Figura 1:Princípio do método proposto para resolução superespectral além dos limites de Nyquist do pixel. Crédito:Universidade de Osaka
A espectroscopia é o estudo da interação entre a luz e a matéria, oferecendo inúmeras aplicações importantes em campos que vão desde a ciência dos materiais à astronomia. Um objetivo comum da espectroscopia é a resolução espectroscópica aprimorada para fornecer informações mais detalhadas sobre os processos dinâmicos. Os espectrômetros multicanais são amplamente utilizados em espectroscopia porque são compactos, Forte, e capturar imagens de alta velocidade. Contudo, a resolução dos espectrômetros multicanais é limitada. O aprimoramento dessa resolução é atualmente restrito pela incapacidade de tornar a largura da fenda de entrada menor que o tamanho do pixel; conhecido como "limite de Nyquist de pixel".
Pesquisadores da Universidade de Osaka desenvolveram recentemente uma maneira de aumentar a resolução de espectrômetros multicanais além do limite de Nyquist de pixels usando padrões de Moiré. Um padrão Moiré é um padrão de interferência criado entre dois padrões sobrepostos semelhantes com altura ligeiramente diferente, deslocamento, ou rotação.
"Usamos o efeito Moiré para aumentar a resolução espectral em um espectrômetro multicanal, "diz Tsuyoshi Konishi, autor principal do relatório publicado recentemente sobre o estudo. "Isso nos permitiu alcançar uma resolução além do limite de Nyquist de pixel em um espectrômetro multicanal pela primeira vez."
Figura 2:Demonstração da resolução superespectral (resultados comparados (a) w e (b) sem o método proposto). Crédito:Universidade de Osaka
A equipe criou o efeito Moiré em um espectrômetro multicanal comercial usando um par de matrizes de fenda com períodos de 100 e 180 μm posicionados na entrada e na saída do espectrômetro. A sobreposição dos padrões do par de matrizes de fenda criou uma franja Moiré. O sensor de imagem do espectrômetro tinha um limite de Nyquist de pixel de 50 nm, portanto, a resolução precisava ser menor do que esse valor. A franja de Moiré gerada pelo espectrômetro modificado foi capaz de resolver uma mudança de comprimento de onda de apenas 0,31 nm, superando o limite de Nyquist de pixel. Isso significa que a resolução espectral do espectrômetro foi melhorada por um fator de mais de dez de sua resolução original de 4,63 nm.
A abordagem foi testada usando uma fonte de luz de comprimento de onda único e uma fonte de luz policromática que consiste em dois feixes de laser de comprimento de onda diferente. Em ambos os casos, a franja de Moiré gerada forneceu resolução além do limite de Nyquist do pixel. Mais importante, a abordagem desenvolvida é simples e pode ser adaptada para se adequar a várias situações.
"Superar o limite de Nyquist de pixel de um espectrômetro multicanal usando a franja de Moiré gerada por um par de matrizes de fenda posicionadas apropriadamente deve facilitar a imagem de super-resolução de processos dinâmicos, "Konishi explica." Prevemos que espectrômetros multicanais com resolução espectral variável serão desenvolvidos com base neste conceito. "
Esta pesquisa representa um passo importante em direção ao objetivo de monitoramento de alta resolução em tempo real de eventos dinâmicos em campos que vão da biologia à astronomia.
