Os espectrômetros ópticos são instrumentos com uma ampla variedade de usos. Ao medir a intensidade da luz em diferentes comprimentos de onda, eles podem ser usados ​​para criar imagens de tecidos ou medir a composição química de tudo, desde uma galáxia distante até uma folha. Agora, pesquisadores do Departamento de Engenharia Biomédica da UC Davis criaram um novo método rápido para caracterizar e calibrar espectrômetros, com base em como eles respondem ao "ruído".

Renderização de prisma e espectro

A resolução espectral mede quão bem um espectrômetro pode distinguir luz de diferentes comprimentos de onda. Também é importante ser capaz de calibrar o espectrômetro para que diferentes instrumentos forneçam resultados consistentes e confiáveis. Os métodos atuais para caracterizar e calibrar espectrômetros são relativamente lentos e complicados. Por exemplo, para medir como o espectrômetro responde a diferentes comprimentos de onda, você iluminaria vários lasers de diferentes comprimentos de onda.

O ruído geralmente é visto como um incômodo que confunde as medições. Mas o estudante de graduação Aaron Kho, trabalhando com Vivek Srinivasan, professor associado de engenharia biomédica e oftalmologia, percebi que o excesso de ruído na banda larga, a luz com vários comprimentos de onda também pode servir a um propósito útil e substituir todos os lasers individuais.

"A resposta do espectrômetro ao ruído pode ser usada para inferir a resposta do espectrômetro a um sinal real, "Srinivasan disse. Isso porque o excesso de ruído dá a cada canal do espectro uma assinatura única.

Mais rápido, calibração mais precisa

Em vez de usar muitos lasers de comprimento de onda único para medir a resposta do espectrômetro em cada comprimento de onda, a nova abordagem usa apenas as flutuações de ruído que estão naturalmente presentes em uma fonte de luz com muitos comprimentos de onda. Desta maneira, é possível avaliar o desempenho do espectrômetro em apenas alguns segundos. A equipe também mostrou que poderia usar uma abordagem semelhante para fazer a calibração cruzada de dois espectrômetros diferentes.

Kho e Srinivasan usaram o método de excesso de ruído em Tomografia de Coerência Óptica (OCT), uma técnica para obter imagens do tecido ocular vivo. Ao aumentar a resolução da OCT, eles foram capazes de descobrir uma nova camada na retina do mouse.

A técnica de excesso de ruído tem semelhanças com manchas de laser, Kho disse. Speckle - padrões granulares formados quando os lasers são refletidos nas superfícies - era originalmente visto como um incômodo, mas acabou sendo útil na geração de imagens, fornecendo informações adicionais, como fluxo sanguíneo.

"De forma similar, descobrimos que o ruído em excesso também pode ser útil, " ele disse.

Essas novas abordagens para caracterização e calibração cruzada irão melhorar o rigor e a reprodutibilidade dos dados em muitos campos que usam espectrômetros, Srinivasan disse, e a percepção de que o ruído em excesso pode ser útil pode levar à descoberta de outras aplicações.

O trabalho foi publicado em 6 de outubro em Ciência leve e aplicações .