Gli spettrometri ottici sono strumenti con un'ampia varietà di usi. Misurando l'intensità della luce su diverse lunghezze d'onda, possono essere usati per visualizzare i tessuti o misurare la composizione chimica di qualsiasi cosa, da una galassia lontana a una foglia. Ora i ricercatori del Dipartimento di ingegneria biomedica della UC Davis hanno escogitato un nuovo, metodo rapido per la caratterizzazione e la calibrazione degli spettrometri, in base a come rispondono al "rumore".

Rendering di prisma e spettro

La risoluzione spettrale misura quanto bene uno spettrometro può distinguere la luce di diverse lunghezze d'onda. È anche importante essere in grado di calibrare lo spettrometro in modo che strumenti diversi forniscano risultati affidabili e coerenti. I metodi attuali per caratterizzare e calibrare gli spettrometri sono relativamente lenti e macchinosi. Per esempio, per misurare come lo spettrometro risponde alle diverse lunghezze d'onda, faresti brillare più laser di diverse lunghezze d'onda su di esso.

Il rumore è generalmente visto come un fastidio che confonde le misurazioni. Ma lo studente laureato Aaron Kho, lavorando con Vivek Srinivasan, professore associato di ingegneria biomedica e oftalmologia, si è reso conto che il rumore in eccesso nella banda larga, la luce a più lunghezze d'onda potrebbe anche servire a uno scopo utile e sostituire tutti quei laser individuali.

"La risposta dello spettrometro al rumore può essere utilizzata per dedurre la risposta dello spettrometro a un segnale reale, " ha detto Srinivasan. Questo perché il rumore in eccesso conferisce a ciascun canale dello spettro una firma unica.

Più veloce, calibrazione più accurata

Invece di utilizzare molti laser a lunghezza d'onda singola per misurare la risposta dello spettrometro a ciascuna lunghezza d'onda, il nuovo approccio utilizza solo le fluttuazioni di rumore che sono naturalmente presenti in una sorgente luminosa con molte lunghezze d'onda. In questo modo, è possibile valutare le prestazioni dello spettrometro in pochi secondi. Il team ha anche dimostrato di poter utilizzare un approccio simile per calibrare in modo incrociato due diversi spettrometri.

Kho e Srinivasan hanno utilizzato il metodo del rumore in eccesso nella tomografia a coerenza ottica (OCT), una tecnica per l'imaging del tessuto oculare vivente. Aumentando la risoluzione di OCT, sono stati in grado di scoprire un nuovo strato nella retina del topo.

La tecnica del rumore in eccesso ha somiglianze con lo speckle laser, ha detto Kho. La macchiolina - modelli granulari formati quando i laser vengono riflessi dalle superfici - era originariamente vista come una seccatura, ma si è rivelata utile nell'imaging, fornendo informazioni aggiuntive come il flusso sanguigno.

"Allo stesso modo, abbiamo scoperto che anche il rumore in eccesso può essere utile, " Egli ha detto.

Questi nuovi approcci per la caratterizzazione e la calibrazione incrociata miglioreranno il rigore e la riproducibilità dei dati nei molti campi che utilizzano gli spettrometri, Srinivasan ha detto, e l'intuizione che il rumore in eccesso può essere utile potrebbe portare alla scoperta di altre applicazioni.

L'opera è stata pubblicata il 6 ottobre in Scienza e applicazioni della luce .