Un microscopio Raman a trasformata di Fourier a campo ampio multimodale

Abbiamo sviluppato un microscopio iperspettrale multimodale per acquisire lo spettro Raman o fotoluminescenza da ogni pixel di un'immagine, riducendo così il tempo di misurazione. L'approccio convenzionale di scala raster si basa su spettrometri dispersivi. Le tecniche avanzate potenziano il segnale Raman sia usando luce in risonanza sia con brevi impulsi laser sincronizzati che alimentano le vibrazioni molecolari.

La sezione trasversale di dispersione Raman inferiore presenta due sfide principali. Primo, segnale debole, che richiede lunghi tempi di acquisizione. In secondo luogo, il segnale Raman può essere sopraffatto da un forte fondo fotoluminescenze.

La spettroscopia a trasformata di Fourier consente l'acquisizione parallela dello spettro su tutti i pixel per misurazioni più rapide, e il campionamento sintonizzabile consente di accedere a informazioni spettrali specifiche come l'isolamento dei deboli picchi Raman da un forte fondo di luminescenza. L'approccio della trasformata di Fourier consente campionamenti intelligenti e analisi dei dati che sfruttano le informazioni nelle tracce temporali. Miriamo ad adattare strategie di sottocampionamento per ridurre ulteriormente i tempi di acquisizione.

Per cominciare, usa un raschietto per depositare 20 milligrammi di ciascun pigmento in polvere su una bilancia di precisione, ottenendo un rapporto di peso uno a uno. Mescola le polveri con una malta per rimuovere i grumi. Versa la miscela risultante su un vetrino per microscopio.

Poi, usa la punta del raschietto per premere delicatamente e ottenere uno spessore quasi uniforme dello strato. Applica lo smalto sui bordi di un copricapo per microscopio. Mettilo sulla miscela con lo smalto rivolto verso il basso e applica abbastanza pressione per sigillarla.

Successivamente, imposta la lunghezza d'onda di eccitazione e focalizza il laser di eccitazione all'ingresso della grande fibra multimodale. Metti un campione di prova sul palco del microscopio e accendi la telecamera per vedere il punto illuminato dal laser. Attacca una sezione centrale della fibra alla membrana vibrante di una bobina mobile, che rimuoverà le macchie.

Mescolare meccanicamente la fibra piegandola strettamente per unire tutte le sue modalità spaziali. Inserire un filtro passa-banda stretto a 532 nanometri con una larghezza di banda di 2,0 nanometri per pulire la linea laser e rifiutare eventuali bande laterali spettrali indesiderate della pompa. Utilizzare uno specchio dicroico per riflettere la luce laser verso il campione e trasmettere la radiazione retro-diffusa e spostata verso il rosso raccolta dall'obiettivo.

Inserire un filtro passa-lungo a 532 nanometri per rifiutare la luce residua di illuminazione. Misura la potenza sul piano campione con un misuratore di potenza. Regolare il fascio della pompa per ottenere un'intensità al campione che non causi danni.

Ora, metti il campione sul palco del microscopio e regola la messa a fuoco. Accendi il driver del motore che esegue la traslazione a cuneo e premi l'opzione acquisizione. Poi, imposta i parametri di acquisizione della fotocamera come il tempo e il binning hardware per ottimizzare l'intensità del segnale.

Ora, imposta la lunghezza dei passi, la posizione di casa e il numero di passi. Aggiungi il nome della cartella e il nome del file. Sposta il punto incrociato alla posizione target e clicca su misura per iniziare l'acquisizione di un'immagine monocromatica per ogni posizione del cuneo.

Una volta terminata la misura, spegni il laser prima dell'analisi dei dati. Successivamente, si genera l'ipercubo spettrale dal dataset acquisito caricando il file di correzione della posizione del motore specifico per il motore passo passo e il file di calibrazione della frequenza corrispondente all'interferometro. Imposta la lunghezza d'onda degli spettri da calcolare tramite Fourier, trasformando gli interferogrammi di tutti i pixel.

Applica la funzione di apodizzazione che offre un buon compromesso tra allargamento spettrale e riduzione degli artefatti, come la finestra Happ-Genzel. Poi, generare l'ipercubo spettrale e salvarlo in valori complessi. Avvia il software di analisi e apri l'ipercubo spettrale in valori complessi.

Generare un'immagine RGB a falso colore e ottenere lo spettro medio in aree selezionate per analizzare l'ipercubo spettrale. Per la misura Raman sullo stesso campo visivo, aggiungere un filtro passa-banda nel percorso di rilevamento. Imposta il periodo di tempo e il binning hardware, poi imposta la lunghezza impostata, la posizione di origine e il numero di passaggi.

Scegli il nome del file e la cartella da salvare prima di premere Misura. Tre pigmenti sono chiaramente distinti all'interno del campo visivo in base alle loro firme spettrali Raman, con picchi caratteristici per rutile a 454 e 616 centimetri inversi, anatasi a 396, 514 e 641 centimetri inversi, e giallo cadmio a 301 e 605 centimetri inversi. Nella mappa della fotoluminescenza, invece, il giallo di cadmio è l'unico pigmento visibilmente distribuito nel campo visivo, con una forte emissione che domina l'intera immagine.

Infatti, la lieve emissione di difetti da rutilo e anatasi non può essere distinta spettralmente dalla polvere gialla.