Les chercheurs ont utilisé leur nouvelle approche d'imagerie hyperspectrale directe à double peigne pour acquérir des images hyperspectrales du gaz ammoniac s'échappant d'une bouteille. L'image de gauche montre une photographie de la scène tandis que l'image de droite montre une carte de transmission de l'ammoniac extraite d'un seul interférogramme. L'encart montre la réponse spectrale mesurée par le système à un pixel particulier. Crédit :Pedro Martín-Mateos, Université Carlos III de Madrid
Pour la première fois, les chercheurs ont utilisé une technique analytique avancée connue sous le nom de spectroscopie à double peigne pour acquérir rapidement des images hyperspectrales extrêmement détaillées. En acquérant un spectre complet d'informations pour chaque pixel d'une scène avec une sensibilité et une vitesse élevées, la nouvelle approche pourrait faire progresser considérablement un large éventail d'applications scientifiques et industrielles telles que l'analyse chimique et la détection biomédicale.
"La spectroscopie à double peigne a révolutionné la spectroscopie optique en offrant une résolution et une précision spectrales inégalées ainsi que des temps d'acquisition courts sans pièces mobiles, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche Pedro Martín-Mateos de l'Université Carlos III de Madrid, en Espagne. "Notre nouvelle approche d'imagerie hyperspectrale directe à double peigne permettra d'étendre la plupart des capacités de détection de points des systèmes actuels à double peigne pour créer une image spectrale d'une scène entière."
La spectroscopie à double peigne utilise deux sources optiques, appelés peignes de fréquence optique, qui émettent un spectre de couleurs - ou de fréquences - parfaitement espacées comme les dents d'un peigne. Comme indiqué dans Optique , Le journal de l'Optical Society pour la recherche à fort impact, c'est la première fois qu'un spectre à double peigne est directement détecté à l'aide d'une caméra vidéo.
"Nous démontrons l'interrogation spectrale d'un objet 2D en une seconde seulement, plus de trois ordres de grandeur plus rapide que les précédentes démonstrations, " a déclaré Martín-Mateos. " Ce temps d'acquisition rapide permet une imagerie hyperspectrale à double peigne de processus rapides ou dynamiques, ce qui n'était pas possible avant."
Bien que le travail ait été effectué en utilisant des longueurs d'onde proches de l'infrarouge, les chercheurs disent que le concept peut être facilement transféré à une variété de régions spectrales, élargir le nombre d'applications possibles.
En particulier, étendre l'approche aux régions spectrales térahertz et millimétriques ouvrirait de nombreuses nouvelles opportunités pour les tests non destructifs et l'inspection des produits dans l'alimentation, industries agricoles et pharmaceutiques. Dans les régions de l'infrarouge moyen et du proche infrarouge, il pourrait également améliorer les performances de l'imagerie chimique, Technologies de cartographie 3D et de topographie de surface.
L'équipe de recherche est présentée avec la configuration optique de sa nouvelle approche d'imagerie hyperspectrale directe à double peigne. Le procédé étend les capacités de détection de points des systèmes actuels à double peigne pour créer une image spectrale d'une scène entière. Crédit :Pedro Martín-Mateos, Université Carlos III de Madrid
Détection du débit vidéo
Les spectromètres à double peigne fonctionnent en interférant la lumière provenant de deux peignes de fréquence optique étroitement assortis. Ce processus de mélange génère un signal connu sous le nom d'interférogramme à des vitesses qui se situent généralement dans les dizaines de mégahertz (millions de fois par seconde), trop rapide pour capturer même avec les caméras vidéo haute vitesse les plus rapides.
"Nous avons étiré les interférogrammes générés par notre système jusqu'à une seconde pour permettre de détecter le signal d'interférence double peigne à l'aide d'une caméra vidéo, " a expliqué Martín-Mateos. " Cela permet l'analyse spectrale d'une scène entière, au lieu d'un simple point."
Pour ce faire, les chercheurs ont construit un système basé sur une source électro-optique à double peigne très simple composée principalement de composants de fibres optiques. L'utilisation de deux modulateurs acousto-optiques leur permet de décaler les peignes optiques d'une fréquence arbitrairement basse, pour créer des interférogrammes ultra-lents.
Les chercheurs ont utilisé la nouvelle méthode pour acquérir des images hyperspectrales du gaz ammoniac s'échappant d'une bouteille. Ils ont atteint une résolution optique de 1 GHz (0,0033 cm-1) à des cadences vidéo de 25 images par seconde, avec chaque cadre contenant 327, 680 mesures spectrales individuelles. Selon les chercheurs, la résolution qu'ils ont obtenue permet une distinction facile entre les différents gaz et est 100 fois meilleure que l'équipement commercial actuel.
« Cela nous permet, par exemple, pour identifier et distinguer facilement les différents gaz. La résolution démontrée dans cette première démonstration expérimentale est de deux ordres de grandeur meilleure que celle des équipements commerciaux actuels.
« La simplicité est l'un des principaux atouts du système, " a déclaré Martín-Mateos. " Cela a fonctionné parfaitement et pourrait être mis en œuvre dans n'importe quel laboratoire d'optique. "
Le travail fait partie d'un projet plus vaste financé par l'initiative ATTRACT (Horizon 2020), qui vise à développer un système d'imagerie hyperspectrale rapide qui utilise la région térahertz du spectre électromagnétique pour l'inspection, contrôle de la qualité et classification des produits agricoles et alimentaires. Les chercheurs travaillent maintenant au développement d'une source térahertz à double peigne pour démontrer la méthode dans cette région spectrale.
