Un microscopio Raman multimodal de transformada de Fourier de campo amplio

Desarrollamos un microscopio hiperespectral multimodal para adquirir el Raman o espectro de fotoluminiscencia de cada píxel de una imagen, lo que reduce el tiempo de medición. El enfoque convencional de escalado ráster se basa en espectrómetros dispersivos. Las técnicas avanzadas potencian la señal Raman mediante luz en resonancia o con pulsos láser cortos sincronizados que impulsan vibraciones moleculares.

La sección transversal de dispersión Raman inferior plantea dos grandes desafíos. Primero, señal débil, que requiere tiempos de adquisición largos. En segundo lugar, la señal Raman puede verse superada por un fondo fotoluminiscente fuerte.

La espectroscopía de transformada de Fourier permite la adquisición paralela de espectro en todos los píxeles para una medición más rápida, y el muestreo ajustable permite acceder a información espectral específica, como aislar picos Raman débiles de fondos de luminiscencia fuerte. El enfoque de la transformada de Fourier permite un muestreo inteligente y análisis de datos que aprovechan la información de trazas temporales. Nuestro objetivo es adaptar las estrategias de submuestreo para acortar aún más el tiempo de adquisición.

Para empezar, utiliza un raspador para depositar 20 miligramos de cada polvo de pigmento sobre una balanza de precisión, obteniendo una proporción de peso de uno a uno a uno. Mezcla los polvos con un mortero para eliminar grumos. Vierte la mezcla resultante sobre una lámina de microscopio.

Luego, usa la punta del raspador para presionarla suavemente y conseguir un grosor casi uniforme de la capa. Aplica esmalte de uñas en los bordes de una funda de microscopio. Colócalo sobre la mezcla con el esmalte de uñas hacia abajo y aplica suficiente presión para sellarlo.

A continuación, ajusta la longitud de onda de excitación y enfoca el láser de excitación en la entrada de la fibra multimodo de núcleo grande. Coloca una muestra de prueba en el escenario del microscopio y enciende la cámara para ver el punto iluminado por láser. Une una sección central de la fibra a la membrana vibratoria de una bobina móvil, lo que eliminará las manchas.

Encogerse mecánicamente la fibra doblándola fuertemente para fusionar todos sus modos espaciales. Insertar un filtro paso banda estrecho a 532 nanómetros con un ancho de banda de 2,0 nanómetros para limpiar la línea láser y rechazar cualquier banda lateral espectral de bombeo no deseada. Utiliza un espejo dicróico para reflejar la luz láser hacia la muestra y transmitir la radiación retrodispersada y desplazada al rojo recogida por el objetivo.

Inserta un filtro paso largo a 532 nanómetros para rechazar la luz residual de iluminación. Mide la potencia en el plano de muestra con un medidor de potencia. Ajusta el haz de la bomba para obtener una intensidad en la muestra que no cause daños.

Ahora, coloca la muestra en el escenario del microscopio y ajusta el enfoque. Enciende el driver del motor que realiza la traducción de cuña y pulsa la opción de adquisición. Luego, ajusta los parámetros de adquisición de la cámara como el marco temporal y el binning por hardware para optimizar la intensidad de la señal.

Ahora, establece la longitud de los pasos, la posición de inicio y el número de pasos. Añade el nombre del directorio y el nombre del archivo. Mueve el punto de cruz a la posición objetivo y haz clic en medida para iniciar la adquisición de una imagen monocroma para cada posición de cuña.

Una vez terminada la medición, apaga el láser antes del análisis de datos. A continuación, se genera el hipercubo espectral a partir del conjunto de datos adquirido cargando el archivo de corrección de posición del motor específico para el motor paso a paso y el archivo de calibración de frecuencia correspondiente al interferómetro. Establezca la longitud de onda de los espectros que se calcularán mediante Fourier, transformando los interferogramas de todos los píxeles.

Aplica la función de apodización, que ofrece un buen equilibrio entre ampliamiento espectral y reducción de artefactos, como la ventana Happ-Genzel. Luego, genera el hipercubo espectral y lo guarda en valores complejos. Lanza el software de análisis y abre el hipercubo espectral en valores complejos.

Genera una imagen RGB de falso color y obtén el espectro medio en áreas seleccionadas para analizar el hipercubo espectral. Para la medición Raman en el mismo campo de visión, añadir un filtro pasa banda en la ruta de detección. Establece el marco temporal y el bining hardware, luego la longitud establecida, la posición de inicio y el número de pasos.

Elige el nombre del archivo y el directorio para guardar antes de pulsar Measure. Tres pigmentos se distinguen claramente dentro del campo visual por sus firmas espectrales Raman, con picos característicos para el rutilo en 454 y 616 centímetros inversos, anatasa en 396, 514 y 641 centímetros inversos, y amarillo cadmio en 301 y 605 centímetros inversos. En el mapa de fotoluminiscencia, en cambio, el amarillo de cadmio es el único pigmento visiblemente distribuido a lo largo del campo visual, con una fuerte emisión dominando toda la imagen.

De hecho, la tenue emisión de defectos del rutilo y la anatasa no puede distinguirse espectralmente del polvo amarillo.