DE19611025A1

DE19611025A1 - Optical fiber optic sensor based on the resonant optical excitation of surface plasma waves

Info

Publication number: DE19611025A1
Application number: DE19611025A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Phys Katerkamp; Maria Dipl Ing Pellmann; Christian Dipl Ing Koetter
Original assignee: Institut fuer Chemo und Biosensorik Muenster eV ICB
Current assignee: Institut fuer Chemo und Biosensorik Muenster eV ICB
Priority date: 1996-03-20
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 1997-09-25
Also published as: WO1997035180A1

Abstract

The invention relates to an optical lightguide sensor based on resonant optical excitation of surface plasma waves and to a device and process for operating the sensor. The use as per the invention of an alloy (15), preferably a heterogeneous alloy, instead of a pure metal as the carrier layer for monochromatically excited surface plasma wave results in sensitive sensors with adjustable operating points. Planar multimode waveguides in particular are suitable for sensors of the type claimed and can be used to create multisensor systems in a simple way. The core element of devices adapted to the operation of the claimed sensors is an optical interface with which the principal angle and angular distribution of the light coupled into the sensor can be set. This facilitates further improvement of the sensitivity of the sensor device. The sensor operating point can also be modified via the optical interface.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor auf der Basis der resonanten optischen Anregung von Oberflächenplasma wellen sowie eine Vorrichtung zum Betreiben des Sen sors. Ein derartiges System kann beispielsweise zur Stofferkennung oder zur Konzentrationsbestimmung von chemischen Substanzen eingesetzt werden.The invention relates to a sensor based on the resonant optical excitation of surface plasma waves and a device for operating the Sen sors. Such a system can for example Detection of substances or for determining the concentration of chemical substances are used.

Unter Oberflächenplasmaschwingungen an einer Metall grenzfläche versteht man oszillatorische Schwankungen der Elektronenladungsdichte der freien Metallelektro nen. An der Grenzfläche zwischen einer dünnen Metall schicht und einem Dielektrikum können diese durch Lichtwellen angeregt werden. Ein Teil der optischen Energie dissipiert bei Auftreten einer Resonanz in Plasmonen, quantisierten Einheiten der Plasmaschwin gung. Diese Dissipation von optischer Energie ist eine Funktion der dielektrischen Konstante von Metall und Dielektrikum. Aus diesem Grund eignet sich das Phänomen der resonanten Oberflächenplasmawellenanre gung dazu, um über den Umweg der dielektrischen Kon stante Informationen über das Dielektrikum zu erhal ten.Under surface plasma vibrations on a metal interface is understood to be oscillatory fluctuations the electron charge density of the free metal electro nen. At the interface between a thin metal layer and a dielectric can do this Light waves are excited. Part of the optical Energy dissipates when resonance occurs Plasmons, quantized units of the plasma swine supply. This dissipation of optical energy is a function of the dielectric constant of metal and dielectric. For this reason, it is suitable Phenomenon of resonant surface plasma wave stimulation to the detour of the dielectric Kon to get constant information about the dielectric ten.

Damit eine Kopplung zwischen Photonen und Plasmonen und somit eine Dissipation optischer Energie über haupt möglich werden kann, muß eine scharfe Resonanz bedingung erfüllt sein: der Lichtwellenvektor muß mit dem Wellenvektor der Plasmawellen und die Lichtwel lenenergie mit der Plasmawellenenergie übereinstim men. Änderungen in der dielektrischen Konstante des Dielektrikums aufgrund von beispielsweise Konzentra tionsänderungen führen zu einer Veränderung der Re sonanzbedingungen. Auf der Auswertung dieser Reso nanzveränderung basiert eine Vielzahl von Sensoran wendungen.This is a coupling between photons and plasmons and thus a dissipation of optical energy over A sharp response must be possible at all condition is fulfilled: the lightwave vector must also the wave vector of the plasma waves and the light wave energy corresponds to the plasma wave energy men. Changes in the dielectric constant of the Dielectric due, for example, to Konzentra Changes in the position lead to a change in the re sonanzbedingungen. On the evaluation of this reso nance change is based on a variety of sensors turns.

Wie allgemein bekannt ist, kann zur Verbesserung der Selektivität des Oberflächenplasmawellensensors und zur Signalverstärkung eine stofferkennende (reaktive) Schicht auf das Trägermetall aufgebracht werden (Liedberg et al, "Surface Plasmon Resonance for Gas Detection and Biosensing", Sens. Actuators 4 (1983) pp. 299-304). Die Oberflächenplasmawellen breiten sich an der Grenzfläche zwischen Metall und stoffer kennender Schicht aus. Die stofferkennende Schicht reagiert selektiv mit der nachzuweisenden Substanz. In Folge der mit dieser Reaktion einhergehenden Ver änderung der stofferkennenden Schicht ändert sich ihre dielektrische Konstante. Dies kann wiederum vom Sensor detektiert werden. Durch geeignete Wahl der stofferkennenden Schicht lassen sich bereits bei ge ringen Mengen einer nachzuweisenden Substanz starke Änderungen der dielektrischen Konstanten und damit eine hohe Signalverstärkung gewährleisten.As is well known, can improve Selectivity of the surface plasma wave sensor and a substance-recognizing (reactive) for signal amplification Layer can be applied to the carrier metal (Liedberg et al, "Surface Plasmon Resonance for Gas Detection and Biosensing ", Sens. Actuators 4 (1983) pp. 299-304). The surface plasma waves spread at the interface between metal and fabric knowing layer. The substance-recognizing layer reacts selectively with the substance to be detected. As a result of the Ver Change in the substance-recognizing layer changes their dielectric constant. This can in turn be from Sensor can be detected. By appropriate choice of substance-recognizing layer can already be found at ge quantities of a substance to be detected are strong Changes in dielectric constants and thus ensure high signal amplification.

Ein faseroptischer Oberflächenplasmawellensensor ist beispielsweise aus der US 5,359,681 bekannt. Bei ei ner optischen Faser wurde ein Teil der Ummantelung entfernt und direkt auf den Faserkern eine dünne Sil berschicht aufgebracht. Die Silberschicht befindet sich auf einer Seite in Kontakt mit dem Faserkern und auf der anderen Seite in Kontakt mit dem zu analysie renden Dielektrikum. Polychromatisches Licht mit de finierter Modenbesetzung wird in ein Ende der opti schen Faser eingekoppelt. Licht eines bestimmten Wel lenlängenbereichs erfüllt die Resonanzbedingung und regt unter Intensitätsverlust Oberflächenplasmawellen auf der Metallschichtoberfläche an. Die mit einem Spektrometer ermittelte spektrale Intensitätsvertei lung des am anderen Ende der Faser austretenden Lich tes weist deshalb in einem bestimmten Wellenlängen bereich einen Resonanzeinbruch auf. Ändert sich nun die dielektrische Konstante des Dielektrikums (z. B. von Wasser) aufgrund von Konzentrationsänderungen (z. B. Zugabe einer Substanz), so verschiebt sich der spektrale Schwerpunkt des Resonanzeinbruchs in cha rakteristischer Abhängigkeit von der aktuellen Kon zentration. Auf diese Weise kann eine chemische Sub stanz nachgewiesen bzw. die Konzentration einer Sub stanz bestimmt werden.A fiber optic surface plasma wave sensor is known for example from US 5,359,681. With egg An optical fiber became part of the cladding removed and a thin sil directly on the fiber core applied layer. The silver layer is located on one side in contact with the fiber core and on the other hand in contact with the analysis dielectric. Polychromatic light with de Finished fashion cast is in an end of the opti coupled fiber. Light of a certain world length range meets the resonance condition and stimulates surface plasma waves with loss of intensity on the metal layer surface. The one Spectrometer determined spectral intensity distribution the light emerging at the other end of the fiber tes therefore points in a certain wavelength break up a resonance dip. Now changes the dielectric constant of the dielectric (e.g. of water) due to changes in concentration (e.g. adding a substance), then the spectral focus of the resonance dip in cha characteristic dependence on the current con centering. In this way, a chemical sub punch detected or the concentration of a sub be determined.

Als nachteilig bei dieser Anordnung ist aufgrund des inhärenten Rauschens von polychromatischen Lichtquel len und der damit verbundenen Modenfluktuation bzw. Modenkopplung im Lichtleiter die Tatsache anzusehen, daß geringe Konzentrationsänderungen nicht erfaßt werden können. Weiterhin ist der apparative Aufwand aufgrund der Verwendung eines Spektrometers und einer polychromatischen Lichtquelle sehr hoch.A disadvantage of this arrangement is due to the inherent noise from polychromatic light sources len and the associated mode fluctuation or Mode coupling in the light guide to look at the fact that small changes in concentration are not detected can be. Furthermore, the expenditure on equipment due to the use of a spectrometer and a polychromatic light source very high.

Ein weiterer Oberflächenplasmawellensensor auf der Basis eines Lichtleiters ist aus C. Ronot-Trioli et al., "A monochromatic excitation of a surface plasmon resonance in an optical fibre refractive system", Transducers 95 and Eurosensors IX, Vol 2 pp. 783-796 bekannt. Als Sensorelement dient eine Multimode-Fa ser, als Träger für Oberflächenplasmawellen findet Gold Anwendung. Zur Erfüllung der Resonanzbedingung wird das monochromatische Licht eines Lasers unter einem veränderlichen Winkel in die optische Faser eingekoppelt. Anschließend wird in Abhängigkeit vom Einkoppelwinkel die Intensität des austretenden Lich tes bestimmt. Bei einem charakteristischen Winkel ist die Resonanzbedingung erfüllt. Über den Winkel, bei welchem die Resonanz auftritt, läßt sich die dielek trische Konstante des Mediums bestimmen. Nachteilig bei dieser Meßanordnung ist, daß der Laser auf einem aufwendigen Präzisionsdrehtisch befestigt werden muß und der Einkoppelwinkel zwischen Faser und Laser nur ungenau festgelegt werden kann. Auch die Verringerung des Rauschens durch die Verwendung von monochromati schem Licht vermag die daraus resultierenden systema tischen Meßfehler nicht zu kompensieren.Another surface plasma wave sensor on the The basis of an optical fiber is from C. Ronot-Trioli et al., "A monochromatic excitation of a surface plasmon resonance in an optical fiber refractive system ", Transducers 95 and Eurosensors IX, Vol 2 pp. 783-796 known. A multimode company serves as the sensor element ser, as a carrier for surface plasma waves Gold application. To meet the resonance condition is the monochromatic light of a laser under a variable angle in the optical fiber coupled. Then depending on Coupling angle the intensity of the emerging light tes determined. At a characteristic angle the resonance condition is met. About the angle, at which the resonance occurs, the dielek Determine the tric constant of the medium. Disadvantageous with this measuring arrangement is that the laser on a elaborate precision turntable must be attached and the coupling angle between fiber and laser only can be set imprecisely. Even the reduction of noise through the use of monochromati The resulting systema is capable of light table measurement error not to compensate.

Im Stand der Technik finden als Trägerschichten für Oberflächenplasmawellen ausschließlich reine Metalle wie Gold oder Silber mit definierten physikalischen Parametern Verwendung. Wie geschildert ist damit ein hoher apparativer Aufwand zur Erfüllung der Resonanz bedingung verbunden. Find in the prior art as carrier layers for Surface plasma waves only pure metals like gold or silver with defined physical Parameters usage. As described above, high equipment expenditure to fulfill the resonance condition connected.

Ein weiteres Problem von Oberflächenplasmawellensen soren ist eine unzureichende Haftung der sensitiven Metallschichten und damit verbunden eine unzureichen de Langzeitstabilität.Another problem of surface plasma waves sensors is an insufficient liability of the sensitive Layers of metal and associated with an inadequate de Long-term stability.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß er kostengünstig mit geringem apparativen Aufwand an einem optimalen Ar beitspunkt betrieben werden kann und gleichzeitig eine sehr hohe Empfindlichkeit aufweist.The present invention is therefore based on the object based on a sensor of the type mentioned to improve in that he inexpensively with low equipment expenditure on an optimal ar can be operated at the same time has a very high sensitivity.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt hinsichtlich des Sensors durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich einer appa rativ einfachen Vorrichtung zum Betreiben des Sensors durch die Merkmale des Anspruchs 18. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention with regard to the sensor by the characteristic Features of claim 1 and with respect to an appa relatively simple device for operating the sensor by the features of claim 18. Advantageous Refinements and developments of the invention result from the respective subclaims.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer sensiti ven Beschichtung, welche mindestens eine Legierungs schicht als Trägerschicht für Oberflächenplasmawellen beinhaltet, kann die Empfindlichkeit des Sensors dra stisch gesteigert und gleichzeitig der apparative Aufwand zum Betreiben des Sensors reduziert werden.The inventive use of a sensiti ven coating, which at least one alloy layer as a carrier layer for surface plasma waves includes, the sensitivity of the sensor can dra technically increased and at the same time the equipment Effort for operating the sensor can be reduced.

Neben der Legierungsschicht kann die sensitive Be schichtung noch weitere sensitive Schichten umfassen. Die Beschichtung wird direkt auf den Lichtleiterkern aufgebracht und hat mit der anderen Seite direkten Kontakt zum zu analysierenden Medium.In addition to the alloy layer, the sensitive Be Layering still include other sensitive layers. The coating is applied directly to the fiber core applied and has direct with the other side Contact with the medium to be analyzed.

Die Verwendung einer Legierung gemäß Anspruch 1 ge stattet es, den Sensor an kommerzielle preiswerte und handliche monochromatische Lichtquellen wie etwa La serdioden anzupassen. Bei vorgegebener Emissionswel lenlänge eines Lasers und vorgegebenem zu analysie renden Dielektrikum wird die Legierungskomposition so gewählt, daß der Absorptionsbereich der Oberflächen plasmawellen in den Bereich der Emissionswellenlänge des Lasers oder knapp außerhalb davon fällt. Die Meß genauigkeit des Systems ist außerordentlich hoch, da das Rauschen der monochromatischen Lichtquelle ver nachlässigbar gering ist.The use of an alloy according to claim 1 ge it equips the sensor to inexpensive commercial and handy monochromatic light sources such as La to adapt serdiodes. For a given emission world length of a laser and given analysis the dielectric composition becomes the alloy composition chosen that the absorption range of the surfaces plasma waves in the range of the emission wavelength of the laser or just outside of it. The meas accuracy of the system is extremely high because the noise of the monochromatic light source ver is negligible.

Außerdem gestattet die Verwendung einer Legierung eine exakte Arbeitspunkteinstellung des Sensors. Wie in Fig. 10 in Transmission dargestellt ist, kann die spektrale Lage der Resonanzkurve 21 durch Wahl einer geeigneten Legierungskomposition derart ver schoben werden, daß die Anregungswellenlänge im steilsten und damit empfindlichsten Flankenbereich 23 der Resonanz liegt.In addition, the use of an alloy allows the sensor to be set precisely. As shown in Fig. 10 in transmission, the spectral position of the resonance curve 21 can be shifted ver by choosing a suitable alloy composition such that the excitation wavelength lies in the steepest and therefore most sensitive flank region 23 of the resonance.

Je nach Anwendungsfall kann neben dem spektralen Schwerpunkt 22 auch die Halbwertsbreite 24 sowie die Flankensteilheit der Resonanzkurve durch Wahl einer entsprechenden Legierungskomposition den Bedürfnissen entsprechend angepaßt werden.Depending on the application, in addition to the spectral center of gravity 22 , the full width at half maximum 24 and the slope of the resonance curve can be adapted to the requirements by choosing an appropriate alloy composition.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die Reso nanzbedingung nicht mit Hilfe eines umfangreichen apparativen Aufbaus sondern auf einfache und kosten günstige Weise durch geeignete Wahl einer Legierungs komposition erfüllt.In contrast to the prior art, the Reso nanzbedingungen not with the help of an extensive apparatus construction but at simple and cost favorable way by suitable choice of an alloy composition fulfilled.

Geeignete Legierungskompositionen mit einem komplexen Brechungsindex N = n + ik müssen die Bedingung erfül len, daß der Realteil n des komplexen Brechungsindex n betragsmäßig kleiner als die Dämpfungskonstante k der Legierung ist, d. h. ÇnÇ < ÇkÇ. Nur in Legierun gen, die diese Bedingung erfüllen, lassen sich Ober flächenplasmawellen anregen. Die optischen Konstanten n und k lassen sich beispielsweise mit einem Ellipso meter bestimmen.Suitable alloy compositions with a complex Refractive index N = n + ik must meet the condition len that the real part n of the complex refractive index n smaller than the damping constant k the alloy is d. H. ÇnÇ <ÇkÇ. Alloy only conditions that meet this condition can be waiters stimulate surface plasma waves. The optical constants For example, n and k can be written with an ellipso determine meters.

Bevorzugt ist die Verwendung von Gold oder Silber als Hauptkomponente in Verbindung mit einem oder mehreren weiteren Metallen und besonders bevorzugt die Verwen dung von binären Legierungen aus Gold und Silber. Das Mischungsverhältnis ist jeweils auf die gewünschte Selektivität und Empfindlichkeit des Sensors abge stimmt.The use of gold or silver is preferred Main component in connection with one or more other metals and particularly preferably the use formation of binary alloys of gold and silver. The Mixing ratio is always the desired one Selectivity and sensitivity of the sensor abge Right.

Bevorzugte Schichtdicken für die Legierung liegen in einem Bereich von 10 nm bis 100 nm. Besonders bevor zugte Schichtdicken liegen im Bereich zwischen 50 nm und 60 nm.Preferred layer thicknesses for the alloy are in a range from 10 nm to 100 nm. Especially before layer thicknesses range between 50 nm and 60 nm.

Einen wichtigen Einfluß auf das Absorptionsverhalten hat auch die Länge, auf welcher die sensitive Be schichtung auf den Lichtleitkern aufgebracht wurde. Über die Länge des Beschichtungsbereichs läßt sich Einfluß auf die Form der Resonanzkurve und damit auf den Arbeitspunkt und die Empfindlichkeit nehmen. Mit zunehmender Länge der selektiven Metallegierung nimmt die Transmission ab und die Halbwertsbreite der Reso nanzkurve nimmt zu, ohne daß sich jedoch die Flanken steilheit ändert.An important influence on the absorption behavior also has the length over which the sensitive Be Layering was applied to the light guide core. The length of the coating area can be: Influence on the shape of the resonance curve and thus take the working point and the sensitivity. With increasing length of the selective metal alloy takes the transmission from and the half-width of the reso nanzkurve increases, but without the flanks steepness changes.

Über die Länge der Metallegierung läßt sich somit die Stärke des Meßsignals sowie die spektrale Position der Flanken einstellen. Die optimale Länge ist eine Funktion der Abmessungen des Lichtleiterkerns und des Winkels bzw. des Winkelbereichs, unter dem sich das Licht im Lichtleiter ausbreitet. Sinnvolle Längen liegen in einem Bereich zwischen 0,1 und 30 mm.Over the length of the metal alloy, the Strength of the measurement signal and the spectral position the flanks. The optimal length is one Function of the dimensions of the optical fiber core and Angle or the range of angles under which the Spreads light in the light guide. Useful lengths are in a range between 0.1 and 30 mm.

Zur Verbesserung der Haftung der sensitiven Metall schichten und der Langzeitstabilität des Sensors kann zusätzlich zwischen Lichtleitkern und Legierungs schicht eine Haftvermittlerschicht angeordnet sein. Als Haftvermittler eignen sich besonders Metall schichten, welche beispielsweise Chrom, Titan, Nickel, Kobalt oder Vanadium enthalten. Die Haftvermitt lerschicht sollte sehr dünn sein, um die resonante optische Anregung von Oberflächenplasmawellen nicht zu erschweren. Bevorzugte Schichtdicken liegen im Be reich von 0,1 nm bis 20 nm.To improve the adhesion of sensitive metal layers and the long-term stability of the sensor can additionally between light guide core and alloy an adhesion promoter layer may be arranged. Metal is particularly suitable as an adhesion promoter layers which, for example, chrome, titanium, Contain nickel, cobalt or vanadium. The adhesive agent The layer should be very thin to make the resonant optical excitation of surface plasma waves is not to complicate. Preferred layer thicknesses are in the Be range from 0.1 nm to 20 nm.

Um eine Selektivität des Sensors zu erzielen sowie zur Signalverstärkung kann auf die Legierungsschicht eine stofferkennende Schicht aufgebracht werden, wel che Kontakt zum zu analysierenden Dielektrikum hat. Die stofferkennende Schicht enthält bevorzugt eine Komponente eines chemischen oder biochemischen Rezep tor-Ligand-Komplexes mit einer hohen Affinität zum korrespondierenden Partner im zu analysierenden Medi um. Die stofferkennende Schicht hat typischerweise einen Dicke von 0,1 nm bis 10 µm.To achieve selectivity of the sensor as well for signal amplification can on the alloy layer a substance-recognizing layer can be applied, wel contact with the dielectric to be analyzed. The substance-recognizing layer preferably contains one Component of a chemical or biochemical recipe tor-ligand complex with a high affinity for corresponding partner in the media to be analyzed around. The substance-recognizing layer typically has a thickness of 0.1 nm to 10 µm.

Zwischen stofferkennender Schicht und Legierungs schicht kann eine Zwischenschicht aus chemisch reak tiven Gruppen zum Anbinden des Rezeptors oder des Liganden an die Legierungsschicht aufgebracht werden. Geeignete Dicken dieser Zwischenschicht betragen etwa 0,1 nm bis 100 nm. Between the substance-recognizing layer and the alloy layer can be an intermediate layer of chemically reak tive groups for binding the receptor or the Ligands are applied to the alloy layer. Suitable thicknesses of this intermediate layer are approximately 0.1 nm to 100 nm.

Die Verwendung eines Multimode-Lichtleiters erlaubt im Gegensatz zu einem Monomode-Lichtleiter aufgrund der größeren Lichtleitkernabmessungen eine erheblich vereinfachte Verbindungstechnik und Einkopplung des Lichtes. Mit auf Multimode-Lichtleitern beruhenden erfindungsgemäßen Sensor lassen sich apparativ ein fache und äußerst kostengünstige Sensoranordnungen realisieren. Bevorzugt finden Lichtleiter, die in einem Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 2400 nm Multimode-Lichtleiter sind, Verwendung.The use of a multimode light guide allows as opposed to a single mode light guide the larger fiber core dimensions a considerably simplified connection technology and coupling of the Light. With based on multimode light guides The sensor according to the invention can be used in apparatus fold and extremely inexpensive sensor arrangements realize. Preferably find light guides that in a wavelength range between 200 nm and 2400 nm Multimode light guides are use.

Für Sensoranwendungen kommen alle bekannten Multimo de-Lichtleiter in Frage, insbesondere Lichtleitfa sern, Rippenlichtleiter, vergrabene Lichtleiter und Filmlichtleiter. Bevorzugt finden aufgrund der pro duktionstechnischen Vorteile planare Lichtleiter Ver wendung.All known Multimo come for sensor applications de-light guide in question, in particular light guide star, ribbed light guide, buried light guide and Film light guide. Find preferred due to the pro Production advantages of planar light guides Ver turn.

Auf einfache und kostengünstige Weise können auch mehrere einzelne nebeneinander angeordnete Sensoren in einem einzigen planaren Lichtleiter integriert sein. Auf dem planaren Lichtleiter können nebenein ander separate stofferkennende Schichten in den ge trennten Lichtwegen der einzelnen Sensoren angeordnet sein. Ein aus einem einzigen planaren Lichtleiter bestehendes Multisensorsystem kann beispielsweise zur simultanen Konzentrationsbestimmung einer Mehrzahl chemischer Substanzen verwendet werden.In a simple and inexpensive way, too several individual sensors arranged side by side integrated in a single planar light guide be. On the planar light guide can side by side other separate substance-recognizing layers in the ge separate light paths of the individual sensors be. One from a single planar light guide existing multi-sensor system can, for example simultaneous determination of the concentration of a plurality chemical substances are used.

Die Lichtein- und Lichtauskopplung bei einem opti schen Sensor kann über die Stirnflächen des Lichtlei terkerns erfolgen, beispielsweise die Lichteinkopp lung über das eine Ende und die Auskopplung über das zweite Ende einer Lichtleitfaser. Es ist aber auch möglich, daß ein Ende des Lichtleiters verspiegelt oder mit einem reflektierenden Element versehen wird. In diesem Fall erfolgt die Lichtein- und Lichtaus kopplung über ein und dieselbe Stirnfläche des Licht leiters.The light coupling and light coupling with an opti The sensor can over the end faces of the Lichtlei core, for example the incidence of light one end and the decoupling via the second end of an optical fiber. It is also possible that one end of the light guide mirrored or is provided with a reflective element. In this case, the lights are switched on and off coupling over one and the same end face of the light leader.

Als reflektierendes Element eignet sich eine Metall schicht oder ein Metallschichtsystem, welches bei den verwendeten Wellenlängen des eingekoppelten Lichtes keine Plasmawellenresonanz aufweist. Zwischen Metall schicht oder Metallschichtsystem und Lichtleitkern kann sich zusätzlich noch eine Haftvermittlerschicht befinden.A metal is suitable as a reflective element layer or a metal layer system, which the used wavelengths of the coupled light has no plasma wave resonance. Between metal layer or metal layer system and light guide core can also add an adhesion promoter layer are located.

Wird das eingekoppelte Licht am Ende eines Lichtlei ters reflektiert, kann es zweimal mit der Legierungs schicht wechselwirken. Dies gestattet eine Verkürzung der Baulänge des Sensors.The coupled light is at the end of a light guide ters reflected, it can be twice with the alloy layer interact. This allows a shortening the overall length of the sensor.

Eine erfindungsgemäß apparativ einfache Vorrichtung zum Betreiben des Sensors unter Beibehaltung der ho hen Nachweisempfindlichkeit beinhaltet optische In terfaces zur Ein- und Auskopplung von Licht in die bzw. aus den Sensoren und ein optisches Meßsystem. Das optische Meßsystem beinhaltet eine oder zwei Lichtquellen sowie eine optische Detektoranordnung. Bei Verwendung von zwei Lichtquellen enthält das op tische Meßsystem weiterhin einen Mischer, um das Licht beider Lichtquellen zu kombinieren.A device that is simple in terms of apparatus according to the invention to operate the sensor while maintaining the ho hen detection sensitivity includes optical In interfaces for coupling and decoupling light into the or from the sensors and an optical measuring system. The optical measurement system includes one or two Light sources and an optical detector arrangement. When using two light sources, the op table measuring system still a mixer to the Combine light from both light sources.

Die Einkopplung des Lichtes in den Sensor erfolgt er findungsgemäß mit Hilfe eines ersten optischen Inter faces über eine erste Fläche des Sensors und die Aus kopplung über eine zweite Fläche mit Hilfe eines op tionalen zweiten optischen Interfaces oder bei An bringen einer Reflexionsvorrichtung an der zweiten Fläche über die erste Fläche mit Hilfe des ersten optischen Interfaces.It couples the light into the sensor according to the invention with the aid of a first optical inter faces over a first surface of the sensor and the off coupling over a second surface with the help of an op tional second optical interfaces or at An bring one reflection device to the second Area over the first area using the first optical interfaces.

Durch das optische Interface läßt sich optimal und reproduzierbar Licht unter einem vorgegebenen Winkel und mit einer vorgegebenen Winkelverteilung in den Sensor ein- und/oder auskoppeln. Auf diese Weise kann die Intensitätsbesetzung der einzelnen Lichtleitermo den definiert festgelegt werden. Folglich lassen sich nicht reproduzierbare Schwankungen in der Modenver teilung vermeiden und die Nachweisempfindlichkeit des Systems kann gesteigert werden. Außerdem erlaubt es das optische Interface, gezielt Einfluß auf die Form der Absorptionsbande und damit auf den Arbeitspunkt zu nehmen.Through the optical interface can be optimal and reproducible light at a given angle and with a given angular distribution in the Couple sensor in and / or out. That way the intensity occupation of the individual light guide mo which are defined. Consequently, non-reproducible fluctuations in the mode ver Avoid division and the detection sensitivity of the Systems can be increased. It also allows the optical interface, targeted influence on the shape the absorption band and thus to the working point to take.

Die optischen Interfaces können Blenden enthalten, die bevorzugt an die Form der Ein- bzw. Auskoppelflä che angepaßt sind. Zusätzlich können die Interfaces optische Linsen oder abbildende Linsensysteme umfas sen, die den Ausgang des optischen Meßsystems auf die erste Fläche des Sensors abbilden. In den Strahlen gang wird eine Blende eingebracht, so daß nur Licht unter einem bestimmten Winkel und mit einer bestimm ten Winkelverteilung in den Sensor einkoppelbar ist.The optical interfaces can contain panels, which prefers the shape of the coupling or decoupling surface che are adapted. In addition, the interfaces includes optical lenses or imaging lens systems sen that the output of the optical measuring system on the Map the first surface of the sensor. In the rays a shutter is inserted so that only light at a certain angle and with a certain th angular distribution can be coupled into the sensor.

Das optische Meßsystem beinhaltet eine erste, mono chromatische Lichtquelle zur Anregung der Oberflä chenplasmawellen und optional eine zweite, mono- oder polychromatische Lichtquelle mit einer Emissionswel lenlänge oder einem Emissionswellenlängenbereich au ßerhalb der Absorptionsbande. Bei Verwendung einer zweiten Lichtquelle beinhaltet das optische Meßsystem weiterhin eine Vorrichtung zum Mischen des Lichtes der ersten Lichtquelle mit dem Licht der zweiten Lichtquelle. Die zweite Lichtquelle emittiert bevor zugt Licht mit einem sehr eng begrenzten Wellen längenspektrum. Um die zweite Lichtquelle, beispiels weise eine kostengünstige Leuchtdiode, als Referenz zur ersten Lichtquelle verwenden zu können, muß das Licht beider Lichtquellen denselben optischen Weg durchlaufen. Vorteilhaft wirkt sich aus, daß beide Lichtquellen fest montiert sein können. Dadurch las sen sich systematische Meßfehler reduzieren und die Nachweisempfindlichkeit entsprechend steigern.The optical measuring system includes a first, mono chromatic light source to excite the surface Chen plasma waves and optionally a second, mono- or polychromatic light source with an emission wel len length or an emission wavelength range au outside the absorption band. When using a The second light source contains the optical measuring system furthermore a device for mixing the light the first light source with the light of the second Light source. The second light source emits before draws light with a very narrowly defined waves length spectrum. To the second light source, for example as an inexpensive light emitting diode, for reference To be able to use the first light source, the Light from both light sources has the same optical path run through. It is advantageous that both Light sources can be permanently installed. This read systematic measurement errors can be reduced and the Increase detection sensitivity accordingly.

Das optische Meßsystem enthält weiterhin eine opti sche Detektoranordnung, welche die optische Leistung des ausgekoppelten Lichtes der ersten Lichtquelle bestimmt und daraus ein erstes Signal generiert und bei Verwendung einer zweiten Lichtquelle die optische Leistung des ausgekoppelten Lichtes der zweiten Lichtquelle bestimmt und daraus ein zweites Signal generiert. Unter Verwendung des Signals der ersten Lichtquelle oder beider Signale wird anschließend die Ausgangsmeßgröße ermittelt.The optical measuring system also contains an opti cal detector arrangement, which the optical power of the decoupled light from the first light source determined and a first signal generated therefrom and the optical when using a second light source Output of the outcoupled light of the second Determines the light source and from it a second signal generated. Using the signal from the first The light source or both signals is then the Output measured variable determined.

Das optische Meßsystem kann einen einzigen optischen Detektor enthalten, welcher bei Verwendung von zwei Lichtquellen auf Multiplexbasis abwechselnd die opti sche Leistung des ausgekoppelten Lichtes der ersten Lichtquelle bestimmt und daraus ein erstes Signal generiert und anschließend die optische Leistung des ausgekoppelten Lichtes der zweiten Lichtquelle be stimmt und daraus ein zweites Signal generiert. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das erste Signal generiert wird während die erste Lichtquelle an- und die zweite Lichtquelle abgeschaltet ist und das zweite Signal generiert wird während die zweite Lichtquelle an- und die erste Lichtquelle abgeschal tet ist.The optical measuring system can be a single optical Detector included, which when using two Multiplex-based light sources alternately opti cal power of the decoupled light of the first Determines the light source and a first signal generated and then the optical power of the decoupled light of the second light source be true and generated a second signal. This can happen, for example, that the first Signal is generated while the first light source on and the second light source is switched off and the second signal is generated while the second Switch on the light source and switch off the first light source is.

Das optische Meßsystem kann auch zwei optische Detek toren enthalten, wobei der erste optische Detektor die optische Leistung der ersten Lichtquelle und der zweite optische Detektor die optische Leistung der zweiten Lichtquelle bestimmt. Die verwendeten Detek toren werden entsprechend dem Spektralbereich der jeweiligen Lichtquellen ausgewählt. Um die Selektivi tät der Detektoren zu steigern können vor den Detek toreingängen wellenlängenselektive Bauteile ange bracht sein. Alternativ können die Lichtquellen auf Multiplexbasis abwechselnd an- und ausgeschaltet sein.The optical measuring system can also two optical detec gates included, the first optical detector the optical power of the first light source and the second optical detector the optical performance of the second light source determined. The detec used gates are corresponding to the spectral range of the selected light sources. To the selectivities the detectors can increase before the Detek Gate inputs with wavelength-selective components be brought. Alternatively, the light sources can be on Multiplex base alternately switched on and off be.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Multisensorsystems und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben von Sensoren lassen sich unter geringem produktions technischen und apparativen Aufwand simultan die Kon zentrationen mehrerer chemischer Substanzen bestim men. In die einzelnen Sensoren, welche unterschiedli che stofferkennende Schichten aufweisen können, kann mittels eines Strahlteilers und eines ersten Inter faces pro Sensor das Licht eingekoppelt und über ent sprechende zweite Interfaces bzw. die ersten Inter faces wieder ausgekoppelt werden. Über eine angepaßte optische Detektoranordnung wird anschließend für je den Sensor eine separate Ausgangsmeßgröße ermittelt.With the help of the multi-sensor system according to the invention and the device for operating according to the invention of sensors can be produced with little production technical and equipment expenditure simultaneously the Kon concentrations of several chemical substances men. In the individual sensors, which differ che can have substance-recognizing layers by means of a beam splitter and a first inter faces, the light is coupled per sensor and via ent speaking second interfaces or the first interfaces faces are coupled out again. About a customized optical detector arrangement is then for each the sensor determines a separate output measurement.

Die Sensoren können vorteilhafterweise als ein ein ziger planarer Wellenleiter mit an unterschiedlichen Stellen des Wellenleiters angeordneten stofferkennen den Schichten ausgestaltet sein. Diese Anwendung ist von großer praktischer Bedeutung, da basierend auf nur einem einzigen planaren Wellenleiter eine simul tane Konzentrationsbestimmung mehrerer Substanzen möglich wird.The sensors can advantageously be as one ziger planar waveguide with different Recognize the locations of the waveguide the layers. This application is of great practical importance because based on just a single planar waveguide a simul tane concentration determination of several substances becomes possible.

Sollte die zweite Fläche eines Sensors mit einem Re flexionselement versehen sein und das Licht deshalb über die erste Fläche ausgekoppelt werden, so kann optional durch einen Strahlteiler der Strahlteilung 1 auf 2 das ausgekoppelte Licht der optischen Detektor anordnung zugeführt werden, ohne daß die Detektoran ordnung im optischen Weg zwischen Lichtquelle und Sensor angebracht werden muß.If the second surface of a sensor is provided with a reflection element and the light is therefore coupled out over the first surface, the coupled light of the beam splitter 1 to 2 can optionally be supplied to the optical detector arrangement without the detector arrangement in a optical path between the light source and sensor must be attached.

Selbstverständlich läßt sich die geschilderte erfin dungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben des beschriebe nen Sensors auch für andere optische Sensoren einset zen.Of course, the described one can be invented device according to the invention for operating the described sensors can also be used for other optical sensors Zen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Er findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung der Ausführungsbeispiele und anhand der Zeich nungen, welche bevorzugte, jedoch beispielsweise Aus gestaltungen wiedergeben. Es zeigen:Further details, advantages and characteristics of the Er finding result from the following description Exercise of the embodiments and using the drawing Solutions, which preferred, but for example Aus play designs. Show it:

Fig. 1 einen Filmlichtleiter, bestehend aus licht leitendem Film, Lichtleiterträger und Abdeckung, mit einer sensitiven Beschichtung auf dem lichtleitenden Film; FIG. 1 is a film light guide, consisting of light-conducting film, optical fiber support and cover, with a sensitive coating on the photoconductive film;

Fig. 2 einen Filmlichtleiter mit einem reflektieren den Element auf einer Stirnfläche; Fig. 2 is a film light guide with a reflect the element on an end face;

Fig. 3 eine Lichtleitfaser, bestehend aus Faserkern und Ummantelung, mit einer sensitiven Beschichtung auf dem Faserkern; Fig. 3 is an optical fiber, consisting of fiber core and cladding, with a sensitive coating on the fiber core;

Fig. 4 eine Lichtleitfaser mit einem reflektierenden Element auf einer Stirnfläche; Figure 4 is an optical fiber with a reflective element on an end face.

Fig. 5 einen Rippenlichtleiter, bestehend aus seit lich begrenztem Lichtleitkern, Lichtleiterträger und Abdeckung, mit einer sensitiven Beschichtung auf dem Lichtleitkern;5 shows a light guide ribs, consisting of a limited since Lich light-guiding core, optical fiber support and cover, with a sensitive coating on the light-guiding core.

Fig. 6 einen Rippenlichtleiter mit einem reflektier enden Element auf einer Stirnfläche;6 shows a light guide ribs with a reflektier element on an end face.

Fig. 7 einen vergrabenen Lichtleiter, bestehend aus seitlich begrenztem Lichtleitkern, Lichtleiterträger und Abdeckung, mit einer sensitiven Beschichtung auf dem Lichtleitkern; Fig. 7 is a buried optical waveguide, consisting of a limited laterally guiding core, optical fiber support and cover, with a sensitive coating on the light-guiding core;

Fig. 8 einen vergrabenen Lichtleiter mit einem re flektierenden Element auf einer Stirnfläche; Figure 8 shows a buried light guide with a re reflecting element on an end face.

Fig. 9 eine sensitive Schichtenfolge bestehend aus auf Lichtleitkern aufgebrachter Haftvermittler-, Le gierungs-, Zwischen- und stofferkennender Schicht; Fig. 9 is a sensitive layer sequence consisting of adhesion promoter applied to light-guiding core, Le yaw, intermediate and material-recognizing layer;

Fig. 10 ein Beispiel der spektralen Intensitätsver teilung des ausgekoppelten Lichtes bei Auftreten einer Oberflächenplasmawellenresonanz; FIG. 10 is an example of the spectral distribution of the outcoupled light Intensitätsver upon occurrence of a plasma surface wave resonance;

Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel eines optischen In terfaces, bestehend aus einer Blende; FIG. 11 is an embodiment of an optical terfaces In consisting of a diaphragm;

Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel eines optischen In terfaces, bestehend aus einer Blende und einer Linse; FIG. 12 is an embodiment of an optical terfaces In consisting of a diaphragm and a lens;

Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel eines optischen In terfaces bestehend aus einer Blende und zwei Linsen; FIG. 13 is an embodiment of an optical terfaces In consisting of a diaphragm and two lenses;

Fig. 14-17 Vorrichtungen zum Betreiben eines Sensors; Fig. 14-17 apparatuses for operating a sensor;

Fig. 18-19 Vorrichtungen zum Betreiben eines Multisensorsystems; und Fig. 18-19 apparatuses for operating a multi-sensor system; and

Fig. 20-21 Vorrichtungen zum Betreiben eines auf einem einzigen planaren Wellenleiter basierenden Mul tisensorsystems. Fig. 20-21 apparatuses for operating a tisensorsystems based on a single planar waveguide Mul.

Fig. 1 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele für Mul timode-Lichtwellenleiter, welche sich für einen er findungsgemäßen Sensor auf der Basis der resonanten optischen Anregung von Oberflächenplasmawellen eig nen. Fig. 1 to 8 show embodiments for Mul timode optical waveguide, which are suitable for a sensor according to the invention based on the resonant optical excitation of surface plasma waves.

In Fig. 1 ist ein Filmlichtleiter bestehend aus einem planaren lichtleitenden Film 3, der von einem plana ren Lichtleiterträger 2 und einer planaren Abdeckung 1 umgeben ist, dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Film lichtleiter mit einem reflektierenden Element 11 an einer Stirnfläche. In Fig. 3 ist eine Lichtleitfaser bestehend aus zylindersymmetrischem lichtleitendem Faserkern 5 und Ummantelung 4 dargestellt. In Fig. 4 ist eine Lichtleitfaser mit einem reflektierenden Element 11 an einem Ende abgebildet. In den Fig. 5 und 6 ist ein Rippenlichtleiter und in den Fig. 7 und 8 ein vergrabener Lichtleiter, jeweils bestehend aus einem seitlich begrenzten Lichtleitkern 6 umgeben von einem planaren Lichtleiterträger 7 und einer pla naren Abdeckung 8, sowie teilweise versehen mit einem reflektierenden Element 11, abgebildet. Beim Film-, Rippen- und vergrabenen Lichtleiter können Lichtleit erträger und Abdeckung aus dem gleichen oder aus un terschiedlichem Material bestehen. In Fig. 1, a film light guide consisting of a planar light-guiding film 3 , which is surrounded by a planar light guide support 2 and a planar cover 1 , is shown. Fig. 2 shows a film light guide with a reflective element 11 on an end face. In Fig. 3, an optical fiber consisting of a cylindrical symmetrical light-guiding fiber core 5 and sheathing 4 is shown. In FIG. 4, an optical fiber is illustrated with a reflecting element 11 at one end. In FIGS. 5 and 6, a rib optical waveguide and in FIGS. 7 and 8, a buried optical fiber, each consisting of a laterally confined light-guiding core 6 is surrounded by a planar optical waveguide support 7 and a pla naren cover 8, and partly provided with a reflective element 11 , shown. In the case of film, rib and buried light guides, the light guide carrier and cover can consist of the same or different material.

Die Lichtleiter weisen eine erste Fläche 9 und eine zweite Fläche 10 auf. Die zweite Fläche 10 kann mit einem reflektierenden Element 11 versehen sein. Zwi schen den beiden Stirnflächen 9 und 10 befinden sich auf dem Lichtleiterkern eine oder mehrere Meßflächen. Auf die Meßflächen wird eine sensitive Beschichtung 12 aufgebracht.The light guides have a first surface 9 and a second surface 10 . The second surface 10 can be provided with a reflective element 11 . Between the two end faces 9 and 10 are one or more measuring surfaces on the light guide core. A sensitive coating 12 is applied to the measuring surfaces.

Als Materialien für Lichtleiterkerne eignen sich bei spielsweise Gläser wie Quarz, BK7, Pyrex und Tempax oder hochbrechende Polymere wie Polycarbonat oder PMMA.Suitable materials for fiber optic cores are at for example glasses like quartz, BK7, Pyrex and Tempax or high-index polymers such as polycarbonate or PMMA.

Als Materialien für die Abdeckung und den Lichtleit erträger können niederbrechende Gläser oder Polymere eingesetzt werden.As materials for the cover and the light guide Low-refractive glasses or polymers can be used be used.

Das reflektierende Element 11 kann beispielsweise durch Aufbringen einer Metallschicht oder eines Me tallschichtsystems auf die zweite Fläche 10 reali siert werden. Die Metallschicht oder das Metall schichtsystem kann Platin, Gold, Silber, Palladium, Chrom oder Aluminium enthalten. Geeignete Dicken der Metallschicht bzw. der Metallschichten betragen 100 nm bis 10 µm.The reflective element 11 can be realized, for example, by applying a metal layer or a metal layer system to the second surface 10 . The metal layer or the metal layer system can contain platinum, gold, silver, palladium, chromium or aluminum. Suitable thicknesses of the metal layer or layers are 100 nm to 10 µm.

Zusätzlich kann sich zwischen Metallschicht oder Me tallschichtsystem und zweiter Fläche 10 eine Haftver mittlerschicht befinden. Als Haftvermittler eignen sich Chrom, Titan, Kobalt, Vanadium oder Nickel mit Schichtdicken im Bereich von 0,1 nm bis 300 nm. So wohl Metallschichten wie auch Haftvermittler müssen so gewählt werden, daß mit der Anordnung keine Ober flächenplasmawellen resonant angeregt werden können. In addition, there may be an adhesive layer between the metal layer or metal layer system and the second surface 10 . Suitable adhesion promoters are chromium, titanium, cobalt, vanadium or nickel with layer thicknesses in the range from 0.1 nm to 300 nm. As well as metal layers and adhesion promoters must be chosen so that no surface plasma waves can be excited resonantly with the arrangement.

Die Meßfläche auf dem Lichtleitkern kann durch mecha nisches Lösen der Ummantelung, naßchemisches Ätzen, reaktives Ionenätzen, Plasmaveraschen usw. realisiert werden. Auf die Meßfläche wird anschließend die sen sitive Beschichtung, welche mindestens eine Legie rungsschicht umfaßt, aufgebracht. Die sensitive Be schichtung weist typischerweise eine Länge zwischen 0,1 bis 30 mm auf.The measuring surface on the light guide core can be mecha niche loosening of the jacket, wet chemical etching, reactive ion etching, plasma ashing, etc. realized will. The sen is then on the measuring surface sitive coating, which has at least one alloy tion layer comprises applied. The sensitive Be Layering typically has a length between 0.1 to 30 mm.

Das Aufbringen der Legierung selbst kann z. B. durch Bedampfen, Sputtern oder durch ein anderes Beschich tungsverfahren erfolgen. Geeignete Schichtdicken für die Legierung bewegen sich im Bereich von 10 nm bis 100 nm, bevorzugt von 50 nm bis 60 nm.The application of the alloy itself can e.g. B. by Steaming, sputtering or another coating procedure. Suitable layer thicknesses for the alloy range from 10 nm to 100 nm, preferably from 50 nm to 60 nm.

Die Metallegierung enthält mindestens eine der Haupt komponenten Gold oder Silber. Bevorzugt finden binäre Legierungen aus Gold und Silber Verwendung. Zusätz lich kann z. B. Palladium oder Nickel eingebracht wer den.The metal alloy contains at least one of the main ones components gold or silver. Preferably find binary Alloys of gold and silver use. Additional Lich z. B. palladium or nickel introduced the.

Die Ermittlung geeigneter Legierungskompositionen geschieht über die Analyse der optischen Konstanten der Legierung wie beispielsweise Brechungsindex n und Dämpfungskonstante k. Oberflächenplasmawellen können nur angeregt werden, wenn die Beziehung ÇnÇ < ÇkÇ er füllt ist. Die Charakterisierung der Legierungs schichten erfolgt z. B. mittels eines Ellipsometers.The determination of suitable alloy compositions happens through the analysis of the optical constants the alloy such as refractive index n and Damping constant k. Surface plasma waves can only be excited if the relationship ÇnÇ <ÇkÇ er is filling. The characterization of the alloy layers are done e.g. B. using an ellipsometer.

Aus den mit einem Ellipsometer gewonnenen Aussagen werden anschließend die geeigneten Parameter für die Herstellung und das Aufbringen einer Legierung, wel che in einem geeigneten Wellenlängenbereich Ober flächenplasmawellenresonanzen aufweist, reproduzier bar ermittelt. Auf diese Weise ist es beispielsweise bei Verwendung einer Silber-Gold-Legierung möglich, in Wasser Transmissionsminima in einem Wellenlängen bereich zwischen ungefähr 550 nm (reines Silber) bis 660 nm (reines Gold) zu beobachten. In diesem Bereich können Halbleiterlaser als Anregungslichtquelle ver wendet werden.From the statements made with an ellipsometer the appropriate parameters for the Manufacture and application of an alloy, wel surface in a suitable wavelength range has surface plasma wave resonances, reproduce determined bar. This way it is for example possible when using a silver-gold alloy, in water transmission minima in one wavelength range between approximately 550 nm (pure silver) to 660 nm (pure gold) can be observed. In this area can use semiconductor lasers as an excitation light source be applied.

Als Haftvermittler zwischen Lichtleiterkern und Le gierung eignen sich Schichten aus Chrom, Titan, Nickel, Kobalt oder Vanadium mit Schichtdicken im Be reich zwischen 0,1 nm bis 20 nm.As an adhesion promoter between fiber optic core and Le layers of chrome, titanium, Nickel, cobalt or vanadium with layer thicknesses in the loading range between 0.1 nm to 20 nm.

Als stofferkennende Schicht eignet sich eine Kompo nente eines chemischen oder biochemischen Rezeptor- Ligand-Komplexes wie beispielsweise eine Komponente der Systeme Antigen/Antikörper, Lectin/Kohlenhydrat, Nukleinsäure/Protein, Nukleinsäure/Nukleinsäure, Hor mon/Rezeptor, Enzym/ Enzymcofaktor, Enzym/Substrat, Protein A oder Protein G/Immunoglobulin oder Avi din/Biotin. Die nachzuweisende Substanz ist entspre chend entweder Rezeptor oder Ligand mit einer hohen Affinität zu der entsprechenden Komponente der stoff erkennenden Schicht. Die stofferkennende Schicht hat typischerweise Dicken zwischen 0,1 nm und 10 µm. Op tional können die jeweiligen immobilisierten Rezep toren oder Liganden der stofferkennenden Schicht über eine Zwischenschicht aus geeigneten chemisch reakti ven Gruppen an die Legierung gebunden werden. Derar tige Zwischenschichten weisen typischerweise Dicken zwischen 0,1 nm und 100 nm auf.A compo is suitable as a substance-recognizing layer element of a chemical or biochemical receptor Ligand complex such as a component of the systems antigen / antibody, lectin / carbohydrate, Nucleic acid / protein, nucleic acid / nucleic acid, Hor mon / receptor, enzyme / enzyme cofactor, enzyme / substrate, Protein A or Protein G / Immunoglobulin or Avi din / biotin. The substance to be detected is corresponding either receptor or ligand with a high Affinity for the corresponding component of the substance discerning layer. The substance-recognizing layer has typically thicknesses between 0.1 nm and 10 µm. Op tionally, the respective immobilized recipe tors or ligands of the substance-recognizing layer an intermediate layer of suitable chemically reactive groups are bound to the alloy. Derar Intermediate layers typically have thicknesses between 0.1 nm and 100 nm.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines Sen sors nach Fig. 4 basierend auf einer Multimode-Licht faser aus Quarzglas 5 mit einem Kerndurchmesser von 400 µm und mit einer Ummantelung 4 aus einem Polymer beschrieben. Die Stirnfläche 10 der Faser wird mit einem reflektierenden Metallschichtsystem 11 in der Folge 5 nm Chrom, 400 nm Silber und 100 nm Platin beschichtet. Die Polymerummantelung 4 wird mittels eines chemischen Lösungsmittels auf einer Länge von 7 mm (von der nicht reflektierenden Stirnfläche aus gemessen) entfernt. Der Aufbau der sensitiven Be schichtung ist in Abb. 9 dargestellt. Durch thermisches Aufdampfen wird auf das freigelegte Ende des Faserkerns 13 zunächst eine Haftvermittlerschicht 14 von 5 nm Chrom aufgebracht. Anschließend wird dar auf eine Legierung 15, die zu ungefähr 80% aus Silber und ungefähr 20% aus Gold besteht, aufgedampft. Da rauf wird mit Hilfe einer Zwischenschicht 18 aus Dit hiobis-succinimidyl-propionat (DSP) ein als Protein vorliegender Rezeptor oder Ligand immobilisiert. Dazu wird der Sensor zunächst in eine Lösung aus 0,01 M DSP in Aceton getaucht und anschließend mit Aceton gespült. Anschließend kommt der so beschichtete Be reich des Sensors in Kontakt mit Proteinen 17, welche sehr stark am Sensor haften. Nur die Oberfläche 19 der stofferkennenden Schicht hat Kontakt zur zu ana lysierenden Probe.An embodiment of a sensor according to FIG. 4 based on a multimode light fiber made of quartz glass 5 with a core diameter of 400 μm and with a jacket 4 made of a polymer is described below. The end face 10 of the fiber is coated with a reflective metal layer system 11 , subsequently 5 nm chromium, 400 nm silver and 100 nm platinum. The polymer coating 4 is removed by means of a chemical solvent over a length of 7 mm (measured from the non-reflecting end face). The structure of the sensitive coating is shown in Fig. 9. By thermal evaporation, an adhesion promoter layer 14 of 5 nm chromium is first applied to the exposed end of the fiber core 13 . It is then evaporated onto an alloy 15 , which consists of approximately 80% silver and approximately 20% gold. A receptor or ligand present as a protein is immobilized on top with the aid of an intermediate layer 18 made of dit hiobis succinimidyl propionate (DSP). To do this, the sensor is first immersed in a solution of 0.01 M DSP in acetone and then rinsed with acetone. Then the coated Be area of the sensor comes into contact with proteins 17 , which adhere very strongly to the sensor. Only the surface 19 of the substance-recognizing layer is in contact with the sample to be analyzed.

Mit dieser sensitiven Schichtenfolge kann der Sensor zur selektiven Stofferkennung eingesetzt werden. Der Sensor mit der beschriebenen Gold-Silber-Legierung weist in einer wäßrigen Lösung den spektralen Bereich größter Flankensteilheit, d. h. größter Empfindlich keit, bei ungefähr 635 nm auf. Als Anregungslicht quelle für die Oberflächenplasmawellen, welche sich an der Oberfläche 16 der Legierung ausbreiten, eignet sich somit eine handelsübliche Laserdiode. With this sensitive layer sequence, the sensor can be used for selective substance detection. The sensor with the gold-silver alloy described has in an aqueous solution the spectral range of greatest slope, ie greatest sensitivity, at about 635 nm. A commercially available laser diode is therefore suitable as the excitation light source for the surface plasma waves which spread on the surface 16 of the alloy.

In den Fig. 14 bis 17 sind Vorrichtungen zum Be treiben eines derartigen erfindungsgemäßen Sensors 47 dargestellt. Sie enthalten eine Laserdiode 44 mit ei nem Emissionsmaximum bei ungefähr 635 nm als mono chromatische erste Lichtquelle und eine Leuchtdiode 45 mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 1350 nm und einer spektralen Halbwertsbreite von 70 nm als zweite Lichtquelle. Das Licht der zweiten Lichtquelle kann aufgrund gleicher optischer Weglängen im Sensor als Referenz zur ersten Lichtquelle benutzt werden. Die Legierungskomposition, die Beschichtungslänge und der verwendete Laser sind so aufeinander abgestimmt, daß die Emissionswellenlänge des Lasers im Absorp tionsbereich der Plasmaresonanz, vorteilhafterweise im Bereich größter Flankensteilheit, liegt. Das Emis sionsspektrum der Leuchtdiode liegt weit außerhalb des Absorptionsbereichs der Plasmaresonanz und ist sehr schmalbandig. Anstatt der Leuchtdiode könnte auch eine monochromatische Lichtquelle (z. B. Halblei terlaser) verwendet werden.In Figs. 14 to 17 are devices for loading of such a sensor 47 according to the invention shown drive. They contain a laser diode 44 with an emission maximum at approximately 635 nm as a monochromatic first light source and a light-emitting diode 45 with an emission maximum at approximately 1350 nm and a spectral half-width of 70 nm as a second light source. The light of the second light source can be used as a reference to the first light source due to the same optical path lengths in the sensor. The alloy composition, the coating length and the laser used are matched to one another in such a way that the emission wavelength of the laser lies in the absorption range of the plasma resonance, advantageously in the region of greatest slope. The emission spectrum of the light emitting diode is far outside the absorption range of the plasma resonance and is very narrow-band. Instead of the light-emitting diode, a monochromatic light source (e.g. semiconductor laser) could also be used.

Über eine Vorrichtung 48 zum Mischen des Lichtes der ersten mit dem Licht der zweiten Lichtquelle und ein optisches Interface 46, welche die Verteilung der Winkel, unter welchen sich die Lichtstrahlen im Lichtleiterkern ausbreiten können festlegt, wird das Licht in den Lichtleiter eingekoppelt. Durch das op tische Interface wird eine reproduzierbare Modenbe setzung im Lichtleiterkern definiert. Außerdem kann damit Einfluß auf die Halbwertsbreite 24 und die Flankensteilheit der Absorptionsbande 20 der Oberflä chenplasmawellen genommen werden. Dadurch läßt sich der Arbeitspunkt bzw. die Empfindlichkeit des Sensor systems beeinflussen. Nachfolgend soll die Funktions weise eines optischen Interfaces näher erläutert wer den.The light is coupled into the light guide via a device 48 for mixing the light of the first with the light of the second light source and an optical interface 46 , which defines the distribution of the angles at which the light beams can propagate in the light guide core. The optical interface defines a reproducible mode occupation in the fiber optic core. It can also be used to influence the full width at half maximum 24 and the slope of the absorption band 20 of the surface plasma waves. This allows the operating point or the sensitivity of the sensor system to be influenced. The function of an optical interface is explained in more detail below.

In Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel eines opti schen Interfaces dargestellt. Im Strahlengang vor der ersten Fläche 9 des Lichtleitkerns 3, 5, 6 befindet sich eine Blende 26 in Form eines dünnen Plättchens oder Films aus nicht transparentem Material. Die An ordnung ist charakterisiert durch die Abmessungen der Austrittsöffnung 25 der Lichtstrahlen, den maximalen halben Öffnungswinkel α des optischen Meßsystems, die Abmessungen der ersten Fläche 9 des Lichtleitkerns 3, 5, 6, den Grenzwinkel, unter dem sich Licht im Licht leiterkern 3, 5, 6 gerade noch ausbreiten kann, die Blendenabmessungen und die Abstände 27 bzw. 28 zwi schen dem Ausgang des optischen Meßsystems 25 und Blende 26 bzw. erster Fläche 9. Diese Parameter sind so gewählt, daß nur Licht unter einem bestimmten Hauptwinkel β mit der Verteilung ± Δβ/2 in den Licht leiterkern 3, 5, 6 eingekoppelt wird.In Fig. 11 an embodiment is shown of an optical rule interfaces. In the beam path in front of the first surface 9 of the light guide core 3 , 5 , 6 there is an aperture 26 in the form of a thin plate or film made of non-transparent material. The arrangement is characterized by the dimensions of the exit opening 25 of the light beams, the maximum half opening angle α of the optical measuring system, the dimensions of the first surface 9 of the light guide core 3 , 5 , 6 , the critical angle at which light is in the light guide core 3 , 5th , 6 can just spread out, the diaphragm dimensions and the distances 27 and 28 between the output of the optical measuring system 25 and diaphragm 26 and first surface 9th These parameters are selected so that only light at a certain main angle β with the distribution ± Δβ / 2 is coupled into the light guide core 3 , 5 , 6 .

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines op tischen Interfaces mit einer Linse 29. Die Abstände 31 bzw. 33 von der Linse 29 zur Austrittsöffnung 25 bzw. zur ersten Fläche 9, die Brennweite und der Durchmesser der Linse werden so gewählt, daß alle Lichtstrahlen, die die Austrittsöffnung 25 verlassen, in den Lichtleiterkern eingekoppelt werden. Hinter oder vor der Linse befindet sich in festem Abstand 32 zur Linse eine Blende 30. Die Blende 30 kann auch direkt auf der Linse aufgebracht sein. Durch an die Wellenleiterform angepaßte Öffnungen 34 in der Blende mit einem festem mittleren Abstand 35 von der opti schen Achse 36 werden nur Lichtstrahlen mit einem Hauptwinkel β mit einer Verteilung von ± Δβ/2 in den Lichtleiterkern 3, 5, 6 eingekoppelt. Fig. 12 shows another embodiment of an op tables interfaces with a lens 29. The distances 31 and 33 from the lens 29 to the exit opening 25 and to the first surface 9 , the focal length and the diameter of the lens are chosen so that all light rays that exit the exit opening 25 are coupled into the light guide core. A screen 30 is located behind or in front of the lens at a fixed distance 32 from the lens. The aperture 30 can also be applied directly to the lens. Through adapted to the waveguide shape openings 34 in the aperture with a fixed average distance 35 from the optical axis 36's only light rays with a main angle β with a distribution of ± Δβ / 2 in the light guide core 3 , 5 , 6 are coupled.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines op tischen Interfaces mit zwei Linsen 37, 39. Die Ab stände 38, 40 zwischen Austrittsöffnung 25 und Linse 37 bzw. zwischen Linse 39 und erster Fläche 9 werden so gewählt, daß alle aus dem optischen Meßsystem aus tretenden Lichtstrahlen hinter der Linse 37 nahezu parallel verlaufen alle parallelen Lichtstrahlen nach Passieren einer Blende 41 mittels Linse 39 in den Lichtleiterkern eingekoppelt werden. Die Blende 41 weist beispielsweise kreisringförmigen Öffnungen 42 in einem festen mittleren Abstand 43 von der opti schen Achse 36 auf. Nur Lichtstrahlen mit einem Hauptwinkel β und einer Verteilung von ± Δβ/2 werden in den Lichtleiterkern 3, 5, 6 eingekoppelt. Fig. 13 shows another embodiment of an op tables interfaces with two lenses 37, 39. From the positions 38 , 40 between the outlet opening 25 and lens 37 or between lens 39 and first surface 9 are chosen so that all of the optical measuring system from emerging light rays behind the lens 37 run almost parallel to all parallel light rays after passing through an aperture 41 by means of Lens 39 are coupled into the light guide core. The aperture 41 has, for example, annular openings 42 at a fixed mean distance 43 from the optical axis 36 . Only light rays with a main angle β and a distribution of ± Δβ / 2 are coupled into the light guide core 3 , 5 , 6 .

Das mit Hilfe des ersten optischen Interfaces in den Sensor eingekoppelte Licht, welches den sensitiv be schichteten Lichtleiterbereich durchlaufen hat und in seiner Intensität mehr oder weniger abgeschwächt wur de, wird über die Fläche 10 wieder ausgekoppelt und anschließend einem optischen Meßsystem zugeführt (Fig. 14 und 15). Wird das Licht aufgrund einer Re flexion an der zweiten Fläche 10 des Sensors über das erste Interface ausgekoppelt (Fig. 16 und 17), so kann sich zwischen Interface und optischem Meßsystem ein Strahlteiler 53 der Strahlaufweitung 1 auf 2 be finden. Diese Anordnung gestattet es, die Detektor anordnung (49, 51, 52) aus dem Strahlengang zwischen Lichtquellen 44, 45 und Sensor 47 zu nehmen.The light coupled into the sensor with the aid of the first optical interface, which has passed through the sensitively coated light guide area and has been more or less attenuated in its intensity, is coupled out again via surface 10 and then fed to an optical measuring system ( FIGS. 14 and 15). If the light is coupled out due to a reflection on the second surface 10 of the sensor via the first interface ( FIGS. 16 and 17), a beam splitter 53 of the beam expansion 1 to 2 can be found between the interface and the optical measuring system. This arrangement allows the detector arrangement ( 49 , 51 , 52 ) to be taken from the beam path between light sources 44 , 45 and sensor 47 .

Das optische Meßsystem kann, wie in den Fig. 14 und 16 dargestellt, einen einzigen optischen Detektor 49 enthalten, welcher im Multiplexbetrieb zunächst während die zweite Lichtquelle 45 ausgeschaltet ist die Leistung des ausgekoppelten Lichtes der ersten Lichtquelle 44 bestimmt und daraus ein erstes Signal generiert und anschließend, während die erste Licht quelle 44 ausgeschaltet ist, die Leistung des ausge koppelten Lichtes der zweiten Lichtquelle 45 bestimmt und daraus ein zweites Signal generiert.The optical measuring system can, as shown in FIGS. 14 and 16, contain a single optical detector 49 which, in multiplex operation, first determines the power of the outcoupled light of the first light source 44 while the second light source 45 is switched off and generates a first signal therefrom and then, while the first light source 44 is switched off, determines the power of the out-coupled light of the second light source 45 and generates a second signal therefrom.

Das optische Meßsystem kann alterativ, wie in den Fig. 15 und 17 dargestellt, auch einen Strahltei ler 50 der Strahlteilung 1 auf 2 und zwei hinsicht lich der Detektionswellenlänge optimierte optische Detektoren, beispielsweise eine Siliziumphotodiode 51 für die Laserdiode und eine Germaniumphotodiode 52 für die Leuchtdiode, enthalten. Das optische Meßsy stem kann im Multiplexbetrieb arbeiten, d. h. der er ste Detektor 51 generiert das erste Signal während die erste Lichtquelle 44 ein- und die zweite Licht quelle 45 ausgeschaltet ist und anschließend gene riert der zweite Detektor 52 das zweite Signal wäh rend die zweite Lichtquelle 45 an- und die erste Lichtquelle 44 ausgeschaltet ist. Alternativ können beide Lichtquellen gleichzeitig eingeschaltet sein und die beiden Detektoren 51, 52 aufgrund je eines wellenlängenselektiven Bauteils vor dem Detektorein gang jeweils nur die Leistung des ausgekoppelten Lichtes der ersten oder der zweiten Lichtquelle 44, 45 bestimmen.The optical measuring system can alternatively, as shown in FIGS. 15 and 17, also a beam splitter 50 of beam splitting 1 to 2 and two optical detectors optimized with regard to the detection wavelength, for example a silicon photodiode 51 for the laser diode and a germanium photodiode 52 for the light-emitting diode , contain. The optical measuring system can work in multiplex mode, ie the first detector 51 generates the first signal while the first light source 44 is on and the second light source 45 is switched off and then the second detector 52 generates the second signal while the second light source 45 on and the first light source 44 is switched off. Alternatively, both light sources can be switched on at the same time and the two detectors 51 , 52 each determine only the power of the outcoupled light of the first or the second light source 44 , 45 on the basis of a wavelength-selective component in front of the detector input.

Aus dem ersten Signal oder aus dem ersten Signal in Kombination mit dem zweiten Signal läßt sich an schließend eine Größe generieren, welche Aussagen über die Resonanzänderung und damit über Änderungen des Dielektrikums enthält. From the first signal or from the first signal in Combination with the second signal can be started finally generate a size which statements about the change in resonance and thus about changes of the dielectric contains.

Als optische Detektoren für das Meßsystem eignen sich neben Silizium- oder Germaniumphotodioden auch bei spielsweise InGaAs-Photodioden oder Photomultiplier.Suitable as optical detectors for the measuring system in addition to silicon or germanium photodiodes for example InGaAs photodiodes or photomultipliers.

Mit den bisher angeführten Komponenten ist es mö glich, ein Multisensorsystem zu realisieren, welches simultan die Konzentrationen einer Vielzahl chemi scher Substanzen bestimmt. Im folgenden soll ein Sy stem mit m optischen Sensoren (m < 1) zur Bestimmung der Konzentrationen von m Substanzen betrachtet wer den.With the components listed so far, it is possible was like realizing a multi-sensor system which the concentrations of a multitude of chemi certain substances. In the following a Sy stem with m optical sensors (m <1) for determination the concentrations of m substances are considered the.

Ein derartiges Multisensorsystem ist in Fig. 18 dar gestellt. Jeder der m optischen Sensoren 47 ist mit einer spezifischen stofferkennenden Schicht für den Nachweis je einer der m nachzuweisenden Substanzen versehen. Das Licht der beiden Lichtquellen 44, 45 wird über einen Strahlteiler 54 der Strahlaufweitung 2 auf m zunächst zusammengeführt (gemischt) und an schließend wiederum in m Teilstrahlen aufgefächert. Anschließend werden die Teilstrahlen mit Hilfe von m ersten optischen Interfaces 46 in die m Sensoren 47 eingekoppelt. Daraufhin wird das Licht, welches die sensitive Beschichtung passiert hat, am anderen Ende 10 des Sensors ausgekoppelt und einem optischen Meß system bestehend aus entweder m oder 2 × m, optional mit wellenlängenselektiven Bauteilen versehenen und optional im Multiplexverfahren arbeitenden, optischen Detektoren 55 zugeführt. Anschließend werden von der Detektoranordnung m unabhängige Größen generiert, welche charakteristisch für das Detektionsergebnis des einzelnen Sensors sind.Such a multi-sensor system is shown in FIG. 18. Each of the m optical sensors 47 is provided with a specific substance-recognizing layer for the detection of one of the m substances to be detected. The light from the two light sources 44 , 45 is first combined (mixed) via a beam splitter 54 of the beam widening 2 to m and then fanned out again into m partial beams. The partial beams are then coupled into the m sensors 47 with the aid of m first optical interfaces 46 . Then the light which has passed the sensitive coating is coupled out at the other end 10 of the sensor and an optical measuring system consisting of either m or 2 × m, optionally provided with wavelength-selective components and optionally operating in multiplexing, optical detectors 55 . Subsequently, m independent quantities are generated by the detector arrangement, which are characteristic of the detection result of the individual sensor.

Wie in Fig. 19 dargestellt ist, können die m Sensoren 47 an dem zweiten Ende 10 mit einem reflektierenden Element versehen sein, so daß das reflektierte Licht wiederum über die m ersten Interfaces 46 ausgekoppelt und über Strahlteiler 53 der Strahlaufweitung 1 auf 2 der optischen Detektoranordnung zugeführt wird.As shown in FIG. 19, the m sensors 47 can be provided with a reflective element at the second end 10 , so that the reflected light is in turn coupled out via the m first interfaces 46 and via beam splitters 53 of the beam widening 1 to 2 of the optical detector arrangement is fed.

In Fig. 20 ist ein Multisensorsystem dargestellt, bei welchem die m unabhängigen optischen Sensoren von einem einzigem planaren Wellenleiter 57 beispielswei se einem Filmwellenleiter, gebildet werden. Die mit tels m erster Interfaces 46 eingekoppelten m Licht strahlen durchlaufen m unterschiedliche Bahnen inner halb des Lichtleiters. Die in Lichtstrahlen kommen mit m verschiedenen und an unterschiedlichen Orten des Lichtleiters aufgebrachten stofferkennenden Schichten 56 der sensitive Beschichtung 12 in Kontakt.In Fig. 20, a multi-sensor system is shown, in which the m independent optical sensors of a sole planar waveguide 57 beispielswei se a film waveguide can be formed. The m light injected by means of m first interfaces 46 pass through m different paths within the light guide. The light rays come into contact with m different substance-recognizing layers 56 of the sensitive coating 12 applied at different locations on the light guide.

Das Licht, welches mit der sensitiven Beschichtung in Kontakt kam, kann, wie in Fig. 20 dargestellt, über die zweite Fläche 10 oder bei Anbringen einer Refle xionsvorrichtung an der zweiten Fläche 10, wie in Fig. 21 dargestellt, über die erste Fläche 9 ausge koppelt werden. Die optische Detektoranordnung ent spricht derjenigen aus Fig. 18 bzw. Fig. 19.The light which came into contact with the sensitive coating can, as shown in FIG. 20, via the second surface 10 or, if a reflection device is attached to the second surface 10 , as shown in FIG. 21, via the first surface 9 be coupled out. The optical detector array ent speaks to that of FIG. 18 and FIG. 19.

Claims

1. Optical sensor based on the resonant excitation of surface plasma waves, consisting of a light guide, the majority of which is covered by a cover ( 1 , 2 , 4 , 7 , 8 ) light guide core ( 3 , 5 , 6 ) at one end a first surface che ( 9 ) and at another end has a second surface ( 10 ), the light guide core between the first and second surfaces ( 9 , 10 ) having at least one measuring surface, characterized in that a sensitive coating ( 12 ) which has at least one metal alloy contains, on which this (these) measuring surface (s) is applied and that the excitation of the surface plasma waves takes place with monochromatic light.

2. Optical sensor according to claim 1, characterized ge features that the composition of the alloy is chosen is that between the refractive index n the Le alloy and the damping constant k of the alloy The relationship ÇnÇ <ÇkÇ applies.

3. Optical sensor according to claim 2, characterized ge features that the metal alloy at least one of the com contains gold or silver.

4. Optical sensor according to one of the preceding Claims, characterized, that the alloy layer has a thickness between 10 nm and 100 nm and has a length between 0.1 mm to 30 mm on the fiber core is applied.

5. Optical sensor according to one of the preceding Claims, characterized, that the light guide is a multimode light guide is.

6. Optical sensor according to claim 5, characterized ge features that the multimode light guide is a light guide ser, a rib light guide, a buried Light guide, a film light guide or another rer planar light guide.

7. Optical sensor according to one of the preceding Claims, characterized, that between metal alloy and light guide core an adhesion promoter layer is applied.

8. Optical sensor according to claim 7, characterized ge features that the adhesion promoter layer is chrome, nickel, Contains titanium, cobalt or vanadium and one Thickness between 0.1 nm and 20 nm.

9. Optical sensor according to one of the preceding Claims, characterized, that on the metal alloy a substance-recognizing Layer is applied.

10. Optical sensor according to claim 9, characterized ge features that the substance-recognizing layer is a component a chemical or biochemical receptor Contains ligand complex and a thickness between 0.1 nm and 10 µm.

11. Optical sensor according to claim 9 or 10, there characterized by that between the alloy layer and stoffer knowing layer another layer with che mixed reactive groups for connecting the recipe tors or the ligand to the alloy layer located.

12. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the first surface ( 9 ) is the light coupling surface and the second surface ( 10 ) is the light output surface.

13. Optical sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the first surface ( 9 ) is the light input and output surface and the second surface ( 10 ) is provided with a reflected light-reflecting element ( 11 ).

14. Optical sensor according to claim 13, characterized in that the reflective element ( 11 ) from a layer on the second surface ( 10 ) applied metal or a metal layer system.

15. Optical sensor according to claim 14, characterized in that between the metal layer or metal layer system and the second surface ( 10 ) an adhesion promoter layer is applied.

16. Multi-sensor system consisting of several optical sensors according to one of claims 1 to 15, characterized in that a plurality of sensors ( 47 ) are arranged next to one another in the beam direction.

17. Multi-sensor system according to claim 16, characterized in that the individual sensors ( 47 ) are integrated in a single planar waveguide ( 57 ) and each sensor is assigned a separate substance-detecting layer ( 56 ).

18. Device for operating an optical sensor according to one of the preceding claims, including
a first optical interface ( 46 ), with the aid of which the light can be coupled in and / or out via the first surface ( 9 ) of the sensor ( 47 ) with a defined angular distribution and
an optical measuring system containing a first, monochromatic light source ( 44 ) with an emission wavelength in the range of the absorption spectrum of the surface plasma waves and
an optical detector arrangement ( 49 , 51 , 52 , 55 ) which determines the optical power of the outcoupled light of the first light source ( 44 ), generates a first signal therefrom and uses the first signal to determine the output measurement size.

19. The apparatus according to claim 17, characterized in that a second optical interface, by means of which the coupled light can be coupled out via the second surface ( 10 ), is present.

20. The apparatus according to claim 18 or 19, characterized in that the optical interfaces contain panels ( 26 , 30 , 41 ) made of non-transparent material and in the optical beam path in front of the first surface ( 9 ) and / or after the second surface ( 10 ) are arranged.

21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the diaphragms ( 26 ) are adapted to the geometry of the first and / or second surface ( 9 , 10 ).

22. The apparatus according to claim 20, characterized in that the panels ( 30 , 41 ) to the geometry of the first and / or second surface ( 9 , 10 ) have recesses.

23. Device according to one of claims 20 to 22, characterized in that the optical interface further includes (an) optical lens (s) ( 29 , 37 , 39 ) or an optical lens system and the lens (s) or the lens system in Beam path between light source and aperture and / or between aperture (s) and sensor and / or between aperture and optical measuring system are arranged.

24. The device according to one of claims 18 to 23 for operating a multi-sensor system according to one of claims 16 or 17, characterized in that
that for each sensor ( 47 ) there is a first optical interface ( 46 ) and
that the optical measuring system further includes a beam splitter ( 54 ) for distributing the light to be coupled in to the individual first optical interfaces ( 46 ),
an output measurement variable can be determined independently for each sensor ( 47 ) with the aid of the optical detector arrangement ( 55 ).

25. Device according to one of claims 18 to 24, characterized in that the optical measuring system further comprises a second, mono- or polychromatic light source ( 45 ) with a wavelength or a wavelength spectrum outside the range of the absorption spectrum of the surface plasma waves, de ren light passes through the same optical light path as the light of the first light source, and contains a device ( 48 ) for mixing the light of the first with the light of the second light source, the optical detector arrangement ( 49 , 51 , 52 , 55 ) additionally providing the optical power of the decoupled light of the second light source ( 45 ) is determined, a second signal is generated therefrom and the output measured variable is determined using the first and the second signal.

26. The apparatus according to claim 25, characterized in that the optical measuring system for each sensor ( 47 ) an alternately first determining the optical power of the outcoupled light of the first Lichtquel le ( 44 ) and therefrom generating the first signal and then the optical Lei stung of the outcoupled light from the second light source ( 45 ) and from this generating the second signal generating optical detector ( 49 ).

27. The apparatus according to claim 25, characterized in that the optical measuring system for each sensor includes two optical detectors ( 51 , 52 ), the first optical detector ( 51 ) independently of the second detector ( 52 ), the optical power of the outcoupled light determines the first light source ( 44 ) and generates the first signal and the second optical detector ( 52 ) independently of the first detector ( 51 ) determines the optical power of the outcoupled light of the second light source ( 45 ) and generates the second signal therefrom.

28. The apparatus according to claim 27, characterized in that in front of the (the) first detector (s) a wel lenlangenenselective-selective component is attached, wel ches only for the outcoupled light of the first light source ( 44 ) is permeable and before (the) A second wavelength detector is attached to the second detector (s) and is only permeable to the outcoupled light of the second light source ( 45 ).

29. Device according to one of claims 18 to 28, characterized in that each sensor ( 47 ) is assigned at least one beam splitter ( 50 , 53 ) arranged in the light path between the sensor ( 47 ) and the optical detector arrangement of the beam expansion 1 to 2.