다중 모드 광시야 푸리에 변환 라만 현미경

우리는 이미지 각 픽셀에서 라만 또는 광발광 스펙트럼을 획득할 수 있는 다중 모달 초분광 현미경을 개발하여 측정 시간을 단축했습니다. 기존의 래스터 스케일링 방식은 분산 분광기에 의존합니다. 고급 기법은 공명 시 빛을 사용하거나 분자 진동을 구동하는 동기화된 짧은 레이저 펄스를 사용하여 라만 신호를 증폭시킵니다.

하부 라만 산란 단면적은 두 가지 주요 도전 과제를 제기합니다. 첫째, 희미한 신호로, 긴 획득 시간이 필요합니다. 둘째, 라만 신호는 강한 광발광 배경에 의해 압도될 수 있습니다.

푸리에 변환 분광법은 모든 픽셀에 걸쳐 병렬 스펙트럼 획득을 가능하게 하여 더 빠른 측정을 가능하게 하며, 약한 라만 피크를 강한 발광 배경에서 분리하는 등 특정 스펙트럼 정보를 얻기 위한 가변 가능한 샘플링을 가능하게 합니다. 푸리에 변환 접근법은 시간 추적 내 정보를 활용하는 스마트 샘플링과 데이터 분석을 가능하게 합니다. 우리는 획득 시간을 더욱 단축하기 위해 언더샘플링 전략을 맞춤화하는 것을 목표로 합니다.

우선, 스크레이퍼를 사용해 각 안료 가루 20밀리그램을 정밀 저울에 증착하여 1:1 무게 비율을 얻습니다. 가루를 모르타르와 섞어 뭉치를 제거하세요. 생성된 혼합물을 현미경 슬라이드에 부어줍니다.

그 후 스크레이퍼 팁으로 부드럽게 눌러 거의 균일한 두께의 층을 만듭니다. 현미경 덮개 가장자리에 매니큐어를 바르세요. 네일 폴리시를 아래쪽으로 향하게 한 채 혼합물 위에 올리고, 밀봉할 수 있을 만큼 충분한 압력을 가하세요.

다음으로, 여기 파장을 설정하고 여기 레이저를 대형 코어 멀티모드 광섬유의 입력에 집중시킵니다. 현미경 스테이지에 시험 샘플을 올리고 카메라를 켜서 레이저 조명 지점을 관찰하세요. 섬유의 중간 부분을 보이스 코일의 진동막에 부착하면 얼룩이 제거됩니다.

광섬유를 단단히 구부려 모든 공간 모드를 합치도록 기계적으로 교합합니다. 532나노미터, 2.0나노미터 대역폭의 좁은 밴드패스 필터를 삽입하여 레이저 라인을 정화하고 원치 않는 펌프 스펙트럼 사이드밴드를 제거합니다. 이색성 거울을 사용해 레이저 빛을 시료 쪽으로 반사시키고, 대물렌즈가 수집한 적색편이 후방 산란 복사를 투과합니다.

532나노미터 거리의 롱패스 필터를 삽입하여 잔류 조명 광을 차단합니다. 파워미터로 샘플 평면의 전력을 측정하세요. 샘플에 손상을 일으키지 않는 강도를 얻기 위해 펌프 빔을 조정하세요.

이제 샘플을 현미경 스테이지에 올려놓고 초점을 조정하세요. 쐐기 변환을 수행하는 모터의 드라이버를 켜고 획득 옵션을 누르세요. 그 후 카메라 획득 매개변수인 타임프레임과 하드웨어 비닝을 설정하여 신호 강도를 최적화합니다.

이제 걸음 길이, 홈 위치, 걸음 수를 설정하세요. 디렉터리 이름과 파일 이름을 추가하세요. 교차점을 목표 위치로 이동시키고 측정을 클릭하면 각 쐐기 위치에 대한 단색 이미지 획득을 시작하세요.

측정이 끝나면 데이터 분석 전에 레이저를 끄세요. 다음으로, 획득한 데이터셋에서 모터 위치 보정 파일(스테퍼 모터에 특화됨)과 간섭계에 대응하는 주파수 보정 파일을 불러와 스펙트럼 하이퍼큐브를 생성합니다. 푸리에 계산할 스펙트럼의 파장을 설정하여 모든 픽셀의 간섭도를 변환합니다.

Happ-Genzel 창처럼 스펙트럼 확장과 아티팩트 감소 사이에 좋은 균형을 제공하는 아포다이제이션 함수를 적용하세요. 그 다음, 스펙트럼 하이퍼큐브를 생성하고 복소 값으로 저장합니다. 분석 소프트웨어를 실행하고 복합 값의 스펙트럼 하이퍼큐브를 엽니다.

가짜 색상 RGB 이미지를 생성하고 선택된 영역의 평균 스펙트럼을 얻어 스펙트럼 하이퍼큐브를 분석합니다. 같은 시야각에서 라만 측정을 할 때, 검출 경로에 밴드패스 필터를 추가하세요. 타임프레임과 하드웨어 빈닝을 설정한 후, 설정된 길이, 홈 위치, 그리고 단계 수를 설정하세요.

측정 버튼을 누르기 전에 저장할 파일 이름과 디렉터리를 선택하세요. 라만 스펙트럼 신호를 바탕으로 시야 내에서 세 가지 안료가 명확히 구분되며, 루타일은 454 및 616 역센티미터, 아나타아제는 396, 514, 641 역센티미터, 카드뮴 옐로우는 301과 605 역센티미터로 특징적으로 나타납니다. 반면 광발광 지도에서는 카드뮴 옐로우만이 시야 전체에 뚜렷이 분포하며 강한 방출이 이미지 전체를 지배합니다.

실제로 루타일과 아나타아제에서 나오는 희미한 결함 방출은 노란 가루와 스펙트럼적으로 구별할 수 없다.