研究人员将先进的光谱学技术与视频速率成像相结合

时间:2020-03-13 19:22 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

研究人员将先进的光谱学技术与视频速率成像相结合

研究人员首次使用一种称为双梳光谱的先进分析技术来快速获取极其详细的高光谱图像。该方法通过获取场景中每个像素的全光谱信息,具有较高的灵敏度和速度,可以极大地促进化学分析和生物医学传感等科学和工业应用。

来自西班牙马德里卡洛斯三世大学的研究小组组长佩德罗·马丁-马特奥斯说:“双梳光谱学通过提供无与伦比的光谱分辨率和准确性,以及在不移动部件的情况下缩短采集时间,彻底改变了光学光谱学。”“我们新的直接高光谱双梳成像方法将使扩展现有双梳系统的大部分点检测能力成为可能,从而创建整个场景的光谱图像。”

双梳光谱学使用两个被称为光学频率梳的光源,它们发出的光谱的颜色——或者频率——就像梳子上的牙齿一样间隔完美。据光学学会高影响研究期刊《光学学报》报道,这是首次使用摄像机直接探测到双梳光谱。

马丁-马特奥斯说:“我们用一秒钟的时间演示了对二维物体进行光谱探测,比之前的演示快了三个多数量级。”“这种快速的采集时间使双梳高光谱成像快速或动态过程成为可能,这在以前是不可能的。”

尽管这项工作是使用近红外波长进行的,研究人员说,这个概念可以很容易地转移到各种光谱区域,扩大了可能的应用的数量。

特别是,将方法扩展到太赫兹和毫米波光谱区域将为食品、农业和制药行业的无损检测和产品检验开辟许多新的机会。在中红外和近红外区域,还可以增强化学成像、三维制图和表面形貌技术的性能。

研究人员将先进的光谱学技术与视频速率成像相结合

Video-rate检测

双梳光谱仪的工作原理是通过干涉来自两个紧密匹配的光学频率梳的光。这种混合过程产生的信号称为干涉图,其频率通常为几十兆赫(每秒百万次),即使是最快的高速摄像机也无法捕捉到。

Martin-Mateos解释说:“我们将系统产生的干扰图延长至一秒,以便能够使用摄像机探测到双梳干扰信号。”“这样就可以对整个场景进行光谱分析,而不仅仅是一个点。”

为了做到这一点,研究人员构建了一个基于一个非常简单的电光双梳源的系统,它主要由光纤组件构成。利用两个声光调制器使它们以任意低的频率抵消光梳,从而产生超慢干涉图。

研究人员用这种新方法获取了从瓶子中逸出的氨气的高光谱图像。他们以每秒25帧的视频速率实现了1ghz (0.0033 cm-1)的光学分辨率,每帧包含327,680个单独的光谱测量值。根据研究人员的说法,他们获得的分辨率可以很容易地区分不同的气体,而且比目前的商用设备要好100倍。

“例如,这使我们能够很容易地识别和区分不同的气体。在第一次实验演示中演示的分辨率比目前商用设备的分辨率高两个数量级。

“简单是这个系统的主要优势之一,”Martin-Mateos说。“它工作完美,可以在任何光学实验室实现。”

这项工作是吸引计划(Horizon 2020)资助的一个更大项目的一部分,该项目旨在开发一种快速高光谱成像系统,该系统使用电磁波谱中的太赫兹区域进行农业和食品的检测、质量控制和分类。研究人员目前正致力于开发太赫兹双梳源,以演示这种方法在这个光谱区域。

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