Преимущества Фурье-спектроскопии вместе с NIREOS
Революционная технология NIREOS представляется интерферометром GEMINI: компактным и сверхстабильным интерферометром с общим трактом, который раскрывает все преимущества подхода преобразования Фурье (такие как пропускная способность света и точность определения длины волны) в УФ-видимом диапазоне и ближней инфракрасной области спектра. GEMINI можно использовать во многих экспериментах в линейной и нелинейной спектроскопии, таких как флуоресцентная спектроскопия и спектроскопия накачки-зондирования.
Спектроскопия обычно используется для идентификации материалов путем измерения цветов света, который взаимодействует с образцом. Но в этой устоявшейся области еще есть куда совершенствоваться. Джемма Черч узнала больше об интерферометре GEMINI от NIREOS и его новых применениях.
Интерферометр GEMINI от NIREOS является одним из примеров. Он очень универсален, может быть добавлен к любой оптической системе и может использоваться с различными источниками излучения. Фабрицио Преда, генеральный директор NIREOS, сказал: «GEMINI – это инструмент, который позволяет измерять спектр любого вида излучения, будь то когерентный источник, такой как лазер, или некогерентный источник, такой как лампа или сигнал флуоресценции, испускаемый образцом».
GEMINI компактный и легкий, но обеспечивает широкий спектральный охват от 400 до 2300 нм (с возможностью сверхширокополосного покрытия от 250 до 3500 нм) в непрерывном спектре. Благодаря чистой апертуре 10 мм и отсутствию входных щелей или решеток он обеспечивает высокую пропускную способность, на которую не влияет изменение спектрального разрешения с помощью программного обеспечения системы путем изменения максимальной задержки сканирования.
Преимущества:
Во-первых, технология, лежащая в основе интерферометра GEMINI. Это основано на спектроскопии с преобразованием Фурье (FT), в которой для измерения спектров используется интерференция света, а не дисперсия. Используя FT-спектроскопию, свет разделяется на две коллинеарные копии с задержкой во времени, интерференционная картина которых измеряется детектором как функция их задержки. Преобразование Фурье полученной интерферограммы дает непрерывный спектр интенсивности сигнала.
«В то время как обычные интерферометры (такие как интерферометры Майкельсона или Маха-Цендера) обычно ограничены ИК-диапазоном, GEMINI обеспечивает сверхширокополосный спектральный охват и может предоставить все преимущества FT-спектроскопии по всему спектру, вплоть до ультрафиолетовой области. Например, я имею в виду хорошо известный мультиплексор или преимущество Феллджетта, геометрический фактор (этендю) или преимущество Жакино, и высокую точность длины волны или преимущество Конна», - добавил Преда.
Фактически, благодаря запатентованной NIREOS геометрии общего пути, GEMINI нечувствителен к внешним вибрациям. Он может гарантировать чрезвычайно высокую воспроизводимость задержки и стабильность выше одной аттосекунды, что примерно в тысячу раз меньше, чем оптический цикл видимого излучения.
Спектрометры, основанные на преобразовании Фурье, имеют много заметных преимуществ по сравнению с приборами, использующими дисперсию. «Типичный способ работы с устройствами на основе решеток – фокусировать свет на небольшой входной щели, а затем коллимировать свет, выходящий из устройства. Это может быть чрезвычайно сложно, особенно с некогерентным излучением, таким как флуоресценция, - пояснил Преда.
«Вместо этого в GEMINI используется коллимированный пучок лучей. Входящий свет – это выходящий свет. У вас нет пространственного искажения пучка, и очень легко сфокусировать свет даже на небольших активных областях однофотонных лавинных диодных (Spad) детекторов. Это большое практическое преимущество», - сказал он.
Интерферометр GEMINI также имеет много преимуществ по сравнению с монохроматорами. Преда объяснил: «Он преодолевает основные недостатки монохроматоров с точки зрения занимаемой площади, низкой пропускной способности, фиксированного спектрального разрешения и ограниченного спектрального покрытия».
Наконец, GEMINI очень прост в настройке и использовании. Преда объяснил: «Это портативное устройство работает по принципу «включай и работай». Пользователю просто нужно расположить интерферометр на пути излучения, между образцом и детектором (или между источником и образцом, в зависимости от приложения). Благодаря его компактности пользователи могут легко интегрироваться в существующие системы без каких-либо технических трудностей».
NIREOS также может предоставить программное обеспечение «plug and play», позволяющее пользователю легко управлять устройством, собирать данные и извлекать калиброванный спектр излучения. «Итак, у пользователя есть инструмент, который можно настраивать как с точки зрения аппаратного, так и программного обеспечения», - сказал Преда.
Интерферометр GEMINI компании NIREOS
Увеличение количества применений
NIREOS работает с 2018 года, а его основатели – бывшие исследователи, специализирующиеся на сверхбыстрой спектроскопии.
«Компания начинала свою деятельность как дочернее предприятие Миланского политехнического университета, и GEMINI (также известный как интерферометр Twins в предыдущих научных публикациях) является основной технологией, на которой основаны другие наши продукты», - сказал Преда. «В то время для нас было естественным первым шагом начать работу в академической среде».
Сейчас GEMINI используется во множестве приложений для научных исследований, в том числе для измерения статических или временных спектров флуоресценции, для широкополосной накачки или когерентной рамановской спектроскопии, а также в квантовой оптике.
NIREOS также расширяется на промышленный рынок, недавно представив гиперспектральную камеру Hera в своем ассортименте и планирует выпустить сверхширокополосный спектрометр Spectre. Преда объяснил: «Поскольку мы продолжаем уделять внимание академическому миру, эти новые продукты также предоставляют наш опыт для промышленных приложений, таких как, например, контроль качества продукции».
Одно из распространенных исследовательских приложений – флуоресценция с временным и частотным разрешением – показывает, как можно использовать GEMINI и чем они отличаются от других устройств на рынке.
В этом случае интерферометр GEMINI размещается между образцом и детектором, который обычно представляет собой лавинный фотодиод или фотоэлектронный умножитель. GEMINI откалиброван и настроен при производстве для интеграции «под ключ» в любую существующую установку. Таким образом, пользователю не нужно беспокоиться о каких-либо сложных процедурах оптической юстировки.
Затем импульсный лазер возбуждает флуоресцентный образец. Сигнал направляется через интерферометр GEMINI и измеряется приемником, который подключен к системе коррелированного по времени счета одиночных фотонов (TCSPC). В то время как GEMINI обеспечивает спектральное разрешение, TCSPC обеспечивает временное разрешение.
Используя этот метод, создаются двухмерные карты флуоресценции образца в зависимости от длины волны излучения и времени затухания с высоким временным и спектральным разрешением. Это всего лишь один пример того, как GEMINI можно включить и использовать в существующей оптической системе.
В своем последнем техническом документе NIREOS показывает, как GEMINI обеспечивает инновационный подход также к широкополосной спектроскопии накачки-зондирования, используя однопиксельный детектор и одноканальный синхронный усилитель. «Сигналы накачки-зонда обычно очень малы и лежат на широком фоне, поэтому для них требуются методы передачи модуляции, которые состоят из модуляции излучения накачки и синхронной демодуляции датчика для обнаружения изменений передачи, вызванных накачкой», - пояснил Преда.
«Параллельные системы обнаружения в режиме кГц, основанные на дисперсионных методах, легко реализовать, поскольку эти устройства способны обнаруживать одиночные импульсы на этих частотах».
Однако, поскольку чувствительность датчика накачки зависит от частоты повторения системы, желательно использовать более высокие частоты повторения МГц-лазеров. В этом диапазоне не существует диспергирующих устройств, способных к однократному обнаружению, поэтому обычно используется последовательный подход для измерения сигналов накачки-зонда на отдельных длинах волн зонда, выбранных интерференционным фильтром или монохроматором.
Параллельный подход был бы предпочтительнее, поскольку он значительно сокращает время измерения и сводит к минимуму искажения в восстановленных спектрах, которые могут возникать из-за медленного дрейфа мощности накачки, постепенного повреждения образца или постепенного рассогласования цепочки обнаружения или пространственного перекрытия двух импульсов.
«С GEMINI мы представляем новый универсальный подход к широкополосной спектроскопии накачки-зондирования, поскольку он сочетает в себе широкий спектральный охват, параллельный сбор данных и высокую чувствительность», - сказал Преда. «Его можно использовать почти во всех спектроскопических экспериментах, будь то линейная спектроскопия, такая как флуоресценция, но также и в нелинейной спектроскопии, такой как накачка-зондирование или эксперименты с когерентным комбинационным рассеиванием».
