L'istituto di ottica e macchinari di precisione di Shanghai (SIPM) compie progressi nella sonda Raman in fibra cava antirisonante con basso rumore di fondo

Di recente, un team di ricerca dello 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) ha fatto progressi nel campo delle sonde Raman per basso rumore di fondo utilizzando due tipi di fibre cave antirisonanti a doppio rivestimento (AR-HCF) auto-sviluppate, progettate e realizzate internamente. fibre cave antirisonanti a doppio rivestimento (AR-HCF) e moduli ottici esterni per espandere la funzionalità dello spettrometro Raman per microscopia confocale Renishaw Invia commerciale e aggiungere rilevamento in situ. I risultati sono riassunti come "Sonda Raman in situ senza sfondo utilizzando fibre cave antirisonanti a doppio rivestimento". I risultati sono stati pubblicati su Biomedical Optics Express con il titolo "Sonda Raman in situ senza sfondo utilizzando fibre cave antirisonanti a doppio rivestimento".
Le fibre ottiche solid-core al quarzo convenzionali sono ampiamente utilizzate come sonde per la rilevazione Raman perché sono il mezzo ideale per i segnali ottici grazie alla loro bassa perdita e all'ampia finestra di trasmissione. La sua applicazione, sebbene possa essere libera dalle limitazioni di forma, dimensione e posizione del campione, il suo materiale in vetro di quarzo interagisce con il laser di pompaggio per generare un segnale di rumore di fondo molto forte, che tende a mascherare le informazioni spettrali Raman del campione da testare. Nei precedenti rapporti di ricerca, la soluzione principale è quella di utilizzare una sonda multifibra, che utilizza fibre diverse per condurre la luce di eccitazione e raccogliere la luce del segnale. Tuttavia, questa soluzione richiede anche l'aggiunta di componenti ottici come filtri all'estremità distale della fibra ottica, che non solo riduce l'efficienza di raccolta del segnale, ma aumenta anche le dimensioni della sonda.
I ricercatori hanno fabbricato due diversi AR-HCF a doppio rivestimento utilizzando il metodo stack-and-draw, le cui sezioni trasversali sono mostrate nella Figura 1. Entrambi possono confinare la luce laser da condurre principalmente nel nucleo cavo, il che riduce notevolmente la sovrapposizione del campo luminoso con il materiale al quarzo della fibra stessa, sopprimendo così notevolmente il rumore di fondo al quarzo. Dopo i test delle prestazioni, le due sonde in fibra possono raggiungere circa due ordini di grandezza di soppressione del rumore di fondo al quarzo rispetto alle tradizionali fibre al quarzo a nucleo solido. Entrambi gli AR-HCF sono stati appositamente progettati per ottenere una bassa perdita nelle bande del visibile e del vicino infrarosso e hanno una grande apertura numerica (apertura numerica, NA) del rivestimento esterno (la NA del rivestimento esterno è maggiore di 0.2, che è circa dieci volte quella del nucleo della fibra). Questo lavoro è caratterizzato dall'uso di una sola fibra ottica come sonda per la rilevazione Raman e dall'uso di un modulo di percorso ottico esterno appositamente progettato per realizzare la sonda insieme a uno spettrometro micro-Raman confocale Renishaw Invia disponibile in commercio, come mostrato in Fig. 2. Il modulo è collegato all'interfaccia originale della lente dell'obiettivo dello spettrometro, che può accoppiare la luce di eccitazione emessa internamente negli AR-HCF e può anche trasmettere il segnale Raman raccolto dalla sonda in fibra ottica allo spettrometro per la rilevazione e l'analisi. Può anche espandere la sua funzione di rilevazione in situ riproducendo le caratteristiche di elevata accuratezza di rilevazione dello strumento. La fattibilità dello schema è anche verificata dalla rilevazione di alcuni campioni solidi e liquidi utilizzando la sonda, come la rilevazione in situ della plastica ABS, come mostrato in Figura 3. Si prevede che i risultati abbiano prospettive di applicazione più ampie nel monitoraggio ambientale, biomedico e altri campi.

Fig. 1 Le foto delle estremità di due fibre ottiche cave antirisonanti ottenute al microscopio elettronico sono mostrate rispettivamente in (a) e (b), mentre (c) e (d) mostrano foto delle due scattate rispettivamente tramite retroilluminazione di un microscopio ottico.

Fig. 2 Diagramma schematico del percorso ottico dello schema di rilevamento Raman.

Figura 3 Le figure (a) e (b) mostrano i risultati spettrali Raman di due tipi di fibre ottiche cave antirisonanza utilizzate rispettivamente come sonde per rilevare la plastica ABS, dove la curva arancione è ottenuta dal campione misurato dalla sonda, la curva blu è il segnale di fondo della sonda stessa e la curva gialla è lo spettro ottenuto dal campione misurato direttamente dallo spettrometro Raman del microscopio confocale Renishaw Invia.