DE4343663C1 - Vorrichtung zur polarisationsempfindlichen Spektroskopie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur polari­ sationsempfindlichen Spektroskopie insbesondere einer stark streuenden Probe mit einer Lichtquelle, deren Ausgangslicht in wesentlichen linear polarisiert ist und eine zu untersuchende Probe beaufschlagt, mit einem der Probe nachgeordneten Polarisationsanalysator, wobei der Polarisationsanalysator bezüglich der Polarisations­ richtung des Ausgangslichtes der Lichtquelle im wesent­ lichen gekreuzt eingestellt ist, mit einem licht­ empfindlichen Probenstrahldetektor und mit einer dem Probenstrahldetektor nachgeschalteten Auswerteeinheit.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der Druckschrift "Laserspektroskopie: Grundlagen und Techniken" von W. Demtröder, erschienen im Springer-Verlag, Berlin im Jahr 1993 auf Seite 301 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird das Ausgangslicht eines durchstimmbaren Einmoden-Lasers in einen schwachen, linear polarisierten Probenstrahl und einen intensiven, zirkular polarisierten Pumpstrahl aufgespalten. Der Probenstrahl beaufschlagt eine Probe über einen Eingangspolarisator, dessen Transmissions­ achse so eingestellt ist, daß der Probenstrahl mit maximaler Intensität transmittiert wird. Der von der Probe transmittierte Lichtanteil des Probenstrahles fällt durch einen gekreuzt zu dem Eingangspolarisator eingestellten Polarisationsanalysator auf einen licht­ empfindlichen Detektor. Der Pumpstrahl durchläuft die Probe in einer zu der Einfallsrichtung des Proben­ strahles entgegengesetzten Richtung.

Der zirkular polarisierte Pumpstrahl induziert durch Absorption in der Probe optische Übergänge, wodurch eine vom thermischen Gleichgewicht abweichende Besetzung von Molekülzuständen erzeugt ist. Beim Durchgang des linear polarisierten Probenstrahles durch die nunmehr aniso­ trope Probe ist die Polarisationsebene des trans­ mittierten Lichtanteiles des Probenstrahles gegenüber der Polarisationsebene des einfallenden Probenstrahles gedreht, so daß der lichtempfindliche Detektor durch den vorgeschalteten, gekreuzten Polarisationsanalysator nun­ mehr ein der Intensität des Lichtanteiles mit einer gegenüber der einfallenden Polarisationsrichtung ge­ drehten Polarisationsebene zugeordnetes Meßsignal detek­ tiert. Das Meßsignal ist durch den in entgegengesetzter Richtung zu dem Probenstrahl eingekoppelten Pumpstrahl Doppler-frei, so daß Absorptionslinien mit ihren homo­ genen Linienbreiten auflösbar sind.

Obwohl mit einer derartigen Vorrichtung spektroskopische Daten mit einer hohen Genauigkeit erfaßbar sind, weist sie insbesondere bei streuenden Proben den Nachteil auf, daß das Meßsignal durch depolarisiertes Streulicht einen hohen Untergrund aufweist, der bei einer stark streuen­ den Probe beispielsweise um Größenordnungen höher als das Meßsignal selbst sein kann. Aus diesem Grunde ist diese Vorrichtung zweckmäßig nur zur Untersuchung von im wesentlichen transparenten Proben einsetzbar.

Aus der DE 36 43 108 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen immunologischer Reaktionen mittels phasenmodulierten Lichtes bekannt, bei der zur Messung einer Antigen/Antikörper-Reaktion ein linear polarisierter Laserlichtstrahl in einen ersten und einen zweiten Strahl aufgeteilt wird. Der zweite Laserlicht­ strahl wird mittels eines optischen Phasenmodulators mit einer Frequenz phasenmoduliert. Der phasenmodulierte zweite Laserlichtstrahl fällt zusammen mit durch agglutinierte, optisch anisotrope Tellchen gestreutem Licht über einen Analysator auf einen Photodetektor, wobei die Polarisationsebene des Analysators recht­ winklig zu der Polarisationsebene des linear polari­ sierten zweiten Laserlichtstrahles steht. Da die Phase des durch nicht agglutinierte Teilchen mehrfach in Vor­ wärtsrichtung gestreuten Lichtes nach Zufallsgesetzen schwankt, die Phase des einmal an agglutinierten Teilchen gestreuten Lichtes jedoch in einer festen Phasenbeziehung zu der Phase des Laserlichtstrahles steht, ist es möglich, selektiv diejenige Licht­ komponente nachzuweisen, die durch die agglutinierten Teilchen nur ein einziges Mal gestreut worden sind. Auf diese Weise ist es möglich, immunologische Reaktionen zu vermessen. Allerdings ist die Genauigkeit der Messung lediglich bei im Verhältnis zu dem mehrfach gestreuten Lichtanteil intensivem einfach gestreutem Lichtanteil zufriedenstellend. Stark streuende Proben sind somit nur äußerst eingeschränkt vermeßbar.

Aus der DE 38 16 755 A1 ist eine Vorrichtung zum be­ rührungslosen Erfassen der durch Ultraschallwellen verursachten Oberflächenauslenkung eines Prüflings bekannt, bei der von einem auf dem Prüfling durch Laser­ einstrahlung erzeugten Lichtfleck reflektiertes Licht in einen Referenzarm und einen Verzögerungsarm einer Inter­ ferometeranordnung eingespeist ist. Im Verzögerungsarm der Interferometeranordnung ist eine frequenz­ verschiebende Zelle angeordnet, mit deren Hilfe ein Trägersignal an dem Ausgang eines Photodetektors erzeug­ bar ist, der von dem Ausgangslicht des Referenzarmes und des Verzögerungsarmes beaufschlagt ist. Das Trägersignal ist infolge der Oberflächenauslenkung des Prüflings phasenmoduliert, so daß tieferfrequente Störsignale der Phasenmodulation vom Nutzsignal der höherfrequenten Ultraschallwellen mit einer Demodulationsstufe abtrenn­ bar sind.

Aus der DE 39 14 631 A1 ist ein Verfahren zur Unter­ suchung der physikalischen Eigenschaften dünner Schichten bekannt, bei dem polarisiertes Licht über eine beispielsweise durch ein Prisma gebildete Kopplungs­ anordnung in zu untersuchenden dünnen Schichten in Abhängigkeit der Kopplungsbedingungen mehr oder weniger starke Lichtleitermoden anregt. Die Intensität von an den zu untersuchenden dünnen Schichten reflektiertem Licht steht im umgekehrten Verhältnis zu der Stärke der Lichtleitermoden, so daß beispielsweise bei einer voll angeregten Lichtleitermode die Intensität des reflektierten Lichtes minimal ist. Auf diese Weise sind die dünnen Schichten lateral und vertikal untersuchbar. Eine Untersuchung stark streuender, nicht reflektiver dünner Schichten ist jedoch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zur polarisationsempfindlichen Spektroskopie insbesondere von stark streuenden Proben zu schaffen, die es gestattet, bei einem geringen apparativen Aufwand das im Vergleich zu dem Streuuntergrund kleine Meßsignal von einem intensiven Streusignal abzutrennen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Frequenzverschiebevorrichtung mit einer nach­ geschalteten Depolarisationsvorrichtung vorgesehen ist, in die ein Teil des Ausgangslichtes einer phasenstabilen Lichtquelle eingekoppelt ist, daß ein Teil des depolari­ sierten Ausgangslichtes der Frequenzverschiebe­ vorrichtung mit einem Teil des Ausgangslichtes der Lichtquelle überlagert einen lichtempfindlichen Referenzstrahldetektor beaufschlagt, daß ein weiterer Teil des depolarisierten Ausgangslichtes der Frequenz­ verschiebevorrichtung mit dem durch den Polarisations­ analysator durchgetretenen Licht überlagert den Proben­ strahldetektor beaufschlagt und daß die Ausgangssignale des Referenzstrahldetektors und des Probenstrahl­ detektors zwei Eingängen einer der Auswerteeinheit vorgeschalteten Signalmischvorrichtung zugeführt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls dadurch gelöst, daß das Ausgangslicht der Lichtquelle in einen Wellenleiter eingekoppelt ist, wobei der Wellenleiter wenigstens teilweise von der Probe umgeben ist.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen gestatten durch ihre Ausgestaltungen eine Trennung des Streulichtanteiles von dem durch korrelierte Wechselwirkungen mit der Probe erzeugten optischen Meßsignalanteiles in dem trans­ mittierten Probenstrahl.

Bei der erstgenannten Vorrichtung erfolgt die Trennung des Meßsignalanteiles von dem Streulichtanteil durch Mischen eines Referenzschwebungssignales und eines Probenschwebungssignales, wobei die durch Streuung erzeugten depolarisierten Lichtanteile mit einer stati­ stischen Verteilung der Phasenlage in dem trans­ mittierten Probenstrahl mittels der Signalmisch­ vorrichtung gegen den durch korrelierte Wechselwirkung phasenkorrelierten Meßsignalanteil abtrennbar sind.

Bei der zweitgenannten Vorrichtung ist durch Führen des Meßsignalanteiles in einem Wellenleiter eine Trennung von dem in alle Raumrichtungen statistisch verteilten Streulichtanteil erreicht, so daß das Ausgangslicht des Wellenleiters lediglich einen die Auswertung des Proben­ strahles im wesentlichen nicht beeinträchtigenden Streu­ lichtanteil aufweist.

Zum Unterdrücken von extrem hohen Streulichtanteilen ist es vorteilhaft, den mit der zu untersuchenden Probe umgebenen Wellenleiter in Verbindung mit der phasen­ korrelierten Detektion zu verwenden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nach­ folgenden Figurenbeschreibung. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur polarisationsempfindlichen Spektroskopie mit einer Signalmischvorrichtung zum Mischen von frequenzverschobenen Licht­ anteilen,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur polarisationsempfindlichen Spektroskopie mit einem teilweise von einer Probe umgebenen Schichtwellenleiter,

Fig. 3 einen Schichtwellenleiter mit aufgebrachten Gitterelementen und

Fig. 4 eine Anordnung zum Erfassen von aus einem Wellenleiter ausgekoppelten Meßsignalanteilen.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur polarisationsempfindlichen Spektroskopie zur Unter­ suchung von stark streuenden Proben wie beispielsweise Vollblut, in dem der Blutzuckeranteil oder die Konzen­ tration eines optisch aktiven Medikamentes zu bestimmen ist. Ein Laser 1 emittiert in diesem Ausführungsbeispiel linear vorpolarisiertes Ausgangslicht 2 mit einer festen Wellenlänge vorzugsweise zwischen etwa 600 Nanometer und etwa 1,3 Mikrometer. Die Kohärenzlänge beträgt wenig­ stens einige Meter.

Das Ausgangslicht 2 des Lasers 1 durchtritt einen mit seiner Transmissionsachse parallel zu der Polarisations­ richtung des Ausgangslichtes 2 eingestellten Polarisator 3, dessen linear polarisiertes Ausgangslicht 4 einen Polarisationsgrad von wenigstens etwa 10⁴ aufweist. Das Ausgangslicht 4 des Polarisators 3 fällt auf einen durch einen teildurchlässigen Spiegel gebildeten Referenz­ strahlteiler 5, der den Ausgangsstrahl 4 in einen reflektierten Referenzstrahl 6 und einen transmittierten Strahl 7 aufteilt. Der von dem Referenzstrahlteiler 5 transmittierte Strahl 7 fällt auf einen durch einen teildurchlässigen Spiegel gebildeten Eingangs­ mischstrahlteiler 8, der die Intensität des Strahles 7 in einen transmittierten Probenstrahl 9 und einen reflektierten Mischstrahl 10 aufteilt.

Der Referenzstrahl 6 ist mit dem Referenzstrahlteiler 5 auf einen durch einen teildurchlässigen Spiegel ge­ bildeten Referenzstrahlkoppler 11 gelenkt. Der Misch­ strahl 10 beaufschlagt einen beispielsweise akusto­ optischen Modulator 12, der die Frequenz des Mischstrahles 10 um einen Betrag verschiebt, der in etwa mindestens der vollen Linienbreite des Lasers 1 ent­ spricht. Das gegenüber dem eingekoppelten Mischstrahl 10 frequenzverschobene, linear polarisierte Ausgangslicht 13 des Modulators 12 fällt auf einen beispielsweise durch eine λ/4-Platte gebildeten Depolarisator 14, dessen Ausgangslicht 15 vorzugsweise zirkular depolari­ siert ist.

Das Ausgangslicht 15 des Depolarisators 14 fällt auf einen durch einen teildurchlässigen Spiegel gebildeten Ausgangsmischstrahlteiler 16, dessen reflektierter Lichtanteil 17 auf die reflektierende Seite des Referenzstrahlkopplers 11 fällt. Mit dem Referenzstrahl­ koppler 11 ist der linear polarisierte Referenzstrahl 6 mit dem Lichtanteil 17 des zirkular depolarisierten, frequenzverschobenen Mischstrahles 10 kollinear in einen Endreferenzstrahl 18 überlagerbar. Der Endreferenzstrahl 18 beaufschlagt einen Referenzstrahldetektor 19, der beispielsweise durch eine in dem Emissionsbereich des Lasers 1 empfindliche Photodiode gebildet ist.

Der von dem Eingangsmischstrahlteiler 8 transmittierte Probenstrahl 9 beaufschlagt über einen Umlenkspiegel 20 eine zu untersuchende Probe 21, die in diesem Aus­ führungsbeispiel aus Vollblut besteht. Das Vollblut ist in eine Küvette mit einer optischen Weglänge von etwa 1 Zentimeter abgefüllt. In dem zu untersuchenden Vollblut ist beispielsweise der Anteil an Blutzucker oder eines optisch aktiven Medikamentes in einer geringen Konzen­ tration zu untersuchen, wobei durch diese Substanzen die Polarisationsebene des einfallenden Probenstrahles 9 gedreht wird. Durch die geringe Konzentration der optisch aktiven Substanz beziehungsweise die kleine optische Aktivität ist es notwendig, eine verhältnis­ mäßig lange optische Weglänge vorzusehen, die jedoch einen sehr hohen Streulichtanteil zur Folge hat.

Das Ausgangslicht 22 der Probe 21 durchtritt einen Analysator 23, dessen Transmissionsachse im wesentlichen um 90 Grad gegenüber der Polarisationsrichtung des Ausgangslichtes 4 des Polarisators 3 eingestellt ist. Das Ausgangslicht 24 des Analysators 23 tritt durch einen durch einen teildurchlässigen Spiegel gebildeten Probenstrahlkoppler 25 durch. Der durch den Ausgangs­ mischstrahlteiler 16 transmittierte Lichtanteil 26 des frequenzverschobenen, zirkular depolarisierten Misch­ strahles 10 fällt über einen Umlenkspiegel 27 auf die reflektierende Seite des Probenstrahlkopplers 25, der das Ausgangslicht 24 mit dem Lichtanteil 26 kollinear zu einem Endprobenstrahl 28 überlagert. Der Endprobenstrahl 28 fällt auf einen beispielsweise durch eine auf die Wellenlänge des Lasers 1 abgestimmte Photodiode ge­ bildeten Probenstrahldetektor 29.

Das Ausgangssignal des Referenzstrahldetektors 19 ist einem Referenzsignalverstärker 30 einspeisbar, dessen Ausgangssignal einem ersten Eingang 31 eines Mischers 32 zugeführt ist. Das Ausgangssignal des Probenstrahl­ detektors 29 ist mit einem Probensignalverstärker 33 verstärkbar, dessen Ausgangssignal einem zweiten Eingang 34 des Mischers 32 eingespeist ist.

Das Ausgangssignal des Referenzstrahldetektors 19, dessen Bandbreite wenigstens der dem Modulator 12 einge­ speisten Frequenz entspricht, weist eine Differenz­ frequenz auf, die der Differenz der Frequenz des Aus­ gangslichtes 2 des Lasers 1 und der Frequenz des Aus­ gangslichtes 13 des Modulators 12 entspricht. Dieses an dem Eingang 31 des Mischers 32 anliegende Referenz­ differenzsignal ist phasenstarr an die Phase des Aus­ gangslichtes 2 des Lasers 1 gekoppelt.

Das Ausgangssignal des Probenstrahldetektors 29, dessen Bandbreite wenigstens der dem Modulator 12 eingespeisten Frequenz entspricht, weist eine aus der Frequenz des Ausgangslichtes 2 des Lasers 1 und der Frequenz des Ausgangslichtes 13 des Modulators 12 gebildete Differenzfrequenz auf. Dieses Probendifferenzsignal des Probenstrahldetektor 29 besteht aus einer Komponente, die durch korrelierte Wechselwirkung mit dem Proben­ strahl 9 in einer festen Phasenbeziehung zu dem Referenzdifferenzsignal des Referenzstrahldetektors 19 steht, und aus einer weiteren Komponente mit einer durch unkorrelierte Streuprozesse statistisch verteilten Phase. Dieser Anteil des Probendifferenzsignales des Probenstrahldetektors 29 mit einer statistisch ver­ teilten Phase ist durch den Mischer 32 herausmittelbar.

Zum Phasenabgleich des Ausgangssignales des Referenz­ strahldetektors 19 mit dem phasenfesten Anteil des Ausgangssignales des Probenstrahldetektors 29 ist an dem Mischer 32 über einen Phaseneingang 35 ein Phasen­ schieber 36 angeschlossen, mit dem die relative Phasen­ lage der an den Eingängen 31, 34 anliegenden Signale einstellbar ist.

Das an einem Ausgang 37 des Mischers 32 anliegende Ausgangssignal ist einem Tiefpaß 38 eingespeist, mit dem aus dem Ausgangssignal des Mischers 32 die Differenz­ frequenz herausfilterbar ist. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 38 ist zur weiteren Auswertung einem Signal­ prozessor 39 zugeführt, der beispielsweise in einer in Fig. 1 nicht dargestellten Ausgabeeinheit den Blut­ zuckeranteil in der aus Vollblut bestehenden Probe 21 anzeigt.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite Vorrichtung zur polarisationsempfindlichen Spektroskopie mit einem Laser 1, der bei etwa 1,2 Mikro­ meter linear vorpolarisiertem Ausgangslicht 2 emittiert. Das Ausgangslicht 2 des Lasers 1 weist in diesem Aus­ führungsbeispiel eine räumliche T₀₀-Mode auf. Das Aus­ gangslicht 2 tritt durch einen für diese Polarisations­ richtung auf maximale Transmission einjustierten Polari­ sator 3 durch. Das transmittierte Ausgangslicht 4 ist in einen offenen Schichtwellenleiter 40 eingekoppelt.

Der Schichtwellenleiter 40 ist auf ein Substrat 41 aufgebracht. Auf der dem Substrat 41 gegenüberliegenden Seite des Schichtwellenleiters 40 ist die zu unter­ suchende stark streuende Probe 21 als eine den Schicht­ wellenleiter 40 bedeckende Probenschicht 42 aufgebracht.

Die Ausbreitungsverhältnisse des Ausgangslichtes 4 in dem Schichtwellenleiter 40 sind einerseits von dem Brechungsindex des Substrates 41 und andererseits von den optischen Eigenschaften der ihn bedeckenden Proben­ schicht 42 abhängig. Der Schichtwellenleiter 40 ist ein Monomode-Wellenleiter. In dem an den Schichtwellenleiter 40 angrenzenden Bereich der Probenschicht 42 tritt bei­ spielsweise bei einer Probe 21 aus Vollblut eine An­ regung der Mode mit einer gegenüber der Polarisations­ richtung des Ausgangslichtes 4 gekreuzten Polarisation auf. Diese angeregte Mode koppelt in den Schichtwellen­ leiter 40 ein und wird geführt, während Streulicht 43 aufgrund der unkorrelierten Verteilung in alle Raum­ richtungen lediglich in einer das Meßsignal nicht wesentlich beeinträchtigenden Intensität in dem Schicht­ wellenleiter 40 geführt ist.

Das Ausgangslicht 44 des Schichtwellenleiters 40 durch­ tritt den Analysator 23, dessen maximale Transmissions­ richtung im wesentlichen rechtwinklig auf der Trans­ missionsrichtung des Polarisators 3 steht. Der von dem Analysator 23 transmittierte Lichtstrahl 45 beaufschlagt einen lichtempfindlichen Detektor 46, dessen Ausgangs­ signal über einen Meßverstärker 46′ der Auswerteeinheit 39 einspeisbar ist. Der in der Auswerteeinheit 39 abge­ legte Meßwert steht in einer eindeutigen Beziehung mit beispielsweise dem Blutzuckergehalt einer Probe 21 aus Vollblut, der somit in einfacher Weise bestimmt ist.

Fig. 3 zeigt ein auf den in Fig. 2 dargestellten Schichtwellenleiter 40 aufgebrachtes periodisches Gitter 47 aus mit einem Abstand 48 voneinander entfernten Gitterelementen 49, 50, mit dem die Intensität des Ausgangslichtes 44 des Schichtwellenleiters 40 erhöhbar ist. Der Abstand 48 zwischen zwei Gitterelementen 49, 50 des Gitters 47 ist so gewählt, daß er im wesentlichen der Kohärenzlänge L=(1/λ_TM-1/λ_TE)^-1 zwischen einer ein­ gestrahlten transversal-magnetischen (TM-) Mode und einer erzeugten transversal-elektrischen (TE-) Mode entspricht, wobei λ_TM für die Wellenlänge der TM-Mode und λ_TE für die Wellenlänge der TE-Mode steht.

Im sichtbaren Spektralbereich ergibt sich bei einem Unterschied der effektiven Brechzahlen der TM-Mode und der TE-Mode von etwa 2 Prozent der Abstand 48 zu wenigen 10 Mikrometer. Das als Kopplungsvorrichtung wirkende Gitter 47 ist so angeordnet, daß Bereiche mit möglicher destruktiver Kopplung der Moden mit der Fläche der Gitterelemente 49, 50 abgedeckt sind, so daß sich in den freiliegenden Zwischenbereichen das in dem Schicht­ wellenleiter 40 geführte Signal konstruktiv überlagert.

Fig. 4 zeigt schematisch einen auf das Substrat 41 aufgebrachten Schichtwellenleiter 40, dessen Dicke so gewählt ist, daß eine in diesem Ausführungsbeispiel über eine Eingangslichtleitfaser 49′ in den Schichtwellen­ leiter 40 eingekoppelte TE-Mode geführt ist, die durch korrelierte Wechselwirkung mit der Probenschicht 42 entstehende TM-Mode jedoch nicht in den Schichtwellen­ leiter 40 einkoppeln kann, sondern in diesem Aus­ führungsbeispiel über das Gitter 47 mit einem ver­ hältnismäßig kleinen Gitterabstand kollimiert aus dem Wellenleiter 40 auskoppelt. In einem gegenüber Fig. 4 abgewandelten Ausführungsbeispiel ist eine TM-Mode eingekoppelt, während durch entsprechende Ausgestaltung der Dicke des Schichtwellenleiters 40 die angeregte TE-Mode austritt.

Das in dem Wellenleiter 40 geführte Licht ist über eine Ausgangslichtleitfaser 50′ mit einem Referenz­ intensitätsdetektor 51 nachweisbar. Das kollimierte Ausgangslicht 52 ist mit einer Fokussierlinse 53 auf die Ausnehmung einer Lochblende 54 fokussierbar. Das durch die Lochblende 54 durchtretende Licht wird mit einer Abbildungslinse 55 durch den auf maximale Transmission für die TE-Mode eingestellten Analysator 23 hindurch auf einen Probenintensitätsdetektor 56 abgebildet. Die Intensitätsdetektoren 51, 56 sind über in Fig. 4 nicht dargestellte Signalverstärker an eine Auswerteeinheit angeschlossen.

Mit der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist das Streu­ licht mit räumlicher Filterung gegenüber dem kolli­ mierten Ausgangslicht 52 abtrennbar, so daß neben der Filterung über den Analysator 23 sowie der Moden­ filterung eine geometrische Streulichtunterdrückung erreichbar ist.

Für eine sehr hohe Unterdrückung von Streulicht ist es zweckmäßig, in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung den Probenstrahl 9 in einen in den Fig. 2, 3, 4 dar­ gestellten Schichtwellenleiter 40 einzukoppeln und mit dem in dem Schichtwellenleiter 40 geführten Ausgangs­ licht 44 oder aus dem Schichtwellenleiter 40 ausge­ koppelten Ausgangslicht 52 den Probenstrahlkoppler 25 zu beaufschlagen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur polarisationsempfindlichen Spektroskopie insbesondere einer stark streuenden Probe mit einer Lichtquelle (1), deren Ausgangslicht (2, 4) im wesentlichen linear polarisiert ist und eine zu untersuchende Probe (21) beaufschlagt, mit einem der Probe (21) nachgeordneten Polarisations­ analysator (23), wobei der Polarisationsanalysator (23) bezüglich der Polarisationsrichtung des Aus­ gangslichtes (2, 4) der Lichtquelle (1) im wesent­ lichen gekreuzt eingestellt ist, mit einem licht­ empfindlichen Probenstrahldetektor (29) und mit einer dem Probenstrahldetektor (29) nachgeschalteten Auswerteeinheit (39), dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenzverschiebevorrichtung (12) mit einer nachgeschalteten Depolarisationsvorrichtung (14) vorgesehen ist, in die ein Teil (10) des Ausgangs­ lichtes (2, 4) einer phasenstabilen Lichtquelle (1) eingekoppelt ist, daß ein Teil (17) des de­ polarisierten Ausgangslichtes (15) der Frequenz­ verschiebevorrichtung (12) mit einem Teil (6) des Ausgangslichtes (2, 4) der Lichtquelle (1) über­ lagert einen lichtempfindlichen Referenzstrahl­ detektor (19) beaufschlagt, daß ein weiterer Teil (26) des depolarisierten Ausgangslichtes (15) der Frequenzverschiebevorrichtung (12) mit dem durch den Polarisationsanalysator (23) durchgetretenen Licht (24) überlagert den Probenstrahldetektor (29) beauf­ schlagt und daß die Ausgangssignale des Referenz­ strahldetektors (19) und des Probenstrahldetektors (29) zwei Eingängen (31, 34) einer der Auswerte­ einheit (39) vorgeschalteten Signalmischvorrichtung (32) zugeführt sind.

2. Vorrichtung zur polarisationsempfindlichen Spektroskopie insbesondere einer stark streuenden Probe mit einer Lichtquelle (1), deren Ausgangslicht (2, 4) im wesentlichen linear polarisiert ist und eine zu untersuchende Probe (21, 42) beaufschlagt, mit einem der Probe (21) nachgeordneten Polari­ sationsanalysator (23), wobei der Polarisations­ analysator (23) bezüglich der Polarisationsrichtung des Ausgangslichtes (2, 4) der Lichtquelle (1) im wesentlichen gekreuzt eingestellt ist, mit einem lichtempfindlichen Probenstrahldetektor (46, 56) und mit einer dem Probenstrahldetektor (46, 56) nach­ geschalteten Auswerteeinheit (39), dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgangslicht (2, 4) der Licht­ quelle (1) in einen Wellenleiter (40) eingekoppelt ist, wobei der Wellenleiter (40) wenigstens teil­ weise von der Probe (21, 42) umgeben ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Aus­ gangslichtes (44, 52) des Wellenleiters (40) mit einem Teil (26) des depolarisierten Ausgangslichtes (15) der Frequenzverschiebevorrichtung (12) über­ lagert den Probenstrahldetektor (29) beaufschlagt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser (1) ist, der bei einer festen Wellenlänge im roten bis nahen infraroten Spektralbereich emittiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Laser (1) ein Polarisator (3) nachgeschaltet ist, mit dem das Ausgangslicht (2) des Lasers (1) linear polarisierbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalmischvor­ richtung (32) mit einem Regelsignal aus einem Phasenschieber (36) beaufschlagbar ist, mit dem die relative Phasenlage zwischen den an den Eingängen (31, 34) anliegenden Signalen einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter ein Schichtwellenleiter (40) ist, der zwischen einem Substrat (41) und der Probe (21, 42) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Wellenleiter (40) eine Kopplungsvorrichtung (47) aufgebracht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung ein Gitter (47) mit einem der reziproken Differenz der Kehrwerte der Wellenlängen der gekreuzten Moden entsprechenden Abstand ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgangslicht (2, 4) der Lichtquelle (1) im wesentlichen entweder eine transversal-elektri­ sche oder eine transversal-magnetische Mode anregbar ist und daß die Dicke des Wellenleiters (40) so gewählt ist, daß die angeregte Mode als kollineares Ausgangslicht (52) aus dem Wellenleiter (40) aus­ koppelbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das ausgekoppelte Ausgangslicht (52) über eine Abbildungsvorrichtung (53, 54, 55) mit einer räumlichen Filterung auf einen licht­ empfindlichen Detektor (29, 56) abbildbar ist.