，但利用其他旋轉量之其他組態亦在本發明之範疇內。例如，在一些實施例中，一光隔離器穩定的雷射光學粒子計數器系統包括一兩級光隔離器。兩級光隔離器可包括三個偏振器及兩個法拉第旋轉器，其中法拉第旋轉器夾置在偏振器之間。 實例3-偏振獨立隔離器
在一些實施例中，偏振獨立隔離器可包括一輸入雙折射光楔、一法拉第旋轉器及一輸出雙折射光楔。在圖4之實例中，輸入雙折射光楔被描繪為其尋常偏振方向為垂直，且其異常偏振方向展示為水平。在圖4之實例中，輸出雙折射光楔被描繪為其尋常偏振方向為45°，且其異常偏振方向為-45°。
如圖4中展示，在前向方向上行進之光由輸入雙折射光楔分裂為其垂直(0°)及水平(90°)分量，分別被稱為尋常射線(o射線)及異常射線(e射線)。法拉第旋轉器使o射線及e射線兩者旋轉45°。此意謂o射線現處於45°，且e射線處於-45°。接著，輸出雙折射光楔重組兩個分量。
在後向方向上行進之光由雙折射光楔分離為處於45°之o射線及處於-45°之e射線。法拉第旋轉器再次使兩個射線旋轉45°。現o射線處於90°，且e射線處於0°。射線發散，而非由第二雙折射光楔聚焦。因此，在上游方向上行進之光可被高度衰減，且可改良源雷射之穩定性。
在一些實施例中，可使用第一及第二準直器，隔離器之兩側上各一個。在此等實施例中，在透射方向上，射束被分裂且接著組合及聚焦至輸出準直器中。在隔離方向上，射束被分裂且接著發散，因此其未聚焦在準直器處。
雖然圖4之光隔離器被描繪為一單級光隔離器，但其他實施例亦在本發明之範疇內。例如，在一些實施例中，光隔離器可為一多級偏振獨立光隔離器。在一個實例中，一兩級偏振獨立光隔離器可包括沿著射束之路徑串聯安置之兩個單級隔離器，諸如圖4中展示。 實例4-光隔離器穩定的雷射光學粒子計數器系統
在對於一些應用較佳之實施例中，光隔離器可定位在雷射與第一光學元件之間。已發現，歸因於光隔離器上游之折射率介面及/或潛在受污染光學元件表面之最小化，此一組態可提供改良穩定性。
現轉向圖5，繪示一個此系統。如圖5中可見，該系統經組態具有接近雷射源且位於系統中之任何其他光學組件上游之光隔離器。在操作中，從雷射發射之光可以高透射率透射穿過光隔離器，諸如大於或等於50%，視情況大於或等於70%之一透射率。在光隔離器下游，光可在行進通過一或多個射束塑形光學元件之前行進通過一選用光學快門。接著，經塑形射束可聚焦在粒子詢問區中，在此情況中，具有整合光學元件及用於待分析粒子之流體之一流徑之一樣本胞元。可藉由一或多個光偵測器偵測來自粒子詢問區中之粒子/射束相互作用之散射光及/或來自雷射之源光。可將未散射光引導至一射束截止器以減少在上游方向上傳播之反射或反向散射光之量。
如可見，圖5之系統包含許多潛在反向散射或反射源，其等在不存在光隔離器之情況下可返回至雷射中且導致信號雜訊。此等源包含各表面/流體邊界處之折射率介面、光學元件之任一者上之潛在污染及來自在樣本胞元中流動之流體之分子散射。因此，圖5之系統藉由併入光隔離器來達成優於習知粒子偵測器系統之改良效能，該光隔離器藉由來自涉及下游系統元件(諸如射束塑形及/或方向光學器件(例如，透鏡、孔徑、稜鏡、濾波器、鏡、射束分裂器、分散元件等)、粒子詢問區之元件(例如，流動胞元之表面、窗、孔徑等)、成像光學器件、射束止檔、偵測器等)之散射及/或發射之光之一低透射率特性化，例如，小於或等於10%，視情況小於或等於5%之一透射率。
如圖5之實施例中展示，光隔離器係雷射源下游之第一光學元件。如上文論述，已發現，保持雷射源與光隔離器之間之射束路徑不具有光學元件可在減少對雷射之回饋方面提供最大益處。此外，組態系統使得雷射源之窗與光隔離器之間之射束路徑係短的(例如，小於500 mm，或視情況小於300 mm)可為有利的。
在一項實施例中，雷射源與光隔離器之間不存在聚焦元件。在一項實施例中，雷射源與光隔離器之間不存在偏振元件。在一項實施例中，雷射源與光隔離器之間不存在準直元件。
替代地，在一些實施例中，光隔離器可整合至雷射外殼本身中，恰好在光學窗內部或在雷射功率控制偵測電路下游。
雖然圖5之系統被描繪為具有一單一雷射及一單一光隔離器，但在一些實施例中，光隔離器穩定的雷射光學粒子計數器系統可包含多個雷射及/或多個光隔離器。例如，在一項實施例中，一粒子偵測器系統可包含兩個雷射，各雷射具有其等自身之光隔離器。 實例5-狀態改變隔離器
在一些實施例中，特定言之，當粒子偵測系統及/或方法可容忍取樣區中之圓偏振時，接著一偏振射束分裂器立方體(PBS)及一四分之一波板之組合可經配置以防止雷射光沿著射出路徑返回。
現轉向圖6，展示一項此實施例。在圖6之所繪示實施例中，雷射束以P平面偏振進入立方體，此使其能夠行進通過射束分裂器接面且進入至四分之一波板中。當四分之一波板之快軸定向為45度時，入射線性射束偏振變為右手圓(RHC)。接著，若射束遭遇任何物件，則將存在反射光，且針對反射回至原始方向之光，其偏振將經受180度相變，且變為左手圓(LHC)。在行進返回通過四分之一波板之後，LHC光變為S平面線性，且被重新引導出PBS並進入一射束截止器中。以此方式，防止雷射光返回至其源。 實例6-聲光隔離器
在一些實施例中，一聲光胞元可用作一隔離器。現轉向圖7，展示一聲光隔離器之一項實施例。在所繪示之實施例中，頻率上移之布拉格(Bragg)繞射光之部分由一鏡反射至其自身上且沿著其路徑回溯至胞元中，其接著經受伴隨一第二頻率上移之一第二布拉格繞射。由於返回光之頻率與原始光之頻率相差聲頻之兩倍，因此可使用一濾波器來阻擋它。替代地，對於其中偵測程序對頻移光不敏感之應用及/或方法，可消除濾波器。 實例7-主動穩定雷射粒子偵測器系統之控制。
在一些實施例中，粒子偵測系統之雷射光源係一主動穩定雷射。現轉向圖8，展示此一主動穩定雷射之一個實例之一示意圖。在所繪示之實施例中，一固態雷射產生藉由一光偵測器(即，一分開的光偵測器而非粒子偵測系統之一或多個光偵測器)取樣之一射束。偵測器與一控制器進行電子通信。控制器分析來自光偵測器之信號且調整雷射之功率(例如，經由控制幫浦功率或控制雷射諧振器中或外部之損耗)以穩定雷射之輸出功率。
在粒子偵測系統中，來自粒子偵測之光學回饋可行進返回至雷射，如上文描述。此回饋可對一主動穩定雷射粒子偵測系統之操作特別有害，此係因為回饋可被光偵測器偵測到且導致對雷射系統之一錯誤調整。此可觸發系統中之一循環不穩定行為，其中返回至雷射系統中之光學回饋被射束功率控制迴路拾取，控制器錯誤地藉由降低功率來作出回應，光學回饋瞬間停止，控制器感測到射束功率之一下降且藉由增加雷射功率來作出回應，光學回饋返回且循環重複，從而導致射束之功率高度不穩定。
因此，如圖8中可見，在一些實施例中，一粒子偵測系統之主動穩定雷射可包含一光隔離器。光隔離器可為雷射系統之一整體部分，即，光隔離器可安置在雷射系統之外殼內部，其中射束取樣發生在射束離開雷射系統之出射窗之前。
因此，在一項實施例中，控制一主動穩定雷射粒子偵測系統之一方法包括經由主動穩定雷射產生一電磁輻射束。可經由一射束功率取樣光偵測器來監測射束功率。可經由一控制器使用來自射束功率取樣光偵測器之輸入來調整射束功率。射束可在離開雷射系統之窗之前或在窗之後之非常近距離內行進通過一光隔離器。接著，可經由一或多個射束塑形元件對射束進行塑形，且將射束引導朝向一粒子詢問區。射束可與粒子詢問區中之粒子相互作用。歸因於上文論述之因素之任一者，光可從粒子偵測系統透射返回朝向雷射。可經由一光隔離器過濾行進返回至雷射之光，從而防止或減少由回饋迴路導致之不穩定性。
雖然圖8之實施例描繪主動穩定雷射之外殼內部之控制器及射束功率監測光偵測器，但在其他實施例中，控制器及/或射束功率監測光偵測器可放置在外殼外部。 關於藉由參考併入及變更之陳述
貫穿本申請案之全部參考(例如，專利文件，包含經發佈或授予之專利或等效物；專利申請公開案；及非專利文獻文件或其他源材料)之全部內容在此以引用的方式併入本文中，至各參考至少不部分與本申請案中之揭示內容不一致(例如，部分不一致之一參考以引用的方式併入，惟參考之部分不一致部分除外)之程度。
本文中已採用之術語及表達被用作描述術語而非限制，且不旨在將此等術語及表達用於排除所展示及描述之特徵或其等之部分之任何等效物，而應認知，各種修改在所主張發明之範疇內係可行的。因此，應理解，儘管已藉由較佳實施例、例示性實施例及選用特徵具體揭示本發明，然熟習此項技術者可訴諸於本文中揭示之概念之修改及變動且此等修改及變動被視為在如由隨附發明申請專利範圍定義之本發明之範疇內。本文中提供之特定實施例係本發明之有用實施例之實例且熟習此項技術者將明白，可使用本描述中闡述之裝置、裝置組件、方法步驟之大量變化形態來實行本發明。如熟習此項技術者將明白，對本方法有用之方法及裝置可包含大量選用組合物及處理元件及步驟。
如本文中及隨附發明申請專利範圍中所使用，單數形式「一」、「一個」及「該」包含複數指涉物，除非內容脈絡另有清楚指定。因此，例如，對「一胞元」之參考包含熟習此項技術者已知之複數個此等胞元及其等之等效物。術語「一」(或「一個」)、「一或多個」及「至少一個」亦可在本文中互換地使用。亦應注意，術語「包括」、「包含」及「具有」可互換地使用。表達「請求項XX至YY中任一項」(其中XX及YY指代請求項編號)旨在提供替代形式之一多個附屬請求項，且在一些實施例中可與表達「如請求項XX至YY中任一項」互換。
每當在說明書中給出一範圍(例如，一溫度範圍、一時間範圍或一組合物或濃度範圍)時，全部中間範圍及子範圍以及包含於給定範圍內之全部個別值旨在被包含於本發明中。將理解，包含於本文中之描述中之一範圍或子範圍內之任何子範圍或個別值可從本文中之發明申請專利範圍排除。
說明書中提及之全部專利及公開案指示熟習本發明所相關技術者之技術水準。本文中引用之參考之全部內容以引用的方式併入本文中以指示截至其等之發表或申請日期之當前最先進技術且旨在可在本文中採用此資訊(若需要)以排除先前技術中之特定實施例。例如，當主張物質組合物時，應理解，在申請人之發明之前，此項技術中已知且可用之化合物(包含針對其等在本文中引用之參考中提供可據以實施之揭示內容之化合物)不旨在被包含於本文中主張之物質組合物中。
如本文中使用，「包括」與「包含」、「含有」或「藉由…特性化」同義，且係包含性或開放式的且不排除額外未敘述元件或方法步驟。如本文中使用，「由…構成」排除未在請求項元素中指定之任何元件、步驟或成分。如本文中使用，「本質上由…構成」不排除不實質上影響發明申請專利範圍之基本及新穎特性之材料或步驟。在本文中之各例項中，術語「包括」、「本質上由…構成」及「由…構成」之任一者可被替換為其他兩個術語之任一者。本文中闡釋性地描述之本發明可在無在本文中未具體揭示之任何元件或若干元件、限制或若干限制的情況下適當地實踐。
任何此等材料及方法之全部技術已知功能等效物皆旨在被包含於本發明中。已採用之術語及表達被用作描述術語而非限制，且不旨在將此等術語及表達用於排除所展示及描述之特徵或其等之部分之任何等效物，而應認知，各種修改在所主張發明之範疇內係可行的。因此，應理解，儘管已藉由較佳實施例及選用特徵具體揭示本發明，然熟習此項技術者可訴諸於本文中揭示之概念之修改及變更且此等修改及變更被視為在如由隨附發明申請專利範圍定義之本發明之範疇內。
圖1展示粒子濃度對時間之一標繪圖。在X軸上展示時間，且在Y軸上展示粒子濃度。該標繪圖展示來自對相同介質進行取樣之兩個粒子計數器單元之資料。
圖2係根據本發明之用於在雷射發射方向上行進之光之一偏振相依光隔離器之光學路徑之一示意圖。
圖3係根據本發明之用於在雜訊源方向上行進之光之一偏振相依光隔離器之光學路徑之一示意圖。
圖4係根據本發明之用於在雷射發射方向上行進之光之一偏振獨立光隔離器之光學路徑(上圖)及用於在雜訊源方向上行進之光之一偏振獨立光隔離器之光學路徑(下圖)之一示意圖
圖5係本發明之一光隔離器穩定的雷射光學粒子計數器之一項實施例之一示意圖。
圖6係包含一偏振射束分裂器立方體(PBS)及一四分之一波板之一光隔離器之一項實施例之一示意圖，該四分之一波板經配置以防止雷射光沿著射出路徑返回。
圖7係一聲光隔離器之一項實施例之一示意圖。
圖8係一主動穩定雷射之一示意圖，包含射束功率偵測及一回饋控制迴路。
圖9係繪示在一主動穩定雷射粒子計數系統中歸因於雷射不穩定性之假粒子計數之一潛在路線之流程圖。 關於化學化合物及命名之陳述
一般言之，本文中使用之術語及片語具有其等技術認知之含義，其可藉由參考熟習此項技術者已知之標準文字、期刊參考及內容脈絡來找到。提供以下定義以闡明其等在本發明之內容脈絡中之特定用途。
「粒子」指代通常被視為污染物之小物件。一粒子可為藉由摩擦作用產生之任何材料，例如，當兩個表面機械接觸且存在機械移動時。粒子可由材料聚合體組成，諸如塵土、污垢、煙霧、灰分、水、煙灰、金屬、氧化物、陶瓷、礦物或此等或其他材料或污染物之任何組合。「粒子」亦可指代生物粒子，例如，病毒、孢子及微生物，包含細菌、真菌、古生菌、原生生物、其他單細胞微生物。在一些實施例中，例如，生物粒子藉由範圍為0.1 μm至15 μm之一大小尺寸(例如，有效直徑)特性化，視情況針對一些應用，範圍為0.5 μm至5 μm。一粒子可指代吸收、發射或散射光且因此可由一光學粒子計數器偵測到之一小物件。如本文中使用，「粒子」旨在不包含一載體流體(例如，水、空氣、處理液體化學品、處理氣體等)之個別原子或分子。在一些實施例中，粒子最初可存在於一表面(諸如一微製造設施中之一工具表面)上，從表面釋放且隨後在一流體中分析。一些系統及方法能夠偵測包括具有大於20 nm、30 nm、50 nm、100 nm、500 nm、1 μm或更大或10 μm或更大之一大小尺寸(諸如有效直徑)之材料聚合體之粒子。本發明之一些實施例能夠偵測具有選自10 nm至150 μm之該範圍之一大小尺寸(諸如有效直徑)之粒子，視情況針對一些應用係10 nm至-10 μm，視情況針對一些應用係10 nm至-1 μm，且視情況針對一些應用係10 nm至-0.5 μm。
表達「偵測一粒子」廣義地指代感測、識別一粒子之存在、計數及/或特性化一粒子，諸如關於一大小尺寸(諸如有效直徑)特性化一粒子。在一些實施例中，偵測一粒子指代對粒子進行計數。在一些實施例中，偵測一粒子指代特性化及/或量測一粒子之一物理特性，諸如有效直徑、橫截面尺寸、形狀、大小、空氣動力大小或此等之任何組合。在一些實施例中，偵測一粒子係在一流動流體中實行，諸如具有在0.05 CFM至10 CFM之範圍內選擇之一體積流速之氣體，視情況針對一些應用係0.1 CFM至5 CFM，且視情況針對一些應用係0.5 CFM至2 CFM。在一些實施例中，偵測一粒子係在一流動流體中實行，諸如具有在1 mL/min至1000 mL/min之範圍內選擇之一體積流速之液體。
「光學粒子計數器」或「粒子計數器」可互換地使用，且指代使用光學偵測來偵測粒子(通常藉由分析一流體流中之粒子)之一粒子偵測系統。光學粒子計數器包含液體粒子計數器及氣溶膠粒子計數器，例如，包含能夠偵測一流體流中之個別單一粒子之系統。光學粒子計數器將一電磁輻射束(例如，一雷射)提供至分析區域中，其中該射束與任何粒子相互作用且接著基於來自流動胞元之散射、發射或透射光來偵測粒子。偵測可聚焦於由(若干)粒子散射、吸收、遮蔽及/或發射之電磁輻射。此項技術中已知用於光學粒子計數器之各種偵測器，包含例如單一偵測元件(例如，光二極體、光電倍增管等)、偵測器陣列、相機、各種偵測器定向等。光學粒子計數器包含凝結粒子計數器、凝結核計數器、分裂射束差分系統及類似物。當在一凝結粒子計數器之內容脈絡中使用時，粒子計數器部分指代偵測系統(例如，電磁輻射源、光學器件、濾波器、光學收集、偵測器、處理器等)。在一實施例中，例如，一光學粒子計數器包括：一源，其用於產生一電磁輻射束；射束操縱及/或塑形光學器件，其等用於將射束引導及聚焦至一流體樣本在其中流動之一區中，例如，一液體或氣體流動通過一流動胞元。一典型光學粒子計數器包括：一光偵測器，諸如與該流動胞元進行光學通信之光學偵測器陣列；及收集光學器件，其等用於對由行進通過射束之粒子散射、透射或發射之電磁輻射進行收集及成像。粒子計數器可進一步包括用於讀出、信號處理及分析由光偵測器產生之電信號之電子器件及/或處理器組件，包含電流至電壓轉換器、脈衝高度分析器以及信號濾波及放大電子器件。一光學粒子計數器亦可包括一流體致動系統，諸如一泵、風扇或鼓風機，其用於產生用於將含有粒子之一流體樣本輸送通過一流動胞元之偵測區之一流，例如用於產生藉由一體積流速特性化之一流。用於包括一或多種氣體之樣本之有用流速包含在0.05 CFM至10 CFM之範圍內選擇之一流速，視情況針對一些應用係0. 1CFM至5 CFM，且視情況針對一些應用係0.5 CFM至2 CFM。用於包括一或多種液體之樣本之有用流速包含在1 mL/min至1000 mL/min之範圍內選擇之一流速。
以提供統計上顯著資料之一方式偵測及計數潔淨及超浄流體中之小粒子(例如，有效直徑小於100 nm)需要高信雜比(S/N)。一高S/N比容許奈米粒子在雜訊底限上方被清楚地偵測到。如本文中使用，「統計上顯著資料」指代每單位時間偵測到足夠粒子以能夠準確地評估流體中之污染等級。在一些實施例中，高S/N與定大小準確度不直接相關。例如，在一些光學粒子計數器中，射束腰佔據流動胞元通道之一小部分，且因此，此方法監測總流量之一子集，使得粒子可能行進通過輻照度小於中心之射束邊緣。若一50 nm粒子行進通過射束之外邊緣，則其可產生類似於一10 nm粒子行進通過射束之中心之一信號。因此，一些光學粒子計數器可能具有高S/N，且能夠偵測例如20 nm粒子，而不具有非常好的定大小準確度。在一些當前光學粒子計數器及方法中，一目標係能夠計數足夠粒子以在最短時間段內提供超高純度流體中之污染等級之一定量、統計上可靠之評估。例如，當前最新技術之粒子計數器可需要多至40分鐘來計數足夠粒子以在監測一當前最新技術之超純水系統時提供一統計上適當之濃度(可接受相對標準偏差)量測。藉由透過本系統及方法改良及維持一高S/N，量測此最小統計上可接受之粒子計數所需之時間間隔可減少10倍或更多。此提供價值，因為其容許一使用者更快地識別與程序控制限制之偏差。
術語「雜訊」指代干擾一粒子偵測系統之準確度或精度之一信號(例如，一光偵測器之一信號)之非所要修改。雜訊可源自諸如歸因於射束之光學路徑中之材料之間之介面之反向散射、歸因於光學組件之污染之反向散射及/或來自粒子詢問區中之流體到達雷射時之分子散射之源。在一些實施例中，歸因於反向散射之雜訊可導致振幅可超過一粒子偵測臨限值之異常電子信號，從而導致粒子偵測假計數。
表達「高信雜比」指代足以準確及靈敏地偵測一流體流中之粒子之一光學粒子偵測系統之一信雜比，包含藉由一小實體尺寸特性化之粒子(例如，小於或等於200 nm之一有效直徑，視情況針對一些實施例小於或等於100 nm，且視情況針對一些實施例小於或等於50 nm)。在一實施例中，「高信雜比」指代足夠高以感測藉由一小實體尺寸特性化之粒子(諸如具有低至20  nm之一有效直徑之粒子，視情況針對一些應用低至10 nm之一直徑，且視情況針對一些應用低至1 nm之一直徑)之一信雜比。在一實施例中，「高信雜比」指代足夠高以依小於或等於50計數/L之假偵測率準確地偵測及計數粒子(例如，偵測具有在1 nm至1000 nm之範圍內選擇之一有效直徑之粒子)之一信雜比。在一實施例中，「高信雜比」指代足夠高以在一時間框內提供比一習知光學粒子計數器小至少10倍之一最小統計上可接受之粒子計數之一信雜比。本發明之系統及方法可提供一高信雜比。
「射束傳播軸」指代平行於一電磁輻射束之行進方向之一軸。
「光學通信」指代以容許光在組件之間傳遞之一方式配置之組件。
「光學軸」指代電磁輻射傳播通過一系統所沿之一方向。
「光偵測器陣列」指代能夠跨偵測器之一主動區域在空間上對輸入信號(例如，電磁輻射)進行二維解析之一光學偵測器。一光偵測器陣列能夠產生一影像，例如，對應於偵測器之主動區域上之一強度圖案之一影像。在一實施例中，一光偵測器陣列包括個別偵測器元件(本文中亦被稱為像素)之一陣列；例如：光偵測器之一二維陣列、一電荷耦合裝置(CCD)偵測器、一互補金屬氧化物半導體(CMOS)偵測器、一金屬氧化物半導體(MOS)偵測器、一主動像素感測器、一微通道板偵測器或光二極體之一二維陣列。
「光源」指代能夠將電磁輻射遞送至一樣本之一裝置或裝置組件。術語「光」不限於可見輻射，諸如藉由一可見光束，而在廣義上使用以包含亦包含可見輻射、紫外輻射及/或紅外輻射之任何電磁輻射。光源可體現為一雷射或雷射陣列，諸如一二極體雷射、二極體雷射陣列、二極體雷射幫浦固態雷射、LED、LED陣列、氣相雷射、雷射振盪器、固態雷射(舉幾例而言)。
術語「電磁輻射」及「光」在本描述中同義地使用，且指代電場及磁場之波。可用於本發明之方法之電磁輻射包含但不限於紫外光、可見光、紅外光或具有在約100奈米至約15微米之間之波長之此等之任何組合。
術語「粒子詢問區」指代一粒子偵測系統內之一或多個粒子與入射射束及/或幫浦射束相互作用以散射光之一區。在一些實施例中，粒子詢問區可包括一測光管及/或一流動胞元以約束流動通過其中之一含粒子液體。在其他實施例中，一不受約束之含粒子氣體射流可流動通過粒子詢問區。在又其他實施例中，粒子詢問區可包括待詢問粒子之一表面。
術語「光隔離器」指代容許光在一個方向上透射但減少或消除光在相反方向上之透射之一光學組件。在一些實施例中，例如，一光隔離器經組態以提供來自一或多個雷射光源之光之大於或等於50%，視情況大於或等於70%，視情況大於或等於90%且視情況大於或等於95%之一透射率。在一些實施例中，例如，一光隔離器經組態以提供從粒子計數器之其他元件至一或多個雷射光源之光之小於或等於20%，視情況小於或等於10%，視情況小於或等於5%且視情況小於或等於1%之透射率(即，反向反射透射率)。在一些實施例中，本發明之光隔離器可提供小至0.001%之反向反射透射率。本發明之光隔離器可經由法拉第效應操作以在一粒子偵測器之雷射之路徑中提供一不可逆光學元件。光隔離器可設置在雷射光源下游之任何處，然而已發現，在一些實施例中，組態粒子偵測器使得光隔離器係雷射光源下游之第一光學元件可為特別有利的。如本文中使用，「下游」指代與另一組件相比，沿著射束之光學路徑更遠離雷射光源之一組件。如本文中使用，「上游」指代與另一組件相比，沿著射束之光學路徑更靠近雷射光源之一組件。在一些實施例中，光隔離器可被併入至雷射之外殼中。

Claims (49)

  1. 一種粒子偵測系統，其包括： 一雷射光源，其提供一電磁輻射束； 一或多個射束塑形元件，其或其等用於接收該電磁輻射束； 一光隔離器，其安置在該射束之路徑中，介於該雷射源與該一或多個射束塑形元件之間； 其中該光隔離器提供從該系統至該雷射光源之反射、散射或發射光之小於或等於10%之一透射率； 一粒子詢問區，其安置在該射束之該路徑中，其中該粒子詢問區中之粒子與該電磁輻射束相互作用；及 一光偵測器，其經組態以偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光。
  2. 一種粒子偵測系統，其包括： 一雷射光源，其提供一電磁輻射束； 一或多個射束塑形元件，其或其等用於接收該電磁輻射束； 一光隔離器，其安置在該射束之路徑中，介於該雷射源與該一或多個射束塑形元件之間； 一粒子詢問區，其安置在該射束之該路徑中，其中該粒子詢問區中之粒子與該電磁輻射束相互作用； 一第一光偵測器，其經組態以偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光； 一第二光偵測器，其經組態以監測該射束之功率；及 一控制器，其經組態以基於來自該第二光偵測器之一信號調整該射束功率， 其中該光隔離器經組態以將來自該粒子偵測系統之光學回饋從通向該第二光偵測器之一光學路徑濾除。
  3. 一種粒子偵測系統，其包括： 一雷射光源，其提供一電磁輻射束，該雷射光源具有一外殼； 一或多個射束塑形元件，其或其等用於接收該電磁輻射束； 一光隔離器，其安置在該射束之路徑中，介於該雷射源與該一或多個射束塑形元件之間； 其中該光隔離器安置在該雷射光源之該外殼內； 一粒子詢問區，其安置在該射束之該路徑中，其中該粒子詢問區中之粒子與該電磁輻射束相互作用；及 一光偵測器，其經組態以偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光。
  4. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光隔離器提供來自該雷射光源之該電磁輻射束之大於或等於50%之一透射率。
  5. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光隔離器提供從該系統至該雷射光源之反射、散射或發射光之小於或等於10%之一透射率。
  6. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光隔離器防止或減少該雷射光源中之光學回饋。
  7. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光隔離器降低由下游組件或該粒子詢問區中之量測流體之反向反射或散射光導致之該雷射光源之不穩定性。
  8. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光隔離器包括一法拉第旋轉器。
  9. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光隔離器係獨立的或整合至該雷射光源之一外殼中。
  10. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光隔離器係一偏振相依光隔離器。
  11. 如請求項10之系統，其中該光隔離器包括一輸入偏振器、一法拉第旋轉器及一輸出偏振器；其中該輸入偏振器定位在該雷射光源與該法拉第旋轉器之間，且該輸出偏振器定位在該法拉第旋轉器與該粒子詢問區之間。
  12. 如請求項11之系統，其中該法拉第旋轉器提供不可逆旋轉，同時維持該電磁輻射束之一線性偏振。
  13. 如請求項8至12中任一項之系統，其中該法拉第旋轉器使該電磁輻射束之偏振平面旋轉45°至90°。
  14. 如請求項11至13中任一項之系統，其中該輸出偏振器經組態以將從該法拉第旋轉器行進之該電磁輻射束透射朝向該粒子詢問區。
  15. 如請求項11至14中任一項之系統，其中該輸入偏振器經組態以防止從法拉第旋轉器行進之光透射朝向該雷射光源。
  16. 如請求項1至9中任一項之系統，其中該光隔離器係一偏振獨立光隔離器。
  17. 如請求項16之系統，其中該光隔離器包括一輸入雙折射光楔、一法拉第旋轉器及一輸出雙折射光楔；其中該輸入雙折射光楔定位在該雷射光源與該法拉第旋轉器之間，且該輸出雙折射光楔定位在該法拉第旋轉器與該粒子詢問區之間。
  18. 如請求項17之系統，其中該輸入雙折射光楔經組態以將來自該雷射光源之該射束分裂為一第一分量射束及一第二分量射束，其中該第一分量射束對應於該射束之垂直分量，且該第二分量射束對應於該射束之水平分量；且該輸出雙折射光楔經組態以使該等第一及第二分量射束在行進通過該法拉第旋轉器之後重組。
  19. 如請求項18之系統，其中該法拉第旋轉器經組態以旋轉該等第一及第二分量射束之偏振平面。
  20. 如請求項16至19中任一項之系統，其包括定位在該光隔離器與該雷射光源之間之一第一準直器及定位在該光隔離器與該粒子詢問區之間之一第二準直器。
  21. 如前述請求項中任一項之系統，其中該雷射光源係一固態雷射。
  22. 如前述請求項中任一項之系統，其中該雷射光源係一雷射二極體或雷射振盪器。
  23. 如前述請求項中任一項之系統，其包括複數個雷射光源及複數個光隔離器。
  24. 如前述請求項中任一項之系統，其中該雷射光源提供具有選自0.01 W至200 W之範圍之一輻射功率之光。
  25. 如前述請求項中任一項之系統，其中該雷射光源提供具有選自160 nm至1500 nm之範圍之一輻射波長之光。
  26. 如前述請求項中任一項之系統，其中該一或多個射束塑形元件包括用於將光聚焦至該粒子詢問區上之至少一聚焦元件。
  27. 如前述請求項中任一項之系統，其包括安置在該射束之該路徑中介於該光隔離器與該一或多個射束塑形元件之間之一鏡或其他非射束塑形組件。
  28. 如前述請求項中任一項之系統，其包括位於該光隔離器之後之該射束之該路徑中以恢復該射束之該偏振之一半波板。
  29. 如前述請求項中任一項之系統，其中該粒子詢問區包括用於使含有該等粒子之一流體流動之一流動胞元。
  30. 如前述請求項中任一項之系統，其中該粒子詢問區包括一表面。
  31. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光偵測器包括一或多個二維光偵測器陣列。
  32. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光偵測器經組態以偵測由該粒子詢問區中之粒子散射之光。
  33. 如前述請求項中任一項之系統，其中該光偵測器經組態以偵測透射穿過該粒子詢問區之光。
  34. 如前述請求項中任一項之系統，其中該雷射光源具有一出射窗，且其中該窗與該光隔離器之間之該射束路徑小於300 mm。
  35. 如前述請求項中任一項之系統，其中該雷射光源具有一外殼，且其中該第二光偵測器、控制器及光隔離器安置在該雷射光源之該外殼內。
  36. 一種偵測粒子之方法，其包括： 產生一電磁輻射束； 使該射束行進通過一光隔離器； 經由一或多個射束塑形元件對該射束進行塑形； 將該經塑形射束引導朝向一粒子詢問區； 使粒子行進通過該粒子詢問區，其中該射束與該粒子詢問區中之該等粒子相互作用；及 偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光之至少一部分， 其中該光隔離器提供從該系統至該雷射光源之反射、散射或發射光之小於或等於10%之一透射率。
  37. 一種控制一主動穩定雷射粒子偵測系統之方法，該方法包括： 經由該主動穩定雷射產生一電磁輻射束，該射束具有一射束功率； 使該射束行進通過一光隔離器； 經由一或多個射束塑形元件對該射束進行塑形； 將該經塑形射束引導朝向一粒子詢問區； 使粒子行進通過該粒子詢問區，其中該射束與該粒子詢問區中之該等粒子相互作用； 經由一第一光偵測器偵測從該粒子詢問區散射及/或透射之光之至少一部分； 經由一第二光偵測器監測該射束功率； 經由一光隔離器將來自該粒子偵測系統之光學回饋從通向該第二光偵測器之一光學路徑濾除；及 回應於該等監測及濾波步驟而經由一控制器調整該射束功率。
  38. 如請求項36至37中任一項之方法，其包括經由該光隔離器防止或減少至該光源中之光學回饋。
  39. 如請求項36至38中任一項之方法，其中該光隔離器包括一法拉第旋轉器。
  40. 如請求項36至39中任一項之方法，其中該光隔離器係偏振相依的。
  41. 如請求項36至40中任一項之方法，其中使該射束行進通過該光隔離器包括： 經由一第一偏振元件使該射束線性偏振； 使該射束之偏振平面旋轉45°；及 使該射束行進通過一第二偏振元件，其中該第二偏振元件具有相對於該第一偏振元件之一偏振軸以45°對準之一偏振軸。
  42. 如請求項41之方法，其包括： 使光在反向方向上行進通過該第二偏振元件以形成經偏振反向光； 使該經偏振反向光之偏振平面旋轉45°；及 經由該第一偏振元件衰減該反向光。
  43. 如請求項36至39中任一項之方法，其中該光隔離器係偏振獨立的。
  44. 如請求項43之方法，其中使該射束行進通過該光隔離器包括： 使該射束行進通過一第一雙折射光楔以形成一e射線及一o射線； 經由該法拉第旋轉器使該e射線及該o射線之偏振平面旋轉45°；及 經由一第二雙折射光楔重組該e射線及該o射線。
  45. 如請求項44之方法，其包括： 使光在該反向方向上行進通過該第二雙折射光楔以形成一反向e射線及一反向o射線； 經由該法拉第旋轉器使該反向e射線及該反向o射線之偏振平面旋轉45°；及 經由該第一雙折射光楔使該反向e射線及該反向o射線發散。
  46. 在如請求項45之方法，其包括經由一準直器衰減該反向e射線及該反向o射線。
  47. 如請求項36至46中任一項之方法，其用於減少歸因於一光學粒子計數器中之雷射不穩定性之雜訊光偵測器雜訊。
  48. 如請求項36至47中任一項之方法，其用於增加一光學粒子計數器之穩定性及壽命。
  49. 如請求項36至48中任一項之方法，其用於減少一光學粒子計數器之假粒子計數。
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