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双梳光谱技术快速获取高光谱图像细节

双梳光谱技术快速获取高光谱图像细节
时间: 2020-03-11 15:49 浏览次数:
研究人员使用一种被称为双梳光谱学的先进分析技术,迅速获取极其详细的高光谱图像。该方法以很高的灵敏度和速度获取场景中每个像素的全光谱信息,可以极大地推动化学分析和生

研究人员使用一种被称为双梳光谱学的先进分析技术,迅速获取极其详细的高光谱图像。该方法以很高的灵敏度和速度获取场景中每个像素的全光谱信息,可以极大地推动化学分析和生物医学传感等学科和工业应用的广泛发展。
       双梳光谱学通过提供极高的光谱分辨率,在不移动部件的情况下缩短采集时间。这种新的直接高光谱双梳成像方法将有助于扩展现有双梳系统的大部分点检测能力,从而创建整个场景的光谱图像。
       据Optica报道,这是首次使用摄像机直接探测到双梳光谱。这种快速的采集时间使双梳高光谱快速动态成像成为可能。 虽然这项工作在近红外波长进行,但这个概念可以很容易地转移到各种光谱区域,从而扩大了可能的应用范围。特别是,将方法扩展到太赫兹和毫米波光谱区域,这将为食品、农业和制药行业的无损检测和产品检验开辟许多新的机会。在中红外和近红外区域,还可以增强化学成像、三维制图和表面形貌技术的性能。
       双梳光谱仪的工作原理是通过使来自两个紧密匹配的光学频率梳的光发生干涉。这种混合过程产生的信号称为干涉图,其频率通常为数十兆赫(每秒百万次),即使是最快的高速摄像机也无法捕捉到这样的速度。
       研究人员解释说:“我们将系统产生的干涉图延长至一秒,以便能够使用摄像机探测到双梳干扰信号。这样就可以对整个场景进行光谱分析,而不仅仅是一个点。”为了做到这一点,研究人员建立了基于非常简单的电光双梳源系统,它主要由光纤组件构成。利用两个声光调制器使它们以任意低的频率抵消光梳,从而产生超慢干涉图。
        研究人员用这种新方法获取了从瓶子中逸出的氨气的高光谱图像。他们以每秒25帧的视频速率实现了1GHz(0.0033 cm-1)的光学分辨率,每帧包含327,680个单独的光谱测量值。根据研究人员的说法,他们获得的分辨率可以很容易地区分不同的气体,而且比目前的商用设备要好100倍。

图:研究人员使用他们新的直接高光谱双梳成像方法来获取从瓶子中逸出的氨气的高光谱图像。左边的图像显示了一个场景的照片,而右边的图像显示了从单个干涉图中提取的氨透过率图像。

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