中红外光谱(MIR)是一种很有前途的痕量表面化学物质的离子检测方法，因为大多数物质在光谱的MIR部分具有强烈而独特的吸收特征。我们的检测方法，称为主动MIR高光谱成像(HSI)，包括使用波长可调激光器与高速相机相结合，以捕获目标表面反射率的高光谱图像(即超立方体)。
利用波长可调量子级联激光器对痕量化学物质表面进行高速和大面积扫描
如图1所示，波长可调的MIR激光器照亮感兴趣的目标，反射光被相机捕获。随着激光波长的调整，相机同步捕捉反射光的图像。对原始超立方体进行处理以校正背景热辐射和照明激光束的强度模式，以生成代表目标表面反射率的超立方体。然后对反射超立方体进行分析，并与光谱特征参考库进行比较，以生成检测图，该检测图可以识别目标表面上的任何化学污染并绘制空间图。如图所示，也可以检测到可能存在于光束路径中的气体的存在。
图1
图2
外腔量子级联激光器(ec - qcl)用于对目标的照明。这些都是基于Block Engineering的Mini-QCL™，如图2所示，这是一个微型，广泛可调，高速，坚固的EC-QCL。它们的商用波长在5.4到13 μm之间。我们的系统目前使用两个mini - qcl，其输出使用分束器组合。图2绘制了两种激光器在占空比为5%时的平均功率与波长的关系。激光器可在7.7 - 10.3um (1300 - 970 cm-1)和9.8 - 11.8um (1020 - 850 cm-1)的波长范围内调谐，平均功率分别为26 mW和7 mW。未来系统的增强将包括多路复用额外的激光器，以增加光谱范围，并结合可以产生大约50倍功率的激光器。
在图像捕获方面，该系统使用40 μm像素的ln2冷却HgCdTe焦平面阵列(FPA)，能够以高达每秒1600帧(fps)的速度捕获128x128像素帧。在子窗口模式下，16x96像素的帧可以以9400 fps的速度捕获。
图3
图4
激光和相机触发都由快速数字输入/输出(DIO)模块控制，这样帧捕获与每个波长的激光照明同步。一个典型测量序列的结果显示在图3。这种特殊的测量只使用一个激光器，但过程与使用多个激光器的情况相似。EC-QCL在波长上进行扫描，而相机在0.1秒内捕获了总共150帧。在这些帧中，有137帧的表面被不同波长的激光照射，而13帧是“黑暗”的，没有激光照射。暗帧用于测量，然后减去被动热背景。对于这种测量，样品由粗糙的铝组成，其中部分被硅脂污染。光学元件被布置成以128 x 128像素对样品进行成像，空间分辨率为80 um。1平方厘米的测量面积被激光束充分照射。由反射超立方体得到的清洁区和污染区的反射光谱清晰地显示了硅酮在1025、1075和1260 cm-1处的吸收峰。
对于较大表面的测量，该系统具有集成的基于振镜的两轴扫描镜系统(扫描仪)，以光栅扫描整个表面的激光照明。图4以图形方式描述了这一点。栅格扫描也允许人们选择更小的光束尺寸(从而更高的平均影响)，代价是更长的总捕获时间。
使用干转移技术将固体粉末的痕迹应用于各种室外表面。表面包括石头屋面瓦、混凝土、沥青和沙子。图5显示了100 ug咖啡因在屋面瓦上的测量结果，测量距离为0.4 m。对于这些测量，使用了两个ec - qcl来获取跨越850 - 1300 cm-1波数范围的超立方体。用底物的反射率对测得的反射率进行归一化后，样品中被污染部分的反射率与咖啡因粉末的文库光谱非常吻合。如图5所示，应用这种归一化后，根据与咖啡因粉末反射率的光谱相似性，将检测分数与超立方体中的每个像素关联起来，然后应用阈值来创建检测图。图6显示了在距离为5米的距离上对各种表面上咖啡因痕迹的检测结果。图7展示了该系统在5米距离内区分和识别混凝土上三种不同化学物质的能力。
图5
图6
图7
为了演示超立方体的高速获取，准备了一个样品，其中名称“BLOCK”的每个字母在玻璃基板上以不同的化学物质创建，如图8所示。化学物质浓度不受控制且相对较高。该样品的复合超立方体得到如下。激光束在目标上进行光栅扫描，分5步(每个字母一次)。复合超立方体的大小为16 x 96像素，因此相机可以以9400 fps的帧率运行。在14 ms的时间内，在每个点获得了一个总共138帧(其中105帧包含唯yi的照明波长)的超立方体。据我们所知，这是shi界上zui快获得活跃的MIR超立方体。将激光束光栅化穿过五个点并获得原始超立方体所需的总时间仅为74毫秒。测量的各种化学物质的反射光谱与预期的反射率相符，除了在850 - 900 cm-1的波数范围内存在偏差。我们目前正在努力了解这种偏差的原因。尽管如此，我们相信这个演示说明了MIR HSI非常快速扫描表面痕量化学物质的能力。
图8
图9
了解更多详情，请访问上海昊量光电的官方网页：
https://www.auniontech.com/three-level-280.html
更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。
您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
展示全部 
