Photon, etc. es un fabricante canadiense de cámaras infrarrojas , filtros ópticos ampliamente ajustables , imágenes hiperespectrales e instrumentos científicos espectroscópicos para aplicaciones académicas e industriales. Su tecnología principal se basa en rejillas de Bragg de volumen, que se utilizan como filtros para láseres de barrido o para imágenes globales.
Tipo | Corporación |
---|---|
Industria | Imágenes biomédicas , nanotecnología , clasificación / control de calidad industrial |
Fundado | 2002 |
Sede | , Canadá |
Área de servicio | Internacional |
Gente clave | Director ejecutivo: Sébastien Blais-Ouellette, Ph. D. CTO: Marc Verhaegen, Ph.D. Director de Ingeniería Electrónica y de Software: Simon Lessard |
Número de empleados | 25-30 |
Sitio web | photonetc |
Historia
Como una escisión del Instituto de Tecnología de California , [1] la compañía fue fundada en 2003 por Sébastien Blais-Ouellette [2] [3] que estaba trabajando en filtros sintonizables de imágenes de banda estrecha para la detección de grupos hidroxilo en la Tierra. atmósfera. Así fue como desarrolló la principal tecnología de la empresa, una rejilla Bragg de volumen patentada [4] [5] [6] para fines de filtrado.
La empresa se estableció por primera vez en la incubadora J.-Armand Bombardier de la Université de Montréal, donde se benefició de una infraestructura completa y la proximidad a los investigadores. Después de 5 años, Photon, etc. se trasladó a su ubicación actual en el " Campus des technologies de la santé " en el distrito Rosemont de Montreal. Photon, etc. tiene 25 empleados en Canadá y ha recibido varios premios y reconocimientos (Empresario del año de Québec (finalista), [7] CCFC (ganador), [8] Fondation Armand-Frappier (ganador - prix émergence), [9] Prism Award (finalista) [10] ). En los últimos diez años, la empresa ha desarrollado numerosos colaboraciones, [11] [12] [13] presentaron varias patentes y crearon empresas derivadas en varios dominios: Photonic Knowledge ( exploración minera ), Nüvü Cameras ( cámaras EMCCD ) [14] y Optina Diagnostics ( imágenes retinianas ). [15 ] Más recientemente, en junio de 2015, Photon etc. expandió su experiencia en nanotecnología y lanzó una nueva división, Photon Nano . Photon Nano proporciona etiquetas Raman , fluorescencia y plasmónicas sintetizadas por los mejores laboratorios de investigación. Esas etiquetas se emplean principalmente en aplicaciones de multiplexación para celulares. imágenes.
Tecnología
La tecnología central de Photon, etc. es un filtro sintonizable continuamente basado en rejillas de Bragg de volumen . Consiste en un vidrio fotorrefractivo con un índice de refracción que varía periódicamente en el que la estructura de modulación puede orientarse para transmitir o reflejar la luz incidente. [16] Para seleccionar una longitud de onda particular que será filtrada (difractada), el ángulo del filtro se ajusta para cumplir con la condición de Bragg : [17] [18]
donde n es un número entero, λ B es la longitud de onda que será difractada, Λ es el paso de la rejilla, θ es el ángulo entre el haz incidente y la normal de la superficie de entrada y φ es el ángulo entre la normal y la rejilla vector. Para las rejillas de transmisión, los planos de Bragg son perpendiculares a la superficie de entrada ( φ = π / 2) mientras que para las rejillas de reflexión, los planos de Bragg son paralelos a la superficie de entrada ( φ = 0). Si el haz no cumple con la condición de Bragg, pasa a través del filtro sin difractar .
En un filtro de Bragg, la luz colimada entrante se difracta primero mediante un filtro de volumen y solo se ve afectada una pequeña fracción del espectro . Luego, utilizando un segundo filtro paralelo con el mismo período de modulación, la luz se puede recombinar y se puede reconstruir una imagen. [19]
Imágenes hiperespectrales
La empresa comercializa sistemas de imágenes hiperespectrales basados en rejillas de Bragg de volumen. Esta técnica combina espectroscopia e imágenes: cada imagen se adquiere en una banda estrecha de longitudes de onda (tan pequeñas como 0,3 nm). Las imágenes monocromáticas adquiridas de un cubo de datos hiperespectrales, que contiene la información espacial (ejes xey) y espectral (eje z) de una muestra.
En esta técnica, se utilizan imágenes globales para adquirir una gran área de una muestra sin dañarla. [20] En la obtención de imágenes globales, todo el campo de visión del objetivo del microscopio se adquiere al mismo tiempo en comparación con las técnicas punto por punto en las que es necesario mover la muestra o el láser de excitación para reconstruir un mapa. Cuando se combina con microscopía, se puede emplear iluminación de campo oscuro o campo claro y se pueden llevar a cabo varios experimentos, tales como:
- Fotoluminiscencia
- Fluorescencia
- Electroluminiscencia
- Imágenes Raman
- Imágenes de campo amplio
Filtros ajustables
La tecnología de rejilla de volumen de Bragg también se utiliza para diseñar filtros de paso de banda sintonizables para diversas fuentes de luz. Esta tecnología combina un rechazo fuera de banda de <-60 dB y una densidad óptica superior a OD 6 [21] con una capacidad de sintonización en las regiones visible e infrarroja cercana del espectro electromagnético .
Láseres sintonizables
La tecnología de filtrado de rejilla de Bragg se puede acoplar a un láser supercontinuo para generar una fuente de láser sintonizable . Las fuentes de supercontinuo suelen ser un láser de fibra de alta potencia que emite radiación de banda ultra ancha y se puede utilizar para experimentos de estado estacionario o de por vida. [13] Esta radiación ultra ancha se obtiene cuando un láser se dirige a través de un medio no lineal. A partir de ahí, una colección de procesos ópticos altamente no lineales (por ejemplo: mezcla de cuatro ondas , desplazamiento Raman de los solitones) se suman y crean la emisión supercontinua. Junto con el filtro adecuado, puede ofrecer una salida cuasi monocromática en un rango espectral que va de 400 nm a 2300 nm. Esta herramienta se puede utilizar en varios experimentos y campos de investigación que incluyen:
- Excitación por fotoluminiscencia (PLE)
- Fotoluminiscencia
- Espectroscopía de reflexión / absorción
- Experimento de sonda de bomba en estado estacionario
- Imágenes hiperespectrales
- Calibración del detector
Cámaras infrarrojas
Photon, etc. diseña y fabrica cámaras infrarrojas de bajo ruido sensibles desde 850 nm hasta 2500 nm. Su matriz de plano focal (FPA) de HgCdTe (MCT) se desarrolló por primera vez para mediciones de flujo débil y ahora se utilizan para astronomía , espectroscopia , control de calidad y clasificación.
Aplicaciones
Fotovoltaica
Los dispositivos fotovoltaicos se pueden caracterizar por imágenes hiperespectrales globales mediante mapeo de electroluminiscencia (EL) y fotoluminiscencia (PL). Esta técnica permite la caracterización de diferentes aspectos de las células fotovoltaicas : voltaje de circuito abierto , mecanismos de transporte, [22] eficiencia cuántica externa , [23] corrientes de saturación , [24] mapa de composición, componentes de uniformidad, dominios cristalográficos, cambios de tensión y medición de vida útil para calidad del material. De hecho, ya se ha empleado para la caracterización de células solares de Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) [23] [25] y GaAs [22] . En su estudio, los investigadores del IRDEP (Instituto de Investigación y Desarrollo en Energía Fotovoltaica) pudieron extraer mapas de la división del nivel de cuasi-fermi y de la eficiencia cuántica externa con la ayuda de mediciones hiperespectrales de fotoluminiscencia y electroluminiscencia combinadas con un espectro y fotométrico método de calibración absoluta.
Ciencias de la salud y la vida
Dado que la imagen hiperespectral global es una técnica no invasiva, ganó popularidad en los últimos años en el ámbito de la salud. [26] [27] Por ejemplo, se ha utilizado para el diagnóstico temprano de anomalías de la retina (p. Ej. , Degeneración macular relacionada con la edad (DMAE) , saturación de oxígeno de los vasos retinianos [28] ), en el campo biomédico , además de en neurología y dermatología para la identificación y localización de determinadas proteínas (p. ej., hemoglobina ) o pigmentos (p. ej., melanina ).
En ciencias de la vida, esta técnica se utiliza para microscopía de campo oscuro y epifluorescencia. Varios estudios mostraron resultados de imágenes hiperespectrales de nanopartículas de oro (AuNP) dirigidas a células cancerosas CD44 + [29] y puntos cuánticos (QD) para la investigación de la dinámica molecular en el sistema nervioso central (SNC) .
Además, las imágenes hiperespectrales optimizadas en el infrarrojo cercano son una herramienta muy adecuada para estudiar la fotoluminiscencia de un solo nanotubo de carbono en células y tejidos vivos . En un artículo de Scientific Reports, Roxbury et al. [30] presenta imágenes simultáneas de 17 quiralidades de nanotubos , incluidas 12 especies fluorescentes distintas dentro de las células vivas. Las mediciones se realizaron ex vivo e in vivo .
Semiconductores
Después de la invención del transistor en 1947, la investigación sobre materiales semiconductores dio un gran paso adelante. Una técnica que surgió de esto consiste en combinar la espectroscopia Raman con la imagen hiperespectral que permite la caracterización de muestras debido a la especificidad de difusión Raman. Por ejemplo, es posible detectar tensiones , deformaciones e impurezas en muestras de silicio (Si) basándose en la frecuencia, intensidad, forma y variación de ancho en la banda de fonones de Si (~ 520 cm -1 ). [31] [32] Generalmente, es posible evaluar la calidad cristalina del material , la tensión / deformación local, los niveles de impurezas y dopantes y la temperatura de la superficie. [33]
Nanomateriales
Los nanomateriales han despertado recientemente un gran interés en el campo de la ciencia de los materiales debido a su colosal colección de aplicaciones industriales, biomédicas y electrónicas. Las imágenes hiperespectrales globales combinadas con fotoluminiscencia , electroluminiscencia o espectroscopía Raman ofrecen una forma de analizar esos materiales emergentes. Puede proporcionar mapeo de muestras que contienen puntos cuánticos , [34] nanocables , nanopartículas , nanotrazadores, [35] [36] etc. También se pueden utilizar imágenes hiperespectrales globales para estudiar el diámetro y la distribución de quiralidad [37] y los modos de respiración radial (RBM ) [38] de nanotubos de carbono . Puede entregar mapas de uniformidad, defectos y desorden al mismo tiempo que proporciona información sobre el número y la orientación relativa de las capas, la tensión y las excitaciones electrónicas. Por tanto, puede emplearse para la caracterización de materiales 2D como el grafeno y el disulfuro de molibdeno (MoS 2 ) . [39]
Industrial
La imagen hiperespectral permite extraer información sobre la composición y distribución de compuestos específicos. Esas propiedades hacen que las imágenes hiperespectrales sean una técnica adecuada para la industria minera . Aprovechando la firma espectral específica de los minerales, Core Mapper ™ de Photonic Knowledge ofrece una identificación mineral instantánea. Esta tecnología ofrece imágenes monocromáticas y mapeo de mineralogía rápido . La modalidad de campo amplio hace posible la identificación de firmas minerales pero también la clasificación de plantas (por ejemplo: malezas , agricultura de precisión ) y alimentos (por ejemplo: frescura de la carne , defectos de la fruta ) y se puede utilizar para diversas aplicaciones al aire libre. [40]
Ser capaz de detectar precursores líquidos explosivos de manera rápida y eficiente representa un activo importante para identificar amenazas potenciales. Una cámara hiperespectral en la región SWIR permite tal detección adquiriendo imágenes rápidamente resueltas espectralmente. Las imágenes monocromáticas de fotograma completo obtenidas permiten una rápida identificación de los compuestos químicos . La detección de azufre mediante espectroscopia de degradación inducida por láser (LIBS) también se puede lograr fácilmente con rejillas de Bragg holográficas utilizadas como elementos de filtrado. [41]
Calibración y caracterización de instrumentos
La calibración de los instrumentos de medida (por ejemplo: fotodetector , espectrómetro ) es fundamental si los investigadores quieren poder comparar sus resultados con los de diferentes grupos de investigación y si queremos mantener altos estándares. La calibración espectral a menudo es necesaria y requiere una fuente conocida que pueda cubrir una amplia parte del espectro electromagnético. Las fuentes de láser sintonizables poseen todos los requisitos anteriores y, por lo tanto, son particularmente apropiadas para este tipo de calibración.
Antes de que el Gemini Planet Imager (GPI) fuera enviado a Gemini South, era necesario calibrar su coronógrafo . Para ello, se necesitaba una fuente casi acromática y colimada que pudiera cubrir 0,95-2,4 µm. Se eligió la eficiente fuente láser sintonizable de Photon, etc. para probar el coronógrafo. La fuente sintonizable pudo proporcionar una salida en todo el dominio de longitud de onda de GPI. [42] [43]
Los filtros de película fina son elementos necesarios en la instrumentación óptica. Los filtros de paso de banda , muescas y bordes ahora poseen especificaciones desafiantes que a veces son extenuantes de caracterizar. De hecho, una densidad óptica (DO) superior a 6 es difícil de identificar. Es por eso que un grupo de investigadores de la Universidad de Aix Marseille desarrolló una técnica de caracterización resuelta espectralmente basada en una fuente de supercontinuo y un filtro sintonizable de línea láser. El método se describe en detalle en Liukaityte et al. papel de Optics Letter [44] y permitió estudiar filtros de película fina con densidades ópticas de 0 a 12 en un rango de longitud de onda entre 400 nm y 1000 nm.
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enlaces externos
- Página Web de la compañía
- Sitio web del campus des technologies de la santé