Jelen fejezet egy jelölésmentes, optikai érzékelésre alkalmas ún. rácscsatolt interferométer jelátalakító prototípus megvalósításáról, illetve a vele végzett elsőrefraktometriai mérések eredményeiről számol be. Részletezi továbbá a műszerelrendezés felépítését, valamint a jelátalakító válaszjelének előállítására, rögzítésére és kiértékelésére hivatott mérőés vezérlő elektronikák és számítógépes algoritmusok működésének elvét is. A rácscsatolt interferométerrel végzett első, működést igazoló refraktometriai kísérletek bizonyítják, hogy a jelátalakító már e jelen fejezetben bemutatott kezdetleges állapotában is ~10-5-es érzékenységgel képes a törésmutató változásának nyomon követésére.
Ahogy az az „5. 2. Jelölésmentes érzékelők jelátalakítói” címűfejezetben bemutatásra került, a jelölésmentes optikai jelátalakítók számos tekintetben jobb alternatívát nyújtanak célmolekula - felismerőelem típusú folyamatok nyomon követésére és vizsgálatára, mint az egyéb, más elven működőtársaik. Láthattuk, hogy napjaink legsikeresebb és legelterjedtebb optikai jelátalakító eszközei főként a hullámvezetés és/vagy az interferometria rendkívüli érzékenységét kihasználva látják el feladatukat.
A jelölésmentes integrált optikai érzékelők elsőbemutatkozása óta, a hozzájuk kapcsolódó tudományterület intenzív kutatás és fejlesztés alatt áll. Mára már alkalmazási területük igen széleskörű; a gáz és páratartalom érzékelőktől, a refraktométereken át, a valós időben követett célmolekula - felismerőelem típusú kísérletekig terjed [9, 10, 11, 17]. Bár számos ilyen elven működő, kiváló érzékenységgel bíró vizsgálati módszerről olvashatunk a szakirodalomban, az igény egy kis költségvonzatú, felhasználóbarát eljárásra továbbra is kielégítetlen maradt.
Ennek okai lehetnek, hogy az ilyen típusú érzékelők nagy értékűalkatrészekből épülnek fel, nehezen beállíthatóak, vagy nem biztosítanak lehetőséget a párhuzamos mérésekre. Ezen kívül jellemzőrájuk, hogy, mivel mozgó alkatrészeket tartalmaznak nehezen építhetők össze más mérési eljárásokkal, nem miniatürizálhatók, így nem illeszthetők például a napjainkban egyre inkább előtérbe kerülőlab-on-a-chip alkalmazásokhoz. Előfordul, hogy rendkívül zajérzékenyek, így fejlesztőik hatalmas energiát kell, hogy fordítsanak a környezet kellemetlen hatásaitól való elszigetelésükre. Ez azonban gátja a kézi-műszer kivitelnek is.
A spektroszkópiai ellipszométerek előnye, hogy nem szükséges érintéses kapcsolat a jelátalakító és a felismerőelemet hordozó egység között, továbbá, hogy a minta felülete – időben párhuzamosan vagy sorosan – gyakorlatilag tetszőleges pontokban könnyedén
mérhető. Hátrányai azonban, hogy forgó-mozgó, robosztus alkatrészeik miatt, miniatürizálhatóságuk nem megoldott. Az esetükben használt folyadékcellák térfogata is nagy, néhány milliliter. Továbbá, mivel a vizsgáló fény áthalad a folyadékfázison, erősen szóró vagy elnyelőoldatok esetén nem alkalmazhatók [53]. Esetenként hátrányt, máskor pedig előnyt jelenthet, hogy e műszerek érzékenysége nem koncentrálódik az érzékelő felületére.
Bár az optikai Mach-Zender interferométerek könnyen integrálhatók párhuzamos mérésekre alkalmas eszközökbe, az érzékenységük a mérő- és referenciaág aktuális fáziskülönbségének függvénye. A működésüket leíró (13.2.6.) interferencia egyenlet deriváltja szerint ugyanis a fáziskülönbség szinusza határozza meg a szenzorfelületen történőegységnyi változásra adott válasz mértékét. Így az interferencia egyenlet szélsőértékei közelében az ilyen elven működő eszközök érzékenysége elvész. További hátrányuk, hogy abszolút intenzitást mérnek, így a maximális erősítés és kioltás intenzitásértékeire kalibrálnunk kell e készülékeket.
Az optikai hullámvezetőfénymódus spektroszkópok rácscsatolóik révén stabil és abszolút mérést tesznek lehetővé. Hátrányuk azonban, hogy a működésükhöz elengedhetetlen precíziós goniométer asztal jelentősen megemeli az ilyen eszközök árát, továbbá e mozgó alkatrész nem csupán megnehezíti a más eszközökkel való összeépítést, de méretük csökkentésének is gátat szab.
A sík dielektromos hullámvezetőalapú módszerek nagy előnye az SPR spektroszkópokkal szemben az, hogy a jelátalakítójuk tervezésekor jóval nagyobb szabadsággal rendelkezünk.
Bár mindkét eljárásban az evaneszcens sugár behatolási mélységét a hullámvezetőopto-geometriai paraméterei határozzák meg, az SPR spektroszkópok alkalmazásaiban ez az érték egy erősen korlátok közé szorított szám (hozzávetőlegesen 200 nm) [57]. A hullámvezetők esetében ez a paraméter sokkal tágabb határok között mozoghat. A szenzor opto-geometriai paramétereinek alkalmas megválasztásával az evaneszcens mezőakár ~ μm mélyen is
„beleláthat” a vizsgált térfogatba [57]. Az ilyen jellegűrugalmasság előnyt jelenthet például nagyobb méretűbiológiai elemek baktériumok, sejtek vizsgálatánál [17, 57, 60], vagy épp a több száz nanométer hosszú flagelláris filamentum felismerőelemekkel történődetektálás során. A hullámvezetők továbbá – főként a rácscsatolók alkalmazása miatt – könnyebben formálhatók tömbi működésre (párhuzamos mérésekre) képes jelátalakító elemekké [79]. E tulajdonság pedig a jól használható bioszenzorikai alkalmazások kulcsa.
Jelen fejezetben egy olyan jelölésmentes optikai jelátalakító eszköz, ún. rácscsatolt interferométer [80] megépítéséről és teszteléséről számolok be, mely egyszerre érvényesíti a fenti eljárások összes előnyét úgy, hogy közben azok felsorolt hátrányaival nem rendelkezik.
Kizárólag alacsony költségigényűalkatrészekből épül fel. Nem tartalmaz forgó elemeket, így nagyobb nehézségek nélkül miniatürizálható és összeépíthetőmás műszerekkel is. A működését biztosító hullámvezetés és interferometria, valamint az alkalmazott folyadékkristály modulátor későbbiekben bemutatásra kerülőötletes kombinációjának természetes következményeként, nagy mérési tartományon át kiváló és állandó érzékenységgel mérhetünk. A rácscsatolt interferométer érzékelőfelülete a kísérletnek megfelelően tervezhetőoptikai paraméterekkel bíró sík dielektromos hullámvezető, mely film rétegébe rácscsatolók diffraktálják a polarizált és koherens fényt. Mindez nagyobb alkalmazási szabadságot és stabilitást kölcsönöz a szóban forgó eszköznek. Megfelelő rendszerben elhelyezett rácscsatolók alkalmazásával a későbbiekben párhuzamos mérésekre, lab-on-a-chip alkalmazásokra is nyílhat majd lehetőség.
7. 1. Az elsőmérési összeállítás
A rácscsatolt interferométer két főalkotóból, egy Mach-Zender interferométer jellegűszabad fényterjedésűnyalábosztóból és egy integrált optikai egységből felépülőeszköz, ún. hibrid Mach-Zender interferomer, mely a hullámvezetés rendkívüli felületérzékenységét erősíti tovább az interferometria nyújtotta fázisérzékenységgel. Az összeállítás működését a 7.1.-1.
ábra szemlélteti.
7.1-1. ábra A Mach-Zender interferométer jellegűtükörrendszerből és integrált optikai egységből felépülőrácscsatolt interferométer működését illusztráló sematikus ábra.
A Mach-Zender interferométer jellegűtükörrendszer két féligáteresztőés két hagyományos tükör segítségével két párhuzamos és koherens nyalábra osztja a He-Ne lézer fényforrás fényét. A referencia ág (1. nyaláb, szürke vonal) fázisát egy erre alkalmas folyadék kristály modulátor (ang. liquid crystal modulator - LCM) segítségével, időben folyamatosan, folytonosan és periodikusan változtatjuk, majd az integrált optikai egység monomódusos, sík dielektromos hullámvezetőfilmrétegébe csatoljuk. A mérőág (2. nyaláb, fekete vonal) fénye modulálatlanul, az 1. nyaláb hullámvezető filmbe való becsatolási helyétől néhány milliméterrel arrébb érkezik a csatolórácsra. A vázolt geometria következtében a 2. nyaláb jelentős utat tesz meg az integrált optikai egységben mielőtt találkozna és interferálva egyesülne a referencia ágból érkezőpárjával. A becsatolási pontok közötti területet, az ún.
érzékelőfelületet refraktormetriai és bioszenzorikai kísérletek esetén folyadékcellával fedjük le. (7.1.-2. ábra) A hullámvezetővégén kilépőinterferenciajelet egy erre alkalmas detektor, analóg-digitál jelátalakító és számítógép rendszerének segítségével rögzítjük.
7.1.-2. ábra A rácscsatolt hullámvezetőintegrált optikai egységének érzékelőfelületére illesztett folyadékcella segítségével a rácscsatolt hullámvezető alkalmassá tehető refraktometriai és biológiai vizsgálatokra.
A fentiekben ismertetett rácscsatolt interferometert Newport optikai asztalon építettem meg, melyet nitrogéngázzal feltöltött, Festo elemekkel nyomásszabályzott gumitömlőkre fektettem, hogy az alátámasztás felől érkezőrezgésektől elszigeteljem. Az alkalmazott 15mW-os Melles Griot He-Ne lézer fényforrás (25-LHP-151-230) 632,8 nm hullámhosszú fényét a Tektronix (AFG3022) jelgenerátorral hajtott folyadékkristály modulátoron keresztül, TM polarizációban csatolom a Suprasil-1 kvarchordozóra leválasztott ≈200 nm vastag, monomódusos, Ta2O5 filmréteggel ellátott hullámvezetőbe. Az Ismatec perisztaltikus pumpával áramoltatott oldatok
7.1.-3. ábra A megvalósult rácscsatolt interferométerről készült fotó.
érzékelőfelületre történőjuttatását folyadékcella alkalmazásával oldottam meg. A műszer elemeinek rögzítését és pozícionálását Magyar Optikai Művek (MOM) és Thorlabs eszközökkel kiviteleztem. Az interferencia jelet Hamamatsu (S22B1-4K-H983) félvezető detektorral Keithley (427) erősítőn keresztül, az általam kifejlesztett C++ környezetben futó program vezérlésével Advantech (USB-4711, valamint USB-4716) analóg-digitál átalakítókkal rögzítettem, majd ezt egy szintén általam fejlesztett C++ illetve MATLAB programokkal elemeztem. A megépített műszert a 7.1.-3. ábrán láthatjuk.
7. 2. Integrált optikai egység
A következőmérésekben használt integrált optikai érzékelőegységek a Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet Dr. Hámori András nevéhez fűződő, szabadalmaztatott eljárásával készültek. A szabadalmaztatott felületmegmunkálási eljárás menete röviden a következő: A hordozó felületét vékony rezisztréteggel bevonják, majd ezt egy holografikus összeállításban, a kívánt rácsmintázatnak megfelelően megvilágítják. Az alulexponált területekről eltávolítják a felesleges rezisztet, majd az így kapott felületi struktúrán keresztül ion-implantálják a hordozót. Ennek következtében megszületik a törésmutató rács a hordozó felület közeli rétegében. Végül a hordozó felületét megtisztítják, majd elektronsugaras párologtatással hozzávetőlegesen 200 nm vastag Ta2O5 hullámvezetőréteget növesztenek rajta. Az így kapott integrált optikai egység egy jó hatásfokú, temetett rácscsatolóval ellátott monomódusos hullámvezető[81].
7. 3. Folyadékkristály modulátor
A rácscsatolt interferométer LCM egység nélküli működtetése a Mach-Zender interferometerek klasszikus, jelen fejezet bevezetőjében bemutatott hiányosságait eredményezné. A rácscsatolt interferométer egyik lényegi újítása az, hogy amennyiben a referencia ág fázisát 2π-nél nagyobb értékkel periodikusan és folytonosan moduláljuk, ennek megfelelő, szintén periodikusan változó, legkevesebb két szélsőértékkel (egy maximális erősítési és egy maximális gyengítési ponttal) rendelkezőinterferenciajelet kapunk. A szélsőértékek intenzitásértéke automatikusan kalibrálja rendszerünket, a folytonos moduláció pedig állandó maximális érzékenységet biztosít. A függvénygenerátorból érkezőlegfeljebb 10V amplitúdójú, néhány Hz frekvenciájú, periodikus négyszögjel hatására bekövetkező folytonosan változó LCM fázismoduláció, azonos frekvenciájú, szintén periodikusan és
7.3.-1. ábra: A folyadékkristály modulátor a jelgenerátorból érkezővezérlőjelre (felső grafikon) adott normált válaszjele (alsó grafikon).
folytonosan változó interferencia jelet eredményez. A kapott válaszjel felbontható egy gyorsan és egy lassan változó szakaszra, melyek rendre megfeleltethetők a függelék „13. 6.
Nematikus folyadékkristály modulátor” címűfejezete alapján a folyadékkristály molekuláinak feszültség hatására történőorientálódásának, illetve, a gerjesztőfeszültség megszűnésével, relaxációjának. A gyors és lassú hullámok – időben állandó, periodikus vezérlés esetén – az LCM-re jellemzőstabil, állandó karakterisztikával jellemezhetőválaszjele, melyeket a [-1; 1] intervallumra normálva (továbbiakban: normálva) a 7.3.-1. ábra szemléltet.
Megjegyzendő, hogy a 7.3.-1. ábrán látható vezérlőjel egymást követőnégyszög alakú feszültségugrásainak váltakozó előjelét (alterálását) az indokolja, hogy előjelváltás nélküli esetben a szabad ion diffúzió következtében a modulátor károsodna, majd működése leállna.
A fentiekben bemutatott mérési összeállításban alkalmazott modulátort kitöltőnematikus folyadékkristály-réteg vastagsága, d és az ne extraordinárius, no ordinárius törésmutatók különbsége, Δn a gyártó által meghatározott értékek (bővebben ld.: „13. 6. Nematikus folyadékkristály modulátor”). Méréseim alapján, az ilyen paraméterekkel jellemzett modulátorok gerjesztett egyensúlyi állapotból való relaxációja során a rajtuk áthaladó fény fázisának ≈½πradián eltolásra képesek mikrométerenként. Számításba kellett vennem, hogy a válaszjel gyors és lassú szakaszainak legelejét, a görbék leggyorsabban változó részét az itt jelentkezőjeltorzító effektusok miatt célszerűfigyelmen kívül hagyni. Így annak érdekében, hogy legalább két szélsőérték biztosan megtalálható legyen a detektált válaszjel torzulásmentes szakaszaiban, jelen fejezetben tárgyalt kísérletekben hozzávetőlegesen 8 μm hasznos folyadékkristály-réteg vastagságot alkalmaztam.
7. 4. A szenzorműködés elve
Az előbbiekben ismertetett válaszjel szélsőértékeinek pozícióját két tényezőhatározza meg.
Az első– a rendszer beállításból adódó (ideális esetben) időben nem változó mennyiség – a mérőés referencia ágak az integrált optikai egységbe való becsatolásukig megtett úthosszak különbségéből adódó r fázistag. A második, azLhosszú érzékelőfelület alatt terjedőmódus fázisának eltolódásából származó, egyedül a mérőág fázisához hozzáadódó komponens, melyet a függelék „13. 5. Hullámvezetés izotróp közegben” címűfejezete alapján, N effektív törésmutató és k0vákuumbeli hullámszám segítségével a következőalakban írhatunk fel:
L Nk0
. (7.4.1)
E szakaszon, a terjedőmódus evaneszcens mezeje által letapogatott térrészben, a fedőréteg optikai paramétereinek és így a két sugármenet fáziskülönbségének megváltozása révén az interferencia válaszjel szélsőértékeinek helyzete arányosan eltolódik. Az érzékelőfelületre folyadékcellát helyezve, rajta a kívánt oldatokat áthajtva, a minimumok és maximumok helyzetének folyamatos követése egyszerű, elegáns és érzékeny módját adja a detektálásnak.
Mivel az interferencia periodikus jelenség, a válaszjel minden 2πfázistolást követően önagába megy át. E tény következménye, hogy az érzékelési tartományt maga a válaszjel
semmilyen módon nem korlátozza. Ennek felsőhatárát egyedül a hullámvezetőfilmrétegének törésmutatója (≈2.1, ld. előzőfejezet) szabja meg, hiszen a filmrétegénél magasabb törésmutatóval jellemezhetőfedőréteg esetén a hullámvezetés megszűnik.
Jelen és az előzőalfejezetekből levonható, összefoglaló jellegűkövetkeztetés tehát az, hogy a fentiekben ismertetett rácscsatolt interferométerrel a vákuum (levegő) és a hullámvezetőfilm optikai tulajdonságai által korlátozott, refraktometriai és bioszenzorikai kísérletek szempontjából rendkívül széles mérési tartományon keresztül állandó érzékenységgel mérhetünk.
7. 5. A mérés menete
A rezgésmentes asztalon megépített rácscsatolt interferométer lézer fényforrásának fényét a Mach-Zender jellegűtükörrendszerbe irányítjuk. A két hagyományos és két féligáteresztő tükör finombeállító csavarjaival a mérőés referencia ágak nyalábjait a kilépőoldalon fedésbe hozzuk egymással úgy, hogy a fényútba helyezett ernyőn az LCM fázismodulációjának hatására interferenciacsík-mentes, vibráló foltot lássunk, majd az ernyőt eltávolítjuk. Ezt követően a modulációt szüneteltetve, a fénynyalábokat a csatolórácsra irányítva, a hullámvezető-folyadékcella rendszer befogójának óvatos forgatásával megkeressük a becsatolási szöghelyzetet. A mérőág kitakarásával a referencia ág sugarát a tükörrendszer megfelelőcsavarjaival párhuzamosan eltoljuk ügyelve arra, hogy a csatolás megmaradjon. A kívánt távolság beállítása után a mérőág kitakarását megszüntetjük, a modulációt újraindítjuk, majd a rácscsatolt interferométer minden beállító csavarját rendkívül óvatosan addig állítgatjuk, míg az elérhetőmaximális amplitúdójú válaszjelet nem detektáljuk. A detektort a hullámvezetővégéhez toljuk, lezárjuk a műszert takaró dobozt, az erősítőn kiválasztjuk a megfelelőerősítési értéket, hozzávetőlegesen 0 V-ra állítjuk a válaszjel egyenáramú komponensét, ellenőrizzük, hogy a szóban forgó jel az analóg-digitál átalakító mérési tartományán belül van-e, majd indítjuk a felvételt vezérlőprogramot.
A felvételt vezérlő program C++ környezetben fut, mely működése röviden a következőképpen foglalható össze. A program az általa szabályzott analóg-digitál jelátalakító segítségével nem csupán az interferencia válaszjelet, hanem a LCM vezérlőjelét is rögzíti az időfüggvényében. Ez utóbbi alapján–a lefutó és felfutó éleket követve–a mért interferencia választ gyors és lassú jelekre szeparálja. (Megkülönböztetheti továbbá a lefutó és felfutó élek utáni relaxáció során megfigyelhetőválaszjeleket is.) Az ily módon szétválasztott adatsort külön oszlopokba rendezi, majd a periódus sorszámával jelölt ASCII fájlban eltárolja.
7. 6. Az első, működést igazoló kísérletek
Az elsőkísérlet célja csupán a szenzoreffektus demonstrálása volt. Az érzékelőfelületre illesztett folyadékcellába először ultratiszta (Milli-Q) vizet áramoltattam, majd a fentiekben részletezett módon, 100 kS/s-os mintavételezési frekvencia mellett felvettem a válaszjelet. Ezt követően a folyadékcellát 0,25 %-os glicerin - ultratiszta víz keverékével öblítettem át. A válaszjelet ebben az esetben is rögzítettem. A lassú jelek intenzitás - időadatsorait Origin Pro 7.5 programmal ábrázoltam. (7.6.-1. ábra) A kapott görbék egyértelműen mutatják a „7. 4. A szenzorműködés elve” címűalfejezetben tárgyalt jelenséget, miszerint az érzékelőfelület környezetében történőoptikai változások a válaszjel szélsőértékeinek eltolását eredményezik.
A két oldat törésmutató különbsége 4,6 x 10-4, melyet a kereskedelemben kapható 5 tizedesjegyre pontos Rudolph Reflakométerrel határoztam meg.
7.6.-1. ábra: A válaszjel eltolódása az érzékelőfelületre áramoltatott oldat 4.6 x 10-4 -es relatív törésmutató változásának következtében.
A második refraktometriai alapkísérlet a rácscsatolt interferométer stabilitását és a mérés jel-zaj viszonyát hivatott bemutatni illetve meghatározni. A folyadékcellát először ultratiszta vízzel, majd rendre 0,25 %-os, 0,5 %-os, 0,8 %-os glicerin - ultratiszta víz oldatokkal töltöttem fel. Minden oldatcserét követően a folyadékcellát ultratiszta vízzel öblítettem át.
Ezen oldatok 4,6 x 10-4, 9,1 x 10-4, valamint 1,46 x 10-3-as ultratiszta vízhez viszonyított relatív törésmutató értékekkel jellemezhetőek. Minden egyes állapot stabilizálódott gyors és lassú válaszjelét számítógéppel, hozzávetőlegesen 4 Hz-es LCM vezérlés mellett, 50-szer rögzítettem, majd egy általam fejlesztett szélsőérték keresőC++ algoritmus segítségével meghatároztam minden eltárolt lassú válaszjel elsőintenzitás minimumának pozícióját. Ezt követően, az így kapott adatokat a mérés sorszámának függvényében ábrázoltam. (7.6.-2.
ábra)
7.6.-2. ábra: A mért válaszjelek elsőminimumának pozíciója a mérés sorszámának függvényében a cellán átfolyó ultratiszta víz 0,25 %os, 0,5 %os, majd 0,8 %os glicerin -ultratiszta víz oldatokra való cseréjének hatására. A felhasznált oldatok -ultratiszta vízhez viszonyított relatív törésmutatóit is feltűnteti az ábra.
Megjegyzendő, hogy a gyors válaszjelek főként azért nem képezik a kiértékelés részét, mert azok ≈10-szer rövidebb idejűlefutása következtében a hozzájuk tartozó görbék rosszabb felbontásúak, így pontatlanabb eredményekre vezetnek.
Az 7.6.-2. ábrán bemutatott eredmények jól tükrözik a rácscsatolt interferometer kiváló stabilitását és reverzibilitását, ugyanis a cella ultratiszta vízzel történőátöblítése után a mért jel jó közelítéssel rendre kezdeti állapotába tért vissza. Jelen kísérlet alkalmas arra is, hogy a mért értékek segítségével meghatározzuk a rácscsatolt interferométer érzékenységét. A legkisebb még detektálható változást a szakirodalom a rendszer állandó bemenetre adott válaszának zajából számított szórás háromszorosával definiálja [82]. A mért platókon számított szórás értéke 16 μs, mely háromszorosát megszorozva a legnagyobb relatív törésmutató változás (1,46 x 10-3) és a hozzá tartozó intenzitás minimum pozíció ugrás (4,204 ms) hányadosával kapjuk, hogy a rendszer törésmutatóra átszámított érzékenysége ≈2 x 10-5. Mely érték alapján kijelenthető, hogy a jelen fejezetben bemutatott rácscsatolt interferométer máris meghaladja (vagy eléri) számos kereskedelemben kapható, optikai jelátalakító teljesítőképességét. (vö.: 5.2.4.-I. táblázat)
Kihasználhatjuk, hogy a rácscsatolt interferométer a több mint 2π-n keresztül tartó fázismodulációjának következtében automatikusan kalibrálja önmagát, így a detektált interferenciajel maximális erősítéséhez és kioltásához tartozó Imax és Imin intenzitásértékek minden ciklusban pontosan ismertek. A válaszjelek lecsengővégeinek stabilizálódott, hosszú szakaszain mért, számos mérési pontra átlagolt intenzitás (Istab) és az előbbi értékek alapján a
válaszjelek fázisa a függelék „13. 2. Interferencia” címűalfejezete alapján a következő, interferencia egyenletből származtatott összefüggés alapján meghatározható:
min max
min
arccos max
I I
I I Istab
. (7.6.1.)
Amennyiben a 7.6.-2. ábrán bemutatott kísérleti eredmény első mérési pontjából meghatározott értékkel minden átszámított fázist eltolunk, a kezdeti állapothoz viszonyított, az érzékelőfelületen történőváltozások következtében kapott relatív fázistolást () ábrázolhatjuk. (7.6.-3.a. ábra) Az egyes platókhoz tartozó átlagos fázisértékeket a hozzájuk tartozó ismert relatív törésmutatók függvényében ábrázolva igazolhatjuk, hogy a rendszer érzékelőfelületével kapcsolatban álló oldat optikai paramétereinek megváltozására a rácscsatolt interferométer lineáris választ ad: a kapott pontokra kiváló jósági tényezőmellett (R2 = 0.99997) illeszthetünk egyenest. (7.6.-3.b. ábra) Bár e rendkívül egyszerűés hatékonynak tűnőkiértékelési mód szemléletes eredménye kellemes befejezését adhatná e fejezetnek, azonban az eljárás szomorú hátránya, hogy újra bevezeti rendszerünkbe a Mach-Zender interferométerek esetén tárgyalt intenzitás szélsőértékek közelében tapasztalható érzékenységvesztést (ld.: jelen fejezet bevezetése).
7.6.-3. ábra: a.) A glicerin - ultratiszta víz oldatsorozat hatására mérhetőrelatív fázistolás értékek b.) relatív törésmutatók függvényében ábrázolt pontjaira illesztett egyenes jól tükrözi a rácscsatolt interferométer linearitását.
7. 7. Összegzés
A fejezetben ismertetett rácscsatolt interferométer működési elvét és létjogosultságát kísérletekkel igazoltam, megmutattam, hogy a műszer érzékenyen reagál az érzékelő felületének közvetlen környezetében végbemenő törésmutató változásra, illetve egy szisztematikus mérési sorozattal meghatároztam, hogy a jelátalakító már e kezdetleges állapotában is ~10-5-es érzékenységgel képes a törésmutató változásának nyomon követésére.
A válaszjel fázisának meghatározásával igazoltam az érzékelés linearitását is. Azonban nem szabad szem elől tévesztenünk, hogy a jelátalakító eszköz még további fejlesztésre szorul:
Szükséges egy olyan válaszjel kiértékelési módot találnom, mely az érzékelőfelületen lejátszódó optikai változást, a hullámvezető rétegben terjedő fény fázistolását érzékenységvesztés nélkül adja vissza eredményül, illetve, mely stabilitása és pontossága a műszer által elérhetőérzékenység alatt van. Fontos megvizsgálnom, hogy a vezérlőjel paraméterei optimalizálhatók-e, a mintavételezési frekvencia növelhető-e, továbbá, hogy integrálható-e a rendszerbe referencia egység, mellyel a rendszert terhelőzaj hatékonyan kiszűrhető. Mindezekre megoldást adva a fentiekben bemutatott eszközzel elérhetőmaximális
Szükséges egy olyan válaszjel kiértékelési módot találnom, mely az érzékelőfelületen lejátszódó optikai változást, a hullámvezető rétegben terjedő fény fázistolását érzékenységvesztés nélkül adja vissza eredményül, illetve, mely stabilitása és pontossága a műszer által elérhetőérzékenység alatt van. Fontos megvizsgálnom, hogy a vezérlőjel paraméterei optimalizálhatók-e, a mintavételezési frekvencia növelhető-e, továbbá, hogy integrálható-e a rendszerbe referencia egység, mellyel a rendszert terhelőzaj hatékonyan kiszűrhető. Mindezekre megoldást adva a fentiekben bemutatott eszközzel elérhetőmaximális