導(dǎo)讀：研究人員首次使用一種稱為雙梳光譜的先進(jìn)分析技術(shù)來快速獲取極其詳細(xì)的高光譜圖像。通過以高靈敏度和高速度獲取場景中每個(gè)像素的全范圍信息，可以極大地推進(jìn)化學(xué)分析和生物醫(yī)學(xué)傳感等技術(shù)的發(fā)展。

    西班牙馬德里卡洛斯三世大學(xué)的研究小組負(fù)責(zé)人佩德羅·馬丁·馬特奧斯說：“雙梳光譜技術(shù)通過提供優(yōu)異的光譜分辨率和準(zhǔn)確性以及較短的采集時(shí)間而無需移動(dòng)部件，徹底改變了傳統(tǒng)意義上的光譜學(xué)。這種新的直接高光譜雙梳成像方法將有可能擴(kuò)展當(dāng)前雙梳系統(tǒng)的大多數(shù)點(diǎn)檢測功能，以創(chuàng)建整個(gè)場景的光譜圖像。”

    雙梳光譜儀使用兩個(gè)稱為光頻率梳的光源，它們發(fā)出的光譜(或頻率)像梳子上的牙齒一樣完全隔開。

    據(jù)相關(guān)報(bào)道稱，該研究是人們首次使用攝像機(jī)直接檢測到雙梳狀光譜。

    馬丁·馬特奧斯說：“我們在短短一秒鐘內(nèi)就演示了二維物體的光譜，比以前的演示快了三個(gè)數(shù)量級。這種極快的采集時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)快速或動(dòng)態(tài)過程的雙梳高光譜成像，這是以前不可能做到的。”

    盡管這項(xiàng)工作是利用近紅外波長進(jìn)行的，但研究人員表示，這一概念可以輕松地轉(zhuǎn)移到各種光譜區(qū)域，從而擴(kuò)大了可能的應(yīng)用范圍。

    尤其是將該方法擴(kuò)展到太赫茲和毫米波光譜區(qū)域，將為食品、農(nóng)業(yè)和制藥行業(yè)的無損檢測和產(chǎn)品檢驗(yàn)提供許多新的研究方向。在中紅外和近紅外區(qū)域，它還可以增強(qiáng)化學(xué)成像、3D映射和表面形貌表征技術(shù)的性能。

    研究人員展示了直接高光譜雙梳成像方法的光學(xué)裝置。該方法擴(kuò)展了當(dāng)前雙梳系統(tǒng)的點(diǎn)檢測能力，可以創(chuàng)建整個(gè)場景的光譜圖像。

    雙梳狀光譜儀通過干擾來自兩個(gè)緊密匹配的光學(xué)頻率梳所發(fā)出的光來進(jìn)行工作。這種混合過程產(chǎn)生的信號被稱為干涉圖，其速率通常為數(shù)十兆赫茲(每秒百萬次)，即使是最快的高速攝像機(jī)也無法捕捉到。

    馬丁·馬特奧斯解釋說：“我們將系統(tǒng)生成的干涉圖延長到一秒，從而可以使用攝像機(jī)檢測到雙梳狀干涉信號，這樣就能對整個(gè)場景進(jìn)行光譜分析，而不僅僅是一個(gè)點(diǎn)。”

    為此，研究人員建立了一個(gè)基于非常簡單的電光雙梳光源的系統(tǒng)，該電光源主要由光纖組件組成。兩個(gè)聲光調(diào)制器可以使光學(xué)梳偏移任意低頻，從而產(chǎn)生超慢的干涉圖。

    研究人員使用這種新方法來獲取從瓶中逸出的氨氣的高光譜圖像。他們以每秒25幀的視頻速率實(shí)現(xiàn)1 GHz(0.0033/cm)的光學(xué)分辨率，每幀包含327680個(gè)單獨(dú)的光譜測量值。據(jù)研究人員稱，他們獲得的分辨率可以輕松區(qū)分不同的氣體，并且比目前的商用設(shè)備好100倍。

    “簡單性是該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢之一，”馬丁·馬特奧斯說：“它可以完美地工作，并且可以在任何光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中實(shí)施?！?/span>

    這項(xiàng)工作是ATTRACT計(jì)劃(Horizon 2020)資助的一個(gè)較大項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目旨在開發(fā)一種快速高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用電磁頻譜的太赫茲區(qū)域進(jìn)行檢查、質(zhì)量控制以及農(nóng)產(chǎn)品和食品的分類。研究人員現(xiàn)在正在努力開發(fā)太赫茲雙梳光源，以在該光譜區(qū)域內(nèi)演示該方法。

參考文獻(xiàn)：Pedro Martín-Mateos et al, Direct hyperspectral dual-comb imaging, Optica (2020). DOI:10.1364/OPTICA.382887

原文鏈接：《顛覆傳統(tǒng)，他們將先進(jìn)光譜技術(shù)與高速成像結(jié)合起來》

免責(zé)聲明：

    網(wǎng)站內(nèi)容來源于互聯(lián)網(wǎng)，由網(wǎng)絡(luò)編輯負(fù)責(zé)審查，目的在于傳遞信息，提供專業(yè)服務(wù)，不代表本網(wǎng)站平臺贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如因內(nèi)容、版權(quán)問題存在異議的，請與我們?nèi)〉寐?lián)系，我們將協(xié)調(diào)給予處理（按照法規(guī)支付稿費(fèi)或刪除），聯(lián)系方式：ahos@aiofm.ac.cn 。網(wǎng)站平臺將加強(qiáng)監(jiān)控與審核，一旦發(fā)現(xiàn)違反規(guī)定的內(nèi)容，按國家法規(guī)處理，處理時(shí)間不超過24小時(shí)。