Shanghai Institute Of Optics And Precision Machinery (SIPM) boekt vooruitgang in anti-resonante holle-kernvezel Raman-sonde met lage achtergrondruis

Onlangs heeft een onderzoeksteam van het 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) vooruitgang geboekt op het gebied van Raman-sondes voor lage achtergrondruis door gebruik te maken van twee typen zelfontwikkelde dual-cladding anti-resonant hollow-core fibers (AR-HCF), die intern zijn ontworpen en vervaardigd. core fibers (AR-HCF's) en externe optische modules om de functionaliteit van de commerciële Renishaw Invia confocale microscopie Raman-spectrometer uit te breiden en in-situ-detectie toe te voegen. De resultaten worden samengevat als "In-situ background-free Raman probe using double-cladding anti De resultaten werden gepubliceerd in Biomedical Optics Express onder de titel "In-situ background-free Raman probe using double-cladding anti-resonant hollow-core fibers".
Conventionele kwarts vaste kern optische vezels worden veel gebruikt als probes voor Raman detectie omdat ze een ideaal medium zijn voor optische signalen vanwege hun lage verlies en brede transmissievenster. Hoewel de toepassing ervan vrij kan zijn van de beperkingen van de vorm, grootte en positie van het monster, werkt het eigen kwartsglasmateriaal samen met de pomplaser om een ​​zeer sterk achtergrondruissignaal te genereren, dat de Raman spectrale informatie van het te testen monster neigt te maskeren. In eerdere onderzoeksrapporten is de gangbare oplossing om een ​​multi-fiber probe te gebruiken, die verschillende vezels gebruikt om het excitatielicht te geleiden en het signaallicht te verzamelen. Deze oplossing vereist echter ook de toevoeging van optische componenten zoals filters aan het distale uiteinde van de optische vezel, wat niet alleen de verzamelingsefficiëntie van het signaal vermindert, maar ook de grootte van de probe vergroot.
De onderzoekers fabriceerden twee verschillende dubbel-ommantelde AR-HCF's met behulp van de stack-and-draw-methode, waarvan de dwarsdoorsneden worden weergegeven in Afbeelding 1. Beide kunnen het laserlicht beperken om voornamelijk in de holle kern te worden geleid, wat de overlap van het lichtveld met het kwartsmateriaal van de vezel zelf aanzienlijk vermindert, waardoor de kwartsachtergrondruis sterk wordt onderdrukt. Na prestatietests kunnen de twee vezelprobes ongeveer twee ordes van grootte van kwartsachtergrondruisonderdrukking bereiken in vergelijking met de traditionele massieve kwartsvezels. Beide AR-HCF's zijn speciaal ontworpen om een ​​laag verlies te bereiken in de zichtbare en nabij-infraroodbanden en hebben een grote numerieke apertuur (numerieke apertuur, NA) van de buitenste ommanteling (de NA van de buitenste ommanteling is groter dan 0.2, wat ongeveer tien keer die van de vezelkern is). Dit werk wordt gekenmerkt door het gebruik van slechts één optische vezel als sonde voor Raman-detectie en door het gebruik van een speciaal ontworpen externe optische padmodule om de sonde te realiseren in combinatie met een commercieel verkrijgbare Renishaw Invia confocale micro-Raman-spectrometer, zoals weergegeven in Afb. 2. De module is verbonden met de originele objectieflensinterface van de spectrometer, die het intern uitgezonden excitatielicht kan koppelen aan de AR-HCF's en ook het door de glasvezelsonde verzamelde Raman-signaal terug kan sturen naar de spectrometer voor detectie en analyse. Het kan ook zijn functie van in-situ-detectie uitbreiden terwijl het de hoge detectienauwkeurigheidskenmerken van het instrument bespeelt. De haalbaarheid van het schema wordt ook geverifieerd door de detectie van enkele vaste en vloeibare monsters met behulp van de sonde, zoals de in-situ-detectie van ABS-kunststof, zoals weergegeven in Afb. 3. De resultaten zullen naar verwachting bredere toepassingsmogelijkheden hebben in milieumonitoring, biomedische en andere gebieden.

Figuur 1. Foto's van de uiteinden van twee antiresonante optische vezels met holle kern, gemaakt met behulp van een elektronenmicroscoop, worden respectievelijk weergegeven in (a) en (b), terwijl (c) en (d) foto's van de twee tonen die respectievelijk zijn genomen onder tegenlicht van een optische microscoop.

Figuur 2 Schematisch diagram van het optische pad van het Raman-detectieschema.

Figuur 3 Figuur (a) en (b) tonen de Raman-spectrale resultaten van twee soorten antiresonantie optische vezels met holle kern die worden gebruikt als sondes om ABS-kunststoffen te detecteren. De oranje curve is verkregen uit het monster dat door de sonde is gemeten, de blauwe curve is het achtergrondsignaal van de sonde zelf en de gele curve zijn de spectra die zijn verkregen uit het monster en die rechtstreeks zijn gemeten met een Renishaw Invia confocale microscoop Raman-spectrometer.