Oulun yliopisto

Väitös: Yksittäisiä fotoneita havaitsevan CMOS-teknologiaan pohjautuvan viivasensorin suorituskyky Raman-spektroskopian sovelluksissa

Jaa

Raman-spektroskopia on tehokas optinen työkalu, joka hyödyntää erästä laservalon ja materiaalin vuorovaikutusmekanismia (Raman-sirontaa) erilaisten näytteiden kemiallisen koostumuksen määrittämiseksi. Raman-spektroskopian suurena haasteena on ollut useiden näytteiden laservalon aiheuttama voimakas taustasäteily (fluoresenssi), joka voi peittää alleen itse Raman-signaalin. Tehokas keino vähentää taustasäteilyn vaikutusta mitattuun Raman-spektriin on erotella taustasäteily ja Raman-signaali aikatasossa. Tätä varten tarvitaan sensori, joka pystyy erittäin tarkasti (alle sekunnin miljardisosan tarkkuudella) aikaleimaamaan näytteeltä saapuvien valohiukkasten saapumisajan sensorille.

Väittelijä Jere Kekkonen
Väittelijä Jere Kekkonen

Väitöstyössään terveystieteiden maisteri Jere Kekkonen tutki modernilla teknologialla valmistetun kompaktin sensorin, joka pystyy havaitsemaan ja aikaleimaamaan tarkasti yksittäisiä valohiukkasia, suorituskykyä Raman-spektroskopian sovelluksissa. Työssä ensimmäisenä tutkittiin eri tekijöiden vaikutusta kyseisellä teknologialla toteutettujen sensoreiden mittaamien Raman-spektrien laatuun. Dominoivaksi kohinalähteeksi voimakkaasti taustasäteilevien näytteiden mittauksia osoitettiin sensorin aikapoikkeamasta johtuva spektrien säröytyminen aikaisemmin yleisesti oletetun raekohinan sijaan.

Lisäksi työssä osoitettiin, että tutkitulla laitteistolla voidaan luoda kemiallisia kuvia Raman-spektroskopialle tyypillisesti haastavasti näytteistä, joilla on korkea taustasäteilytaso. Kemiallista kuvantamista työssä demonstroitiin kahdessa erilaisessa sovelluksessa. Ensimmäisessä sovelluksessa kartoitettiin harvinaisia maametalleja sisältävien mineraalien jakaumaa kivinäytteessä, joka oli kairattu eteläisessä Ruotsissa sijaitsevasta esiintymästä. Toisessa sovelluksessa taas onnistuttiin kemiallisen kuvantamisen keinon erottelemaan irrotetusta ihmishampaasta eri hammaskudostyypit toisistaan ja myös tunnistamaan hampaista alkava karies. Kyseisen sovelluksen ohessa myös osoitettiin, että tutkitulla Raman-spektrometrillä mitattujen spektrien laatu oli korkeampi kuin kaupallisella aikaleimaamiseen kykenemättömällä Raman-spektrometrillä mitattaessa.

Työssä myös osoitettiin sensorin toimivuus erikoisemmissa Raman-tutkaamisen ja Raman-syvyysprofiloinnin sovelluksissa. Raman-tutkaamisen aikana tutkittu Raman-spektrometri pystyy määrittämään metrien etäisyydellä olevan kohteen kemiallisen koostumuksen sekä etäisyyden senttimetriluokan tarkkuudella aikaleimatun Raman-signaalin avulla. Syvyysprofiloinnissa tutkitun spektrometrin tarkkuus mitattiin olevan millimetritasolla. Syvyysprofilointia demonstroitiin myös uudella datankeräysmenetelmällä, joka mahdollistaa entistä nopeamman syvyysprofiilien määrittämisen. Sekä Raman-tutkaamisella että Raman-syvyysprofiloinnilla on monia potentiaalisia sovelluskohteita esimerkiksi erilaisten teollisten prosessien valvonnassa.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Kuvat

Väittelijä Jere Kekkonen
Väittelijä Jere Kekkonen
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Oulun yliopisto
Oulun yliopisto
Pentti Kaiteran katu 1
90570 Oulu

0294 480 000https://www.oulu.fi/fi

 

Oulun yliopisto
Viestintä, markkinointi ja yhteiskuntasuhteet
PL 8000
90014 Oulun yliopisto
viestintä (@) oulu.fi
0294 484 091

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Oulun yliopisto

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme