Šangajski institut za optiku i precizne strojeve (SIPM) napreduje u antirezonantnoj Ramanovoj sondi sa šupljim jezgrom i niskim pozadinskim šumom

Nedavno je istraživački tim iz Posebnog istraživačkog centra za staklo i vlakna, Odjel za napredne laserske i optoelektroničke funkcionalne materijale, Šangajski institut za optiku i precizne strojeve, Kineska akademija znanosti (SIPM) postigao napredak u području Ramanovih sondi za nisku pozadinu buke korištenjem dvije vrste samorazvijenih antirezonantnih šupljih vlakana s dvostrukom oblogom (AR-HCF), koja su dizajnirana i proizvedena u tvrtki. vlakna s jezgrom (AR-HCF) i vanjski optički moduli za proširenje funkcionalnosti komercijalnog Ramanovog spektrometra za konfokalnu mikroskopiju Renishaw Invia i dodavanje detekcije na licu mjesta. Rezultati su sažeti kao "Ramanova sonda bez pozadine na licu mjesta koja koristi antirezonantna antirezonantna vlakna s dvostrukim omotačem. Rezultati su objavljeni u Biomedical Optics Expressu pod naslovom "Ramanova sonda bez pozadine na licu mjesta koja koristi antirezonantna vlakna sa šupljom jezgrom s dvostrukom oblogom ".
Konvencionalna kvarcna čvrsta optička vlakna naširoko se koriste kao sonde za Raman detekciju jer su idealan medij za optičke signale zbog niskog gubitka i širokog prozora prijenosa. Njegova primjena, iako može biti bez ograničenja oblika, veličine i položaja uzorka, vlastiti kvarcni stakleni materijal u interakciji je s laserom pumpe kako bi generirao vrlo jak signal pozadinske buke, koji nastoji prikriti Ramanove spektralne informacije uzorka. biti testiran. U prošlim istraživačkim izvješćima, glavno rješenje je korištenje sonde s više vlakana, koja koristi različita vlakna za provođenje pobudnog svjetla i prikupljanje signalnog svjetla. Međutim, ovo rješenje također zahtijeva dodavanje optičkih komponenti kao što su filteri na distalnom kraju optičkog vlakna, što ne samo da smanjuje učinkovitost prikupljanja signala, već također povećava veličinu sonde.
Istraživači su proizveli dva različita AR-HCF-a s dvostrukom oblogom koristeći metodu slaganja i crtanja, čiji su presjeci prikazani na slici 1. Oba mogu ograničiti provođenje laserske svjetlosti uglavnom u šupljoj jezgri, što uvelike smanjuje preklapanje svjetlosnog polja s kvarcnim materijalom samog vlakna, čime se znatno potiskuje kvarcni pozadinski šum. Nakon testiranja performansi, dvije sonde s vlaknima mogu postići približno dva reda veličine potiskivanja kvarcne pozadinske buke u usporedbi s tradicionalnim kvarcnim vlaknima s čvrstom jezgrom. Oba AR-HCF-a posebno su dizajnirana za postizanje niskih gubitaka u vidljivom i bliskom infracrvenom pojasu i imaju veliki numerički otvor (numerička apertura, NA) vanjskog omotača (NA vanjskog omotača veći je od {{8} }.2, što je oko deset puta više od jezgre vlakna). Ovaj rad karakterizira korištenje samo jednog optičkog vlakna kao sonde za Raman detekciju, te korištenje posebno dizajniranog vanjskog modula optičkog puta za realizaciju sonde u kombinaciji s komercijalno dostupnim Renishaw Invia konfokalnim mikro-Ramanovim spektrometrom, kao prikazano na slici 2. Modul je spojen na izvorno sučelje leće objektiva spektrometra, koje može spojiti interno emitirano pobudno svjetlo u AR-HCF-ove, a također može prenijeti Ramanov signal prikupljen svjetlovodnom sondom natrag u spektrometar za detekciju i analizu. Također može proširiti svoju funkciju detekcije na licu mjesta dok svira visoke karakteristike točnosti detekcije instrumenta. Izvedivost sheme također je potvrđena detekcijom nekih krutih i tekućih uzoraka pomoću sonde, kao što je in situ detekcija ABS plastike, kao što je prikazano na slici 3. Očekuje se da će rezultati imati šire izglede za primjenu u praćenju okoliša , biomedicinska i druga područja.

Slika 1 Fotografije dvaju antirezonantnih optičkih vlakana sa šupljom jezgrom s elektroničkog mikroskopa prikazane su redom (a) i (b), dok (c) i (d) prikazuju fotografije njih dvoje snimljene pozadinskim osvjetljenjem optički mikroskop, odnosno.

Slika 2. Shematski dijagram optičkog puta sheme Ramanovog senzora.

Slika 3. Slike (a) i (b) prikazuju Ramanove spektralne rezultate dviju vrsta antirezonantnih optičkih vlakana sa šupljom jezgrom koja se koriste kao sonde za detekciju ABS plastike, gdje je narančasta krivulja dobivena iz uzorka mjerenog sondom , plava krivulja je pozadinski signal same sonde, a žuta krivulja je spektar dobiven iz uzorka izravno izmjeren Renishaw Invia konfokalnim mikroskopskim Ramanovim spektrometrom.