專(zhuān)利名稱(chēng)：用于手征光學(xué)外差法的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光學(xué)檢測(cè)的系統(tǒng)，尤其是，涉及利用非線(xiàn)性檢測(cè)器使大的光學(xué)調(diào)制信號(hào)與所關(guān)注的弱的手征光學(xué)信號(hào)在能夠?qū)邮盏降墓鈱W(xué)互調(diào)制邊頻帶進(jìn)行分析的光電檢測(cè)器處混合，以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的和更靈敏的檢測(cè)方案的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
通常，“手征”物體是不可與其鏡像重疊的物體。換句話(huà)說(shuō)，手征物體與其鏡像在構(gòu)造或組成上類(lèi)似，但是在取向上不同。手征物體的實(shí)例包括人手、機(jī)械螺釘、或螺旋槳。盡管其與鏡像看上去相似，但是對(duì)于其部件，它們具有不同的特征取向(例如，手上的手指、螺釘?shù)穆菥€(xiàn)取向、以及螺旋槳葉片的斜度取向)。
在立體化學(xué)中，將兩種形式的手征對(duì)象(例如分子)稱(chēng)為對(duì)映異構(gòu)體，其為一種立體異構(gòu)體類(lèi)型。對(duì)映異構(gòu)體具有相同的化學(xué)純度(例如，相同的質(zhì)量、吸收率、折射率、維爾德(Verdet)常數(shù)等)，但是具有不同的對(duì)稱(chēng)構(gòu)造或?qū)ΨQ(chēng)特性。僅含有一種對(duì)映異構(gòu)形式的手征分子的集合通常被稱(chēng)作純粹對(duì)映、對(duì)映異構(gòu)純的、或光學(xué)純的。然而，與其他立體異構(gòu)不同，對(duì)映異構(gòu)體通常難以分離和測(cè)定數(shù)量。
在過(guò)去二十年，手征分子的檢測(cè)在制藥工業(yè)受到日益增加的關(guān)注。該關(guān)注至少部分地被普遍發(fā)生的對(duì)映異構(gòu)體之間的顯著不同的藥理學(xué)作用所推進(jìn)。與對(duì)映異構(gòu)體之間相關(guān)的不同藥理學(xué)作用通常要求將藥品生產(chǎn)為單一手征異構(gòu)體。選擇單一手征異構(gòu)體，因?yàn)槠渚哂凶畲蟮挠幸嫘Ч?，或者，在某些情況下，其沒(méi)有危險(xiǎn)的藥理學(xué)作用。然而，用于化驗(yàn)對(duì)映異構(gòu)體純度的分析方法沒(méi)有與正在增長(zhǎng)的快速、高靈敏性的對(duì)映異構(gòu)體分析的要求保持同步。
當(dāng)前，對(duì)映異構(gòu)體的手征分離和手征物質(zhì)的單獨(dú)定量是用于化驗(yàn)對(duì)映異構(gòu)體純度的常用技術(shù)。化驗(yàn)對(duì)映異構(gòu)體純度的直接非接觸方法是優(yōu)選的，并且需要增大到超過(guò)～99.5％的對(duì)映異構(gòu)體過(guò)剩(ee)極限的靈敏性。已經(jīng)將只有手征分子才有的若干種光學(xué)特性應(yīng)用于例如偏振測(cè)定法、旋光色散以及圓偏振二向色性的技術(shù)。然而，已知的利用這些光學(xué)特性的定量技術(shù)缺乏檢測(cè)在許多希望的現(xiàn)代藥物中的對(duì)映異構(gòu)體雜質(zhì)的藥理學(xué)相關(guān)水平的靈敏性。
一種用于檢測(cè)對(duì)映異構(gòu)體雜質(zhì)的藥理學(xué)相關(guān)水平的改進(jìn)方法的一個(gè)實(shí)例利用穿過(guò)磁性調(diào)制的樣品單元的調(diào)制光。然后對(duì)來(lái)自該樣品單元的調(diào)制光進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)。這種改進(jìn)的方法在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/US02/31279中進(jìn)行了披露，其標(biāo)題為“HIGH-THROUGHPUT CHIRAL DETECTOR ANDMETHODS FOR USING SAME”。在本申請(qǐng)中特別關(guān)注的是，在檢測(cè)該調(diào)制光以提高檢測(cè)設(shè)備的靈敏性方面的改進(jìn)。
在先的工作已經(jīng)利用了外差干涉以改進(jìn)對(duì)探測(cè)光束的偏振檢測(cè)。(Chou等人的標(biāo)題為“Optical Rotation Angle Polarimeter”的美國(guó)專(zhuān)利No.6327037；Chou等人的標(biāo)題為“Optical Heterodyne-based Method andApparatus for Determining the Concentration of Optically ActiveSubstances”的美國(guó)專(zhuān)利No.5896198；Chou等人的標(biāo)題為“OpticalHeterodyne Surface Plasma Wave Detectinig Method and Apparatus”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)#20020180979；以及Szafraniec，Bogdan的標(biāo)題為“Methodand Apparatus for a Jones Vector Based Heterodyne Optical Polarimeter”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)#20040070766)。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所披露的方法和系統(tǒng)利用了根本不同的外差法技術(shù)(例如，其并不依賴(lài)于使用來(lái)自激光源的兩個(gè)更高頻率，其被降頻變換以用于基帶處理)。另外，與該技術(shù)的任意光學(xué)增益能力相比，這些在先方法實(shí)質(zhì)上僅利用了外差信號(hào)的頻率選擇性。
由此，需要一種光學(xué)檢測(cè)的改進(jìn)系統(tǒng)和方法，其通過(guò)混合在非線(xiàn)性檢測(cè)器(例如平方率檢測(cè)器)處出現(xiàn)的大光學(xué)調(diào)制與關(guān)注的弱手征光學(xué)信號(hào)，獲得互調(diào)制的邊頻帶，其與關(guān)注的手征特性相關(guān)，具有大信號(hào)增益，并獲得更靈敏的檢測(cè)以及比現(xiàn)有方法更多的信息。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，披露了一種獲得對(duì)樣品的手征光學(xué)特性的更靈敏檢測(cè)的系統(tǒng)和方法。總體說(shuō)，本發(fā)明使用了非線(xiàn)性檢測(cè)器以使光學(xué)調(diào)制與系統(tǒng)偏振調(diào)制混合、并在互調(diào)制邊頻帶對(duì)濃度和旋光性參數(shù)測(cè)量進(jìn)行分析。換句話(huà)說(shuō)，對(duì)于提高的并且更靈敏的檢測(cè)方案，將非線(xiàn)性檢測(cè)器用于使大的光學(xué)調(diào)制信號(hào)與所關(guān)注的弱的手征光學(xué)信號(hào)在光電檢測(cè)器處進(jìn)行混合，該光電檢測(cè)器能夠?qū)λ邮盏墓鈱W(xué)互調(diào)制邊頻帶進(jìn)行分析。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，描述了一種用于檢測(cè)樣品的手征特性的改進(jìn)設(shè)備和方法。首先，探測(cè)光束具有第一調(diào)制頻率ω并且以第二調(diào)制頻率φ進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)制。非線(xiàn)性光電檢測(cè)器使第一調(diào)制混合與第二調(diào)制混合以分析互調(diào)制邊頻帶處的頻率分量，該非線(xiàn)性光電檢測(cè)器可以包括多個(gè)檢測(cè)器部分以形成平衡接收器，其中互調(diào)制邊頻帶級(jí)與該樣品的手征光學(xué)特性相關(guān)。該互調(diào)制邊頻帶優(yōu)選是相加邊頻帶，但是也可以包括相減邊頻帶?？梢詫㈡i相檢測(cè)器用于接收從非線(xiàn)性光電檢測(cè)器輸出的信號(hào)并產(chǎn)生不同調(diào)制頻率的調(diào)制信號(hào)。另外，非線(xiàn)性光電檢測(cè)器可以分析互調(diào)制邊頻帶級(jí)的比值，例如(φ+2ω)/(φ+ω)，以獲得與該樣品的固有手征性線(xiàn)性相關(guān)的信號(hào)(也就是，對(duì)映異構(gòu)體過(guò)剩，ee％)。
應(yīng)當(dāng)理解，前面概要的描述和下面詳細(xì)的描述都僅僅是示例和解釋性的，并不限制如所要求的本發(fā)明。本發(fā)明多方面的優(yōu)點(diǎn)可以在隨后的描述中部分地闡述，并且根據(jù)該描述對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言部分地是顯而易見(jiàn)的，或者可以通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)踐而學(xué)到。
包含在內(nèi)并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖示出了本發(fā)明的若干個(gè)實(shí)施例，并且與該說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的手征光學(xué)外差系統(tǒng)的示例框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的改進(jìn)的MOPED設(shè)備的原型的示例框圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的響應(yīng)對(duì)應(yīng)異構(gòu)體比值值的系統(tǒng)的示例數(shù)據(jù)表；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的響應(yīng)濃度改變的系統(tǒng)的示例數(shù)據(jù)表；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例手征光學(xué)外差設(shè)備；圖6示出具有聲光可調(diào)濾光器(AOTF)的另一示例手征光學(xué)外差設(shè)備，其用于從寬帶光源選擇輸入波長(zhǎng)并對(duì)該輸入強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制；圖7示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又一示例手征光學(xué)外差設(shè)備，其具有與樣品調(diào)制相耦合的光振幅調(diào)制，并利用了克爾(Kerr)效應(yīng)的電光現(xiàn)象；圖8示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的再一示例手征光學(xué)外差設(shè)備，其具有利用Cotton-Mouton效應(yīng)與樣品調(diào)制相耦合的光偏振調(diào)制；圖9示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的與相對(duì)偏振角度形成對(duì)比的示例調(diào)制，例如法拉第(Faraday)調(diào)制。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明提供的示例實(shí)施例，其實(shí)例在附圖、介紹、說(shuō)明和其他技術(shù)文獻(xiàn)中示出。在任何可能情況下，所有的圖將使用相同的參考數(shù)字表示相同或類(lèi)似的部件。
大體上，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例手征光學(xué)外差系統(tǒng)?，F(xiàn)在參考圖1，該系統(tǒng)具有光源100、手征光學(xué)系統(tǒng)102、偏振器104、檢測(cè)器106、以及光譜分析儀110，大致如圖1所示。光源100將探測(cè)光束提供到系統(tǒng)102內(nèi)用于檢測(cè)檢測(cè)器106的響應(yīng)。優(yōu)選將例如激光器的高強(qiáng)度單色光源作為光源100，但是與波長(zhǎng)選擇器(聲光可調(diào)濾光器，單色儀等)耦合的其他類(lèi)型的光源(例如，鎢燈，氙閃光燈等)也適合作為光源100工作。
在示于圖1的實(shí)施例中，光源100被調(diào)制。該調(diào)制可以通過(guò)調(diào)制探測(cè)手征光學(xué)系統(tǒng)的輸入光束的光強(qiáng)、波長(zhǎng)或偏振態(tài)(即，ω)來(lái)完成。該調(diào)制理想地為正弦波，但是在本發(fā)明的其他實(shí)施例中使用其他類(lèi)型的調(diào)制信號(hào)也是可能的。例如，當(dāng)檢測(cè)器固有地將頻帶限制為抑制從方波信號(hào)的調(diào)制譜產(chǎn)生的不需要的更高階信號(hào)時(shí)，光源100可以由方波調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生脈動(dòng)。由此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很快地理解，調(diào)制的類(lèi)型和速率的選擇是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)者根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)所進(jìn)行的經(jīng)驗(yàn)選擇。
手征光學(xué)系統(tǒng)102在圖1中示出為也經(jīng)過(guò)調(diào)制。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)102優(yōu)選利用若干種已知的誘導(dǎo)光學(xué)效應(yīng)(即，磁光[法拉第效應(yīng)，Voigt效應(yīng)，Cotton-Mouton效應(yīng)]、電光[克爾效應(yīng)，Pockels效應(yīng)])或光彈性進(jìn)行調(diào)制，以將系統(tǒng)102直接調(diào)制到與該被調(diào)制的探測(cè)光束不同的頻率(即，φ)。
該被調(diào)制的探測(cè)光束的透射光從手征光學(xué)系統(tǒng)102內(nèi)的樣品單元(未示出)射出，并穿過(guò)分析偏振器元件104(例如，Nicol棱鏡，Glan-Laser偏振器，Glan-Thompson偏振器，Glan-Foucault偏振器，Wollaston棱鏡，Rochon棱鏡等)。從偏振器104透射的光撞擊非線(xiàn)性檢測(cè)器106，例如平方律檢測(cè)器(例如，光電二極管，雪崩光電二極管，光電倍增管等)，在其中光被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)108。該兩個(gè)調(diào)制頻率在檢測(cè)器106處混合并在電輸出信號(hào)108中獲得互調(diào)制的邊頻帶。于是，輸出信號(hào)108的頻譜可以通過(guò)頻譜分析儀110可視地觀察，其向觀察者示出了與補(bǔ)償信號(hào)108的分量(例如在特定互調(diào)制的頻率的信號(hào)的電平)相關(guān)的不同頻率的振幅。在吸收性手征光學(xué)效應(yīng)，例如圓偏振二向色性，的情況下，可以省略出射偏振器元件104。
除了對(duì)基頻φ的弱的手征光學(xué)信號(hào)施加大的增益之外，觀察在互調(diào)制邊頻帶頻率處的手征光學(xué)相關(guān)信號(hào)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，在邊頻帶頻率處的觀察能夠避免在任一驅(qū)動(dòng)頻率基礎(chǔ)(即，ω和φ)的噪聲，該噪聲趨于是由于系統(tǒng)電子設(shè)備的拾取而引起的噪聲。其次，盡管現(xiàn)代化的通信常規(guī)地使用超外差法來(lái)對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行向下調(diào)制以更易于分析(例如，φ-ω)，但是也可以將本發(fā)明的實(shí)施例中相加邊頻帶用于獲得比在某些手征光學(xué)系統(tǒng)(例如，法拉第旋轉(zhuǎn))中獲得的更高的調(diào)制速率。因此，這些相加邊頻帶可以進(jìn)一步改善1/f噪聲的抑制，該噪聲通常干擾通過(guò)經(jīng)由其他技術(shù)允許在更高頻率處觀察的分析測(cè)量(例如，鎖相檢測(cè)，同步檢測(cè)，雙鎖相檢測(cè)器(例如在Phillip R.Gibbs的美國(guó)臨時(shí)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.06/568104中所披露的，其標(biāo)題為“Double Reference Lock-in Detector”))。另外，手征光學(xué)系統(tǒng)102的直接調(diào)制是利用鎖相分析以再現(xiàn)信號(hào)的優(yōu)選模式，因?yàn)樗P(guān)注的信號(hào)(即，自然的和誘導(dǎo)的旋光性)被直接調(diào)制為將較少的噪聲引入所關(guān)注的測(cè)量特性。
存在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的幾種手征光學(xué)外差系統(tǒng)。第一類(lèi)型利用與其他裝置耦合的輸入光振幅的直接調(diào)制來(lái)對(duì)光束的手征光學(xué)特性進(jìn)行調(diào)制，以探測(cè)包含手征物質(zhì)的樣品。這些系統(tǒng)表現(xiàn)出對(duì)現(xiàn)有手征光學(xué)分析技術(shù)的較簡(jiǎn)單的改進(jìn)。
第二類(lèi)手征光學(xué)外差系統(tǒng)對(duì)輸入光振幅進(jìn)行調(diào)制、并對(duì)樣品單元的手征光學(xué)特性直接進(jìn)行調(diào)制。通常，可以?xún)?yōu)選對(duì)所關(guān)注的系統(tǒng)進(jìn)行直接調(diào)制(在這種情況下，樣品腔包含手征物質(zhì))，因?yàn)楫?dāng)檢測(cè)分析物的手征光學(xué)特性時(shí)，其可以提供更好或更優(yōu)化的噪聲抑制。
第三類(lèi)手征光學(xué)外差系統(tǒng)對(duì)輸入探測(cè)光束的手征光學(xué)特性(例如，線(xiàn)性偏振態(tài))進(jìn)行調(diào)制，并對(duì)包含該樣品的系統(tǒng)的手征光學(xué)特性分開(kāi)調(diào)制。這些系統(tǒng)由于最佳噪聲抑制而是優(yōu)選的，因?yàn)檫@些系統(tǒng)具有最高的RMS光功率，并使光學(xué)增益最大化。每個(gè)這些類(lèi)型系統(tǒng)的若干個(gè)實(shí)例用磁光、電光、聲光和光彈性調(diào)制來(lái)描述。
更詳細(xì)地考慮這些類(lèi)型或種類(lèi)的手征光學(xué)外差系統(tǒng)，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用手征光學(xué)外差法的分析儀器的實(shí)例。其可以被稱(chēng)作改進(jìn)的磁光對(duì)映異構(gòu)體檢測(cè)器或MOPED設(shè)備?，F(xiàn)在參考圖2，激光器200產(chǎn)生提供到偏振器202的探測(cè)光束。然后，通過(guò)頻率為ω的信號(hào)212用法拉第調(diào)制器204對(duì)探測(cè)光束的輸入線(xiàn)性偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制。在可選實(shí)施例中，法拉第調(diào)制器204可以被設(shè)置在樣品單元206之后，而不是在樣品單元206之前。樣品單元206是用于容納樣品分析物并同時(shí)被暴露以進(jìn)行進(jìn)一步地調(diào)制的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，樣品單元206容納懸浮在溶劑中的分析物，同時(shí)透過(guò)樣品單元(以及溶劑內(nèi)的分析物)施加探測(cè)光束，并將附加的調(diào)制施加到該探測(cè)光束。在所示實(shí)施例中，以類(lèi)似的方式(法拉第旋轉(zhuǎn))對(duì)樣品單元206直接進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)通過(guò)頻率為φ的信號(hào)214調(diào)制的樣品的維爾德常數(shù)和自然旋光性獲得調(diào)制了的手征光學(xué)信號(hào)。
分析偏振器208接收來(lái)自樣品單元206的合成探測(cè)光束，但是其不是聚焦透鏡或其他光學(xué)聚焦元件。相反，偏振器208將該光束分為兩個(gè)分離部分。在一個(gè)實(shí)施例中，該分析偏振器208是Wollaston偏振器，其產(chǎn)生彼此正交的兩個(gè)反向耦合的信號(hào)光束。該光束從偏振器208射出并被設(shè)置在平衡光接收器216內(nèi)該光束前面的兩個(gè)光電檢測(cè)器216截取。利用光接收器216內(nèi)的光電檢測(cè)器觀察這兩光束，產(chǎn)生具有高共模抑制比(CMRR)的平方律檢測(cè)器。在所示實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)頻率φ和ω與鎖相檢測(cè)器210內(nèi)的鎖相內(nèi)部基準(zhǔn)，例如電壓控制振蕩器(未示出)或信號(hào)合成器(未示出)，同步，用于邊頻帶上的準(zhǔn)確相位測(cè)定。
當(dāng)將分析偏振器208設(shè)置為使得一個(gè)光束相對(duì)于輸入偏振為零度時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)合成的互調(diào)制信號(hào)的分析獲得線(xiàn)性相關(guān)于樣品的維爾德常數(shù)的頻率(即，φ+ω)和線(xiàn)性相關(guān)于自然旋光性α的頻率(即，φ+2ω)。這兩種類(lèi)型的信號(hào)為研究者提供有用的分析信息。當(dāng)將分析儀設(shè)置為使得一個(gè)光束相對(duì)于輸入偏振為45°時(shí)，對(duì)合成的互調(diào)制信號(hào)的分析仍然獲得相關(guān)于樣品的維爾德常數(shù)和自然旋光性α的頻率，但是該關(guān)系相反(即，現(xiàn)在φ+2ω線(xiàn)性相關(guān)于維爾德)。邊頻帶在45°和零度處對(duì)維爾德和旋光性的頻率關(guān)系如下表1和2所示。
表1.在45°分析儀設(shè)置下的互調(diào)制邊頻帶相關(guān)性

表2.在零度分析儀設(shè)置下的互調(diào)制邊頻帶相關(guān)性

下面示出的表3和4示出了當(dāng)對(duì)激光器功率進(jìn)行調(diào)制時(shí)互調(diào)制邊頻帶相關(guān)性的實(shí)例。在表4中舉例說(shuō)明的實(shí)施例中，來(lái)自激光器調(diào)制的基頻僅與激光器功率強(qiáng)度相關(guān)，并且是偏振器內(nèi)非理想消光系數(shù)的結(jié)果。對(duì)于激光束中的功率波動(dòng)，可以將這一事實(shí)用于使旋光度(例如，f+w，f-w)和維爾德信號(hào)(例如，2f+w，2f-w)歸一化，功率波動(dòng)顯示為在再現(xiàn)信號(hào)中的倍增噪聲。通過(guò)在DSP中的后處理可以使用這些信號(hào)的對(duì)數(shù)比和在w的功率測(cè)量用于降低倍增噪聲。
表3.在45°分析儀設(shè)置下互調(diào)制邊頻帶與激光功率調(diào)制的相關(guān)性


表4.在零度分析儀設(shè)置下互調(diào)制邊頻帶與激光功率調(diào)制的相關(guān)性

為了獲得上面表4所示的響應(yīng)，在光路中在Wollaston偏振器208之前可能需要使用另一偏振器(圖2中未示出)。以這種方式，對(duì)于CMRR仍然將Wollaston偏振器208用于45度分離，但是如同在零度下被觀察地那樣響應(yīng)。
示例操作模式利用相對(duì)于該輸入偏振器設(shè)置為零度的樣品光束之一來(lái)操作。在這種情況下，基頻對(duì)從光接收器216輸出的信號(hào)(即，在圖2的實(shí)例中為ω和φ)的構(gòu)成中消失，并且在樣品單元206內(nèi)的調(diào)制器線(xiàn)圈上的任何諧波畸變被從對(duì)檢測(cè)器輸出信號(hào)的構(gòu)成中有利地消除。由此，將相對(duì)大的光學(xué)調(diào)制作為輸出信號(hào)中的主要信號(hào)除去，留下光學(xué)調(diào)制的二次諧波作為輸出信號(hào)的頻譜中的主要信號(hào)?？梢詫⒃撔盘?hào)用于使在所關(guān)注的其他信號(hào)上的光強(qiáng)波動(dòng)的影響歸一化。
對(duì)于在零偏振器角度處可獲得的互調(diào)制信號(hào)，φ+ω和φ+2ω是所關(guān)注的最強(qiáng)的信號(hào)，并且由于更高的調(diào)制速率，其優(yōu)于利用相減的邊頻帶(φ-ω和φ-2ω)。圖2所示的改進(jìn)的MOPED裝置的額外益處是不需要移動(dòng)部件。不需要吸收中心以表現(xiàn)維爾德或自然旋光性，由此本技術(shù)廣泛地應(yīng)用于過(guò)去對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)說(shuō)很困難的化學(xué)物質(zhì)(例如，碳水化合物，弱旋光性，低ee％，高ee雜質(zhì)＞99.5ee％)。
精確觀察由于所關(guān)注的化學(xué)物質(zhì)所引起的維爾德信號(hào)的微小改變的一個(gè)潛在復(fù)雜性可能是來(lái)自該溶劑的相對(duì)大的背景值。該大的背景信號(hào)可以在對(duì)由于該分析物引起的信號(hào)的鎖相分析之前通過(guò)與有源噪聲消除類(lèi)似的處理來(lái)移除，并且該處理是單獨(dú)的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的主題，其標(biāo)題為“Active Single Frequency Background Taring for Magneto-OpticalAnalysis”，其與本申請(qǐng)同時(shí)提交，并且此處將其全文引為參考。由此，在零度設(shè)置的情況下，將新的參數(shù)φ′+ω′用于維爾德常數(shù)相對(duì)于溶劑的改變，其中將該溶劑的構(gòu)成有效地減少到零。因此，(φ+2ω/ω′+φ′)×(φ+2ω的相位)的比值與樣品的ee％線(xiàn)性相關(guān)，因?yàn)楣鈱W(xué)相關(guān)信號(hào)(φ+2ω)對(duì)于濃度變化(φ′+ω′)被歸一化。
該比值是固有特性并且不與光源的光強(qiáng)波動(dòng)相關(guān)，因?yàn)棣?2ω和ω′+φ′兩信號(hào)與光強(qiáng)線(xiàn)性相關(guān)。當(dāng)該比值是固有特性時(shí)，在沒(méi)有外部標(biāo)準(zhǔn)的情況下可以比較樣品的相對(duì)ee％純度。(ω′+φ′/2ω)×(φ′+ω′的相位)的比值與樣品的維爾德常數(shù)相對(duì)于溶劑的改變線(xiàn)性相關(guān)，并且與光源的光強(qiáng)波動(dòng)不相關(guān)。由此，可以將維爾德常數(shù)測(cè)量應(yīng)用于追蹤濃度，但是研究者還有利地獲得了分析物的維爾德常數(shù)相對(duì)于載流流體的附加信息，其提供了超出簡(jiǎn)單的濃度測(cè)量的其它信息。
在由加拿大安大略省的Maplesoft of Waterloo發(fā)布的稱(chēng)作MAPLESOFT 9.0的計(jì)算機(jī)程序中模擬了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的示例改進(jìn)的MOPED設(shè)備的系統(tǒng)響應(yīng)。該模擬實(shí)施例利用公開(kāi)的乳酸和水的對(duì)映異構(gòu)體的常數(shù)來(lái)研究哪個(gè)互調(diào)制邊頻帶會(huì)提供用于對(duì)映異構(gòu)體比值測(cè)量的分析信息(Surma，M.，Molecular Physics，1999，96(3)429-433)。根據(jù)該模擬，圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例系統(tǒng)響應(yīng)隨對(duì)映異構(gòu)體比值變化的數(shù)據(jù)表。
現(xiàn)在參考示于圖3中的數(shù)據(jù)表，當(dāng)對(duì)映異構(gòu)體比值改變時(shí)(％R+，在該情況下的乳酸)，與在法拉第調(diào)制器和該樣品調(diào)制器上的基本驅(qū)動(dòng)頻率(在分別為φ和ω的情況下)的結(jié)合相對(duì)應(yīng)的邊頻帶φ+ω是不變量。然而，如圖4所示，相同的邊頻帶隨著濃度線(xiàn)性地改變。與該基礎(chǔ)樣品頻率φ和法拉第調(diào)制的二次諧波ω相關(guān)聯(lián)的邊頻帶表現(xiàn)為隨著對(duì)映異構(gòu)體的比值而線(xiàn)性改變，并且對(duì)于外消旋混合物通過(guò)零。因此，取(φ+2ω)/(φ+ω)的比值獲得與樣品的對(duì)映異構(gòu)體比值線(xiàn)性相關(guān)的信號(hào)。
另外，對(duì)于系統(tǒng)噪聲，比值測(cè)量提供了額外的噪聲消除程度。由于該比值對(duì)固有特性進(jìn)行測(cè)量，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員將很快理解，當(dāng)不能提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)人們能夠比較樣品的相對(duì)ee％純度(例如，最高比值具有最高的ee％)。系統(tǒng)的其他邊頻帶也可以包含有用的信息，例如φ-ω和φ-2ω信號(hào)以及更弱更高階的項(xiàng)(例如，2φ+2ω)。對(duì)映異構(gòu)體的標(biāo)記(例如，左旋性和右旋性)取決于用于雙參考數(shù)字鎖相分析的邊頻帶對(duì)內(nèi)部參考波的相對(duì)相位。
示于圖3和4的示例系統(tǒng)響應(yīng)由下面的公式限定檢測(cè)器輸出(V)＝系統(tǒng)響應(yīng)(1/W)*通過(guò)量功率(W)*檢測(cè)器響應(yīng)度(A/W)*檢測(cè)器阻抗(V/A或歐姆)*增益在第一實(shí)例中，其中對(duì)于1000ppm濃度的乳酸(含水88％)的曲線(xiàn)中的數(shù)據(jù)，典型的Si光電二極管響應(yīng)度＝.4A/W，期望的通過(guò)量功率＝.01W，商業(yè)上的光接收器檢測(cè)器阻抗＝100歐姆，并且將增益設(shè)置為可選擇。從而，對(duì)于1000ppm的25％ee R乳酸，從零開(kāi)始的±40度的法拉第調(diào)制(見(jiàn)圖9中的點(diǎn)B，其參考了來(lái)自美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)60/510209的類(lèi)似的圖，該申請(qǐng)的標(biāo)題為“Differential Optical Technique for Chiral Analysis”)，對(duì)于1000ppm該模擬系統(tǒng)的響應(yīng)為1.6e-4(1/W)(對(duì)于1ppm為1.6e-7(1/W))。對(duì)于1ppm乳酸，利用這些值得到1.6e-7*.01*.4*100*增益＝64nV*增益。由于數(shù)字鎖相能夠容易地檢測(cè)nV范圍內(nèi)的信號(hào)，并且在鎖相之前可以將電子增益施加到檢測(cè)器輸出，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，對(duì)于這種MOPED測(cè)量，可容易地獲得對(duì)手征分子的ppm靈敏性。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的手征光學(xué)外差系統(tǒng)或設(shè)備的實(shí)例示于圖5中。現(xiàn)在參考圖5中所示實(shí)例，在偏振器202處偏振化之前對(duì)激光器200進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，并且該調(diào)制的手征光學(xué)系統(tǒng)用作法拉第調(diào)制器204和樣品單元206(虛線(xiàn)框500)。設(shè)想激光器200可以用多種信號(hào)調(diào)制，包括但不局限于正弦信號(hào)、方波或脈沖。在所示實(shí)施例中，法拉第調(diào)制器204優(yōu)選如同諧振電路被正弦調(diào)制。如果當(dāng)對(duì)激光器200或法拉第調(diào)制器204進(jìn)行調(diào)制時(shí)利用正弦以外的波形，那么應(yīng)當(dāng)注意，諧波成分邊頻帶并不與分析的信號(hào)頻率相重疊。因此，激光強(qiáng)度被調(diào)制，并且手征光學(xué)系統(tǒng)(例如系統(tǒng)500)由法拉第調(diào)制器204和樣品單元206構(gòu)成。
外差偏振計(jì)圖5所示的實(shí)施例利用了平衡光電檢測(cè)器216作為檢測(cè)器。結(jié)果，可以有效地抑制由于激光調(diào)制所引起的共模信號(hào)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，也可以利用例如單端檢測(cè)器的其他檢測(cè)器。
通常將偏振器202和208設(shè)置在零位置(例如，在Wollaston偏振器208的一個(gè)臂上圖9中的位置B)，并且來(lái)自法拉第調(diào)制器204的基頻φ的基頻信號(hào)如先前所注意到的那樣消失了(注意圖5中的標(biāo)志φ和ω)。在該零位置，檢測(cè)到的φ的信號(hào)為零。然而，檢測(cè)的2φ和2φ+ω的信號(hào)為非零，并且與激光強(qiáng)度相關(guān)。另外，當(dāng)采用平衡檢測(cè)方案時(shí)，ω是零，從而如果在樣品單元中不存在手征物質(zhì)，則在φ+ω的相加互調(diào)制邊頻帶的檢測(cè)信號(hào)將為零。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在基頻的噪聲拾取常常妨礙滿(mǎn)足在先系統(tǒng)的零標(biāo)準(zhǔn)φ＝0。由此，由于通過(guò)在邊頻帶的觀察抑制噪聲，因此利用φ+ω＝0的標(biāo)準(zhǔn)能夠更有效地使系統(tǒng)清零。另外，通常在φ觀察到的弱的光學(xué)信號(hào)通過(guò)對(duì)激光強(qiáng)度的大調(diào)制ω而被放大(實(shí)現(xiàn)光學(xué)增益)。系統(tǒng)對(duì)激光漂移、散射、吸收以及長(zhǎng)時(shí)間的輸出強(qiáng)度波動(dòng)的相關(guān)性也可以通過(guò)使φ+ω信號(hào)除以2φ+ω來(lái)歸一化。
如前所述，也可以利用較低的或相減互調(diào)制邊頻帶，但是對(duì)于利用鎖相檢測(cè)器抑制1/f噪聲，一般，更高的頻率(即，相加互調(diào)制邊頻帶)通常是所需要的。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在某些更靠近這些更高頻率處出現(xiàn)不想要的中間頻率的實(shí)施例中，可能需要使用較低的或相減互調(diào)制邊頻帶(根據(jù)調(diào)制信號(hào)標(biāo)記，例如，w-f和w-2f或φ-ω和φ-2ω)。
這是對(duì)過(guò)去僅利用恒定光源和在法拉第調(diào)制器上施加單一頻率調(diào)制的系統(tǒng)以及僅利用2φ諧波信號(hào)來(lái)使強(qiáng)度波動(dòng)歸一化的系統(tǒng)的改進(jìn)。
外差圓偏振二向色性檢測(cè)器所關(guān)注的另一手征特性是圓偏振二向色性(CD)。當(dāng)吸收中心與手征中心電接觸、并且被表示為一個(gè)圓偏振化的波形(例如，左圓偏振化的)的優(yōu)先吸收時(shí)，產(chǎn)生該現(xiàn)象。與通常在固定的或窄帶波長(zhǎng)處實(shí)現(xiàn)的偏振計(jì)相比，CD測(cè)量需要寬帶光源以便優(yōu)化最大CD信號(hào)的輸入波長(zhǎng)。這可以通過(guò)聲光可調(diào)濾光器(AOTF)實(shí)現(xiàn)，其能夠迅速地在其可調(diào)范圍內(nèi)選擇波長(zhǎng)并且還可以獨(dú)立地對(duì)透射強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。
圖6示出聲光可調(diào)濾光器，例如AOTF 602，其用于從寬帶光源601選擇輸入波長(zhǎng)并對(duì)輸入強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。通過(guò)AOTF 602來(lái)調(diào)制光強(qiáng)/波長(zhǎng)，并且手征光學(xué)系統(tǒng)600由Pockels單元調(diào)制器604和樣品單元606構(gòu)成。當(dāng)用1/4波電壓614對(duì)Pockels單元604進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，Pockels單元604用于對(duì)在全右旋偏振光和左旋偏振光之間(橢圓偏振在中間)交替的輸入線(xiàn)偏振光的相位進(jìn)行調(diào)制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，Pockels單元604具有很高的調(diào)制速率(2.5×1010Hz)，但是在實(shí)踐中調(diào)制速率可以被限制到獲得適于該鎖相分析的頻率的速率。
在圖6所示的實(shí)例中，由調(diào)制信號(hào)ω612引起的光調(diào)制作為平衡檢測(cè)引起的共模噪聲被有效地消除。在該施加的1/4波電壓(r-cpl和l-cpl)下，將對(duì)輸入圓偏振的調(diào)制在光接收器216內(nèi)的兩個(gè)檢測(cè)器之間等分。由此，在φ的信號(hào)被有效地消除，并且2φ信號(hào)表現(xiàn)得與偏振計(jì)情況類(lèi)似。當(dāng)CD活性物質(zhì)出現(xiàn)在樣品單元內(nèi)時(shí)，再次出現(xiàn)在φ和φ+ω的信號(hào)。在2φ+ω的信號(hào)僅與透射光強(qiáng)度相關(guān)，并且能夠用于使來(lái)自輸入寬帶源601的光波動(dòng)歸一化，從而獲得g因子，該g因子是與物質(zhì)的手征純度相關(guān)的固有特性。如果在測(cè)量波長(zhǎng)處的消光系數(shù)已知，那么2φ+ω互調(diào)制信號(hào)也可以用于測(cè)量物質(zhì)的濃度。在其中大多數(shù)光被吸收處的高濃度下，可能需要在鎖相分析之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行額外的電子放大。
外差克爾常數(shù)檢測(cè)器圖7示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有與樣品調(diào)制耦合的光振幅調(diào)制并且利用克爾效應(yīng)的電光現(xiàn)象的示例手征光學(xué)設(shè)備?，F(xiàn)在參考圖7，直接調(diào)制激光輸入強(qiáng)度，并在具有克爾單元設(shè)置的電場(chǎng)內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行調(diào)制(電場(chǎng)垂直于光束)。手征光學(xué)系統(tǒng)由對(duì)樣品單元的克爾單元直接調(diào)制構(gòu)成。
克爾效應(yīng)以施加的電場(chǎng)的平方來(lái)標(biāo)度，并且有效地充當(dāng)透射光偏振態(tài)的可變波片?？藸枂卧囊粋€(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)高調(diào)制頻率(1×1010Hz)的能力。因?yàn)榧す庖簿哂懈哒{(diào)制速率，所以當(dāng)施加兩個(gè)高頻率調(diào)制時(shí)，也可以利用相減邊頻帶對(duì)鎖相分析進(jìn)行下調(diào)制測(cè)量。與難以獲得高頻率調(diào)制的法拉第調(diào)制方案相比這可以是一優(yōu)點(diǎn)。除了利用相減邊頻帶能夠允許簡(jiǎn)單的低通濾光窄化輸入帶寬之外，還允許在鎖相分析之前施加更大的信號(hào)增益。
外差Cotton-Mouton常數(shù)檢測(cè)器圖8示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有與樣品調(diào)制耦合的光偏振態(tài)調(diào)制并利用Cotton-Mouton效應(yīng)(即，克爾效應(yīng)的磁模擬)的示例手征光學(xué)設(shè)備。現(xiàn)在參考圖8，將Cotton-Mouton效應(yīng)用于對(duì)樣品單元206進(jìn)行調(diào)制，并且通過(guò)利用光彈性調(diào)制器(PEM)804的光彈性效應(yīng)由信號(hào)812對(duì)輸入光偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制。可以將PEM 804用于對(duì)輸入光的線(xiàn)性狀態(tài)或圓偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制。在所示實(shí)施例中，將PEM用作線(xiàn)偏振態(tài)調(diào)制器，因?yàn)镃otton-Mouton效應(yīng)是一種線(xiàn)性態(tài)偏振效應(yīng)。直接調(diào)制激光輸入強(qiáng)度，并且在具有與樣品單元206相關(guān)的克爾單元設(shè)置的電場(chǎng)(電場(chǎng)垂直于光束)內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行調(diào)制。來(lái)自激光器700的光強(qiáng)/波長(zhǎng)可以通過(guò)聲光可調(diào)濾光器(未示出)進(jìn)行調(diào)制。
基于對(duì)此處披露的本發(fā)明說(shuō)明書(shū)和實(shí)踐的考慮，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很清楚本發(fā)明的其他實(shí)施例。傾向于認(rèn)為該說(shuō)明和實(shí)例僅僅是示例的，并且本發(fā)明實(shí)際的范圍和精神通過(guò)下面的權(quán)利要求示出。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)樣品的手征特性的方法，包括產(chǎn)生以第一調(diào)制頻率ω調(diào)制的光束；以第二調(diào)制頻率φ對(duì)該光束進(jìn)行調(diào)制；在非線(xiàn)性光電檢測(cè)器處接收所述被調(diào)制的光束；以及從所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器的混合輸出分析至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率，以確定所述樣品的手征特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述接收步驟還包括通過(guò)分析偏振器接收所述被調(diào)制的光束，所述分析偏振器將來(lái)自所述被調(diào)制的光束的分離光束提供到所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述接收步驟還包括通過(guò)分析偏振器接收所述被調(diào)制的光束，所述分析偏振器將所述被調(diào)制的光束的第一部分提供到所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器內(nèi)的第一檢測(cè)器，并且將所述被調(diào)制的光束的第二部分提供到所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器的第二檢測(cè)器，其中所述第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器用作為平衡光接收器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中第一調(diào)制信號(hào)的所述頻率ω和第二調(diào)制信號(hào)的所述頻率φ與接收所述光接收器的輸出的鎖相檢測(cè)器的頻率基準(zhǔn)同步。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述第一調(diào)制信號(hào)是大的光學(xué)調(diào)制信號(hào)，而所述第二調(diào)制信號(hào)是更弱的關(guān)注的手征光學(xué)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括，在接收步驟之前，將所述被調(diào)制的光束的第一部分和所述被調(diào)制的光束的第二部分清零，以便對(duì)于所述分析步驟減去由所述第一調(diào)制信號(hào)和第二調(diào)制信號(hào)構(gòu)成的基頻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述分析步驟還包括，在一組相加互調(diào)制邊頻帶的一個(gè)或更多個(gè)處選擇性地分析所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述分析步驟還包括在頻率為φ+ω的相加互調(diào)制邊頻帶處選擇性地分析所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述分析步驟還包括在頻率為φ+2ω的相加互調(diào)制邊頻帶處選擇性地分析所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述分析步驟還包括在一組相減互調(diào)制邊頻帶中的一個(gè)或更多個(gè)處選擇性地分析所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述分析步驟還包括分析互調(diào)制邊頻帶級(jí)的比值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中分析所述互調(diào)制邊頻帶級(jí)的比值(φ+2ω)/(φ+ω)，獲得與所述樣品的手征特性線(xiàn)性相關(guān)的信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述樣品的手征特性是所述樣品的對(duì)映異構(gòu)體的比值。
14.一種用于測(cè)量樣品的手征光學(xué)特性的設(shè)備，包括第一調(diào)制器，其以ω的頻率在探測(cè)光束上施加第一調(diào)制；第二調(diào)制器，其以φ的頻率在所述探測(cè)光束上施加第二調(diào)制；以及非線(xiàn)性光電檢測(cè)器，其混合所述第一調(diào)制與所述第二調(diào)制，以分析在互調(diào)制邊頻帶處的頻率分量，所述互調(diào)制邊頻帶的級(jí)與所述樣品的手征光學(xué)特性相關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述第一調(diào)制器對(duì)所述探測(cè)光束施加光學(xué)調(diào)制。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其中所述第二調(diào)制器對(duì)所述探測(cè)光束施加系統(tǒng)偏振調(diào)制。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，還包括分析偏振器，其在所述第二調(diào)制器之后接收所述探測(cè)光束，并將分離的光束提供到所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器還包括第一檢測(cè)器，其接收所述分離的光束的第一部分；以及第二檢測(cè)器，其接收所述分離的光束的第二部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其中具有所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器的所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器是平衡光接收器。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，還包括鎖相檢測(cè)器，其用于接收從所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器輸出的信號(hào)，并為所述第一調(diào)制器和所述第二調(diào)制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其中所述第一調(diào)制信號(hào)的頻率ω和所述第二調(diào)制信號(hào)的頻率φ與所述鎖相檢測(cè)器的頻率基準(zhǔn)同步。
22.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述第一調(diào)制信號(hào)是大的光學(xué)調(diào)制信號(hào)，而所述第二調(diào)制信號(hào)是更弱的關(guān)注的手征光學(xué)信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器是平方律檢測(cè)器。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的設(shè)備，其中所述分析偏振器用于對(duì)所述分離的光束的所述第一部分和所述分離的光束的第二部分清零，以便在所述光接收器處減去由所述第一調(diào)制信號(hào)和第二調(diào)制信號(hào)構(gòu)成的所述基頻。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的設(shè)備，其中所述光接收器用于在相加互調(diào)制邊頻帶處對(duì)頻率分量進(jìn)行選擇性分析。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的設(shè)備，其中所述光接收器用于在頻率為φ+ω的所述相加互調(diào)制邊頻帶處對(duì)頻率分量進(jìn)行選擇性分析。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的設(shè)備，其中所述光接收器用于在頻率為φ+2ω的所述相加互調(diào)制邊頻帶處對(duì)頻率分量進(jìn)行選擇性分析。
28.根據(jù)權(quán)利要求24的設(shè)備，其中所述光接收器用于在相減互調(diào)制邊頻帶處對(duì)頻率分量進(jìn)行選擇性分析。
29.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述非線(xiàn)性光電檢測(cè)器是能夠?qū)フ{(diào)制邊頻帶級(jí)的比值進(jìn)行分析的光接收器的部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的設(shè)備，其中所述光接收器還能夠?qū)フ{(diào)制邊頻帶級(jí)的比值(φ+2ω)/(φ+ω)進(jìn)行分析，以獲得與所述樣品的手征特性線(xiàn)性相關(guān)的信號(hào)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的設(shè)備，其中所述樣品的手征特性是所述樣品的對(duì)映異構(gòu)體比值。
32.一種用于檢測(cè)樣品中的分析物的至少一個(gè)手征特性的方法，包括當(dāng)將所述樣品暴露于以第二調(diào)制頻率φ調(diào)制的磁場(chǎng)時(shí)，使以第一調(diào)制頻率ω調(diào)制的偏振光束穿過(guò)所述樣品；檢測(cè)來(lái)自非線(xiàn)性光電檢測(cè)器的混合輸出的至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率；以及根據(jù)所述檢測(cè)的至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率的參數(shù)，確定所述樣品內(nèi)的所述分析物的至少一個(gè)手征特性。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述參數(shù)是所述檢測(cè)的至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率的振幅和相位中的至少一個(gè)。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，還包括，在所述檢測(cè)步驟之前，使所述偏振光束的所述基頻分量的至少部分清零的步驟。
35.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述檢測(cè)步驟還包括，利用平衡光接收器內(nèi)的多個(gè)非線(xiàn)性檢測(cè)器檢測(cè)所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率。
36.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率是相加互調(diào)制邊頻帶頻率。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率是φ+ω的相加互調(diào)制邊頻帶頻率。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率是φ+2ω的相加互調(diào)制邊頻帶頻率。
39.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶頻率是相減互調(diào)制邊頻帶頻率。
40.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述確定步驟還包括，分析多個(gè)相加互調(diào)制邊頻帶頻率級(jí)的比值。
41.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述確定步驟還包括，分析多個(gè)相加互調(diào)制邊頻帶頻率級(jí)的比值(φ+2ω)/(φ+ω)，以獲得與所述樣品的手征特性線(xiàn)性相關(guān)的信號(hào)。
42.一種用于測(cè)量樣品的手征光學(xué)特性的設(shè)備，包括第一調(diào)制信號(hào)源，其產(chǎn)生頻率為ω的第一調(diào)制信號(hào)；第二調(diào)制信號(hào)源，其產(chǎn)生頻率為φ的第二調(diào)制信號(hào)；耦合到所述第一調(diào)制信號(hào)源的光源，所述光源被所述第一調(diào)制信號(hào)調(diào)制，以提供探測(cè)光束；耦合到所述第二調(diào)制信號(hào)源的法拉第調(diào)制器，所述法拉第調(diào)制器能夠接收所述探測(cè)光束，以響應(yīng)于所述第二調(diào)制信號(hào)將附加的調(diào)制施加到所述探測(cè)光束上；樣品單元，其耦合到所述法拉第調(diào)制器的輸出，用于接收所述探測(cè)光束、并使所述樣品單元內(nèi)的所述樣品暴露于所述探測(cè)光束；以及非線(xiàn)性光電檢測(cè)器，其檢測(cè)與所述第一調(diào)制信號(hào)的頻率ω和所述第二調(diào)制信號(hào)的頻率φ相關(guān)的至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶，所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶的級(jí)與所述樣品的手征光學(xué)特性相關(guān)。
43.一種用于測(cè)量樣品的手征光學(xué)特性的設(shè)備，包括第一調(diào)制信號(hào)源，其產(chǎn)生頻率為ω的第一調(diào)制信號(hào)；第二調(diào)制信號(hào)源，其產(chǎn)生頻率為φ的第二調(diào)制信號(hào)；提供探測(cè)光束的寬帶光源；聲光可調(diào)濾光器，其接收所述探測(cè)光束，并能夠根據(jù)所述第一調(diào)制信號(hào)對(duì)所述探測(cè)光束進(jìn)行調(diào)制；耦合到所述第二調(diào)制信號(hào)源的Pockels單元調(diào)制器，所述Pockels單元調(diào)制器能夠接收所述探測(cè)光束，以響應(yīng)于所述第二調(diào)制信號(hào)將附加的調(diào)制施加到所述探測(cè)光束上；樣品單元，其耦合到所述Pockels單元調(diào)制器的輸出，用于接收所述探測(cè)光束，并使所述樣品單元內(nèi)的所述樣品暴露于所述探測(cè)光束；以及非線(xiàn)性光電檢測(cè)器，其檢測(cè)與所述第一調(diào)制信號(hào)的頻率ω和所述第二調(diào)制信號(hào)的頻率φ相關(guān)的至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶，所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶的級(jí)與所述樣品的手征光學(xué)特性相關(guān)。
44.一種用于測(cè)量樣品的手征光學(xué)特性的設(shè)備，包括第一調(diào)制信號(hào)源，其產(chǎn)生頻率為ω的第一調(diào)制信號(hào)；第二調(diào)制信號(hào)源，其產(chǎn)生頻率為φ的作為克爾單元調(diào)制信號(hào)的第二調(diào)制信號(hào)；耦合到所述第一調(diào)制信號(hào)源的光源，所述光源被所述第一調(diào)制信號(hào)調(diào)制以提供探測(cè)光束；耦合到所述克爾單元調(diào)制信號(hào)的樣品單元，所述樣品單元能夠在使所述樣品單元內(nèi)的所述樣品暴露于所述探測(cè)光束時(shí)，接收所述探測(cè)光束，以響應(yīng)于所述第二調(diào)制信號(hào)將附加的調(diào)制施加到所述探測(cè)光束上；以及非線(xiàn)性光電檢測(cè)器，其檢測(cè)與所述第一調(diào)制信號(hào)的頻率ω和所述第二調(diào)制信號(hào)的頻率φ相關(guān)的至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶，所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶的級(jí)與所述樣品的手征光學(xué)特性相關(guān)。
45.一種用于測(cè)量樣品的手征光學(xué)特性的設(shè)備，包括第一調(diào)制信號(hào)源，其產(chǎn)生頻率為ω的第一調(diào)制信號(hào)；第二調(diào)制信號(hào)源，其產(chǎn)生頻率為φ的作為Cotton-Mouton調(diào)制信號(hào)的第二調(diào)制信號(hào)；光源，其提供探測(cè)光束；耦合到所述第一調(diào)制信號(hào)的法拉第調(diào)制器，所述法拉第調(diào)制器能夠接收所述探測(cè)光束，以響應(yīng)于所述第一調(diào)制信號(hào)將調(diào)制施加到所述探測(cè)光束上；耦合到所述Cotton-Mouton調(diào)制信號(hào)的樣品單元，所述樣品單元能夠在將所述樣品單元內(nèi)的所述樣品暴露于所述探測(cè)光束時(shí)，接收所述探測(cè)光束，以響應(yīng)于所述Cotton-Mouton調(diào)制信號(hào)將附加的調(diào)制施加到所述探測(cè)光束上；以及非線(xiàn)性光電檢測(cè)器，其檢測(cè)與所述第一調(diào)制信號(hào)的頻率ω和所述第二調(diào)制信號(hào)的頻率φ相關(guān)的至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶，所述至少一個(gè)互調(diào)制邊頻帶的級(jí)與所述樣品的手征光學(xué)特性相關(guān)。
全文摘要
一種用于改進(jìn)對(duì)樣品的手征特性的檢測(cè)的設(shè)備和方法，其首先以第一調(diào)制頻率ω的探測(cè)光束調(diào)制，并用第二調(diào)制頻率φ進(jìn)一步調(diào)制。非線(xiàn)性光電檢測(cè)器使該第一調(diào)制與該第二調(diào)制混合以在互調(diào)制邊頻帶處分析頻率分量，該非線(xiàn)性光電檢測(cè)器可以包括多個(gè)檢測(cè)器部分以形成平衡接收器，其中該互調(diào)制邊頻帶級(jí)與該樣品的手征光學(xué)特性相關(guān)。該互調(diào)制邊頻帶可以為相加邊頻帶或相減邊頻帶?？梢詫㈡i相檢測(cè)器用于接收從該非線(xiàn)性光電檢測(cè)器輸出的信號(hào)并產(chǎn)生不同調(diào)制頻率的調(diào)制信號(hào)。另外，該非線(xiàn)性光檢測(cè)器可以對(duì)該互調(diào)制邊頻帶級(jí)的比值，例如(φ+2ω)/(φ+ω)，進(jìn)行分析，以獲得與該樣品的該手征特性線(xiàn)性相關(guān)的信號(hào)。
文檔編號(hào)G01N21/21GK101052868SQ200580026830
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者P·R·吉布斯, J·D·畢布 申請(qǐng)人:斯埃諾公司