SPIE O + P 2019：光学与多光子宝石探针相遇

非侵入性技术利用二次和三次谐波生成来映射晶体结构。

蓝色蕾丝玛瑙

在圣地亚哥举行的SPIE光学+光子会议上，一个使用多光子显微镜的非侵入性，非破坏性的三维成像技术对宝石宝石探测的报告让观众欣喜若狂。亚利桑那大学怀恩特光学学院的研究生Benjamin Cromey表示，这是首次利用自然光对宝石进行非侵入性探测，这是一种令人眼花缭乱的新方式。在大约是信用卡厚度的探测深度周围，有一系列色彩缤纷的“图案”，这些花纹图案暗示了正在研究的晶体的形貌。

水晶结构

Cromey及其同事使用该装置查看经济学家在年度图森宝石和矿物展览会上提供的样品，部署100个平均功率约为50毫瓦飞秒光纤激光脉冲。他们探测到宝石的深度约为2毫米，分辨率为亚微米。

目前，研究人员正专注于描绘宝石的特征，发现更多关于它们的结构以及它们是如何形成的，这也正是地质学家所寻求的那种知识。事实上，亚利桑那州地球科学部已经与他们共同发起了最新的工作。“我们通常使用多光子显微镜来观察生物世界中的事物，”Cromey说。 “这个应用程序可以覆盖地球科学。”当然，地球科学家长期以来一直使用光学设备来评估宝石。 1895年关于如何区分宝石的论文引用了“划痕试验”，并提到了诸如分光镜和二向色镜等设备，以及测量晶体表面之间角度的测角仪。

非线性特性

最近使用的其他技术包括高光谱成像，拉曼光谱，太赫兹光谱和电子显微镜，以及用于表面研究的微型计算机断层扫描形式的X射线研究。“我们正在观察和表征非线性光学特性，”Cromey说，“这为地质学家提供了非常有用的信息。”

Cromey承认自己开始了一些奇思妙想的工作，然后开始发现这些惊人的图像。这是无标签的成像，没有污渍或类似的东西。通过使用多光子技术，会发生一些有趣的事情。 “你开始看到材料内部，看到晶体结构。”Cromey解释道，“随着三次谐波的产生，你可以看到不同材料的界限。”

会议上一系列图像显示了来自博茨瓦纳的罕见蓝色花边玛瑙（见上文）和几颗诞生石，包括祖母绿;海蓝宝石，红色托帕石和橄榄石。Cromey强调了他们使用白光捕获的灰色图像，然后产生了二次和三次谐波产生的彩色结构。他说，这是非常令人兴奋的。该小组的最新工作由美国国家科学基金会资助。