Por primera vez, los investigadores han utilizado una técnica analítica avanzada conocida como espectroscopía de doble peine para adquirir rápidamente imágenes hiperespectrales extremadamente detalladas. Al adquirir un espectro completo de información para cada píxel en una escena con alta sensibilidad y velocidad, el nuevo enfoquepodría avanzar mucho en una amplia gama de aplicaciones científicas e industriales, como el análisis químico y la detección biomédica.
"La espectroscopía de doble peine ha revolucionado la espectroscopía óptica al proporcionar una resolución y precisión espectral sin igual, así como tiempos de adquisición cortos sin partes móviles", dijo el líder del equipo de investigación Pedro Martín-Mateos, de la Universidad Carlos III de Madrid, en España.El enfoque directo de imágenes de doble peine hiperespectral permitirá ampliar la mayoría de las capacidades de detección de puntos de los sistemas actuales de doble peine para crear una imagen espectral de toda una escena ".
La espectroscopía de doble peine utiliza dos fuentes ópticas, conocidas como peines de frecuencia óptica, que emiten un espectro de colores, o frecuencias, que están perfectamente espaciados como los dientes en un peine. Como se informó en óptica , el diario de la Sociedad Óptica para la investigación de alto impacto, esta es la primera vez que se detecta directamente un espectro de doble peine usando una cámara de video.
"Demostramos la interrogación espectral de un objeto 2D en solo un segundo, más de tres órdenes de magnitud más rápido que las demostraciones anteriores", dijo Martín-Mateos. "Este rápido tiempo de adquisición permite obtener imágenes hiperespectrales de doble peine de procesos rápidos o dinámicos,que antes no era posible "
Aunque el trabajo se realizó utilizando longitudes de onda de infrarrojo cercano, los investigadores dicen que el concepto puede transferirse fácilmente a una variedad de regiones espectrales, ampliando el número de posibles aplicaciones.
En particular, ampliar el enfoque a las regiones espectrales de ondas terahercios y milimétricas abriría muchas oportunidades nuevas para pruebas no destructivas e inspección de productos en las industrias alimentaria, agrícola y farmacéutica. En el infrarrojo medio y en las regiones del infrarrojo cercano también podríamejorar el rendimiento de las imágenes químicas, el mapeo 3D y las tecnologías de topografía de superficie.
detección de velocidad de video
Los espectrómetros de doble peine funcionan interfiriendo la luz de dos peines de frecuencia óptica estrechamente emparejados. Este proceso de mezcla genera una señal conocida como interferograma a velocidades que generalmente son de decenas de megahercios millones de veces por segundo, demasiado rápido para capturar conincluso las videocámaras de alta velocidad más rápidas.
"Estiramos los interferogramas generados por nuestro sistema hasta un segundo para que sea posible detectar la señal de interferencia de doble peine usando una cámara de video", explicó Martín-Mateos. "Esto permite el análisis espectral de una escena completa, en su lugarde solo un punto "
Para hacer esto, los investigadores construyeron un sistema basado en una fuente electro-óptica de doble peine muy simple hecha principalmente de componentes de fibra óptica. El uso de dos moduladores acústico-ópticos les permitió compensar los peines ópticos en una frecuencia arbitrariamente baja, paracrear interferogramas ultralentos.
Los investigadores utilizaron el nuevo método para adquirir imágenes hiperespectrales de gas de amoníaco que escapa de una botella. Alcanzaron una resolución óptica de 1 GHz 0.0033 cm-1 a velocidades de video de 25 cuadros por segundo, con cada cuadro conteniendo 327,680 espectros individualesmediciones. Según los investigadores, la resolución que lograron permite una fácil distinción entre diferentes gases y es 100 veces mejor que el equipo comercial actual.
"Esto nos permite, por ejemplo, identificar y distinguir fácilmente entre diferentes gases. La resolución demostrada en esta primera demostración experimental es dos órdenes de magnitud mejor que la del equipo comercial actual.
"La simplicidad es una de las principales fortalezas del sistema", dijo Martín-Mateos. "Funcionó sin problemas y podría implementarse en cualquier laboratorio de óptica".
El trabajo es parte de un proyecto más grande financiado por la iniciativa ATTRACT Horizonte 2020, que tiene como objetivo desarrollar un sistema de imágenes hiperespectrales rápidas que utiliza la región teraherz del espectro electromagnético para la inspección, el control de calidad y la clasificación de productos agrícolas y alimenticios.Los investigadores ahora están trabajando para desarrollar una fuente de doble peine de terahercios para demostrar el método en esta región espectral.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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