Los investigadores utilizaron su nuevo enfoque de imágenes hiperespectrales directas de doble peine para adquirir imágenes hiperespectrales del gas amoniaco que escapa de una botella. La imagen de la izquierda muestra una fotografía de la escena, mientras que la imagen de la derecha muestra un mapa de transmitancia de amoníaco extraído de un solo interferograma. El recuadro muestra la respuesta espectral medida por el sistema en un píxel en particular. Crédito:Pedro Martín-Mateos, Universidad Carlos III de Madrid
Por primera vez, Los investigadores han utilizado una técnica analítica avanzada conocida como espectroscopia 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 enfoque podría promover enormemente una amplia gama de aplicaciones científicas e industriales, como el análisis químico y la detección biomédica.
"La espectroscopia de doble peine ha revolucionado la espectroscopia óptica al proporcionar una resolución y precisión espectral incomparables, 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. "Nuestro nuevo enfoque de imágenes de doble peine hiperespectral directo permitirá ampliar la mayoría de las capacidades de detección de puntos de los sistemas de doble peine actuales para crear una imagen espectral de una escena completa".
La espectroscopia de doble peine utiliza dos fuentes ópticas, conocidos como peines de frecuencia óptica, que emiten un espectro de colores, o frecuencias, perfectamente espaciados como los dientes de un peine. Como se informó en Optica , La revista de la Optical Society para la investigación de alto impacto, esta es la primera vez que se detecta directamente un espectro de doble peine utilizando una cámara de video.
"Demostramos la interrogación espectral de un objeto 2-D en solo un segundo, más de tres órdenes de magnitud más rápido que demostraciones anteriores, ", dijo Martín-Mateos." Este tiempo de adquisición rápido permite la obtención de imágenes hiperespectrales de doble peine de procesos rápidos o dinámicos, que no era posible antes ".
Aunque el trabajo se realizó utilizando longitudes de onda del infrarrojo cercano, los investigadores dicen que el concepto se puede transferir fácilmente a una variedad de regiones espectrales, ampliando el número de posibles aplicaciones.
En particular, expandir el enfoque a las regiones espectrales de terahercios y ondas milimétricas abriría muchas nuevas oportunidades para las pruebas no destructivas y la inspección de productos en los alimentos, industrias agrícolas y farmacéuticas. En las regiones del infrarrojo medio e infrarrojo cercano, también podría mejorar el rendimiento de las imágenes químicas, Tecnologías de cartografía tridimensional y topografía de superficie.
Se muestra al equipo de investigación con la configuración óptica para su nuevo enfoque de imágenes de doble peine hiperespectral directo. El método amplía las capacidades de detección de puntos de los sistemas de doble peine actuales para crear una imagen espectral de una escena completa. Crédito:Pedro Martín-Mateos, Universidad Carlos III de Madrid
Detección de velocidad de video
Los espectrómetros de doble peine funcionan interfiriendo la luz de dos peines de frecuencia óptica muy parecidos. Este proceso de mezcla genera una señal conocida como interferograma a velocidades que suelen ser decenas de megahercios (millones de veces por segundo), demasiado rápido para capturar incluso con las cámaras de video 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, "explica Martín-Mateos." Esto permite el análisis espectral de una escena completa, en lugar de solo un punto ".
Para hacer esto, los investigadores construyeron un sistema basado en una fuente electroóptica 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, para crear interferogramas ultralentos.
Los investigadores utilizaron el nuevo método para adquirir imágenes hiperespectrales del gas amoniaco que se escapa de una botella. Alcanzaron una resolución óptica de 1 GHz (0,0033 cm-1) a velocidades de vídeo de 25 fotogramas por segundo, con cada cuadro que contiene 327, 680 mediciones espectrales individuales. Según los investigadores, la resolución que lograron permite distinguir fácilmente entre diferentes gases y es 100 veces mejor que los equipos comerciales actuales.
"Esto nos permite, por ejemplo, para identificar y distinguir fácilmente entre diferentes gases. La resolución demostrada en esta primera demostración experimental es dos órdenes de magnitud mejor que la de los equipos comerciales actuales.
"La simplicidad es una de las principales fortalezas del sistema, ", dijo Martín-Mateos." Funcionó a la perfección y podría implementarse en cualquier laboratorio de óptica ".
El trabajo es parte de un proyecto más amplio financiado por la iniciativa ATTRACT (Horizonte 2020), que tiene como objetivo desarrollar un sistema de imágenes hiperespectrales rápido que utiliza la región de terahercios del espectro electromagnético para la inspección, control de calidad y 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.
