專利名稱：喇曼輻射的測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及喇曼輻射的測量。
背景技術(shù)：
喇曼輻射起因于非彈性散射。當(dāng)單色激勵(lì)輻射被引向物體材料時(shí)，諸如分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的低能模式，引起該單色輻射的波長中小的偏移。每一偏移又成為材料中每種分子的特征，因而材料中的分子能夠被識別。
喇曼輻射是出了名地難以測量的，因?yàn)樗鄬τ诩?lì)輻射的強(qiáng)度非常低且它與激勵(lì)輻射幾乎同時(shí)到達(dá)檢測器。此外，激勵(lì)輻射引起也與喇曼輻射同時(shí)的熒光輻射，而熒光輻射的壽命在納秒范圍。陷波濾波器常常被采用，以盡可能有效地阻擋掉激勵(lì)輻射而不過度地衰減其他波長。喇曼輻射也已經(jīng)用檢測器前面的光柵裝置從熒光輻射分離。例如，光學(xué)上受控的克耳門可以被置于檢測器前面。該克耳門當(dāng)它處于透明狀態(tài)時(shí)讓光輻射通過，而當(dāng)它處于不透明狀態(tài)時(shí)，它阻擋光輻射。該克耳門例如能夠用從激光器來的光控制脈沖切換到透明狀態(tài)，且在該光控制脈沖持續(xù)期間，該克耳門保持在透明狀態(tài)。在該光控制脈沖結(jié)束時(shí)，克耳門返回到不透明狀態(tài)。該克耳門能夠重復(fù)地被光控制脈沖切換到透明狀態(tài)一段有數(shù)皮秒不精確度的需要的時(shí)間周期。這樣，激勵(lì)輻射和熒光輻射二者能夠被有效地抑制，而喇曼輻射能夠被檢測。代替克耳門，圖像增強(qiáng)器可以對應(yīng)地被置于諸如CXD攝像機(jī)(電荷耦合裝置)的檢測器前面。亦稱晶片管(wafer tube)或鄰近聚焦增強(qiáng)器的圖像增強(qiáng)器，作為其上有大于一千伏電壓的光電倍增管操作。除了放大接收的輻射外，該圖像增強(qiáng)器能夠以兆赫范圍的頻率和數(shù)百皮秒的門周期被接通和斷開。然而，存在與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的問題。克耳門的占空因數(shù)是低的，因?yàn)榭硕T透明狀態(tài)的重復(fù)率通常小于一千赫，這樣使測量變得不實(shí)用。克耳門的操作還必需高能光脈沖，這樣極大地限制從同一光源引向被測量物體的光脈沖的能量。相應(yīng)地，該圖像增強(qiáng)器由于形成遠(yuǎn)超過1000V的短脈沖的困難和自相矛盾的要求而發(fā)生問題。諸如熱噪聲和電子倍增噪聲的背景噪聲，強(qiáng)烈限制信噪比并妨礙使用克耳門和圖像增強(qiáng)器的測量。這兩種測量系統(tǒng)還復(fù)雜、昂貴和龐大，使它們只能在實(shí)驗(yàn)室使用。因此，需要有一種測量喇曼輻射的更好的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一方面，是提供如權(quán)利要求I指出的一種設(shè)備。按照本發(fā)明的另一方面，是提供如權(quán)利要求14指出的一種設(shè)備。按照本發(fā)明的另一方面，是提供如權(quán)利要求15指出的一種方法。本發(fā)明提供一些優(yōu)點(diǎn)。在檢測器前面不需要附加的選通裝置，且背景噪聲能夠被限制。該測量系統(tǒng)被電學(xué)地控制并能執(zhí)行在線喇曼輻射的測量。重復(fù)率主要受檢測元件的限制。


本發(fā)明的實(shí)施例只作為例子，參照附圖在下面描述，附圖中圖I示出光輻射與物質(zhì)的相互作用；圖2展示用于測量喇曼輻射的設(shè)備；圖3示出用于確定檢測結(jié)果的信號處理；圖4不出用于確定檢測結(jié)果的不同信號處理； 圖5示出不同操作的定時(shí)；圖6示出檢測元件的操作電壓的行為；圖7示出檢測元件的操作的不同模式；圖8示出驅(qū)動(dòng)檢測元件的電路圖9示出猝熄電路；和圖10示出該方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例是示例性的。雖然本說明書可以可以稱“某一”、“一個(gè)”、或“一些”實(shí)施例，但這樣不一定意味著每一這種稱謂是指同一實(shí)施例，或者意味著該特性只應(yīng)用于某個(gè)單獨(dú)實(shí)施例。不同實(shí)施例的單獨(dú)特性也可以被組合而給出其他的實(shí)施例。圖I示出光輻射與物質(zhì)之間相互作用的簡化原理。光輻射能夠被考慮成占據(jù)從約50nm到約500 μ m的波段。在瑞利(Rayleigh)散射100中，光子的吸收102與光子的發(fā)射104有相同能量。在光子的吸收中，總分子能量從正常能級108跳到激勵(lì)能級110。當(dāng)總分子能量從激勵(lì)能級110返回到正常能級108時(shí)，瑞利光子被發(fā)射?？偡肿幽芰康淖兓軌虮豢紤]成在分子中不同能態(tài)之間電子的移動(dòng)。正常能級108例如由于振動(dòng)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)模式，可以有若干子能級112、114、116，而在喇曼散射中，總分子能量可以返回不同的子能級112、114、116而不是它移動(dòng)前的子能級。當(dāng)吸收102比發(fā)射104有更高的能量時(shí)，發(fā)射的喇曼輻射是根據(jù)斯托克斯(Stokes)散射118，而當(dāng)吸收和發(fā)射的能量反過來時(shí)，發(fā)射的喇曼輻射是根據(jù)反斯托克斯散射120。圖2展示用于測量來自物體200的喇曼輻射的測量裝置。該測量裝置可以包括測量單元206和加法器208，測量單元206包含多個(gè)檢測元件2060至2064。此外，該測量裝置可以包括色散器202和控制器204。該加法器208可以有加法元件2080至2084，其中每一個(gè)與檢測元件2060至2064之一耦合，或者，該加法器208可以分別登記(register)不同檢測元件2060至2064中的檢測結(jié)果。色散器202可以是攝譜儀。色散器202可以從物體200接收光輻射，且該色散器202可以使不同波長，即不同能量的光子沿不同方向色散。該色散器202可以包括光柵或棱鏡,用于光福射的色散。色散器202可以把響應(yīng)至少一個(gè)光激勵(lì)脈沖所形成的喇曼輻射譜的不同波段210至214，引導(dǎo)到用于接收的不同檢測元件2060至2064。波段210至214的每一波段包括至少一種波長。一般說來，在波段210至214中，光子能量被限制在下極限和上極限內(nèi)，這些極限是已知的或預(yù)定的。色散器202可以引導(dǎo)瑞利輻射遠(yuǎn)離檢測元件2060至2064，和/或該瑞利輻射可以用陷波濾波器之類的強(qiáng)衰減從檢測中消除。為了適當(dāng)?shù)貦z測和登記喇曼輻射，或者是檢測元件2060至2064,或者是加法器208能夠被定時(shí)選通。還可能的是，把檢測元件2060至2064和加法器208 二者接通和斷開，以便啟動(dòng)定時(shí)選通和使檢測元件2060至2064復(fù)位。檢測元件2060至2064和/或加法器208，可以接收在檢測元件2060至2064中啟動(dòng)檢測結(jié)果登記的命令，以及接收在喇曼輻射期間或其后禁止登記的命令。該加法器208然后在至少兩個(gè)檢測元件中分別登記喇曼輻射的檢測結(jié)果，以便根據(jù)檢測結(jié)果給出關(guān)于物體的數(shù)據(jù)。
控制器204可以被用于控制檢測元件2060至2064在檢測中或檢測后的定時(shí)選通。該控制器204可以用電學(xué)方法命令加法器208處于登記狀態(tài)以啟動(dòng)登記。該控制器204還可以用電學(xué)方法命令加法器208處于非登記狀態(tài)以禁止登記來自檢測元件的檢測結(jié)
果O該控制器204可以用電學(xué)方法命令檢測元件2060至2064的每一個(gè)切換到檢測狀態(tài)，以便分別檢測每一激勵(lì)脈沖的喇曼輻射，并用電學(xué)方法命令檢測元件2060至2064的每一個(gè)在每一激勵(lì)脈沖的喇曼輻射期間或其后切換到非檢測狀態(tài)。在檢測狀態(tài)和非檢測狀態(tài)之間的切換，可以規(guī)則地和/或重復(fù)地與激勵(lì)脈沖同步地進(jìn)行。檢測元件2060至2064的每一個(gè)，可以在從控制器204收到切換至檢測狀態(tài)的命令之后，檢測被引導(dǎo)到其上的波段中的光子。檢測元件2060至2064的每一個(gè)，可以從控制器204接收切換到非檢測狀態(tài)的命令，且檢測元件2060至2064的每一個(gè)在收到該命令之后，停止檢測。該控制器204還可以控制檢測元件2060至2064中的登記。光輻射的光源216還可以控制定時(shí)選通。光輻射的光源216可以直接命令檢測元件2060至2064和/或加法器208啟動(dòng)登記。所以，光輻射的光源216可以在每一光激勵(lì)脈沖之后，直接命令檢測元件2060至2064和/或加法器208禁止登記。換種方式，光輻射的光源216可以獨(dú)立地?zé)o需控制器204的控制而發(fā)送光脈沖。在這種情形下，福射光源216可以在它每次發(fā)射光脈沖時(shí)向控制器204發(fā)送信號,而該控制器204可以命令檢測元件2060至2064和/或加法器208啟動(dòng)登記。所以，光輻射的光源216可以在每一光激勵(lì)脈沖之后，向控制器204發(fā)送信號。響應(yīng)來自光福射光源的信號的,控制器204可以命令檢測元件2060至2064和/或加法器208禁止登記。該設(shè)備此外可以包括被引向物體200的光輻射源216?？刂破?04可以命令該光輻射源216向物體200輸出光脈沖。該輻射源216可以是能夠在需要波長上輸出短脈沖的激光器。該激光器例如可以是操作在1064nm波長上的Nd: YAG (摻釹銥鋁石榴石)激光器。NdiYAG激光器的二次諧波(532nm)或更高次諧波，也可以使用。按照圖3，加法器208可以包括與檢測元件2060至2064的每一個(gè)耦合的比較器300和計(jì)數(shù)器302。檢測元件2060至2064例如可以是SPAD陣列(單光子雪崩二極管陣列)。每一比較器300把檢測元件2060至2064產(chǎn)生的電脈沖與預(yù)定閾值比較。該閾值能夠根據(jù)試驗(yàn)、模擬或理論，被設(shè)定在合適的電平。每一計(jì)數(shù)器302對越過該預(yù)定閾值的脈沖的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便確定每一波段中喇曼輻射的強(qiáng)度。加法器208另外可以包括與檢測元件2060至2064的每一個(gè)耦合的電荷存儲(chǔ)器400和測量單元402,如圖4所示。檢測元件2060至2064的每一個(gè)響應(yīng)每次檢測,把預(yù)定量的電荷饋送到電荷存儲(chǔ)器400。每一測量單元402測量與電荷存儲(chǔ)器400中總電荷關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，以便確定檢測元件2060至2064中與每一波段關(guān)聯(lián)的喇曼輻射的強(qiáng)度。喇曼輻射的強(qiáng)度可以依據(jù)檢測元件2060至2064中檢測結(jié)果的數(shù)量。電荷存儲(chǔ)器400可以包括至少一個(gè)電容器，而測量單元402可以是用于在該至少一個(gè)電容器上測量電壓的電路。圖5示出光脈沖與檢測元件2060至2064的相互作用500和檢測元件2060至2064的操作電壓502的周期的例子。水平軸是按任意標(biāo)度的時(shí)間T，而豎直軸代表測量的狀態(tài)。光脈沖與檢測元件2060至2064相互作用500的周期，可以連同控制器204的命令和/或光源216的光脈沖一起發(fā)生。該測量單元206可以在每一光脈沖與檢測元件2060至2064相互作用500的上升沿之前或在其上，被命令切換到檢測 狀態(tài)504。該測量單元206可以在離切換到檢測狀態(tài)的上升沿預(yù)定延時(shí)Tp之后，被命令切換到非檢測狀態(tài)506。測量狀態(tài)和非測量狀態(tài)之間的切換，例如可以按下面的方式進(jìn)行。控制器204可以在每一光脈沖與檢測元件2060至2064相互作用500的上升沿之前或在其上，命令測量單元206切換到檢測狀態(tài)504?？刂破?04還可以在離切換到檢測狀態(tài)的上升沿預(yù)定延時(shí)Tp之后，命令測量單元206切換到非檢測狀態(tài)506。代替控制器204，光輻射的光源216可以命令測量單元206切換到測量狀態(tài)和切換到非測量狀態(tài)。在測量狀態(tài)中，喇曼輻射的登記能夠通過登記喇曼光子實(shí)現(xiàn)。在這種情形下，檢測元件2060至2064處于檢測狀態(tài)而加法器204處于登記狀態(tài)。在非測量狀態(tài)，喇曼輻射的登記被停止。在該情形下，或者是檢測元件2060至2064處于非檢測狀態(tài)，或者是加法器208處于非登記狀態(tài)。還可能的是，檢測元件2060至2064處于非檢測狀態(tài)，而加法器208在該非測量狀態(tài)期間處于非登記狀態(tài)。在非測量狀態(tài)中，加法器208可以處于非登記狀態(tài)，但檢測元件2060至2064中至少一個(gè)可以處于檢測狀態(tài)，以便測量背景光輻射的量和質(zhì)。該背景輻射可以由熒光、日光。室內(nèi)照明等等產(chǎn)生。背景輻射的量和質(zhì)可以被用于校正喇曼輻射的測量結(jié)果和/或指導(dǎo)用戶降低或消除背景光輻射的惡化作用。圖6展示測量裝置的操作的例子。水平軸是時(shí)間T而豎直軸是振幅，兩者都按任意標(biāo)度。被饋送到檢測元件的操作電壓502，在非檢測狀態(tài)506期間，可以在零以上并略低于閾值Th，而該操作電壓在檢測狀態(tài)504期間，可以被設(shè)定并保持在該閾值Th以上。這樣會(huì)使檢測元件從一個(gè)狀態(tài)到一個(gè)新的狀態(tài)的切換更快。另外或此外，要把檢測元件2060至2064切換到非檢測狀態(tài)，控制器204或光輻射的光源216可以在離登記或檢測的開始預(yù)定延時(shí)Tp之后，命令加法器208停止登記來自檢測元件2060至2064的電脈沖。因此，該預(yù)定延時(shí)Tp能夠被考慮成定義測量狀態(tài)的時(shí)間窗口，該時(shí)間窗口可以是比檢測元件2060至2064的檢測狀態(tài)更短的時(shí)間周期。光輻射的光源216可以使用例如比500ps更短的時(shí)間窗口，以及例如大于數(shù)千赫的時(shí)間窗口重復(fù)率。該時(shí)間窗口與延時(shí)Tp相同。控制器204或光輻射的光源216可以觸發(fā)時(shí)間窗口與激勵(lì)光脈沖同時(shí)地打開和關(guān)閉。每一時(shí)間窗口也可以比500ps更短或更長。測量狀態(tài)的頻率可以完全不受限制。測量狀態(tài)的頻率可以高于100kHz，因?yàn)槔椛涞臋z測隨更高頻率變得更快。因此，該測量狀態(tài)的頻率可以在IMHz以上，甚或高于10MHz。高頻率和窄時(shí)間窗口是可行的，因?yàn)樗鼈儍H僅受檢測器的特征限制。頻率和時(shí)間窗口的長度二者可以對測量被固定，或者它們在測量期間可以被單獨(dú)或一起調(diào)整。該時(shí)間窗口可以規(guī)則地或不規(guī)則地被重復(fù)。
按脈沖模式檢測喇曼輻射，有效地過濾掉背景噪聲和熒光，因?yàn)闄z測或登記周期之外，既沒有光的也沒有電的脈沖被考慮。這是優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。背景噪聲可以包含測量系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱噪聲和照在測量系統(tǒng)的檢測元件上的背景光(陽光、燈光等等)。然后，從檢測狀態(tài)504的上升沿到下一個(gè)上升沿的時(shí)間Tf，例如平均地說，可以是10 μ s或更小。加法器208可以在多個(gè)檢測狀態(tài)504上，累計(jì)檢測元件2060至2064每一個(gè)中檢測結(jié)果的數(shù)量和/或強(qiáng)度。檢測元件2060至2064的每一個(gè)可以是光電二極管，諸如雪崩光電二極管。檢測 元件2060至2064的每一個(gè)另外可以是按蓋革模式起作用的單光子檢測器。這樣的檢測器把與光子的每一相互作用變換成電脈沖，無需光的或電的定時(shí)選通，諸如在檢測器前面的克耳門或圖像增強(qiáng)器。圖7展示雪崩模式和蓋革模式。兩種模式的二極管都由半導(dǎo)體材料制成，并有反向偏置的ρ-η結(jié)。在雪崩模式中，ρ-η結(jié)上的偏置電壓在擊穿電壓Vb以下。在雪崩模式中，偏置電壓越接近擊穿電壓Vb,放大率越聞。在蓋革模式中,ρ-η結(jié)上的偏置電壓在擊穿電壓Vb以上。在雪崩模式中，檢測裝置106的電輸出強(qiáng)度，線性地依賴于光輻射，即被檢測的光子數(shù)量。要使喇曼光子的登記更有效，可以使用蓋革模式。在蓋革模式中，檢測元件2060至2064對光輻射的響應(yīng)是非線性的，且單個(gè)光子可以引起該二極管向加法器208輸出強(qiáng)的電脈沖。在一實(shí)施例中，檢測元件2060至2064例如是SPAD陣列(單光子雪崩二極管陣列)。由檢測元件2060至2064根據(jù)每次被檢測的光子而產(chǎn)生的電脈沖，可以在比較器300中被進(jìn)一步處理，該比較器300可以用電學(xué)方法設(shè)定閾值。該閾值例如可以通過猝熄電路900，諸如AQC (有源猝熄電路)被設(shè)定。該設(shè)備可以包括信號處理單元118，它確定在波段210至214的至少兩個(gè)不同組中檢測結(jié)果的數(shù)量。一組波段包括至少一個(gè)波段。在一實(shí)施例中，該信號處理單元118確定與多個(gè)波段的每一波段關(guān)聯(lián)的檢測結(jié)果。因?yàn)槊恳徊ǘ伪灰驒z測元件2060至2064之一，而加法器208登記檢測元件2060至2064每一個(gè)中的檢測結(jié)果，所以該信號處理單元118可以確定檢測元件2060至2064每一個(gè)中的檢測結(jié)果，或者是按需要方式組合若干檢測元件的檢測結(jié)果。該信號處理單元218可以對于檢測元件206形成檢測結(jié)果的數(shù)量和/或強(qiáng)度分布，該分布相當(dāng)于檢測結(jié)果的數(shù)量或強(qiáng)度相對于喇曼光子的波長或能量的分布。根據(jù)在至少兩個(gè)檢測元件206中檢測結(jié)果的數(shù)量，信號處理單元118可以確定與物體關(guān)聯(lián)的性質(zhì)。在一實(shí)施例中，信號處理單元118可以根據(jù)不同檢測元件2060至2064中檢測結(jié)果數(shù)量的比較，識別物體中的材料。在一實(shí)施例中，信號處理單元118可以根據(jù)不同檢測元件2060至2064中檢測結(jié)果的數(shù)量，確定物體中材料的濃度。該設(shè)備可以包括顯示單元220，它可以是用于顯示圖形和/或文字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的顯示器。該顯示單元220可以是用戶接口的一部分，該用戶接口可以被用于輸入各種可調(diào)整參數(shù)，諸如光脈沖的重復(fù)頻率、光脈沖的持續(xù)時(shí)間、測量狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間(延時(shí)Tp)等等的數(shù)值。代替檢測結(jié)果的數(shù)量，喇曼輻射在不同檢測元件2060至2064中的強(qiáng)度可以被確定。該被確定的強(qiáng)度和/或被確定的強(qiáng)度相對于檢測元件2060至2064的分布，可以被用于確定物體200中的材料和/或至少一種材料的濃度。
如圖8所示，該設(shè)備可以包括斷開電路800，它在每一測量狀態(tài)結(jié)束時(shí)有效地驅(qū)動(dòng)檢測元件2060至2064的每一個(gè)到達(dá)非檢測狀態(tài)。然而，該斷開電路800不一定是必需的。代替把檢測元件2060至2064的每一個(gè)切換到非檢測狀態(tài)，檢測元件的電脈沖的登記,可以在控制器204的控制下，在計(jì)數(shù)器302中或在存儲(chǔ)器400中被停止一段與延時(shí)Tp的時(shí)間窗口重復(fù)率關(guān)聯(lián)的被控制的時(shí)間周期。該設(shè)備可以包括接通電路802，它有效地驅(qū)動(dòng)檢測元件2060至2064的每一個(gè)到達(dá)檢測狀態(tài)。該接通電路802加快檢測元件2060至2064的接通。圖9展示在一實(shí)施例中的猝熄電路900，在該實(shí)施例中，檢測元件2060至2064按蓋革模式被使用。當(dāng)光子按蓋革模式照射檢測元件時(shí)，該檢測元件在每次檢測之后有靜寂時(shí)間，在該靜寂時(shí)間內(nèi)，檢測元件不能檢測新的光子。該靜寂時(shí)間能夠用猝熄電路900縮短或消除，猝熄電路900可以是有源的或無源的。無源的猝熄電路可以像與檢測元件耦合的電阻器那樣簡單。該無源電路引起檢測元件的自猝熄。有源猝熄電路包括像晶體管一樣的至少一個(gè)有源部件。該有源猝熄電路對檢測元件的中斷進(jìn)行檢測，并向檢測元件輸出適當(dāng)?shù)囟〞r(shí)的電猝熄脈沖，以便使檢測元件迅速恢復(fù)到檢測狀態(tài)。該斷開電路800、接通電路802和/或猝熄電路900的使用，使短的時(shí)間窗口能夠使用，該用于檢測的短的時(shí)間窗口的長度，例如可以是lOOps。在喇曼輻射照射檢測元件之前例如Ins的背景噪聲的檢測，防止檢測元件在靜寂時(shí)間內(nèi)檢測該喇曼輻射。通過使用接通電路802和斷開電路800，靜寂時(shí)間的這種作用能夠被避免，因?yàn)樵摍z測元件可以在喇曼輻射照射之前，保持被切換在非檢測狀態(tài)中?？刂破?04可以是頗為簡單的電子電路，尤其是當(dāng)檢測元件的測量狀態(tài)與光輻射源216的激勵(lì)光脈沖同步地被觸發(fā)而打開和關(guān)閉的情形下。然而，控制器204和信號處理單元118還可以作為電子數(shù)字計(jì)算機(jī)被實(shí)現(xiàn)，它可以包括工作存儲(chǔ)器(RAM)、中央處理單元(CPU)、以及系統(tǒng)時(shí)鐘。該CPU可以包括一組寄存器、計(jì)算邏輯單元、以及控制單元。程序指令可以由編程語言編碼。用于控制檢測元件2060至2064和光輻射源216，以及執(zhí)行信號處理的計(jì)算機(jī)程序或多種計(jì)算機(jī)程序，可以被存儲(chǔ)在某種載體中，該載體可以是能承載程序的任一實(shí)物或裝置。這樣的載體包含，例如記錄媒體、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、電載波信號、電信信號、以及軟件分布包。視所需處理功率而定，該計(jì)算機(jī)程序可以在單獨(dú)的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，或者它可以在許多計(jì)算機(jī)中間分配。該設(shè)備的電子部件還可以按一種或多種集成電路，諸如專用集成電路ASIC實(shí)施。其他的硬件實(shí)施例也是可行的，諸如由分開的邏輯部件構(gòu)建的電路。這些不同實(shí)施方案的混合也是可行的。當(dāng)選擇實(shí)施方案的方法時(shí)，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員例如應(yīng)當(dāng)考慮該設(shè)備的大小和功率消耗的要求、必要的處理能力、生產(chǎn)成本、以及生產(chǎn)量。下一步，一種方法將參照圖10被描述。在步驟1000，響應(yīng)至少一個(gè)激勵(lì)脈沖所形成的喇曼輻射譜的不同波段，在不同檢測元件中被接收。在步驟1002，在檢測元件和/或加法器中接收啟動(dòng)喇曼輻射的登記的命令，以及在喇曼輻射期間或其后禁止喇曼輻射的登記的命令。在步驟1004，在至少兩個(gè)檢測元件中的每一激勵(lì)脈沖的喇曼輻射的檢測結(jié)果，被分開地在加法器中登記，以便根據(jù)檢測結(jié)果，給出關(guān)于物體的數(shù)據(jù)。該設(shè)備和該方法可以應(yīng)用于各種不同過程，這些過程例如可以在醫(yī)藥和造紙工業(yè)中被執(zhí)行。起作用的分子和/或它的存在可以被確定，且它在媒體中的濃度也可以被確定。該設(shè)備適合用于現(xiàn)場試驗(yàn)和在線測量，因?yàn)橹辽儆邢率隼碛芍坏捅尘霸肼?、熒光抑制、簡單性、小的尺寸、可靠性和低費(fèi)用。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員顯然知道，隨著技術(shù)的進(jìn)步，該創(chuàng)造性概念能夠以各種不同方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明和它的實(shí)施例不受上面描述的例子限制，而是可以在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種用于測量來自物體的喇曼輻射的設(shè)備，該設(shè)備包括 多個(gè)檢測兀件和一加法器； 每一檢測元件被配置成作為蓋革模式的單光子檢測器起作用，并接收和檢測由響應(yīng)被引向該物體的至少一個(gè)光激勵(lì)脈沖所形成的喇曼輻射譜的不同波段； 這些檢測元件和/或該加法器，被配置成 接收在檢測元件中啟動(dòng)檢測結(jié)果的登記的命令，并在該喇曼輻射期間或其后，接收禁止登記的命令；和 該加法器被配置成在至少兩個(gè)檢測元件中分別登記喇曼輻射的檢測結(jié)果，以便根據(jù)該檢測結(jié)果，給出關(guān)于物體的數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中該加法器被配置成響應(yīng)啟動(dòng)登記的命令，切換到登記狀態(tài)，且該加法器被配置成在該喇曼輻射期間或其后，響應(yīng)禁止登記的命令，切換到非登記狀態(tài)。
3.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中每一檢測元件被配置成響應(yīng)啟動(dòng)登記的命令，切換到檢測喇曼輻射的檢測狀態(tài)，且每一檢測元件被配置成在該喇曼輻射之后，響應(yīng)禁止登記的命令，切換到非檢測狀態(tài)。
4.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中該設(shè)備包括控制器，被配置成 命令該光輻射的光源向物體輸出光脈沖；命令每一檢測元件在估算的每一光脈沖與檢測元件的相互作用期間或其后，切換到檢測狀態(tài)；以及命令每一檢測元件在切換到檢測狀態(tài)以后的預(yù)定延遲之后，切換到非檢測狀態(tài)， 命令該檢測元件和/或加法器啟動(dòng)登記，和 命令該檢測元件和/或加法器禁止登記。
5.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中該設(shè)備包括光輻射的光源被配置成向物體輸出光脈沖，和 命令檢測元件和/或加法器啟動(dòng)登記，以及命令檢測元件和/或加法器禁止登記。
6.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中該設(shè)備包括色散器，被配置成從物體接收喇曼輻射和把該喇曼輻射譜的不同波段引導(dǎo)到不同的檢測元件。
7.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中該設(shè)備被配置成在短于500ps的時(shí)間窗口中，測量每一激勵(lì)脈沖的喇曼輻射的檢測結(jié)果，并以高于IOOkHz的頻率通過啟動(dòng)和禁止登記與激勵(lì)脈沖同步地重復(fù)該測量，而該加法器被配置成在多個(gè)時(shí)間窗口上累計(jì)該檢測結(jié)果的數(shù)量。
8.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中該加法器包括與每一檢測元件耦合的比較器和計(jì)數(shù)器，該比較器被配置成把由與之耦合的檢測元件產(chǎn)生的電脈沖與預(yù)定閾值比較，該計(jì)數(shù)器被配置成對越過該閾值的脈沖的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便確定每一波段中檢測結(jié)果的數(shù)量。
9.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中該加法器包括與每一檢測元件耦合的電荷存儲(chǔ)器和測量單元，該電荷存儲(chǔ)器被耦合到配置成響應(yīng)每一檢測結(jié)果把預(yù)定量的電荷饋送到電荷存儲(chǔ)器的檢測元件，而該測量單元被配置成測量與電荷存儲(chǔ)器中總電荷關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，以便確定每一波段中檢測結(jié)果的數(shù)量。
10.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中每一檢測元件是被配置成按蓋革模式起作用的單光子檢測元件。
11.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中該設(shè)備包括信號處理單元，被配置成確定在至少兩個(gè)波段中檢測結(jié)果的數(shù)量，并根據(jù)不同檢測元件中檢測結(jié)果的數(shù)量，確定與物體關(guān)聯(lián)的性質(zhì)。
12.權(quán)利要求11的設(shè)備，其中該信號處理單元被配置成根據(jù)不同波段中檢測結(jié)果的數(shù)量的比較，識別物體中的材料。
13.權(quán)利要求11的設(shè)備，其中該信號處理單元被配置成根據(jù)檢測元件中檢測結(jié)果的數(shù)量，確定物體中材料的濃度。
14.一種用于測量來自物體的喇曼輻射的設(shè)備，該設(shè)備包括 控制裝置、多個(gè)檢測裝置和加法裝置； 每一檢測裝置被配置成作為蓋革模式的單光子檢測器起作用，并接收和檢測響應(yīng)被引向該物體的至少一個(gè)光激勵(lì)脈沖所形成的喇曼輻射譜的不同波段； 該檢測裝置和/或加法裝置，被配置成 接收在檢測元件中啟動(dòng)檢測結(jié)果的登記的命令，并在該喇曼輻射期間或其后，接收禁止登記的命令；和 該加法裝置被配置成在至少兩個(gè)檢測裝置中分別登記喇曼輻射的檢測結(jié)果，以便根據(jù)該檢測結(jié)果，給出關(guān)于物體的數(shù)據(jù)。
15.一種用于測量來自物體的喇曼輻射的方法，該方法包括 在不同的檢測元件中，接收和檢測(1000)響應(yīng)至少一個(gè)蓋革模式的激勵(lì)脈沖所形成的喇曼輻射譜的不同波段的單光子； 在檢測元件和/或加法器中，接收(1002)在檢測元件中啟動(dòng)檢測結(jié)果的登記的命令以及在喇曼輻射期間或其后禁止登記的命令；和 在加法器中，分別登記(1004)在至少兩個(gè)檢測元件中喇曼輻射的檢測結(jié)果，以便根據(jù)該檢測結(jié)果，給出關(guān)于物體的數(shù)據(jù)。
16.權(quán)利要求15的方法，該方法還包括用色散器引導(dǎo)喇曼輻射譜的不同波段到不同檢測元件。
17.權(quán)利要求15的方法，該方法還包括響應(yīng)啟動(dòng)登記的命令，把加法器切換到喇曼輻射的登記狀態(tài)，并響應(yīng)禁止登記的命令，把加法器切換到非登記狀態(tài)。
18.權(quán)利要求15的方法,該方法還包括響應(yīng)啟動(dòng)登記的命令,把檢測元件切換到喇曼輻射的檢測狀態(tài)，并響應(yīng)禁止登記的命令，把檢測元件切換到非檢測狀態(tài)。
19.權(quán)利要求15的方法，該方法還包括用光輻射的光源，命令每一檢測元件和/或加法器啟動(dòng)登記，以及命令每一檢測元件禁止登記。
20.權(quán)利要求15的方法，該方法還包括 命令光福射的光源向物體輸出光脈沖，命令每一檢測兀件和/或加法器啟動(dòng)登記，以及命令每一檢測元件和/或加法器禁止登記。
21.權(quán)利要求15的方法，該方法還包括對每一激勵(lì)脈沖的喇曼輻射，設(shè)定短于500ps的時(shí)間窗口，并以高于IOOkHz的頻率通過啟動(dòng)和禁止登記，來重復(fù)該測量，以及在多個(gè)時(shí)間窗口上累計(jì)檢測結(jié)果的數(shù)量。
22.權(quán)利要求15的方法，該方法還包括用比較器，把耦合其上的檢測元件產(chǎn)生的電脈沖與預(yù)定閾值比較，并用計(jì)數(shù)器，對越過該閾值的脈沖的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便確定每一波段中檢測結(jié)果的數(shù)量。
23.權(quán)利要求15的方法，該方法還包括在加法器中，響應(yīng)每一檢測結(jié)果，用檢測元件把預(yù)定量的電荷饋送到電荷存儲(chǔ)器，并用測量單元，測量與電荷存儲(chǔ)器中總電荷關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，以便確定某一波段中檢測結(jié)果的數(shù)量。
24.權(quán)利要求15的方法，其中每一檢測元件是被配置成按蓋革模式起作用的單光子檢測元件。
25.權(quán)利要求15的方法，該方法還包括用信號處理單元，確定在至少兩個(gè)檢測元件中檢測結(jié)果的數(shù)量，并根據(jù)不同檢測元件中檢測結(jié)果的數(shù)量，確定與物體關(guān)聯(lián)的性質(zhì)。
26.權(quán)利要求25的方法，該方法還包括用信號處理單元，根據(jù)不同檢測元件中檢測結(jié)果的數(shù)量的比較，識別物體中的材料。
27.權(quán)利要求25的方法，該方法還包括用信號處理單元，根據(jù)檢測元件中檢測結(jié)果的數(shù)量，確定物體中材料的濃度。
全文摘要
喇曼輻射的測量。一種包括多個(gè)檢測元件和一加法器的設(shè)備。每一檢測元件接收和檢測響應(yīng)被引向該物體的至少一個(gè)光激勵(lì)脈沖所形成的喇曼輻射譜的不同波段。該檢測元件和/或加法器，接收在檢測元件中啟動(dòng)檢測結(jié)果的登記的命令以及在喇曼輻射期間或其后禁止登記的命令。該加法器分別登記在至少兩個(gè)檢測元件中喇曼輻射的檢測結(jié)果，以便根據(jù)該檢測結(jié)果，給出關(guān)于物體的數(shù)據(jù)。
文檔編號G01J3/36GK102639977SQ201080052872
公開日2012年8月15日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者J·滕胡寧, J·科斯塔莫瓦拉 申請人:國家技術(shù)研究中心Vtt, 奧盧大學(xué)