Мультимодальный широкопольный микроскоп Фурье-преобразования Рамана

Мы разработали мультимодальный гиперспектральный микроскоп для получения рамановского или фотолюминесцентного спектра с каждого пикселя изображения, что сокращает время измерения. Традиционный растровый метод масштабирования основан на дисперсионных спектрометрах. Продвинутые методы усиливают рамановский сигнал либо с помощью резонансного света, либо синхронизированных коротких лазерных импульсов, которые обеспечивают молекулярные вибрации.

Нижнее раманское сечение рассеяния представляет две основные проблемы. Во-первых, слабый сигнал, требующий длительного захвата. Во-вторых, сигнал Рамана может быть перегружен сильным фоном фотолюминесценции.

Спектроскопия преобразования Фурье позволяет параллельно получать спектр на всех пикселях для более быстрого измерения, а также настраиваемую выборку для получения конкретной спектральной информации, например, выделения слабых рамановских пиков на фоне сильной люминесценции. Подход преобразования Фурье позволяет проводить интеллектуальную выборку и анализ данных, используя информацию во временных трассах. Мы стремимся адаптировать стратегии недовыборки, чтобы ещё больше сократить время приобретения.

Для начала используйте скребок и нанесите по 20 миллиграммов каждого пигментного порошка на точную весовую, получая соотношение веса один к одному. Смешайте порошки в ступке, чтобы удалить комки. Вылейте полученную смесь на стекло микроскопа.

Затем используйте кончик скребка, чтобы аккуратно прижать слой, чтобы получить почти равномерную толщину. Нанесите лак для ногтей на края скользящей крышки микроскопа. Нанесите его на смесь лицом вниз и приложите достаточное давление, чтобы запечатать.

Далее установите длину волны возбуждения и сфокусируйте лазер возбуждения на входе большого сердечного многомодового волокна. Поставьте тестовый образец на стадию микроскопа и включите камеру, чтобы увидеть освещённое лазером пятно. Соедините среднюю часть волокна с вибрирующей мембраной звуковой катушки, которая уберёт пятна.

Механически перемешайте волокно, плотно согнув его, чтобы объединить все пространственные режимы. Вставьте узкополосный фильтр с шириной 532 нанометра с полосой пропускания 2,0 нанометра, чтобы очистить лазерную линию и отвергнуть нежелательные спектральные боковые полосы насоса. Используйте дихроическое зеркало для отражения лазерного света в образец и передачи обратно рассеянного излучения, собранного объективом.

Вставьте длиннопроходящий фильтр с диаметром 532 нанометра для отторжения остаточного освещения. Измерьте мощность на плоскости выборки с помощью измерителя мощности. Отрегулируйте пучок насоса так, чтобы получить интенсивность образца, которая не приводит к повреждению.

Теперь поставьте образец на стадию микроскопа и отрегулируйте фокус. Включите драйвер мотора, который выполняет клиновидное движение, и нажмите кнопку захвата. Затем задайте параметры захвата камеры, такие как таймфрейм и аппаратное бинирование, чтобы оптимизировать интенсивность сигнала.

Теперь задайте длину шага, домашнее положение и количество шагов. Добавьте имя каталога и имя файла. Переместите поперечную точку на целевую позицию и нажмите на меру, чтобы начать получение монохромного изображения для каждой позиции клина.

После завершения измерения отключите лазер перед анализом данных. Далее генерируйте спектральный гиперкуб из полученного набора данных, загрузив корректирующий файл положения мотора, специфичный для шагового двигателя, и файл калибровки частот, соответствующий интерферометру. Установите длину волны для спектров, которые вычисляются по Фурье, преобразуя интерферограммы всех пикселей.

Примените функцию аподизации, которая предлагает хороший компромисс между спектральным расширением и уменьшением артефактов, например, окно Хапп-Генцеля. Затем генерируйте спектральный гиперкуб и сохраняйте его в комплексных значениях. Запустите программное обеспечение для анализа и откройте спектральный гиперкуб в комплексных значениях.

Сгенерировать изображение с ложным цветом RGB и получить средний спектр в выбранных областях для анализа спектрального гиперкуба. Для измерения Рамана в том же поле зрения добавьте полосный фильтр на траектории обнаружения. Установите временные интервалы и аппаратное бинирование, затем задайте длину заданного, домашнее положение и количество шагов.

Выберите имя файла и каталог для сохранения перед нажатием Measure. Три пигмента чётко различаются в поле зрения на основе их рамановских спектральных сигнатур: характерные пики рутила — 454 и 616 инверсивных сантиметров, анатазы — 396, 514 и 641 инверсных сантиметров, а кадмий-жёлтый — 301 и 605 инверсивных сантиметров. На фотолюминесцентной карте вместо этого кадмий-жёлтый является единственным заметно распределённым пигментом по полю зрения, при этом сильное излучение доминирует на всём изображении.

Действительно, слабое выделение дефектов от рутила и анатазы невозможно спектрально отличить от жёлтого порошка.