A Shanghai Optikai és Precíziós Gépek Intézete (SIPM) előrehaladást ért el az anti-rezonáns üreges szálas Raman szondában alacsony háttérzajjal

A közelmúltban a Kínai Tudományos Akadémia (SIPM) Sanghaji Optikai és Precíziós Gépek Intézete (SIPM) Fejlett Lézer- és Optoelektronikai Funkcionális Anyagok Tanszékének Speciális Üveg- és Szálkutató Központjának kutatócsoportja előrelépést ért el az alacsony háttérrel rendelkező Raman-szondák területén. zajt kétféle saját fejlesztésű, kettős burkolatú anti-rezonáns üreges szál (AR-HCF) használatával, amelyeket házon belül terveztek és gyártottak. magszálak (AR-HCF-ek) és külső optikai modulok a kereskedelmi forgalomban kapható Renishaw Invia konfokális mikroszkópos Raman spektrométer funkcionalitásának bővítéséhez és in situ detektáláshoz. Az eredményeket a következőképpen foglaljuk össze: "In-situ háttérmentes Raman-szonda kettős burkolatú antitest alkalmazásával. Az eredményeket a Biomedical Optics Express-ben tették közzé "In-situ háttérmentes Raman-szonda kettős burkolatú anti-rezonáns üreges szálak felhasználásával" címmel. ".
A hagyományos kvarc szilárdmagos optikai szálakat széles körben használják szondákként a Raman-érzékeléshez, mivel alacsony veszteségük és széles átviteli ablakuk miatt ideális médium az optikai jelekhez. Alkalmazása, bár mentes lehet a minta alakjának, méretének és helyzetének korlátaitól, saját kvarcüveg anyaga kölcsönhatásba lép a pumpás lézerrel, és nagyon erős háttérzajjelet generál, amely elfedi a minta Raman spektrális információit. tesztelni kell. A korábbi kutatási jelentések szerint a fő megoldás egy többszálas szonda használata, amely különböző szálakat használ a gerjesztő fény vezetésére és a jelzőfény összegyűjtésére. Ehhez a megoldáshoz azonban optikai komponensek, például szűrők hozzáadása is szükséges az optikai szál távolabbi végén, ami nemcsak a jelgyűjtés hatékonyságát csökkenti, hanem a szonda méretét is növeli.
A kutatók két különböző kettős burkolatú AR-HCF-et készítettek a stack-and-draw módszerrel, amelyek keresztmetszete az 1. ábrán látható. Mindkettő a lézerfényt elsősorban az üreges magba tudja korlátozni, ami nagymértékben csökkenti a fénymező átfedését magának a szálnak a kvarc anyagával, így nagymértékben elnyomja a kvarc háttérzajt. A teljesítménytesztek után a két szálas szonda körülbelül két nagyságrenddel képes elérni a kvarc háttérzaj elnyomását a hagyományos szilárd magos kvarcszálakhoz képest. Mindkét AR-HCF-et kifejezetten úgy tervezték, hogy alacsony veszteséget érjenek el a látható és a közeli infravörös sávban, és nagy numerikus apertúrával (numerikus apertúra, NA) rendelkeznek a külső burkolaton (a külső burkolat NA-ja nagyobb, mint {{8} }.2, ami körülbelül tízszerese a rostmagénak). Ezt a munkát az jellemzi, hogy egyetlen optikai szálat használnak szondaként a Raman-detektáláshoz, és egy speciálisan tervezett külső optikai út modult használnak a szonda megvalósításához a kereskedelemben kapható Renishaw Invia konfokális mikro-Raman spektrométerrel együtt. A modul a spektrométer eredeti objektívlencse interfészéhez csatlakozik, amely a belsőleg kibocsátott gerjesztő fényt az AR-HCF-ekbe tudja kapcsolni, és a száloptikai szonda által gyűjtött Raman-jelet is vissza tudja küldeni spektrométer a detektáláshoz és elemzéshez. Kibővítheti az in situ érzékelés funkcióját, miközben lejátssza a hangszer nagy észlelési pontosságú jellemzőit. A séma megvalósíthatóságát néhány szilárd és folyékony minta szondával történő kimutatása is igazolja, mint például az ABS műanyag in situ kimutatása, amint az a 3. ábrán látható. Az eredmények várhatóan szélesebb körű alkalmazási lehetőségeket kínálnak a környezeti monitorozásban. , orvosbiológiai és egyéb területeken.

1. ábra: Két antirezonáns üreges magú optikai szál elektronmikroszkóp végfelületéről készült fotók az (a) és (b), míg a (c) és (d) a kettőről egy háttérvilágítással készített fényképeket mutatnak be. optikai mikroszkóp, ill.

2. ábra A Raman érzékelési séma optikai út sematikus diagramja.

3. ábra: Az (a) és (b) ábra kétféle, ABS műanyagok kimutatására használt szondaként használt rezonanciaellenes üreges optikai szál Raman-spektrum eredményeit mutatja, ahol a narancssárga görbe a szonda által mért mintából származik. , a kék görbe magának a szondának a háttérjele, a sárga görbe pedig a Renishaw Invia konfokális mikroszkópos Raman spektrométerrel közvetlenül mért mintából kapott spektrum.