研究人員第一次使用了一種稱為雙梳光譜的先進(jìn)分析技術(shù)來(lái)快速獲取極其詳細(xì)的高光譜圖像。通過(guò)以高靈敏度和高速度獲取場(chǎng)景中每個(gè)像素的全范圍信息，該新方法可以極大地推動(dòng)廣泛的科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用，例如化學(xué)分析和生物醫(yī)學(xué)傳感。
西班牙馬德里卡洛斯三世大學(xué)的研究小組負(fù)責(zé)人佩德羅·馬丁·馬特奧斯說(shuō)：“雙梳光譜技術(shù)通過(guò)提供無(wú)與倫比的光譜分辨率和準(zhǔn)確性以及較短的采集時(shí)間而無(wú)需移動(dòng)部件，徹底改變了光譜學(xué)。” “我們新的直接高光譜雙梳成像方法將有可能擴(kuò)展當(dāng)前雙梳系統(tǒng)的大多數(shù)點(diǎn)檢測(cè)功能，以創(chuàng)建整個(gè)場(chǎng)景的光譜圖像。”
雙梳光譜儀使用兩個(gè)稱為光頻率梳的光源，它們發(fā)出的光譜(或頻率)的光譜像梳子上的牙齒一樣完全隔開(kāi)。如《光學(xué)學(xué)會(huì)》高影響力研究期刊Optica所報(bào)道的，這是第一次使用攝像機(jī)直接檢測(cè)到雙梳狀光譜。馬丁·馬特奧斯說(shuō)：“我們?cè)诙潭桃幻腌妰?nèi)就演示了二維物體的光譜詢問(wèn)，比以前的演示快了三個(gè)數(shù)量級(jí)。” “這種快速的采集時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)快速或動(dòng)態(tài)過(guò)程的雙梳子高光譜成像，這是以前不可能做到的。”
盡管這項(xiàng)工作是使用近紅外波長(zhǎng)進(jìn)行的，但研究人員表示，這一概念可以輕松地轉(zhuǎn)移到各種光譜區(qū)域，從而擴(kuò)大了可能的應(yīng)用范圍。尤其是，將方法擴(kuò)展到太赫茲和毫米波光譜區(qū)域?qū)槭称罚r(nóng)業(yè)和制藥行業(yè)的無(wú)損檢測(cè)和產(chǎn)品檢驗(yàn)提供許多新的機(jī)會(huì)。在中紅外和近紅外區(qū)域，它還可以增強(qiáng)化學(xué)成像，3-D映射和表面形貌技術(shù)的性能。
展示了其新的直接高光譜雙梳成像方法的光學(xué)設(shè)置。該方法擴(kuò)展了當(dāng)前雙梳系統(tǒng)的點(diǎn)檢測(cè)能力，以創(chuàng)建整個(gè)場(chǎng)景的光譜圖像。圖片提供：馬德里卡洛斯三世大學(xué)的Pedro MarTIn-Mateos雙梳狀光譜儀通過(guò)干擾來(lái)自兩個(gè)緊密匹配的光學(xué)頻率梳的光來(lái)工作。這種混合過(guò)程產(chǎn)生的信號(hào)稱為干涉圖，其速率通常為數(shù)十兆赫茲(每秒百萬(wàn)次)，即使是最快的高速攝像機(jī)也無(wú)法捕捉到。
Martín-Mateos解釋說(shuō)：“我們將系統(tǒng)生成的干涉圖延長(zhǎng)到一秒，從而可以使用攝像機(jī)檢測(cè)雙梳狀干涉信號(hào)。” “這允許對(duì)整個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行光譜分析，而不僅僅是一個(gè)點(diǎn)。”為此，研究人員建立了一個(gè)基于非常簡(jiǎn)單的電光雙梳光源的系統(tǒng)，該電光源主要由光纖組件組成。兩個(gè)聲光調(diào)制器的使用使它們可以使光學(xué)梳偏移任意低頻，從而產(chǎn)生超慢的干涉圖。
研究人員使用這種新方法來(lái)獲取從瓶中逸出的氨氣的高光譜圖像。他們以每秒25幀的視頻速率實(shí)現(xiàn)1 GHz(0.0033 cm-1)的光學(xué)分辨率，每幀包含327,680個(gè)單獨(dú)的光譜測(cè)量值。據(jù)研究人員稱，他們獲得的分辨率可以輕松區(qū)分不同的氣體，并且比目前的商用設(shè)備好100倍。
“例如，這使我們能夠輕松地識(shí)別和區(qū)分不同的氣體。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)演示中展示的分辨率比當(dāng)前的商用設(shè)備高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。Martín-Mateos說(shuō)：“簡(jiǎn)單性是該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)之一。” “它可以完美地工作，并且可以在任何光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中實(shí)施。”
這項(xiàng)工作是ATTRACT計(jì)劃(Horizon 2020)資助的一個(gè)較大項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)一種快速高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用電磁頻譜的太赫茲區(qū)域進(jìn)行檢查，質(zhì)量控制以及農(nóng)產(chǎn)品和食品的分類。研究人員現(xiàn)在正在努力開(kāi)發(fā)太赫茲雙梳光源，以在該光譜區(qū)域內(nèi)演示該方法。