Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) gjør fremskritt innen anti-resonant hulkjernefiber Raman-sonde med lav bakgrunnsstøy

Nylig har et forskerteam fra Special Glass and Fiber Research Center, Department of Advanced Laser and Optoelectronic Functional Materials, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery, Chinese Academy of Sciences (SIPM) gjort fremskritt innen Raman-sonder for lav bakgrunn støy ved å bruke to typer egenutviklede dobbeltklednings anti-resonante hulkjernefibre (AR-HCF), som er designet og produsert internt. kjernefibre (AR-HCFs) og eksterne optiske moduler for å utvide funksjonaliteten til det kommersielle Renishaw Invia konfokalmikroskopi Raman-spektrometeret og legge til in-situ deteksjon. Resultatene er oppsummert som "In-situ bakgrunnsfri Raman-sonde ved bruk av dobbeltkledning anti. Resultatene ble publisert i Biomedical Optics Express under tittelen "In-situ bakgrunnsfri Raman-sonde ved bruk av dobbeltkledning anti-resonante hulkjernefibre ".
Konvensjonelle optiske fibre med solid kvarts er mye brukt som sonder for Raman-deteksjon fordi de er ideelle medium for optiske signaler på grunn av deres lave tap og brede overføringsvindu. Dens anvendelse, selv om den kan være fri fra begrensningene av prøveform, størrelse og posisjon, samhandler dets eget kvartsglassmateriale med pumpelaseren for å generere et veldig sterkt bakgrunnsstøysignal, som har en tendens til å maskere Raman-spektralinformasjonen til prøven å bli testet. I tidligere forskningsrapporter er den vanlige løsningen å bruke en multifibersonde, som bruker forskjellige fibre for å lede eksitasjonslyset og samle signallyset. Denne løsningen krever imidlertid også tilsetning av optiske komponenter som filtre ved den distale enden av den optiske fiberen, noe som ikke bare reduserer innsamlingseffektiviteten til signalet, men også øker størrelsen på sonden.
Forskerne fremstilte to forskjellige dobbeltklednings-AR-HCF-er ved bruk av stack-and-draw-metoden, hvis tverrsnitt er vist i figur 1. Begge kan begrense laserlyset til å ledes hovedsakelig i den hule kjernen, som i stor grad reduserer overlappingen av lysfeltet med kvartsmaterialet til selve fiberen, og undertrykker dermed bakgrunnsstøyen fra kvarts i stor grad. Etter ytelsestesting kan de to fiberprobene oppnå omtrent to størrelsesordener av kvartsbakgrunnsstøydemping sammenlignet med de tradisjonelle solid-core kvartsfibrene. Begge AR-HCF-ene er spesialdesignet for å oppnå lavt tap i de synlige og nær-infrarøde båndene og har en stor numerisk åpning (numerisk åpning, NA) på den ytre kledningen (NA-en til den ytre kledningen er større enn {{8} }.2, som er omtrent ti ganger så mye som fiberkjernen). Dette arbeidet er preget av bruken av kun én optisk fiber som en sonde for Raman-deteksjon, og ved bruk av en spesialdesignet ekstern optisk banemodul for å realisere sonden i forbindelse med et kommersielt tilgjengelig Renishaw Invia-konfokalt mikro-Raman-spektrometer, som vist i fig. 2. Modulen er koblet til det originale objektivlinsegrensesnittet til spektrometeret, som kan koble det internt utsendte eksitasjonslyset inn i AR-HCF-ene, og kan også overføre Raman-signalet samlet av den fiberoptiske sonden tilbake til spektrometeret for deteksjon og analyse. Den kan også utvide funksjonen for in situ-deteksjon mens den spiller instrumentets høye deteksjonsnøyaktighetsegenskaper. Gjennomførbarheten av ordningen verifiseres også ved påvisning av noen faste og flytende prøver ved bruk av sonden, for eksempel in-situ deteksjon av ABS-plast, som vist i figur 3. Resultatene forventes å ha bredere bruksutsikter i miljøovervåking , biomedisinske og andre felt.

Fig. 1 Elektronmikroskopets endesidebilder av to anti-resonante hulkjerneoptiske fibre er vist i henholdsvis (a) og (b), mens (c) og (d) viser bilder av de to tatt ved bakgrunnsbelysning av en henholdsvis optisk mikroskop.

Fig. 2 Skjematisk diagram av den optiske banen for Raman-føleskjemaet.

Figur 3 Figurene (a) og (b) viser Raman-spektralresultatene av to typer anti-resonans hulkjerne-optiske fibre som brukes som prober for å detektere ABS-plast, henholdsvis, der den oransje kurven er hentet fra prøven målt av sonden , er den blå kurven bakgrunnssignalet til selve sonden, og den gule kurven er spektrene oppnådd fra prøven målt med Renishaw Invia konfokalmikroskop Raman-spektrometer direkte.