Shanghai Institute of Optics And Precision Machinery (SIPM) gør fremskridt inden for anti-resonant hulkernet fiber-raman-sonde med lav baggrundsstøj

For nylig har et forskerhold fra Special Glass and Fiber Research Center, Department of Advanced Laser and Optolectronic Functional Materials, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery, Chinese Academy of Sciences (SIPM) gjort fremskridt inden for Raman-sonder til lav baggrund støj ved at bruge to typer selvudviklede dobbeltbeklædte anti-resonante hulkernefibre (AR-HCF), som er designet og fremstillet internt. kernefibre (AR-HCF'er) og eksterne optiske moduler for at udvide funktionaliteten af ​​det kommercielle Renishaw Invia konfokalmikroskopi Raman-spektrometer og tilføje in-situ detektion. Resultaterne er opsummeret som "In-situ baggrundsfri Raman-sonde ved hjælp af dobbeltbeklædt anti-resultaterne blev offentliggjort i Biomedical Optics Express under titlen "In-situ baggrundsfri Raman-sonde ved hjælp af dobbeltbeklædte anti-resonante hulkernefibre ".
Konventionelle optiske fibre med fast kerne af kvarts er meget brugt som sonder til Raman-detektion, fordi de er ideelle medium til optiske signaler på grund af deres lave tab og brede transmissionsvindue. Dens anvendelse, selvom den kan være fri for begrænsningerne af prøvens form, størrelse og position, interagerer dens eget kvartsglasmateriale med pumpelaseren for at generere et meget stærkt baggrundsstøjsignal, som har en tendens til at maskere Raman-spektralinformationen af ​​prøven at blive testet. I tidligere forskningsrapporter er den almindelige løsning at bruge en multifibersonde, som bruger forskellige fibre til at lede excitationslyset og opsamle signallyset. Denne løsning kræver dog også tilføjelse af optiske komponenter såsom filtre i den distale ende af den optiske fiber, hvilket ikke kun reducerer opsamlingseffektiviteten af ​​signalet, men også øger størrelsen af ​​sonden.
Forskerne fremstillede to forskellige dobbeltbeklædte AR-HCF'er ved brug af stack-and-draw-metoden, hvis tværsnit er vist i figur 1. Begge kan begrænse laserlyset til hovedsageligt at blive ledet i den hule kerne, hvilket i høj grad reducerer overlapningen af ​​lysfeltet med kvartsmaterialet i selve fiberen, og undertrykker således i høj grad kvartsbaggrundsstøjen. Efter ydelsestestning kan de to fibersonder opnå omkring to størrelsesordener af kvartsbaggrundsstøjundertrykkelse sammenlignet med de traditionelle solid-core kvartsfibre. Begge AR-HCF'er er specielt designet til at opnå lavt tab i de synlige og nær-infrarøde bånd og har en stor numerisk åbning (numerisk åbning, NA) af den ydre beklædning (NA af den ydre beklædning er større end {{8} }.2, hvilket er omkring ti gange så meget som fiberkernen). Dette arbejde er karakteriseret ved brugen af ​​kun én optisk fiber som en sonde til Raman-detektion og ved brugen af ​​et specielt designet eksternt optisk vejmodul til at realisere sonden i forbindelse med et kommercielt tilgængeligt Renishaw Invia-konfokalt mikro-Raman-spektrometer, som vist i fig. 2. Modulet er forbundet til spektrometerets originale objektivlinsegrænseflade, som kan koble det internt udsendte excitationslys ind i AR-HCF'erne og også kan transmittere Raman-signalet opsamlet af den fiberoptiske sonde tilbage til spektrometeret til detektion og analyse. Den kan også udvide sin funktion af in-situ detektion, mens den spiller instrumentets høje detektionsnøjagtighedskarakteristika. Gennemførligheden af ​​ordningen verificeres også ved påvisning af nogle faste og flydende prøver ved hjælp af sonden, såsom in-situ påvisning af ABS-plast, som vist i figur 3. Resultaterne forventes at have bredere anvendelsesmuligheder inden for miljøovervågning , biomedicinske og andre områder.

Fig. 1 Elektronmikroskop-endefladefotos af to anti-resonante hulkerne optiske fibre er vist i henholdsvis (a) og (b), mens (c) og (d) viser billeder af de to taget ved baggrundsbelysning af en optisk mikroskop hhv.

Fig. 2 Skematisk diagram af den optiske vej til Raman-føleskemaet.

Figur 3 Figur (a) og (b) viser Raman-spektralresultaterne af to slags anti-resonans hulkerne optiske fibre, der anvendes som prober til henholdsvis at detektere ABS-plast, hvor den orange kurve er opnået fra prøven målt af sonden , er den blå kurve baggrundssignalet for selve sonden, og den gule kurve er spektrene opnået fra prøven målt med Renishaw Invia konfokalmikroskop Raman-spektrometer direkte.