因为某些种固态激光器结构紧凑，所以将它们安装到光散射仪器中是十分理想的。然而，模式跳跃常常使这样的激光器产生的输出功率不稳定。这种输出功率波动的频率范围通常是如此之宽，以至于输出功率监测装置，其中安装有这种激光器的光散射仪器的特性都不能准确地跟踪这些瞬时输出功率波动，本发明专利技术提供了一种理想的方法及有关装置，借助于本发明专利技术的方法和装置可以在低频和足以诱导并控制模式跳跃的幅度条件下对激光驱动电流进行调制，以便能精确地测量光散射信号与激光输出功率的比值。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
由于本专利技术涉及到使用某些种用于光散射测量的激光器，所以下列与这些测量相关的美国专利被本文引用以供参考专利#4,541,719(85年9月17日)，专利技术名称为《用于表征微观粒子及测量它们对其周围介质的响应的方法和装置》；专利#4,548,500(85年10月22日)，专利技术名称为《识别或表征微小粒子的方法的装置》；专利#4,693,602(84年11月6日)，专利技术名称为《测量微小粒子光散射性质的方法和装置》；专利#4,710,025(87年12月1日)，专利技术名称为《用于表征细小粒子悬浮物的方法》；专利#4,907,884(90年3月13日)，专利技术名称为《样品监测系统》；专利#5,129,723(92年7月14日)，专利技术名称为《高性能齐姆色谱仪》；专利#Des 329,821(89年2月21日)，专利技术名称为《用光散射法测量液体悬浮物中的细微粒子的装置》。仔细测量从溶液中的分子以及从溶液中的细小粒子散射出的光是一种简便的和通用的实验室技术，用于测定它们的各种物理特征，例如对于分子来说是它的分子量和尺寸，对于粒子来说是它的尺寸和结构。如果与各种色谱分离装置和浓度检测器组合起来，这样的光散射测量法还可以推导出这些量的微分分布曲线。有关光散射测量、对它们的性能的要求以及可能导出的结果的详细研究见以上所引用的Wy-att的评论文章。由于实验室的空间有限并且费用昂贵，所以紧凑的装置设计是有利的，对紧凑设计的需要利用了比较大的气体激光源更为理想的极小的半导体二极管激光源。然而，半导体二极管激光器还存在若干为了实际应用于光散射仪和检测器所必须解决的问题。在这些问题中，包括由于模式跳跃(mode—hopping)而出现的功率值的骤然变化。激光器运行条件的小变化由于主振荡由一种模式转变为另一种模式可以使激光器的运行功率发生骤然变化。这一效应可以由温度、驱动电流或反射返回激光器的光的细小变化而产生。反射光的变化是光散射测量原有的部分，因为放入样品使额外的光被散射而返回激光器，并且溶液析光率的变化也改变了散射光的相位。额外的光可以从激光束进出样品池的一些部位被反射到激光器中。防止这种散射的和反射的光与激光器相互作用需要价格昂贵的附加构件。对于极其复杂的样品保持构件(例如在美国专利4,616,927中所描述的流动池)来说，垂直于入射激光束设置的大量平行表面使得完全取消反向反射构件几乎是不可能的。当温度和驱动电流处在模式变换的临界点时，反射光的能级和相位的一些小的随机变化就可以引起激光器功率迅速地上下波动百分之几。利用光散射仪，或更为常见是利用光散射光度计，被测量的主要的物理性质是入射到单位面积的样品上的光的功率与单位立体弧度的样品散射的光的功率之比。如果激光源十分稳定，那么，作为校正操作，入射光功率只需测量一次。不幸的是激光器的功率趋于随温度、反射光、驱动电流和时间变化。处理激光器功率变化的简便的方法就是分离出部分激光束并借助一个光检测器用这部分激光束监测该激光器的功率。这样产生的激光监测信号或者通过为调整驱动电流的电路提供反馈可以用来稳定该激光器的功率，或者可以用来在对所测得的数据进行数学处理的过程中使散射光信号规范化。不论哪种情况，其作用都是利用激光监测信号分割散射光信号。然而，这两种方法仍然都可以产生小的误差。激光器模式跳跃可能发生得非常迅速，导至激光器功率在短时间出现变化，直到监测器反馈信号和控制电路能够将驱动电流调整到恢复到合乎要求的功率状态为止。如果信号变化太快以至于监测器的检测跟随不上，那么在测量散射光信号和激光监测信号中缺乏瞬时性和信号平均对称性同样会导致明显的误差。误差的另一个来源是激光束可能包括一种以上空时的和时间的分量或者小激光束(beamlet)。该激光监测器可能响应这些小激光束的不同的组合而不响应的光散射检测器，这样，就使该监测器不能精确地跟踪一个与散射信号成比例的信号。由于所有这些原因，最好避免这些由于模式跳跃而引起的突然的、通常是高频率的激光功率变化。在光学或通信信号应用中，二极管激光器的模式跳跃噪声呈现极高的频率并且业已成为许多研究报告和若干专利的主题。这种频率极高的噪声在通信应用中尤其令人忧虑，这是因为它出现在与所希望的通信信号本身的频率差不多的频率。因为光散射测量通常是在极低频率下进行，所以仅仅需要对平均散射检测信号和平均检测信号做精确跟踪。利用2.5GHz驱动电流调制来降低高频模式跳跃噪声这一内容在前面所引的J.Vanderwall和J.Blackburn的参考文献中报导过。如前面所引用的那样，利用100MHz以上频率的驱动调制降低视频磁盘系统中的噪声由Hitachi公司的工程师M.Ojima和S.Yonezawa做过报导，IBM公司的工程师K.Stubkjaer和M.Small报导过使用50—200MHz调制降低噪声。另外，所引用的Ojima等的著作使用了在200MHz—1GHz的频率下的调制。在所引用的E.Gage和S.Beckens的著作中，用于降低高频噪声的最佳调制驱动频率涉及到被反射返回激光器的光的延迟时间。曾研究过100—450MHz调制驱动频率。此外，这些研究使用过极高水平的调制，在部分调制周期，将驱动电流精确地控制在阈值以下，并且大概还要在该期间切断相干发射。在所引用的授权给Hitachi、专利技术人为Ryoichi Ito、题为《用于直接调制半导体激光器的方法和装置》的美国专利3,815,045(1974)中，描述了利用一个经过调制的驱动电流使一个半导体激光器在两个空间性质不同的模式之间变换的情况，这导致了通过用光学方法只选择空间模式中的一个对输出激光束进行高频调制。这种方法不能用于光散射光度计，原因在于光散射光度计需要稳定的光束，而不是调制光束。用于光散射仪的最令人满意的激光器是按照唯一的一个空间模式工作，以确保一条经过校直的光束。若按照Ito所述的其他空间模式工作就会使杂散光问题加剧。日本专利申请SHO 59 9086和它的相应的德国专利申请DE 41 33 772A1(1992年5月21日)(专利技术人为M.K.hno和J.Itami，授权给Mitsubishi公司)描述了一个特别紧凑的磁盘阅读检测器结构，按照这种结构，反射光引起的噪声通过在500—600MHz频率下的调制被最大限度地降低了。选择最佳频率是根据激光源与该磁盘的反射区的距离。这种原理不适用于光散射仪是由于以下几个理由第一，使用500MHz的驱动电源不经济并且不方便。第二，由于光散射样品材料通常是沿着或穿过激光束由流体流携带的，因此，没有固定的散射距离，因此也没有单一的最佳高频调制。第三，降低极高频率的噪声在通常使用0.1—10秒信号平均值的光散射仪中并不重要。重要的是要注意到在所有的已有技术中，降低噪声的方法都集中于激光器输出功率本身，并且不直接利用滤波，对被检测信号取信号平均值或求该信号和激光监测值的数字比值。由于我们所关心的是仅需要测定散射光的入射激光的功率比的整个光散射仪的综合性能，所以可能听任，甚至助长激光器输出的波动，如果这种波动可以有效地跟踪或者在信号检测后可以消除的话。我们解决该问题的办法是改变在该检测系统中信号处理滤波器的通频带以上的模式跳跃噪声和频率。这样，激光驱动调制、匹配信号平本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种控制固有由于模式跳跃不稳定性而产生的噪声的激光源的方法，用于光散射测量，包括如下步骤： ａ）在比散射光信号的测量频率大大约１０－１０００倍的一个频率下并且按照一个小于该激光器的峰值电流水平的最大幅度对激光驱动电流进行调制； ｂ）将如此产生的激光输出光束分离出一部分并用一个光敏监测检测器检测所述分离部分光束以便借此得到所述输出光束功率的相应的测量值； ｃ）使用一个为滤去由于所述调制而产生的功率波动而选择的信号平均过滤器对由所述监测检测器所产生的信号取平均值； ｄ）按照一个或多角度检测受到所述调制过的激光束照射的样品所散射的光并且用一个大致相当于为滤去所述监测检测器的所述功率波动而选择的信号平均滤波器的一个信号平均滤波器对按每一个所述角度对每一个所述检测到的散射光信号取平均值，每一个所述信号平均滤液器滤去由于对所述照射激光的调制而出现的被检测到的散射光的波动。 ｅ）将经过所谓平滑处理过的散射光信号除以经过类似平滑处理过的激光监测信号，以便对于被测量的所述角的每一个求出被所述样品散射的光与入射在样品上的光的输出比。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：戴维T菲利浦斯，加里R詹尼克，
申请(专利权)人：怀特技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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