SRS(자극 라만 산란) 현미경 검사법은 라벨 없는 화학 이미징에 널리 사용되는 기술입니다. 일관된 라만 산란 프로세스. 자발적 라만 효과는 단일 시야에 대해 신호 통합 시간이 몇 시간이 걸릴 수 있는 약한 산란 프로세스인 반면, SRS와 같은 응집성 산란 방법은 비파괴적이고 라벨이 없는 기술을 제공합니다.1 잠금 증폭기, 즉 특수 SRS 잠금 증폭기는 위상 감지 감지를 수행하여 시끄러운 배경에서 약한 SRS 신호를 추출함으로써 SRS 현미경 검사에서 중요한 역할을 합니다.
유도 라만 산란(SRS) 이해
기본 원리들
SRS 기술은 두 개의 동기화된 펄스 레이저(펌프 및 스톡스 빔)를 사용하여 샘플 내 분자의 진동 모드를 일관되게 자극합니다. 두 레이저 사이의 주파수 차이가 대상 샘플의 진동 주파수와 일치하면 펌프 빔은 SRL(자극 라만 손실)로 알려진 현상인 광자를 잃는 반면 스톡스 빔은 광자를 얻습니다. 펌프 빔의 강도 손실은 믿을 수 없을 정도로 작으며 감지하려면 잠금 증폭기가 필요합니다. 특수 SRS 잠금 증폭기와 함께 고주파 변조 및 위상 감지 감지 방식을 사용하면 잡음이 많은 배경에서 이러한 신호를 추출하는 데 도움이 될 수 있습니다.2
연구자들은 다중 장비 SRS 잠금 증폭기 기술을 사용하여 설정을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 여기서 추가 레이저 및 잠금 증폭기를 사용하면 서로 다른 스펙트럼 영역을 동시에 이미징할 수 있습니다(그림 1). 이는 라이브 셀 이미징 및 기타 시간 측정에 특히 유용합니다. 민감한 실험.
그림 1: 두 개의 서로 다른 Rama 전환(2850cmXNUMX)에서 쥐 뇌 샘플의 동시 XNUMX채널 SRS 이미지-1 지질, 왼쪽; 2930cm-1 단백질, 그렇죠)2
SRS 잠금 증폭기의 기본 사항
잠금 증폭기는 과학자들이 특정 변조 주파수, 즉 펌프 또는 스토크스 빔의 신호를 증폭할 수 있도록 하기 때문에 SRS에 특히 적합합니다. 이 접근 방식은 신호 진폭 및 신호 위상을 측정할 때 측정 감도를 높입니다. 왜냐하면 잠금 증폭기가 기준 신호와 동위상인 원하는 신호를 감지하고 위상이 다른 구성 요소를 거부할 수 있기 때문입니다. SRS용 잠금 증폭기에는 잡음을 필터링하고 원치 않는 신호를 감쇠시켜 측정의 신호 대 잡음비를 향상시키는 디지털 필터도 포함되어야 합니다.
SRS 잠금 증폭기는 어떤 기능을 지원합니까?
- 변조 전달 감지: SRS 현미경에서는 레이저 빔(스토크스 또는 펌프) 중 하나가 고주파수로 변조됩니다. SRS 잠금 증폭기는 약한 신호 변화를 관찰하는 데 필수적인 SRS 프로세스로 인해 다른 빔으로의 변조 전달을 감지합니다.
- 이중 채널 감지: 다중 장비 모드 구성을 통해 사용자는 여러 개의 잠금 증폭기를 배포할 수 있으므로 추가 하드웨어 없이 별도의 감지기에서 나오는 신호를 동시에 감지할 수 있습니다. 이는 다중 라만 이동과 관련된 실험이나 다양한 진동 모드를 사용한 이미징에 특히 유용합니다.
- 위상 감지 감지: 이중 위상 복조 기능을 갖춘 특수 SRS 잠금 증폭기는 신호의 위상 변화를 감지할 수 있으며, 이는 SRS 신호를 다른 잡음 구성 요소와 구별하는 데 중요합니다.
- 신호 강화: 락인 증폭기는 원치 않는 주파수를 필터링하고 배경 잡음보다 몇 배 더 약한 경우에도 관심 있는 신호를 증폭하는 기능을 갖추고 있습니다.
- 실험의 유연성: 로컬 발진기 소스를 내부 또는 외부에서 구성할 수 있는 기능을 통해 연구자는 잠금 증폭기를 다양한 실험 설정 및 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 핵심 장점 재구성 가능한 FPGA를 기반으로 구축되어 사용자가 최대 14개의 다른 소프트웨어 정의 계측기를 원활하게 배포할 수 있습니다.
SRS 잠금 증폭기를 사용한 실험 설정
SRS 설정에 잠금 증폭기를 통합하는 방법
- 레이저 시스템을 설정하세요. SRS의 경우 공간적, 시간적으로 샘플에 겹치는 두 개의 레이저 펄스(펌프 및 스톡스 빔)가 필요합니다. 이러한 빔에는 관심 있는 라만 이동과 일치하는 에너지 차이가 있어야 합니다.
- 빔을 변조합니다. 펌프 또는 스톡스 빔을 변조할 수 있습니다. 예를 들어, 펌프 빔을 변조하는 경우 SRS 프로세스는 스톡스 빔의 변화를 유도하며, 이는 펌프 빔을 차단한 후에 감지할 수 있습니다. 이를 자극된 라만 이득(SRG) 감지라고 합니다.
- 구성 핵심 장점 다중 계측기 모드에서는 동시 감지를 위해 여러 잠금 증폭기를 배포할 수 있습니다. 이는 다양한 라만 이동을 감지하거나 여러 감지기를 사용하려는 SRS 현미경 실험에 특히 유용합니다.
- 탐지를 최적화합니다. Moku Lock-in Amplifier 인터페이스를 사용하여 위상 변이를 조정하고 감지된 신호를 최적화하십시오. 관심 있는 라만 편이에 해당하는 신호를 최대화하고 직교 출력을 최소화하여 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있습니다.
- 적절한 임피던스 설정으로 AC 커플링되도록 입력을 구성합니다(그림 2).
그림 2: Moku 잠금 증폭기의 입력 구성.
실제 응용 프로그램
워싱턴 대학의 SRS 현미경
워싱턴 대학의 연구자들은 다음을 사용합니다. Moku:Pro 생물학적 샘플을 식별하고 이미지화하는 잠금 증폭기. 이 기술은 스펙트럼 정보와 공간 정보를 모두 제공하는 화학 이미징에 매우 중요합니다. 더 알아보기 여기에서 지금 확인해 보세요..
보스턴 대학의 SRS 현미경
보스턴 대학 연구진은 다음을 사용합니다. Moku:Lab 유도 라만 산란(SRS) 현미경 실험을 위한 LIA(Lock-in Amplifier). 펌프 빔의 강도 손실이 매우 낮기 때문에 잡음이 있는 배경에서 SRS 신호를 추출하려면 고주파 변조 및 위상 감지 감지 방식이 필요합니다. Moku:Lab Lock-in Amplifier는 Stokes에서 펌프 빔으로의 변조 전달을 감지하는 데 사용되며, 이는 SRS 현미경 실험의 성공에 매우 중요합니다. 더 알아보기 여기에서 지금 확인해 보세요..
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[1] Zhang, S., Song, Z., Godaliyadda, GDP, Ye, DH, Chowdhury, AU, Sengupta, A., … & Simpson, GJ (2018). 공초점 라만 현미경을 위한 동적 희소 샘플링. 분석화학, 90(7), 4461-4469.
[2] B. Wong 및 D. Fu, "워싱턴 대학교에서 Moku:Pro를 사용한 SRS 현미경 실험", Liquid Instruments, https://www.liquidinstruments.com/blog/2022/08/29/dan-fu -워싱턴 대학교-고객-백서/(11년 2024월 XNUMX일 액세스).
