Figura 1:Principio del método propuesto para la resolución súper espectral más allá de los límites de Nyquist de píxeles. Crédito:Universidad de Osaka
La espectroscopia es el estudio de la interacción entre la luz y la materia, ofreciendo numerosas aplicaciones importantes en campos que van desde la ciencia de los materiales hasta la astronomía. Un objetivo común de la espectroscopia es mejorar la resolución espectroscópica para proporcionar información más detallada sobre los procesos dinámicos. Los espectrómetros multicanal se utilizan ampliamente en espectroscopia porque son compactos, fuerte, y capturar imágenes de alta velocidad. Sin embargo, la resolución de los espectrómetros multicanal es limitada. La mejora de esta resolución está restringida actualmente por la imposibilidad de hacer que el ancho de la rendija de entrada sea menor que el tamaño del píxel; conocido como el "límite de Nyquist de píxeles".
Investigadores de la Universidad de Osaka desarrollaron recientemente una forma de aumentar la resolución de espectrómetros multicanal más allá del límite de Nyquist de píxeles utilizando patrones de Moiré. Un patrón Moiré es un patrón de interferencia creado entre dos patrones superpuestos similares con un tono ligeramente diferente, desplazamiento, o rotación.
"Usamos el efecto Moiré para mejorar la resolución espectral en un espectrómetro multicanal, "dice Tsuyoshi Konishi, autor principal del informe publicado recientemente sobre el estudio. "Esto nos permitió alcanzar una resolución más allá del límite de píxeles de Nyquist en un espectrómetro multicanal por primera vez".
Figura 2:Demostración de resolución súper espectral (Resultados comparados (a) con (b) sin el método propuesto). Crédito:Universidad de Osaka
El equipo creó el efecto Moiré en un espectrómetro multicanal comercial utilizando un par de matrices de rendijas con períodos de 100 y 180 μm colocados en la entrada y salida del espectrómetro. La superposición de los patrones del par de matrices de hendiduras creó una franja de Moiré. El sensor de imagen del espectrómetro tenía un límite de Nyquist de píxeles de 50 nm, por lo que la resolución debe ser menor que este valor. La franja de Moiré generada por el espectrómetro modificado fue capaz de resolver un cambio de longitud de onda de solo 0,31 nm, superando el límite de píxeles de Nyquist. Esto significa que la resolución espectral del espectrómetro se mejoró en un factor de más de diez con respecto a su resolución original de 4,63 nm.
El enfoque se probó utilizando una fuente de luz de una sola longitud de onda y una fuente de luz policromática que consta de dos rayos láser de diferente longitud de onda. En ambos casos, la franja de Moiré generada proporcionó una resolución más allá del límite de píxeles de Nyquist. En tono rimbombante, el enfoque desarrollado es simple y se puede adaptar para adaptarse a diversas situaciones.
"Superar el límite de Nyquist de píxeles de un espectrómetro multicanal que utiliza la franja de Moiré generada por un par de matrices de rendijas colocadas de forma adecuada debería facilitar la obtención de imágenes de superresolución de procesos dinámicos, Konishi explica. "Prevemos que se desarrollarán espectrómetros multicanal con resolución espectral variable basados en este concepto".
Esta investigación representa un paso importante hacia el objetivo del monitoreo de alta resolución en tiempo real de eventos dinámicos en campos que van desde la biología hasta la astronomía.
