Photon etc. es un fabricante canadiense de cámaras infrarrojas , filtros ópticos de amplio espectro , imágenes hiperespectrales e instrumentos científicos espectroscópicos para aplicaciones académicas e industriales. Su tecnología principal se basa en rejillas de Bragg volumétricas, que se utilizan como filtros para láseres de barrido o para imágenes globales.
Como una escisión del Instituto Tecnológico de California , [1] la empresa 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 atmósfera terrestre . Así es como desarrolló la tecnología principal de la empresa, una rejilla de Bragg volumétrica patentada [4] [5] [6] para fines de filtrado.
La empresa se creó inicialmente en la incubadora J.-Armand Bombardier de la Universidad de Montreal , donde disponía de una infraestructura completa y de 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 (Québec Entrepreneur of the Year (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 numerosas colaboraciones, [11] [12] [13] presentó varias patentes y creó empresas derivadas en varios dominios: Photonic Knowledge ( exploración minera ), Nüvü Cameras ( cámaras EMCCD ) [14] y Optina Diagnostics ( imágenes de retina ). [15] Más recientemente, en junio de 2015, Photon etc. amplió su experiencia en nanotecnología y lanzó una nueva división, Photon Nano. Photon Nano proporciona Raman , Marcadores de fluorescencia y plasmónicos sintetizados por los mejores laboratorios de investigación. Estos marcadores se emplean principalmente en aplicaciones de multiplexación para imágenes celulares.
La tecnología principal de Photon, etc. es un filtro continuamente ajustable basado en rejillas de Bragg de volumen . Consiste en un vidrio foto-termorrefractivo con un índice de refracción que varía periódicamente en el que la estructura de modulación se puede orientar para transmitir o reflejar la luz incidente. [16] Para seleccionar una longitud de onda particular que se filtrará (difractará), el ángulo del filtro se ajusta para cumplir con la condición de Bragg : [17] [18]
donde n es un 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 el vector de la rejilla. 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 la condición de Bragg, pasa a través del filtro, sin difractarse .
En un filtro Bragg, la luz colimada entrante primero se difracta mediante un filtro de volumen y solo se afecta una pequeña fracción del espectro . Luego, al utilizar un segundo filtro paralelo con el mismo período de modulación, la luz se puede recombinar y se puede reconstruir una imagen. [19]
La empresa comercializa sistemas de imágenes hiperespectrales basados en rejillas de Bragg volumétricas. Esta técnica combina espectroscopia y obtención de imágenes: cada imagen se adquiere en una banda estrecha de longitudes de onda (tan pequeñas como 0,3 nm). Las imágenes monocromáticas se adquieren a partir de un cubo de datos hiperespectrales, que contiene tanto la información espacial (ejes x e y) como la espectral (eje z) de una muestra.
En esta técnica, se utiliza la imagen global para adquirir una gran área de una muestra sin dañarla. [20] En la imagen global, 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 la microscopía, se puede emplear iluminación de campo oscuro o de campo claro y se pueden llevar a cabo varios experimentos, como:
La tecnología de rejilla de Bragg volumétrica también se utiliza para diseñar filtros de paso de banda ajustables 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 ajuste en las regiones visible e infrarroja cercana del espectro electromagnético .
La tecnología de filtrado de rejilla de Bragg se puede acoplar a un láser supercontinuo para generar una fuente láser sintonizable . Las fuentes supercontinuas suelen ser un láser de fibra de alta potencia que emite una radiación de banda ultraancha y se puede utilizar para experimentos de estado estable o de duración determinada. [13] Esta radiación ultraancha se obtiene cuando se dirige un láser a través de un medio no lineal. A partir de ahí, se suman una serie de procesos ópticos altamente no lineales (por ejemplo, mezcla de cuatro ondas , desplazamiento Raman de los solitones) que crean la emisión supercontinua. Acoplado 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, entre los que se incluyen:
Photon, etc. diseña y fabrica cámaras infrarrojas de bajo ruido con sensibilidad de 850 nm a 2500 nm. Sus matrices de plano focal (FPA) de HgCdTe (MCT) se desarrollaron inicialmente para mediciones de flujo débil y ahora se utilizan para astronomía , espectroscopia , control de calidad y clasificación.
Los dispositivos fotovoltaicos pueden caracterizarse mediante 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 la vida útil para la calidad del material. De hecho, ya se ha empleado para la caracterización de células solares Cu(In,Ga)Se 2 (CIGS) [23] [25] y GaAs [22] . En su estudio, investigadores del IRDEP (Instituto de Investigación y Desarrollo en Energía Fotovoltaica) pudieron extraer mapas de la división del nivel cuasi-fermi y de la eficiencia cuántica externa con la ayuda de mediciones hiperespectrales de fotoluminiscencia y electroluminiscencia combinadas con un método de calibración absoluta espectral y fotométrica.
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 precoz de anomalías de la retina (p. ej., degeneración macular relacionada con la edad (DMRE) , saturación de oxígeno de los vasos retinianos [28] ), en el campo biomédico , además de en la neurología y la dermatología para la identificación y localización de determinadas proteínas (p. ej., hemoglobina ) o pigmentos (p. ej., melanina ).
En las ciencias de la vida, esta técnica se utiliza para la microscopía de campo oscuro y de 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, la obtención de imágenes hiperespectrales optimizadas en el infrarrojo cercano es una herramienta adecuada para estudiar la fotoluminiscencia de nanotubos de carbono individuales 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 células vivas. Las mediciones se realizaron ex vivo e in vivo .
Tras 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 imágenes hiperespectrales que permiten la caracterización de muestras debido a la especificidad de la difusión Raman. Por ejemplo, es posible detectar tensión , deformación 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] En general, es posible evaluar la calidad cristalina del material, la tensión/deformación local, los niveles de dopante e impurezas y la temperatura de la superficie. [33]
Los nanomateriales han suscitado recientemente un enorme interés en el campo de la ciencia de los materiales debido a su colosal colección de aplicaciones industriales, biomédicas y electrónicas. La imagen hiperespectral global combinada con fotoluminiscencia , electroluminiscencia o espectroscopia Raman ofrece una forma de analizar esos materiales emergentes. Puede proporcionar un mapeo de muestras que contienen puntos cuánticos , [34] nanocables , nanopartículas , nanotrazadores, [35] [36] etc. La imagen hiperespectral global también se puede utilizar para estudiar el diámetro y la distribución de quiralidad [37] y los modos de respiración radial (RBM) [38] de los nanotubos de carbono . Puede proporcionar mapas de la uniformidad, los defectos y el desorden al tiempo que proporciona información sobre el número y la orientación relativa de las capas, la tensión y las excitaciones electrónicas. Por lo tanto, se puede emplear para la caracterización de materiales 2D como el grafeno y el disulfuro de molibdeno (MoS 2 ) . [39]
La obtención de imágenes hiperespectrales permite extraer información sobre la composición y la distribución de compuestos específicos. Estas propiedades hacen que la obtención de imágenes hiperespectrales sea una técnica muy adecuada para la industria minera . Aprovechando la firma espectral específica de los minerales, el Core Mapper™ de Photonic Knowledge ofrece una identificación instantánea de los minerales. Esta tecnología ofrece imágenes monocromáticas y un rápido mapeo mineralógico . La modalidad de campo amplio permite 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 puede utilizarse para diversas aplicaciones al aire libre. [40]
La detección rápida y eficaz de precursores líquidos explosivos representa una ventaja importante para identificar amenazas potenciales. Una cámara hiperespectral en la región SWIR permite dicha detección mediante la adquisición rápida de imágenes con resolución espectral. Las imágenes monocromáticas de fotograma completo obtenidas permiten la identificación rápida de compuestos químicos . La detección de azufre mediante espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS) también se puede lograr fácilmente con rejillas de Bragg holográficas utilizadas como elementos de filtrado. [41]
La calibración de los instrumentos de medida (p. ej., fotodetectores , espectrómetros ) es esencial si los investigadores quieren poder comparar sus resultados con los de otros grupos de investigación y si queremos mantener unos estándares elevados. La calibración espectral suele ser necesaria y requiere una fuente conocida que pueda cubrir una amplia parte del espectro electromagnético. Las fuentes láser sintonizables poseen todos los requisitos anteriores y, por lo tanto, son especialmente apropiadas para este tipo de calibración.
Antes de enviar el Gemini Planet Imager (GPI) a Gemini Sur, fue necesario calibrar su coronógrafo . Para ello, se necesitaba una fuente casi acromática y colimada que pudiera cubrir de 0,95 a 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 del GPI. [42] [43]
Los filtros de película delgada son elementos necesarios en la instrumentación óptica. Los filtros de paso de banda , de muesca y de borde poseen ahora especificaciones desafiantes que a veces son difíciles de caracterizar. De hecho, una densidad óptica (OD) mayor que 6 es difícil de identificar. Es por esto que un grupo de investigadores de la Universidad de Aix-Marseille desarrolló una técnica de caracterización resuelta espectralmente basada en una fuente supercontinua y un filtro sintonizable de línea láser. El método se describe en detalle en el artículo de Liukaityte et al. de Optics Letter [44] y permitió estudiar filtros de película delgada con densidades ópticas de 0 a 12 en un rango de longitud de onda entre 400 nm y 1000 nm.
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