WO2010040925A1 - Système d'analyse optique d'un échantillon - Google Patents

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WO2010040925A1
WO2010040925A1 PCT/FR2009/051796 FR2009051796W WO2010040925A1 WO 2010040925 A1 WO2010040925 A1 WO 2010040925A1 FR 2009051796 W FR2009051796 W FR 2009051796W WO 2010040925 A1 WO2010040925 A1 WO 2010040925A1
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PCT/FR2009/051796
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Thomas Pezeril
Keith Adam Nelson
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Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S)
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/636—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited using an arrangement of pump beam and probe beam; using the measurement of optical non-linear properties

Definitions

  • the present invention relates to a system for optical analysis of a sample.
  • the invention relates to such a system which comprises a laser pump-probe source modulated sample analysis, adapted to deliver from the sample, on the one hand a reference signal and on the other hand, an analysis signal of the latter and means for analyzing these signals to deliver a response information of the sample.
  • Modulated laser pump-probe sources of analysis are already well known in the state of the art and such analysis systems are used to study ultra-fast and dynamic phenomena by using photodiodes associated with synchronous detection systems enabling removing most of the unwanted noise and thus allowing extremely low signal detection.
  • the problem of the use of these photodiodes is that they make it possible to obtain only a point analysis, or at best a low spatial resolution, of the response.
  • the object of the invention is therefore to solve these problems.
  • the subject of the invention is an optical analysis system of a sample of the type comprising a modulated laser sample pump-probe source, adapted to deliver from the sample, a a reference signal and, secondly, an analysis signal thereof and means for analyzing these signals to deliver a response information of the sample, characterized in that the analysis means comprise matrix imaging means of the reference and analysis signals for delivering corresponding images of these signals to means for processing these images to extract an image of the sample response and in that the source comprises means for amplitude modulation of the laser pump beam before its application to the sample, and means, synchronized on the modulation means, optical demultiplexing of the beam from the sample, in reference and analysis signals .
  • the optical analysis system comprises one of the following features:
  • the matrix imager means are formed by two separate imagers, the matrix imager means are formed by two distinct zones of the same imager,
  • the matrix imager is a CCD imager
  • the matrix imager is a CMOS imager
  • the image processing means furthermore comprise means for subtracting the reference image from the analysis image.
  • FIG. 1 represents a block diagram illustrating the structure and operation of an analysis system according to the invention.
  • an optical analysis system of a sample designated by the general reference 1 has been illustrated, this system comprising a modulated laser pump-probe source for analyzing the sample. , this source being designated by the general reference 2 in this figure and having a conventional structure.
  • this source implements a laser probe beam and a laser pump beam after passing through optical amplitude modulation means of this beam designated by the general reference 3 in this figure.
  • This source also comprises means designated by the general reference 4, synchronized on the modulation means 3, of optical demultiplexing of the beam from the sample into reference and analysis signals.
  • These reference and analysis signals are designated SR and SA respectively in this FIG.
  • the system according to the invention also comprises means for analyzing these signals to deliver a response information of the sample.
  • These analysis means are designated by the general reference 5 in this FIG. 1 and in fact comprise matrix imager means of the reference and analysis signals for delivering corresponding images of these signals to means for processing these images for extract an image from the sample response.
  • the matrix imager means are designated by the general reference 6 for the means for forming an image of the analysis signal and 7 for the means for forming an image of the reference signal. These imager means then deliver corresponding images designated respectively image 1 and image 2, image analysis means designated by the general reference 8 which are adapted to process them in order to extract an image of the response of the sample.
  • the image processing means 8 may for example also comprise means for subtracting the reference image from the analysis image to obtain the image. the response of this sample.
  • these imaging means may be formed by two separate imagers or by two separate areas of the same imager.
  • This may for example have a number of advantages in terms of the coherence of the images formed.
  • this matrix imager possibly being formed by a CCD imager, a CMOS imager, etc.

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Abstract

Ce système d'analyse optique d'un échantillon (1) du type comportant une source pompe-sonde laser modulée (2) d'analyse de l'échantillon, adaptée pour délivrer à partir de l'échantillon, d'une part un signal de référence et d'autre part un signal d'analyse de celui-ci et des moyens d'analyse (5) de ces signaux pour délivrer une information de réponse de l'échantillon, est caractérisé en ce que les moyens d'analyse (5) comprennent des moyens formant imageur matriciel (6,7) des signaux de référence et d'analyse pour délivrer des images correspondantes de ces signaux à des moyens de traitement (8) de ces images pour en extraire une image de l'échantillon.

Description

Système d'analyse optique d'un échantillon
La présente invention concerne un système d'analyse optique d'un échantillon.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel système qui comporte une source pompe-sonde laser modulée d'analyse de l'échantillon, adaptée pour délivrer à partir de l'échantillon, d'une part un signal de référence et d'autre part un signal d'analyse de celui-ci et des moyens d'analyse de ces signaux pour délivrer une information de réponse de l'échantillon.
Les sources pompe-sonde laser modulées d'analyse sont déjà bien connues dans l'état de la technique et de tels systèmes d'analyse sont utilisés pour étudier des phénomènes ultra rapides et dynamiques en utilisant des photodiodes associées à des systèmes de détection synchrone permettant la suppression de la majeure partie du bruit indésirable et permettant ainsi une détection de signaux extrêmement faibles. Le problème de l'utilisation de ces photodiodes est qu'elles ne permettent d'obtenir qu'une analyse ponctuelle, ou tout au mieux à faible résolution spatiale, de la réponse.
Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.
A cet effet l'invention a pour objet un système d'analyse optique d'un échantillon du type comportant une source pompe-sonde laser modulée d'analyse de l'échantillon, adaptée pour délivrer à partir de l'échantillon, d'une part un signal de référence et d'autre part un signal d'analyse de celui-ci et des moyens d'analyse de ces signaux pour délivrer une information de réponse de l'échantillon, caractérisé en ce que les moyens d'analyse comprennent des moyens formant imageur matriciel des signaux de référence et d'analyse pour délivrer des images correspondantes de ces signaux à des moyens de traitement de ces images pour en extraire une image de la réponse de l'échantillon et en ce que la source comporte des moyens de modulation en amplitude du faisceau de pompe laser avant son application à l'échantillon, et des moyens, synchronisés sur les moyens de modulation, de démultiplexage optique du faisceau issu de l'échantillon, en signaux de référence et d'analyse. Selon d'autres aspects de l'invention, le système d'analyse optique comprend l'une des caractéristiques suivantes :
- les moyens formant imageur matriciel sont formés par deux imageurs distincts, - les moyens formant imageur matriciel sont formés par deux zones distinctes d'un même imageur,
- l'imageur matriciel est un imageur CCD,
- l'imageur matriciel est un imageur CMOS, et
- les moyens de traitement d'images comprennent en outre des moyens de soustraction de l'image de référence de l'image d'analyse.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'un système d'analyse selon l'invention, et
- la figure 2 illustre différentes images obtenues grâce à un système d'analyse selon l'invention.
On a en effet illustré sur ces figures et en particulier sur la figure 1 , un système d'analyse optique d'un échantillon désigné par la référence générale 1 , ce système comportant une source pompe-sonde laser modulée d'analyse de l'échantillon, cette source étant désignée par la référence générale 2 sur cette figure et présentant une structure classique.
De façon classique, cette source met en effet en œuvre un faisceau de sonde laser et un faisceau de pompe laser après passage dans des moyens de modulation optique en amplitude de ce faisceau désignés par la référence générale 3 sur cette figure.
Cette source comporte également des moyens désignés par la référence générale 4, synchronisés sur les moyens de modulation 3, de démultiplexage optique du faisceau issu de l'échantillon en signaux de référence et d'analyse. Ces signaux de référence et d'analyse sont désignés par SR et SA respectivement sur cette figure 1.
Le système selon l'invention comporte également des moyens d'analyse de ces signaux pour délivrer une information de réponse de l'échantillon. Ces moyens d'analyse sont désignés par la référence générale 5 sur cette figure 1 et comprennent en fait des moyens formant imageur matriciel des signaux de référence et d'analyse pour délivrer des images correspondantes de ces signaux à des moyens de traitement de ces images pour en extraire une image de la réponse de l'échantillon.
Les moyens formant imageur matriciel sont en effet désignés par la référence générale 6 pour les moyens destinés à former une image du signal d'analyse et 7 pour les moyens destinés à former une image du signal de référence. Ces moyens formant imageur délivrent alors des images correspondantes appelées respectivement image 1 et image 2, à des moyens d'analyse d'images désignés par la référence générale 8 qui sont adaptés pour traiter celles-ci afin d'en extraire une image de la réponse de l'échantillon.
Cette extraction est par exemple illustrée sur la figure 2. On voit que les moyens de traitement d'images 8 peuvent par exemple comporter en outre des moyens de soustraction de l'image de référence de l'image d'analyse pour obtenir l'image de la réponse de cet échantillon.
Bien entendu, des traitements complémentaires peuvent être envisagés sur ces images. Ces traitements peuvent être des traitements classiques d'optimisation des images.
Plusieurs modes de réalisation des moyens formant imageur matriciel peuvent être envisagés.
C'est ainsi par exemple que ces moyens formant imageur peuvent être formés par deux imageurs distincts ou encore par deux zones distinctes d'un même imageur.
Ceci peut par exemple présenter un certain nombre d'avantages au niveau de la cohérence des images formées.
De même, plusieurs technologies d'imageur peuvent être envisagées, cet imageur matriciel pouvant être formé par un imageur CCD, un imageur CMOS, etc..
Bien entendu, d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Système d'analyse optique d'un échantillon (1 ) du type comportant une source pompe-sonde laser modulée (2) d'analyse de l'échantillon, adaptée pour délivrer à partir de l'échantillon, d'une part un signal de référence et d'autre part un signal d'analyse de celui-ci et des moyens d'analyse (5) de ces signaux pour délivrer une information de réponse de l'échantillon, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (5) comprennent des moyens (6, 7) formant imageur matriciel des signaux de référence et d'analyse pour délivrer des images correspondantes de ces signaux à des moyens (8) de traitement de ces images pour en extraire une image de la réponse de l'échantillon et en ce que la source comporte des moyens (3) de modulation en amplitude du faisceau de pompe laser avant son application à l'échantillon (1 ), et des moyens (4), synchronisés sur les moyens de modulation (3), de démultiplexage optique du faisceau issu de l'échantillon, en signaux de référence et d'analyse.
2.- Système d'analyse optique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens (6, 7) formant imageur matriciel sont formés par deux imageurs distincts.
3.- Système d'analyse optique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens (6, 7) formant imageur matriciel sont formés par deux zones distinctes d'un même imageur.
4.- Système d'analyse optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'imageur matriciel (6, 7) est un imageur CCD.
5.- Système d'analyse optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'imageur matriciel (6, 7) est un imageur CMOS.
6.- Système d'analyse optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en que les moyens (8) de traitement d'images comprennent en outre des moyens de soustraction de l'image de référence de l'image d'analyse.
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