Το Ινστιτούτο Οπτικής και Μηχανημάτων Ακριβείας της Σαγκάης (SIPM) σημειώνει πρόοδο στον αντισυντονιστικό ανιχνευτή Raman ινών κοίλου πυρήνα με χαμηλό θόρυβο φόντου

Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα από το Ειδικό Κέντρο Έρευνας Γυαλιού και Ινών, Τμήμα Προηγμένων λέιζερ και Οπτοηλεκτρονικών Λειτουργικών Υλικών, Ινστιτούτο Οπτικής και Μηχανημάτων Ακριβείας της Σαγκάης, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (SIPM) σημείωσε πρόοδο στον τομέα των ανιχνευτών Raman για χαμηλό υπόβαθρο θόρυβος με τη χρήση δύο τύπων αυτο-αναπτυγμένων αντισυντονιστικών ινών κοίλου πυρήνα διπλής επένδυσης (AR-HCF), που έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί εσωτερικά. ίνες πυρήνα (AR-HCF) και εξωτερικές οπτικές μονάδες για επέκταση της λειτουργικότητας του εμπορικού φασματογράφου Raman συνεστιακής μικροσκοπίας Renishaw Invia και προσθήκη επιτόπιας ανίχνευσης. Τα αποτελέσματα συνοψίζονται ως "In-situ background-free probe Raman using double-cladding anti. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο Biomedical Optics Express με τίτλο "In-situ background-free probe Raman using double-cladding anti-resonant hollow-core fibers ".
Οι συμβατικές οπτικές ίνες στερεού πυρήνα χαλαζία χρησιμοποιούνται ευρέως ως ανιχνευτές για ανίχνευση Raman επειδή είναι ιδανικό μέσο για οπτικά σήματα λόγω της χαμηλής απώλειας και του μεγάλου παραθύρου μετάδοσης. Η εφαρμογή του, αν και μπορεί να είναι απαλλαγμένη από τους περιορισμούς του σχήματος, του μεγέθους και της θέσης του δείγματος, το δικό του υλικό από γυαλί χαλαζία αλληλεπιδρά με το λέιζερ αντλίας για να δημιουργήσει ένα πολύ ισχυρό σήμα θορύβου φόντου, το οποίο τείνει να καλύψει τις φασματικές πληροφορίες Raman του δείγματος να δοκιμαστεί. Σε προηγούμενες ερευνητικές εκθέσεις, η κύρια λύση είναι η χρήση ενός καθετήρα πολλαπλών ινών, ο οποίος χρησιμοποιεί διαφορετικές ίνες για να μεταφέρει το φως διέγερσης και να συλλέγει το φως σήματος. Ωστόσο, αυτή η λύση απαιτεί επίσης την προσθήκη οπτικών εξαρτημάτων όπως φίλτρα στο απομακρυσμένο άκρο της οπτικής ίνας, η οποία όχι μόνο μειώνει την απόδοση συλλογής του σήματος, αλλά αυξάνει επίσης το μέγεθος του καθετήρα.
Οι ερευνητές κατασκεύασαν δύο διαφορετικούς AR-HCF διπλής επένδυσης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο stack-and-draw, οι διατομές των οποίων φαίνονται στο Σχήμα 1. Και οι δύο μπορούν να περιορίσουν το φως λέιζερ να μεταδίδεται κυρίως στον κοίλο πυρήνα, ο οποίος σε μεγάλο βαθμό μειώνει την επικάλυψη του πεδίου φωτός με το υλικό χαλαζία της ίδιας της ίνας, καταστέλλοντας έτσι σε μεγάλο βαθμό τον θόρυβο του περιβάλλοντος χαλαζία. Μετά τη δοκιμή απόδοσης, οι δύο ανιχνευτές ινών μπορούν να επιτύχουν περίπου δύο τάξεις μεγέθους καταστολής θορύβου περιβάλλοντος χαλαζία σε σύγκριση με τις παραδοσιακές ίνες χαλαζία στερεού πυρήνα. Και τα δύο AR-HCF έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να επιτυγχάνουν χαμηλή απώλεια στις ορατές και εγγύς υπέρυθρες ζώνες και έχουν μεγάλο αριθμητικό διάφραγμα (αριθμητικό διάφραγμα, NA) της εξωτερικής επένδυσης (το ΝΑ της εξωτερικής επένδυσης είναι μεγαλύτερο από {{8} }.2, που είναι περίπου δεκαπλάσιο από τον πυρήνα της ίνας). Αυτή η εργασία χαρακτηρίζεται από τη χρήση μιας μόνο οπτικής ίνας ως ανιχνευτή για την ανίχνευση Raman και από τη χρήση μιας ειδικά σχεδιασμένης εξωτερικής μονάδας οπτικής διαδρομής για την υλοποίηση του καθετήρα σε συνδυασμό με ένα συνεστιακό φασματόμετρο Renishaw Invia που διατίθεται στο εμπόριο, ως φαίνεται στο Σχ. 2. Η μονάδα είναι συνδεδεμένη με την αρχική διεπαφή αντικειμενικού φακού του φασματόμετρου, η οποία μπορεί να συνδέσει το εσωτερικά εκπεμπόμενο φως διέγερσης στους AR-HCF και μπορεί επίσης να μεταδώσει το σήμα Raman που συλλέγεται από τον αισθητήρα οπτικών ινών πίσω στο το φασματόμετρο για ανίχνευση και ανάλυση. Μπορεί επίσης να επεκτείνει τη λειτουργία της επιτόπιας ανίχνευσης ενώ παίζει τα χαρακτηριστικά υψηλής ακρίβειας ανίχνευσης του οργάνου. Η σκοπιμότητα του σχήματος επαληθεύεται επίσης με την ανίχνευση ορισμένων στερεών και υγρών δειγμάτων χρησιμοποιώντας τον ανιχνευτή, όπως η επιτόπια ανίχνευση πλαστικού ABS, όπως φαίνεται στο σχήμα 3. Τα αποτελέσματα αναμένεται να έχουν ευρύτερες προοπτικές εφαρμογής στην περιβαλλοντική παρακολούθηση , βιοϊατρικών και άλλων τομέων.

Εικ. 1 Οι φωτογραφίες τελικής όψης με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο δύο αντισυντονιστικών κοίλων οπτικών ινών φαίνονται στα (α) και (β), αντίστοιχα, ενώ τα (γ) και (δ) δείχνουν φωτογραφίες των δύο που έχουν ληφθεί με οπίσθιο φωτισμό ενός οπτικό μικροσκόπιο, αντίστοιχα.

Εικ. 2 Σχηματικό διάγραμμα της οπτικής διαδρομής του συστήματος ανίχνευσης Raman.

Σχήμα 3 Τα σχήματα (α) και (β) δείχνουν τα φασματικά αποτελέσματα Raman δύο ειδών οπτικών ινών κοίλου πυρήνα αντισυντονισμού που χρησιμοποιούνται ως ανιχνευτές για την ανίχνευση πλαστικών ABS, αντίστοιχα, όπου η πορτοκαλί καμπύλη λαμβάνεται από το δείγμα που μετρήθηκε από τον ανιχνευτή , η μπλε καμπύλη είναι το σήμα φόντου του ίδιου του ανιχνευτή και η κίτρινη καμπύλη είναι τα φάσματα που λαμβάνονται από το δείγμα που μετρήθηκε απευθείας με το συνεστιακό μικροσκόπιο Renishaw Invia φασματόμετρο Raman.