具有經調制的光源的微電子傳感器設備制造技術

本發明專利技術涉及一種用于在載體（１１）處進行光學檢查的微電子傳感器設備和方法，例如用于通過受抑全內反射（ＦＴＩＲ）來檢測在該載體（１１）的接觸表面（１２）處的磁性粒子（１）。光源（２１）和激光調制器（２２）一道用于發射輸入光束（Ｌ１）到載體（１１）中，對該光源進行調制使得與來自所述載體（１１）的入射窗（１４）或其他部件的所述輸入光束（Ｌ１）的反射（Ｌ１′）的光學干涉得以減少／最小化，所述光源具體地為激光光源。這例如能夠通過脈沖的接通／斷開調制來實現，其中當前發射的脈沖（ＰＮ）的第一弛豫最小值在所述光源（２１）中與反射的脈沖（ＰＮ－１′）的第一弛豫最大值重合。通過減少干涉效應，該設置不那么容易受到來自例如由熱伸長所引起的尺寸變化的干擾。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種借助光源在載體處進行光學檢查的微電子傳感器設備和方法。此外，本專利技術涉及這種設備的用途。
技術介紹
US 2005/0048599A1公開了一種用于研究微生物的方法，用粒子對所述微生物加 標簽從而能夠對微生物施加(例如磁)力。在該方法的一個實施例中，引導激光束通過透 明材料而到達表面，該激光束在該表面被全內反射。該束的作為倏逝波而離開該透明材料 的光在該表面處被微生物和/或其他組分散射，然后由光電檢測器進行檢測或者被用來照 亮該微生物以便進行目視觀察。該設置和類似設置的問題在于可能會發生發射的激光與該 光的反射的干涉，其隨時間改變并因此造成激光輸出的不期望的變化。
技術實現思路
基于這種情況，本專利技術的目的在于提供用于借助光源進行光學檢查的可替換裝 置，其中期望就光輸出的變化而言，所述檢查更具魯棒性。 這一 目的由根據權利要求1所述的微電子傳感器設備、根據權利要求2所述的方 法以及根據權利要求11所述的用途來實現。從屬權利要求中公開了優選實施例。 根據本專利技術的微電子傳感器設備用于在載體處進行光學檢查，其中該載體不必屬 于該設備。該載體將通常由透明材料制成從而允許傳播給定光譜的光，所述透明材料例如 為玻璃或聚苯乙烯。其具體設計取決于其期望的應用。此外應當注意，要廣義地理解術語 "檢查"，其包括任何種類的光的操縱和/或光與在載體中或在載體處的某個實體的相互作 用。所述檢查優選地可包括目標組分的定性或定量檢測，所述目標組分包括標簽粒子，其 中這些目標組分可以是例如生物學物質，如生物分子、配合物(complex)、細胞部分(cell fraction)或細胞。 該微電子傳感器設備包括下列部件 a)光源，其用于發射經由入射窗進入到載體中的光束，所述光束在下文中稱為"輸 入光束"，其中所述入射窗是該載體的表面的特定(平面的或彎曲的)部分。該光源將通常 具有或多或少的明顯的相干性，盡管應當注意該相干性可能非常小并且實際上是(不期望 的)副作用。該光源例如可以是激光二極管或者LED(發光二極管)，其可選地設有用于使 該輸入光束成形并引導該輸入光束的某些光學器件，特別是用于準直該輸入光束的裝置。 b)調制器，其用于對該光源進行調制，使得該光源與來自該載體的入射窗或者 光路中其他部件(特別是該載體的部件)的該輸入光束的反射的光學干涉減少(優選 地被最小化或者完全消除)。該調制器可以按照例如激光器設計領域的技術人員已知 的許多不同方式來實現。例如其可包括用于供應激光器電流的電子電路，所述激光器電 流即為用于驅動激光器泵浦的電流，所述激光器泵浦在激光介質中產生激發態的過布居 (overpopulation)。 本專利技術還涉及一種用于在載體處進行光學檢查的方法，該方法包括 a)利用光源發射經由入射窗進入到該載體中的輸入光束。 b)利用調制器對該光源進行調制，使得(或多或少相干的)光源與來自該入射窗 或其他部件的該輸入光束的反射的光學干涉減少。 所描述的微電子傳感器設備和方法的優點是提供輸入光束，該輸入光束具有來自 例如該載體的入射窗或其他部件的反射的較小反饋。隨著該反饋的減少，該反饋的變化也 減少，其中該反饋的變化可以例如由于光學部件在熱膨脹下尺寸的輕微變化而發生。 通過反復試驗即通過測試該調制器的不同設置并觀察所得到的光學干涉可以發 現適當的調制操作參數。在本專利技術的優選實施例中，調制是經先驗設計的，只要其包括輸入 光束的脈沖發射，即該輸入光束由在時間上被暫停間隔開的一系列脈沖組成。這些脈沖可 能彼此都不同，或者優選的是，所有脈沖都(近似)具有相同的形狀。 在上述情況下，該光源的發射脈沖可以可選地形成尺寸，使得這些發射脈沖在光 源中不與在例如載體的入射窗或其他部件處反射的該光源的在前脈沖重合(coincide)。因 此，在例如入射窗處反射的脈沖將不具有干涉的任何可能性。 盡管上述方法是一種將干涉減少到絕對最小值零的方式，但是由于光源和脈沖的 反射位置之間的距離太短并且結合最小可能的脈沖持續時間，該結果在許多情況下可能很 難實現。因此在另一種對激光光源的輸入光束進行調制的方法中，將這些脈沖設計成當前 發射的脈沖的(例如第一)弛豫最小值在該激光光源中(或者更精確地說，在其內部激光 腔中)與在該載體的入射窗或另一個部件處反射的在前脈沖的(例如第一)弛豫最大值重 合。當該激光光源在脈沖模式下工作時，由于該領域技術人員公知的弛豫振蕩，該激光的輸 出在該激光脈沖開始時表現出強度波動。如果激光脈沖的定時使外部反射的脈沖數(N-l) 的第一弛豫振蕩最大值與當前發射的脈沖數N的第一弛豫最小值重合，那么由于在該時刻 該激光設備中載流子的耗盡，該激光對此光學反饋相當不敏感。 對于許多實際應用來說，已經發現，所提及的輸入光束的脈沖以范圍在大約 100MHz和1GHz之間的重復頻率而周期性地重復是適當的。另外或者可替換地，優選的是， 脈沖具有范圍在1%和80%之間的占空比(其中該百分比表明該脈沖是"導通(on)"的時 間段與暫停或"斷開(off)"時間之比的分數)。應當注意，如果通過例如僅激發激光的第 一弛豫振蕩來生成極短的光學脈沖，那么這需要脈沖寬度在納秒區域的電學尋址方案，而 不管調制頻率如何。對于具有小于10MHz的頻率的調制來說，1納秒脈沖寬度則意味著占空 比低于1%。 在前述實施例中，通過使脈沖在時域中分開來設法防止這些脈沖彼此相互作用 (這與激光動力學有關)，從而防止RIN(激光噪聲)或者至少設法使其保持盡可能低。在本 專利技術的另一個實施例中，對驅動激光光源的激光器電流進行調制，用以將邊模(sidemode) 引入到輸入光束內并使其不那么相干。因此能夠防止該激光器內部的任何相長/相消干涉 效應，這可以取決于外腔長度(這更確切地是光學效應)。 可以將所描述的微電子傳感器設備應用在各種設置和裝置中。在具體實例中，該 載體包括接觸表面，輸入光束在該接觸表面處被全內反射成為輸出光束。為此，該接觸表面 必須包括在例如玻璃和水的兩種介質之間的界面，如果入射光束以適當角度(大于全內反 射(TIR)的相關臨界角)擊中在該界面，那么能夠在該界面處發生TIR。這樣的設置經常用于檢查在TIR界面處的樣品的小體積，其由非傳播的倏逝波來探測，該倏逝波指數地衰減到具有較低折射率的介質(例如水)中。然后，在研究區域中存在的目標組分能夠散射或吸收該倏逝波的光，因此該倏逝波的光將不存在于反射光束中，所述目標組分為例如原子、離子、(生物)分子、細胞、病毒，或者部分細胞或病毒、組織提取物等。在"受抑全內反射"(FTIR)的這種情況中，該傳感器設備的輸出光束將由輸入光束的反射光組成，其中由于倏逝波的散射而損失的少量光包含與接觸表面處的目標組分有關的期望信息。 在前述實施例的進一步發展中，提供光檢測器，其用于確定輸出光束中的光的量(例如表示為在束的橫截面中的強度)。該檢測器可包括任何合適的傳感器或多個傳感器，通過傳感器能夠檢測給定光譜的光，所述傳感器例如為光電二極管、光敏電阻器、光電池、CCD芯片或光電倍增管。 在本專利技術的另一個實施例中，該微電子傳感器設備包括致動器，其用于操縱鄰近 載體的樣品室中的目標粒子。這些目標粒子具體地可以是磁性粒子，其能夠被磁本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于在載體（１１）處進行光學檢查的微電子傳感器設備，該微電子傳感器設備包括：ａ）光源（２１），其用于發射經由入射窗（１４）進入到所述載體（１１）中的輸入光束（Ｌ１）；ｂ）調制器（２２），其用于對所述光源（２１）進行調制，使得該光源（２１）與來自所述入射窗（１４）或者其他部件的所述輸入光束（Ｌ１）的反射（Ｌ１′）的光學干涉減少。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：DM布魯爾斯，JJHB施萊彭，
申請(專利權)人：皇家飛利浦電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：NL[荷蘭]