Ampla faixa dinâmica e real

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12743 (2023) Citar este artigo

287 Acessos

Detalhes das métricas

Neste estudo, propomos uma técnica para identificação e geração de imagens de reagentes através de blindagem em uma ampla faixa dinâmica usando um sistema de espectroscopia terahertz (THz) em tempo real com geração/detecção paramétrica de múltiplos comprimentos de onda THz e aprendizado de máquina. Para identificar rapidamente os reagentes por meio de blindagem, as informações espectrais do “feixe Stokes de detecção” são usadas para reconhecimento de reagentes por meio de aprendizado de máquina. Em geral, a identificação de reagentes baseada em ondas THz, os espectros contínuos são adquiridos e analisados ​​quantitativamente por pós-processamento. Em aplicações reais, contudo, como testes de drogas ilícitas no correio, a tecnologia deve ser capaz de identificar rapidamente os reagentes em vez de quantificar a quantidade presente. Na geração/detecção paramétrica THz de múltiplos comprimentos de onda, as informações espectrais THz podem ser medidas instantaneamente usando um “feixe Stokes de detecção de múltiplos comprimentos de onda” e uma câmera de infravermelho próximo (NIR). Além disso, o aprendizado de máquina permite a identificação de reagentes em tempo real e em uma ampla faixa dinâmica. Além disso, ao representar graficamente os resultados de identificação como valores de pixel, a distribuição espacial dos reagentes pode ser visualizada em alta velocidade sem a necessidade de pós-processamento.

Como as ondas terahertz (THz) possuem o espectro de impressão digital dos reagentes e a transparência do material, espera-se que sejam especialmente úteis para a identificação de objetos ocultos (por exemplo, testes de drogas ilícitas ou explosivos escondidos no correio)1,2,3. No entanto, como a transparência das ondas THz não é muito alta, é necessário um espectrômetro em tempo real com alta faixa dinâmica. Também é essencial que o desempenho espectroscópico não seja afetado pela dispersão das ondas THz pela blindagem.

Os métodos que foram propostos para medição em tempo real incluem o uso de uma fonte de frequência única6,7,8, espectroscopia no domínio do tempo THz (THz-TDS)9,10,11 e multi-comprimento de onda de comutação rápida injetada-semeada Geração paramétrica THz12,13,14,15,16.

Nossa pesquisa concentrou-se no desenvolvimento de espectrômetros THz, principalmente baseados no gerador paramétrico THz semeado por injeção (is-TPG) . Como o is-TPG é uma fonte ajustável em comprimento de onda, o tempo de medição aumenta com o número de comprimentos de onda envolvidos. Além disso, a imagem espectroscópica requer várias horas de medição, bem como pós-processamento das imagens obtidas. Portanto, há necessidade de espectroscopia única e identificação em tempo real que possa reduzir significativamente o tempo de medição. Propusemos um sistema is-TPG de geração/detecção de múltiplos comprimentos de onda e obtivemos espectros com sucesso de uma só vez ; no entanto, a identificação automática em tempo real ainda não foi realizada. Portanto, neste estudo, aplicamos aprendizado de máquina18 para a identificação de espectros obtidos de uma só vez. O objetivo era desenvolver um sistema prático para identificar rapidamente os reagentes, mesmo através de blindagens espessas com taxas de atenuação de -60 dB. Além disso, ao utilizar este sistema para imagens espectroscópicas, as informações de cada pixel podem ser identificadas instantaneamente, possibilitando determinar a distribuição espacial dos reagentes em uma área de 40 × 40 mm2 em poucas dezenas de segundos.

Uma visão geral de um sistema de espectroscopia THz usando um is-TPG é mostrada na Fig. 1. Quando os feixes de sementes de múltiplos comprimentos de onda são injetados no cristal com o feixe de bomba, ondas THz de múltiplos comprimentos de onda são geradas . A detecção paramétrica THz19 também é possível através da sequência de geração reversa, na qual ondas multi-THz são usadas como feixes de sementes, e “feixes Stokes de detecção” NIR são gerados e então capturados por uma câmera. Os ângulos de geração dos feixes Stokes de detecção são determinados pelas ondas THz detectadas de acordo com a condição de correspondência de fase não colinear. Portanto, a espectroscopia one-shot é obtida convertendo os ângulos de geração dos feixes de detecção de Stokes em frequências de ondas THz. Como pode ser selecionada uma frequência que evite a linha de absorção de vapor de água na geração de múltiplos comprimentos de onda, a purga com ar seco não é realizada.