Визуализация призмы и спектра
Оптическая спектроскопия разделяет свет и измеряет интенсивность волн разной длины. Это мощный метод для широкого спектра приложений.
Инженеры UC Davis Аарон Хо и Вивек Сринивасан нашли новый способ определения характеристик и перекрестной калибровки спектроскопических инструментов с использованием избыточного «шума» в световом сигнале.
Спектральное разрешение определяет, насколько хорошо спектрометр может различать свет с разными длинами волн.
Также важно иметь возможность откалибровать спектрометр, чтобы разные приборы давали надежно согласованные результаты. Современные методы определения характеристик и калибровки спектрометров относительно медленны и громоздки. Например, чтобы измерить, как спектрометр реагирует на разные длины волн, вы должны направить на него несколько лазеров с разными длинами волн.
Шум обычно считается помехой, которая сбивает измерения. Но аспирант Аарон Хо, работая с Вивеком Сринивасаном, доцентом кафедры биомедицинской инженерии и офтальмологии, понял, что избыточный шум в широкополосном многоволновом свете также может служить полезной цели и заменить все эти отдельные лазеры.
«Реакция спектрометра на шум может использоваться для определения реакции спектрометра на реальный сигнал», – сказал Сринивасан. Это потому, что избыточный шум придает каждому каналу спектра уникальную сигнатуру.
Более быстрая и точная калибровка
Вместо использования множества одноволновых лазеров для измерения отклика спектрометра на каждой длине волны новый подход использует только шумовые флуктуации, которые естественным образом присутствуют в источнике света с множеством длин волн.
Таким образом, можно оценить производительность спектрометра всего за несколько секунд. Команда также показала, что они могут использовать аналогичный подход для перекрестной калибровки двух разных спектрометров.
Хо и Сринивасан использовали метод избыточного шума в оптической когерентной томографии (ОКТ), методику визуализации живой ткани глаза. Увеличив разрешение ОКТ, они смогли обнаружить новый слой в сетчатке мыши.
По словам Хо, метод избыточного шума имеет сходство с лазерным спеклом. Спеклы – зернистые узоры, образующиеся при отражении лазера от поверхностей – изначально рассматривались как неприятность, но оказались полезными при визуализации, поскольку предоставляли дополнительную информацию, такую как кровоток.
«Точно так же мы обнаружили, что избыточный шум тоже может быть полезен», – сказал он.
Эти новые подходы к характеристике и кросс-калибровке улучшат точность и воспроизводимость данных во многих областях, в которых используются спектрометры, сказал Сринивасан, и понимание того, что избыточный шум может быть полезным, может привести к открытию других приложений.
Работа была опубликована окт. 6 в области светотехники и приложений.
Дополнительными авторами статьи являются Тингвэй Чжан, Цзюнь Чжу и Конрад Меркл, все из Департамента биомедицинской инженерии Калифорнийского университета в Дэвисе. Работа поддержана NIH и Фондом исследований глаукомы.