Um Microscópio Raman Multimodal de Transformada de Fourier de Campo Amplo

Desenvolvemos um microscópio hiperespectral multimodal para adquirir o Raman ou espectro de fotoluminescência de cada pixel de uma imagem, o que reduz o tempo de medição. A abordagem convencional de escala raster depende de espectrômetros dispersivos. Técnicas avançadas aprimoram o sinal Raman usando luz em ressonância ou com pulsos curtos de laser sincronizados que impulsionam vibrações moleculares.

A seção transversal de espalhamento Raman inferior apresenta dois desafios principais. Primeiro, sinal fraco, que exige longos tempos de aquisição. Segundo, o sinal Raman pode ser sobrecarregado por um fundo de fotoluminescência forte.

A espectroscopia de transformada de Fourier permite a aquisição paralela de espectro em todos os pixels para medições mais rápidas, e a amostragem sintonizável permite acessar informações espectrais específicas, como isolar picos Raman fracos de fundo de luminescência forte. A abordagem da transformada de Fourier permite amostragem inteligente e análise de dados que aproveitam informações em trilhos temporais. Nosso objetivo é adaptar estratégias de subamostragem para reduzir ainda mais o tempo de aquisição.

Para começar, use um raspador para depositar 20 miligramas de cada pó de pigmento em uma balança de precisão, obtendo uma proporção de peso de um para um. Misture os pós com um almofariz para remover os grumos. Despeje a mistura resultante sobre uma lâmina de microscópio.

Depois, use a ponta do raspador para pressioná-la suavemente e obter uma espessura quase uniforme da camada. Aplique esmalte nas bordas de uma capa de microscópio. Coloque sobre a mistura com o esmalte virado para baixo e aplique pressão suficiente para vedar.

Em seguida, ajuste o comprimento de onda de excitação e foque o laser de excitação na entrada da fibra multimodo de núcleo grande. Coloque uma amostra de teste no palco do microscópio e ligue a câmera para visualizar o ponto iluminado por laser. Anexe uma seção central da fibra à membrana vibratória de uma bobina móvel, o que vai remover as manchas.

Embaralhe mecanicamente a fibra dobrá-la firmemente para fundir todos os seus modos espaciais. Insira um filtro passa-banda estreita a 532 nanômetros com largura de banda de 2,0 nanômetros para limpar a linha do laser e rejeitar quaisquer bandas laterais espectrais indesejadas da bombeagem. Use um espelho dicróico para refletir a luz do laser em direção à amostra e transmitir a radiação retroespalhada e deslocada para o vermelho coletada pelo objetivo.

Insira um filtro passa-longa a 532 nanômetros para rejeitar a luz residual de iluminação. Meça a potência no plano da amostra com um medidor de potência. Ajuste o feixe da bomba para obter uma intensidade na amostra que não cause danos.

Agora, coloque a amostra no palco do microscópio e ajuste o foco. Ligue o driver do motor que realiza a translação da cunha e pressione a opção de obtenção. Depois, defina os parâmetros de aquisição da câmera, como o período de tempo e o binning por hardware, para otimizar a intensidade do sinal.

Agora, defina o comprimento dos passos, a posição inicial e o número de passos. Adicione o nome do diretório e o nome do arquivo. Mova o ponto transversal para a posição alvo e clique em medir para iniciar a aquisição de uma imagem monocromática para cada posição de cunha.

Após a medição concluída, desligue o laser antes da análise dos dados. Em seguida, gerar o hipercubo espectral a partir do conjunto de dados adquirido carregando o arquivo de correção da posição do motor específico para o motor de passo e o arquivo de calibração de frequência correspondente ao interferômetro. Defina o comprimento de onda dos espectros a serem calculados por Fourier, transformando os interferogramas de todos os pixels.

Aplique a função de apodização, que oferece um bom equilíbrio entre alargamento espectral e redução de artefatos, como a janela Happ-Genzel. Depois, gerar o hipercubo espectral e salvá-lo em valores complexos. Inicie o software de análise e abra o hipercubo espectral em valores complexos.

Gerar uma imagem RGB de cor falsa e obter o espectro médio em áreas selecionadas para analisar o hipercubo espectral. Para a medição Raman no mesmo campo de visão, adicione um filtro passa-banda no caminho de detecção. Defina o período de tempo e o binning de hardware, depois defina o comprimento definido, a posição inicial e o número de passos.

Escolha o nome do arquivo e o diretório para salvar antes de apertar Measure. Três pigmentos são claramente distinguidos dentro do campo de visão com base em suas assinaturas espectrais Raman, com picos característicos para rutilo em 454 e 616 centímetros inversos, anatase em 396, 514 e 641 centímetros inversos, e amarelo cádmio em 301 e 605 centímetros inversos. No mapa de fotoluminescência, o amarelo de cádmio é o único pigmento visivelmente distribuído pelo campo de visão, com forte emissão dominando toda a imagem.

De fato, a emissão de defeitos tênues do rutilo e da anatase não pode ser distinguida espectralmente do pó amarelo.