자극 라만 산란(SRS)은 자극 라만 분광법이라고도 하며 레이블 없는 화학 이미징에 널리 사용되는 기술로, 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 록인 앰프즉, 특수한 SRS 잠금 증폭기는 노이즈가 많은 배경에서 약한 SRS 신호를 추출하기 위해 위상 감지 기능을 수행함으로써 SRS 현미경에서 중요한 역할을 합니다.
유도 라만 산란(SRS)은 어떻게 작동하나요?
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 15개의 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 in 다중 기구 모드, 여러 개의 Lock-in Amplifier를 배치하여 동시 감지할 수 있습니다. 이는 특히 다양한 라만 이동을 감지하거나 여러 개의 감지기를 사용하고자 하는 SRS 현미경 실험에 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
연구원 워싱턴 대학 사용 Moku:Pro 생물학적 샘플을 식별하고 이미지화하는 잠금 증폭기. 이 기술은 스펙트럼 정보와 공간 정보를 모두 제공하는 화학 이미징에 매우 중요합니다. 더 알아보기 여기에서 확인하세요..
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 확인하세요..
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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://liquidinstruments.com/blog/2022/08/29/dan-fu-university -of-Washington-customer-white-paper/(11년 2024월 XNUMX일 액세스).
