CMOS SPAD -linjasensori ja ajoitusvirheiden korjausmenetelmiä aikaerotteiseen Raman-spektroskopiaan

Raman-spektroskopia on kemialliseen analyysiin käytettävä tekniikka, jossa tutkittavan näytteen koostumus määritetään näytteestä siroavan valon perusteella. Aikaerotteisessa Raman-spektroskopiassa Raman-sironnan herätteenä käytetään lyhyitä (noin 100 pikosekuntia) laserpulsseja ja näytteestä siroavasta valosta mitataan aallonpituuksien lisäksi myös saapumisaika. Muun muassa ympäristön hajavalosta ja näytteen fluoresenssista tuleva valo voidaan erottaa Raman-sironnasta eriaikaisen esiintymisen vuoksi aikaerotteista mittausta hyödyntäen.

Väitöskirjatutkimuksessa kehitettiin aikaerotteinen detektori, jonka suorituskyky ja toiminnallisuudet optimoitiin Raman-mittausta ajatellen. Suunnitellun detektorin eri osien väliset ajoituspoikkeamat saatiin aiempaa pienemmiksi ja näin ollen Raman-mittaukseen syntyvät virheet aiempaa vähäisimmäksi. Työssä kehitetyillä kalibrointimenetelmillä näitä mittausvirheitä saatiin edelleen pienennettyä jopa yli 90 %. Teollista käyttöä ajatellen detektoriin kehitettiin toimintatila, joka yhdessä sopivien optisten kuitujen kanssa mahdollistaa Raman-mittauksen useammasta eri kohteesta samanaikaisesti, vain yhtä laseria ja yhtä spektrometriä käyttäen. Esimerkkinä käytännön sovelluksesta työssä demonstroitiin tyypillisten muovilaatujen tunnistaminen aikaerotteisella Raman-mittauksella nopeasti, millisekuntiluokan mittausaikoja käyttäen.